При экстренном торможении автомобиля возможна блокировка одного или нескольких колёс. В этом случае весь запас по сцеплению колеса с дорогой используется в продольном направлении. Заблокированное колесо перестает воспринимать боковые силы, удерживающие автомобиль на заданной траектории, и скользит по дорожному покрытию. Автомобиль теряет управляемость, и малейшее боковое усилие приводит его к заносу.

Антиблокировочная система тормозов (АБС, ABS, Antilock Brake System) предназначена предотвратить блокировку колес при торможении и сохранить управляемость автомобиля. Антиблокировочная система повышает эффективность торможения, уменьшает длину тормозного пути на сухом и мокром покрытии, обеспечивает лучшую маневренность на скользкой дороге, управляемость при экстренном торможении. В актив системы можно записать меньший и равномерный износ шин.

Вместе с тем, система АБС не лишена недостатка. На рыхлой поверхности (песок, гравий, снег) применение антиблокировочной системы увеличивает тормозной путь. На таком покрытии наименьший тормозной путь обеспечивается как раз при заблокированных колесах. При этом, перед каждым колесом формируется клин из грунта, который и приводит к сокращению тормозного пути. В современных конструкциях ABS этот недостаток почти устранен - система автоматически определяет характер поверхности и для каждой реализует свой алгоритм торможения.

Антиблокировочная система тормозов выпускается с 1978 года. За прошедший период система претерпела значительные изменения. На основе системы АБС построена система распределения тормозных усилий . С 1985 года система интегрирована с антипробуксовочной системой . С 2004 года все автомобили, выпускающиеся в Европе, оснащаются антиблокировочной системой тормозов.

Ведущим производителем антиблокировочной системы является фирма Bosch. С 2010 года компания производит систему ABS 9 поколения, которую отличает наименьший вес и габаритные размеры. Так, гидравлический блок системы весит всего 1,1 кг. Система АБС устанавливается в штатную тормозную систему автомобиля без изменения ее конструкции.

Наиболее эффективной является антиблокировочная система тормозов с индивидуальным регулированием скольжения колеса, т.н. четырехканальная система . Индивидуальное регулирование позволяет получить оптимальный тормозной момент на каждом колесе в соответствии с дорожными условиями и, как следствие, минимальный тормозной путь.

Конструкция антиблокировочной системы включает датчики частоты вращения колес , датчик давления в тормозной системе, блок управления и гидравлический блок в качестве исполнительного устройства.

Датчик скорости устанавливается на каждое колесо. Он фиксирует текущее значение частоты вращения колеса и преобразует его в электрический сигнал.

На основании сигналов датчиков блок управления выявляет ситуацию блокирования колеса. В соответствии с установленным программным обеспечением блок формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства - электромагнитные клапаны и электродвигатель насоса обратной подачи гидравлического блока системы.

Гидравлический блок обединяет впускные и выпускные электромагнитные клапаны, аккумуляторы давления, насос обратной подачи с электродвигателем, демпфирующие камеры.

В гидравлическом блоке каждому тормозному цилиндру колеса соответствует один впускной и один выпускной клапаны, которые управляют торможением в пределах своего контура.

Аккумулятор давления предназначен для приема тормозной жидкости при сбросе давления в тормозном контуре. Насос обратной подачи подключается, когда емкости аккумуляторов давления недостаточно. Он увеличивает скорость сброса давления. Демпфирующие камеры принимают тормозную жидкость от насоса обратной подачи и гасят ее колебания.

В гидравлическом блоке устанавливается два аккумулятора давления и две демпфирующие камеры по числу контуров гидропривода тормозов.

Контрольная лампа на панели приборов сигнализирует о неисправности системы.

Принцип работы антиблокировочной системы тормозов

Работа антиблокировочной системы тормозов носит цикличный характер. Цикл работы системы включает три фазы:

1. удержание давления;
2. сброс давления;
3. увеличение давления.

На основании электрических сигналов, поступающих от датчиков угловой скорости, блок управления ABS сравнивает угловые скорости колёс. При возникновении опасности блокирования одного из колёс, блок управления закрывает соответствующий впускной клапан. Выпускной клапан при этом также закрыт. Происходит удержание давления в контуре тормозного цилиндра колеса. При дальнейшем нажатии на педаль тормоза давление в тормозном цилиндре колеса не увеличивается.

При продолжающейся блокировке колеса, блок управления открывает соответствующий выпускной клапан. Впускной клапан при этом остается закрытым. Тормозная жидкость перепускается в аккумулятор давления. Происходит сброс давления в контуре, при этом скорость вращения колеса увеличивается. При недостаточной емкости аккумулятора давления, блок управления ABS подключает к работе насос обратной подачи. Насос обратной подачи перекачивает тормозную жидкость в демпфирующую камеру, уменьшая давление в контуре. Водитель при этом ощущает пульсацию педали тормоза.

Как только угловая скорость колеса превысит определённое значение, блок управления закрывает выпускной клапан и открывает впускной. Происходит увеличение давления в контуре тормозного цилиндра колеса.

Цикл работы антиблокировочной системы тормозов повторяется до завершения торможения или прекращения блокирования. Система ABS не отключается.

Добрый день, уважаемый читатель.

В четвертой статье серии "Системы безопасности автомобиля" рассмотрим очередной механизм обеспечения безопасности - антиблокировочную систему тормозов .

В отличие от рассмотренных ранее систем пассивной безопасности ( и ), которые помогают в случае ДТП, антиблокировочная система относится к системам активной безопасности , т.е. главным образом она помогает предотвратить столкновение автомобилей.

Простейший способ торможения автомобиля

Многие водители считают, что чтобы быстро остановить автомобиль, необходимо нажать и удерживать педаль тормоза (тормоз в пол). Безусловно, такой способ заставит автомобиль остановиться, но такое торможение не будет эффективным.

При торможении в пол происходит блокировка колес , т.е. колеса автомобиля перестают вращаться. На первый взгляд кажется, что с заблокированными колесами автомобиль остановится быстрее. Но это только на первый взгляд. Вспомним небольшой элемент школьного курса физики: "Сила трения покоя всегда больше, чем сила трения скольжения". Т.е. если колеса автомобиля катятся (незаблокированы), то автомобиль затормозит быстрее, чем в случае с заблокированными колесами. Это обусловлено тем, что в первом случае пятно контакта колес автомобиля находится в неподвижном состоянии относительно дорожного полотна, т.е. действует сила трения покоя. Во втором же случае, когда колеса автомобиля заблокированы, на него действует сила терния скольжения.

Существует также второй недостаток простейшего способа торможения - автомобиль с заблокированными колесами полностью теряет управляемость . Т.е. если в повороте заблокировать колеса, то автомобиль продолжит свое движение по инерции прямо, а не в сторону повернутых колес.

Очевидно, что простейший способ торможения несовершенен, а иногда и опасен. Поэтому для помощи водителю при торможении были разработаны специальные антиблокировочные системы тормозов (АБС) .

Антиблокировочная система тормозов

Как можно догадаться из названия, антиблокировочная система не позволяет блокироваться колесам автомобиля при торможении.

В простейшем случае система состоит из датчиков, снимающих скорость вращения каждого из колес и блока управления. При этом скорости вращения колес сравниваются, и если одно из колес вращается медленнее других (признак блокировки), то тормозное усилие на это колесо уменьшается. Колесо не блокируется. Система АБС проверяет колеса по несколько десятков раз в секунду, что позволяет сохранять для всех колес одинаковую скорость вращения.

Очевидно, что при использовании АБС в случае торможения в пол тормозной путь автомобиля уменьшается , и, что не менее важно, автомобиль сохраняет управляемость.

Торможение прерывистыми нажатиями на педаль тормоза

Существует еще один способ торможения, который может применяться как с АБС, так и без нее - торможение прерывистыми нажатиями на педаль тормоза. Заключается он в том, что водитель давит на педаль тормоза резко, сильно, но в течение коротких промежутков времени. Т.е. он то нажимает педаль, то отпускает ее.

При таком торможении колеса автомобиля блокируются-разблокируются. Такой способ позволяет уменьшить тормозной путь автомобиля. Это происходит за счет того, что при кратковременных нажатиях на педаль тормоза вес автомобиля переносится на его переднюю ось. Также в моменты отпускания педали тормоза автомобиль сохраняет управляемость.

Существует спорное мнение, что если человек умеет тормозить прерывисто, то ему не нужна система АБС. Хотя прерывистое торможение и позволяет снизить тормозной путь, у него есть недостаток. Для того, чтобы в критической ситуации затормозить таким способом, необходимо прерывисто тормозить постоянно. Это позволит выработать соответствующий навык. Но при прерывистом торможении автомобиль сильно раскачивается и, поэтому, постоянно тормозить таким способом некомфортно для водителя. И уж тем более постоянная раскачка не понравится Вашим пассажирам!

Ну а поскольку система АБС сама срабатывает в момент резкого торможения, она является незаменимым помощником в любом автомобиле.

При прямолинейном движении во время торможения автомобиля на его действуют разные силы: вес автомобиля, тормозная сила и боковая сила. Величина сил зависит от множества факторов, таких как скорость движения автомобиля, размеры колес, состояние и конструкция шин и дорожного полотна, конструкции тормозной системы и ее технического состояния.

Рис. Силы, действующие на колесо при торможении:
G – вес автомобиля; FB – тормозная сила; FS – боковая сила; νF – скорость автомобиля; α – угол увода; ω – угловая скорость

Во время прямолинейного движения автомобиля с постоянной скоростью разницы в скоростях вращения колес не возникает При этом не возникает также разницы между приведенной скоростью движения автомобиля νF и согласованной с ней усредненной скоростью νR вращения колес, т.е. νF = νR. Под усредненной скоростью вращения колес понимается величина

νR = (νR1+ νR2 + νR3 + νR4)/4 ,
где νR1…νR4 - скорости вращения каждого колеса в отдельности.

Но как только начинается процесс интенсивного торможения, приведенная скорость автомобиля νF, начинает превышать усредненную скорость νR вращения колес, так как кузов «обгоняет» колеса под действием силы инерции массы автомобиля, т.е. νF >νR.

В такой ситуации между колесами и дорогой возникает явление равномерного умеренного скольжения Это скольжение является рабочим параметром тормозной системы и определяется как:

λ = (νF — νR)/ νF 100%

Физически рабочее скольжение в отличие от аварийного юза реализуется за счет прогибания протектора колесных шин, сдвига мелких фракций на поверхности дороги, и за счет амортизации автомобильной подвески. Эти факторы удерживают автомобиль от юза и отображают полезную суть рабочего скольжения колеса при его торможении. Ясно, что при этом замедление вращения колеса происходит постепенно и управляемо, а не мгновенно, как при блокировке.

Величина λ названа коэффициентом скольжения и измеряется в процентах. Если λ = 0%, то колеса вращаются свободно, без воздействия на них дорожного сопротивления трению. Коэффициент скольжения λ = 100% соответствует юзу колеса, когда оно переходит в заблокированное состояние. При этом значительно снижаются тормозная эффективность, устойчивость и управляемость автомобиля при торможении.

При появлении эффекта рабочего скольжения, при котором все еще имеет место нормальное качение колес между ними и дорогой возникает равномерно возрастающее сопротивление трению выражаемое коэффициентом сцепления в направлении движения μHF, которое является функцией от рабочего скольжения γ и создает силу торможения автомобиля FB = K μHFG. К – конст­руктивный коэффициент пропорциональности, зависящий от состояния протектора шин, тормозных колодок тормозных дисков и тормозных суппортов.

На рисунке представлена зависимость величины относительного скольжения колеса от коэффициента сцепления в направлении движения μHF и коэффициента сцепления в поперечном направлении μS при торможении на сухом бетонном покрытии.

Рис. Зависимость коэффициента сцепления от скольжения колес.

Как видно из рисунке величина относительного скольжения колеса λ достигает своего максимального значения при определенных значениях коэффициента сцепления в направлении движения μHF, при уменьшении коэффициента сцепления в поперечном направлении μS. Для большинства дорожных покрытий при значениях γ, а значит и тормозная сила, в интервале от 10% до 30% μHF достигает максимальной величины и это значение называют критическим (λ)кp. В этих пределах и коэффициент сцепления в поперечном направлении μS имеет достаточно высокое значение, что обеспечивает устойчивое движение автомобиля при торможении, если на автомобиль действует боковая сила.

Вид кривых коэффициента сцепления в направлении движения μHF, и коэффициента сцепления в поперечном направлении μS зависит в значительной степени от типа и состояния дорожного покрытия и шин.

Важно заметить, что при малых γ (от 0% до 7%) сила торможения линейно зависит от скольжения.

При экстренном торможении значительное усилие на педаль тормоза может вызвать блокировку колес. Сила сцепления шин с дорожным покрытием при этом резко ослабевает, и водитель теряет управление автомобилем.

Назначение и устройство АБС

Антиблокировочные системы (АБС) тормозов призваны обеспечить постоянный контроль за силой сцепления колес с дорогой и соответственно регулировать в каждый данный момент тормозное усилие, прилагаемое к каждому колесу. АБС производит перераспределение давления в ветвях гидропривода колесных тормозов так, чтобы не допустить блокирования колес и вместе с тем достичь максимальной силы торможения без потери управляемости автомобиля.

Основной задачей АБС является поддерживание в процессе торможения относительного скольжения колес в узких пределах вблизи λкp. В этом случае обеспечиваются оптимальные характеристики торможения. Для этой цели необходимо автоматически регулировать в процессе торможения подводимый к колесам тормозной момент.

Появилось много разнообразных конструкций АБС, которые решают задачу автоматического регулирования тормозного момента. Независимо от конструкции, любая АБС должна включать следующие элементы:

• датчики, функцией которых является выдача информации, в зависимости от принятой системы регулирования, об угловой скорости колеса, давлении рабочего тела в тормозном приводе, замедлении автомобиля и др.
• блок управления, обычно электрон­ный, куда поступает информация от датчиков, который после логической обработки поступившей информации дает команду исполнительным механизмам
• исполнительные механизмы (моду­ляторы давления), которые в зависи­мости от поступившей из блока управ­ления команды снижают, повышают или удерживают на постоянном уровне давление в тормозном приводе колес

Рис. Схема управления АБС:
1 – исполнительный механизм; 2 – главный тормозной цилиндр; 3 – колесный тормозной цилиндр; 4 – блок управления; 5 – датчик вращения скорости колеса

Процесс регулирования с помощью АБС торможения колеса – цикличес­кий. Связано это с инерционностью самого колеса, привода, а также элементов АБС. Качество регулирования оценивается по тому, насколько АБС обеспечивает скольжение тормозящего колеса в заданных пределах. При большом размахе циклических колеба­ний давления нарушается комфортабельность при торможении «дерга­ние», а элементы автомобиля испытывают дополнительные нагрузки. Качество работы АБС зависит от принятого принципа регулирования, а также от быстродействия системы в целом. Быстродействие определяет циклическую частоту изменения тормозного момента. Важным свойством АБС должна быть способность приспосабливаться к изменению условий торможения (адаптивность) и, в первую очередь, к изменению коэффициента сцепления в процессе торможения.

Разработано большое число принципов (алгоритмов функционирова­ния), по которым работают АБС. Они различаются по сложности, стоимости реализации и по степени удовлетворе­ния поставленным требованиям. Сре­ди них наиболее широкое применение получил алгоритм функционирования по замедлению тормозящего колеса.

Тормозная динамика автомобиля с АБС зависит от принятой схемы установки элементов этой системы. С точ­ки зрения тормозной эффективности, наилучшей является схема с автономным регулированием каждого колеса. Для этого необходимо установить на каждое колесо датчик, а в тормозном приводе – модулятор давления и блок управления. Эта схема наиболее сложная и дорогостоящая.

Существуют более простые схемы АБС. На рисунке б показана схема АБС с регулируемым торможением двух задних колес. Для этого используются два колесных датчика угловых скоростей и один блок управления. В такой схеме применяют так называе­мое низко- или высокопороговое регулирование Низкопороговое регулиро­вание предусматривает управление тормозящим колесом, находящимся в худших по сцеплению условиях («слабым» колесом). В этом случае тормозные возможности «сильного» колеса недоиспользуются, но создается равенство тормозных сил, что способствует сохранению курсовой устойчивости при торможении при некотором снижении тормозной эффективности. Вы­сокопороговое регулирование, т. е. управление колесом, находящимся в лучших по сцеплению условиях, дает более высокую тормозную эффектив­ность, хотя устойчивость при этом несколько снижается. «Слабое» колесо при этом способе регулирования циклически блокируется.

Рис. Схемы установки АБС на автомобиле

Еще более простая схема приведе­на на рисунке в. Здесь используются один датчик угловой скорости, размещенный на карданном валу, один модулятор давления и один блок управления. По сравнению с предыдущей эта схема имеет меньшую чувствительность.

На рисунке г приведена схема, в которой применены датчики угловых скоростей на каждом колесе, два моду­лятора, два блока управления. В такой схеме может применяться как низко-, так и высокопороговое регулирование. Часто в таких схемах используют смешанное регулирование (например, низ­копороговое для колес передней оси и высокопороговое для колес задней оси). По сложности и стоимости эта схема занимает промежуточное положение между рассмотренными.

Процесс работы АБС может прохо­дить по двух- или трехфазовому циклу.

При двухфазовом цикле:

• вторая фаза – сброс давления

При трехфазо­вом цикле:

• первая фаза – нарастание давления
• вторая фаза – сброс давления
• третья фаза – поддержание давления на постоянном уровне

При установке на легковом автомобиле АБС возможны замкнутый и ра­зомкнутый тормозные гидроприводы.

Рис. Схема модулятора давления гидростатического тормозного привода

Замкнутый или закрытый (гидро­статический) привод работает по прин­ципу изменения объема тормозной сис­темы в процессе торможения. Такой привод отличается от обычного уста­новкой модулятора давления с дополнительной камерой. Модулятор работает по двухфазовому циклу:

• Первая фаза – нарастание давления обмотка электромагнита 1 отключена от источника тока. Якорь 3 с плунжером 4 находится под действием пружины 2 в крайнем правом положе­нии. Клапан 6 пружиной 5 отжат от своего гнезда. При нажатии на тор­мозную педаль давление жидкости, создаваемое в главном цилиндре (вывод II), передается через вывод I к рабочим тормозным цилиндрам. Тормозной момент растет.
• Вторая фаза – сброс давления: блок управления подключает обмотку электромагнита 1 к источнику питания Якорь 3 с плунжером 4 переме­щается влево, увеличивая при этом объем камеры 7. Одновременно кла­пан 6 также перемещается влево, перекрывая вывод I к рабочим тор­мозным цилиндрам колес. Из-за увеличения объема камеры 7 давление в рабочих цилиндрах падает, а тормозной момент снижается. Далее блок управления дает команду на нараста­ние давления, и цикл повторяется.

Разомкнутый или открытый тормозной гидропривод (привод высокого давления) имеет внешний источник энергии в виде гидронасоса высокого давления, обычно в сочетании с гидроаккумулятором.

В настоящее время отдается предпоч­тение гидроприводу высокого давления, более сложному по сравнению с гидростатическим, но обладающим необходимым быстродействием.

Рис. Двухконтурный тормозной привод с АБС:
1 – колесный датчик угловой скорости; 2 – модуля­торы; 3 – блоки управления; 4 – гидроаккумулято­ры; 5 – обратные клапаны; 6 – клапан управления; 7 – гидронасос высокого давления; 8 – сливной ба­чок

Тормозной привод имеет два контура, поэтому необходима установка двух авто­номных гидроаккумуляторов. Давление в гидроаккумуляторах поддерживается на уровне 14…15 МПа. Здесь применен двух­секционный клапан управления, обеспечи­вающий следящее действие, т. е. пропор­циональность между усилием на тормозной педали и давлением в тормозной системе. При нажатии на тормозную педаль дав­ление от гидроаккумуляторов передается к модуляторам 2, которые автомати­чески управляются электронными блоками 3, получающими информацию от колесных датчиков 1. На рисунке приведена схема двухфазового золотникового модулятора давления для тормозного гидропривода высокого давления. Рассмотрим фазы ра­боты этого модулятора:

• Фаза 1 нарастания давления: блок управления АБС отклю­чает катушку соленоида от источника тока. Золотник и якорь соленоида уси­лием пружины перемещены в верхнее по­ложение. При нажатии на тормозную педаль клапан управления сообщает гид­роаккумулятор (вывод I) с нагнетатель­ным каналом модулятора давления. Тор­мозная жидкость под давлением поступает через вывод II к рабочим цилиндрам тормозных механизмов. Тормозной момент растет.
• Фаза 2 сброса давления: блок управления сообщает катушку соле­ноида с источником питания. Якорь соле­ноида перемещает золотник в нижнее поло­жение. Подача тормозной жидкости в ра­бочие цилиндры прерывается: вывод II рабочих тормозных цилиндров сообщается с каналом слива III. Тормозной момент снижается. Блок управления дает команду на нарастание давления, отключая катуш­ку соленоида от источника питания, и цикл повторяется.

Рис. Схема работы двухфазного модулятора высокого давления:
а – фаза 1; б – фаза 2

В настоящее время более распространены АБС, работающие по трехфазовому цик­лу. Примером такой системы является довольно распространенная система АБС 2S фирмы Бош.

Эта система встраивается в качестве дополнительной в обычную тормозную систему. Между главным тормозным цилиндром и колесными цилиндрами устанавливается нагнетательные (Н) и разгрузочные (Р) электро­магнитные клапаны, которые либо поддерживает на постоянном уровне, либо снижают давление в приводах колес или в контурах. Электромагнитные клапаны приводятся в действие блоком управления, обрабатывающим информацию, поступающую от четырех колесных датчиков.

Блок управления, куда непрерывно поступают данные о скорости вращения каждого колеса и ее изменениях, определяет момент возникно­вения блокировки, затем, при необходимости, производит сброс давления, включает гидронасос, который возвращает часть тормозной жидкости обратно в питательный бачок главного цилиндра.

Рис. Функциональная схема АБС Bosch 2S:
1 – блок управления; 2 – модулятор; 3 – главный тормозной цилиндр; 4 – бачок; 5 – электрогидронасос; 6 - колесный цилиндр; 7 – ротор колесного датчика; 8 – колесный индуктивный датчик; 9 – сигнальная лампа; 10 – регулятор тормозных сил; Н/Р – нагнетательный и разгрузочный электромагнитные клапаны; — .-. входные сигналы БУ; — ­–­ — – выходные сигналы БУ; –––– тормозной трубопровод

В модуляторе АБС скомпонованы электро­магнитные клапаны, гидронасос с аккумуляторами давления жидкости, реле электромагнитных клапанов и реле гидронасоса.

Рис. Электрогидравлический модулятор:
1 – электромагнитные клапаны; 2 – реле гидронасоса; 3 – реле электромагнитных клапанов; 4 – электрический разъем; 5 – электродвигатель гидронасоса; 6 – радиаль­ный поршневой элемент насоса; 7 – аккумулятор давления; 8 – глушитель

Работа системы происходит по программе, подразделяющейся на три фазы: 1 – нормальное или обычное торможение; 2 – удержание давления на постоянном уровне; 3 – сброс давления.

Фаза нормального торможения

При обычном тормо­жении напряжение на электромагнитных клапанах отсутствует, из главного цилиндра тормозная жидкость под давлением свободно проходит через открытые электромагнитные клапаны и приводит в действие тормозные механизмы колес. Гидронасос не работает.

Рис. Фазы торможения:
а) фаза нормального торможения; б) фаза удержания давления на постоянном уровне; в) фаза сброса давления; 1 – ротор колесного датчика; 2 – колесный датчик; 3 – колесный (рабочий) цилиндр; 4 – электрогидравлический модулятор; 5 – электро­магнитный клапан; 6 – аккумулятор давления; 7 – нагне­тательный насос; 8 – главный тормозной цилиндр; 9 – блок управления

Фаза удержания давления на постоянном уровне

При появлении признаков блокировки одного из колес БУ, получив соответствующий сигнал от колесного датчика, переходит к выполнению программы цикла удержания давления на постоян­ном уровне путем разъединения главного и соответствующего колесного цилиндра. На обмотку электромагнитного клапана подается ток силой 2 А. Поршень клапана перемещается и перекрывает поступление тормозной жидкости из главного цилиндра. Давление в рабочем цилиндре колеса остается неизменным, даже если водитель продолжает нажимать на педаль тормоза.

Фаза сброса давления

Если опасность блокировки колеса сохраняется, БУ подает на обмотку электромагнитного клапана ток большей сипы: 5 А. В результате дополнительного перемещения поршня клапана открывается канал, через который тормозная жидкость сбрасывается в аккумулятор давления жидкости. Давление в колесном цилиндре падает. БУ выдает команду на включение гидронасоса, который отводит часть жидкости из аккумулятора давления. Педаль тормоза приподни­мается, что ощущается по биению тормозной педали.

Индуктивный колесный датчик состоит из обмотки 5 и сердечника 4. Зубчатое колесо 6 имеет частоту вращения, равную частоте вращения колеса. При вращении колеса 6, выполненного из ферромагнитного железа, изменяется магнитный поток в зависимости от прохождения зубьев ротора, что приводит к изменению переменного напряжения в катушке. Частота изменения напряжения зависит от частоты вращения зубчатого колеса, т. е. частоты вращения колеса автомобиля. Воздушный зазор и размеры зубца оказывают большое влияние на амплитуду сигнала. Это позволяет определить положение колеса по интервалам между зубцами в пределах половины или трети. Сигнал от индуктивного датчика передается в электронный блок управления.

Рис. Индуктивный датчик:
1 – постоянный магнит; 2 – корпус; 3 – крепление датчика; 4 – сердечник; 5 – обмотка; 6 – зубчатое колесо

Индуктивные датчики могут крепиться на валу привода колеса, на валу привода конических шестерен для заднеприводных моделей автомобиля, на поворотных цапфах и внутри ступицы колеса.

Рис. Крепление индуктивного датчика на поворотной цапфе:
1 – тормозной диск; 2 – передняя ступица; 3 – защитный кожух; 4 – винт с внутренним шестигранным зацеплением; 5 – датчик; 6 – поворотная цапфа

Рис. Крепление индуктивного датчика внутри ступицы колеса:
1 – фланец крепления колеса; 2 – шарики; 3 – кольцо датчика ABS; 4 – датчик; 5 – фланец крепления к подвеске.

Более совершенны активные датчики, применяемые для измерения частоты вращения колеса. Чувствительный элемент электронной ячейки 2 такого датчика изготовлен из материала, электропроводность которого зависит от напряженности магнитного поля. При вращении задающего диска 3 происходят изменения магнитного поля. Вызываемые изменяющимся магнитным полем колебания проходящего через чувствительный элемент тока преобразуются в электронной схеме в колебания напряжения, выводимого на внешние контакты датчика. При вращении задающего диска установленный около него датчик вырабатывает прямоугольные импульсы, частота которых соответствует частоте вращения диска. Преимуществом данного датчика по сравнению с ранее применяемыми системами является точная регистрация частоты вращения при ее снижении вплоть до остановки колеса.

Рис. Активный датчик:
1 – корпус датчика; 2 – электронная ячейка датчика; 3 – задающий диск

Как правило, на щитке приборов должна находиться контрольная лампочка, которая должна гаснуть при работающем двигателе или если скорость автомобиля превышает 5 км/час. Она также загорается, если одно из колес пробуксовывает более 20 секунд или если электроснабжение выдает напряжение менее 10 вольт. Контрольная лампочка системы преду­преждает водителя о том, что из-за неисправ­ности системы произошло ее автоматическое отключение, при этом однако тормозная система про­должает функционировать как обычная тормозная система без АБС.

Аналогичный принцип работы применяется и для АБС 2Е фирмы Бош, однако в этой системе применяется уравнивающий цилиндр для уравнивания давления в тормозном приводе задних колес, который позволяет вместо четырех электромагнитных клапанов применять три клапана. В состав модулятора входят таким образом не четыре, а три электромагнитных клапана, уравнивающий цилиндр, двухпоршневой нагнетательный гидронасос, два аккумулятора давления, реле насоса и реле электромагнитных клапанов.

Система работает следующим образом. При обычном торможении тормозная жидкость под давлением из главного цилиндра поступает в рабочие цилиндры обоих передних колес и правого заднего колеса через три электромагнитных клапана, которые в исходном положении закрыты. В рабочий цилиндр левого заднего колеса тормозная жидкость подается через открытый перепускной клапан уравнивающего цилиндра. Когда возникает опасность блокировки одного из передних колес, БУ выдает команду на закрытие соответствующего электромагнитного клапана, предотвращая повышение давления в колесном цилиндре. Если опасность блокировки колеса не устранена, к электромагнитному клапану подводится ток, обеспечивающий открытие участка магистрали между рабочим цилиндром колеса и акку­мулятором давления. Давление в приводе тормоза падает, после чего БУ выдает команду на включение гидронасоса, который перегоняет жидкость в главный цилиндр через уравнивающий цилиндр.

Рис. АБС 2Е фирмы Бош в фазе обычного торможения:
1 – главный тормозной цилиндр; 2 – электромагнитный клапан; 3 – аккумулятор давления; 4 – электромагнитный клапан заднего моста; 5 – нагнетательный насос; 6 – перепускной клапан; 7 – поршень уравнительного цилиндра; Ппр – переднее правое колесо; Пл – переднее левое колесо; Зпр – заднее правое колесо; Зл – заднее левое колесо

Когда возникает опасность блокировки одного из задних колес, давление будет регулироваться в обоих задних тормозах одновременно, с тем чтобы не допустить движения задних колес юзом.

Электромагнитный клапан привода правого заднего тормоза устанавливается в положение удержания постоянного давления и перекрывает участок магистрали между главным цилиндром и колесным цилиндром. На противоположные торцевые поверх­ности поршня 7 уравнивающего цилиндра начинает действовать давление различной величины, вследствие чего поршень со штоком переместится в сторону наименьшего давления (на рисунке – вверх) и закроет клапан 6, разъединив главный цилиндр и колесный цилиндр левого заднего тормоза. Поршень уравнивающего цилиндра из-за образующейся разницы давления в рабочих полостях над ним и под ним всякий раз устанавли­вается в такое положение, при котором давление в приводах обоих задних тормозов одинаково.

Если сохраняется опасность блокировки задних колес, БУ запитывает электромагнитный клапан в контуре задних колес током в 5 А. Золотник электромагнитного клапана перемещается и открывает участок контура между рабочим цилиндром правого заднего тормоза и аккумулятором давления жидкости. Давление в контуре уменьшается. Гидронасос нагнетает тормозную жид­кость в главный цилиндр через уравнивающий цилиндр. В результате снижения давления в пространстве над поршнем 7 происходит очередное его перемещение, сжимается пружина центрального клапана, увеличивается объем пространства под верхним поршнем. Давление в левом колесном тормозном цилиндре снижается. Поршень уравнивающего цилиндра вновь устанавливается в положение, соответствующее равенству дав­лений в приводах обоих задних тормозов. После устранения угрозы блокировки колес электромагнитный клапан возвращается в исходное положение. Поршень уравни­вающего цилиндра под действием пружины также занимает исходное нижнее положение.

Более совершенной является АБС 5-й серии фирмы Бош с блоком 10, которая относится к новому поколению систем АБС, представляя собой замкнутую гидравлическую систему, не имеющую канала для возврата тормозной жидкости в бачок, питающий главный тор­мозной цилиндр. Схема этой системы показана на примере автомобиля Вольво S40.

Рис. Схема АБС 5-й серии фирмы Бош:
1 – обратные клапаны; 2 – клапан плунжерного насоса; 3 – гидроаккумулятор; 4 – камера подавления пульсации в системе; 5 – электро­двигатель с эксцентриковым плунжерным насосом; 6 – бачок для тормозной жидкости; 7– педаль ра­бочего тормоза; 8 – усилитель; 9 – главный тормозной цилиндр; 10 – блок АБС; 11 – выпускные управ­ляемые клапаны; 12 – впускные управляемые клапаны; 13 – дросселирующий клапан; 14-17 – тормозные механизмы

Электронные и гидравлические компонен­ты смонтированы как единый узел. В их чис­ло входят, кроме указанных в схеме: реле для включения электродвигателя плунжер­ного насоса 5 и реле включения впускных 12 и выпускных 11 клапанов. Внешними ком­понентами являются: сигнальная лампа работы АБС в приборной панели, которая загорается в случае возникновения неисправ­ности в системе, а также при включении за­жигания в течение четырех секунд; выключа­тель стоп-сигнала и датчики скорости враще­ния колес. Блок имеет вывод на диагностиче­ский разъем.

Дросселирующий клапан 13 устанавливается для снижения тормозного усилия на задних колесах с целью избежания их блокировки. В связи с тем, что тормозная сис­тема имеет настройку по более «слабому» заднему колесу (это означает, что давление тормозов задних колес одинаковое, а его ве­личина устанавливается по наиболее близко­му к блокированию колесу), дросселирую­щий клапан устанавливается один на контур.

Тормозные механизмы 14-17 включают тормозные диски и однопоршневые суппорты с плавающей скобой и тормозными колодка­ми, оборудованными скобами контроля из­носа фрикционных накладок. Тормозные ме­ханизмы задних колес аналогичны передним, но имеют сплошные тормозные диски (на передних — вентилируемые) и исполнительный механизм стояночного тормоза, вмонтированный в суппорт.

При нажатии педали 7 тормоза ее рычаг ос­вобождает кнопку выключателя стоп-сигнала, который, срабатывая, включает лампочки стоп-сигналов и приводит АБС в дежурное со­стояние. Движение педали через шток и вакуумный усилитель 8 передается на поршни главного цилиндра 9. Центральный клапан во вторичном поршне и манжета первичного поршня перекрывают сообщение контуров с бачком 6 для тормозной жидкости. Это приводит к росту давления в тормозных контурах. Оно действует на поршни тормозных цилиндров в тормозных суппортах. В результате этого тормозные колодки прижимаются к дискам. При отпускании педали все детали возвращаются в исходное положение.

Если при торможении одно из колес близ­ко к блокировке (о чем сообщает датчик ча­стоты вращения), блок управления перекры­вает впускной клапан 12 соответствующего контура, что препятствует дальнейшему рос­ту давления в контуре независимо от роста давления в главном цилиндре. В то же время начинает работать гидравлический плун­жерный насос 5. Если вращение колеса про­должает замедляться, блок управления от­крывает выпускной клапан 11, позволяя тор­мозной жидкости возвратиться в гидроакку­муляторы 3. Это приводит к уменьшению давления в контуре и позволяет колесу вра­щаться быстрее. Если вращение колеса чрез­мерно ускоряется (по сравнению с другими колесами) для повышения давления в кон­туре блок управления перекрывает выпуск­ной клапан 11 и открывает впускной 12. Тор­мозная жидкость подается из главного тор­мозного цилиндра и с помощью плунжерно­го насоса 5 из гидроаккумуляторов 3. Демпферные камеры 4 сглаживают (подав­ляют) пульсации, возникающие в системе при работе плунжерного насоса.

Выключатель стоп-сигнала информирует модуль управления о торможении. Это поз­воляет модулю управления более точно кон­тролировать параметры вращения колес.

Диагностический разъем служит для под­соединения Volvo System Tester при выполне­нии диагностики.

Если автомобиль оборудован системой DSA (система динамической стабилизации), то модуль управления системой DSA получа­ет данные о частоте вращения колес, которые необходимы для измерения пробуксовывания. Эту информацию модуль управления систе­мой DSA получает с модуля управления сис­темой АБС. Для этой цели служат три комму­никационные линии. Система DSA не исполь­зует тормоза для контроля пробуксовывания.

Внутренние реле (для насоса и клапанов) имеют отдельные соединения, защищенные плавкими предохранителями.

При включении зажигания система прове­ряет электрическое сопротивление всех ком­понентов. Во время этой проверки горит сиг­нальная лампа. После завершения проверки (4 с) лампа должна погаснуть.

При движении автомобиля выполняется проверка элек­тродвигателя насоса, его реле, впускных и выпускных клапанов на скорости 6 км/ч. На скорости 40 км/ч осуществляется провер­ка работы колесных датчиков. Во время рабо­ты системы насос функционирует в не­прерывном режиме.

Во время движения в дождь или снегопад при скорости движения более 70 км/час и включенном стеклоочистителе лобового стекла тормозные накладки передних тормозов периодически (каждые 185 секунд) кратковременно (на 2,5 секунды) прижимаются к тормозным дискам с минимальным давлением (0,5…1,5 кгс/см2). В результате этого накладки и диски очищаются, и улучшается эффективность торможения.

Рассмотрим состав и функционирование основных блоков ABS, реализующих алгоритм управления.

ABS представляет собой адаптивную систему, которая благодаря обратной связи измеряет параметры объекта управления - колеса (рис. 1).

Рис. 1.

ABS включает три основных функциональных элемента: датчик частоты вращения колеса (Д), электронно-решающий блок (ЭРБ) или блок управления (процессор) и модулятор давления (М). Элементы ABS включаются в контур штатного тормозного привода ТС, имеющий блок питания (БП) (компрессор или гидронасос), тормозной кран (ТК) или главный тормозной цилиндр для тормозных систем с гидравлическим приводом, тормозной механизм и объект управления - колесо.

Датчик частоты вращения колеса ТС предназначен для измерения скорости затормаживаемого колеса. Электронно-решающий блок (ЭРБ) обрабатывает информацию, поступающую от датчиков колес ТС, и в соответствии с алгоритмом управления ABS формирует и подает электрический сигнал управления на модулятор.

Модулятор в соответствии с сигналом управления осуществляет изменение давления в колесном цилиндре, обеспечивая фазу растормаживания колеса или его торможение.

Модулятор представляет собой быстродействующий электропневматический или гидравлический клапан в тормозном приводе затормаживаемого колеса, обеспечивающий снижение или увеличение давления в соответствии с сигналом управления. Функционально модулятор должен обладать высоким быстродействием в режиме циклического торможения в соответствии с сигналами управления, поступающими от ЭРБ. Конструктивно модуляторы выполнены как логические элементы двухпозиционного типа (см. рис. 7).

Модуляторы в зависимости от схемы ABS устанавливаются в контуре тормозного привода колеса или оси двух колес. Он включается в тормозной привод последовательно и не должен препятствовать прохождению рабочей жидкости или воздуха от тормозного крана при торможении водителем. Обычно модулятор имеет один вход и два выхода (к тормозному цилиндру колеса и в канал сброса воздуха или слива жидкости).

В настоящее время распространены ABS, работающие по трехфазовому циклу. Они, кроме фазы «торможение - растормаживание», имеют фазы выдержки давления в колесном цилиндре.

Рассмотрим на примере фирмы Bosch конструктивные особенности ABS (рис. 3), которая встраивается в качестве дополнительной в штатную тормозную систему и применяется на многих марках ТС. Заметим также, что и другие разработчики ABS используют аналогичные алгоритмы, известные по динамике управления движением колеса.

Рис. 3.1 - колесный индуктивный датчик; 2 - ротор колесного датчика; 3 - колесный цилиндр; 4 - регулятор тормозных сил; 5 - главный тормозной цилиндр; 6 - электрогидронасос; 7 - модулятор; 8 - бачок; 9 - блок управления; 10 - сигнальная лампа; Н/Р - нагнетательный и разгрузочный электромагнитные клапаны; - входные сигналы БУ; - выходные сигналы БУ; - тормозной трубопровод

Между главным тормозным цилиндром и колесными цилиндрами устанавливаются нагнетательные (Н) и разгрузочные (Р) электромагнитные клапаны, которые либо поддерживают на постоянном уровне, либо снижают давление в приводах колес или в контурах.

Электромагнитные клапаны приводятся в действие блоком управления, который обрабатывает информацию, поступающую от четырех колесных датчиков, и формирует в соответствии с алгоритмом работы ABS сигналы управления модулятором давления. На основе непрерывно поступающих данных о скорости вращения каждого колеса и ее изменениях БУ определяет момент возможного перехода колеса к блокированию. Задача ABS заключается в недопущении блокирования и юза колеса, чтобы исключить потерю устойчивости и сохранить управляемость ТС при торможении. Поэтому БУ преждевременно дает сигнал управления на сброс давления и включает гидронасос, который возвращает часть тормозной жидкости обратно в питательный бачок главного цилиндра.

В электрогидравлическом модуляторе ABS (рис. 4) скомпонованы электромагнитные клапаны, гидронасос с аккумуляторами давления жидкости, реле электромагнитных клапанов и реле гидронасоса.

Рис. 4.1 - электромагнитные клапаны; 2 - реле гидронасоса; 3 - реле электромагнитных клапанов; 4 - электрический разъем; 5 - электродвигатель гидронасоса; 6 - радиальный поршневой элемент насоса обратной подачи; 7 - аккумуляторы давления; 8 - глушители

В гидравлическом блоке (модуляторе) каждому тормозному цилиндру колеса соответствуют один впускной и один выпускной клапаны, которые управляют торможением в пределах своего контура.

Аккумулятор давления предназначен для приема тормозной жидкости при сбросе давления в тормозном контуре. Насос обратной подачи подключается, когда емкости аккумуляторов давления недостаточно, и увеличивает скорость сброса давления. Демпфирующие камеры принимают тормозную жидкость от насоса обратной подачи и гасят ее колебания.

В гидравлическом блоке устанавливается два аккумулятора давления и две демпфирующие камеры по числу контуров гидропривода тормозов.

Гидронасосы обратной подачи электрогидравлического модулятора могут быть как одноступенчатыми, так и двухступенчатыми (рис. 5).

В одноступенчатом насосе обратной подачи ABS (рис. 5, а, б) весь цикловой объем тормозной жидкости засасывается и, соответственно, протекает через трубопроводы за один ход поршня. Необходимое для этого разрежение всасывания достаточно высоко и увеличивается с ростом вязкости тормозной жидкости при низких температурах. Вследствие этого возникает кавитация и связанные с ней потери в производительности насоса.

В двухступенчатом насосе обратной подачи ABS (рис. 5, в, г) пространство за поршнем образует вторую рабочую камеру. Засасывание тормозной жидкости осуществляется в два приема и происходит во время как прямого, так и обратного хода поршня, что увеличивает вдвое объем засасываемой жидкости. Таким образом, весь цикловой объем засасываемой жидкости протекает через трубопровод непрерывно и необходимое для обеспечения этого разрежение засасывания оказывается ниже, что предотвращает появление кавитации.

Рис. 5. Гидронасос обратной подачи и схема его работы: а - всасывание рабочей жидкости одноступенчатым гидронасосом; б - нагнетание рабочей жидкости одноступенчатым гидронасосом; в - всасывание рабочей жидкости двухступенчатым гидронасосом; г - нагнетание рабочей жидкости одноступенчатым гидронасосом; 1 - линия нагнетания; 2 - поршень; 3 - цилиндр; 4 - линия всасывания; 5 - первая рабочая камера; 6 - вторая рабочая камера

Работа системы ABS Bosch 2S происходит по программе, подразделяющейся на три фазы: 1) нормальное, или обычное, торможение; 2) удержание давления на постоянном уровне; 3) сброс давления.

Фаза нормального торможения (рис. 6, а). При обычном торможении напряжение на электромагнитных клапанах отсутствует, из главного цилиндра тормозная жидкость под давлением свободно проходит через открытые электромагнитные клапаны и приводит в действие тормозные механизмы колес. Гидронасос не работает.

Рис. 6.а - фаза нормального торможения; б - фаза удержания давления на постоянном уровне; в - фаза сброса давления; 1 - колесный датчик; 2 - колесный (рабочий) цилиндр; 3 - нагнетательный насос; 4 - главный тормозной цилиндр; 5 - блок управления; 6 - аккумулятор давления; 7 - электромагнитный клапан; 8 - электрогидравлический модулятор; 9 - ротор колесного датчика;

Фаза удержания давления на постоянном уровне (рис. 6, б). При появлении признаков блокировки одного из колес БУ, получив соответствующий сигнал от колесного датчика, переходит к выполнению программы цикла удержания давления на постоянном уровне путем разъединения цилиндров - главного и соответствующего колесного. На обмотку электромагнитного клапана подается ток силой 2 А. Поршень клапана перемещается и перекрывает поступление тормозной жидкости из главного цилиндра. Давление в рабочем цилиндре колеса остается неизменным, даже если водитель продолжает нажимать на педаль тормоза.

Фаза сброса давления (рис. 6, в). Если опасность блокировки колеса сохраняется, БУ подает на обмотку электромагнитного клапана ток большей сипы: 5 А. В результате дополнительного перемещения поршня клапана открывается канал, через который тормозная жидкость сбрасывается в аккумулятор давления жидкости. Давление в колесном цилиндре падает. БУ выдает команду на включение гидронасоса, который отводит часть жидкости из аккумулятора давления. Педаль тормоза приподнимается, что ощущается по биению тормозной педали.

Для контроля давления и частоты вращения колеса автомобиля в тормозной системе ABS применяются датчики частоты вращения колеса (скорости) и датчики давления, описанные выше.

Принцип работы, аналогичный ABS 2S, применяется и для ABS 2Е фирмы Bosch (рис. 7), однако в этой системе применяется спиральный цилиндр для уравнивания давления в тормозном приводе задних колес автомобиля, который позволяет вместо четырех электромагнитных клапанов применять три. В состав модулятора, таким образом, входит три электромагнитных клапана, уравнивающий цилиндр, двухпоршневой нагнетательный гидронасос, два аккумулятора давления, реле насоса и реле электромагнитных клапанов.

Рис. 7.1 - электромагнитный клапан; 2 - аккумулятор давления; 3 - главный тормозной цилиндр; 4 - нагнетательный насос; 5 - перепускной клапан; 6 - поршень уравнительного цилиндра; 7 - электромагнитный клапан заднего моста; П п - переднее правое колесо; П л - переднее левое колесо; З п - заднее правое колесо; З л - заднее левое колесо

Система работает следующим образом. При обычном торможении тормозная жидкость под давлением из главного цилиндра поступает в рабочие цилиндры обоих передних колес и правого заднего колеса через три электромагнитных клапана, которые в исходном положении закрыты. В рабочий цилиндр левого заднего колеса тормозная жидкость подается через открытый перепускной клапан уравнивающего цилиндра. Когда возникает опасность блокировки одного из передних колес, БУ выдает команду на закрытие соответствующего электромагнитного клапана, предотвращая повышение давления в колесном цилиндре. Если опасность блокировки колеса не устранена, к электромагнитному клапану подводится ток, обеспечивающий открытие участка магистрали между рабочим цилиндром колеса и аккумулятором давления. Давление в приводе тормоза падает, после чего БУ выдает команду на включение гидронасоса, который перегоняет жидкость в главный цилиндр через уравнивающий цилиндр.

Когда возникает опасность блокировки одного из задних колес, давление тормозной жидкости будет регулироваться в обоих задних тормозах одновременно, с тем чтобы не допустить движения задних колес юзом.

Электромагнитный клапан привода правого заднего тормоза устанавливается в положение удержания постоянного давления и перекрывает участок магистрали между главным и колесным цилиндрами. На противоположные торцевые поверхности поршня 6 уравнивающего цилиндра начинает действовать давление различной величины, вследствие чего поршень со штоком переместится в сторону наименьшего давления (на рисунке - вверх) и закроет клапан 5, разъединив главный и колесный цилиндры левого заднего тормоза. Поршень уравнивающего цилиндра из-за образующейся разницы давления в рабочих полостях над ним и под ним всякий раз устанавливается в такое положение, при котором давление в приводах обоих задних тормозов одинаково.

Если сохраняется опасность блокировки задних колес, БУ запитывает электромагнитный клапан в контуре задних колес током в 5 А. Золотник электромагнитного клапана перемещается и открывает участок контура между рабочим цилиндром правого заднего тормоза и аккумулятором давления жидкости. Давление в контуре уменьшается. Гидронасос нагнетает тормозную жидкость в главный цилиндр через уравнивающий цилиндр. В результате снижения давления в пространстве над поршнем 6 происходит очередное его перемещение, сжимается пружина центрального клапана, увеличивается объем пространства под верхним поршнем. Давление в левом колесном тормозном цилиндре снижается. Поршень уравнивающего цилиндра вновь устанавливается в положение, соответствующее равенству давлений в приводах обоих задних тормозов. После устранения угрозы блокировки колес электромагнитный клапан возвращается в исходное положение. Поршень уравнивающего цилиндра под действием пружины также занимает исходное нижнее положение.

Более совершенной является ABS 5-й серии фирмы Bosch с блоком 10. Она относится к новому поколению систем ABS, представляя собой замкнутую гидравлическую систему, не имеющую канала для возврата тормозной жидкости в бачок, который питает главный тормозной цилиндр. Схема этой системы показана на примере автомобиля Volvo S40 (рис. 8).

Рис. 8.1 - обратные клапаны; 2 - клапан плунжерного насоса; 3 - гидроаккумуляторы; 4 - камеры подавления пульсации в системе; 5 - электродвигатель с эксцентриковым плунжерным насосом; 6 - бачок для тормозной жидкости; 7 - педаль рабочего тормоза; 8 - усилитель; 9 - главный тормозной цилиндр; 10 - блок ABS; 11 - выпускные управляемые клапаны; 12 - впускные управляемые клапаны; 13 - дросселирующие клапаны; 14–17 - тормозные механизмы

Электронные и гидравлические компоненты смонтированы как единый узел. В их число входит, кроме указанных в схеме: реле для включения электродвигателя плунжерного насоса 5 и реле включения впускных 12 и выпускных 11 клапанов. Внешними компонентами являются: сигнальная лампа работы ABS в приборной панели, которая загорается в случае возникновения неисправности в системе, а также при включении зажигания в течение 4 с; выключатель стоп-сигнала и датчики скорости вращения колес. Блок имеет вывод на диагностический разъем.

Дросселирующие клапаны 13 устанавливаются для снижения тормозного усилия на задних колесах с целью избежания их блокировки. В связи с тем что тормозная система имеет настройку по более «слабому» заднему колесу (это означает, что давление тормозов задних колес одинаковое, а его величина устанавливается по наиболее близкому к блокированию колесу), дросселирующий клапан устанавливается один на контур.

Тормозные механизмы 14–17 включают тормозные диски и однопоршневые суппорты с плавающей скобой и тормозными колодками, оборудованными скобами контроля износа фрикционных накладок. Тормозные механизмы задних колес аналогичны передним, но имеют сплошные тормозные диски (на передних - вентилируемые) и исполнительный механизм стояночного тормоза, вмонтированный в суппорт.

При нажатии педали тормоза 7 ее рычаг освобождает кнопку выключателя стоп-сигнала, который, срабатывая, включает лампочки стоп-сигналов и приводит ABS в дежурное состояние. Движение педали через шток и вакуумный усилитель 8 передается на поршни главного цилиндра 9. Центральный клапан во вторичном поршне и манжета первичного поршня перекрывают сообщение контуров с бачком 6 для тормозной жидкости. Это приводит к росту давления в тормозных контурах. Оно действует на поршни тормозных цилиндров в тормозных суппортах. В результате этого тормозные колодки прижимаются к дискам. При отпускании педали все детали возвращаются в исходное положение.

Если при торможении одно из колес близко к блокировке (о чем сообщает датчик частоты вращения), БУ перекрывает впускной клапан 12 соответствующего контура, что препятствует дальнейшему росту давления в контуре независимо от роста давления в главном цилиндре. В то же время начинает работать гидравлический плунжерный насос 5. Если вращение колеса продолжает замедляться, БУ открывает выпускной клапан 11, позволяя тормозной жидкости возвратиться в гидроаккумуляторы 3. Это приводит к уменьшению давления в контуре и позволяет колесу вращаться быстрее. Если вращение колеса чрезмерно ускоряется (по сравнению с другими колесами), для повышения давления в контуре БУ перекрывает выпускной клапан 11 и открывает впускной 12. Тормозная жидкость подается из главного тормозного цилиндра и с помощью плунжерного насоса 5 из гидроаккумуляторов 3. Демпферные камеры 4 сглаживают (подавляют) пульсации, возникающие в системе при работе плунжерного насоса.

Выключатель стоп-сигнала информирует модуль управления о торможении. Это позволяет модулю управления более точно контролировать параметры вращения колес.

Диагностический разъем служит для подсоединения Volvo System Tester при выполнении диагностики.

Недостатком системы ABS является то, что на рыхлой поверхности (песке, гравии, снеге) применение антиблокировочной системы увеличивает тормозной путь. На таком покрытии наименьший тормозной путь обеспечивается как раз при заблокированных колесах. При этом перед каждым колесом формируется клин из грунта, который и приводит к сокращению тормозного пути. В современных конструкциях ABS этот недостаток устранен - система автоматически определяет характер поверхности и для каждой реализует свой алгоритм торможения (расширенная антиблокировочная система ABSplus).

Система ABSplus представляет собой программное расширение в блоке управления ABS/ESP. Система ABSplus позволяет на дороге без твердого покрытия (например, щебень или песок) достичь сокращения тормозного пути до 20 %. ABSplus использует датчики системы ESP.

На основании данных датчиков ABS и блока управления ABS система распознает характер дорожного покрытия. Сокращение тормозного пути на дороге без твердого покрытия достигается за счет кратковременного контролируемого блокирования колес. При этом перед заблокированными колесами образуется буртик из материала дорожного покрытия, который оказывает тормозящее воздействие и тем самым укорачивает тормозной путь. Через определенные промежутки времени колеса периодически деблокируются и начинают вращаться, в результате чего сохраняется управляемость автомобиля.

2. Устройство и работа датчика ABS

В тормозной системе ABS применяются датчики частоты вращения колеса (скорости) и датчики давления.

В качестве датчиков частоты вращения колес в системе ABS применяются пассивные и активные колесные датчики.

Датчики обоих типов позволяют системе получать данные о скорости движения автомобиля и, что важнее, о частоте вращения отдельных колес. На основании разницы в скорости вращения отдельных колес система может, например, установить, не находятся ли разные колеса на дорожном покрытии с разным коэффициентом сцепления, что означало бы для автомобиля потенциальную опасность при торможении попасть в сложную динамическую ситуацию.

Пассивные датчики работают без собственного электропитания, чем и объясняется их название. Как правило, в таких датчиках используется индуктивный чувствительный элемент.

Для любого измерения частоты вращения необходимы два элемента: чувствительный и задающий. Чувствительный элемент датчика выполнен в виде катушки 3 с железным сердечником (магнитопроводом) 4 и соприкасающимся с ним постоянным магнитом 5. Задающий элемент 2 представляет собой кольцо с зубьями (задающее кольцо или ротор) (рис. 9).

Рис. 9.а - общий вид; б - низкая частота вращения; в - высокая частота вращения; 1 - магнитное поле; 2 - задающий элемент (металлическое кольцо с зубьями); 3 - катушка; 4 - железный сердечник (магнитопровод); 5 - постоянный магнит; 6 - чувствительный элемент; 7 - осциллограмма при низкой частоте вращения; 8 - осциллограмма при высокой частоте вращения

Любой железный объект, проходя через магнитное поле датчика, изменяет форму и напряженность этого поля. В результате изменения магнитного поля в катушке датчика, в соответствии с законом электромагнитной индукции, возникает ЭДС, измерение которой позволяет зафиксировать факт изменения магнитного поля. От принципа работы происходит и название датчиков такого типа - индуктивные.

Интенсивность магнитного потока, проходящего через обмотку, зависит от того, находится ли датчик напротив зуба на диске или напротив промежутка (пропуска зубьев). Поскольку магнитный поток концентрируется зубьями диска, из-за чего увеличивается магнитный поток через обмотку, то при подходе пропуска зубьев он ослабевает. Следовательно, при вращении зубчатого диска возникают колебания магнитного потока, которые, в свою очередь, генерируют синусоидальные колебания напряжения в электромагнитной обмотке, пропорциональные скорости изменения магнитного потока. Амплитуда колебаний переменного напряжения увеличивается строго пропорционально увеличению скорости вращения зубчатого диска.

Прохождение через магнитное поле датчика каждого из зубьев задающего ротора индуцирует, таким образом, напряжение в цепи катушки датчика. Подсчет числа импульсов напряжения за определенный интервал времени (частота) позволяет системе рассчитать частоту вращения или скорость колеса.

Преимуществом пассивных индуктивных датчиков частоты вращения является простота их конструкции. Недостаток же заключается в том, что для их работы необходимо с высокой точностью обеспечить определенный зазор между задающим ротором и датчиком. Кроме того, пассивные индуктивные датчики частоты вращения имеют большую массу и размеры, соответственно требуют много места для установки.

От частоты вращения задающего ротора зависит не только частота импульсов, но и их величина (напряжение), поэтому при небольших частотах вращения пассивный датчик дает сигнал меньшей величины, чем активный.

Активные датчики частоты вращения , в отличие от пассивных, используют для работы внешнее напряжение питания, которое составляет примерно 12 В. Работа чувствительных элементов активных датчиков частоты вращения основана на принципе эффекта Холла или на принципе магниторезистивного эффекта.

Активные датчики также состоят из двух компонентов: чувствительного и задающего (рис. 10). Чувствительный компонент включает датчик магнитного поля и электронную схему. Задающий элемент представляет собой пластмассовое кольцо, участки поверхности которого намагничены в противоположных направлениях (магнитное кольцо). Северный и южный полюса магнитов выполняют функции зубцов и впадин колеса.

Рис. 10.а - общий вид; б - низкая частота вращения; в - высокая частота вращения; 1 - задающий элемент; 2 - электронная схема датчика; 3 - корпус датчика; 4 - осциллограмма; 5 - датчик магнитного поля

Принцип действия основан на квантовомеханическом эффекте, создаваемом слоями ферромагнитного и неферромагнитного материала (сопротивление сильно увеличивается или ослабевает).

При прохождении датчика магнитного поля через изменяющееся магнитное поле изменяется и возникающая в нем ЭДС Холла, а для магниторезистивных датчиков изменяется его сопротивление. Чем быстрее намагниченные участки магнитного кольца проходят мимо датчика магнитного поля, тем быстрее изменяется и ЭДС (напряжение) Холла. Частота вращения колеса с датчиками этого типа, так же как и с пассивными, определяется исходя из частоты изменения напряжения.

Активные датчики дают одинаково точные результаты во всем диапазоне частот, поскольку сила их сигнала не зависит от измеряемой частоты, а определяется собственным током датчика. Кроме того, активный датчик имеет компактную конструкцию, что позволяет устанавливать его непосредственно в ступичном подшипнике. Цифровая обработка выходного сигнала дает дополнительные преимущества, например позволяет использовать датчик для определения направления вращения колеса и его остановки. Важным преимуществом также является высокая точность определения низких скоростей вращения.

Недостатком таких датчиков является трудность проверки их исправности с помощью омметра.

Датчики частоты вращения колеса могут крепиться на валу привода колеса, на валу привода конических шестерен для заднеприводных моделей автомобиля, на поворотных цапфах (рис. 11, а) и внутри ступицы колеса (рис. 11, б).

В качестве датчиков давления в системе ABS применяются пьезоэлектрические и емкостные датчики.

Рис. 11.а - крепление индуктивного датчика на поворотной цапфе; б - крепление индуктивного датчика внутри ступицы колеса; 1 - тормозной диск; 2 - передняя ступица; 3 - защитный кожух; 4 - винт с внутренним шестигранным зацеплением; 5 - датчик; 6 - поворотная цапфа; 7 - фланец крепления колеса; 8 - шарики; 9 - кольцо датчика; 10 - фланец крепления к подвеске

крепится к гидравлическому блоку и служит для определения и передачи в ЭБУ значения давления в тормозной системе при торможении. По полученному значению БУ рассчитывает тормозные усилия на колесах и продольную силу, действующую на ТС. При необходимости выполнения управляющего цикла полученное значение используется блоком управления для расчета сил, действующих на ТС в повороте.

Основными компонентами датчика являются пьезоэлектрический элемент 2, находящийся под давлением тормозной жидкости, и электронная часть 1 (рис. 12).

Рис. 12.

Под действием давления тормозной жидкости распределение заряда в пьезоэлектрическом элементе меняется, и величина напряжения зависит от давления в тормозной системе.

В качестве датчика давления жидкости в тормозной системе может использоваться также емкостный датчик (рис. 13).

Рис. 13.а - общая схема датчика; б - увеличение давления жидкости; в - снижение давления жидкости; 1 - датчик; s 1 , s 2 - расстояние между пластинами; C 1 , C 2 - емкость конденсатора

Конденсатор обладает способностью накапливать и удерживать определенный электрический заряд. Расстояние s между двумя пластинами обеспечивает некоторую емкость конденсатора C.

Одна из пластин является неподвижной. Вторая пластина может перемещаться под воздействием давления, производимого тормозной жидкостью.

При воздействии давления на подвижную пластину расстояние между двумя пластинами уменьшается и становится равным s 1 , а емкость конденсатора при этом увеличивается и становится равной C 1 .

В случае понижения давления пластина отходит обратно под действием пружины, емкость конденсатора снова уменьшается. Следовательно, изменение емкости прямо связано с изменением давления.

А BS . Зашифрованные в этой аббревиатуре слова разные: например, по-немецки Antiblockiersystem, по-английски Anti-lock Brake System, есть даже устойчивое русскоязычное словосочетание «антиблокировочная система», но перевод и значение у них единые. Это система, которая не даёт колёсам блокироваться во время экстренного торможения и регулирует усилия, создаваемые тормозными механизмами. Главная задача системы триедина - дать водителю возможность управлять автомобилем, сохранить курсовую устойчивость и обеспечить наиболее эффективное замедление во время экстренного торможения.

Создание

Идея создать систему, предотвращающую блокировку колес, родилась еще до Второй мировой войны. Применять ABS изначально планировали в авиации. Но используемые в то время технологии и материалы не позволяли реализовать ее в массовом производстве, а уж тем более на серийном автомобиле. В 1964 году инженеры Mercedes совместно со специалистами компаний Teldix и Robert Bosch плотно взялись за дело. Для начала собрали все патенты и отчёты за последние пару десятков лет, в которых упоминалось о распределении тормозных усилий между колёсами.

Основные элементы любой ABS: блок управления и исполнительный механизм гидроагрегата (1), датчики скорости вращения колес (2). Гидроагрегат регулирует давление в контурах тормозной системы при помощи гидроаккумулятора, электрогидронасоса обратного хода и управляющих электрогидравлических клапанов. На схеме приведена четырёхканальная ABS, которая способна регулировать давление отдельно в каждой из четырёх тормозных магистралей.
желтый — информационные кабели;
красный — тормозной контур переднего правого и левого заднего колес;
синий — тормозной контур переднего левого и заднего правого колес

У всех современных систем четыре датчика, отслеживающих скорость вращения колес, и четыре пары клапанов - по два на каждый контур или канал тормозной системы. Такие системы называют 4-канальными. Они позволяют индивидуально регулировать тормозные усилия на каждом колесе, добиваясь максимально эффективного замедления

Исследования принесли результаты, например, помогли определиться с функциональной схемой ABS. Датчики (тогда лишь на передней оси) измеряли скорости вращения каждого колеса. Эти измерения регистрировал и сравнивал блок управления и при необходимости давал поправки исполнительному устройству скорректировать давление в каком-либо контуре тормозной системы. На бумаге все выходило довольно гладко. Но в реальных ситуациях ABS работала нечетко, на изменение сцепления колес с дорогой реагировала с запаздываниями, да и надежностью не славилась.

Еще в 1936 году компания Bosch зарегистрировала патент на «механизм, предотвращающий блокировку колёс моторных транспортных средств». Но лишь с внедрением электроники инженеры смогли разработать антиблокировочную тормозную систему (ABS 1), пригодную для использования на автомобиле

Одним из первых значимых шагов на пути к серийному производству стала замена в 1967 году механических датчиков на колесах бесконтактными, использующими принцип электромагнитной индукции. Преимущества очевидны: они не изнашиваются, устойчивы к механическим воздействиям, нет ложных срабатываний. Именно с такими сенсорами в 1970 году Mercedes представил общественности первую ABS c электронным управлением для легковушек, грузовиков и автобусов. Датчики передавали сигналы блоку, а тот управлял гидравлическим модулем, установленным между главным тормозным цилиндром и суппортами.

В 1978 году Mercedes-Benz первым в мире из автопроизводителей представил ABS на серийном S-Klasse. Опция добавляла к цене автомобиля 2217 марок. Чуть позже ту же ABS 2 примерила и БМВ 7-серии. И сегодня более двух третей всех новых автомобилей в мире оборудовано антиблокировочной системой тормозов

Принцип первой ABS заложен и в самой современной системе. Датчики отслеживают скорости вращения каждого колеса, блок управления сравнивает показания и подает команды электромагнитным клапанам гидромодуля, регулирующим давление в тормозной системе, - по паре (впускной и выпускной) на каждый контур. При экстренном торможении клапаны работают с частотой несколько десятков раз в секунду (15-20 Гц в зависимости от системы) - именно их стрекот мы слышим, когда колеса блокируются-разблокируются. При этом давление в одном или сразу нескольких контурах мгновенно поднимается и тут же стравливается, а колодки, соответственно, сжимают и отпускают диск, обеспечивая то самое прерывистое торможение.

Первые системы базировались на аналоговой технике, которая часто выдавала ошибки, сами монтажные схемы были сложными и громоздкими. А уровень развития «цифры» был тогда несравнимо низок - первые микропроцессоры, появившиеся в начале 1970-х, для управления антиблокировочной системой не подходили. Лишь через 5 лет Bosch сделала полностью цифровой блок управления. Электронная начинка стала почти на порядок компактнее - блок ABS 1 состоял примерно из 1000 компонентов, и всего 140 было в «мозгах» системы второго поколения. Кроме этого, работать ABS стала почти безотказно и в разы быстрее - электроника за миллисекунды обрабатывала данные с колесных датчиков и посылала командные импульсы гидромодулю.

В середине 1990-х годов антиблокировочные тормозные системы стали устанавливать и на мотоциклы. Они предотвращали блокировку переднего колеса и полет седока через руль. На верхней схеме показано преимущество, которое даёт АБС при торможении среднестатистического мотоциклиста на сухом асфальте со скорости 100 км/ч.

Многие современные системы мотоциклов работают, даже если водитель нажал только на задний или передний тормоз.

Дальнейшая эволюция антиблокировочных систем шла в двух направлениях - совершенствование гидравлики и электроники. Для примера рассмотрим развитие ABS от Bosch, который не только является родоначальником антиблокировочной системы, но и основным поставщиком для большинства автопроизводителей, в том числе и российских.

Самым мощным поставщиком компонентов ABS является Bosch, который поставляет комплектующие для большинства моделей. Для Chrysler и Jeep работает Bendix Corporation, для Ford, GM, Chrysler — Continental Automotiv Systems. Infiniti и Lexus используют детали фирмы Nippondenso, а их земляки Mazda и Honda — Sumitomo. А ещё разработкой и выпуском компонентов ABS занимаются Aisin Advics, Delphi, Hitachi, ITT Automotive, Mando Corporation, Nissin Kogyo, Teves, TRW и WABCO

Итак, вскоре после появления компактной цифровой начинки блок управления переехал на гидромодуль. Это не только упростило жизнь сборщикам и компоновщикам автомобиля, но и снизило себестоимость системы. Следующее поколение ABS 5, которое стало не только легче и быстрее, получило более совершенную механику, в том числе и блок новых по конструкции электромагнитных клапанов. Теперь антиблокировочная система позволила реализовать дополнительные функции, в частности, программу EBD (Electronic Brake Distribution), дозирующую силу торможения для каждого колеса по отдельности, программу TSC (Traction control system), которая борется с пробуксовками, и программу, контролирующую поперечную динамику, - ESP (Electronic Stability Program). Реализация этих функции потребовала управления двигателем - так, например, когда электроника фиксирует пробуксовку или поперечные скольжения, она автоматически уменьшает подачу топлива.

На смену механическим колесным датчикам пришли индуктивные. Их принцип работы прост: при движении автомобиля в катушке датчика индуцируется электрический ток. Его частота прямо пропорциональна скорости вращения колеса. Со временем они стали измерять не только скорость вращения, но и направление. Сейчас на некоторых моделях датчики встраивают в ступичные подшипники

Современные системы построены по модульному принципу. Например, девятое поколение поддерживает множество функций, повышающих комфорт и безопасность - электроника способна предотвращать откат автомобиля при старте в гору, регулировать скорость спуска с горы (реализуется на кроссоверах и внедорожниках) и даже автоматически экстренно останавливать автомобиль (подробнее о таких системах можно ). Причем автопроизводитель приобретает тот набор, который ему необходим для конкретного автомобиля. А разработчик ABS собирает ему агрегат из соответствующих электронных и гидравлических модулей. Кроме того, такая компоновка позволила выпускать системы для машин подешевле и подороже. Например, для моделей премиум-сегмента Bosch предлагает агрегаты с более сложной механикой. Так, вместо двухпоршневого возвратного насоса в гидромодуле устанавливают шестипоршневый. Он очень быстро снижает давление в контуре, из-за чего на тормозной педали почти нет тех самых вибраций.

Упрощённая схема работы гидроагрегата в составе АБС. Для простоты на схеме рассматривается работа системы с одним колесом. В четырехканальной системе на каждое колесо приходится четыре таких контура

А что на практике?

Не так давно мы провели тест, наглядно показывающий преимущества работы антиблокировочной системы. Объезд препятствия с торможением выполнялся на автомобиле с ABS и без оной. Шины на подопытных Логанах были одинаковыми - Barum Brilliantis размерностью 185/70 R14. Для пущей убедительности было сымитировано скользкое покрытие - пластик, смоченный мыльным раствором. В «створ ворот» нужно было въехать на скорости 40 км/ч и тут же начать экстренное (сильный удар по педали тормоза - водитель «испугался») торможение с одновременным перестроением.

Автомобиль без антиблокировочной системы

с вывернутыми колёсами, не меняя траектории, сбивал препятствие и продолжал двигаться далее. Виновник - трение скольжения в пятнах контакта, заблокированные колёса не воспринимают как надлежит боковые силы, следовательно, управлять автомобилем в этот момент невозможно. Я использовал прерывистое торможение, как учат на спецкурсах, эффект на данном виде покрытия - практически нулевой. Попытки нащупать момент начала блокировки и применить поисковое руление (поиск угла поворота колёс, когда автомобиль перестаёт реагировать на руль) тоже особым успехом не увенчались.

Logan c ABS

при гораздо более эффективном замедлении позволял с первого раза даже новичкам легко и без напрягов уйти от препятствия. Тормозной путь с ABS для данного покрытия был в среднем в 1,5 раза короче, чем у Логана, не оборудованного антиблокировочной системой. В чём хитрость? В прерывистом торможении с кратковременными блокировками - ABS успевает за секунду затормозить-растормозить каждое из колёс 15 раз. Пока колесо доли секунды катится, у вас есть возможность задавать направление (в этот момент в пятнах контакта трение покоя). При этом для каждого типа покрытия (устанавливается опытным путём при проектировании и доводке) поддерживается наиболее оптимальная степень проскальзывания колёс (15-20%), при которой замедление наиболее эффективно. Вдобавок ABS дозирует тормозное усилие на каждое из колёс по отдельности, предотвращая занос.

Почему на машине без ABS не помогло прерывистое торможение? Заблокировать-разблокировать колёса, в отличие от ABS, я успеваю максимум три-четыре раза в секунду - я действую априори медленнее. Степень проскальзывания у меня неоптимальная, следовательно, торможение менее эффективное. В отличие от ABS, педалью я воздействую сразу на все колёса, а это может вызвать снос либо занос, потому как под колёсами могут быть разнородные покрытия, либо изменена загрузка по осям и бортам. Траекторию при таком способе торможения можно научиться слегка изменять, но нужна тренировка. То же самое относительно «следящего» торможения. Вывод однозначен - с ABS автомобиль безопаснее.

Однако не всё так безоблачно, как может показаться на первый взгляд. В некоторых случаях ABS может увеличивать тормозной путь, например, на льду и ряде нестабильных покрытий (неплотный грунт, дорога с перекатывающимся гравием или твёрдое основание, присыпанное пылью, песком или снегом). Изношенные амортизаторы и недобросовестная настройка подвески тоже могут подлить масла в огонь... Если хотя бы одно колёсо во время торможения отрывается от дорожного полотна на длительное время и блокируется, система, думая, что оно попало на лёд, растормаживает его, а заодно снижает давление в гидравлических магистралях остальных колёс. Система в этом случае понимает, что колёса попали на разнородные покрытия и таким образом стремится сохранить курсовую устойчивость. Кроме того, сама адекватность настройки ABS на некоторых современных моделях вызывает много вопросов. Как быть с этими нюансами, поговорим в следующий раз.

Характеристики