Тормозная система - краткая теория
Вакуумный усилитель тормозов ABS с переменным коэффициентом усиления
- Вакуумный усилитель тормозов ABS с переменным коэффициентом усиления
- Screenshot_23.jpg (272.19 КБ) 160 просмотров
Некоторые модели автомобилей с ABS оснащаются вакуумным усилителем тормозов с переменным коэффициентом усиления.
Следует обратить внимание на то, что говорить о двойном усилении некорректно. Вакуумный усилитель тормозов с переменным усилением часто называют системой помощи при экстренном торможении BAS (Brake Assist System), что также неправильно. Конструкция этой системы позволяет получить два изменения наклона кривой усиления в зоне управления торможением (в последней точке перегиба кривая меняет свой наклон третий раз). Благодаря такой форме кривой можно дозировать усилие на педали тормоза, что особенно важно в экстренных ситуациях. В обычных усилителях тормозов степень усиления зависит от соотношения площадей рабочих поверхностей диска и штока. В отличие от обычного усилителя рабочая поверхность диска в усилителе с переменным коэффициентом усиления разделена на две части. Благодаря этому площадь рабочей поверхности диска изменяется во время торможения. Когда усилие нажатия на педаль достигает определенного значения (усилие, воздействующее на реактивный диск, возрастает), наружное кольцо подвижной втулки смещается относительно центра диска. Начальный момент смещения зависит от усилия предварительного натяжения пружины переменной жесткости. Первая точка перегиба кривой должна соответствовать давлению в главном тормозном цилиндре 35 40 бар. Кривая изгибается второй раз, когда воздушная камера соединяется с внешней круговой зоной корпуса клапана (зона усиления) и фактически с внутренней поверхностью поршня усилителя. В результате этого создается номинальное усиление. Изменение усиления по мере нажатия на педаль тормоза происходит в соответствии с заданным коэффициентом усиления до тех пор, пока входное усилие не превысит значения в точке перегиба.
Расстояние между двумя точками перегиба зависит от величины зазора во втулке (рас-стояния между реактивным диском и подвижной втулкой) и от характеристики пружины переменной жесткости. Чем меньше зазор и ниже жесткость пружины, тем ближе друг к другу расположены точки перегиба. Стандартная характеристика усиления, когда давление на входе увеличивается на 20 +/- 10 бар, производится, как описано выше. Особые свойства кривой переменного усиления можно наблюдать только при заданной скорости перемещения педали тормоза. Тем не менее, преимущество усилителя с переменным коэффициентом усиления ощущается в момент быстрого нажатия на педаль тормоза. Это означает, что данный усилитель обеспечивает более точное дозирование давления, чем обычный усилитель, при одной и той же скорости перемещения педали тормоза. Это справедливо даже в том случае, когда с ростом коэффициента усиления при резком нажатии на педаль тормоза увеличивается задержка нарастания давления. Усилитель с переменным коэффициентом усиления не оказывает влияния на время срабатывания тормозов.
Преимущества ABS
- Преимущества ABS
- Screenshot_24.jpg (182.99 КБ) 159 просмотров
Антиблокировочная система тормозов (ABS) представляет собой систему управления, которая позволяет современным тормозным системам обеспечивать максимальную эффективность торможения автомобиля в сложных ситуациях независимо от состояния дорожного покрытия. Основными преимуществами ABS являются: отсутствие заноса автомобиля во время торможения, сохранение управляемости даже при резком торможении, оптимизация тормозного пути, снижение износа шин. Системы ABS были разработаны для обеспечения оптимального торможения автомобиля с сохранением курсовой устойчивости в различных дорожных условиях. Тормозной путь автомобиля зависит от многих факторов, в том числе погодных условий, состояния дорожного покрытия, интенсивности дорожного движения и усилия нажатия на педаль тормоза. Если происходит блокировка передних колес, автомобиль теряет управление.
Тормозные силы и силы, действующие на шину колеса
- Тормозные силы и силы, действующие на шину колеса
- Screenshot_25.jpg (158.12 КБ) 158 просмотров
Все неподвижные тела стремятся сохранять состояние покоя, а движущиеся — направление движения и скорость. Силы создаются и/или используются для изменения состояния тела. Характерным примером служит попытка остановить автомобиль в повороте при гололеде. Автомобиль продолжает скользить, не отклоняясь от первоначальной траектории без существенного снижения скорости, несмотря на все попытки восстановить контроль над автомобилем.
Силы, действующие на шину колеса
Единственный способ изменить направление и скорость движения — это приложить
к колесу определенные силы. К этим силам относятся следующие.
Касательная сила Fu
Касательная сила FU действует в месте контакта шины колеса с дорогой. Она позволяет водителю с помощью дроссельной заслонки (педали акселератора) и системы торможения осуществлять разгон и замедление автомобиля.
Нормальная сила Fn
Нормальная сила FN представляет собой массу автомобиля и его груза. Она действует в плоскости, перпендикулярной дорожной поверхности. Кроме того, эти силы могут по разному действовать на автомобиль в зависимости от состояния дороги, шин и погодных условий. Величина сил, воздействующих на дорогу, зависит от коэффициента трения в пятне контакта шины колеса с дорожным полотном.
Тормозные силы
Между рабочей поверхностью тормозного диска или барабана и тормозной колодкой возникает сила трения FF. Сила трения зависит от:
– величины давления в тормозной системе;
– значения силы трения (зависит от материала тормозной колодки);
– конструкции тормозов (дисковые или барабанные тормозные механизмы).
Торможение, поперечная сила и скольжение колеса
- Торможение, поперечная сила и скольжение колеса
- Screenshot_26.jpg (147.7 КБ) 157 просмотров
Торможение, поперечная сила и скольжение колеса
Кривая А представляет собой зависимость тормозной силы от скольжения колеса. Тормозная сила равна коэффициенту сцепления шины с поверхностью дороги. Каждое торможение приводит в определенной мере к возрастанию скольжения колеса. Скольжение свободно вращающегося колеса принимают равным 0%, а заблокированного — 100%. Первоначальное торможение при нулевом относительном скольжении колеса приводит к тому, что тормозная сила резко увеличивается, а скольжение колеса нарастает постепенно до определенного предела. При превышении этого значения тормозная сила падает, а скольжение колеса увеличивается.
Поперечная сила и скольжение колеса
Кривая В выражает зависимость поперечной силы от скольжения колеса. Максимальная тормозная сила достигается в точке, которая соответствует предельно допустимому значению скольжения. Отрезок кривой (В) между нулевым и предельно допустимым значениями скольжения называется зоной устойчивого торможения (2), а отрезок кривой между предельно допустимым и 100%-ным значениями скольжения называют зоной неустойчивого торможения (3), так как торможение в этой зоне всегда приводит к заносу автомобиля. Это связано с тем, что превышение предельно допустимого значения скольжения сразу приводит к блокировке колес, которой можно избежать только немедленным снижением тормозной силы. Скольжение также возникает под действием поперечной силы, например при прохождении поворота. Кривая В показывает, что поперечная сила быстро снижается с увеличением скольжения. При 100% ном скольжении, когда колеса заблокированы, поперечная сила равна нулю, поэтому водитель полностью теряет управление автомобилем.
Круг сцепления
Соотношение между силой трения, поперечной силой, тормозной силой и силой тяги можно выразить с помощью круга сцепления. В нем допускается, что сила трения в пятне контакта шины с поверхностью дороги во всех направлениях одинакова. Круг позволяет наглядно показать зависимость между поперечными силами, тормозной силой и силой тяги.
Примеры
Вы тормозите при движении по прямой: сила трения в пятне контакта шины с дорогой действует только в продольном направлении, вынуждая автомобиль останавливаться.
Вы проходите поворот на определенной скорости: при движении на заданной скорости в повороте сила трения в пятне контакта шин с дорогой действует только в поперечном направлении. Благодаря этому автомобиль поворачивает.
Вы тормозите на повороте: сила трения действует в продольном и поперечном направлениях. Если поперечные силы превысят определенное максимальное значение, начнется поперечное скольжение автомобиля. При превышении продольных сил предельного значения тормозной путь автомобиля увеличивается.
Коэффициент трения и скольжение
- Коэффициент трения и скольжение
- Screenshot_27.jpg (204.26 КБ) 156 просмотров
Зона контакта шины с дорожной поверхностью называется «пятном контакта». Сила трения, возникающая в пятне контакта колес с дорогой, создает условия для движения автомобиля (разгона, торможения и поворота).
Рисунок № 1
На рисунке № 1 показана взаимосвязь работы ABS и торможения автомобиля. Зоны, в которых срабатывает ABS, заштрихованы. Как следует из кривых 1 (сухая дорога), 2 (мокрая дорога) и 4 (лед), тормозной путь автомобиля при срабатывании ABS короче, чем во время экстренного торможения при заблокированных колесах (скольжение колес равно 100%). На кривой 3 (заснеженная дорога) снежный клин усиливает эффективность торможения при заблокированных колесах. В этих условиях основными достоинствами ABS является сохранение устойчивости и управляемости автомобиля.
Рисунок № 2
В дополнение к тормозным силам и силе тяги, действующим в пятне контакта шины в направлении вращения колеса, существует также поперечная сила, которая действует в боковом направлении. Поперечная сила — это основная сила, которая возникает при повороте автомобиля. Шина деформируется в поперечном направлении при движении по поверхности дороги и возвращается в первоначальное состояние при отрыве колеса от дороги. Если посмотреть на шину сверху, то можно заметить, что боковая деформация в месте контакта ее с поверхностью дороги приводит к отклонению плоскости вращения колеса от направления его движения. Это отклонение называется углом проскальзывания. Из кривых коэффициентов тормозной силы и поперечной силы следует, что пределы регулирования ABS должны превышать величину угла проскальзывания а = 2°, максимальное значение угла проскальзывания а = 10° возникает в условиях действия больших поперечных сил, когда автомобиль испытывает сильное боковое ускорение. При максимальной тормозной силе на повороте и сильном боковом ускорении ABS быстро срабатывает, допуская первоначально 10%-ное (например) скольжение. При а = 10° коэффициент начальной тормозной силы ограничен на уровне 0,35, вместе с тем, коэффициент поперечной силы близок к максимальному значению и равен 0,8. Так как автомобиль продолжает торможение в повороте, величина относительного скольжения, ограничиваемая ABS, изменяется обратно пропорционально скорости движения и попе-речному ускорению. Поэтому низкое значение коэффициента поперечной силы, которое обусловлено снижением поперечного ускорения, соответствует высокой степени замедления автомобиля. Таким образом, при торможении в повороте тормозные силы быстро нарастают, поэтому тормозной путь ненамного превышает показатель при торможении на прямой в одних и тех же дорожных условиях.
Контур управления ABS
- Контур управления ABS
- Screenshot_28.jpg (172.53 КБ) 154 просмотра
При управлении ABS учитывается следующее.
Состояние контролируемых элементов и параметров:
автомобиль с рабочими тормозными механизмами, колеса и сила трения между шинами и поверхностью дороги.
Возмущающие факторы:
условия дорожного движения, условия торможения, нагрузка на автомобиль и состояние шин (например, несоответствующая ширина протектора, низкое давление в шинах).
В состав системы управления ABS входят датчики скорости вращения колес и ЭБУ ABS.
Контролируемые параметры: скорость вращения колеса и данные о замедлении и ускорении вращения и скольжения колеса при торможении.
Входной опорный параметр: усилие нажатия на педаль тормоза (входное тормозное давление).
Управляемый параметр: тормозное давление.
Состояние контролируемых элементов и параметров
В основу обработки данных блоком ABS положены следующие простые принципы.
Ведомое колесо: одна четвертая часть общей массы автомобиля приходится на это колесо.
Торможение колеса: это трение, возникающие между шиной и поверхностью дороги.
Расчетная кривая коэффициента трения в зависимости от величины скольжения колеса: она разделена на две зоны устойчивого торможения. В первой зоне коэффициент трения растет линейно, а во второй — он представляет собой постоянную величину или прямую линию.
Контролируемые параметры
От выбора контролируемых параметров зависит эффективность работы системы ABS. Основными сигналами являются сигналы датчиков скорости вращения колес, после обработки которых ЭБУ определяет замедление или ускорение вращения колес, сколь-жение при торможении, опорную скорость и замедление автомобиля. Поскольку скольжение при торможении нельзя измерить напрямую, ЭБУ рассчитывает его значение, исходя из опорной скорости, представляющей собой скорость в оптимальных условиях вождения. Для определения этой скорости ЭБУ использует информацию от датчиков скорости вра¬щения колес. ЭБУ выбирает датчики по диагонали (например, правого переднего и левого заднего колес) и использует полученную от них информацию для определения опорной скорости. При плавном торможении опорная скорость рассчитывается по сигналам датчика одного из диагонально расположенных колес, которое вращается быстрее. При экстренном торможении и включении ABS скорости вращения колес отличаются от скорости движения автомобиля, поэтому не могут быть использованы для расчета опорной скорости. При срабатывании ABS ЭБУ рассчитывает опорную скорость путем линейной экстраполяции скорости движения в начальный момент включения ABS.
Управление торможением на дорогах с хорошими условиями сцепления
- Управление торможением на дорогах с хорошими условиями сцепления
- Screenshot_29.jpg (193.98 КБ) 153 просмотра
При замыкании контура управления ABS начинается процесс регулирования торможения на дороге с хорошими условиями сцепления (поверхность с высоким коэффициентом трения). Чтобы избежать нежелательных резонансных колебаний в подвеске и транс-миссии, тормозное давление должно возрастать более плавно, чем при фазе торможения. Кривые на графике показывают торможение в условиях движения по дороге с высоким коэффициентом сцепления и торможения.
Фаза 1
Окружное замедление колеса превышает заранее заданное пороговое значение (замедление колеса) в конце первой фазы, и электромагнитный клапан устанавливается в положение удержания давления. При этом сбрасывать давление нежелательно, так как пороговое значение замедления может быть превышено только в пределах зоны устой-чивого торможения, что хорошо видно на кривой зависимости коэффициента тормозной силы от скольжения колеса. В противном случае это приведет к увеличению тормозного пути. Вместе с тем, опорная скорость снижается в соответствии с уклоном линии интер-поляции. Опорная скорость является исходным параметром для расчета пороговой величины скольжения.
Фаза 2
В конце фазы 2 окружная скорость вращения колеса становится ниже предела допустимого скольжения. В результате электромагнитный клапан устанавливается в положение сброса давления. Давление продолжает падать до тех пор, пока окружное замедление колеса не превысит порог регулирования.
Фаза 3
В конце 3-й фазы давление становится ниже порогового значения окружного ускорения, что приводит к включению фазы удержания давления на определенное время. В течение этой фазы окружное ускорение колеса увеличивается настолько, что превышает предельные значения. Давление поддерживается постоянным.
Фазы 4-5
В конце 4-й фазы окружное ускорение колеса превышает заданное предельное значение. Тормозное давление нарастает, пока ускорение превышает предельное значение ускорения колес.
Фаза 6
В фазе 6 поддерживается постоянное давление из-за превышения порогового значения окружного ускорения колеса. Это приводит к тому, что колесо снова оказывается в зоне устойчивого торможения на кривой зависимости коэффициента торможения от скольжения колеса и немного недоторможено.
Фаза 7
В фазе 7 тормозное давление увеличивается до тех пор, пока окружное замедление колеса не превысит пороговое значение
Управление торможением на дорогах с плохими условиями сцепления
- Управление торможением на дорогах с плохими условиями сцепления
- Screenshot_30.jpg (195.44 КБ) 152 просмотра
В отличие от торможения на дорогах с хорошим сцеплением, на скользких покрытиях достаточно слабого нажатия на педаль тормоза, чтобы заблокировать колеса. Колесам требуется значительно больше времени для торможения и повторного ускорения. Логические схемы ЭБУ позволяют распознать дорожные условия и адаптировать к ним работу ABS.
Фазы 1-2
Процесс управления торможением аналогичен тому, который использовался на дорожных покрытиях с высокими сцепными качествами.
Фаза 3
Начинается с короткого периода удержания давления, затем скорость вращения колеса быстро сравнивается с величиной предела регулирования скольжения. Если окружная скорость колес ниже предельного значения скольжения, то тормозное давление снижается на короткое время. Затем наступает короткая фаза удержания давления. Система снова сравнивает окружную скорость вращения колеса с пороговым значением скольжения, после чего наступает короткая фаза снижения давления. В ходе последующей фазы удержания давления колеса снова ускоряются до тех пор, пока окружное ускорение не превысит предельное значение.
Фаза 4
Начинается с фазы удержания нового значения давления до тех пор, пока окружная скорость снова не станет ниже порогового значения ускорения.
Фаза 5
Фаза 5 отличается постепенным нарастанием давления по аналогии с предыдущим разделом.
Фаза 6
Наконец, в фазе 6 давление снижается до первоначального значения, соответствующего новому циклу управления.
В описанном выше цикле по логике управления требуется дополнительно два раза снизить давление для того, чтобы вновь увеличить скорость вращения колеса после уменьшения давления по сигналу окружного замедления колеса. Относительно длительное вращение колеса при значительном скольжении приводит к снижению устойчивости и управляемости автомобиля. Для улучшения обоих показателей система непрерывно контролирует и срав-нивает окружную скорость с предельным значением регулирования скольжения в этом и последующих циклах управления. Поэтому в фазе 6 давление постоянно падает и колеса вращаются при значительном скольжении только минимальное время. В результате увели-чивается устойчивость и управляемость автомобиля по сравнению с первым циклом управления торможением.
Узел гидроблок – ЭБУ ABS, входные и выходные сигналы
- Узел гидроблок – ЭБУ ABS, входные и выходные сигналы
- Screenshot_31.jpg (154.17 КБ) 151 просмотр
сигнал выключателя стоп-сигналов;
сигнал датчика ускорения (только на некоторых полноприводных автомобилях).
Блок управления постоянно запитан по цепи контакта «+30», рабочее напряжение блока 9 16 В. При включении зажигания на ЭБУ поступает напряжение питания, и на время проверки работы системы загорается контрольная лампа ABS. Если система исправна, лампа гаснет через 3 5 секунд.
Примечание
Перед работой с ЭБУ коснитесь металлической части автомобиля (например, блока двигателя), ни в коем случае не дотрагивайтесь до контактов разъема блока.
Сигнал выключателя стоп-сигналов
- Сигнал выключателя стоп-сигналов
- Screenshot_32.jpg (98.75 КБ) 150 просмотров
Когда педаль тормоза нажата, ток по цепи выключателя стоп-сигналов поступает на блок управления.
Информация о состоянии выключателя стоп-сигналов (включен/выключен) используется для работы электронной системы распределения тормозных усилий EBD при проведении тестирования электродвигателя насоса и регулирования давления ABS. При нажатии на педаль тормоза к блоку управления подается ток от выключателя стоп-сигналов; ABS работает в режиме, принятом по умолчанию. Информация о состоянии выключателя стоп-сигналов (включен/выключен) используется блоком управления следующим образом.
- Если при срабатывании ABS водитель отпускает и снова нажимает педаль тормоза, блок управления начинает новый цикл управления.
- Включение выключателя стоп-сигналов является одним из 4 условий, необходимых для включения блоком управления функции EBD.
- Проверка электродвигателя насоса производится при скорости 6 км/ч, а при замыкании контактов выключателя стоп-сигналов — при скорости 15 км/ч.