Антиблокировочная система автомобиля. Датчики, конструктивное исполнение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное агентство по образованию

Московский Государственный Машиностроительный Университет «МАМИ»

Реферат

на тему: Антиблокировочная система автомобиля. Датчики, конструктивное исполнение

дисциплина: Датчики и электрические измерения

Студент 8 ДАС

Грицан Артём Николаевич

Преподаватель доцент

к.т.н. Ю.В Галевко

Москва 2014 г.

Содержание

Введение

1. История развития

2. Типы системы

3. Принцип действия и устройство. Датчики и конструктивное решение

4. Работа АБС на практике

Заключение

Использованные источники

Введение

Антиблокировочные системы получили широкое распространение в течение последних двадцати лет. Сначала на дорогих и спортивных машинах, затем на более дешевых, они стали частью тормозной системы. Их невысокая стоимость существенно перекрывается преимуществами, которые получает водитель. антиблокировочный транспортный торможение

Антиблокировочная система (АБС, ABS), нем. antiblockiersystem англ. Anti-lock Brake System или Anti-skid system -- система, предотвращающая блокировку колёс транспортного средства при торможении. Основное предназначение системы состоит в том, чтобы предотвратить потерю управляемости транспортного средства в процессе резкого торможения и исключить вероятность его неконтролируемого скольжения.

1. История развития

Прогресс за полвека заметный: если раньше для остановки со 100 км/ч требовалось метров 60, то сегодня не редкость 40 м, а иным образцам автомобилей достаточно и меньше!

«Устройство для предотвращения жесткого торможения колес» немецкая фирма Bosch запатентовала в 1936 году. А начало современной истории АБС было положено в 1964 году, когда инженер Гейнц Либер разработал фундаментальные основы таких систем. В 1970 году профессор Ханс Шеренберг объявил о создании первых работоспособных образцов антиблокировочной системы. Конечно, ни о какой сложной электронике в начале 70-х прошлого века не могло идти и речи, АБС с электронным управлением появились несколько позже, и первую такую систему разработала в 1978 году фирма Bosch. Первым серийным автомобилем, оснащаемым по желанию покупателя подобного рода системой, стал "Mersedes Benz S-класса" серии W 116. Произошло это в 1979 году. С тех пор установкой АБС на свои автомобили занимаются все ведущие мировые автопроизводители. Более того, эта система все чаще применяется в качестве стандартного оборудования, а некоторые из функций выполняемые ею активно используются для обеспечения работы других систем комплекса активной безопасности автомобиля, таких как ASR, ESP и т. д. (им нужны те же самые датчики, да и управление тормозами для них также необходимо).

2. Типы систем

Имеются два основных типа систем АБС: с двумя и четырьмя контролируемыми колесами. Каждая группа имеет две подгруппы - компонентные и вмонтированные системы.

· Антиблокировочные тормозные системы с двумя контролируемыми колесами

Эти системы предназначены для улучшения устойчивости автомобиля и предотвращения его заноса при резком торможении. Система контролирует только задние колеса и применяется в основном на легких грузовиках и фургонах, потому что у них задняя часть без груза очень легкая, из-за чего увеличивается вероятность блокировки задних колес. Антиблокировочная тормозная система с двумя контролируемыми колесами не оказывает никакого эффекта на передние колеса, и не может предотвратить потерю управления из-за блокировки передних колес. Клапан регулировки давления в тормозной системе с такой системой АБС не нужен (хотя на некоторых автомобилях этот клапан может быть установлен). Оба задних колеса управляются от одного тормозного контура. На системах АБС с двумя контролируемыми колесами с отдельными датчиками скорости вращения, гидравлическое давление управляется на основании данных, приходящих от колеса с наименьшей тягой.

· Антиблокировочные тормозные системы с четырьмя контролируемыми колесами

В этих системах контролируется скорость вращения всех четырех колес. Благодаря этому водитель имеет возможность тормозить жестко насколько возможно с сохранением управляемости автомобиля. Как в антиблокировочной тормозной системе с двумя управляемыми колесами, оба задних тормозных механизма включены в один контур. Передние тормозные механизмы имеют отдельные контуры.

· Компонентные системы

Компонентные системы применяются на автомобилях, оборудованных стандартным главным цилиндром / блоком усилителя тормоза. Блок гидравлического управления установлен на выходе главного цилиндра. Хотя эта система и считается дополняемой, комплектов для ее переделки в тормозную систему с АБС не существует. Для этого необходимо сделать больше, чем просто вмонтировать гидравлический модулятор в тормозные трубки между главным цилиндром и тормозными механизмами на колесах.

· Вмонтированные системы

Вмонтированная антиблокировочная тормозная система представляет из себя отдельный блок, в котором объединены главный цилиндр, блок усилителя тормоза и гидравлический модулятор.

3. Принцип действия и устройство

Торможение автомобиля достигается путем использования двух видов тормозных сил:

1) RT - тормозного сопротивления трению тормозных колодок о тормозные поверхности колес (дисков или барабанов);

2) RX - дорожного сопротивления трению шин колес автомобиля о поверхность дороги.

При движении автомобиля прямолинейно с постоянной скоростью Va, скорости вращения всех его колес Vкi равны друг другу. В этом случае средняя скорость вращения колес определяемая как: Vк = УVкi /i будет равна скорости движения автомобиля Vк = Vа.

В процессе интенсивного торможения, когда RX равно силе сцепления колеса с дорожным покрытием (RT < RX) скорость автомобиля Va превышает среднюю скорость Vк вращения колес - кузов "обгоняет" колеса под действием силы инерции массы автомобиля, т.е. Vк < Vа. Между колесами и дорогой возникает скольжение определяемое коэффициентом скольжения S: S=(Va-Vk)/Va.

FZ - нормальная нагрузка на колесо со стороны автомобиля; FX - продольная сила, действующая на колесо со стороны автомобиля; RZ - нормальная реакция дороги, смещенная на величину а; д - угол бокового увода колеса; RR - результирующая сила

Замедление движения автомобиля реализуется за счет изгиба выступов протек­торов шин и частичного их скольжения относительно дороги. При этом колеса замедляются постепенно и плавно, тем самым сохраняется управляемость автомобиля, которая определяется величиной силы сопротивления боковому уводу колес RY.

к - конструктивный коэффициент состояния протекторов шин и тормозных устройств (колодок, дисков, барабанов, суппортов)

Если S = 0, то колесо вращается свободно, без воздействия на него дорожного сопротивления скольжению RX.

При S = 1 возникает юз колеса - его полная остановка при продолжающемся движении автомобиля. Юз колеса вследствие его блокировки приводит к потере устойчивости движения автомобиля. При блокировании управляемых колес (передних), управление автомобилем с помощью рулевого управления становится невозможным, т.к. RY = 0. При блокировке задних колес из-за разницы величин сцепных свойств, правого и левого колеса станет возможным занос задней части автомобиля. При полной блокировке всех четырех колес движение автомобиля становится неуправляемым и непредсказуемым.

S = 0 - 0,07 сила торможения линейно зависит от скольжения, обеспечивая наиболее комфортное торможение (плавное и медленное нажатие на педаль тормоза).

S = 0,1 - 0,3 - оптимальный интервал величин полезного скольжения, при которых сила торможения достигает максимальных значений при продолжающемся нормальном качении колеса. При более интенсивном торможении скольжение S растет, а сила торможения к·RX обычно уменьшаться.

Основной задачей АБС является автоматическое (без участия водителя) поддержание коэффициента скольжения S в пределах 0,1 - 0,3, когда сила торможения автомобиля максимальна, т.е. возможна максимальная реализация тормозного момента исходя из состояния дорожного покрытия. Эта задача решается путем включения в рабочую тормозную систему устройств, автоматически препятствующих блокировке колес.

Существует множество вариантов конструктивного исполнения антиблокировочных устройств. Наибольшее распространение на современных легковых автомобилях получили четырехканальные АБС, например ABS BOSCH 5. В таких системах каждое колесо имеет отдельный гидравлический тормозной контур с автоматическим регулированием давления, для обеспечения торможения каждого колеса в отдельности.

Для реализации 4-х контурной гидравлической тормозной системы с автоматическим управлением, в каждом контуре имеются электроуправляемые гидравлические клапаны (ЭГК), с помощью которых обеспечивается регулирование давления тормозной жидкости в колесном тормозном цилиндре (КТЦ), путем его стравливания с помощью откачивающего гидравлического насоса (ГН). Такие ЭГК всех колес, ГН и ЭБУ конструктивно объединяют в центральный исполнительный механизм, называемый электрогидравлическим блоком (ГБ).

Алгоритм автоматического управления ЭГК и ГН осуществляется путем сравнения скоростей вращения колес Vк с приведенной скоростью движения кузова автомобиля Va, что реализуется в ЭБУ, который получает сигналы о скорости вращения колес от колесных датчиков (КД). В случае необходимости снижения давления PКТЦ в КТЦ (при отставании скорости конкретного колеса от скорости автомобиля), с ЭБУ на соленоиды соответствующих ЭГК подается ток управления Iw, они срабатывают и переключают гидравлический тормозной контур в режим принудительного растормаживания колеса, в результате, скорость колеса повышается и ЭБУ отключает питание ЭГК, переводя систему в штатный режим. Таким образом, постоянно обеспечивается автоматическая корректировка эффективности торможения каждого колеса в отдельности. Такое управление гидравлическими тормозами не допускает блокировки колес в любых условия торможения автомобиля.

ИД скорости вращения представляет собой генератор импульсов напряжений, частота которых прямо пропорционально зависит от частоты вращения задающего диска. Задающий диск из ферромагнитного материала имеет по периметру чередующиеся выступы (зубцы) и впадины или изготавливается в виде диска с прорезями. В корпусе датчика 2 располагается катушка 3, сердечник (магнитопровод) 4 и постоянный магнит 1. При вращении ЗД величина воздушного зазора между ним и ИД постоянно меняется, т.е. меняется магнитное сопротивление воздушного зазора, что ведет к соответствующему изменению магнитного потока через витки катушки и появлению в них переменной по направлению ЭДС.

При торможении автомобиля, из-за неодинаковых тормозных условий разных колес возникает разница в величинах их скоростей и скоростью движения автомобиля. Если эта разница не значительна, АБС находится в режиме сбора информации с датчиков, гидравлическая система тормозов работает классически. При этом впускные и выпускные клапаны в гидравлическом блоке обесточены - впускные клапаны нормально открыты, а выпускные - закрыты.

Если с ИД колес на ЭБУ АБС приходят сигналы рассогласованные значительно, например, при заданной минимальной угловой скорости (блокировке) одного из колес, то он подает питание на реле гидравлического насоса РГН и реле электромагнитных клапанов РЭМК. Включается гидравлический откачивающий насос ГН, на ЭМК подается положительный потенциал. И в зависимости от того, какое колесо (или колеса) необходимо растормозить, цепь питание соответствующих клапанов замыкается (с ЭБУ подается отрицательный потенциал). Тем самым при расторможении определенного колеса закрывается его впускной клапан и открывается выпускной клапан. Гидравлический насос откачивает жидкость через выпускной клапан и давление в тормозном колесном цилиндре снижается, колесо приобретает скорость. Если при дальнейшем торможении скорости колес становятся близки, то ЭБУ отключает РГН и РЭМК, тем самым останавливается ГН и открываются впускной, и закрывается выпускной клапаны. Если торможение продолжается (педаль тормоза нажата) и скорость колеса опять снижается ниже заданной минимальной, то процесс снижения давления в КТЦ повторится.

Как уже было отмечено ранее, существует множество различных по конструкции и принципу работы АБС. Например, существуют системы, в которых кроме режима снижения давления реализуется режим удержания давления в КТЦ, когда впускной и выпускной ЭГК закрыты. В некоторых вариантах исполнения АБС, ГН одновременно является и гид­роусилителем тормозов.

При некоторых состояниях дорожного покрытия работа АБС может привести к увеличению тормозного пути автомобиля по сравнению с этим показателем для случая интенсивного торможения без АБС, но при этом устойчивость движения автомобиля не гарантирована, а из­нос шин и тормозных поверхностей (колодок, дисков, барабанов) резко взрастает. В системах с регулированием каждого колеса при разных силах сцепления левого и правого колес возникает поворачивающий момент. В большинстве случаев тормозная система с АБС эффективнее классической тормозной системы.

4. Работа АБС на практике

Со времени появления АБС существует устойчивое мнение, что антиблокировочная система не многим уступает опытному водителю в способности остановить автомобиль на сложном покрытии, и вовсе незаменима для начинающих водителей. Но, прежде чем приводить говорить об эффективности системы, расскажем, что собой представляет типичная АБС.

Как известно, эффективное управление автомобилем, в том числе его торможение зависит от сцепления колес с поверхностью дороги. При потере сцепления, при торможении с заблокированными колесами увеличивается тормозной путь, автомобиль становится неуправляемым. При торможения на скользкой поверхности опытные водители удерживают колеса на грани блокировки, используя прием прерывистого торможения. Отчасти, "техника" работы АБС заимствовала опыт, накопленный человеком. Современная антиблокировочная система не просто следит за тем, чтобы то или иное колесо не было заблокировано, но еще и сравнивает работу каждого из колес и регулирует тормозные усилия таким образом, чтобы не допустить потери курсовой устойчивости.

Теперь посмотрим, насколько эффективна антиблокировочная система на типичном европейском автомобиле. Два покрытия: укатанный снег с коэффициентом сцепления 0,14 и мокрый асфальт - 0,76. При создавшейся аварийной ситуации возможны следующие варианты действия водителя: работа только рулем без использования тормозов, руль и торможение.

Простейшая ситуация: торможение на прямой со скорости 40 км/ч. На асфальте водителю удается точно дозировать тормозной усилие, так что результаты не позволяют судить о превосходстве электроники. Но стоит попасть на снег, примитивное торможение с педалью "в пол" дает результат тормозного пути 46 метров. Торможение по всем правила на грани блокировки дает результат 41 метр. При подключении АБС - 37,4. Победа по всем статьям. Со скорости 60 км/час тормозной путь с АБС меньше уже на пять метров по сравнению с опытным водителем.

Теперь более сложное покрытие, так называемый "микст", когда под правыми колесами лед, а под левыми асфальт. Скорость 60 км/ч: с АБС - 37 м, без АБС - 41 м, но основное преимущество электроники не в метрах. Куда важнее поведение автомобиля. Коварство "микста" заключено в том, что из-за разности коэффициентов сцепления возникает разворачивающий момент, который трудно компенсировать вращением рулевого колеса, а для неопытного водителя эта ситуация может оказаться драматичной. Стоит ошибиться и машину начнет вращать на дороге.

Еще одна типичная дорожная ситуация. Водитель входит в поворот постоянного радиуса, не рассчитав скорость. Он может просто отпустить газ и, работая рулем пытаться описать дугу в пределах своей полосы движения или же привлечь тормозную систему с опасностью потерять курсовую устойчивость и сойти с дороги. Итак, входим в поворот с максимально возможной скоростью, и, главное, пытаемся из него выйти. Мокрый асфальт, радиус поворота 35 метров, водитель работает только рулем. Показанная скорость 67 км/час. То же самое, но с торможением без АБС - 69 км/час. Быстрее поедешь - или снесет, или, если колеса заблокируются, вообще понесет прямо, а не по дуге. Скорее всего, еще и закрутит. Теперь с АБС - 79 км/час. Заметное преимущество!

Радиус поворота на льду увеличиваем до 50 метров. Результат без использования тормозов - 61 км/час, с тормозами 69, с тормозами и АБС - 75 км/час. Преимущества АБС очевидны, хотя не так значительны, как на мокром асфальте.

Заключение

В последнее время в автомобили придумываются и внедряются все более изысканные новшества, от количества аббревиатур рябит в глазах. Правда часто под этими аббревиатурами на разных марках автомобилей маскируются одни и те же устройства.

Тормоза многих современных "мерседесов" оборудуют АБС с функцией "брейк эссист" (Brake Assist). Ее задача - реализовать возможности тормозов на 100%. А идея "ассистента" пришла инженерам из Штутгарта после серии тестов, в ходе которых была замечена интересная тенденция: подавляющее большинство водителей, попадающих в критическую ситуацию, либо нажимали на педаль тормоза недостаточно сильно в течение всего маневра, либо увеличивали усилие лишь в самом его конце. Электронные мозги "брейк эссист" уловят момент, когда водитель совершает ошибку, и в течение долей секунды поднимут давление в тормозах до максимально эффективного. Есть похожая функция и в тормозах БМВ, она носит название DBC (Dynamic Break Control).

В последнее время активно внедряют в машины разных классов и противобуксовочную систему, именуемую "Мерседесом" ASС (Acceleration Skid Control), "Ровером" - ETC (Electronic Traction Control), а "Опелем" и "Вольво" - TC (Traction Control) и TRACS (Traction Control System). Все они иногда объединяются под общим названием "тракшн контроль" и выполняют функцию "АБС наоборот": не допускают пробуксовки во время разгона.

Наверное, каждому приходилось трогаться с места на покрытой льдом дороге. Главное - не доводить ведущие колеса до пробуксовки. Порой несложно сорвать машину в занос, переборщив с газом, и на ходу. Счастливчикам, управляющим машинами с ASС и ее аналогами, думать об этом необязательно - электроника подстрахует.

Использованные источники

1. http://www.autoconsulting.com.ua

2. http://www.drive.ru

3. http://www.smallcars.ru

4. Техника. М. Д. Аксенова. - М.: Аванта

Размещено на Allbest.ru