Анти-блокировочная система автомобилей. 4

Новосибирский  Государственный  Аграрный  Университет

Инженерный  институт

Кафедра «Автомобили и тракторы» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Реферат на тему:

«Анти-блокировочная  система автомобилей» 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     . 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Новосибирск 2008г.

Содержание 
 

Содержание…………………………………………………………..1 

Назначение и  принцип действия АБС……………………………...2 

АБС на практике …………………………………………………….5 

ESP – в помощь АБС………………………………………………...7 

Заключение…………………………………………………………...8 

Назначение  и принцип действия АБС 

     Анти-блокировочная система (АБС) тормозов предназначена для сохранения устойчивости и управляемости автомобиля при его торможении путем предотвращения блокировки колес. Сама аббревиатура АБС родилась в Германии, где еще в 1936 году инженерами компании Bosch было разработано и запатентовано дополнительное устройство, предотвращающее блокирование колес при торможении автомобиля.

         Создать же по-настоящему эффективную систему, способную практически мгновенно оценить дорожную ситуацию и соответствующе отреагировать на нее, удалось лишь в 70-х годах, когда появились микропроцессоры с высоким быстродействием. 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).

         Рассмотрим, что происходит с транспортным средством при необходимости его экстренной остановки. При нажатии на педаль тормоза автомобиль, обычно , начинает замедляться, т. к. на колесо передается тормозной момент МТР, реализуемый путем прижатия тормозных колодок к диску или барабану. Величина этого момента главным образом определяется приложенным к педали усилием. В общем случае, здесь мы могли бы создать достаточно большой тормозной момент способный, казалось бы, остановить автомобиль весьма быстро. Но это не так. По мере возрастания МТР автомобиль замедляется все быстрее. Однако существует определенное значения тормозного момента, при котором все Ваши действия как водителя, направленные на увеличение эффективности замедления автомобиля, путем вдавливания в пол этой самой педали, успехом не увенчаются. Автомобиль в этом случае уже не будет катиться по поверхности дороги, он будет скользить по ней. При этом машина становиться совершенно неуправляемой, т. е. если перед Вами внезапно возникло препятствие любые манипуляции рулем направленные на то, чтобы хоть как-нибудь изменить траекторию движения транспортного средства, уже не помогут. Вы становитесь заложником заблокированных колес. Однако ситуацию еще можно исправить, надо только отпустить педаль тормоза и сманеврировав уйти от столкновения.

         Объяснение этому явлению довольно простое. Дело все в том, что максимальный тормозной момент, реализуемый колесом (Mmax тр.), зависит от коэффициента сцепления колеса с дорогой, который может быть реализован им в данных дорожных условиях, и определяется из соотношения: 

                                                Мmax тр=f*Rz*r, где:

f - коэффициент  сцепления колеса с дорогой; Rz - нормальная составляющая реакции дороги; r - радиус качения колеса.

Торможение в  повороте (лед)

                                                        Если величина Мтр, передаваемого на колесо, достигнет значения величины, стоящей в правой части уравнения, то колесо мгновенно заблокируется. В результате: в лучшем случае, после ряда таких замедлений, Вы отправитесь в магазин за новой обувью для своей машины, а в худшем - потеря управления может привести к заносу и возникновению ДТП. Причем бывают случаи, когда блокировка наступает даже при легком нажатии на педаль тормоза. Так происходит, например, на обледеневшей дороге. В этом случае коэффициент сцепления весьма невелик.

                                                       Таким образом, дабы избежать этой принеприятнейшей ситуации необходимо, чтобы постоянно, в процессе торможения автомобиля, соблюдалось неравенство: Мmax тр < f*Rz*r. А вот этого достичь очень сложно, особенно если необходима экстренная его остановка. Помочь в этой ситуации водителю в силах только АБС. Антиблокировачная система дает возможность водителю не задумываться о том, с какой силой давить на педаль тормоза. При любом усилии она не позволяет колесам автомобиля начать скольжение, балансируя величиной тормозного момента на грани блокировки, и никогда не переходя за эту грань. Таким образом, водитель удерживает педаль тормоза нажатой, а система, то притормаживает колеса, то снова дает им раскрутиться, тем самым, обеспечивая прерывистое торможение, при котором автомобиль сохраняет свою устойчивость и управляемость.

АБС состоит  из электронного блока управления, гидравлического исполнительного устройства (модулятора), датчиков скорости вращения колес. Датчик состоит из катушки индуктивности и зубчатого ротора, прикрепляемого к вращающимся деталям. Система работает при условии поступления сигналов от всех колес, благодаря которым блок управления постоянно следит за скоростью вращения каждого из них. Свои функции современные АБС системы выполняют по следующему алгоритму: электромагнитные датчики непрерывно передают в электронный блок управления информацию о скорости вращения колес автомобиля, тот обрабатывает ее и посылает соответствующие указания на исполнительное устройство, которое непосредственно регулирует давление в тормозной системе. Как только угловая скорость колеса автомобиля уменьшается настолько, что возникает угроза блокировки последнего, АБС моментально дает о себе знать - блок управления подает команду на открытие электромагнитного клапана гидроагрегата, что приводит к уменьшению давления тормозной жидкости в соответствующем рабочем контуре и уменьшению тормозного момента на данном колесе. Как только датчик оповестит блок управления о том, что колесо опять набрало определенную скорость, клапан перекроется, и давление в тормозном контуре опять повыситься. Далее цикл повториться, причем количество циклов в секунду для современных АБС колеблется в пределах от 10 до 15. Ощутить работу АБС можно по пульсации, передающейся на ногу водителя при нажатии на педаль тормоза.

           На сегодняшний день существует множество разработок антиблокировочных систем, но все они подразделяются на : двухканальные, трехканальные и четырехканальные. Двухканальные АБС имеют три датчика, устанавливаемые на передних колесах и на ведущей шестерне главной передачи, но они способны регулировать тормозное усилие только попарно, на каждой оси. В отличие от двухканальных, трехканальные "умудряются" регулировать давление в тормозных механизмах передних колес по отдельности. Наиболее эффективно же свою работу выполняют более дорогие четырехканальные АБС. Они имеют четыре датчика, по одному для каждого колеса, и давление, в каждом из четырех тормозных механизмов, устанавливают индивидуально. 

АБС на практике 

     Со  времени появления АБС существует устойчивое мнение, что Антиблокировачная 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. 

       
Торможение на несимметричном покрытии (миксте), верхний рисунок, и на прямой (лед), нижний рисунок.

       При потере сцепления, при торможении  с заблокированными колесами увеличивается тормозной путь, автомобиль становиться неуправляемым. При торможения на скользкой поверхности опытные водители удерживают колеса на грани блокировки, использую прием прерывистого торможения. Отчасти, "техника" работы АБС заимствовала опыт, накопленный человеком. Если в движении одного из колес автомобиля оборудованного АБС появляются признаки блокировки, частота вращения становиться ниже определенного критического значения, блок управления системой на основе сигнала датчика частоты вращения посылает управляющий сигнал к соленоидному распределительному клапану для прекращения роста давления тормозной жидкости в тормозном механизме для предотвращения опасности блокировки. Для создания постоянного давления в тормозной системе используется отдельный насос. Современная Антиблокировачная 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 Антиблокировачная 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 сравнении 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 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.

     И все же, если у современной АБС так много преимуществ и почти нет недостатков, почему асы ее недолюбливают? Известно, что подготовленный водитель использует акселератор и тормоз не только для разгона и торможения, но и для управления автомобилем, причем арсенал специальных приемов у спортсменов весьма широк. Что касается электроники, то основной принцип работы АБС, как мы и говорили - не дать колесам заблокироваться. Но бывает, блокировка выгодна.     

     Представим, что неожиданно возник занос - и автомобиль разворачивает    поперек дороги. Если ничего не предпринимать, через мгновение колеса восстановят сцепление и потянут автомобиль с дороги. Кратковременная блокировка колес может погасить интенсивность вращения, а длительная - заставит автомобиль вращаться, сохранив при этом первоначальное направление. Проще говоря, машина с заблокированными колесами будет вращаться вокруг своей оси, но двигаться прямо и не уходить с дороги.

     Важно помнить, что приемы вождения с АБС  и без нее разняться. Антиблокировачная система становиться, к примеру, эффективной, когда превышено некоторое усилие на педали тормоза. Известно, что в экстренной ситуации водитель может развить на педали тормоза усилие до 50 кгс, при этом необходимое для блокировки колес на льду усилие на педали тормоза у современного автомобиля без АБС составляет 5-8 кгс. При помощи электроники усилие будет оптимизировано. При этом на машине с АБС нужно смело жать на тормоза, а не "гладить" их. Важно помнить, что если при покупке автомобиля есть выбор - комплектации с АБС или без нее, не принимайте более дешевый вариант. Хотя бы потому, что у автомобилей, спроектированных под электронную систему, очень чувствительная педаль тормоза. Это делается специально, чтобы порог блокировки был превышен уже при небольших усилиях на педали. Купив такую машину, вы почти наверняка будете блокировать колеса в экстремальной ситуации. 

ESP – в помощь АБС 

     На  многих автомобилях, которые поступают  сейчас на рынок, уже инсталлированы высокотехнологичные приборы, проверить  и отрегулировать работу, которых можно лишь в мастерских и на станциях, располагающих специальным оборудованием для диагностики. Примером может служить регулировка работы электронной анти-блокировочной системы (ABS) – одной из важнейших активных систем безопасности в автомобиле.

       В конце девяностых годов Bosch и Mercedes-Benz представили разработку, которая отличается принципиально новым уровнем развития: электронная стабилизирующая программа (ESP). Эта система основывается на четырехканальном ABS, то есть может в отдельности управлять каждым колесом. Это предотвращает не только блокировку колес, но может инициировать и активное торможение. Во время движения прибор управления постоянно контролирует правильность курса, который был задан. Для этого сенсор угла поворота рулевого колеса постоянно замеряет, насколько вывернуто рулевое колесо и следует ли автомобиль заданному курсу. Для того, что бы провести сравнение того, что есть и того, что может быть, дополнительно применяется гигрометр. Случайный занос автомобиля ESP сразу распознает и стабилизирует его, активно тормозя одно колесо.

     При управлении, когда заносит переднее колесо, которое является внешним  по отношению к повороту, или когда  заносит заднее колесо, которое является внутренним к повороту, система мгновенно реагирует торможением. Разумеется, что при ремонтах ходовой части автомобиля или рулевого управления необходимо вновь задать параметры, которыми будет руководствоваться ESP. Для того чтобы ESP могла работать безупречно, необходимо точно отрегулировать сенсор угла поворота рулевого колеса. Достичь этого возможно с помощью одного из диагностических приборов серии KTS Bosch с программным обеспечением Esіtronіc. Прибор позволяет провести инициализацию угла поворота рулевого колеса. При этом сам сенсор и соответствующий прибор управления в определенной мере приспосабливаются один к другому. Данные по инициализации записываются в EPROM блока управления. Каждый раз, когда сенсор или прибор управления заменяются, или демонтируется рулевое колесо, необходимо провести новую инициализацию. 

Заключение 

     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.

         Наконец, все чаще мелькает в списке серийного оборудования машин и система стабилизации траектории – ESP (Electronic Stability Program) у "Мерседеса"; "Тойота" называет свой вариант VSC (Vehicle Stability Control), а "Субару" – VDC (Vehicle Dynamics Control). В опасной ситуации ESP притормаживает то или иное колесо, стабилизируя траекторию движения и выводя автомобиль из заноса.

         В русскоязычной автомобильной литературе, помимо АБС, прижилось разве что сокращение ПБС, объединившее все противобуксовочные системы. Остальные же специфические имена, как правило, просто копируют, так что, увидев целый список из аббревиатур, принадлежащих разным производителям, надо иметь в виду, что все они часто означают примерно одно и то же.