Антиблокировочные системы

Блокирование колес при торможении и разгоне нежелательно по следующим причинам: нарушается устойчивость автомобиля или автопоезда при торможении и буксовании; частое блокирова­ние колес и, следовательно, движение автомобиля «юзом» при­водит к прогрессирующему изнашиванию шин и снижению срока их службы; снижается эффективность торможения.

Из теории автомобиля известно, что при торможении колеса к нему подводится тормозной момент М_т, препятствующий враще­нию колеса и создающий в контакте колеса с дорогой тормозную силу В_х = MJr_A. При условии В_х- Je/r_n> B_j наступает блокировка колеса и оно начинает скользить (I- момент инерции колеса; е - угловое замедление колеса, г_д - динамический радиус коле­са; B_j - сила сцепления колеса с опорной поверхностью).

Сцепление колеса с дорогой зависит от состояния дороги, ха­рактеристик шин, скорости движения автомобиля, угла поворота колес, вертикальной нагрузки и горизонтальной реакции дороги. Сила сцепления колеса с поверхностью характеризуется коэффи­циентом сцепления j_x в продольном направлении, который опре­деляется выражением

j_x = В_т/В_в,

где В_т - горизонтальная реакция дороги; В_ъ - вертикальная на­грузка.

Противодействие боковым силам определяется коэффициен­том сцепления в поперечном направлении j_y. Он также зависит от многих возмущающих воздействий и определяется выражением

j_y = В_б/В_в,

где В_б - поперечная реакция дороги при воздействии боковых сил.

Сцепление шин с дорогой в поперечном направлении обеспе­чивает устойчивость и управляемость автомобиля.

При торможении автомобиля возникает проскальзывание колес

Sп = V_а - V_к,

где V_a -скорость автомобиля; V_K =w_к r_д - линейная скорость ко­леса; w_к - угловая скорость колеса. Проскальзывание влияет на силы сцепления колеса с дорогой.

Относительное проскаль­зывание находится из выражения

S_n.₀ = (K-V_K)/V_a.

Из диаграммы видно, что для достижения минимальной дли­ны тормозного пути необходимо поддерживать проскальзывание колеса соответствующим максимальному значению, а наиболь­шая величина боковой силы реализуется при свободно катящемся колесе. Торможение в состоянии юза, т.е. когда линейная ско­рость колеса равна нулю и проскальзывание равно единице, при­водит к увеличению длины тормозного пути и снижению устой­чивости и управляемости.

Для обеспечения оптимального сочетания устойчивости и тор­мозной эффективности автомобиля вне зависимости от условий торможения применяются антиблокировочные системы торможе­ния (АБС, в латинской транскрипции ABS). Задачей АБС является удержание тормозящего колеса в зоне оптимального относитель­ного проскальзывания (S_no = 0,1 ...0,25), при котором еще не на­ступает блокирование колес. АБС относятся к системам активной безопасности АТС.

Давление воздуха в тормозной камере, задаваемое водителем при торможении, обеспечивает перемещение тормозного меха­низма, который создает тормозящее усилие на колесе. Тормозной момент, создаваемый тормозящим усилием, пропорционален тор­мозящей силе, возникающей в зоне контакта шины с дорогой. Тормозящая сила уравновешивает силу сцепления, создающую тормозной момент, и колесо вращается с некоторым проскаль­зыванием. Повышение давления воздуха увеличивает тормозной момент, а также проскальзывание и тормозную силу, и замедле­ние автомобиля возрастает. Это происходит только до тех пор, пока не достигается максимум коэффициента сцепления. Даль­нейший рост давления воздуха и тормозного момента будет со­провождаться уменьшением коэффициента сцепления шины с дорогой, т.е. уменьшением тормозной силы. Произойдет быстрое блокирование колес.

К основным показателям тормозной системы с антиблокиро­вочным управлением можно отнести:

• тормозной путь;

• оптимальное сцепление колеса с дорожным покрытием;

• управляемость и устойчивость при торможении;

• адаптацию к изменению внешних условий;

• электромагнитную помехоустойчивость.

Как и в любой автоматической системе, в АБС должна быть предусмотрена возможность проверки работы системы в ручном режиме. Для этого система должна быть дополнена средствами ди­агностики и сигнализации состояния АБС. В случае необходимо­сти или при отказе АБС управление процессом торможения долж­но осуществляться водителем как в обычной системе.