Соснин - Автотроника

Рис. 24.8. Расположение компонентов системы ABS на автомобиле:

1 — центральный исполнительный механизм ABS (ЦИМ); 2

— реле управления ЦИМ; 3 — ЭБУ ABS; 4 — главный тормозной цилиндр (ГТЦ); 5 — контрольно-диагностический разъем ABS; 6 — ротор (зубчатый задатчик) переднего колесного датчика; 7 — колесный датчик частоты вращения (передний); 8 — лампа ABS; 9 — педальный выключатель системы ABS; 10 — ротор заднего колесного датчика; 11 — датчик замедления (для 4WD); 12 — задний колесный датчик; 13 — скоба задних дисковых тормозов; 14 — скоба передних дисковых тормозов.

3.Центральный гидравлический узел системы ABS (центральный исполнительный механизм — ЦИМ);

4.Главный тормозной цилиндр (ГТЦ);

5.Электронный блок управления (ЭБУ-ABS);

6.Контрольная лампа ABS;

7.Датчик (ДЗ) замедления инерционного типа (для автомобилей 4 WD).

Перечисленные компоненты устанавливаются на автомобилях по-разному. В качестве примера на рисунке 24.8 показано расположение составных частей системы ABS на японском автомобиле "SELEKA".

Главным функциональным узлом системы ABS является центральный исполнительный механизм (ЦИМ). Он состоит из:

— электрогидронасоса (Н);

— трех редукционных гидроклапанов обратного

действия К±, К2, К3;

— трехпозиционного электромагнитного гидроклапана (ГК), который включает в себя два запорных клапана К4 и К5.

• На рис. 24.9 приведена функциональная модель системы ABS для одного переднего колеса.

Схема в зависимости от режима торможения может находиться в пяти состояниях:

1. Режим "торможение без ABS". В этом случае:

а) ,где

б) ABS включается педальным датчиком ПД, но не функционирует, так как нет рассогласования скоростей вращения колес;

в) тормозная жидкость из ГТЦ поступает в канал М и далее через клапан К4 в колесный тормозной цилиндр КТЦ. Клапаны К± и К3 закрыты и перекрывают каналы L и N. Клапан К5 также закрыт. Происходит обычное торможение без участия ABS;

г) когда педаль тормоза отпускается, то под обратным давлением жидкости из КТЦ клапан К3 открывается и перепускает тормозную жидкость обрат-

но в ГТЦ.

2. Режим "снижения давления" в КТЦ (ослабление силы торможения колес).

Этот режим возникает, когда от колесного датчика КД данного колеса в ЭБУ поступает сигнал С о замедлении вращения (состояние, близкое к блокировке колеса). При этом:

б) ЭБУ ABS по сигналу С выдает на контакт А напряжение UK = 10 В, и через соленоид W главного гидроклапана ГК начинает протекать ток 5 А (сопротивление Rw = 2 Ом). Одновременно на контакт В с ЭБУ поступает напряжение и„ = 12 В, от которого приходит во вращение гидронасос Н;

в) под напором гидронасоса Н обратные клапана К± и К2 открываются, клапан К5 главного электрогидроклапана ГК также открывается, а клапан К4 закрывается под воздействием керна соленоида W;

г) указанные переключения клапанов открывают обратный канал для тормозной жидкости из КТЦ в ГТЦ: через клапан К5, далее через клапаны К2 и K1 обратно в ГТЦ. При этом часть тормозной жидкости перепускается в бачок Б системы ABS.

3. Режим "удержания давления" в КТЦ.

Рис. 24.9. Функциональная модель системы ABS

(для одного колеса)

Этот режим возникает, когда система ABS автоматически выходит из режима "снижение давления". Это происходит по сигналу С от колесного датчика, когда VKl снова становится равной Va:

а) ЭБУ ABS на контакт А выдает напряжение 4 В, и ток в соленоиде W падает до 2 А. Гидронасос Н продолжает работать, так как на контакт В по-прежнему подается напряжение 12 В;

б) при токе 2 А (в соленоиде W) электромагнитный клапан закрывает оба рабочих клапана Кд и Ks и обеспечивает стабилизацию давления тормозной жидкости в КТЦ, так как в этом состоянии клапанов тормозная жидкость запирается клапанами К3, К4 и К5 в колесном цилиндре КТЦ. Электрогидронасос продолжает работать, создавая противодавление в ГГЦ и удерживая клапан К3 в закрытом состоянии.

4. Режим "увеличения давления" в КТЦ.

Этот режим возникает, когда от колесного датчика КД приходит сигнал С повышенной скорости вра-

VK4 — тормозятся, а со скоростью VK1 — вращается свободно):

а) ЭБУ ABS по сигналу С выключает напряжение на контакте А (I„ = О), но напряжение UH = 12 В на гидронасос продолжает поступать с контакта В. При этом ГК выключается, занимает исходное положение, клапан К4 открывается, а К5 закрывается;

б) в колесном тормозном цилиндре КТЦ давление жидкости увеличивается, так как гидронасос Н подает жидкость из бачка Б в КТЦ через клапаны Kl1, K2

иК4, которые открыты.

5.Во всех четырех состояниях функциональная схема при обратном ходе тормозной педали работает на возврат тормозной жидкости обратно в ГГЦ через обратный клапан К3.

Когда тормозная педаль поднимается вверх до отказа, концевой выключатель ПД выключает ЭБУ и система ABS перестает функционировать.

Таким образом, выключатель ПД является датчиком включения и выключения системы ABS.

На некоторых моделях автомобилей дополнительно к ПД на шоферском пульте управления устанавливают второй выключатель системы ABS, которая в таком случае может быть выключена водителем.

• Описанные пять состояний системы (торможение без ABS, снижение давления в КТЦ, удержание давления в КТЦ, увеличение давления в КТЦ, возврат тормозной педали) реализуются с помощью трехпозиционного гидроклапана (ГК) с электромагнитным управлением. Работа ГК может быть пояснена с помощью модели показанной на рис. 24.10.

Если в соленоиде W ток lw = О (торможение без ABS, возврат тормозной педали и увеличение давления в КТЦ), то в ГК клапан К5 закрыт, а клапан К4 —

Рис. 24.10. Модель трехпозиционного гидроклапана с электромагнитным управлением

открыт. При токе lw = 5 А (снижение давления в КТЦ) в гидроклапане ГК клапан К5 открыт, а клапан Кд — закрыт. При токе lw = 2 А (удержание давления в КТЦ) оба клапана К4 и К5 — закрыты.

В табл. 24.1 приведены обозначения различных рабочих состояний гидроклапанов и управляющих электрических сигналов для различных режимов функционирования системы ABS.

"+" — открытое состояние клапанов; "-" — закрытое состояние клапанов; FK — частота сигнала С, соответствующая скорости колеса VK; Fa — частота сигнала С, соответствующая скорости Va.

Таблица 24.1

24.7. Устройство и работа ЭБУ-Т

На рис. 24.11 приведена принципиальная электрическая схема системы ABS, в которой главным компонентом является электронный блок управления тормозами(ЭБУ-Т).

ЭБУ-Т конструктивно выполнен на полупроводниках и микросхемах, заключен в герметичный кожух, который устанавливается либо в салоне, либо в багажнике автомобиля.

С внешними устройствами и бортовой электросетью ЭБУ-Т связан многоконтактным разъемом.

К внешним входным устройствам ЭБУ-Т относятся:

—колесные датчики — 4 шт.;

—датчик замедления (только для 4WD);

—датчик отказа стоп-сигнала;

—датчик педали стоп-сигнала (выключатель системы ABS);

- датчик аварийного уровня тормозной жидкости;

—датчик стояночного тормоза;

-— предохранители — 8 шт.

К внешним выходным (исполнительным) устройствам ЭБУ-Т относятся:

— релейный блок управления (РБУ). Внутри РБУ установлены два реле с "сухими" контактами. Одно для включения электродвигателя гидронасоса, другое для включения и переключения электромагнитных соленоидов рабочих гидроклапанов системы ABS;

— исполнительный механизм ABS с рабочими гидроклапанами и с электрическим гидронасосом. Каждый рабочий гидроклапан управляется с помо-

щью электромагнитного соленоида, а соленоиды — от электрических сигналов ЭБУ-Т;

—сигнальная лампа ABS. Предназначена для контроля за исправностью системы;

—сервисный разъем для вывода кодов неисправностей системы ABS;

—контрольный разъем для стендовой диагностики.

•ЭБУ-Т работает следующим образом.

1.Включается ключ зажигания, и на контактах IG

иВАТ устанавливается напряжение +12 В от аккумуляторной батареи (АКБ). При этом на 3 сек загорается контрольная лампа ABS.

Если один из предохранителей MAIN, ALT, AM, или лампа ABS перегорают, система ABS не включается.

2.После пуска ДВС и разгона автомобиля до скорости более 6 км/час в ЭБУ-Т отрабатывается функция первичного контроля. При этом выключатель стоп-сиг-

нала на педали тормоза должен быть разомкнут. Если в системе все исправно, то загорается лампа контроля стоп-сигнала, а на лампу ABS подается код готовности системы ABS к работе. При достижении автомобилем скорости более 6 км/час обе лампы гаснут.

3. Если в ABS есть неисправность, то в системе отрабатывается функция самодиагностики, и лампа ABS начинает мерцать.

В системе ABS предусмотрена и функция надежности. Эта функция отрабатывается при появлении любой неисправности. В таком случае сигналы управления от ЭБУ-Т на исполнительный механизм ABS не подаются, а тормозная система автомобиля начинает работать без ABS.

Следует отметить, что сигналы ЭБУ-Т низкопотенциальные (поступают от микросхем), а сигналы от РБУ к исполнительному механизму ABS силовые, так как проходят от АКБ через сухие контакты реле для ЭД и соленоидов ЭМК. Напряжение на соленоиды гидроклапанов в режиме снижения давления подается непосредственно от АКБ (UK = 12 В). Так формируется прямой ток соленоида 5 А. При этом контакты SFR, SFL, SRR, SRL через мощные транзисторы в ЭБУ замыкаются на "массу".

В режиме "удержания давления" через соленоиды протекает обратный ток 2 А (см. схему на рис. 24.11).

При этом в соленоидах направление магнитного потока изменяется на противоположное. Это способствует быстрому срабатыванию гидроклапанов при меньшем токе управления и фиксирует их в заданном для данного режима положении.

Если в тормозной системе автомобиля срабатывает датчик аварийного уровня тормозной жидкости, или введен в действие стояночный тормоз, то ЭБУ-Т выключается (от закорачивания на "массу" контакта РКВ).

• ЭБУ-Т через исполнительный механизм ABS управляет скоростью вращения колес с соблюдением определеннойзакономерности(рис.24.12).

Если какое-либо колесо затормаживается сильнее остальных, то в тормозном цилиндре этого колеса давление под действием системы ABS понижается, так как ЭБУ устанавливает ЭМ-гидроклапан (ГК) в положение "снижение давления" (участок А).

Далее при повышении скорости колеса до состояния "удержание давления" (участок между А и В) гидроклапан удерживает давление постоянным до тех пор, пока снова не наступит состояние, при котором

VK*Va.

Если VK < Va (замедление вращения колеса), то снова повторяется режим "снижение давления".

Если VK > Va, то ABS переведет клапан ГК в состояние "увеличение давления". Так как ABS срабатывает практически мгновенно, то время торможения, как и время растормаживания колес, очень короткое, и состояния увеличения и удержания давления быстро чередуются (участок В) до тех пор, пока подконтрольное ABS колесо не сравняет свою скорость вращения со всеми остальными колесами.

Скорость вращения колеса при воздействии на него системы ABS изменяется по закону, близкому к синусоидальному (рис. 24.12, поз. 1), постепенно приближаясь к скорости движения автомобиля:

Ясно, что ускорение G колеса при таком законе изменения скорости будет знакопеременным и принимает вид, показанный на рис. 24.12, поз. 2. На графике рис. 24.12, поз. 3 показан электрический токовый сигнал , который при снижении давления соответствует току 5 А, при удержании давления — току 2 А, при увеличении давления — ток сигнала равен нулю. Закономерность изменения давления Р в колесном тормозном цилиндре отображена графиком (рис. 24.12, поз. 4).

Рис. 24.12. Зависимость скорости V. и V., ускорения G колеса, тока I„ соленоида W в ГК и давления Р тормозной жидкости в КТЦ — от продолжительности t процессов торможения (обозначения в тексте)

24.8. Колесные датчики системы ABS

В любой системе автоматического управления гидравлическими тормозами автомобиля используются преобразователи частоты вращения колес в электрический импульсный сигнал. Такие преобразователи называются колесными датчиками ABS. По виду преобразования колесные датчики бывают индуктивными или датчиками Холла. В индуктивном колесном датчике (рис. 24.13) задатчиком частоты вращения является ферромагнитный зубчатый диск 2 — ротор датчика (РД), который устанавливается непосредственно на приводном валу 3 ведущего колеса (рис. 24.13, поз. г), или на вращающейся ступице 4 пассивного колеса (рис. 24.13, поз. в). Сам индуктивный датчик

Рис.24.13.Индуктивныйколесный датчиксистемыABS:

а — конструкция; 6 — форма выходного сигнала; в — установка ротора датчика на ступице; г — установка ротора датчика на приводном валу; 1 — индуктивный датчик; 2 — ротор (зубчатый диск-задатчик); 3 — приводной вал ведущего колеса; 4 — ступица пассивного колеса; 5 — контактная фишка; 6 — постоянный кольцевой магнит; 7 — сигнальная обмотка датчика; 8 — магнитное ярмо (щуп) датчика.

(рис. 24.13, поз. а) устанавливается над зубчатым диском 2 с воздушным зазором не более 2 мм.

По принципу действия и устройству индуктивный колесный датчик аналогичен датчику угловых импульсов (ДУЙ) системы зажигания ( см. главу 21). Количество зубцов на роторе колесного датчика в разных системах ABS может быть различным (от 24 до 90). Оно определяет число генерируемых датчиком электрических импульсов, приходящихся на один оборот колеса. По числу импульсов в ЭБУ-Т легко определяется частота (или скорость) вращения колеса.

24.9. Система электронной блокировки дифференциала ведущего моста (EDS)

Дифференциал ведущего моста автомобиля предназначен для перераспределения крутящего момен-

та двигателя между правым и левым ведущими колесами. Планетарный механизм дифференциала позволяет ведущим колесам, оставаясь под равномерной нагрузкой, вращаться с неодинаковой скоростью при прохождении автомобилем крутых поворотов. Это повышает устойчивость движения и защищает колесную резину от чрезмерного износа. При движении автомобиля по сухой дороге в прямом направлении дифференциал работает как обычный понижающий редуктор и ведущие колеса вращаются с одинаковой скоростью.

• Но наряду с положительными качествами дифференциал обладает и отрицательными: он является причиной значительного падения тягового усиления и потери устойчивости движения при страгавании автомобиля с места или при езде по скользкой дороге. В этих условиях ведущее колесо, которое имеет меньшее сцепление с дорогой, начинает пробуксовывать, т.е. вращаться быстрее всех остальных. Особенно отчетливо это проявляется, если автомобиль попал в грязь, в глубокий снег, в пески или на обледенелый участок дороги. Тогда при попытке начать движение одно колесо вращается, а другое стоит на месте. Но более опасна ситуация, когда на асфальтированной обледенелой дороге встречается поворот, подъем или уклон. В этом случае увеличение или уменьшение оборотов двигателя посредством педали газа могут привести к развороту автомобиля поперек движения или к его сносу в совершенно непредсказуемую сторону.

Чтобы в указанных тяжелых дорожных условиях обеспечить одновременное и равномерное вращение ведущих колес, на грузовых автомобилях приме-

Рис.24.14.УпрощеннаямодельсистемыABS с функциями EDS (обозначения в тексте)

няют механическую блокировку дифференциала заднего ведущего моста. При механической блокировке происходит жесткая фиксация полуосей относительно главной шестерни планетарного механизма и колеса начинают вращаться с одинаковой скоростью. Однако механическая блокировка имеет три принципиальных недостатка: с ее помощью нельзя блокировать дифференциал переднего ведущего моста; конструктивное исполнение механической блокировки — достаточно сложное техническое мероприятие; но главное — в управление механической блокировкой невозможно ввести обратную связь от степени нагрузки каждого ведущего колеса в отдельности. Последнее обстоятельство есть следствие того, что после включения механической блокировки ведущие колеса не могут вращаться с различной скоростью, т.е. при включенной механической блокировке невозможно осуществить автоматическое перераспределение крутящего момента двигателя между правым и левым ведущими колесами.

• Для того чтобы блокировка дифференциала была более эффективной, она должна быть мягкой, т.е. выравнивать скорости вращения ведущих колес не жесткой сцепкой полуосей, как при механической блокировке, а по мере нарастания разности тяговых усилий под ведущими колесами. Такую блокировку дифференциала можно реализовать с помощью автоматического притормаживания того ведущего колеса, которое за счет пробуксовки начинает вращаться быстрее всех остальных. При этом автоматика управления должна быть достаточно быстродействующей, чтобы не допускать излишнего затормаживания управляемого колеса. Этим требованиям в полной мере отвечает система автоматической антиблокировки колес (система ABS), дополненная функциями автоматической блокировки дифференциала (EDS).

• Для реализации автоматической блокировки дифференциала с помощью системы ABS достаточно (рис. 24.14) гидромагистраль "L", по которой подается тормозная жидкость от главного тормозного цилиндра (ГГЦ) через центральный исполнительный механизм (ЦИМ) к колесным тормозным цилиндрам (КТЦ), отключить от ГГЦ и через редукционный клапан (РК) подсоединить к автономному гидронагнетателю (АГН), а в ЭБУ-Т предусмотреть функцию торможения буксующего колеса не от ГГЦ, а от АГН. Тогда ГГЦ будет работать только в системе ABS, а АГН — только в системе EDS. Переключение тормозной системы с функций ABS на функции EDS реализуется с помощью поршня (ПВ) дополнительного гидроклапана (ДГК) с электроуправлением сигналом S от ЭБУ-Т.

В реальных вариантах исполнения автономный гидронагнетатель АГН одновременно является и гидроусилителем тормозов. В этом случае в систему добавляется еще один дополнительный электрогидроклапан (ДГК) для переключения гидронагнетателя АГН

Рис. 24.15. Диаграмма тяговых усилий

(на чертеже второй ДГК не показан). Давление в АГН поддерживается постоянным вначале за счет напора на упругую диафрагму (УД) со стороны пневморессивера (ПР), наполненного азотом под высоким давлением (не менее 160 бар). Когда тормозной жидкости в АГН становится мало, упругий виток монометрического выключателя (ММК) сворачивается, контакты KB включают электродвигатель (ЭД) гидронасоса высокого давления (НВД) и начинается перекачка тормозной жидкости из резервного бачка (РБ) в полость АГН. Когда давление в АГН поднимается до нормы, упругий виток ММК снова распрямляется и контакты KB выключают электродвигатель наноса.

В результате работы системы ЕДС возникает реактивный момент в дифференциале, который по проявлению схож с механической блокировкой. При этом колесо, имеющее лучшее сцепление с дорогой, способствует увеличению тягового усиления автомобиля. Наличие электронной блокировки дифференциала увеличивает тяговое усилие в 5-6 раз (см. рис. 24.15).

• На рис. 24.16 показана функциональная гидравлическая схема тормозной системы "Teves" (ФРГ), в которой реализован принцип совмещения антиблокировки колес при торможении и мягкой блокировки дифференциала переднего ведущего моста в начале движения автомобиля.

Система "Teves" работает следующим образом: 1. Когда система находится в статическом состо-

янии (функции ABS и EDS не исполняются) или выполняется режим "торможение без ABS", дополнительный гидроклапан ДГК-1 закрыт, а ДГК-2 открыт.

2. В начале торможения без ABS (когда нет рассогласования частот вращения колес) тормозная жидкость под напором от ГГЦ через открытый кла-