Автоматическое регулирование тормозных сил автомобиля

Для повышения активной безопасности автомобиля применяют регуляторы тормозных сил, обеспечивающие более полное использование сцепления с дорогой каждым колесом. Они устанавливаются как в гидро- так и в пневмоприводе. Основное назначение регулятора – ограничение тормозных сил на колесах для предотвращения их юза и возможного заноса. В основном регулятор тормозных сил устанавливают в приводе к тормозным механизмам задних колес; иногда, с целью сохранения управляемости на дорогах с низким коэффициентом сцепления, регулятор тормозных сил дополнительно устанавливают в приводе к тормозным механизмам передних колес. К недостаткам этих устройств следует отнести то, что происходит некоторая потеря тормозной эффективности (на 10…15%), т.к. предотвращение юза задних колес достигается их недотормаживанием.

Для повышения тормозной динамичности наиболее перспективно применение антиблокировочных систем (АБС), автоматически устраняющих блокировку затормаживаемых колес.

Конструкции антиблокировочных систем разнообразны, однако, в любой из них используется зависимость коэффициента сцепления j_х от степени проскальзывания l колеса (см. рис. 10), определяемой по формуле:

При v_а = w_кr₀ имеет место чистое качение колеса и l = 0. При v_a > w_кr₀ колесо катится с проскальзыванием (ведомый и тормозной режимы) и 0 < l < 100%. Если w_к = 0, то l = 100%, колесо при этом движется не вращаясь, возникает юз. При уменьшении скороди v_a до нуля, колесо вращается, но автомобиль остается на месте и l стремится к бесконечности.

Из рис. 10 можно заключить, что при доведении тормозящих колес до юза (l = 100%) значительно снижается j_х, а следовательно, и тормозная эффективность автомобиля при торможении. Важно отметить, что коэффициент сцепления в продольном направлении j_у уменьшается сразу же после начала проскальзывания. Именно поэтому автомобиль так легко входит в занос, теряя устойчивость и управляемость. Причиной заноса может стать любая едва заметная неровность дороги или легкая асинхронность срабатывания тормозов по правому и левому бортам машины.

Величина проскальзывания, соответствующая максимальному j_х (см. рис. 10), называется критической и обозначается l_кр.

Основной задачей АБС является поддержание в процессе торможения проскальзывания в узких пределах вблизи l_кр. В этом случае обеспечиваются оптимальные характеристики торможения. Для этой цели необходимо автоматически регулировать в процессе торможения подводимый к колесам тормозной момент.

Рис. 14. Параметры работы антиблокировочной системы – изменение моментов M_тор, М_и и М_х от степени проскальзывания l.

Рассмотрим работу антиблокировочной системы. При воздействии тормозного момента М_тор на колесо его угловая скорость уменьшается, возникает инерционный момент

М_и = J_к e_к

где J_к и e_к – момент инерции и угловое замедление колеса.

Пренебрегая сопротивлениями качению и воздуха, найдем момент М_х касательной реакции R_x дороги:

.

Если приближенно считать R_z и r постоянными, то момент М_x будет прямо пропорционален j_x. Это дает возможность показать графически связь между моментами М_тор, М_х и М_и (рис. 14). При увеличении момента М_тор от нуля возрастают проскальзывание колеса и момент М_х. При этом M_х всегда меньше М_тор на величину J_кe_к. Момент М_х увеличивается до максимума (точка В), соответствующего граничному значению степени проскальзывания l_кр. После этого j_х и М_х начинают быстро уменьшаться, а угловое замедление колеса возрастает. Во избежание блокировки колеса противоблокировочная система уменьшает тормозной момент, делая это с некоторым запаздыванием (точка С). Момент М_тор снижается до некоторого предела (точка Е), после чего поддерживается на постоянном, заранее установленном уровне (отрезок EF). Уменьшение М_тор вызывает понижение углового замедления, которое в точке D падает до нуля (колесо вращается равномерно), затем становится отрицательным, что означает разгон колеса. В точке F тормозной момент начинает увеличиваться, а угловое ускорение колеса уменьшается, и в точке G колесо снова вращается равномерно. Затем тормозной момент возрастает до точки А, после чего цикл работы противоблокировочной системы повторяется. Таким образом, тормозной момент при работе этой системы изменяется по контуру ACDEFGA, в результате чего реализуются значения l, близкие l_кр, и значения j_х, близкие j_хmax. Естественно, каждый цикл начинается при меньшей скорости затормаживаемого колеса.

Выше описан алгоритм регулирования “по угловому замедлению”. Практическое применение данного алгоритма затруднительно, так как необходимо точно определять величину e_к. Чаще в качестве регулирующего параметра используют степень проскальзывания l, хотя при торможении всех колес трудно определить скорость автомобиля. Обычно ее считают равной среднему арифметическому скорости всех колес автомобиля.