Тормозной система abs. Как работает антиблокировочная система торможения

При торможении. Основное предназначение системы - сохранение устойчивости и управляемости автомобиля (тормозной путь в некоторых случаях может быть больше, чем без системы ABS)

История

Впервые проблема блокировки колес при торможении выявилась на железнодорожной машине, так как заблокированные колеса оказывают существенно меньшее тормозное действие, а на ободе колеса появляется выработка, снижающая ходовые качества вагона или локомотива. Кроме того при заблокированных колесных парах существенно увеличивается вероятность схода с рельсов . Проблема была решена применением автоматических регуляторов тормозных сил, известных сегодня как грузовой авторежим . На электропоездах и трамваях, где служебное торможение электрическое, блокировку колес предотвращают электрические и электронные системы, автоматически регулирующие ток возбуждения тяговых электродвигателей, работающих при торможении в режиме генератора. Такие системы известны с 1920-х годов. Так же в 1920-е годы, появились первые АБС для установки на шасси самолётов. Здесь нужно было решать проблему управляемости самолета при пробеге по взлетно-посадочной полосе. Первые продукты были созданы французской компанией Avions Voisin- производителем автомобилей и авиатехники .

В те времена на большинстве автомобилей были механические тормоза с тросовым приводом и требовали от водителя значительной физической силы, иными словами, приходилось сильно давить на педаль тормоза, вызывая тем самым блокировку колёс, что, в свою очередь, негативно сказывалось на управляемости автомобиля. Позже появились гидравлические тормоза c вакуумным усилителем, но и эта система не решала проблемы блокировки колёс.

В 1936 году Bosch запатентовала технологию предотвращения блокировки колёс при резком торможении. Но на практике реализовать эту идею не удалось из-за отсутствия в те годы цифровой электроники, которая позволила бы за доли секунды реагировать на блокировку колёс. Ситуация изменилась в 1960-е годы с появлением полупроводниковых технологий, которые постепенно дошли и до автомобильной промышленности. Но первые образцы АБС, появившееся в 1971 году на одной из моделей концерна General Motors, оказались даже опасными, поскольку не решали проблемы заклинивания передних ведущих колёс.

Первую, по-настоящему работоспособную АБС изобрели немцы. Кроме Bosch, с 1964 года работу над созданием АБС начала компания Teldix GmbH. Её инженер Гейнц Либер разработал фундаментальные основы будущей АБС. Позже он возглавил отдел электрики и электроники концерна Daimler-Benz и в 1970 году Daimler-Benz торжественно объявил о создании первых работоспособных АБС. Система под названием «ABS 2» состояла из электронного контроллера, датчиков скорости, установленных на каждом колесе, и двух или более гидравлических клапанов в тормозном контуре. Система работала от данных о разности скоростей вращения разных колёс: если они вращались с разной скоростью, то контроллер, дозируя тормозное усилие, выравнивал скорость вращения. После этого система давала возможность увеличить тормозное усилие .

Комплексные испытания этой системы выявили один существенный недостаток - ненадёжность электронных компонентов. По предложению Daimler-Benz к проекту были привлечены инженеры Bosch, которые работали независимо от Либера и приобрели огромный опыт в области автомобильной электроники.

Таким образом для работы по созданию серийной антиблокировочной системы объединились удачные идеи Либера и огромный опыт инженеров Bosch в сфере разработки и производства цифровых электронных компонентов. В середине 1970-х годов АБС начали устанавливать опционально (по желанию клиента и за дополнительную плату) на автомобили представительского класса, а с 1978 года штатно на двух немецких автомобилях - Mercedes Benz W116 (S-класс) и BMW 7-й серии, причём стоимость системы в то время составляла примерно 10 % от стоимости всего автомобиля . С июля 2004 года каждый новый автомобиль, продаваемый в странах Евросоюза, оборудован АБС в стандартной комплектации.

Принцип действия АБС

Коэффициент трения скольжения значительно ниже коэффициента трения покоя. Поэтому длина тормозного пути с заблокированными колесами (трение скольжения: колёса скользят по поверхности) будет больше, чем длина тормозного пути с ещё вращающимися колесами (трение покоя: шина в точке контакта с дорогой находится в покое относительно неё). При этом тормоза обеспечивают усилие чуть меньше того, что требуется для полной блокировки колеса. При достаточном опыте водитель способен чувствовать это усилие сам, и если колеса заблокировались он немного ослабляет нажатие на педаль тормоза, однако при этом он не способен уменьшить давление и тормозное усилие на одном, заблокированном колесе. Система ABS следит за вращением колес и в случае их блокировки слегка уменьшает давление в тормозной системе, чтобы дать колесу провернуться, а затем вновь увеличивает силу сжатия. Таким образом достигается прерывистое торможение, дающее возможность корректировки курса автомобиля в условиях экстремального торможения.

Устройство системы

АБС состоит из следующих основных компонентов:

• датчики скорости либо ускорения (замедления), установленные на ступицах колёс транспортного средства;
• управляющие клапаны, которые являются элементами модулятора давления, установленные в магистрали основной тормозной системы;
• блок управления, получающий сигналы от датчиков и управляющий работой клапанов.

Этот процесс повторяется несколько раз (или несколько десятков раз) в секунду, в 2008 году, по мнению экспертов «За рулём » средняя АБС срабатывала 20 раз в секунду .

Эффективность работы АБС

Главная задача АБС - позволить водителю сохранить контроль над транспортным средством во время экстренного торможения, то есть сохраняется возможность совершения достаточно резких манёвров непосредственно в процессе торможения. Сочетание двух этих факторов делает АБС очень существенным плюсом в обеспечении активной безопасности транспортных средств.

Опытный водитель может эффективно тормозить и без использования АБС, контролируя момент срыва колёс самостоятельно (наиболее часто такой приём торможения используется мотоциклистами ) и ослабляя усилие торможения на грани блокировки (торможение при этом получается прерывистым). Эффективность такого торможения может быть сравнима с торможением при использовании одноканальной АБС. Многоканальные системы в любом случае имеют преимущество в том, что они могут контролировать тормозное усилие на каждом отдельном колесе, что даёт не только эффективное замедление, но и стабильность поведения транспортного средства в сложных условиях неравномерного сцепления колёс с поверхностью дороги.

Для неопытного водителя наличие АБС лучше в любом случае, поскольку позволяет экстренно тормозить интуитивно понятным способом, просто прикладывая максимальное усилие к тормозной педали или рукоятке и сохраняя при этом возможность манёвра.

В некоторых условиях работа АБС может привести к увеличению тормозного пути. Например, при использовании автомобильных шин с недостаточным сцеплением с дорогой (например, при езде зимой на летних шинах). Также на рыхлых поверхностях, таких, как глубокий снег , песок или гравий , заблокированные при торможении колёса начинают зарываться в поверхность, что даёт дополнительное замедление. Незаблокированные колёса тормозят в этих условиях существенно медленнее. Для того чтобы можно было эффективно тормозить в таких условиях, АБС на некоторых моделях автомобилей делают отключаемой. Кроме того, некоторые типы АБС имеют специальный алгоритм торможения для рыхлой поверхности, который приводит к многочисленным кратковременным блокировкам колёс. Такая техника торможения позволяет достичь эффективного замедления без потери управляемости, как при полной блокировке. Тип поверхности может быть установлен водителем вручную или может определяться системой автоматически, путём анализа поведения автомобиля или при помощи специальных датчиков определения дорожного покрытия.

Система помощи при экстренном торможении

Система помощи при экстренном торможении (СПЭТ) выявляет экстренное торможение, доводит давление в тормозной системе до максимума и удерживает его таким до полной остановки автомобиля. СПЭТ может быть реализована с помощью электронных компонентов или гидравлики. При выявлении экстренного торможения учитываются:

• текущая скорость автомобиля;
• скорость нажатия педали тормоза;
• сила (глубина) выжима педали тормоза;
• расстояние до впереди идущего автомобиля;
• и другие параметры (например, близость светофора).

Исследования показали, что заметная часть водителей в экстренной ситуации либо не нажимают на педаль тормоза полностью, либо в какой-то момент отпускают её. Из-за этого тормозной путь получается больше, чем мог быть при полностью нажатой педали. СПЭТ была разработана для решения этой проблемы.

Экстренное торможение - вид торможения, применяемый водителями транспортных средств все чаще и чаще, поскольку это диктуется постоянным усложнением современной дорожной обстановки. Однако эффективность такого торможения может быть сведена практически к нулю в случае блокировки колеса (колес) транспортного средства. Оно прекращает восприятие боковых сил, воздействие которых призвано удержать автомобиль на определенной, заданной водителем траектории. Транспортное средство не только теряет управляемость, но и устойчивость, что в 90% случаев приводит к его срыву в неуправляемый «занос».

АБС тормоза, названная по первым буквам технологии «Antilock Brake System», функционально предназначена для сохранения управляемости транспортного средства в процессе торможения посредством предотвращения блокировки колес. Результатом использования данной системы является рост эффективности торможения, уменьшение величины тормозного пути автомобиля, как на сухом, так и на влажном дорожном покрытии, улучшение маневренности и т.д. Несомненным достоинством системы «ABS» можно считать уменьшение износа резины, а также обеспечение его (износа) равномерности.

К основным недостаткам антиблокировочной системы относят увеличение тормозного пути автомобиля на покрытиях имеющих рыхлую структуру: гравий, песок, снег и т.п.
Итак, резюмируем сказанное. Функциональные возможности системы, предотвращающей блокировку колеса (колес) в процессе экстренного торможения обеспечивают:

Эффективное торможение транспортного средства на скользких (мокрых) дорожных покрытиях.

Предотвращение возникновения «неуправляемого» заноса.

Достаточный контроль водителя над автомобилем.

Конструкция тормозной системы «ABS»

Современная система предотвращение блокировки колес состоит из трех основных групп элементов:

Датчиков (частоты вращения колес и включателя сигнала торможения).

Исполнительных устройств (откачивающего насоса, гидравлического распределителя, или модулятора, оснащенного электромагнитными клапанами, сигнальных ламп).

Блока управления (ECU), получающего информацию от датчиков и передающего команды на исполнительные устройства.

Как нетрудно понять, управление исполнительными устройствами, или модуляторами, осуществляется посредством регулировки давления в тормозных контурах колес. При этом большое внимание уделяется скорости передачи информации от датчиков, расположенных, как правило, на колесной оси, блоку управления.
Гидравлический распределитель представляет собой ряд электромагнитных клапанов, контролирующих величину давления в системе и заключенных в прочный корпус.

Центральный блок электронного управления, или «ECU», - два взаимодействующих между собой микроконтроллера, контролирующие работу друг друга. Рабочая программа блока управления включает несколько алгоритмов работы, главным из которых, является состояние тормозной системы в зависимости от информации о параметрах вращения коле

Принцип работы антиблокировочной системы

Антиблокировочная тормозная система автомобиля функционирует следующим образом. В момент торможения тормозная жидкость поступает к впускным каналам гидравлического распределителя. Электромагнитные клапаны открыты, и рабочая жидкость свободно подается к колесам автомобиля. При поступлении информации с датчика о критическом изменении частоты вращения и положения колеса, блок управления закрывает электромагнитные клапаны, прекращая или ограничивая поступление тормозной жидкости к тормозному механизму колеса. После прекращения блокировки колеса (на основании информации колесных датчиков) блок электронного управления «ECU» возвращает электромагнитные клапаны в первоначальное положение, тем самым возобновляя подачу тормозной жидкости к тормозным механизмам колеса.

Водитель транспортного средства, кроме транспаранта на панели управления, сигнализирующего о включении системы «ABS», ощущает толчки тормозной педали, вызванные быстрыми открытием и закрытием электромагнитных клапанов модулятора.

Особенности эксплуатации автомобиля, оснащенного системой предотвращения блокировки колес

Эксплуатация транспортного средства, имеющего систему «ABS», имеет определенные особенности и требования, соблюдение которых обеспечит продолжительность и стабильность ее (системы) функционирования:

Исключите соединение аккумуляторной батареи вашего автомобиля с аккумулятором другого транспортного средства (так называемое «прикуривание»).

При проведении сварочных работ на кузове автомобиля отключите контакты, ведущие к элементам системы «АБС».

Периодически контролируйте техническое состояние контактов генератора.

Исключите расстыковку электрических разъемов при работающей силовой установке или включенном зажигании.

Блок электронного управления «ECU» не должен подвергаться длительному воздействию (не более 2 часов) высоких температур (не выше 850С).

Автолюбители-новички нередко впадают в панику при загорании транспаранта, сигнализирующего о выходе из строя антиблокировочной системы транспортного средства. В этом случае необходимо помнить следующее:

a) Работоспособность тормозной системы автомобиля не зависит от работоспособности АБС.
b) Промигивание транспаранта - симптом, сигнализирующий о сбоях в работе системы АБС, вызванных неисправностью проводки.
c) Включение транспаранта может быть вызвано низким напряжением (менее 10,5 В) в автомобильной сети.
d) Вышедшую из строя систему АБС тормоза, меняют на СТО, работники которого имеют соответствующую квалификацию, оборудование и навыки.

Расположение компонентов антиблокировочной системы.

При резком торможении на скользкой дороге могут возникнуть проблемы. Антиблокировочная система (ABS) принимает на себя это действие и бережет Ваши нервы. На самом деле, на скользкой дороге даже профессиональный водитель не может затормозить без ABS также быстро, как среднестатистический водитель с ней.

В этой статье мы рассмотрим антиблокировочные системы - зачем они нам нужны, как они устроены, как они работают, какие они бывают, и какие проблемы могут возникнуть при их использовании?

Система ABS

В теории, антиблокировочная система устроена достаточно просто. Если Вы буксуете на льду, то видите, как колеса вращаются, но сцепление с дорогой отсутствует. Это происходит из-за проскальзывания опорной площади колеса на льду. Антиблокировочная система предотвращает блокировку и проскальзывание колес, что дает Вам два преимущества: остановка происходит быстрее, и Вы сохраняете управление автомобилем во время остановки.

ABS включает в себя следующие компоненты:

• Датчики скорости
• Насос
• Клапаны
• Блок управления

Датчики скорости

Антиблокировочной системе необходимо отслеживать момент, пограничный с блокировкой колес. Датчики скорости, установленные на каждом колесе, или в некоторых случаях, на дифференциале, считывают эту информацию.

Клапаны

В тормозной системе установлены клапаны для каждого тормоза, контролируемого ABS. В некоторых системах клапан имеет 3 положения:

• В положении 1 клапан открыт; давление от главного цилиндра передается на тормоз.
• В положении 2 клапан блокирует линию, изолируя тормоз от главного цилиндра. Это предотвращает повышение давления при более сильном нажатии на педаль тормоза.
• В положении 3 клапан немного снижает давление в тормозе.

Насос

Т.к. клапан может ослаблять давление тормозов, необходимо как-то его нагнетать в исходное положение. Для этого используется насос; когда клапан стравливает давление в линии, насос нагнетает его до необходимого уровня.

Блок управления

Блок управления представляет собой компьютер. Он отслеживает показания датчиков скорости и контролирует клапаны.

Насос и клапаны ABS

Работа ABS

Существуют различные варианты алгоритмов и их комбинаций для управления ABS. Мы рассмотрим принцип работы наиболее простой системы.

Блок управления непрерывно считывает показания датчиков скорости. Он отслеживает любые уменьшения скорости, которые не являются нормальными. Например, перед блокировкой колеса, скорость его вращения резко падает. При игнорировании этого, колесо останавливается намного быстрее, чем автомобиль. В идеальных условиях для остановки при скорости движения 100 км/ч, автомобилю требуется примерно 5 секунд, но колесо блокируется менее, чем за 1 секунду.

Блок управления ABS знает, что такое резкое прерывание движения невозможно, поэтому он снижает давление на тормоза до тех пор, пока не начнется ускорение, затем опять повышает давление до повторного торможения. Это происходит настолько быстро, что колесо не успевает резко изменить скорость. В результате колеса тормозят с той же скоростью, что и автомобиль, при этом колеса тормозят в положении, пограничным с блокировкой. При этом система достигает максимального тормозного усилия.

При срабатывании ABS вы почувствуете пульсацию педали тормоза; это происходит из-за быстрого открытия и закрытия клапанов. В некоторых ABS происходит до 15 циклов открытия/закрытия клапанов в секунду.

Типы антиблокировочных систем

В автомобилях используются различные типы антиблокировочных систем в зависимости от типа установленных тормозов. Мы будем рассматривать ABS по числу каналов - т.е. количеству клапанов, которые контролируются по отдельности - и количеству датчиков скорости.

Четырехканальная ABS с четырьмя датчиками
Данный тип является наилучшим. Датчики скорости установлены на каждом колесе, а также для каждого колеса установлен отдельный клапан. При таком типе ABS, блок управления контролирует каждое колесо в отдельности для обеспечения наивысшего усилия торможения.

Трехканальная ABS с тремя датчиками
Обычно такой тип используется на небольших грузовиках (пикапах) при действии ABS на все четыре колеса. Передние колеса имеют два датчика и клапана, по одному для каждого колеса, а для задних колес устанавливается один датчик и клапан. Датчик скорости задних колес расположен на заднем мосту.

Такая система предусматривает индивидуальный контроль для каждого переднего колеса, обеспечивая максимального усилия торможения. Задние же колеса отслеживаются в паре, т.е. для срабатывания ABS необходима блокировка обоих задних колес. Такой тип ABS допускает блокировку одного заднего колеса при торможения, что снижает его эффективность.

Одноканальная ABS с одним датчиком
Такой тип обычно устанавливается на небольших грузовиках (пикапах) при действии ABS только на задние колеса. Такая ABS имеет только один клапан для контроля обоих задних колес и один датчик, расположенный на заднем мосту.

Данный тип функционирует также, как и задняя часть трехканальной ABS. Задние колеса отслеживаются в паре, т.е. для срабатывания ABS необходима блокировка обоих задних колес. Такой тип ABS допускает блокировку одного заднего колеса при торможения, что снижает его эффективность.

Такую ABS легко узнать. Обычно она имеет одну тормозную магистраль, идущую к обоим задних колесам через тройник. Вы также можете найти датчик скорости по электрическому соединению рядом с дифференциалом заднего моста.

Часто задаваемые вопросы по ABS

Нужно ли мне тормозить прерывистым нажатием на педаль тормоза на скользкой дороге?
При езде на автомобиле, оборудованном ABS, не нужно тормозить прерывистым нажатием на педаль. Прерывистое нажатие на педаль тормоза используется при торможении автомобиля без ABS для предотвращения блокировки колес и сохранения управления машиной. В автомобилях с ABS блокировка колес не происходит никогда, поэтому прерывистое нажатие на педаль лишь продлит время остановки.

При экстренном торможении на автомобиле с ABS необходимо уверенно нажимать на педаль тормоза и удерживать ее нажатой, пока ABS осуществляет торможение. Вы можете почувствовать сильную пульсацию педали, но так и должно быть, не отпускайте педаль.

Правда ли работает антиблокировочная система?
ABS делает торможение более эффективным. Она предотвращает блокировку колес и обеспечивает наименьший тормозной путь на скользкой дороге. Но способствует ли ABS предотвращению ДТП?

Американский институт дорожной безопасности провел ряд исследований для определения, насколько часто автомобили ABS участвуют в ДТП со смертельным исходом. Результаты исследования 1996 г. показали, что ABS не предотвращает возникновение ДТП со смертельным исходом. Также было отмечено, что автомобили с ABS реже участвуют в ДТП со смертельным исходом для водителя и пассажиров автомобиля, с которым произошло столкновение, но чаще со смертельным исходом для водителя и пассажиров машины с ABS, особенно при ДТП с участием одного автомобиля.

По этой причине до сих пор ведутся споры по поводу эффективности ABS. Некоторые считают, что водители автомобилей с ABS неправильно осуществляют торможение и отпускают педаль, когда чувствуют ее пульсацию. Некоторые считают, что если ABS позволяет управлять автомобилем при экстренном торможении, то многие в приступе паники съезжают с дороги и разбиваются.

Последние исследования показывают, что автомобили, оборудованные ABS, реже участвуют в ДТП, однако это еще не является основанием полагать, что ABS повышает безопасность движения.

Схема расположения компонентов ABS

Давайте соединим все части ABS вместе и посмотрим, как она работает. На рисунке представлен как пример, так и крупный план расположения компонентов ABS в автомобиле.