Глава 10. Тормозное управление (стр. 15 )

Передача колесом тяговой или тормозной силы сопровождается некоторым скольжением элементов шины, находящихся в контакте с дорогой. Чем больше передаваемая сила, тем больше это сколь­жение. Величину скольжения в контакте оценивают обычно отно­сительным скольжением S, равным отношению скорости скольжения (vа - ωк·rк) к линейной (поступательной) скорости движения оси колеса vа автомобиля:

,

где ωк и rк – угловая скорость вращения и радиус колеса.

Коэффициент сцепления колеса с дорогой зависит от коэффици­ента скольжения S. При S = 15—30 % коэффициент сцепления имеет максимальную величину. Таким образом, если в процессе торможения автомобиля автоматически поддерживать режим, при котором S = 15—30 %, то можно обеспечить одновременно и макси­мальную эффективность и достаточную безопасность торможения. Все современные АБС относятся к са­монастраивающимся системам автоматического поиска.

Назначение антиблокировочных систем (АБС) и состоит в том, чтобы с помощью автоматического регулирования давления в тормозном приводе поддерживать на оптимальном уровне степень скольжения. Для этого в конструкции тормозно­го привода должны быть при­менены дополнительные устройства. В частности, необходимо уст­ройство, регулирующее тормозной момент путем регулирования дав­ления рабочего тела в зависимости от режима работы колеса.

Такие устройства называются модуляторами. Модулятором необходимо уп­равлять, давая команды на увеличение или уменьшение давления рабочего тела в тормозном механизме. Чтобы выработать данные команды, надо собрать и обработать информацию о параметрах движения автомобиля и вра­щения его колес. Эти задачи решает блок управления. Сбор ука­занной информации осуществляют датчики.

При постоянном значении вертикальной реакции колеса Rz ве­личина коэффициента сцепления однозначно определяет величину максимальной продольной касательной реакции колеса Rx. Зная величину продольной касательной реакции колеса и его радиус, можно вычислить величину крутящего момента, который обеспечит максимально возможный тормозной эффект, и построить зависи­мость Мφ = f(S).

На рис. 52 приведена такая зависимость для одного из вариантов условий движения. На этом же графике приведена характеристика тормозного момента Мτ, реально подводимого со стороны тормоз­ного механизма. Допустим, что к колесу подводится излишне боль­шой тормозной момент, превышающий сцепные возможности ко­леса. С его ростом будет возрастать и скольжение колеса в контакте с дорогой.

Пока рост скольжения сопровождается возрастанием сцепных возможностей колеса (левая часть графика Мφ до точки его перегиба), движение колеса с уменьшающейся скоростью вращения будет устойчивым. Как только скольжение превысит определенную для заданных ус­ловий величину (характеризуе­мую на графике величиной S = 0,2), доля тормозного момен­та, идущая на создание каса­тельных сил, начнет умень­шаться, а доля, затрачиваемая на угловое замедление колеса, соответственно возрастать.

Это приведет к быстрому росту за­медления угловой скорости вращения колеса (процесс его вращения становится неустой­чивым, поскольку замедление будет возрастать при неизмен­ном или даже слегка умень­шающемся тормозном момен­те). Если автомобиль не снаб­жен АБС, то колесо может быть доведено до состояния блокировки (юза).

Рис. 52. К алгоритму работы АБС

При наличии антиблокировочной системы блок управления по­стоянно сравнивает текущее значение замедления колеса с заранее заданной ему величиной и при их равенстве в момент времени выдает модулятору сигнал на растормаживание колеса. После не­которой задержки, обусловленной инерционностью систем, давление рабочего тела начнет снижаться, что приведет сначала к снижению темпа увеличения углового замедления колеса, а затем и к его снижению. На рис. 52 это соответствует участку 1-2. После того как величина замедления колеса сравняется с заданной величиной нижнего предела замедления, блок управления выдает команду на прекращение дальнейшего снижения давления рабочего тела в контуре тормозного механизма. Вслед­ствие снижения давления рабочего тела колесо начнет разгоняться (это соответствует точке 3), после чего последует команда на уве­личение давления рабочего тела и все начнется сначала.

На рис.53 приведены характеристика и схема механического регулятора АБС, которая использовалась на старых автомобилях с пневматическим приводом тормозов. Кривая 0-1-2 на характеристике характеризует изменение тормозного механизма с пневматическим приводом. Разница между кривой Тτ и кривой Тφ соответствует замедлению колеса. После прохождения максимума кривой Тφ замедление колеса увеличивается (точка С), что харак­теризует стремление колеса к блокировке. Это резкое увеличение замедления ак используется в АБС в ка­честве первого входного сигнала для уменьшения давления в тормозном приводе. Падение давления начинается с некоторым запаз­дыванием, обусловленным свойствами АБС (точка 2). Затем замед­ление колеса уменьшается и в точке 5 становится равным нулю.

В момент времени, соответствующий точке 4, регулятор устанав­ливает постоянный минимальный тормозной момент. От точки 3 до точки 6 происходит разгон колеса. Увеличение углового ускорения используется в качестве второго входного сигнала для повышения давления в тормозной системе (точка 5). При этом скорость колеса приближается к скорости авто­мобиля, что означает уменьшение проскальзывания и, следовательно, нарастание коэффициента сцепления φ.

Рис. 53. Характеристика и схема регулятора антиблокировочной системы.

В дальнейшем этот цикл вновь повторяется. Таким образом, в процессе регулирования колесо то замедляет свое вращение, то разгоняется и заставляет тормозной момент Тτ изменяться по замк­нутому контуру 1—2—5—4—5—6—1. Причем колесо работает в диа­пазоне коэффициента скольжения S 2 — S1 . В результате колесо реализует близкие к максимальному значения коэффициента сцеп­ления. При применении АБС коэффициент скольжения изменяется в диапазоне S 2 - S1 = 20 %. Частота изменения давления в подобных пневма­тических приводах составляет 3—8 Гц, а в гидравлических — до 20 Гц.

Схема механического регулятора пневматического привода, который реагирует на изменение ускорения колеса и управляет исполнительным уст­ройством, показана на рис. 53. На валу 1 датчика регулятора, приво­димого во вращение от колеса автомобиля, жестко укреплена сту­пица 2 и свободно посажен маховик 3. Ступица и маховик соединены винтовой нарезкой (сечение А—А).

К маховику жестко прикреплен золотник 5 клапана, меняющего давление в тормозной камере. При рабочем торможении и неболь­шом угловом замедлении под действием пружины 4 ступица и махо­вик продолжают вращаться как одно целое, и регулятор не оказы­вает воздействия на давление в системе. При экстренном торможении угловое замедление колеса возрастает, и маховик за счет своей инер­ционности, преодолевая силу пружины 4, перемещается по винто­вой нарезке влево. При этом происходит сначала отсоединение ма­гистрали от тормозной камеры колеса, а затем соединение камеры с атмосферой. При достижении маховиком крайнего левого положе­ния зубья винтового механизма выходят из зацепления. Маховик, отделившись от ступицы, продолжает свободное вращение на валу. Как только угловая частота ступицы и маховика сравняются, под действием пружины их зубья войдут вновь в зацепление, и золот­ник переместится в крайнее правое положение. При этом тормозная камера колеса отсоединится от атмосферы и соединится с магист­ралью. Торцовые поверхности зубьев на ступице и маховике имеют скосы, которые облегчают обратное их зацепление.

В условиях торможения АБС обеспечивает более высокую точность и лучшие тормозные качества автомобиля. Недостатками, ограничивающими применение рассмотренной АБС, являются недостаточная эффективность и долговечность по сравнению с другими элементами тормозной системы.

Высокоэффективные современные АБС, оснащенные электронными блоками автоматического управления, имеют датчики, установленные в колесах и непрерывно измеряющие их угловые скорости. Применяются дат­чики разных типов, но наибольшее распространение получили ин­дуктивные и индукционные. Датчики состоят из диска с зубцами или отверстиями, присоединенного к колесу, и индукционной ка­тушки. При прохождении зубцов мимо катушки, питающейся в первом случае переменным током, изменяется индуктивность сис­темы, что отражается на токе, текущем через катушку. Во втором случае зубцы проходят в магнитном поле, созданном постоянным магнитом, и возбуждают в катушке ЭДС. Частота получаемых им­пульсов пропорциональна угловой скорости колеса.

Функции, выполняемые электронным блоком управления АБС, сложны и разнообразны. В частности, для определения замедления колеса осуществляется непрерывное дифференцирование его угловой ско­рости. Однако использование углового замедления колеса в качестве единственного параметра для управления АБС не оптимально. Резкое изменение угловой скорости колеса, может быть не связано с про­цессом торможения, а вызываться воздействием дорожных неров­ностей. С другой стороны, в силу определенной специфики доста­точно точное дифференцирование угловой скорости, особенно ана­логовыми устройствами, затруднено. Поэтому наиболее перспек­тивными считаются АБС, использующие для управления, наряду с угловым замедлением колеса еще и линейную скорость автомобиля, хотя простые и достаточно дешевые датчики, измеряющие скорость автомобиля независимо от угловой скорости его колес, еще не разработаны.

Помимо отмеченных параметров, для оптимального регулиро­вания процесса торможения блок управления должен учитывать еще и такие факторы, как трение в исполнительных механизмах тормозов и реальную, зависящую от температуры, тангенциальную упругость шины. Кроме этого, необходимо учитывать тангенциальную упругость направляющего устройства подвески (упругую деформацию подвески в направлении действия реактивного тормозного момента, что в первую очередь относится к рессоре, воспринимающей реактивный момент за счет S-образного изгиба).