Электронная система автомобиля ABS

 
 
 

Содержание 
 

1. Введение..........................................………………………………………..…….2

2. Структурно-функциональная схема системы ABS….......................................7

3. Конструирование  элемента системы ABS……………………………..……..9

4. Оценка достижений………………….……………...…………………………12

5. Возможные варианты развития системы ABS………………………………14

6. Список литературы……………………………………………………………16 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ

Современные автомобили оснащены мощными и долговечными тормозными системами, обеспечивающими малый тормозной путь при движении с высокой скоростью. Но даже самые совершенные тормозные системы традиционной конструкции не способны предотвратить неконтролируемое перемещение автомобиля, если водитель, находясь в критической ситуации, затормозит слишком резко.

По расчетам специалистов около 10% дорожных происшествий вызваны боковым заносом автомобилей, произошедшем в результате блокировки колес.

Назначение тормозной системы:

Тормозная система выполняет следующие функции:

• снижение скорости автомобиля,
• полная остановка автомобиля,
• обеспечение неподвижности автомобиля на стоянке.

Свойства тормозной системы:

Идеальная тормозная система должна обладать следующими свойствами:

Эффективность: Быстрое торможение и малый тормозной путь.

Курсовая устойчивость:    Сохранение заданной водителем траектории движения в процессе торможения.

Пропорциональность:       Торможение должно быть пропорциональным усилию прилагаемому водителем к педали тормоза.

Комфортабельность: Усилие, прилагаемое водителем к педали тормоза, не должно быть большим.

Факторы, влияющие на работу тормозной системы:

Тормозная система создает силу, противодействующую движению автомобиля. Эта сила зависит от следующих групп факторов:

• механические факторы,
• психологические факторы,
• физические факторы.

Механические факторы

Принцип действия тормозной системы состоит в создании сил трения между элементами, связанными с колесами, и элементами, связанными с шасси автомобиля. А трение порождает теплоту! Иными словами, действие тормозной системы может рассматриваться, как процесс преобразования механической энергии в тепловую.

Исходя из этих соображений, мы можем заключить, что тормозные системы должны обладать следующими свойствами:

• сопротивляемостью высоким температурам,
• иметь минимальное время восстановления исходных характеристик после нагрева.

Психологические факторы

Длина тормозного пути зависит как от реакции водителя, так и от физико-механических характеристик автомобиля и дороги.

Временем реакции называется промежуток времени, прошедший между моментом осознания водителем ситуации, требующей торможения, и моментом нажатия на педаль тормоза. Время реакции различно для разных водителей и, в среднем, составляет 0,75 с.

Тормозным путем называется полное расстояние, пройденное автомобилем при торможении, вплоть до полной остановки (включая путь, пройденный за время реакции).

Тормозной путь зависит от:

• скорости движения автомобиля,
• коэффициента трения,
• характеристик тормозной системы, влияющих на замедление автомобиля.

 
 

Зависимость тормозного пути от скорости движения (сухая дорога; замедление: - 6 м/с²) 
 
 
 

Физические факторы

Рассмотрим поведение автомобиля, движущегося по прямолинейной траектории, при экстренном торможении.

• При резком нажатии на педаль тормоза автомобиль разворачивается вокруг собственной вертикальной оси, что происходит из-за незначительной разницы коэффициентов сцепления отдельных колес с дорожным покрытием.
• При блокировке всех колес автомобиль продолжает движение по прежней траектории, но угол разворота вокруг собственной вертикальной оси увеличивается. После прекращения торможения курсовая устойчивость автомобиля восстанавливается, однако автомобиль будет продолжать движение по новой траектории, определяемой углом разворота, который достигнут к моменту восстановления устойчивости.

— При блокировке передних колес автомобиль становится неуправляемым.

Сцепление шин с дорожным покрытием 
 
 

 
 

Силой сцепления F_A называется сила, противодействующая сдвигу тела, лежащего на поверхности. Сила сцепления определяется двумя факторами:

• весом тела F_W,
• коэффициентом сцепления f.

 

Сила сцепления     =     Вес тела х     Коэффициент сцепления

FA =     FW          x                      f 

При F < F_A тело неподвижно.

При F > F_A тело скользит по поверхности.

Силы, действующие на колесо

На колесо действую следующие три силы:

• Сила F_W, зависящая от веса автомобиля и динамических нагрузок (на одно колесо действует часть веса автомобиля).
• Продольная сила F_L, обусловленная изменением крутящего момента при ускорении или торможении автомобиля.
• Поперечная сила F_T, от которой зависит траектория движения автомобиля.

 
 

 
 
 

Сила сцепления - это наибольшее значение силы F_L или F_T, которую можно приложить к колесу в точке контакта шины с дорожным покрытием.

При движении транспортного  средства пятно контакта его колёс  находится в неподвижности относительно дорожного полотна, то есть на колесо действует сила трения покоя. Так как эта сила больше, чем сила трения скольжения, замедление при вращении колёс со скоростью, соответствующей скорости движения транспортного средства, будет эффективнее, чем замедление при проскальзывании колёс относительно дорожного полотна. Таким образом что бы избежать проскальзывание колес на современных автомобилях ставят систему ABS.

Антиблокировочная система (АБС, ABS)— система, предотвращающая  блокировку колёс транспортного средства при торможении. Основное предназначение системы состоит в том, чтобы предотвратить потерю управляемости транспортного средства в процессе резкого торможения и исключить вероятность его неконтролируемого скольжения. Поэтому АБС решающим образом повышает безопасность вождения. 
 
 
 

Структурно-функциональная схема системы ABS. 

 
 
 

Рис.1 Принципиальная схема системы ABS

1. датчик угловой скорости; 2 - вращающийся элемент с прорезями и выступами; 3 - электронный блок управления; 4 - модулятор; монтажный разъем; 6 - предохранители; 7 - диагностический разъем; 8 - переключатель; 9 - блок предохранителей; 10 - аккумулятор; 11 - панель приборов; 12 - выключатель ABS; 13 - индикатор ABS

 
 
 
 
 

Рис.2 

A - элементы  системы на передних колесах; B - элементы системы на задних колесах;

C - интегрированный  блок управления 
 

При торможении, как только датчик определяет, что  колесо начинает блокироваться, электронный  блок, обрабатывающий сигналы от всех датчиков, отдает управляющий импульс электромагнитным клапанам гидравлического блока (см. принципиальную схему работы ABS). Гидравлический блок установлен в тормозной магистрали сразу после главного тормозного цилиндра, а его клапаны управляют давлением жидкости в контурах тормозной системы. Если заторможенное колесо начало скользить, клапаны гидроблока понижают или временно прекращают подачу жидкости к рабочему тормозному цилиндру. Этого может оказаться недостаточно, чтобы колесо разблокировалось, и тогда электромагнитный клапан направит тормозную жидкость в отводную магистраль, снижая тем самым давление в рабочем тормозном цилиндре. Когда колесо вновь начинает вращаться, по достижении им некоторой угловой скорости, электронный блок ABS снимает свою команду, клапаны открываются, и гидравлическое давление опять передается на тормозной механизм. Торможение и растормаживание колеса будут происходить периодически (этот процесс называется модуляцией, и гидроблок иногда называют модулятором тормозного давления), и водитель ощущает работу ABS частыми резкими толчками на педали тормоза, пока не исчезнет угроза блокирования или до полной остановки автомобиля.

Конструирование элемента системы ABS. 

Датчики частоты вращения колес

Датчики предназначены для определения окружной скорости вращения колес. Датчик регистрирует изменение магнитного поля при вращении измерительного зубчатого венца, соединенного со ступицей колеса.  

Датчики измеряют мгновенные скорости вращения всех колес. Для каждого колеса установлены неподвижный датчик и зубчатый венец, вращающийся вместе со ступицей колеса. Чтобы компьютер смог надежно распознать сигнал, поступающий по проводам от датчика, необходимо обеспечить постоянный зазор между торцом датчика и зубчатым венцом.

Известны два типа датчиков: активный (основанный на эффекте Холла) и пассивный (основанный на магнито-резистивном эффекте).

Принцип действия

Датчик состоит из катушки индуктивности с сердечником, сделанным из двух постоянных магнитов. Благодаря движению зубьев венца в непосредственной близости от датчика происходит изменение магнитного поля. Это приводит к возникновению в обмотке почти синусоидального переменного тока, частота которого пропорциональна окружной скорости колеса. Амплитуда сигнала зависит от частоты и от зазора между датчиком и зубьями.

Особенности двухполюсного датчика

• Первичный магнитный поток перпендикулярен оси катушки.
• Первичный магнитный поток концентрируется у полюсов магнитов.
• Первичный магнитный поток замыкается через зубчатый венец.
• Магнитный поток концентрируется зубчатым венцом на чередующихся полюсах магнитов.
• Переменное магнитное поле наводит в обмотке переменное напряжение.
• Максимальные положительное и отрицательное напряжения определяются концентрацией магнитного поля.

Преимущества двухполюсного датчика по сравнению с однополюсным

• Малая чувствительность к величине зазора.
• Малая чувствительность к положению зубчатого венца.
• Малая чувствительность к отклонениям шага зубьев.
• Демпфирование высокочастотного сигнала.
• Оптимальный градиент характеристики сигнала.
• Допускается экранирование магнитного поля без потери сигнала.

 
 

Активный датчик 
 

 
 
 

Подобно традиционному датчику активный датчик соединен с компьютером двумя проводами и, следовательно, для него можно использовать прежний электроразъем. Но в отличие от традиционного датчика к активному датчику подается питающее напряжение 12В.