Антиблокировочная система ABS. Принцип работы

Антиблокировочная система ABS. Принцип работы.

Как ни странно, многие аварии происходят именно из-за высокой эффективности тормозов. На скользких дорогах - мокрых или покрытых ледяной коркой - экстренное задействование тормозов с целью быстро остановить автомобиль либо резко снизить его скорость приводит обычно к прямо противоположному результату. Колеса блокируются и теряют сцепление с дорожным покрытием, а автомобиль нисколько не уменьшает скорость и, более того, вовсе перестает слушаться руля.

 
Опытный водитель в таких случаях будет тормозить прерывисто, регулируя усилие на педаль тормоза таким образом, чтобы сохранить максимальное сцепление колес с дорогой и не допустить срыва автомобиля в занос. Однако далеко не все водители имеют достаточный опыт, чтобы точно оценить ситуацию, и уж совсем немногие обладают выдержкой и необходимыми навыками, чтобы отреагировать на изменение дорожной обстановки должным образом. Отсюда аварии и законное желание инженеров приставить к тормозам "пастуха", абсолютно беспристрастного, способного исправлять оплошности водителя и сохранять ему контроль над автомобилем в любых условиях движения.

История создания ABS

Итак, своим появлением антиблокировочные системы обязаны работам конструкторов над улучшением активной безопасности автомобиля. Первые варианты ABS были представлены еще в начале 70-х. Они вполне справлялись с возложенными обязанностями, но были построены на аналоговых процессорах, а потому оказались дорогостоящими в производстве и ненадежными в эксплуатации. Далее изготовления опытных образцов дело не продвинулось, хотя, в любом случае, это был, безусловно, шаг вперед.  
Лед тронулся, и следующим шагом конструкторов стала замена аналогового процессора более надежными и недорогими цифровыми электронными блоками на интегральных схемах. В 1978 году ABS второго поколения увидела свет, и первым автомобилем, получившим ее (правда, не в базовой комплектации, а под заказ за дополнительную плату), стал Mercedes-Benz 450 SEL. А сегодня уже трудно подсчитать как количество поколений ABS, так и число автомобилей, на которые антиблокировочная система устанавливается серийно.

Общее устройство и принцип работы ABS

Антиблокировочная система состоит (см. схему) из трех основных элементов: электронного блока управления (4), гидравлического блока (3) и датчиков скорости колес (1, 2). ABS приводится в рабочее состояние после включения зажигания и достижения автомобилем некоторой скорости движения.  
В основу работы колесных датчиков положен принцип электромагнитной индукции. При вращении колеса мимо датчика проходят зубцы и впадины специального ротора и наводят в обмотке датчика электрический сигнал, частота которого пропорциональна угловой скорости колеса и количеству зубцов на роторе.  
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.  
При работе ABS эффективность замедления автомобиля, кроме того, что управление не выходит из-под контроля водителя, остается выше, чем при торможении юзом. Испытаниями установлено, что на скользком покрытии тормозной путь автомобиля, оснащенного ABS, может быть на 15% короче, чем у обычной автомашины. Кроме того, ходимость протектора покрышек при использовании ABS увеличивается на 5-7%.

И всё же ABS не панацея

В свое время страховые компании США провели анализ дорожно-транспортных происшествий, и оказалось, что автомобили с ABS чаще становятся участниками аварий, чем автомобили с обычной тормозной системой. Так, на сухом покрытии отмечено увеличение ДТП на 42%, а на влажном - даже на 65%. Согласитесь, в свете сказанного в предыдущей главе эти цифры обескураживают. Специалисты считают, что наличие в автомобиле ABS создает у водителя иллюзию безопасности, в результате чего он не учитывает, что ABS не создает сцепления с дорогой - это прерогатива протектора и размеров пятна контакта покрышек колес. Да, ABS предотвратит блокировку тормозов и позволит сохранить контроль над курсовой устойчивостью и поворачиваемостью, но она не гарантирует уменьшения тормозного пути. Когда речь идет о сухих и нескользких дорогах, бывает как раз наоборот - тормозной путь оказывается больше, чем у обычного автомобиля, но понимание этого приходит, к сожалению, слишком поздно.

 
Другой вопрос - могут ли ABS всегда достоверно распознавать ситуацию? Помнится, журналисты World Off Road во время испытаний внедорожников моделировали неудачный въезд на холм: потеря сцепления на полпути вверх, сильное нажатие на педаль тормоза, чтобы удержать машину на склоне, включение задней передачи - и мягкий спуск с горы, используя торможение двигателем.

 
Все шло нормально, пока не пришел черед Ford Explorer, а затем и Mitsubishi Pajero, оснащенных ABS. Джипы упрямо скатывались с холма, несмотря на то, что испытатели выжимали педаль тормоза до упора: система воспринимала небольшое скольжение вниз на сыпучем склоне и резкое нажатие на тормоз в этот момент как команду разблокировать колеса. В результате и Ford, и Mitsubishi не могли удержаться на склоне без применения "ручника". Нетрудно представить, чем чревата подобная ситуация в реальной жизни, если склон достаточно длинный, коллизия приключилась ближе к вершине, водитель растерялся (или не действует стояночный тормоз), а сзади уже пристроилась какая-нибудь машина. Словом, как бы ни была хороша ABS в плане улучшения активной безопасности автомобиля, главным по-прежнему остается водитель, который обязан критически осмысливать дорожную ситуацию и реальные возможности своего "железного друга"

Проблемы эксплуатации ABS

Будем считать предыдущую главу не более чем "лирическим" отступлением и вернемся к рассмотрению сугубо практических вещей, например, неисправностей, с которыми могут столкнуться владельцы автомобилей с ABS.  
Заметим, что современные ABS обладают достаточно высокой надежностью и могут длительное время работать не выходя из строя. Электронные блоки ABS отказывают крайне редко, поскольку защищены специальными реле и предохранителями, и если такая неисправность все-таки случилась, то ее причина нередко бывает связана с нарушениями правил и рекомендаций, о которых упомянем чуть ниже. Самыми же уязвимыми в схеме ABS являются колесные датчики, располагаемые вблизи вращающихся деталей ступицы или полуосей.  
Место расположения этих датчиков благополучным никак не назовешь: различные загрязнения или даже слишком большой люфт в подшипниках ступицы способны вызывать сбои в работе датчиков, которые и становятся чаще всего виновниками неполадок в работе ABS.  
Кроме того, на работоспособность ABS влияет величина напряжения между клеммами аккумулятора. При уменьшении напряжения до 10,5 В и ниже ABS вообще может самостоятельно выключиться через предохранительный электронный блок.  
Предохранительное реле может также сработать при недопустимых колебаниях и всплесках напряжения в сети автомобиля. Чтобы этого не случилось, вот обещанные рекомендации: нельзя разъединять электрические разъемы при включенном зажигании и работающем двигателе, не желательно заводить двигатель методом "прикуривания" от постороннего аккумулятора либо предоставлять для этой цели в качестве "донора" собственный автомобиль и, кроме того, необходимо строго следить за состоянием контактных соединений на генераторе. Что еще? Если автомобилю потребовался ремонт с применением сварки, то перед началом работ следует отсоединить проводку от электронного блока управления ABS. Кроме того, этот блок не рекомендуется подвергать нагреву свыше 85 градусов по Цельсию более двух часов. Это к тому, если автомобиль предполагается красить, а затем сушить горячим методом в специальной камере.  
О том, что ABS неисправна, свидетельствует загорание контрольной лампы на панели приборов. Слишком нервно реагировать на это не следует, без тормозов автомобиль не останется, но при торможении будет вести себя как машина, в которой ABS отсутствует.  
Если контрольная лампочка ABS загорелась во время движения, необходимо остановить автомобиль, заглушить двигатель и проверить напряжение между клеммами аккумулятора. Если оно окажется ниже 10,5 В, то можно продолжать движение, а при первой возможности зарядить аккумулятор. Если лампочка ABS периодически загорается и гаснет, то, скорее всего, барахлит какой-нибудь контакт в электрической цепи ABS. Автомобиль следует загнать на смотровую канаву, проверить все провода и зачистить электрические контакты. Если причина мигания лампы ABS не будет обнаружена, то дальнейшие поиски неисправности следует продолжить в специализированном автосервисе.  
Существует ряд особенностей, связанных с обслуживанием или ремонтом тормозной системы с ABS. Например, перед заменой тормозной жидкости следует разрядить аккумулятор давления в гидроблоке ABS. Для этого при выключенном зажигании необходимо раз двадцать нажать на педаль тормоза. Следует помнить, что, включая зажигание, вы одновременно подключаете электронасос в гидроблоке ABS. Если система разгерметизирована, то жидкость из нее просто выгонит. Но этот же прием можно использовать при прокачке системы - зажигание включают ровно настолько, сколько из прозрачного шланга, надетого на штуцер для прокачки, будут выходить пузырьки воздуха.

Почему антиблокировочная

Плавно нажимая на педаль тормоза, мы замедляем движение автомобиля до полной его остановки. Однако, бывает, что нужно остановиться мгновенно, мы резко жмем на педаль, вот тогда и возникает опасность "юза", т.е. скольжения заблокированных колес по скользкой дороге, при котором автомобиль не слушается поворота руля. В автошколах инструктор по вождению учит: на мокром асфальте эффективней гасить скорость "толчками", быстро нажимая и отпуская педаль тормоза, ощущая при этом границу скольжения и стараясь не перейти ее. Скажите, кто в минуту опасности вспомнит подобные наставления?  
Статистика неумолима - 10% аварий происходит из-за того, что заблокированные передние колеса на льду, снегу и мокром асфальте не могут изменить направления движения автомобиля.  
Что делать? Люди придумали антиблокировочную систему (ABS), т.е. ряд устройств, которые при торможении автомобиля, вне зависимости от действий водителя, предотвращают блокировку колес. Таким образом, автомобиль с ABS на скользкой поверхности дороги при необходимости в экстренной остановке не только не "проскочит" с невращающимися колесами вперед, не только не потеряет управление (иногда от этого зависит жизнь пешеходов), но и, возможно, не вылетит с проезжей части со всеми вытекающими из этого последствиями. 

Как работает ABS?

Замечено, что максимальное сцепление колеса с поверхностью дороги (будь это сухой или мокрый асфальт, мокрая брусчатка или укатанный снег) достигается при некотором, а точнее 15-30 процентном относительном его проскальзывании. Именно это проскальзывание и является тем единственно допустимым и желательным, которое обеспечивается настройкой элементов системы. Что же это за элементы? Во-первых, заметим, что ABS работает, создавая импульсы давления тормозной жидкости, которые передаются колесам. Т.е. наставления инструктора выполняет за человека электроника и исполнительные механизмы, делая это самым оптимальным образом.  
Все существующие на автомобилях ABS включают три главных группы: датчики, установленные на колесах и регистрирующие скорость их вращения, электронный блок обработки данных и любопытный узел - модулятор или даже блок модуляторов, который и меняет циклически давление в тормозной магистрали.

Датчики

Представьте себе, что на ступице колеса закреплен зубчатый венец. Датчик неподвижно крепится над торцем венца. Он состоит из магнитного сердечника, расположенного внутри катушки. При вращении зубчатого венца в катушке индуцируется электрический ток, частота которого прямо пропорциональна угловой скорости вращения колеса. Полученная таким образом от датчика информация передается по проводу электронному блоку управления.

Электронный блок управления

Получая информацию, что называется "с колес", блок управления отслеживает моменты их блокировки. А так как блокировка происходит от переизбытка давления тормозной жидкости в магистрали, подводящей ее к колесу, "мозг" вырабатывает команду: "снизить давление!

Модуляторы

Выполняют эту команду модуляторы, содержащие, как правило, два электромагнитных клапана. Первый перекрывает доступ жидкости в магистраль, идущую от главного цилиндра к колесу, второй - при избыточном давлении открывает путь тормозной жидкости в резервуар гидроаккумулятора. С какой частотой работает модулятор? Она колеблется, обычно от четырех до семнадцати Гц.

ABS бывают  разные

В самых дорогих, а значит, и самых эффективных системах каждое колесо имеет индивидуальное регулирование давления тормозной жидкости. Естественно, что количество датчиков угловой скорости, модуляторов давления и каналов управления в этом случае равно числу колес. Дешевые обходятся ABS с двумя датчиками на задних колесах, одним общим модулятором и одним каналом управления. Наибольшее применение получила система с четырьмя датчиками, но с двумя модуляторами (по одному на ось) и двумя каналами управления. Наконец, выпускают трехканальную систему, с четырьмя датчиками угловой скорости. Три модулятора этой системы обслуживают три канала, производя индивидуальное регулирование давления тормозной жидкости в магистралях передних колес по-отдельности и обеих задних колес.  
Вы думаете, что давление тормозной жидкости в тормозной магистрали создается только главным тормозным цилиндром? Отнюдь нет. Часто ему помогает специальный, встроенный в систему гидронасос. В новейших ABS с помощью компьютера оценивается динамика движения автомобиля, угол наклона дорожного полотна, сцепление с поверхностью дороги, влияние включенного круиз-контроля при замедлении автомобиля и другие факторы и, на основании этой информации определяет какое нужно давление в тормозной магистрали. Определив величину давления, его обеспечивают подачей или стравливанием тормозной жидкости в гидроаккумулятор.  
Прогресс не остановить. Конструкторы концерна Daimler-Chrysler совместно с компанией Lucas недавно решили еще одну задачу. В случае, когда есть необходимость срочно остановить автомобиль (как правило в таких случаях водитель жмет на педаль тормоза быстрее и сильнее - "бьет" по тормозам), система, о которой идет речь, с помощью бортового компьютера определяет оптимальное давление и минимальный тормозной путь, достижимые в конкретных дорожных условиях и, с помощью изменения давления в магистрали, действую за водителя, исполняет его желание самым лучшим способом.  
Следующим шагом по улучшению безопасности является применение антиблокировочной системы в комбинации с антипробуксовочной, связанных вместе единой системой управления, но это - тема нашего следующего материала.