Управление тормозными системами

АНТИБЛОКИРОВОЧНЫЕ СИСТЕМЫ

  Обоснование необходимости и состав

  Электронные системы, обеспечивающие управление тормозами, по функциональному назначению, могут быть классифицированы на антиблокировочные, регулирования тормозных сил и полностью элек­тронные.

  Положительное влияние тормозных антиблокировочных систем (АБС) на безопасность автотранспортных средств уже не требует до­казательств: проблемы их создания и серийного производства для мирового автомобилестроения решены. В настоящее время завершает­ся и этап регламентации их свойств в международных предписаниях, после чего следует ожидать, что АБС станет столь же неотъемлемой частью автомобиля, как и сами тормоза. В частности, уже существуют требования к АБС (Приложение 13 к Правилам № 13 ЕЭК ООН), а также соглашение об обязательном оснащении этой системой некото­рых категорий транспортных средств. В странах Общего рынка экс­плуатация междугородных и туристских автобусов, а также больше­грузных автомобилей и автопоездов, не оборудованных АБС, запре­щена с 1 октября 1991 г. Но и без этого ограничения, несмотря на значительную цену (4—7 % цены автотранспортного средства), число заказов на автомобили с АБС стремительно возрастает. Пока кон­тракты, связанные с автомобилями высшего класса и специальными, поделены между фирмами «Bosch», «Tevis» (ФРГ) и «Bendix» (США); компания «Kelsi-Hase» охватывает заказчиков с большими объемами производства: грузовые автомобили «Mazda», «Isudzu» (Япония). «Ford» (США).

  Электронные блоки управления АБС различаются внутренним содержанием, а главное — алгоритмом функционирования (дости­жения в этой области составляют предмет тщательной охраны, так как в наибольшей степени определяют качество системы в целом).

  Блокировка колес автомобиля в процессе торможения крайне не­желательна, так как увеличиваются тормозной путь и вероятность заноса автомобиля. Антиблокировочная система препятствует блоки­ровке колес при резком торможении, благодаря чему полностью со­храняется управляемость автомобиля.

Основной задачей АБС является поддержание в процессе торможе­ния автомобиля такого тормозного момента, который при данном состоянии дорожного покрытия исключает возможность блокировки колес и обеспечивает максимально возможный эффект торможения.

Рис. 21. Электропнсвматнческая схема АБС:

1 — трубопровод; 2.5 и 6 — соответственно перепускной, управляющий и редукционный клапа­ны;

3 — поршень; 4 — плунжер; 7 — трубопровод задних тормозных механизмов;

8 — главный тормозной цилиндр, 9 — воздуховод; 10 — компьютер; 11 — датчик скорости колеса

  Для решения данной задачи АБС должна в зависимости от характера изменения частоты вращения затормаживаемых колес автоматически изменять давление в цилиндрах или тормозных камерах исполнительных тормозных механизмов. При этом необ­ходимо обеспечить высокое быстродействие регулирования давле­ния, для чего используют быстродействующие клапанные устрой­ства с электромагнитным приводом (так называемые модуляторы давления).

  Для обеспечения нормального функционирования системы она должна непрерывно сравнивать скорость автомобиля и частоту вра­щения затормаживаемого колеса. Основная трудность решения этой задачи связана с отсутствием надежных и простых методов определе­ния скорости автомобиля, т. е. методов, не связанных с измерением частоты вращения его колес. Поэтому для оценки скорости автомоби­ля в АБС используют тс или иные косвенные методы. Один из алго­ритмов основан на сопоставлении реальной частоты вращения колеса и так называемой опорной частоты вращения, рассчитываемой в каж­дый момент времени системой управления. Принципиальная схема АБС приведена на рис. 21.

  Основными компонентами антиблокировочной тормозной систе­мы являются: регулятор давления, изменяющий тормозное усилие, которое прикладывается к колесу; компьютер, анализирующий изменение скорости колеса, а также обеспечивающий управление давлени­ем в регуляторе; датчики частоты вращения колеса, устанавливаемые в колесных узлах автомобиля.

Колесные датчики

  Колесные датчики подвержены вибрациям, ударам, влиянию агрес­сивных сред, низких (- 60 °С) и высоких (120 °С) температур. Следо­вательно, эти датчики должны быть устойчивыми к воздействию пере­численных факторов, кроме того, быть дешевыми, простыми в эксплу­атации, а в случае выхода из строя — легко монтироваться и демонтироваться.

  Как показали исследования, из всех существующих датчиков частоты вращения всем этим требованиям в наибольшей степени удовлетворяют магнитоэлектрические пальчикового типа с откры­той магнитной цепью датчики, выпускаемые германскими фирмами «Bosch» и «Vabco», а также максимально унифицированные с ними по своим установочным размерам (длина стакана-пальца 40 мм, диаметр 16,8 му), отечественные КМЭД-4М—1989 (разработаны НПКО АНТ-3 ПО заказу НПО «Автоэлектроника»).

  Магнитный поток в таких датчиках коммутируется ферромагнит­ным коммутатором в виде зубчатого колеса-ротора 3 (рис. 22), напрес­сованного на крышку 2 сальника ступицы У колеса автомобиля, при­чем зубья колеса-ротора передних колес расположены по торцу, зад­них — по образующей наружной поверхности колеса-ротора, что связано с конструктивными различиями передних и задних тормозных узлов автомобиля.

Рис. 22. Магнитоэлектрический датчик пальчи­кового типа с открытой магнитной цепью

  Датчики 5 передних колес установлены в цапфе 7, задних — в приливе на кожухе полуоси. Они крепятся при помощи цилинд­рической не ферромагнитной пружины 4 в немагнитной втулке б. Данный способ крепления, с одной стороны, позволяет уменьшить влияние ферромагнитных масс колес автомобиля на работу дат­чиков, с другой — облегчает их монтаж-демонтаж и самоустановку с минимально возможным зазором между торцом датчика и зу­бьями колеса-ротора. Датчик в гнезде ставится «до упора», поэ­тому зазора между его торцом и зубом колеса практически нет. При прокручивании колеса датчик, касаясь своей торцовой по­верхностью зубьев колеса-ротора, перемешается от него на мини­мально возможное расстояние и удерживается в этом положении за счет сил трения между его наружной поверхностью, внутренней поверхностью пластинчатой пружины.

  Рассмотрим устройство магнитоэлектрических датчиков, применя­емых в АБС и ПБС.

  Основные элементы датчика EPD 28879A-1985 (рис. 23) фирмы «Bosch» — магнит 5 и катушка, соединенные наконечником-стержнем 1 из магнитомягкого материала (каркас 2 катушки опрессован в горя­чем состоянии по буртику стержня 1 и составляет с ним единое целое). Выводы обмотки 3 катушки подключены к цилиндрическим штырям, которые вместе с южным полюсом магнита 5, латунной фиксирующей трубкой 8 и экранированным двужильным кабелем 12 также опрессо-ваны высокотемпературной пластмассой в корпусе 7. Магнит и обмот­ка защищены от воздействия окружающей среды стаканом 4 из немаг­нитной стали, завальцованным через резиновый уплотнитель 6 по буртику на корпусе 7. Вывод кабеля закрыт резиновой трубкой 11, которая на датчике крепится обжимным кольцом 10 через латунную подкладку 9. Второй конец трубки прижимается к кабелю посредст­вом резинового кольца 13.

Рис. 23. Магнитоэлектрический датчик EPD 28879A — фирмы Bosch

  Достоинством датчика является его жесткость (даже монолит­ность), в то время как вывод выполнен мягким (эластичным), что особенно важно, учитывая условия его работы; недостатки — сложность изготовления (в целях обеспечения соосности всей маг­нитной системы необходимо добиться высокой точности изготов­ления поверхностей магнита и стержня), невысокая чувствитель­ность.

  Устройство датчика фирмы «Vabco» 224W042 идентично рас­смотренному, хотя у него есть особенности: объем магнита уве­личен, причем его полюсный наконеч­ник-стержень, соединенный с южным полюсом магнита, является концентра­тором магнитного потока, объем же катушки, наоборот, уменьшен за счет намотки ее более тонким проводом; внешняя часть (головка) покрыта си­ликоновой резиной. Благодаря этим усовершенствованиям, а также более высокому уровню технологии изготов­ления выходные характеристики датчи­ка выше, чем датчика фирмы «Bosch». Однако на универсальном оборудова­нии его выпускать невозможно: для его производства требуются специаль­ные материалы, особые оборудова­ние и оснастка, применение которых в мелкосерийном производстве нерен­табельно.

  В отличие от рассмотренных дат­чиков зарубежных фирм, отечествен­ный КМЭД-4М—1989 имеет весьма простую и оригинальную конструкцию (рис. 24). В нем кабель для снятия информации расположен вдоль оси, постоянных магнитов — два, причем они самарий-кобальтовые (КС10ММ27) и уменьшенного объема; дополнительно введен верхний полюсный наконечник 2 в целях увеличения чувствительности;
полости залиты компаундом 1 на основе эпоксидной смолы.

Рис. 24. Отечественный магнито-элетрический датчик КМЭД 4М- 1989

  Датчик технологичен, дешев, надежен и, самое главное, как пока­зали исследования (табл. 2), по чувствительности превосходит зару­бежные аналоги. Он применим и в других областях машинострое­ния — там, где требуется точная информация о характеристиках вра­щающихся масс.