Автомобиль замедляется исключительно благодаря трению между участком шины, находящемуся в зоне контакта с поверхностью. Насколько бы плотно не зажимался тормозной диск колодками, преодолеть порог сцепления колеса с дорогой невозможно. Более того, в случае превышения этого порога коэффициент трения скачкообразно падает, колесо срывается в скольжение и интенсивность торможения резко уменьшается.
Зачем в машине АБС
На этом фоне самым логичным станет уменьшение тормозного усилия, что позволит восстановить сцепление и вновь довести коэффициент до максимума.
Параллельно будет решена и вторая, не менее важная задача – сохранение управляемости. Ведь скользящее колесо одинаково слабо противостоит продольным и поперечным силам.
Для управляемой оси это означает отсутствие реакции на руль, машина продолжит движение по инерции, а все прочие колёса могут хаотично изменять направление смещения.
Малейшие неровности дороги, наличие вращающих моментов инерции, даже ветер способны отправить автомобиль в скольжение, из которого почти невозможно выйти.
Читайте также: Что такое дорожный просвет в авто и 6 способов его увеличения
Опытные водители способны вопреки инстинктам в такой ситуации ослабить давление на тормозную педаль, что приводит к восстановлению сцепления. Замедление возрастёт, колесо начнёт отслеживать траекторию. Но регулировать давление крайне сложно, нужны быстрые реакции, в условиях цейтнота недостижимые.
Спасает многим известный приём прерывистого торможения, когда усилие модулируется в импульсном режиме. После некоторой тренировки можно достигнуть хорошего результата.
Однако в идеале это надо делать с большой частотой, одновременно фиксируя результат. Наступает предел возможностей человека. Зато у техники теоретических пределов не существует.
Появилась необходимость в устройстве, которое способно это делать за водителя, с максимальной эффективностью. Так и возникла антиблокировочная система тормозов, известная как ABS или АБС в отечественной транскрипции.
Принцип работы антиблокировочной системы
Для принятия решения и его исполнения любая автоматика должна иметь входной сигнал, устройство обработки данных и исполнительные механизмы.
Так и ABS, получая сигнал о начале блокирования колёс кратковременно растормаживает диск или барабан, связанный со ступицей, а после восстановления контакта снова прикладывает давление к тормозным колодкам. Процесс повторяется десятки раз в секунду, что в результате усреднения импульсного воздействия даёт оптимальную величину замедления.
Отслеживая скорость автомобиля и частоту вращений колёс, система сравнивает эти величины, стараясь не выходить за заданные рамки разницы между ними.
Таким образом, замедление поддерживается максимальным для данных дорожных условий. В остальных случаях, когда сцепления хватает для желаемого торможения, ABS «молчит», не вмешиваясь в управление.
Устройство
В состав системы входят электронные, механические и гидравлические узлы, органично вписанные в традиционные тормоза. Всё сделано так, чтобы при выходе из строя элементов, относящихся к ABS, функциональность торможения не изменилась.
Датчики скорости
Теоретически в наиболее функциональной системе их должно быть пять, один измеряет скорость автомобиля в целом, остальные отслеживают частоту вращения каждого колеса, которая связана с линейной скоростью протектора шины. Оценке подлежит как разница скоростей, так и динамика их изменения.
Каждый датчик представляет собой электромагнит, включающий сердечник и намотанную на него катушку индуктивности. Узел закрепляется на кулаке подвески или чулке полуоси, а его выступающий наконечник с небольшим зазором отслеживает вращение задающего диска, связанного со ступицей колеса.
Иногда это зубчатый венец, иногда просто намагниченная короткими отрезками составная часть ступичного подшипника. Встречаются и устройства на эффекте Холла, они более быстродействующие, хотя особой необходимости в этом нет.
Это интересно: В чем разница между кроссовером, внедорожником и паркетником
На выходе датчика образуется импульсный электрический сигнал, каждый пик которого соответствует одному зубцу или магнитной метке. Частота этих импульсов пропорциональна скорости вращений колеса.
Сигнал передаётся по экранированному кабелю в управляющий блок АБС, где усиливается и преобразуется в цифровой формат. Блок непрерывно отслеживает полученные данные, принимая их как информацию о мгновенной скорости вращения колёс.
Клапаны
Для выполнения команд электронного блока на изменение давления в тормозных магистралях нужны устройства, преобразующие электрические сигналы в силовые гидравлические.
В этой роли выступают управляющие клапаны. Они представляют собой классические соленоиды, штоки которых связаны с нормально закрытыми или открытыми гидравлическими запирающими конусами.
Как правило, устанавливается по два клапана на колесо, нормально открытый (то есть не препятствующий потоку при отсутствии управляющего напряжения) впускной и нормально закрытый выпускной. Первый подаёт давление на рабочий цилиндр тормоза, второй его сбрасывает.
Существует три режима работы клапанов:
- подача давления в цилиндр, первый открыт, второй закрыт;
- удержание давления, когда оба клапана закрыты, срабатывает при первых признаках скольжения;
- сброс давления, открывается выпускной клапан, если удержание не помогло и колесо продолжает скользить.
Клапаны должны обладать хорошим быстродействием, поскольку процесс происходит с высокой частотой для качественной модуляции торможения.
Насос
В состав системы входит электрический насос рабочей жидкости, роль которого состоит в ускорении перекачивания, что повышает общее быстродействие АБС. Чем выше рабочее давление, тем скорее система отреагирует на любой режим.
Избавление от пиковых нагрузок и пульсаций давления производится с помощью сблокированных с насосом гидроаккумуляторов, которые сглаживают колебания и хранят в себе запас жидкости, обладающей энергией за счёт сжатой пружины аккмулятора, расположенной с обратной стороны его диафрагмы. Питание на насос подаётся по команде блока управления.
Блок управления
Электронный модуль, построенный на базе микрокомпьютера, является мозгом системы, собирающим информацию от всех датчиков, а также по интерфейсной шине от прочих компьютеров автомобиля, и хранящим в памяти все алгоритмы работы АБС в виде программы.
Выходными сигналами блока являются напряжения питания датчиков, насоса, а также включения контрольной лампы неисправностей, и передача информации прочим устройствам.
Блоки управления непрерывно усовершенствуются, растёт их быстродействие, способность обрабатывать большие объёмы информации, эффективность использования новых алгоритмов.
Часто машины попадают в такие условия, когда простейших способов управления колёсами не хватает, приходится внедрять элементы искусственного интеллекта. Совершенство не достигнуто до сих пор. Одновременно в блок добавляются новые функции, непосредственно с АБС не связанные.
Типы ABS
Развитие системы шло по пути наращивания числа каналов и улучшения эффективности. Основным скачком стало раздельной управление колёсами.
Четырехканальная
В данной системе, которая сейчас применяется повсеместно, каждое колесо автономно участвует в обеспечении эффективности торможения. К его тормозному механизму идёт отдельная магистраль от блока АБС, где интегрированы клапаны, насос и гидроаккумуляторы.
Каждое колесо управляется своей парой клапанов, что обеспечивает сохранение надёжного контакта с дорогой при максимально неоднородном покрытии.
Даже если одно попадает на участок голого льда и будет избавлено от тормозного усилия, то это никак не отразится на торможении всех прочих.
Трехканальная
Переходный вариант исполнения АБС, когда передние колёса, как наиболее важные для процесса замедления, обслуживались индивидуально, а задняя ось, которая при торможении разгружается и слабо влияет на общую эффективность, имеет общий для двух колёс канал управления.
Несколько упрощенный вариант, однако способный выполнять ряд функций, в частности регулятора торможения по осям. С появлением мощных быстродействующих узлов был исключён из серийного производства.
Одноканальная
Существовала только в первое время появления АБС, когда все узлы были слишком несовершенны. Имела разные исполнения, как ориентированные на работу только одной ведущей оси, так и одновременно на все колёса.
Просуществовала недолго, поскольку обладала существенными недостатками, в частности резко снижала эффективность торможения на неоднородных покрытиях. Включала в себя только два клапана на всю машину.
Преимущества и недостатки ABS
Сейчас системой оснащаются практически все автомобили, что закрепляется на законодательном уровне. Это означает, что её достоинства многократно перевешивают недостатки, с которыми идёт непрерывная работа.
Плюсы:
- ABS намного сокращает тормозной путь, поскольку на сложных покрытиях работает намного быстрее и точнее любого водителя;
- сохраняется возможность управлять автомобилем при полностью нажатой тормозной педали, каждое колесо обладает курсовой устойчивостью;
- появилась возможность выдачи рекомендаций неопытным водителям тормозить в поворотах и при потере устойчивости автомобилем, раньше так поступать категорически запрещалось;
- узлы и модули АБС стали базой для внедрения многочисленных электронных помощников водителя, повышающих управляемость, проходимость и спасающих в трудных ситуациях.
Минусы:
- система плохо работает на небольших и высоких скоростях, алгоритмы продолжают требовать усовершенствования;
- очень трудно приспособить АБС к работе на сыпучих грунтах, в грязи и по снегу;
- сложные алгоритмы при работе подвесок на максимальные ходы отбоя, связанные с зависанием колёс в воздухе и последующим полным растормаживанием.
Доработки АБС идут непрерывно, многие недостатки уже устранены, но не на всех автомобилях. Пока ограничиваются тем, что система автоматически отключается при возникновении критических ситуаций. Дополнительные сложности связаны с полноприводными автомобилями, но с этим бороться уже научились.
