С каждым годом значимость опыта и профессиональных качеств уп­равляющего автомобилем стано­вится всё меньшей. Электроника снима­ет "львиную долю" обязанностей, вы­полняя работу, ранее предназначавшу­юся водителю. Особенно целесообраз­ным это выглядит при увеличении сте­пени безопасности. Системы активной безопасности (в том числе и тормозная система) снабжены средствами оптими­зации процессов, обеспечивающих ту самую безопасность. Сегодня разговор о антиблокировочных и противобуксовочных системах.

Антиблокировочные системы

Коэффициент сцепления с дорогой для каждого колеса зависит от нагруз­ки на ось, на колесо, от состояния про­тектора шины, дорожного покрытия. Это означает, что все колёса тормозят с разными усилиями. Возможность возникновения заноса прямо пропор­циональна величине этой разницы и возрастает с увеличением скорости автомобиля.

Известно, что торможение наиболее эффективно происходит тогда, когда колёса при нажатии на педаль не схва­тываются, а продолжают медленно про­кручиваться. В этом случае автомобиль остаётся управляемым до полной оста­новки. Уже давно одним из путей повы­шения активной безопасности автомобиля является использование антибло­кировочных систем (АБС/ABS), реали­зующих такой способ торможения. В странах Евросоюза применение АБС, как составляющей тормозной системы, - необходимое условие при проектиро­вании автотранспортных средств.

Первые системы, которые предот­вращали блокирование колёс при тор­можении, устанавливались на дорогие автомобили ещё в конце 60-х. В1978 г. АБС с микропроцессорным блоком уп­равления разработала фирма "Bosch" для гидравлического тормозного при­вода. Он устанавливался на легковых автомобилях, лёгких грузовиках и мик­роавтобусах. В 1981 г. компания "Wabco" представила АБС для пневма­тических тормозных систем тяжёлых грузовиков и автобусов. Это были пер­вые системы ABS (Antilock Braking System). Они быстро доказали свою эф­фективность, "прижились" на серийных моделях и стали прототипами для разработанных позже более сложных сис­тем управления тормозным приводом.

Гидравлические АБС представляют собой системы, оборудованные средст­вами управления с обратной связью, которые предотвращают блокирование колёс при торможении, сохраняют уп­равляемость и курсовую устойчивость автомобиля. Основные компоненты гидро-АБС: гидромодулятор (исполнитель­ный механизм), датчики скорости вра­щения колёс и электронный блок управ­ления (ЭБУ).

Датчики скорости вращения устанав­ливаются внутри каждого регулируемо­го колеса. Они отслеживают скорость вращения колёс и направляют инфор­мацию о текущей скорости вращения колеса в виде электронных сигналов в ЭБУ. Блок управления сопоставляет по­ступающие данные с хранящимися в памяти нормативными. Если появляют­ся признаки блокирования колёс, ЭБУ посылает управляющий сигнал к распределительному клапану гидромоду­лятора. Исполнительные механизмы модулятора по командам блока управ­ления в процессе торможения понижа­ют давление рабочего тела, обеспечи­вая этим автоматическое растормаживание колеса, предотвращая блокирова­ние. Затем, чтобы избежать недотормаживания, давление восстанавливается. Частота этого цикла для разных систем составляет от 6 до 14 раз/сек.

В зависимости от варианта исполне­ния различают 4-, 3- и 2-канальные системы. В зависимости от способа соеди­нения - диагональные и по мостам. Наиболее распространённые 3-и 2-канальные. В последнем случае ав­томобиль имеет два колёсных датчика и два клапана, установленных по диагона­ли относительно продольной оси - по одному для передних и задних колёс. В этой системе небольшое количество компонентов, что делает её проще и де­шевле. Хотя при этом возникает ограни­чение функциональных возможностей.

В варианте 4 переднее колесо с бо­лее высоким коэффициентом сцепле­ния определяет давление, оказываемое на передние колёса. Резкое нажатие на педаль тормоза (экстренное торможе­ние) вызовет блокирование одного из них. Это сопровождается увеличением износа шин и ухудшением управляемо­сти. При использовании варианта 5 та­кое случается, когда колесо передней контролируемой оси имеет более высо­кий коэффициент сцепления, чем коле­со, которое не контролируется. При диа­гональном соединении (для схемы X) давление, подводимое к передним ко­лесам, регулируется в отдельности, а на каждом заднем колесе - совместно с соответствующим передним.

В трехканальных системах (вари­ант 3) задействовано три клапана и три датчика: по одному на каждое из перед­них колес и один для колёс задней оси. При этом затормаживание-растормаживание каждого колеса передней оси происходит независимо. Эта система отвечает условиям надежности при ис­пользовании в автобусах, так как, учи­тывая габаритность, уменьшается мо­мент разворота во время торможения на дорожных покрытиях с разными ко­эффициентами сцепления с левой и с правой стороны.

Четырёхканальная система самая сложная и точная, имеет четыре датчи­ка, по одному на каждое колесо. Систе­ма отслеживает состояние каждого ко­леса и подбирает для него наиболее оп­тимальный режим торможения.

Гидро- и пневмо-АБС отличаются только исполнительными механизмами (модуляторами). Исполнительный меха­низм гидро-АБС выполнен в виде гид­роагрегата, устанавливаемого в мотор­ном отсеке автомобиля. Он имеет соот­ветствующее с вариантом АБС количе­ство электромагнитных гидроклапанов (по два на каждое контролируемое ко­лесо) и насос. При подаче тока один из клапанов отсекает или ограничивает по­дачу тормозной жидкости к тормозным механизмам соответствующего колеса. А другой выполняет функцию перепуск­ной магистрали. Насос предназначен для перекачивания из тормозных камер жидкости назад в главный тормозной цилиндр. Это сопровождается вибриро­ванием педали тормоза при действии АБС. В обесточенном состоянии гидро­агрегат не влияет на характер действия тормозной системы.

Пневматический исполнительный механизм конструктивно более простой и имеет два электромагнитных клапана. При подаче тока один из них отсекает тормозную камеру от тормозного крана, а другой открывает её, обеспечивая со­общение с атмосферой. Каждое регули­руемое колесо имеет свой модулятор, который размещается возле тормозной камеры. В обесточенном состоянии мо­дулятор не влияет на работу рабочей системы, так как тормозная камера ос­тается соединенной с тормозным кра­ном. Таким образом обеспечивается бе­зопасность применения АБС в случае прекращения электропитания.

Блок управления принимает, фильт­рует, усиливает сигналы от датчиков скорости вращения колес перед их ис­пользованием для определения ускоре­ния и проскальзывания колеса.

Программное обеспечение ЭБУ включает управляющую про­грамму, которая содержит алгоритм работы и программу диагностирова­ния, которая постоянно контролирует все компоненты АБС и соединитель­ные устройства. Входной блок состоит из фильтра низких частот и входного усилителя.

Цифровой контроллер состоит из двух идентичных взаимонезависимых больших интегральных схем (БИС), ко­торые работают параллельно, обраба­тывая информацию, поступающую от двух колес (1+2,3+4), и решают логиче­ские задачи. Сигналы управления превращаются в позиционные команды для соленоидных клапанов. Связь и пе­редача данных между двумя БИС осу­ществляется через входной блок 3 с по­мощью канала передачи данных.

Ещё один функциональный блок со­держит схему управления для обеспе­чения распознавания и анализа оши­бок. В случае выявления любой неис­правности исполнительные механизмы отключаются от электросети, а на пане­ли приборов загорается красная сиг­нальная лампа "Неисправность АБС". Только при отсутствии неисправности на исполнительные механизмы подает­ся питание и управляющие команды, что увеличивает безопасность и обес­печивает требуемую надёжность рабо­ты тормозной системы при любой не­исправности АБС. Однако тормозная система функционирует даже тогда, когда АБС отключена.

Исходные блоки управляют соленои­дами. Входной каскад, воспринимая сиг­налы от исходных блоков, возбуждает ток соленоидных клапанов. Стабилиза­тор напряжения поддерживает напряже­ние, необходимое для надёжной работы ЭБУ. Если вместо специализированных БИС применяются микропроцессоры, то они осуществляют обработку сигналов выполнения программы контроллера и функцию автоматического управления АБС. Блок также наделён функцией диа­гностирования системы, отслеживая её неисправные компоненты.

Датчики скорости вращения колеса удерживаются в отверстии пружинной муфтой. Они устанавливаются напротив кольца импульсов. Кольцо для возбуж­дения импульсов устанавливается на ступице колеса и генерирует импульсы напряжения в датчике скорости враще­ния колеса, когда оно начинает вра­щаться. Частота импульсов пропорцио­нальна скорости вращения колеса. Дат­чики состоят из стержня (магнита) с по­люсным штырем из магнитомягкой ста­ли и катушки индуктивности с двумя выводами.

Когда колесо начинает вращаться, кольцо для возбуждения импульсов проходит вблизи сердечника датчика. Изменения наводимого сердечником магнитного поля создают в катушке пе­ременный ток. Воздушный зазор и раз­меры кольца существенно влияют на амплитуду сигнала. Это позволяет оп­ределить положение кольца и, соответ­ственно, скорость вращения колеса. Правильное положение датчика относи­тельно кольца зависит от размера зазо­ра в подшипнике колеса и пружинных деформаций оси. В зависимости от ди­аметра кольца воздушный зазор между ним и датчиком может быть в пределах нескольких миллиметров. Если зазор увеличивается, ЭБУ отключает датчик этого колеса из контура управления.

При известной скорости движения автомобиля и скоростях вращения от­дельных колёс может быть выявлено пробуксовывание каждого колеса. Вы­явление возможности блокирования ко­леса просчитывается на основе показа­телей ускорения и проскальзывания. Микропроцессор подпитывает с помощью исходных каскадов ЭБУ соленои­ды клапанов модуляции давления, ко­торые, в свою очередь, управляют дав­лением в тормозных механизмах колёс. ЭБУ многих европейских производи­телей антиблокировочных систем выполняют функции не только ABS, но и функции противобуксовочных систем, а в некоторых случаях действия систе­мы сопрягаются с работой средств кон­троля движения на маршруте. На тер­ритории стран Евросоюза предусмотре­на обязательная установка ABS на ав­томобилях полной массой больше 12т. Всё большее распространение приоб­ретает практика использования анти­блокировочных систем на городских и пригородных автобусах среднего и большого классов. Даже частичное ис­пользование ABS значительно улучша­ет торможение в сравнении с полным её отсутствием.