Модулятор абс маз принцип работы

Обновлено: 28.06.2024

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Туренко Анатолий Николаевич, Ломака Степан Иосифович, Рыжих Леонид Александрович, Чебан Андрей Анатольевич, Красюк Александр Николаевич

Приводится обзор и анализ конструкций пневматических модуляторов для АБС с электронным управлением.

DESIGN FEATURES OF ABS PNEUMATIC MODULATOR WITH ELECTRONIC CONTROL

Design review and analysis of ABS pneumatic modulator with electronic control are given.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА АБС С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ

А.Н. Туренко, профессор, д.т.н., С.И. Ломака, профессор, к.т.н., Л.А. Рыжих, профессор, к.т.н., А.А. Чебан, инженер,

А.Н. Красюк, инженер, С.В. Тишковец, инженер, ХНАДУ

Аннотация. Приводится обзор и анализ конструкций пневматических модуляторов для АБС с электронным управлением.

Ключевые слова: антиблокировочная тормозная система, пневматический модулятор, шаговый электродвигатель.

Непрерывный рост численности автомобильного парка, повышение динамичности выпускаемых автомобилей предъявляет все более высокие требования к их тормозным свойствам, в значительной степени определяющим безопасность движения.

Эффективность автомобильных тормозных систем в настоящее время возросла настолько, что блокирование затормаживаемых колес со всеми вытекающими последствиями, наблюдается не только на скользких дорогах, но и на дорогах с высоким коэффициентом сцепления. Это явление часто приводит к возникновению дорожнотранспортных происшествий (ДТП).

В Украине количество ДТП на скользких дорогах в среднем составляет около 16%, а на отдельных дорогах в неблагоприятные периоды года достигает 40-60% [1].

Европейский опыт свидетельствует: гибель одного человека в ДТП причиняет, кроме страданий, один миллион евро убытков, поэтому все мероприятия, которые будут предотвращать смертность в ДТП и стоить до миллиона евро - рациональны.

Последствия ДТП в ЕС приводят к ущербу в размере 2% внутреннего валового продукта (ВВП). В Украине ущерб от ДТП, по украинской методике расчета, составляет 1,4% , а по международной -3,5% ВВП [1].

Все изложенное настоятельно требует применения на автомобилях устройств, способных не допустить блокирования колес при торможении в

любых нагрузочных, скоростных и сцепных условиях движения.

Задача создания таких автоматических антибло-кировочных систем (АБС), обеспечивающих высокоэффективное безблокировочное торможение колес, является одним из основных направлений совершенствования тормозных систем автомобилей. Согласно Приказу Министра Украины от 10.02.2004 г. №82 п.4: необходимо обязательно ввести в конструкцию автобусов антиблокиро-вочную систему. Это будет содействовать повышению безопасности автобусных перевозок.

Созданные за рубежом АБС достигли требуемого технического уровня, позволяющего им получить широкое распространение, но, не имея на рынке сбыта конкурентов, производители АБС могут диктовать свои условия в ценовой политике. Это приводит к высоким ценам на системы. Использование таких систем на украинских автомобильных заводах ограничено высокой стоимостью продукта и отсутствием необходимой квалификации инженерного персонала.

Разработанные отечественные опытные образцы АБС пока не соответствуют предъявляемым требованиям как по стоимости и надежности, так и по качеству регулирования. Причинами низкого качества регулирования является применение несовершенных алгоритмов функционирования

АБС, датчиков динамического состояния колеса, низкое быстродействие, инерционность исполнительной части (модуляторов), гистерезисные явления в тормозных механизмах и длительность переходных процессов в тормозных приводах (относится к пневматическим приводам) [2].

Цель и постановка задачи

Для более качественного анализа была сформулирована классификация модуляторов давления, приведенная на рис. 1, куда вошли модуляторы АБС как отечественного, так и зарубежного производства. Конструкция модулятора давления определяется как его назначением, так и алгоритмом управления. Большое значение также играет и место установки модулятора.

конструкции (одинарный или двойной, разгруженный или неразгруженный).

Рис. 1. Классификация электропневматических модуляторов давления

Анализ пневматических модуляторов АБС

У пневматических модуляторов АБС любой конструкции сжатый воздух беспрепятственно проходит к тормозной камере при служебных торможениях. Клапаны этих модуляторов активизируются только при угрозе блокировки колёс АТС. Как правило, модуляторы для АБС не управляют интенсивностью процесса во время штатного торможения.

Реализованные на практике модуляторы АБС по структуре рабочего цикла разделяются на двухфазовые (рис. 2) [2] (снижение давления в тормозной камере - повышение давления) и трехфазовые (рис. 3) [3] (снижение давления - выдержка - повышение давления). Аналогично этому модуляторы могут быть двухфазовые и трехфазовые. Запорный орган модулятора АБС может быть выполнен в виде клапана или золотника. Клапаны модулятора также как и других приборов пневматического тормозного привода классифицируются по следующим признакам: форме; материалу;

Рис. 2. Схема модулятора Полтавского агрегатного завода: 1 - впускной клапан; 2 - атмосферный клапан; 3 - управляющий поршень; 4, 5 - полости; 6 - электромагнитный клапан; 7 - атмосферный управляющий клапан; 8 - электромагнит

Рис. 3. Схема модулятора ЗИЛ: 1 - впускной электроклапан; 2 - выпускной электроклапан; 3, 4 - седла клапанов

Конструктивно пневмоусилитель модулятора может быть выполнен диафрагменным (рис. 4, 7) или поршневым. Поршневые аппараты выполняются обычно на базе стандартных ускорительных клапанов (рис. 3, 5, 6) [4]. Это унифицирует их с обычными пневмоаппаратами, облегчает и удешевляет изготовление. Однако таким модуляторам свойственны два недостатка. Это повышенные габариты и масса, так как уменьшение диаметров поршней ведет к увеличению зоны нечувствительности и ухудшению следящего

действия. Из-за этого модулятор имеет повышенную инерционность и малое быстродействие. Второй недостаток - наличие трущихся уплотнений. Мембранные модуляторы (рис. 4, 7) [4] лишены этих недостатков, достаточно надежны и просты в эксплуатации, но, в свою очередь, имеют меньшие проходные сечения и обычно не унифицированы с другими аппаратами.

Рис. 4. Схема модулятора давления АБС фирмы WABCO: 1,2 - электромагнитные клапаны; c, f - диафрагменные клапаны; і, h - сдвоенные клапаны; 1 - вывод от тормозного крана; 2 - вывод к тормозным камерам; 3 - выход в атмосферу

Рис. 5. Схема модулятора давления АБС фирмы WABCO: М1, М2 - электромагнитные клапаны; A, B - полости модулятора; a - следящий поршень; Ь - седло; c - кольцевой поршень; d - пружина; є - обратный клапан 1 - вывод к ресиверу; 2 - вывод к тормозным камерам; 3 - вывод в атмосферу; 4 -вывод к тормозному крану

По канальности модуляторы АБС могут быть одноканальными и двухканальными (рис. 6, 7).

Рис. 6. Схема модулятора давления АБС фирмы WABCO: М1,М2 - электромагниты; A, B -полости модулятора; a - фильтр; Ь - пружина; с - поршень; d - обратный клапан; f -поршень; є - впускной клапан; 1 - вывод к ресиверу; 22, 23 - выводы к тормозным камерам; 3 - вывод в атмосферу; 4 - выводы к тормозному крану

Рис. 7. Схема модулятора давления АБС фирмы WABCO

По соединению запорных органов и электромагнитного привода, это соединение может быть непосредственным (механическим) (рис. 8) или через пневмоусилитель. Первые требуют мощных электромагнитов, поэтому получили малое распространение. Вторые сложнее, так как включают в себя, помимо управляющей секции, еще и пневмоусилитель.

Рис. 8. Схема модулятора давления АБС фирмы Alide-Signal Bendix: 1 - управляющий поршень; 2 - электромагнит; 3 - золотник; 4, 5 -пружины

Рис. 9. Пневматический модулятор АБС с электронным управлением: 1 - золотник; 2 - шаговый электродвигатель; 3 - вал-шестерня; 4 - пружина

В создаваемом модуляторе (рис. 9) предлагается применение золотниковых клапанов с общим золотником, управляемым шаговым электродвигателем (2). Использование для управления состоянием клапанов шагового электродвигателя существенно повышает точность регулирования за счет плавного изменения в необходимых пределах проходных сечений клапанов модулятора во время торможения. В корпусе расположен разгруженный клапан золотникового типа 1. При этом подводящие и отводящие каналы выполнены с прямоугольным поперечным сечением. Достоинствами данного модулятора является его точность и надежность конструкции. Он обеспечивает возможность регулирования расхода воздуха в зависимости от проходного сечения каналов модулятора, а так же времени срабатывания одного цикла.

Данный обзор позволяет сформулировать классификационные признаки пневматических модуляторов для АБС, а так же оценить конструктивные параметры пневматических модуляторов для АБС с электронным управлением.

Широкое распространение получили пневматические модуляторы с релейным принципом действия и трехфазным рабочим циклом. С элек-троклапанными управляющими элементами и усилительными полостями, мембранными или поршневыми.

Однако такие конструкции имеют ряд недостатков. Таким образом, использование пропорционального модулятора с золотниковым управляющим элементом прямого действия является рациональным и даст возможность добиться лучшего качества регулирования.

1. Чередніченко Л.В., Юрченко Т.В., Гринь Л.А.

2. Северин А.А. Совершенствование исполни-

тельной части антиблокировочных систем автомобилей с пневматическим тормозным приводом: Дис. . канд. техн. наук: 05.05.03.

- Харьков, 1985. - 180 с.

3. Гуревич Л.В., Меламуд Р.А. Тормозное управ-

ление автомобиля. - М.: Транспорт, 1978. -66 с.

4. WABCO. Systems And Components In Commer-

cial Vehicles. - 2003. - Version 002.09.01 р. -

А.В. Бажинов, профессор, д.т.н., Статья поступила в редакцию 23 февраля 2007 г.

Регулировать давление в мембранных тормозных цилиндрах передней оси грузового транспорта помогает модулятор передней оси. Наши переводчики сделали доступными на русском языке обучающий модуль, который посвящён этому устройству транспортного средства.

При нажатии на педаль тормоза блок управления тормозной системы с электронным управлением (англ. Electronic Brake System, EBS) вычисляет корректное давление воздуха для мембранных тормозных цилиндров.

Модулятор передней оси обеспечивает постепенное перемещение воздуха из ресивера в мембранные тормозные цилиндры.

Функция

Функцией модулятора передней оси является регулирование давления в мембранных тормозных цилиндрах передней оси.

Модулятор передней оси обеспечивает:

Быструю реакцию. Благодаря модулятору передней оси воздуху из мембранного тормозного цилиндра не нужно проходить через клапан педали тормоза.
Полный контроль над давлением в мембранном тормозном цилиндре.
Давление в тормозных цилиндрах быстро регулируется в зависимости от созданных условий.

Расположение

Модулятор передней оси, как правило, устанавливается на шасси автомобиля и располагается между передатчиком сигналов торможения и клапанами ABS (рус. АБС, антиблокировочная система тормозов).

Компоненты

Модулятор передней оси состоит из следующих компонентов:

Электромагнитные клапаны. Эти клапаны блокируют или пропускают воздух. Электромагнитный клапан состоит из катушки и сердечника.
Рабочий поршень. Рабочий поршень позволяет воздуху постепенно поступать из ресивера в мембранные тормозные цилиндры на передней оси.
Датчик давления тормоза. Этот датчик измеряет давление воздуха, поступающего в мембранные тормозные цилиндры.
Печатная плата. Печатная плата обрабатывает сигнал датчика давления и управляет электромагнитными клапанами.

Принцип действия (если в системе нет сбоев)

Модулятор передней оси управляет давлением в мембранных тормозных цилиндрах. Он делает это путем увеличения, уменьшения или поддержания постоянного давления воздуха в мембранном тормозном цилиндре. Корректное давление определяет блок управления EBS.

В зависимости силы нажатия на педаль модулятор передней оси увеличивает или уменьшает давление в мембранных тормозных цилиндрах. Обратная связь при достижении желаемого значения обеспечивается датчиком давления и датчиками скорости вращения колес.

Принцип действия (если в системе есть сбои)

Модулятор передней оси перестает работать, если в системе EBS происходит сбой. В этом случае модулятор передней оси допускает передачу давления от педального клапана тормоза к рабочему поршню. Затем рабочий поршень пропускает воздух из ресивера в мембранные тормозные цилиндры.

Функциональная диагностика

Использовать диагностический прибор. Проверить 0 контакт передатчика сигналов торможения и дождаться звука переключения модулятора передней оси.
Проверить модулятор в нейтральном положении (негерметичное уплотнение) на утечку воздуха.

Если из клапана выходит воздух, это не означает, что он протекает. Помните, что некоторые клапаны пропускают воздух через верхний клапан. Проверьте пневматическую схему, чтобы понять, есть ли утечка. Для этого необходимо отсоединить соединительную трубку и посмотреть, продолжается ли утечка. После этого Вы можете провести правильную диагностику и определить дальнейшие действия.

WABCO Осевой модулятор
Начиная с 1996 года, когда появилась первая система EBS,компания WABCO разработала уже три поколения модулятора оси.

Модулятор оси 1-ого поколения Модулятор оси управляет давлением в тормозных цилиндрах колес с обеих сторон одного или двух мостов. В нем предусмотрено два независимых пневматических канала управления давлением (каналы A и B), каждый из которых имеет один клапан подачи и один клапан сброса давления, один датчик тормозного давления и общий электронный контроллер-коммутатор.
Модулятор оси определяет и регистрирует скорости вращения колес по сигналу колесных датчиков и посылает сигналы центральному модулю, который определяет необходимое тормозное давление. Управление функцией ABS выполняется в модуляторе оси. В случае блокировки или проскальзывания колеса, модулятор оси изменяет соответствующим образом тормозное давление.
Предусмотрено подключение двух датчиков износа тормозных колодок.
Модулятор оси оборудован дополнительным входом для подключения резервного тормозного контура. При работе резервного контура через двухмагистральный клапан (по одному на борт) осуществляется подача в тормозные цилиндры повышенного давления.
В системах конфигурации 6S/6M может быть установлено два модулятора для индивидуального управления колесами.

К недостаткам регуляторов тормозных сил следует отнести их неспособность реагировать на изменение величины коэффициента сцепления колеса с дорогой. При интенсивном торможении (или при торможении на скользкой дороге с низким коэффициентом сцепления) тормозная сила, приложенная к колесу, может превысить силу сцепления колеса с дорожным покрытием, тогда колесо заблокируется, и будет скользить по поверхности дороги без вращения.
Такая ситуация опасна потерей управляемости автомобилем и его заносом с неприятными последствиями.

Для предотвращения опасного явления блокировки колес при торможении на современных автомобилях устанавливают антиблокировочные системы (АБС), которые предназначены для удерживания колес на грани движения юзом, не допуская начала полного скольжения. Принципиально это достигается тем, что антиблокировочное устройство чутко следит за вращением колеса и его движением относительно дороги, автоматически уменьшая тормозную силу на колесе, если оно блокируется и начинает скользить по дороге (мгновенно отпускает колесо).
Через некоторое время (0,05…0,1 сек) антиблокировочное устройство вновь увеличивает тормозной момент на колесе. Работа антиблокировочной системы в данном случае является циклической, повторяющейся многократно в процессе торможения автомобиля. При этом колеса катятся с частичным проскальзыванием, и коэффициент их сцепления с дорогой остается достаточно высоким в течение всего периода торможения. Цикличность действия некоторых АБС заметна по характерной вибрации педали при торможении.

Благодаря применению антиблокировочных устройств в тормозных системах повышается поперечная устойчивость автомобиля, существенно сокращается тормозной путь, повышается безопасность движения и уменьшается износ шин.

С 1 октября 1991 года на территории стран – членов Европейского Союза законодательными нормами предписывается установка АБС (Аntiblock Вгаkes System или ABS) на новых легковых автомобилях, грузовых автомобилях, предназначенных для работы в составе автопоездов полной массой более 16 т, а также на прицепах массой более 10 т и автобусах более 12 т. Предполагается распространить эти нормы и на более легкие грузовые автомобили и автобусы (полной массой более 3,5 т).

Конструктивно АБС могут быть механическими, электромеханическими и электронными. В настоящее время все типы антиблокировочных систем находят применение на серийных легковых и грузовых автомобилях, а также на автобусах, так как они в первую очередь повышают безопасность движения.
Наиболее эффективной является электронная АБС с регулированием давления рабочего тела по трехфазному циклу, при которой первая фаза – нарастание давления, вторая фаза – сброс давления, третья фаза – поддержание давления на постоянном уровне.

Устройство и работа антиблокировочных систем

Электронная АБС включает в себя следующие элементы:

датчики , функцией которых является выдача информации об угловой скорости колеса, давлении рабочего тела (тормозной жидкости или сжатого воздуха) в тормозном приводе, замедлении автомобиля и др.;
электронный блок управления (ЭБУ), который обрабатывает поступившую от датчиков информацию и выдает команду исполнительным механизмам;
исполнительные механизмы (модуляторы давления), которые снижают, повышают или удерживают на постоянном уровне давление в тормозном приводе колес.

Датчики скорости

По конструкции датчики могут быть механическими, электрическими, гидравлическими, пневматическими и др.
Широко применяются электрические индуктивно-частотные датчики (рис. 1), дающие непрерывную информацию об угловой скорости тормозящего колеса. В основе работы индуктивно-частотных датчиков лежит известный эффект Холла.

Диск с прорезями для возбуждения импульсов устанавливается на ступице колеса и генерирует импульсы напряжения в датчике скорости вращения колеса, когда оно начинает вращаться. Импульсы напряжения в датчике формируются в результате поочередного прохождения впадин и выступов на диске мимо магнитопровода датчика.
Датчик и диск устанавливаются на ступице таким ообразом, чтобы зазор между ними оставался неизменным. В зависимости от диаметра диска воздушный зазор между ним и датчиком может быть в пределах нескольких миллиметров.
Если зазор между диском и датчиком становится чрезмерным, блок управления отключает управление этого кольца.

Электронные блоки управления

Электронные блоки управления могут быть аналоговыми, цифровыми или комбинированными. В настоящее время более широкое распространение имеют аналоговые блоки, которые собирают на печатной плате. Цифровые блоки управления выполняют с применением интегральных схем, они могут обеспечить высокое качество регулирования, однако имеют и высокую стоимость. Тем не менее, цифровые блоки управления являются наиболее перспективными.
Скорость вращения колес вычисляется микропроцессором ЭБУ на основе частоты сигналов, вырабатываемых датчиками скорости вращения колес. По известной скорости движения автомобиля и отдельных скоростей вращения колес может быть подсчитано скольжение каждого колеса. Если колесо имеет тенденцию к блокировке, то такое значение вычисляется на основе показателей ускорения и скольжения колеса. Микропроцессор подпитывает посредством выходных каскадов блока ЭБУ соленоиды клапанов модуляции давления, которые управляют давлением в отдельных тормозных механизмах колес (в рабочих тормозных цилиндрах или камерах).

Модуляторы давления

Модуляторы тормозных сил (модуляторы давления) представляют собой комбинацию электрических и гидравлических или пневматических клапанов в зависимости от типа привода тормозных механизмов.
Одноканальные модуляторы давления выполняются как релейными, так и нерелейными. Релейные клапаны устанавливаются на полуприцепах и прицепах. Стандартная тормозная система для прицепа часто содержит релейные клапаны, которые взаимозаменяемы с релейными клапанами АБС автомобиля.
Во всех других типах автотранспортных средств используются нерелейные клапаны АБС. Оба типа клапанов управляются клапанами типа 3/2 (трехлинейными двухпозиционными). Нерелейные клапаны управляют диафрагменными клапанами типа 3/2, которые имеют достаточно большое поперечное сечение. В релейных клапанах пилотные клапаны оказывают влияние на давление в управляющей камере клапана. С помощью блока ЭБУ передается управляющее воздействие на пилотные клапаны с целью достичь требуемых режимов поддержания или уменьшения. При выключенных пилотных клапанах создается режим увеличения давления.

Когда осуществляется обычное торможение (без вмешательства АБС), т. е. при отсутствии тенденции блокировки колес), рабочее тело перемещается через модуляторы свободно в обоих направлениях.

На рис. 2 показана схема антиблокировочной системы автомобиля с двухконтурным пневматическим приводом тормозных механизмов. Она воздействует на колеса заднего моста, для этого на каждом из них установлен датчик 14 угловых замедлений. Регулирует давление в пневмоприводе задних колес модулятор 13, а управляет им электронный блок управления 9. Расход воздуха при установке АБС увеличивается, поэтому в тормозном приводе обязательно устанавливается два ресивера: один ресивер 3 – в управляющую магистраль, другой ресивер 5 – в исполнительную магистраль.

При нажатии на тормозную педаль воздух из основного ресивера 3 через тормозной кран 4 поступает к выводу II модулятора 13.
Обмотки электромагнитных клапанов 8 и 10 отключены от источника тока, клапан 8 открыт, а клапан 10 закрыт. Сжатый воздух, попадая в полость А, воздействует на поршень 7 и перемещает его вниз.
В результате перемещения поршня 7 закрывается клапан 11 и одновременно открывается впускной клапан 12. При его открытии сжатый воздух из дополнительного ресивера 5 через выводы I и IV поступает в тормозные камеры. Давление воздуха в тормозных камерах и тормозной момент на колесе растут.

Если какое-нибудь колесо начинает блокироваться, то после получения сигнала от датчика 14 ускорения и обработки информации блок управления 9 подает команду на растормаживание, сообщая электромагнитные клапаны с источником питания. Клапан 8 закрывается, прерывая связь основного ресивера 3 с модулятором 13, а клапан 10, опускаясь, открывает выход сжатого воздуха из полости А в атмосферу.
Поршень 7 поднимается, открывая при этом клапан 11, одновременно впускной клапан 12 закрывается, прерывая связь дополнительного ресивера 5 с тормозными камерами.
Сжатый воздух из тормозных камер выходит в атмосферу через вывод V. Давление воздуха и тормозной момент на колесе снижаются.

В дальнейшем блок управления 9 подает ток только к электромагнитному клапану 8. Таким образом, оба клапана остаются закрытыми, что позволяет поддерживать давление в полости А и в тормозных камерах на постоянном уровне.

Фаза повторного автоматического затормаживания колеса наступает, когда колесо приобретет пороговое угловое ускорение. При этом электронный блок отключает электромагнитный клапан 8, что приводит к соединению полости А с магистралью и в дальнейшем к повторению цикла работы АБС.

Устройство и работа антиблокировочных систем в гидравлическом приводе тормозных механизмов аналогична по принципу действия рассмотренной выше пневматической АБС.
Основное отличие заключается в применении приборов, предназначенных для работы с жидким рабочим телом (тормозной жидкостью) – гидромодуляторов, гидроклапанов и т. п.
Более подробно о антиблокировочных системах типа ABS можно почитать здесь.

Читайте также: