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.1. Электропневматическая 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 -датчикскорости 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 те 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.1.
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 мм), 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. 2),
напрессованного на крышку 2 сальника ступицы 1 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.
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 6. 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.
Рис. 2. Магнитоэлектрический датчик пальчикового типа с открытой
магнитной цепью
Датчик в гнезде ставится «до упора», поэтому зазора между его торцом и зубом колеса практически нет. При прокручивании колеса датчик, касаясь своей торцевой поверхностью зубьев колеса-ротора, перемещается 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 28879А (рис.3) фирмы «Bosch» - магнит
5 и катушка, соединенные наконечником-стержнем 1 из магнитомягкого
материала (каркас 2 катушки спрессован 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 опрессованы 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.
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.
Рис.3. Магнитоэлектрический датчик EPD 28879A - фирмы «Bosch»
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.4). 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.4. Отечественный магнитоэлектрический датчик КМЭД-4М-1989
Датчик технологичен, дешев, надежен и, самое главное, как показали исследования (табл.), по чувствительности превосходит зарубежные аналоги. Он применим и в других областях машиностроения - там, где требуется точная информация о характеристиках вращающихся масс.
Этот раздел сайта посвящен электронным системам рулевого управления автомобиля. А именно, описанию, устройству и принципу работы антиблокировочных систем...
