Клапаны ограничения давления

Несмотря на то что график функции оптимального распреде­ления тормозных сил между передними и задними колесами грузовых автомобилей ближе к прямой, чем такой же график для легковых автомобилей, все же между ним и прямой имеются существенные отличия. Поэтому при отсутствии регулирования тормозных сил или при наличии регулятора лучевого типа при малых замедлениях автомобиля наблюдается перетормаживание передних колес. Этот эффект может приводить к повышенному изнашиванию тормозных накладок тормозных механизмов передних колес при служебных торможениях и к опасному блокированию колес при торможениях на скользкой дороге.

Для устранения данного недостатка в пневматических тормозных приводах иногда применяют показанный на рис. 14.51 клапан огра­ничения давления, который можно отнести к регуляторам тормоз-

Рис. 14.51. Клапан ограничения давления

ных сил. Ввод II соединяет клапан с тормозным краном, вывод I -с тормозными камерами передних колес, а вывод III — с атмосфе­рой. В расторможенном состоянии поршни 2 и 4 находятся в верх­нем положении, воздушный клапан 3 закрыт, а атмосферный кла­пан 1 открыт. При подаче сжатого воздуха на ввод II поршень 2 опускается, клапан 1 закрывается, а клапан 3 открывается. Давление воздуха на выводе I, действуя снизу на поршень 2, стремится закрыть клапан 3. Большая величина нижней площади ступенчатого порш­ня 2 приводит к тому, что давление воздуха в камерах передних тормозных механизмов будет нарастать медленнее, чем давление воздуха, устанавливаемое тормозным краном. После достижения оп­ределенного давления на вводе II начнет опускаться вниз поршень 4, который в результате посадки на поршень 2 изменит соотношение рабочих площадей поршней, вследствие чего произойдет перелом характеристики клапана. Таким образом, наличие в тормозном при­воде клапана ограничения давления приводит к снижению тормоз­ной силы передних колес при торможении с малой интенсивностью. Выпуская воздух через вывод III при растормаживании, клапан работает подобно клапану быстрого растормаживания. Полость А сообщается с атмосферой для того, чтобы находящийся в ней воздух не создавал сил, действующих на поршни 2 и 4. Сила пружины, определяющей момент включения в работу поршня 4, при настройке клапана устанавливается подбором регулировочных прокладок 5.

Антиблокировочные системы

К отмеченным выше недостаткам регуляторов тормозных сил необходимо добавить их неспособность реагировать на изменение величины коэффициента сцепления колеса с дорогой. Величина данного коэффициента, равная отношению максимально возможной продольной касательной реакции колеса Rx к его вертикальной

Реакции , в случае торможения весьма нестабильна.

Кроме очевидной зависимости коэффициента сцепления от качества и состояния дорожного покрытия, его величина при постоянных свойствах покрытия зависит еще и от величины скольжения в кон­такте колеса с дорогой, а также от скорости движения оси колеса. Передача колесом тяговой или тормозной силы сопровождается некоторым скольжением элементов шины, находящихся в контакте с дорогой. Чем больше передаваемая сила, тем больше это сколь­жение. Величину скольжения в контакте оценивают обычно отно­сительным скольжением S, равным отношению скорости скольжения к линейной скорости движения колеса. Зависимость коэффициента сцепления от относительного скольжения при постоянной угловой

скорости колеса принято назы­вать «ф—^диаграммой». На рис. 14.52 приведена типичная «ф—61 диаграмма». Ее вид под­тверждает наличие зависимости коэффициента сцепления от ка­чества дорожного покрытия, его состояния, линейной скорости оси колеса (скорости автомоби­ля) и величины скольжения.

Очевидно, что для получе­ния наибольших замедлений автомобиля необходимо в про­цессе торможения поддержи­вать величину относительного скольжения колеса в диапа­зоне, располагающемся около экстремума диаграммы. Для этого в конструкции тормозно­го привода должны быть при­менены дополнительные устройства. В частности, необходимо уст­ройство, регулирующее тормозной момент путем регулирования дав­ления рабочего тела в зависимости от режима работы колеса. Такие устройства называются модуляторами. Модулятором необходимо уп­равлять, давая команды на увеличение или уменьшение давления рабочего тела. Чтобы выработать данные команды, надо собрать и обработать информацию о параметрах движения автомобиля и вра­щения его колес. Эти задачи решает блок управления. Сбор ука­занной информации осуществляют датчики.

При постоянном значении вертикальной реакции колеса Rz ве­личина коэффициента сцепления однозначно определяет величину максимальной продольной касательной реакции колеса Rx. Зная величину продольной касательной реакции колеса и его радиус, можно вычислить величину крутящего момента, который обеспечит максимально возможный тормозной эффект, и построить зависи­мость Л/ф = f(S), которая будет аналогична «ф—^диаграмме». На рис. 14.53 приведена такая зависимость для одного из вариантов условий движения. На этом же графике приведена характеристика тормозного момента Л/т, реально подводимого со стороны тормоз­ного механизма. Допустим, что к колесу подводится излишне боль­шой тормозной момент, превышающий сцепные возможности ко­леса. С его ростом будет возрастать и скольжение колеса в контакте с дорогой. Пока рост скольжения сопровождается возрастанием сцепных возможностей колеса (левая часть графика Л/ф до точки его перегиба), движение колеса с уменьшающейся скоростью вра-

Рис. 14.53. К алгоритму работы АБС

щения будет устойчивым. Как только скольжение превысит определенную для заданных ус­ловий величину (характеризуе­мую на графике величиной S = 0,2), доля тормозного момен­та, идущая на создание каса­тельных сил, начнет умень­шаться, а доля, затрачиваемая на угловое замедление колеса, соответственно возрастать. Это приведет к быстрому росту за­медления колеса (процесс его вращения становится неустой­чивым, поскольку замедление будет возрастать при неизмен­ном или даже слегка умень­шающемся тормозном момен­те). Если автомобиль не снаб­жен антиблокировочной системой, то колесо может быть доведено до состояния блокировки (юза).

При наличии антиблокировочной системы блок управления по­стоянно сравнивает текущее значение замедления колеса с заранее заданной ему величиной и при их равенстве в момент времени выдает модулятору сигнал на растормаживание колеса. После не­которой задержки, обусловленной инерционностью систем, давление рабочего тела начнет снижаться, что приведет сначала к снижению темпа увеличения углового замедления колеса, а затем и к его снижению. На рис. 14.53 это соответствует участку 1-2. После того как величина замедления колеса сравняется с заданной величиной нижнего предела замедления, блок управления выдает команду на прекращение дальнейшего снижения давления рабочего тела. Вслед­ствие снижения давления рабочего тела колесо начнет разгоняться (это соответствует точке 3), после чего последует команда на уве­личение давления рабочего тела и все начнется сначала.

Цикл работы антиблокировочной системы может содержать две или три фазы. Разница заключается в наличии или отсутствии фазы выдержки постоянного давления рабочего тела. При той же эффективности расход рабочего тела у трехфазовых АБС существенно меньше. Это обстоятельство объясняет меньшую распространенность двухфазовых антиблокировочных систем, несмотря на большую про­стоту их блоков управления и модуляторов.

Современные АБС имеют датчики, установленные в колесах и непрерывно измеряющие их угловые скорости. Применяются дат­чики разных типов, но наибольшее распространение получили ин­дуктивные и индукционные. Датчики состоят из диска с зубцами

Рис. 14.52. «φ—s диаграмма» 1— сухой асфальт, Va = 20 км/час; 2 — сухой асфальт, Va = 60 км/час; 3— мокрый асфальт, Va = 20 км/час; 4— леи, Va = = 20 км/час

или отверстиями, присоединенного к колесу, и индукционной ка­тушки. При прохождении зубцов мимо катушки, питающейся в первом случае переменным током, изменяется индуктивность сис­темы, что отражается на токе, текущем через катушку. Во втором случае зубцы проходят в магнитном поле, созданном постоянным магнитом, и возбуждают в катушке ЭДС. Частота получаемых им­пульсов пропорциональна угловой скорости колеса.

Функции, выполняемые блоком управления АБС, сложны и разнообразны. В частности, для определения замедления колеса осуществляется непрерывное дифференцирование его угловой ско­рости. Однако использование углового замедления колеса в качестве единственного параметра для управления АБС не оптимально. Резкое изменение угловой скорости колеса, может быть не связано с про­цессом торможения, а вызываться воздействием дорожных неров­ностей. С другой стороны, в силу определенной специфики доста­точно точное дифференцирование угловой скорости, особенно ана­логовыми устройствами, затруднено. Поэтому наиболее перспек­тивными считаются АБС, использующие для управления, наряду с угловым замедлением колеса еще и линейную скорость автомобиля, хотя простые и достаточно дешевые датчики, измеряющие скорость автомобиля независимо от угловой скорости его колес, еще не разработаны.

Помимо отмеченных параметров, для оптимального регулиро­вания процесса торможения блок управления должен учитывать еще и такие факторы, как трение в исполнительных механизмах тормозов и реальную, зависящую от температуры, тангенциальную упругость шины, а также тангенциальную упругость направляющего устройства подвески (упругую деформацию подвески в направлении действия реактивного тормозного момента, что в первую очередь относится к рессоре, воспринимающей реактивный момент за счет S-образного изгиба).

Таким образом, блок управления является весьма сложным уз­лом. Лучшие блоки управления по сложности приближаются к циф­ровой ЭВМ и способны обеспечить весьма малые размеры отме­ченной на рис. 14.53 петли 1—2—3, что позволяет не только сохранять устойчивость автомобиля при торможении на скользкой дороге, но и уменьшать в этих условиях тормозной путь.

Модуляторы АБС тормозных систем с гидравлическим приводом могут иметь различное устройство. В приводах, имеющих ГТЦ, применяют модулятор, изменяющий объем тормозного привода (рис. 14.54). В течение первой фазы работы АБС электрический ток в обмотке 7 отсутствует, якорь 3 и плунжер 4 пружиной 2 сдвинуты вправо, а клапан 6 открыт пружиной 5. ГТЦ через ввод II и вывод I соединяется с рабочими цилиндрами тормозных механизмов. В начале второй фазы работы АБС в обмотку / подается ток, якорь 3 и плунжер 4 смещаются влево, клапан 6 закрывается. После этого дальнейшее смещение плунжера влево приводит к

Рис. 14.54. Модулятор АБС для гидравлического тормозного привода

увеличению объема полости 7 и, следовательно, к снижению дав­ления жидкости в исполнительных цилиндрах.

Модулятор, применяемый в пневматических приводах, показан на рис. 14.55. При отсутствии тока в обмотках сжатый воздух по­ступает в ускорительный клапан, который необходим ввиду замед­ленного срабатывания пневматики. Вторая фаза срабатывания мо­дулятора осуществляется подачей тока в обе обмотки, а третья фаза — подачей тока только в обмотку левого соленоида.

Торможение автомобиля с АБС сопровождается многократным срабатыванием ускорительных клапанов, которое вызывает быстрое изнашивание поршневых систем. Поэтому в настоящее время раз­рабатываются и уже находят применение диафрагменные устройства ускорительных клапанов.

Рис. 14.55. Модулятор АБС для пневматического тормозного привода

Рис. 14.56. Конструктивные вари­анты АБС

Обязательность наличия трех структурных элементов: датчика, уп­равляющего блока и модулятора не исключает разнообразия схем АБС. В простейшей из представленных (рис. 14.56 а) схем применен один дат­чик, измеряющий среднее замедление колес заднего моста (замедление кор­пуса дифференциала), и один моду­лятор. Такое решение обеспечивает низкую стоимость ПБУ и в значи­тельной степени повышает устойчи­вость автомобиля при торможении за счет уменьшения вероятности срыва задних колес в занос. Однако оно не позволяет в достаточной степени учесть различие коэффициентов сцеп­ления правого и левого колес с до­рогой и не препятствует блокировке передних колес автомобиля. Схема, представленная на рис. 14.566, содержит два датчика, но один уп­равляющий блок и один модулятор. Такая система может работать либо в низкопороговом режиме, когда управление торможением осуществляется исходя из параметров качения колеса, находящегося в худших условиях сцепления, либо в высокопороговом режиме, когда работу системы определяет колесо, имеющее лучший коэф­фициент сцепления. В первом случае будет наблюдаться недотор-маживание колес, а во втором - блокировка «слабого» колеса. При большом различии коэффициентов сцепления во втором случае появится большое различие продольных касательных реакций между правым и левым бортами автомобиля.

Преимущества и недостатки схемы, показанной на рис. 14.56 в, по сравнению со схемой, изображенной на рис. 14.566, очевидны. Наиболее сложна и дорога АБС, построенная по схеме, приведенной на рис. 14.56г, но она обладает и наилучшими качествами. Однако и в этом случае при сильно отличающихся коэффициентах сцепления под правыми и левыми колесами возможен занос автомобиля. Для устранения этого необходимо согласовать работу всех блоков уп­равления.