Антиблокировочная тормозная система колес на автомобиле Renault sandero

 

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное 

учреждение высшего профессионального образования

«Тульский государственный университет»

 

Политехнический институт

 

Кафедра «Автомобили  и автомобильное хозяйство»

 

 

 

Контрольно-курсовая работа по дисциплине:

«Современные и перспективные электронные системы автомобилей»

 

Антиблокировочная тормозная  система колес на автомобиле Renault sandero

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент группы 620891                                               Никитин Р. В.

 

 

Проверил: к.т.н., доцент каф АиАХ     Илюшечкин Е. В.

 

 

 

 

 

 

 

Тула 2012

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

 

Введение

Как ни странно, многие аварии происходят именно из-за высокой эффективности тормозов. На скользких дорогах - мокрых или покрытых ледяной коркой - экстренное задействование тормозов с целью быстро остановить автомобиль либо резко снизить его скорость приводит обычно к прямо противоположному результату. Колеса блокируются и теряют сцепление с дорожным покрытием, а автомобиль нисколько не уменьшает скорость и, более того, вовсе перестает слушаться руля. Статистика неумолима - 10% аварий происходит из-за того, что заблокированные передние колеса на льду, снегу и мокром асфальте не могут изменить направления движения автомобиля. Поэтому необходимо применять на автомобиле антиблокировочную систему.

Наверное, одним из самых  ярких свидетельств применения современных электронных технологий в автомобилестроении являются антиблокировочные системы тормозов (anti-lock braking system). Достаточно сказать, что в США и Канаде АБС имеют три четверти автомобилей, а Европа и Япония постепенно подтягиваются по этому показателю к лидерам. В настоящее время, согласно директиве 71/320 ЕЭС, Правилу № 13 ЕЭК ООН, национальным требованиям США и других стран, туристические и междугородние автобусы, большегрузные автомобили и автопоезда, не оснащенные АБС, к эксплуатации не допускаются.

Рисунок 1 Первая система ABS 1978 год, общий вес более 6 кг

«Устройство для предотвращения жесткого торможения колес» немецкая фирма Bosch запатентовала в далеком 1936 году. А начало современной истории  АБС было положено в 1964 году, когда дипломированный инженер Гейнц Либер (Heinz Leiber), в то время работавший в компании TELDIX GmbH из Гейдельберга (Heidelberg) разработал фундаментальные основы таких систем. Позже он возглавил отделение электрики и электроники автомобилей в фирме Mercedes-Benz (входящей в холдинг Daimler-Benz) из Штуттгарт-Унтертюркхайма (Stuttgart-Unterturkheim). Уже 9 декабря 1970 профессор Ханс Шеренберг (Hans Scherenberg), один из высших управляющих Daimler-Benz, объявил о создании первых работоспособных образцов антиблокировочной системы. Конечно, ни о какой сложной электронике в начале 70-х прошлого века не могло идти и речи, AБС с электронным управлением появились несколько позже и первую такую систему разработала в 1978 году фирма Bosch.

Вполне естественно, что впервые  устанавливать АБС на серийных автомобилях  с 1978 года стала именно фирма Daimler-Benz. Это были автомобили Mercedes-Benz S-класса. С 1 октября 1992 года антиблокировочные системы входят в стандартную комплектацию всех автомобилей Mercedes, а вскоре после этого – BMW 7-ой серии.

С момента представления системы ABS на мировой рынок, компания Bosch основательно усовершенствовала и модернизировала технологию электронных тормозных систем. Вместе с тем проводится и инженерная оптимизация, благодаря которой размеры и вес приборов становятся меньше. В октябре 2001 года компания Bosch выпустила систему ABS 8-го поколения. Ее вес составил 1,6 кг, что в сравнении с 6,9 кг первой системы 1978 года говорит об основательной оптимизации технологии.

Более того, эта система все чаще применяется в качестве стандартного оборудования, а некоторые из функций выполняемые ею активно используются для обеспечения работы других систем комплекса активной безопасности автомобиля, таких как ASR, ESP и т. д.

а1. Конструкция ABS, работа элементов системы на автомобиле Renault Sandero

 

Система АБС на примере автомобиля Renault Sandero (рис.1) состоит из электронного блока управления 1, главного тормозного цилиндра 2, вакуумного усилителя тормозов 3, датчиков скорости вращения колес, установленных непосредственно за каждым колесом и контрольной лампы в комбинации приборов 4. Датчик скорости вращения колес состоит из катушки индуктивности и зубчатого ротора, прикрепляемого к вращающимся деталям. Система работает при условии поступления сигналов от всех колес, благодаря которым блок управления постоянно следит за скоростью вращения каждого из них.

Рисунок 2. Антиблокировочная система Renault Sandero 1) Электронный блок управления; 2) Главный тормозной цилиндр; 3)Вакуумный усилитель тормозов;                4) Сигнальная лампа в панели приборов

Гидроэлектронный блок управления получает информацию о скорости движения автомобиля, направлении движения и дорожных условиях от датчиков частоты вращения колес. На основе этой информации блок управления определяет оптимальный режим торможения колес, изменяя с помощью электромагнитных клапанов проходное сечение контуров, предугадывая момент блокировки замедляющего вращение колеса, чем предотвращает его блокировку.

Рисунок 3. Гидроэлектронный блок управления ABS

Если система предполагает блокировку какого-либо колеса, она дает команду соответствующему клапану изолировать подачу жидкости к рабочему цилиндру этого колеса от главного тормозного цилиндра.

Если частота вращения колеса по сравнению с другими колесами продолжает снижаться, система ABS возвращает тормозную жидкость обратно в главный цилиндр, ослабляя торможение. Если все четыре колеса будут одинаково замедляться, возвратный насос отключится и все электромагнитные клапаны снова откроются, позволяя главному тормозному цилиндру воздействовать на рабочие цилиндры в штатном режиме. Этот цикл может повторяться до десяти раз в секунду.

Включение электромагнитных клапанов и возвратного насоса создает пульсации в гидроприводе тормозной системы, они передаются на педаль тормоза, сигнализируя тем самым водителю о работе ABS.

Электромагнитные клапаны в контурах тормозных механизмов передних колес воздействуют на их рабочие цилиндры независимо, на каждый в отдельности, в то время как электромагнитный клапан контуров тормозных механизмов задних колес воздействует на оба рабочих цилиндра механизмов одновременно. Поскольку тормозная система имеет диагональное разделение, отдельный механический плунжерный клапан в гидравлическом блоке разделяет гидравлический выход заднего электромагнитного клапана на два отдельных контура, чтобы предотвратить воздействие на систему ложных сигналов, встроенный контур безопасности следит за всеми сигналами, поступающими в блок управления. Если поступает ложный сигнал или напряжение в бортовой электросети недостаточно, система автоматически выключается, в комбинации приборов загорается сигнальная лампа отключения ABS. В этом случае сохраняется обычный режим работы тормозной системы без ABS.

 

Рисунок 4. Колесный датчик ABS

 

 

 

2. Разновидности конструкций ABS, современное устройство

 

В зависимости от принятого в  АБС алгоритма функционирования могут применяться различные  датчики, дающие первичную информацию о скорости или ускорения автомобиля, давлении тормозном приводе. Необходимая  производная информация получается путем дифференцирования или интегрирования первичной информации в блоке управления АБС.

По конструкции датчики могут  быть механическими, электрическими, гидравлическими, пневматическими, радарными и др. В настоящее время широко применяются электрические датчики различных типов, дающие непрерывную информацию об угловой скорости тормозящего колеса. Дифференцирование выдаваемых датчиками данных дает возможность получать в блоке управления непрерывную информацию об угловом замедлении или ускорении колеса.

Среди электрических датчиков наиболее широкое применение нашли датчики  индуктивно-частотного типа. Схема  такого датчика приведена на рис. 2.

 

Рисунок 5. Дисковый индуктивно-частотный датчик

 

Датчик состоит  из ротора, представляющего собой зубчатый диск (или перфорированное кольцо) из магнитного сплава, закрепленного на колесе (обычно на тормозном барабане), и катушки индуктивности, установленной неподвижно (часто на тормозном щите). Между сердечником катушки и зубчатым диском предусматривается небольшой зазор (индуктивно-частотный датчик бесконтактный). При вращении ротора в катушке индуктивности наводится импульсная ЭДС, частота и амплитуда которой пропорциональна угловой скорости диска, а следовательно, колеса. Частота импульсной ЭДС зависит от числа зубьев ротора, колеблющегося в выполненных конструкциях в пределах 60...200. Как отмечалось, дифференцирование в блоке управления непрерывных данных об угловой скорости дает возможность получать непрерывные сведения об ускорении и замедлении колеса; можно также получать в блоке управления данные о линейной скорости автомобиля. Для этого необходимо предусмотреть в блоке управления запоминание угловой скорости в момент начала торможения и вычислять линейную скорость по выражению:

где ω0к — угловая скорость колеса в момент начала торможения.

Следует иметь в виду, что указанные  вычисления производятся с некоторыми погрешностями, что отражается на качестве регулирования тормозного момента.

Гидро- и пневмодатчики, дающие непрерывную информацию о давлении в тормозном приводе, применяют сравнительно редко, так как алгоритмы функционирования, в которых используется эта информация, не получили широкого применения.

Блок управления АБС. Качество регулирования тормозных моментов на колесах автомобиля в большой степени зависит от степени учета инерционности как элементов самого автомобиля (колес, тормозного привода, тормозных механизмов), так и инерционности элементов АБС (датчиков, модуляторов, блоков управления).

Наибольшее применение нашли электронные блоки управления, обладающие минимальной инерционностью. Кроме того, только в электронных блоках возможно такое регулирование тормозных моментов, при котором можно учитывать как инерционность элементов тормозной системы, так и ряд других факторов: скорость автомобиля, упругие свойства шин и рессор, гистерезисные потери и др.

Электронные блоки могут быть аналоговыми, цифровыми и комбинированными. В  настоящее время некоторое распространение  получили аналоговые блоки, которые  собирают на печатной плате.

Цифровые блоки управления строят с применением интегральных схем, они могут обеспечить высокое  качество регулирования, но имеют высокую  стоимость.

Современный аналоговый блок управления включает примерно 250...300 электронных  элементов: резисторов, конденсаторов и пр. Цифровой блок имеет во много раз большее число элементов.

Рисунок 6. Электронный  блок управления ABS

Электронный блок усложняется рядом  дополнительных устройств: защиты от внешних  электромагнитных полей, нарушающих процесс  регулирования; защиты от коротких замыканий внешних цепей; сигнализации, предупреждающей водителя о неисправности системы.

В блок управления непрерывно поступает  информация от датчиков. Здесь происходит логическая обработка полученных данных: дифференцирование, интегрирование, сравнение с заданными установками, усиление и выдача команд модуляторам давления.

Модуляторы. Выполняют команду модуляторы, содержащие, как правило, два электромагнитных клапана. Первый перекрывает доступ жидкости в магистраль, идущую от главного цилиндра к колесу, второй - при избыточном давлении открывает путь тормозной жидкости в резервуар гидроаккумулятора. Частота работы модулятора колеблется, обычно от четырех до семнадцати Гц.

Рисунок 7. Модулятор ABS

Свои функции современные АБС системы выполняют по следующему алгоритму: электромагнитные датчики непрерывно передают в электронный блок управления информацию о скорости вращения колес автомобиля, тот обрабатывает ее и посылает соответствующие указания на исполнительное устройство, которое непосредственно регулирует давление в тормозной системе. Как только угловая скорость колеса автомобиля уменьшается настолько, что возникает угроза блокировки последнего, АБС моментально дает о себе знать - блок управления подает команду на открытие электромагнитного клапана гидроагрегата, что приводит к уменьшению давления тормозной жидкости в соответствующем рабочем контуре и уменьшению тормозного момента на данном колесе. Как только датчик оповестит блок управления о том, что колесо опять набрало определенную скорость, клапан перекроется, и давление в тормозном контуре опять повыситься. Далее цикл повториться, причем количество циклов в секунду для современных АБС колеблется в пределах от 10 до 15.

На сегодняшний день существует множество разработок антиблокировочных систем, но все они подразделяются на: двухканальные, трехканальные и четырехканальные. Двухканальные АБС имеют три датчика, устанавливаемые на передних колесах и на ведущей шестерне главной передачи, но они способны регулировать тормозное усилие только попарно, на каждой оси. В отличие от двухканальных, трехканальные "умудряются" регулировать давление в тормозных механизмах передних колес по отдельности. Наиболее эффективно же свою работу выполняют более дорогие четырехканальные АБС. Они имеют четыре датчика, по одному для каждого колеса, и давление, в каждом из четырех тормозных механизмов, устанавливают индивидуально.

В новейших ABS с помощью компьютера оценивается динамика движения автомобиля, угол наклона дорожного полотна, сцепление с поверхностью дороги, влияние включенного круиз-контроля при замедлении автомобиля и другие факторы и, на основании этой информации определяет какое нужно давление в тормозной магистрали. Определив величину давления, его обеспечивают подачей или стравливанием тормозной жидкости в гидроаккумулятор.

В зависимости от фирмы-производителя  АБС существует несколько схем установки  этих систем на автомобиле:

1) наиболее эффективная и дорогая  система с индивидуальным регулированием  давления на каждом колесе; при  этом количество датчиков угловой  скорости, модуляторов давления  и каналов регулирования в  блоке управления равно числу  колес автомобиля;