Автоматическое регулирование тормозных сил автомобиля

Для повышения тормозной динамичности и активной безопасности автомобиля применяют регуляторы, обеспечивающие более полное использование сцепления с дорогой каждым колесом, и противоблокировочные системы, предотвращающие юз. В конструкции противоблокировчных систем используется зависимость коэффициента сцепления j_х от степени проскальзывания колес l, определяемой по следующей формуле

где v_к и w_к — соответственно, линейная скорость центра и угловая скорость колеса.

При v_к = w_к l = 0, т.е. имеет место чистое качение колеса, при v_к>w_к колесо качается с проскальзыванием (ведомый и тормозной режимы). При l=1 колесо движется, не вращаясь, т.е. возникает юз. Если v_к>w_кr, то колесо катится с пробуксовыванием (активный режим), а l<0.

Зависимость показана на рис. j=j(l). При отсутствии тормозного момента колесо нагружено только силами сопротивления движению (ведомый режим), касательная реакция дороги невелика (участок ОА).

Рис. 36. Зависимость j_х и j_у (а) и моментов М_тор, М_и и М_х (б)
от степени проскальзывания l

14 Параметры работы противоблокировочной системы:

а) Зависимость коффициентов сцепления φх и φуот степени проскальзывания λ

б) Моменты, действуещее на затормаживающее колесо

в) Изменение моментов М_тор, М_и и М_х от степени проскальзывания λ

При увеличении тормозного момента возрастает касательная реакция дороги, вызывающая деформацию шины и упругого проскальзывания ее элементов (участок АВ). Дальнейший рост М_тор вызывает прогрессивное увеличение числа скользящих элементов до тех пор пока j_х достигнет максимального значения (точка В), что соответствует наиболее эффективному режиму торможения. Поскольку трение скольжения меньше трения покоя, касательная реакция дороги уменьшается с ростом проскальзывания и j_х уменьшается до j_юз. Это приводит к блокировке колеса (менее чем за 1 с). Коэффициент сцепления j_{х ю} при блокировке колесо при движении автомобиля по сухому покрытию на 10-15%, а мокрому — на 20-30% меньше j_max.

Как видно из этого рисунка, М_х возрастает до максимума точки В в соответствии l_гр. Во избежание блокировки колеса противоблочная система уменьшает тормозной момент, делая это с некоторым запаздыванием (точка С). Тормозной момент снижается до точки Е, после чего поддерживает его на установленном уровне (отрезок ЕF). Последнее приводит к снижению углового замедления, которое в точке Д падает до нуля и колесо вращается равномерно. В точке F тормозной момент начинает возрастать, а угловое ускорение колеса уменьшается. В точке С колесо снова начинает вращаться равномерно. Затем тормозной момент возрастает до точки А, после чего цикл ПБ системы повторяется. Следовательно, тормозной момент при работе системы изменяется по контуру АСДЕFGА .

В современных АБС колебания l относительно l_гр равно 0,05-0,1, а коэффициент сцепления выдерживается максимальным с точностью до 1%.

Практически применение описанного алгоритма регулирования e затруднительно. Поэтому чаще в качестве регулировочного параметра используют степень проскальзывания l. Отсюда очевидно, что должен быть создан такой режим торможения, при котором степень проскальзывания колеса была бы близка l_гр, а j_х = j_{х max}.

В теории автоматического регулирования любую противоблокировчную систему представляют в виде четырех звеньев: объекта регулирования, датчиков, управляющего блока и модулятора давления в тормозном приводе. Объектом регулирования является автомобиль с тормозным приводом, тормозными механизмами, колесами и шинами. Датчики в зависимости от принятого в данной системе закона регулирования измеряют угловую скорость и угловое замедление колеса, замедление автомобиля, давление в тормозном приводе и другие параметры. Управляющий блок оценивает показания датчиков, формирует сигналы, управляющие тормозными моментами, подает их на вход модулятора давления, который изменяет тормозные моменты на колесах в соответствии с этими сигналами. Тормозные моменты, поступая на вход звена автомобиля, изменяют его движение, заклинивая систему. При воздействии тормозного момента М_тор на колесо его угловая скорость уменьшается, возникает инерционный момент

Тормозной момент

Связь между показана на рис. ,б.

Антиблокировочные системы

В АБС в основном применяются механические и электронные датчики. Рассмотрим работу механического датчика с модулятором давления в виде золотника. Датчик имеет вал, связанный с колесом автомобиля, винтовую муфту и маховик 5, укрепленный на муфте с небольшим трением, создаваемый башмаками 3 и пружинами 4. В случае падения угловой скорости колеса до критического, маховик, перемещаясь вместе с муфтой 2 по винтовой нарезке вправо, преодолевает силу пружины 7 и сдвигает золотник 6, который открывает II, соединенный тормозной камерой с отверстием I, ведущим в атмосферу. Тормозной момент вначале уменьшается. В результате трения башмака о муфту золотник удерживается в определенном положении. После того как угловые скорости вала 1 и маховика 5 выравниваются, пружина 7 перемещает золотник и муфту влево, соединяя канал III от тормозного крана с тормозной камерой, вследствие чего увеличивается тормозной момент.

Рис.3.7. Схема электронного датчика с модулятором давления

Электронный датчик показан на рис.3.7. Он имеет импульсный генератор, состоящий из зубчатого ротора 8, связанного с колесом автомобиля, и неподвижного магнита 8 с обмоткой возбуждения 10. При вращении ротора в обмотке индуктируется ток, частота и амплитуда которого пропорциональны w_х. Сигналы от генератора поступают к управляющему блоку 11, выполненному в виде аналогового или цифрового счетно-решающего устройства. Блок управляет электромагнитным клапаном 12. Применяют также несколько клапанов, осуществляющих ступенчатое изменение давления.

Электронные противоблочные системы можно разделить на неадаптивные и адаптивные. Первые поддерживают заранее заданную величину l, а вторые (самонастраивающиеся) сами определяют ее оптимальную величину.

Необходимо отметить, что с увеличением степени проскальзывания l коэффициент поперечного сцепления j_у (рис. ) падает. При позе колеса j_у®0, достаточна небольшая поперечная сила, чтобы вызвать занос автомобиля. В зоне, близкой l_гр, j_у для сухого асфальтобетонного покрытия равен 0,35-0,45.

На практике используют различные варианты применения АБС (рис. ). АБС с датчиками и модуляторами на всех колесах обеспечивает максимальную эффективность торможения и устойчивость автомобиля. Однако при торможении автомобиля на поворотах, когда j_х разных сторон отличаются, возможно появление поворачивающего момента, вызванного разностью тормозных сил слева и справа. Хотя к заносу автомобиля это не приводит, благодаря наличию противоблокировочной системы, но вызывает его увод. Этот вариант самый дорогой и сложный.

В более простых вариантах датчики устанавливают на всех колесах, но один из мостов оборудуют одним модулятором, общим для обоих колес, а другой мост имеет два модулятора. Возможно также применение двух модуляторов — по одному на каждый мост. Схема получается простой, надежной и обеспечивает вместе с тем достаточную устойчивость и эффективность торможения автомобиля. В наиболее простых вариантах модулятор устанавливают лишь на задний мост. При этом могут использоваться два колесных датчика или один общий, устанавливаемый на валу ведущей конической шестерни. В таких случаях возможна блокировка передних колес, но курсовая устойчивость при этом заметно не ухудшается.

При движении автомобиля, оборудованного антиблокировочной системой, по дороге с сухим покрытием тормозной путь в среднем уменьшается. На 10-15%, а по дороге с мокрым покрытием — на 25-35%. Одновременно повышается курсовая устойчивость. Поперечное отклонение в таких автомобилях уменьшается почти вдвое.