Регуляторы тормозных сил. Антиблокировочные и противобуксовочные системы

Сила сцепления колес автомобиля с дорогой по аналогии с силой трения пропорциональна вертикальной нагрузке, а коэффициентом пропорциональности является коэффициент сцепления шин с дорогой (коэффициент трения). Этот коэффициент от человека не зависит. Он определяется состоянием дороги и шин. Но чем выше сила сцепления колес с дорогой при торможении, тем будет меньше тормозной путь автомобиля. Мы знаем также, что при торможении на машину действует сила инерции. Следовательно, произойдет перераспределение вертикальных нагрузок на колеса. Поэтому при торможении на них возникнут разные тормозные силы. В этом случае говорят о неодинаковой эффективности торможения колес разных осей. Чтобы эффективность была одинаковой, требуется регулировать тормозные силы с помощью специальных устройств. Регуляторы используют и для повышения эффективности торможения, когда машина движется порожней (без груза), так как при этом сила сцепления будет иной, чем в груженом состоянии.

Существуют статические регуляторы (для двух состояний машины — груженой и порожней) и автоматические регуляторы тормозных сил. Последние находят применение, например, в автомобилях КамАЗ.

Автоматические устройства предназначены для регулирования тормозных сил на колесах задней тележки при изменение осевой нагрузки в процессе торможения. Регуляторы способствуют максимальному использованию сил сцепления колес с дорогой при торможении, что повышает устойчивость движения автомобилей.

Известны пневматические и гидравлические регуляторы. Регулирование тормозных сил достигается за счет снижения давления подводимого к задним тормозам воздуха или тормозной жидкости (в зависимости от типа тормозной системы) при изменении вертикальной нагрузки на ось. Поскольку регуляторы гидравлического типа предназначены для легковых автомобилей (ВАЗ), рассматривать их не будем.

Пневматический регулятор тормозных сил

Пневматический регулятор тормозных сил автомобиля КамАЗ, устанавливаемый на лонжероне 7 рамы автомобиля, состоит собственно из автоматического регулятора 2 рычага 3, регулируемой тяги 4, упругого элемента 5, компенсатора 7, связанного штангой 6 с балками 8 и 9 мостов автомобиля. Механизмы и имеющиеся крепления обеспечивают компенсацию перекосов тележки, возможных при торможении на неровных дорогах. Упругий элемент защищает регулятор от повреждений при вертикальных перемещениях мостов задней тележки, а также смягчает резкие толчки и уменьшает вибрацию.

Рис. Схема установки регулятора тормозных сил:
1 — лонжерон; 2 — регулятор тормозных сил; 3 — рычаг регулятора; 4 — тяга; 5 — упругий элемент; 6 — штанга; 7 — компенсатор; 8, 9 — балки мостов; I — положение рычага регулятора при наибольшей осевой нагрузке («груженый» автомобиль); II — положение рычага при наименьшей нагрузке («порожний» автомобиль)

Рассмотрим устройство и принцип действия пневматического регулятора тормозных сил.

Рис. Автоматический регулятор тормозных сил:
а — общий вид; б — конструкция; 1 — клапан; 2 — ступенчатый поршень; 3 — толкатель; 4 — рычаг; 5 — мембрана (диафрагма); 6 — шаровая пята; 7 — поршень; 8 — направляющая толкателя; 9 — вставки в корпусе; 10 — соединительная трубка; 11 — ребра поршня; I, II — полости; III — вывод в атмосферу

У груженого автомобиля рычаг 4 находится в крайнем верхнем положении. При торможении сжатый воздух поступает в полость 1. Поэтому поршень 2 переместится вниз, а по трубке 10 воздух из полости I поступит в нижнюю часть и будет оказывать давление на поршень 7 плунжерного типа, прижимая шаровую пяту 6 к толкателю 3. При перемещении поршня 2 вниз вместе с ним движется клапан 7, который посредством толкателя сначала отсоединит полость II от выхода в атмосферу, а затем отойдет от седла поршня 2. В результате полость I соединится с выходной полостью II, а сжатый воздух поступит через полость II к тормозным камерам колес.

Вставка в корпусе имеет наклонные ребра Я на которые опирается мембрана (диафрагма) 5 при верхнем положении поршня 2. Поршень 2 также имеет ребра 11. Чем ниже опустится рычаг и связанный с ним толкатель, тем ниже опустится и поршень 2. Следовательно, увеличится рабочая площадь мембраны 5, воздействующей на поршень 2.

Когда рычаг находится в верхнем положении (при полной осевой нагрузке), толкатель также расположен вверху. Для открытия клапана поршень 2 должен переместиться вниз. При небольшом его перемещении наклонные ребра 11 поршня 2 не выходят ниже ребер 9 вставки. При этом мембрана опирается только ца ребра вставки, и усилие от нее на поршень 2 не передается.

Когда рычаг находится в крайнем нижнем положении (наименьшая осевая нагрузка), поршень 2 должен максимально переместиться вниз для открытия клапана, поскольку толкатель также будет находиться в нижнем положении. В случае максимального перемещения поршня 2 вниз его наклонные ребра опустятся ниже ребер вставки. При этом активная площадь мембраны становится наибольшей. В результате в полости II установится давление воздуха, примерно равное 1/3 давления на входе в регулятор.

При растормаживании колес давление воздуха в полости 1 упадет, и поршень 2 переместится вверх. При этом клапан сядет на седло поршня 2, разобщая полости I и II, и оторвется от толкателя. В результате сжатый воздух из тормозных камер колес средней и задней осей через полость II и полый толкатель выходит в атмосферу, отгибая края резинового клапана. А все элементы регулятора возвращаются в исходное положение.

Рассмотренные регуляторы корректируют давление рабочего тела (воздуха) для обеспечения одновременной блокировки колес передней и задней осей. При этом происходит упреждающая блокировка колес передней оси. Однако такой способ торможения не является наиболее эффективным и безопасным с точки зрения сохранения устойчивости движения автомобиля при торможении. Кроме этого, происходит излишний износ шин.

АБС

Коэффициент сцепления колес с дорогой зависит от степени их скольжения, которая меняется в пределах от 0 (чистое качение колеса) до 100 % (полное буксование или скольжение при блокировке колес). Максимальные значения коэффициента сцепления порядка 10… 30 % (в зависимости от дорожной поверхности) будут при пробуксовке колес. Следовательно, при таком коэффициенте и степени скольжения колес можно обеспечить наибольшую эффективность и безопасность торможения. Именно это обеспечивают АБС.

Все современные АБС относятся к самонастраивающимся автоматическим системам. Они включают в себя:

• датчики угловой скорости колес
• электронно-решающий блок
• модуляторы давления

При работе АБС сигнал от датчиков угловой скорости вращения колес подается в электронно-решающий блок, в котором в соответствии с заданной программой формируются сигналы управления, поступающие на модулятор.

Рис. Схема пневматического модулятора АБС (а) и его характеристика (б):
1, 5, 6 — клапаны; 2, 3 — электромагниты; 4 — поршень; А—Д — полости; р — давление; t — время

На рисунке показана схема пневматического модулятора АБС и его характеристика (изменение во времени тормозной силы). Работа АБС сопровождается многоцикловым процессом автоматического растормаживания и торможения колес автомобиля. В каждом цикле имеются фазы автоматического растормаживания, «выдержки» и затормаживания (штриховые линии на рис. б) колес. Имеются АБС, в которых осуществляется двухфазовый цикл (фаза «выдержки» отсутствует). Работа АБС обеспечивает требуемые угловую скорость колеса и его скольжение, соответствующее максимальным сцепным характеристикам.

Работа пневматического модулятора

Рассмотрим подробно работу пневматического модулятора, выполненного на базе ускорительного клапана (рис. а). Сжатый воздух от тормозного крана поступает по магистрали в полость А и далее через полость Б проходит в полость В и давит на следящий поршень 4 вниз. Поршень перемещается вниз и упирается в клапан 5, отсоединяя полость Г от выхода в атмосферу. Дальнейшее перемещение поршня вниз приводит к открытию клапана 5.

В результате сжатый воздух начинает проходить из ресивера через полости Д и Г в тормозные камеры.

Если тормозящееся колесо начинает блокироваться, электронный блок посылает одновременно сигналы управления на электромагниты 2 и 3, которые закрывают клапан 1 и открывают клапан 6. При этом полости Б и В соединяется с атмосферой — происходит автоматическое растормаживание колеса. При некотором угловом ускорении колеса электронный блок снимает электрическое напряжение с электромагнита 3. В результате клапан 6 под действием пружины снова закрывается и наступает фаза выдержки.

Фаза повторного автоматического затормаживания колеса имеет место в том случае, когда колесо приобретает пороговое угловое ускорение. При этом электронный блок снимает электрическое напряжение, и с электромагнита 2, что позволяет клапану 1 открыться и соединить рабочую полость В с магистралью. Затем цикл повторяется.

Интегрированные системы активной безопасности (ИСАБ)

В настоящее время разработаны отечественные интегрированные системы активной безопасности (ИСАБ), образующие комплекс АБС и ПБС.

В отличие от АБС устанавливаемая в ИСАЕ противобуксовочная система обеспечивает требуемое движение колес не в тормозном (как при работе АБС), а в тяговом режиме. Дело в том, что при движении автомобиля, в том числе при маневрировании на дороге с различными сцепными свойствами участков поверхности, взаимодействующей с ведущим колесом, возникает разная пробуксовка. Это может привести к потере устойчивости движения, например, при разгоне автомобиля, когда к колесам может быть подведена излишняя тяга, неуравновешенная сцепными возможностями пары «колесо — дорога». Действие ПБС в отличие от АБС основано на том, что в случае появления пробуксовки ведущего колеса автомобиля система обеспечивает на этом колесе уменьшение тягового усилия. Тем самым предотвращается пробуксовка колес и повышается устойчивость движения автомобиля. Как правило, работа ПБС основана на уменьшении топливоподачи к двигателю, т.е. сводится к снижению тягового усилия на буксующем колесе (колесах).