Система абс принцип работы: Антиблокировочная тормозная система ABS: устройство и принцип работы

Добрый день, дорогие друзья. Сегодня рассмотрим очередную ступень развития классической тормозной системы – тормоза с антиблокировочной системой. Именно так расшифровывается аббревиатура ABS. Познакомимся, как она работает, основные ее неисправности.

Что такое ABS на автомобиле

Это система, препятствующая блокированию колес во время экстренного торможения или на скользкой поверхности. Опасность блокировки колес состоит в том, что в случае резкого нажатия на тормоз, водитель может потерять управление автомобилем. Известно, что при заблокированных колесах управлять машиной проблематично, она не слушается руля, а двигается по своей траектории за счет инерции и скольжения блокированных колес. В лучшем случае увеличится тормозной путь, в худшем – сорвется в неконтролируемый занос. Если они будут хоть немного вращаться, то можно свернуть в сторону, изменить направление движения и избежать столкновения.

Именно для предотвращения таких опасных ситуаций была создана антиблокировочная система (АБС). Она понимает, что если колесо резко прекратило вращение, а автомобиль сохраняет при этом скорость, то произошло экстренное торможение и нужно водителю помочь не потерять контроль над авто. Она ослабляет давление на тормозные механизмы этого колеса, разрешая ему вращаться, а не скользить по поверхности. Вы подумаете, что при этом увеличивается тормозной путь и столкновения не избежать, ведь колодки отошли от диска. Это не так, за считанные доли секунды она вновь сомкнет колодки, и механизм заблокируется. Если скорость транспортного средства остается выше определенного уровня, она вновь вступит в работу и «отпустит» тормоза, освободив колесо. Это процесс будет происходить до тех пор, пока авто не остановится или водитель не ослабит педаль тормоза.

В случае необходимости АБС «сковывает» и отпускает колеса, на этом основан принцип ее работы.

По поводу тормозного пути на дорогах с разным покрытием, стоит поговорить отдельно. Да, она уменьшает его на асфальтированных дорогах, колеса не скользят, а планомерно замедляются. На грунтовых дорогах или покрытых рыхлым снегом, длина торможения будет выше, чем у автомобиля без «помощника». Это обусловлено тем, что при резком нажатии на тормоз, у авто, не оборудованном АБС, колеса блокируются, и перед ними образуется препятствие в виде снега или песка (щебня, грунта и т.д.). Эта своеобразная стена под покрышкой быстрее останавливает машину. Антиблокировочная система не дает колесам блокироваться, они не «собирают» перед собой насыпь из дорожного покрытия, которое помогало бы остановиться, они продолжают свободно вращаться. В этом случае тормозной путь увеличивается. Это наглядно продемонстрировано на видео ниже.

Как работает ABS на автомобиле

Прежде чем разобрать, как она функционирует, предлагаю познакомиться с ее устройством и назначением компонентов.

Устройство антиблокировочной системы

1. Датчики ускорения, установленные на ступицах колес
2. Управляющие клапаны, встроенные в тормозную магистраль. Они находятся в гидроблоке. Есть впускные, которые контролируют подачу тормозной жидкости к механизму тормоза определенного колеса и выпускные – травят давление обратно в систему
3. Электронный блок управления (ЭБУ), который получает сигналы от датчиков и управляет клапанами. Он принимает решение, разблокировать колесо или нет. Он диагностирует всю систему и сигнализирует о поломках, сообщая коды неисправности ABS.
4. Электронасос. Перекачивает тормозную жидкость обратно в главный тормозной цилиндр. Поэтому водитель чувствует небольшие удары в педаль при работе системы.

Рассмотрим основные компоненты подробно.

Как работает датчик антиблокировочной системы

Как говорилось выше, системы, для своей корректной работы, должна знать частоту вращения каждого колеса. Для ее контроля используют датчики, закрепленные на ступицах. Но одного его не достаточно. Там же закреплено импульсное кольцо, вращающееся вместе с колесом. Оно выглядит как шестеренка.

Датчик состоит из постоянного магнита и катушки в его корпусе – пассивный. Он закреплен и не подвержен вращению колеса. Его конец направлен в сторону зубьев кольца и при вращении его меняется магнитное поле постоянного магнита. Это изменение создает ток на катушке, который передается в блок управления. Недостатком такой конструкции является то, что фиксировать изменение частоты вращения начинает только при скорости выше 5-7 км/ч.

Преимуществом такого вида является высокая износостойкость, прочность. На работоспособность не влияет грязь, которая может облепить его. Неисправность может проявиться только в физической поломке. Были редкие случаи, что обламывалось кольцо, оно свободно вращалось на оси ступицы в независимости от колеса. Физическое повреждение сенсора, но это в исключительных случаях. О поломках АБС подробнее поговорим ниже.

Для контроля всего диапазона скоростей были изобретены активные датчики ABS. Они разделяются на два вида по принципу работы:

1. Основанные на эффекте Холла
2. Магниторезистивные – реагирующие на изменение магнитного сопротивления, направления магнитного поля относительно постоянных магнитов

Датчики Холла

Принцип работы основан на возникновении разности потенциала на поперечных краях электропроводной пластины, при помещении ее в магнитное поле. При этом на пластину в продольном направлении нужно подать постоянный ток. Все это помещается в корпус с электронной схемой, которая создает цифровой сигнал, передающий на блок управления. Кроме этого, в конструкцию включено, как и в случаях пассивных датчиков, импульсное кольцо. Оно может иметь форму шестерни или кольца с намагниченными участками.

На токопроводящую пластину датчика подается постоянное напряжение, схема преобразует полученное напряжение при нахождении ее в магнитном поле. Если колесо не вращается, то этого сигнала не будет вообще, или его амплитуда меняться не будет. ЭБУ понимает, что колесо не крутится, а так как скорость авто равна нулю, то ничего делать с тормозами не будет. Импульсное кольцо вместе с колесом начинает вращаться, амплитуда сигнала увеличивается, чем выше частота вращения, тем больше она будет. Блок управления видит, что машина ускоряется и пропорционально ускорению увеличивается скорость вращения колес.

При резком нажатии на тормоз, импульсное кольцо остановится, амплитуда сигнала, формирующего датчиком, упадет, а скорость авто высокая, значит, предпринята попытка экстренного. В этом случае электронный блок начнет работу по разблокированию остановленного колеса.

Недостатки – подача постоянного напряжения на сенсор, вероятность выхода из строя микросхемы, влияние электромагнитных помех.
Плюсы – замеряют частоту вращения диска при скорости авто от 0 км/ч

Магниторезистивные датчики

Их принцип работы схож на предыдущие. Только в этом случае, микросхема снимает с пластины не напряжение, возникающее в результате поперечного возникновения разности потенциалов токопроводящего элемента, проходящего через постоянное магнитное поле, а изменение сопротивления на проводнике. Формируется сигнал, передающийся на блок управления.

В этой конструкции также есть импульсное кольцо, закрепленное на ступице. Оно имеет намагниченные участки. За счет прохождения их через датчик и происходит изменение сопротивления. Преимущества и недостатки подобных систем такие же, как и у ранее рассмотренных.

Гидравлический блок АБС

Его задача – перекрывать давление на тормозные механизмы от главного цилиндра и перекачивать жидкость обратно в ГТЦ. За это отвечают впускные и выпускные клапаны. Они расположены в корпусе гидропривода. Управляются соленоидами. Есть напряжение на нем – он открылся, нет – закрылся.

Он состоит из трех частей, собранный в одном корпусе:

1. Система управления клапанами
2. Клапанный блок
3. Электронасос

Как он работает

При получении команды от блока управления, что колесо заблокировано, закрывается впускной клапан. Он перекрывает подачу жидкости на рабочий цилиндр того колеса. Даже, если продолжаете жать на педаль тормоза, давление в этом контуре расти уже не будет. Чтобы снизить его и «отпустить» колодки включается электродвигатель, открывается выпускной клапан и жидкость перекачивается в главный цилиндр. Если и дальше давите на тормоз, то в этот момент на педали почувствуете легкие удары – это насос пытается вернуть тормозную жидкость в главный тормозной цилиндр.

Разблокировав колесо, закрывается выпускной клапан и останавливается насос. Открывается впускной и давление тормозной жидкости вновь начинает сжимать колодки до полной блокировки колеса. Если держите педаль тормоза нажатой, то система вновь вступает в работу, освобождая диск от колодок. Цикл работы ABS происходить до 10 раз в секунду, пока не отпустите тормоза или машина не остановится.

Как работает система в целом

Теперь соберем полученные знания в кучу и рассмотрим, как работает АБС на автомобиле. Во время движения автомобиля датчики считывают частоту вращения колес. При экстренном торможении или замедлении на скользкой поверхности, колесо может заблокироваться. В это момент, сенсор сигнализирует электронному блоку, что скорость вращения равна нулю.

ЭБУ принимает сигнал, смотрит на общую скорость автомобиля и если она выше определенного уровня, обычно это 7 км/ч, дает сигнал на гидроблок. Включается соленоид клапана, перекрывая подачу жидкости в тот контур, колесо которого заблокировано. Открывается выпускной клапан и включается электромотор. Перекачивается тормозуха обратно в главный тормозной цилиндр, снижается давление в этом контуре и разблокируется тормозной механизм.

Частота вращения колеса возрастает. Блок это видит и отключает мотор гидравлического блока, закрывает выпускной клапан и открывает впускной. Давление в контуре возрастает, колодки опять смыкают диск, колесо вновь блокируется. «Мозги» системы видят, что скорость авто высокая, вы давите на педаль, и повторяет цикл с электродвигателем и клапанами заново.

Таких повторений может быть много. До полной остановки машины или пока человек не уменьшит степень нажатия на педаль тормоза.

Но, вследствие того, что система снабжена электрическими датчиками и микросхемами контроля, она может выйти из строя, вся или отдельные компоненты. Сейчас поговорим о неполадках.

Неисправности ABS

Вы уже знаете, что в системе есть сенсоры слежения, чем они технологичнее, тем чаше они могут ломаться. Но это одна из возможных причин отказа антиблокировочной системы. Чтобы прийти к выводу, что АБС «накрылась» медным тазом, нужно обратить внимание на индикатор на панели приборов. Если он более 10 секунд или моргает во время торможения, тогда стоит напрячься – где-то пошел сбой. Бывает такое, что некоторые автолюбители, пренебрегая правила безопасности, устанавливают на разные оси зимнюю резину с шипами и без. В этом случае, система видит разную частоту вращения колес передней и задней осей и начинает «ругаться». Если вы не такие и лампочка аварии ABS горит постоянно, то разберем основные причины поломки системы.

1. Обрывы проводов от датчиков к электронному блоку или его неисправность. Диагностируется визуальным осмотром линий и тестирование спецоборудование ЭБУ.
2. Окисление контактов, выход из строя сенсоров движения, о которых говорилось выше. Возможно «пробит» провод или сам датчик на «массу». В этом случае будет гореть ошибка, но АБС работать будет. Проверяем все разъемы, а их достаточно, чистим от окислов и грязи. Визуально проверяем провода и корпуса считывающих элементов, может они перетерлись.
3. Ошибка может выскочить из-за разного давления в шинах или рисунке протектора покрышки. Из-за этого, одно из колес притормаживает, человеческий глаз этого не видит, а система – да. Неравномерный износ шин также является причиной «ругательства» ABS.
4. Поломки в гидроблоке или электронасосе. Разрушение импульсного диска, появление люфтов в ступичных подшипниках или повреждение сепараторов. Механическое повреждение любого элемента.
5. Перегорел предохранитель.

Важно! При выходе из строя антиблокировочной системы тормоза автомобиля остаются в работе

Как бы не была сложна АБС, большинство неисправностей можно самостоятельно диагностировать и решить в гаражных условиях. Зачастую выходят из строя датчика. Виной этому их расположение. Если визуальный осмотр не принес результатов, и проблемы остались, то придется обратиться к специалистам, которые смогут провести диагностику и по ошибкам в электронном блоке управления определиться с поломками.

Заключение

Теперь знаете, что такое ABS на автомобили, но хочется отметить, что этому электронному помощнику, предназначенному не терять управление автомобилем при экстренном торможении, не стоит слепо доверять. На дорогах с разным покрытием он может увеличить тормозной путь, повести себя совершенно неожиданно. Поэтому главным все равно остается водитель.

На его основе были созданы другие электронные системы: стабилизации, антипробуксовочная система и т.д. Она заложила основу для создания целого комплекса активной безопасности, о компонентах которого поговорим в других статьях. Подписывайтесь, чтобы не пропустить их. Всем удачи на дорогах!!!

Видео по теме:

Принцип работы АБС на автомобиле

Всем водителям полезно знать, как работает АБС на автомобиле, какую пользу она приносит и чем торможение с антиблокировочной системой отличается от аналогичного процесса без неё. Узнав принцип работы АБС на автомобиле, Вы поймёте, когда её применять, а в каких случаях отключать.

Антиблокировочная система (АБС, ABS) – это система, которая предотвращает блокировку колёс, когда происходит торможение. Её функции – сохранить устойчивость и управляемость автомобиля и в некоторых случаях уменьшать тормозной путь.

Практически каждый водитель попадал в ситуацию, когда после нажатия на педаль тормоза раздавался визг резины, автомобиль терял способность управляться, а снижение скорости становилось значительно ниже желаемого. Это характерные признаки перехода колёс в скольжение. Иногда даже появляется ощущение, что машина ускоряется, а не тормозит.

Природа такого неожиданного для неопытного человека эффекта состоит в том, что при срыве шин в юз происходит скачкообразное снижение величины замедления. Это воспринимается вестибулярным аппаратом как разгон.

Немного о силах трения

Часто при объяснении такого поведения автомобиля упоминается трение качения. Про это можно сразу забыть, данная сила тут не при чём. Речь пойдёт о разнице между силами трения скольжения и покоя.

Допустим, автомобиль движется по дороге с ускорением любой величины и знака, а торможение есть не что иное, как отрицательное ускорение. Если шины не проскальзывают, то участок протектора в зоне контакта колеса с поверхностью всегда находится в покое относительно всей прочей планеты, частью которой и является дорожное покрытие. Силой, придающей машине ускорение, будет вызвана именно трением покоя.

Максимум её величины равен произведению сцепного веса, приходящегося на колесо на коэффициент трения. Водитель, продолжая увеличивать давление на педаль, может достичь такой интенсивности замедления, что силы трения о дорогу окажется недостаточно для дальнейшего роста темпа снижения скорости. Шина, на которой это произойдёт, сорвётся в скольжение.

Силы трения скольжения работают уже по другим законам, не углубляясь в природу которых, можно сказать, что в подавляющем большинстве случаев они меньше, чем в состоянии покоя. Каждый может в этом убедиться, попробовав сдвинуть твёрдый предмет, лежащий на ровной поверхности. Вначале он заметит рост необходимого для этого усилия руки, а с началом движения сила заметно ослабнет. То же происходит и с автомобильным колесом.

Дополнительным недостатком торможения на заблокированных колёсах можно считать катастрофический износ резины. В пятне контакта выделяется столько тепла, что протектор не выдерживает и начинает плавиться и гореть. Все видели эти характерные клубы белого дыма при ошибках автогонщиков с выбором скорости перед поворотом. После этого на шине образуется проплешина, и дорогостоящая покрышка идёт в утиль. Дальнейшая езда на ней чревата вибрациями и даже разрывами корда. А во время торможения расплавленная протекторная смесь становится прекрасной смазкой, которая практически обнуляет коэффициент трения скольжения.

Приём, использовавшийся до появления АБС

Опытные водители давно научились противостоять срыву колёс на торможении. Им хорошо известно, что эффектное торможение с юзом и дымом из-под колёс на самом деле неэффективно. Тормозной путь заметно удлиняется. В борьбе за метры жизненного пространства перед остановившимся автомобилем существовали два приёма. Собственно, используются они и сейчас, например, в автоспорте, где АБС запрещена во многих дисциплинах.

• Торможение на грани блокировки шин. Технически очень сложный приём, требует хорошей тренированности вестибулярного аппарата. Надо очень тонко улавливать грань скольжения по изменению замедления в нежелательную сторону, когда усилие на педали совсем немного добавилось, а торможение ухудшилось. Ситуация усложняется неравномерностью коэффициента сцепления по всем четырём колёсам. Любое из них может попасть на участок с грязью, льдом или вообще на обочину дороги.

• Прерывистое торможение. При обнаружении грани блокирования всё равно педаль надо отпускать, так не лучше ли это сделать заранее, предварительно гарантированно превысив допустимый предел по силе нажатия? И сразу же снова нажать. Подобный приём хорошо известен в радиоэлектронике, где он называется широтно-импульсным модулированием. Причём там он настолько хорошо прижился, что на его основе работают почти все силовые регуляторы. Надо только обеспечить обратную связь.

В описанных способах обратная связь идёт через органы чувств человека, а результат зависит от его способностей и опыта. Естественно, автомобильные инженеры захотели заменить человека автоматикой, которую проще раз и навсегда обучить, а потом лишь тиражировать механизмы и алгоритмы. Тем более что возможности электромеханических устройств по скорости реакции куда лучше, чем у человека. Так и появились первые серийные антиблокировочные системы, известные сейчас под аббревиатурой ABS.

Системы АБС показали высокую эффективность, и существуют области применения, где они стали обязательными. Например, в автобусах и даже в авиации. Попытки остановить тяжёлый авиалайнер колёсными тормозами однозначно приводят к протиранию и взрыву покрышек, после чего катастрофа неизбежна. Торможение на грани, когда колёса всё же проворачиваются, спасает шины, а значит и человеческие жизни. Пилот в ручном режиме так тормозить не может, обратная связь в многотонной машине сведена практически к нулю.

Принципиальная схема АБС в автомобиле

Поскольку тормоза легкового автомобиля приводит в действие гидравлическая система, то для предотвращения блокировок потребуется снижать в ней давление. Для этого используется специальный клапан, который в обычном состоянии закрыт, но способен открываться и пропускать через себя тормозную жидкость, если на него подать электрический сигнал.

Давление от главного тормозного цилиндра, создаваемое ножной педалью с дополнительным усилителем, передаётся к исполнительному механизму, в роли которого выступает рабочий тормозной цилиндр, через ещё один клапан, называемый впускным. Он нормально открытый, то есть закрывается только при подаче на него напряжения.

Впускной и выпускной клапаны работают под управлением программы, причём возможен момент, когда они оба закрыты. Это переходный этап, когда колесо только начинает проскальзывать, давление в его цилиндре ещё не уменьшается, но уже и не увеличивается. Система оценивает результат и принимает решение, добавлять давление или уменьшать.

Для сглаживания пульсаций давления в системе и быстрого перемещения объёмов жидкости в гидромеханическом блоке используются электрогидравлический насос и гидроаккумулятор давления. Аккумулятор способен поддерживать давление постоянным, принимая или сбрасывая избытки жидкости, а насос значительно ускоряет быстродействие системы. Существовали и предельно упрощенные АБС, где эти узлы отсутствовали.

На каждом колесе (не считая ранних и упрощённых версий) установлены датчики вращения. Обычно это простейший, но очень надёжный прибор, работающий с использованием электромагнитной индукции. Постоянный магнит с намотанной на него катушкой одним из своих полюсов расположен вблизи зубчатого венца, вращающегося вместе с колесом автомобиля. На прохождение мимо него каждого зубца датчик реагирует электрическим импульсом. Частота сигнала пропорциональна скорости вращения, а значит и скорости автомобиля в отсутствие пробуксовок, с известным коэффициентом. Сигнал по экранированной проводке поступает далее на оцифровку.

Управляет системой электронный блок. Это микрокомпьютер, который собирает информацию от датчиков вращения колёс, датчика скорости автомобиля и бортовой шины данных автомобиля. Чаще всего используются два микропроцессора, работающие по общей шине. Блок имеет обычную для компьютеров конфигурацию с оперативной и постоянной памятью, периферийными устройствами и силовыми ключами.

Требования по надёжности, предъявляемые к тормозам, заставляют применять дублирование основных узлов и механизмов. Чаще всего применяются два независимых контура, различаются лишь схемы их подключения к колёсам. Поэтому в реальных конструкциях число деталей может быть разным.

В настоящее время наиболее типовой стала четырёхканальная система с разделением дублирующих контуров по диагонали. То есть на каждое колесо имеется свой датчик вращения и пара клапанов, а в общий гидроблок интегрированы по два разделённых по контурам насоса и гидроаккумулятора. Один контур обслуживает правое переднее и левое заднее колёса, второй соответственно левое переднее и правое заднее.

При отказе любого из контуров всегда при торможении будет задействовано одно переднее и одно заднее колёса, а стабильность торможения обеспечивается как работой АБС, так и конструкцией передней подвески с отрицательным плечом обката.

Алгоритмы работы системы

Особенности действия каждой версии АБС могут существенно отличаться, поскольку процесс совершенствования идёт до сих пор. Как ни странно, недостатки продолжают проявляться, видимо инженеры сталкиваются с действительно сложными проблемами. Хотя это стараются и не афишировать. Но от независимых тестов не скрыться, а они иногда выявляют просто неприемлемые недостатки в серийных автомобилях самых солидных фирм. Но общие принципы построения достаточно хорошо известны.

Процессор АБС непрерывно подсчитывает разницу между скоростью автомобиля, то есть перемещением центра колеса относительно дороги за единицу времени, и линейной скоростью поверхности протектора. Задаются определённые диапазоны, в пределах которых торможение будет считаться стабильным или нет. В последнем случае АБС начинает вмешиваться в торможение.

Первым этапом реагирования станет закрытие впускного клапана и переход в режим удержания давления. Если скорость вращения колеса продолжит уменьшаться, то это снижает коэффициент трения и грозит полной блокировкой. Система открывает выпускной клапан, часть жидкости уходит в аккумулятор и давление понижается. По мере увеличения скорости вращения будет возвращён режим удержания давления и так далее.

АБС сейчас почти повсеместно стала дополняться функциями стабилизации автомобиля при вращениях вокруг его вертикальной оси. Анализ данных и принятие решений при этом происходит уже по другим алгоритмам. Строго говоря, к функциям АБС это уже не относится. Основная задача – минимизация тормозного пути и сохранение возможности маневрировать при самом резком, паническом торможении. Ведь заблокированные колёса уже никак не реагируют на вращение руля.

Врождённые недостатки АБС

• Самое главное – это невозможность в автоматическом режиме принимать решение о разрешении блокировки. Бывают ситуации, когда тормозной путь на заблокированных колёсах оказывается короче, чем в режиме прерывистого торможения. Классический пример – торможение на сыпучем покрытии, снег, грязь или песок. В этом случае полностью заторможенное колесо нагребает перед собой валик из дорожного покрытия, и автомобиль останавливается весьма интенсивно.

АБС в тех же условиях быстро придёт к выводу о чрезвычайно скользкой дороге и практически полностью запретит работу тормозов. Выход из ситуации может быть только одним – отключать систему вручную или автоматически. Применяются разные способы: введение нижнего порога скорости срабатывания, ручное управление путём выставления конкретного типа дорожного покрытия или даже попытки регулировать работу при движении на подъёмах и спусках.

• Наличие АБС делает практически невозможными правильную замену в автомобиле тормозной жидкости и прокачку системы без наличия дилерского сканера со специальной управляющей программой. Трудно сказать, является ли это недостатком. Всё же тормоза – тема очень серьёзная, и отдаление их от самодеятельного вмешательства повышает безопасность. Заводская программа, имея возможность управлять насосом и клапанами в строго определённой последовательности, способна тщательно удалить все остатки старой загрязнённой и насыщенной водой жидкости из самых труднодоступных мест. Простой прокачкой с помощью педали этого не добиться.

Видео: ABS что это? Антиблокировочная система автомобиля.