Антиблокувальна система (АБС, ABS) гальмування без юза
Призначення антиблокувальної системи
Здавалося б, що може бути простіше за гальмування автомобіля — достатньо зупинити обертання коліс, і машина зупиниться. Однак тут все не так однозначно і просто, як здається, і іноді просте гальмування може призвести до несподіваних результатів. Напевно, кожен водій потрапляв у ситуацію, коли при різкому натисканні на гальмо автомобіль не поспішав зупинитися, навпаки — заблоковані колеса просто ковзали дорогою, збільшуючи гальмівну колію, машина йшла юзом, і зростала ймовірність аварії. В чому причина?
А причина проста і криється у блокуванні коліс при сильному натисканні педалі гальма. Колесо, що обертається, має постійну за площею пляму контакту з дорожнім покриттям, і, незважаючи на обертання колеса, у кожний момент часу в цій плямі контакту спостерігається сила тертя спокою - вона-то і забезпечує хороше зчеплення колеса з дорогою і керованість автомобіля.
Але при сильному натисканні на педаль гальмівні колодки повністю блокують колеса, і вони йдуть юзом, тобто просто ковзають дорогою. В цьому випадку теж сила тертя спокою в плямі контакту змінюється силою тертя ковзання, і це докорінно змінює справу. Діюча сила тертя ковзання менша за силу тертя спокою, а значить, колесо втрачає контакт з дорогою, автомобіль ковзає і стає практично некерованим. Будь-яка бічна сила (а це може бути нерівність дороги, нерівномірність у обертанні провідних коліс і т.д.), що виникла при ковзанні, змушує автомобіль відхилитися від прямолінійної траєкторії - так виникають замети, бічне ковзання і, як наслідок, аварійні ситуації.
Запобігти неконтрольованому ковзанню можнаправильним гальмуванням, у якому немає блокування коліс. Досвідчені водії для цього використовують спеціальну методику гальмування - вони різко і швидко натискають і відпускають педаль гальма, на короткий час блокуючи колеса і відпускаючи їх. При такому гальмуванні колеса не блокуються повністю, не йдуть юзом, і автомобіль не зривається на замет.
У сучасних автомобілях проблему блокування коліс під час гальмування вирішує спеціальна активна система безпеки — антиблокувальна система (АБС). Ця система в автоматичному режимі перешкоджає блокуванню коліс, забезпечуючи найбільш ефективне гальмування, зберігаючи керованість автомобіля, та перешкоджаючи виникненню аварійної ситуації. Також АБС забезпечує можливість маневрування автомобіля при екстреному гальмуванні, що робить великий внесок у підвищення безпеки автомобіля.
Цікаво, що перші спроби створити подібну систему були зроблені всім відомою компанією Bosch (яка взагалі досягла успіху у справі створення автомобільних систем безпеки) у 1930-х роках, проте технології того часу не дозволяли створити систему, що нормально працює. У 1960-ті роки на цю тему знову звернули увагу, що було пов'язано з розвитком електроніки, проте перші успіхи були досягнуті десятиліттям пізніше — вже в 1970-х роках АБС стала опцією пропонуватися в представницьких автомобілях, а з 1978 року система стала штатною. для деяких моделей BMW та Mercedes-Benz. І відносно нещодавно — 2004 року — було ухвалено законодавче рішення про обов'язкове встановлення антиблокувальної системи на всіх нових автомобілях, що продаються на території Євросоюзу.
Наприкінці слід зазначити, що абревіатура ABS має німецьке походження, вона означає Antiblockiersystem. Однак вона зоднаковим успіхом підходить як під англійську назву системи (Antilock Brake System), так і під українську (АБС – антиблокувальна система).
Пристрій АБС
Антиблокувальна система має досить простий пристрій, вона включає кілька основних елементів:
- датчики частоти обертання коліс; - Електронний блок керування; - Виконавчі пристрої - гідромодулятори АБС.
Датчики обертання коліс. Ці датчики вимірюють кутову швидкість обертання коліс, і на основі інформації, що отримується, електронний блок управління приймає рішення про включення АБС. Сьогодні найчастіше використовуються датчики, засновані на ефект Холла, поширення набули і прості індукційні датчики.
Електронний блок управління. Це комп'ютер, "мозок" усієї системи, він обробляє інформацію з датчиків, і при виникненні критичної ситуації включає в роботу виконавчі пристрої. Сьогодні дуже часто використовується єдиний електронний блок для управління АБС, антипробуксовальної системи, системи курсової стійкості та інших активних систем безпеки.
Виконавчі пристрої. Зазвичай АБС входить гідравлічний блок, в якому об'єднані різні компоненти - клапани, насос, акумулятори тиску і т.д. Часто цей блок називають гідромодулятором, оскільки він створює змінний тиск у системі із частотою 15-20 разів на секунду.
Цікаво відзначити, що АБС може бути легко інтегрована навіть не в найновіший автомобіль — сучасні антиблокувальні системи є компактним і легким набором компонентів, який нескладно підключити до штатної гальмівної системи. Найбільш досконалі зразки АБС від компанії Bosch важать не більше кілограма і можуть встановлюватися практично на будь-які автомобілі.в тому числі і вантажні.
Принцип роботи АБС
Роботу антиблокувальної системи можна поділити на три етапи:
- Виникнення критичної ситуації (ризик блокування коліс) – електронний блок приймає рішення про включення гідравлічного блоку; - Робота гідравлічного блоку - періодичне підвищення та зниження тиску в гальмівній системі; - Вимкнення системи під час розблокування колеса.
Тут слід зазначити, що сучасні АБС працюють з урахуванням алгоритмів, закладених в електронному блоці управління, і спрацьовування системи відбувається над момент блокування коліс, а заздалегідь. Звичайно, найбільш просто було б зробити систему, в якій датчики відстежували швидкість коліс, і при зупинці колеса запускали б механізм його розблокування. Проте насправді така система неефективна, оскільки вона включається тоді, коли колесо вже заблоковане, отже, вона вирішує проблему.
Алгоритми роботи АБС складаються на основі вимірювання швидкості та кутового прискорення коліс, і діють "на випередження" - водій різко натиснув на газ, а систему вже "знає", що при поточній швидкості це з великою ймовірністю приведе до блокування коліс і починає діяти. Власне, розвиток сучасних антиблокувальних систем і спрямований на підвищення ефективності її роботи на всіх режимах та швидкостях.
Робота АБС виглядає так. При виникненні критичної ситуації (кутова швидкість колеса різко знижується) електронний блок включає гідромодулятор, який спочатку стабілізує тиск у гальмівному циліндрі колеса (закриває впускний та випускний клапани), а потім забезпечує пульсацію тиску гальмівної рідини. При падінні тиску (відкривається випускний клапан, і гальмівна рідина подається в акумулятортиску) колесо перестає блокуватися і провертається на деякий кут, при підвищенні тиску (гальмівна рідина нагнітається в циліндр через впускний клапан) колесо підгальмовується. У результаті колесо не гальмується повністю, а повільно провертається, перебуваючи на межі блокування.
Пульсація тиску гальмівної рідини відбувається з частотою 15-20 разів на секунду, і це виразно відчувається ногою - педаль гальма при включенні АБС також починає пульсувати. При достатньому зниженні швидкості та усунення ризику блокування система вимикається. Робота системи зазвичай відображається відповідним індикатором на панелі приладів автомобіля.
Вище ми сказали, що колеса під час спрацьовування АБС знаходяться на межі блокування, а де лежить ця грань? Для визначення часто використовується таке поняття, як ступінь загальмованості колеса, що змінюється від 0% (колесо повністю розгальмовано) до 100% (колесо заблоковане). Найбільш ефективне гальмування виробляється за ступеня загальмованості колеса на рівні 15-20% — саме настільки загальмовує колеса антиблокувальна система.
Загалом робота АБС імітує той стиль гальмування, який здавна використовується досвідченими водіями для запобігання юзу — різкі та часті натискання та відпускання педалі гальма. Тільки електронна система працює надійніше, якісніше та ефективніше, ніж найдосвідченіший шофер.
Типи антиблокувальних систем
На сьогоднішній день існує чотири основні типи АБС, які відрізняються кількістю керуючих каналів. Канали можуть бути від одного до чотирьох, і кожен тип системи має відповідну назву.
Одноканальна АБС. Система керує відразу всіма колесами одночасно, в такій системі передбачено по одному впускному та випускномуклапану, та тиск рідини змінюється відразу у всій гальмівній системі. Зазвичай одноканальна АБС управляє лише колесами провідної осі, у своїй використовується один датчик. Така система не відрізняється ефективністю і часто може давати збій.
Двоканальна АБС. У такій системі окремо керуються колеса кожного борту. АБС цього типу непогано працює, так як дуже часто автомобіль в екстрених ситуаціях з'їжджає на узбіччя, і в момент включення АБС колеса правого та лівого бортів знаходяться на поверхнях з різними характеристиками, тому для їхнього ефективного гальмування необхідно використовувати різні алгоритми АБС.
Трихканальна АБС. У даній системі колеса задньої осі управляються одним каналом (як в одноканальній системі), а передні колеса мають індивідуальне керування.
Це найбільш досконала АБС, в ній на кожному колесі є датчик і клапани, чим досягається максимальний контроль і можливість керування кожним колесом незалежно від інших.
Різні типи АБС неоднаково працюють на різних типах транспортних засобів, тому всі вони сьогодні набули того чи іншого поширення. Важливу роль відіграє і ціна систем — чотириканальна коштує дорожче за інші, тому встановлюється на дорогих автомобілях, триканальні системи широко застосовуються на легкових машинах, двоканальні — на невеликих вантажівках тощо.
Особливості керування автомобілем з АБС
Робота антиблокувальної системи має свої особливості, які потрібно враховувати при керуванні автомобілем.
Сила натискання на гальмо педаль. При екстреному гальмуванні потрібно натискати педаль гальма, що називається, в підлогу - АБС спрацює тільки в цьому випадку. Сьогодні багато автомобілів оснащені додатковою системоюBrake Assist (система допомоги при екстреному гальмуванні) — ця система визначає початок екстреного гальмування, і якщо педаль гальма натиснута недостатньо сильно, вона сама піднімає тиск у гальмівній системі, запускаючи дію АБС.
Зворотний зв'язок педалі гальма. При спрацьовуванні АБС педаль гальма починає помітно пульсувати, що іноді лякає недосвідчених водіїв. До цієї особливості системи потрібно просто звикнути.
Гальмування на слизькій дорозі на шипованій гумі. Один із недоліків АБС криється в невисокій ефективності гальмування автомобіля, на якому встановлені покришки із шипами. Для такої машини найкращим гальмуванням якраз буде блокування коліс - у цьому випадку шипи "вп'ються" в лід і ефективно загальмують. Плавне кочення шипованих коліс дещо подовжує гальмівний шлях.
Гальмування на снігу, гравії та на дорогах з іншим пухким покриттям. У цих випадках антиблокувальна система теж не завжди виявляється ефективною, і часто, особливо на свіжому снігу, гальмівний шлях виявляється довшим. Пов'язано це з тим, що при блокуванні коліс на дорозі з пухким покриттям спрацьовує так званий ефект плуга - перед ковзним колесом нагрібається валик з пухкого матеріалу, який перешкоджає руху автомобіля і швидше призводить до гальмування.
Гальмування на дорозі з нерівним покриттям. Якщо дорога рясніє ямами та купинами, то АБС може некоректно спрацювати через короткостроковий відрив колеса від нерівного дорожнього полотна. Таке трапляється вкрай рідко, але поганих доріг в Україні багато, тому краще виявляти обережність.
Маневрування на гальмах. Велика перевага наявності антиблокувальної системи – можливість впевненого керування та маневрування автомобіля при екстреному гальмуванні. Блокуванняколіс майже завжди призводить до зриву в замет і втрати керованості машини, але АБС забезпечує впевнене зчеплення коліс з дорожнім покриттям, тому автомобіль слухається керма. Це ще одна можливість уникнути зіткнення чи звалювання в кювет у екстреній ситуації.
В іншому ж експлуатація автомобіля з АБС не має особливостей та складнощів, і навпаки – такі машини найкраще підходять водіям із малим стажем. Як показує статистика, наявність АБС скорочує ризик ДТП, що робить автомобілі та дороги безпечнішими.