Допоміжні гальмові пристрої

Допоміжні гальмові системи автомобіля призначені для зменшення навантаження робочих колісних гальмових механізмів. Звичайно їх називають гальмами-уповільнювачами. Використовують такі гальма при роботі автомобіля (автопоїзда) у гірських умовах.

Найчастіше як допоміжне гальмо використовують основний двигун автомобіля під час примусового його обертання без подачі палива (режим компресора). Таку систему називають моторним гальмом-уповільнювачем.

Крім того, на сучасних вантажних автомобілях часто використовують гідравлічні гальма-уповільнювачі - так звані ретардери (hydraulic retarder).

За конструкцією система моторного гальма-уповільнювача складається із заслінок дросельного типу (рис. 6.42), розташованих у випускних трубах глушника двигуна. При їх повертанні створюється опір виходу відпрацьованих газів і при одночасному припиненні подачі палива двигун переходить у режим гальмування.

Кожний механізм складається з корпуса 1 зі сферичною порожниною, заслінки 3, вала 4 і поворотного важеля 2, що з'єднаний зі штоком пневматичного виконуючого циліндра. Інший пневмоциліндр керує припиненням подачі палива у двигун.

Гідравлічний уповільнювач - ретардер (рис. 6.43) складається з насосного і турбінного 2 коліс з лопастями, що розміщені у герметично закритому корпусі 3 ретардера. Насосне колесо прикріплене до карданного вала автомобіля. Турбінне колесо нерухомо приєднане до корпуса ретардера. У корпусі є порожнина з мастилом і система клапанів. До корпуса, крім того, прикріплений теплообмінник 8 ретардера, який сполучається із системою охолодження двигуна.

Під час гальмування за командою водія впускні клапани системи керування підводять деяку кількість мастила у порожнину з робочими колесами. Насос починає створювати інтенсивний потік мастила, яке, потрапляючи на лопатки турбіни, викликає силу опору обертанню насосного колеса, створюючи у такий спосіб гальмовий момент на карданному валу. При роботі ретардера мастило нагрівається, а потрапляючи після турбінного колеса у теплообмінник 8, охолоджується. На деяких вантажних автомобілях (наприклад Volvo F-13), крім моторних гальмо-уповільнювачів використовують також електромагнітний уповільнювач. Але широкого вико рис-тання такі конструкції у світовому автомобілебудуванні поки що не мають.

Регулятор гальмових сил на автомобілі з пневматичним гальмовим приводом виконує ті самі функції, що і в системах з гідравлічним приводом. Найбільш розповсюджена конструкція такого регулятора показана на рис. 6.44. Між двома частинами корпуса 4 регулятора затиснуті краї мембрани 8. У центрі мембрана закріплена на нижній частині поршня 6. На поршні по всьому периметру зроблені ребра. Такі самі радіальні ребра зроблені у вставці 5 корпуса.

У поршні встановлений плаский клапан 7, притиснутий до впускного сідла пружиною. Рухоме випускне сідло 10 спирається на шарову п'яту 11, що встановлена на валу 3. На іншому кінці вала закріплений важіль 9, який за допомогою системи тяг з'єднаний з балками мостів заднього візка тривісного автомобіля. Рухливе сідло може переміщуватися в напрямку нижньої половини корпуса. Знизу до сідла притиснутий поршень 12, порожнина під яким трубкою 1 з'єднана з виходом А, а до нього підводиться повітря від гальмового крана. Вихід Б з'єднується з гальмовими камерами, а порожнина В через клапан 2 -з атмосферою.

Положення рухомого сідла 10 у корпусі визначається п'ятою 11 і залежить від прогину ресор. Тому рівноважне положення поршня б досягається при різній активній площі мембрани. Остання залежить від того, яка частина мембрани стикається з ребрами поршня, а яка - з ребрами вставки 5 корпуса. Чим більша активна площа стикається з ребрами поршня, тим при меншому тиску повітря, що діє на мембрану знизу, досягається рівноважне положення поршня.

Тому чим менше прогнуті ресори і чим нижче опускається рухливе сідло 10, тим більша різниця у тисках повітря на виходах А і Б. Отже, при меншому завантаженні автомобіля встановлюється менший тиск повітря в задньому контурі гальмового привода порівняно з переднім. При розгальмуванні тиск повітря у порожнині А падає, поршень 6 піднімається вгору і повітря з гальмових камер через випускне сідло 10 і порожнину В виходить в атмосферу.

6.5.3. Антиблокувальні системи (АБС)

Однією з основних величин, що визначає гальмові властивості, стійкість і керованість автомобіля, є сила зчеплення його коліс з дорогою. Величина цієї сили залежить від конструкції і фізичного стану шини, а також від виду і властивостей опорної поверхні. Поряд з цим сила зчеплення колеса з дорогою значною мірою залежить від величини прослизання шини по опорній поверхні.

При збільшенні гальмового моменту на колесі його шина починає чимраз більшою мірою ковзати по дорозі. При цьому сила зчеплення шини з дорогою спочатку збільшується, а потім, досягнувши максимуму при досить великому ступені ковзання, різко зменшується при повному блокуванні колеса. Таке зменшення відбувається не тільки в подовжньому, але й у бічному напрямках.

Цим пояснюється збільшення гальмового шляху при блокуванні одного чи декількох коліс автомобіля. Крім того, при блокуванні коліс виникає небезпечна тенденція ковзання їх у бічному напрямку, що різко порушує стійкість і керованість автомобіля. Найчастіше ці небажані явища відбуваються при низькому коефіцієнті зчеплення коліс з опорною поверхнею - на дорогах, покритих брудом, мокрих чи зледенілих.

Запобіганню блокуванню коліс під час гальмування автомобіля служить антиблокувальна система (скорочено АБС). Основною задачею АБС є підтримування в процесі гальмування оптимальної величини відносного ковзання коліс по дорозі, що забезпечують максимальну силу їх зчеплення. У цьому випадку досягаються оптимальні характеристики процесу гальмування - мінімальний гальмовий шлях автомобіля, його стійкість і керованість.

Основним принципом роботи АБС є автоматичне регулювання гальмового моменту на колесах під час гальмування автомобіля.

Вперше АБС застосували в авіації у 1949 р. На автомобілях перші зразки АБС з'явилися в 1969 р. У наш час при розробках різноманітних схем АБС досягнуті такі результати, що дають змогу встановлювати ці відносно складні електронні системи на серійні автомобілі.

Незалежно від конструкції, будь-яка АБС повинна мати такі функціональні елементи:

датчики, функцією яких є одержання інформації про зміни кутової швидкості колеса, величини уповільнення автомобіля, про робоче тіло (гальмову рідину чи повітря) у гальмовому приводі тощо;

блок керування, звичайно електронний, який, одержавши інформацію від датчиків, після логічної її обробки дає команду виконавчим механізмам гальмового приводу;

виконавчі механізми (модулятори тиску), що залежно від команди, яка надійшла з блока керування, знижують, підвищують або утримують на постійному рівні тиску гальмовому приводі коліс.

Процес регулювання гальмових моментів на колесах за допомогою АБС має циклічний характер. Пояснити його можна за аналогією з діями водія під час гальмування автомобіля.

Досвідчений водій, цілком ясно уявляючи собі наслідки блокування коліс, застосовує так зване переривчасте гальмування: відчувши збільшення прослизання одного чи декількох коліс по дорозі і передбачаючи ймовірність їх блокування, починає періодично зменшувати, а потім збільшувати силу свого тиску на гальмівну педаль, намагаючись у такий спосіб утримувати колеса на грані блокування. Природно, що вдається це йому далеко не завжди.

Автоматична система АБС діє, в основному, за тим самим принципом, що й водій: під час гальмування автоматично регулює тиск повітря чи рідини у гальмовому приводі, не допускаючи блокування коліс і забезпечуючи у такий спосіб максимальну силу зчеплення їх з дорогою. Однак АБС робить це більш точно й оперативно.

Цикл керування за допомогою АБС виглядає так. Під час гальмування автомобіля, у випадку значного уповільнення обертання (і можливого блокування) одного чи декількох коліс, датчики, встановлені в безпосередній близькості від коліс, посилають відповідні сигнали в бортовий комп'ютер.

Оперативно обробляючи цю інформацію, комп'ютер посилає сигнал ви-конавчому пристрою, що припиняє підведення робочого тіла (повітря або рідини) до гальмового механізму (механізмів) близького до блокування колеса (коліс). Одночасно з цим частина повітря (рідини) з гальмової камери випускається в атмосферу (у резервну ємність). Завдяки цьому тиск у приводі знижується і гальмовий моменту на колесі (колесах) зменшується. Колесо (колеса) починає розкручуватися - обертатися з прискоренням. При певному значенні прискорення система знову відкриває доступ повітря (рідини) у гальмову камеру (камери) або до робочого циліндра, і процес гальмування повторюється.

Описаний цикл регулювання гальмового моменту може повторюватися з частотою 5-6 разів на секунду (водію, звичайно ж, не під силу така частота). Час для першого циклу регулювання задається постійним, а для кожного наступного розраховується заново. Робота АБС продовжується доти, поки не зміняться умови зчеплення колеса (коліс) з дорожнім покриттям або водій не припинить гальмування.

Система автоматичного регулювання гальмових моментів на колесах автомобіля може також використовуватися для запобігання буксуванню ведучих коліс при підведенні до них занадто великих, за умовами зчеплення, крутних моментів. Це стає необхідним під час інтенсивних розгонів автомобіля або при русі в умовах бездоріжжя. Така система має назву антибуксовочної системи (ASR). Автомобілі з АБС і ASR, незважаючи на свою більш високу вартість, набувають дедалі більшої популярності.

Конструкція АБС, якою обладнують пневматичні гальмові приводи, має певні особливості. На рис. 6.45, а показана спрощена схема двоконтурного гальмового привода з АБС, що керує процесом гальмування задніх коліс автомобіля. У системі встановлений один модулятор 8, блок керування 6 і два датчики 7 біля коліс. До пневмосистеми під'єднаний також додатковий ресивер, необхідність якого зумовлена збільшенням витрати стиснутого повітря при роботі АБС. Включений у пневмопривід модулятор (рис. 6.45, б) одержує команди від блока керування і регулює тиск повітря в гальмових камерах. Модулятор працює за трифазовим циклом.

Фаза І - збільшення тиску: при натисканні на гальмову педаль гальмовий кран III з'єднує основний ресивер І з каналом 13 модулятора. Соленоїдні обмотки електромагнітних клапанів відімкнені від джерел струму; клапан 14 відкритий, а клапан 16 закриває зв'язок з атмосферою. Стиснене повітря надходить у порожнину А і переміщує поршень 12 донизу. Переміщуючись, поршень 12 закриває атмосферний клапан 11 і одночасно відкриває клапан 9 стиснутого повітря. При відкритті клапана 9 стиснене повітря з додаткового ресивера II через канали 17 і 10 надходить у гальмові камери. Гальмовий момент збільшується.

Фаза 2 - зменшення тиску: блок керування дає команду на розгальмування, з'єднуючи електромагнітні клапани з джерелом постачання повітря; клапан 14 опускається, перериваючи зв'язок основного ресивера І з модулятором, а клапан 16, опускаючись, відкриває вихід стиснутого повітря з порожнини А в атмосферу. Поршень 12 піднімається, відкриваючи при цьому атмосферний клапан; одночасно клапан стиснутого повітря 9 закривається, перериваючи зв'язок додаткового ресивера II з гальмовими камерами. Стиснене повітря з гальмових камер виходить в атмосферу. Гальмовий момент зменшується.

Фаза 3 - утримання тиску на постійному рівні: блок керування подає струм лише до електромагнітного клапана 14. Отже, обидва клапани залишаються закритими, що дає змогу підтримувати тиск стиснутого повітря у порожнині А і у гальмових камерах на постійному рівні. Гальмовий момент постійно підтримується.

При установці АБС у гальмівній системі з гідравлічним приводом застосо-вують два варіанти конструкції: замкнутий і розімкнутий.

Замкнутий, чи закритий, (гідростатичний) гідропривід працює за принципом зміни об'єму гальмівної системи в процесі гальмування. Такий привод відрізняється від звичайного установкою модулятора тиску (рис. 6.46) з додатковою камерою.

Модулятор працює за двофазовим циклом.

Фаза 1 - збільшення тиску: обмотка електромагніту 1 відімкнена від джерела струму. Якір 3 із плунжером 4 перебуває під дією пружини 2 у крайньому правому положенні. Клапан 6 пружиною 5 відтиснутий від свого гнізда. При натисканні на гальмову педаль тиск рідини, створюваний у головному циліндрі (вихід II), передається через вихід І до робочих гальмових циліндрів. Гальмовий момент росте.

Фаза 2 - зменшення тиску: блок керування вмикає обмотку електромагніта 1 в джерело струму. Якір 3 із плунжером 4 переміщується вліво, збільшуючи при цьому об'єм камери 7. Одночасно клапан 6 також переміщується вліво, перекриваючи вихід І до робочих гальмових циліндрів коліс. Через збільшення об'єму камери 7 тиск у робочих циліндрах колісних механізмів зменшується, а гальмовий момент знижується.

Далі блок керування подає команду на збільшення тиску і цикл повторюється.

У конструкції сучасних автомобілів з АБС віддається перевага розімкнутому - відкритому гідроприводу високого тиску, більш складному, але ж з більшою швидкістю дії порівняно з гідростатичним.

Розімкнутий, чи відкритий, гідропривід (привод високого тиску) має зовнішнє джерело енергії у вигляді гідронасоса 7 (рис 6.47), високого тиску у поєднанні з гідроакумуляторами 4. Гальмовий привод має два контури, тому необхідна установка двох автономних гідроакумуляторів. Тиск у гідроакумуляторах підтримується на рівні 14-15 МПа. У системі застосовано двосекційний клапан керування 6, який забезпечує слідкуючу дію - пропорційність між зусиллям на гальмовій педалі і тиском у гальмівній системі. При натисканні на гальмову педаль тиск від гідроакумуляторів передається до модуляторів 2, що автоматично керуються електронними блоками 3. Ці блоки одержують інформацію від колісних датчиків 1.

Залежно від прийнятого в АБС алгоритму функціонування можуть застосовуватися різні типи датчиків, що дають первинну інформацію про швидкість або прискорення автомобіля та про тиск у гальмовому приводі. Необхідна вихідна інформація формується шляхом диференціювання або інтегрування первинної інформації в блоці керування АБС.

За конструкцією, датчики можуть бути механічними, електричними, гідравлічними, пневматичними, радарними й ін. У наш час найчастіше застосовуються електричні датчики різних типів, що дають безупинну інформацію про кутову швидкість гальмуючого колеса. Диференціювання сигналів датчиків дає можливість одержувати в блоці керування безупинну інформацію про кутове уповільнення чи прискорення колеса.

Серед електричних датчиків найбільш широко застосовуються датчики індуктивно-частотного типу. Схема такого датчика наведена на рис. 6.48. Датчик складається з ротора - зубчастого диска (чи перфорованого кільця) з магнітного сплаву, закріпленого на колесі (звичайно на гальмовому барабані), і котушки індуктивності, встановленої нерухомо найчастіше на гальмовому щиті колісного механізму. Між сердечником котушки і зубчастим диском передбачається невеликий зазор (індуктивно-частотний датчик безконтактний).

При обертанні ротора у котушці індуктивності наводиться імпульсна ЕДС, частота й амплітуда якої пропорційна кутовій швидкості диска, а отже, колеса. Частота імпульсної ЕДС залежить від кількості зубів ротора (у сучасних конструкціях звичайно у межах 60-200).

Крім величини прискорення чи уповільнення колеса, диференціювання імпульсної інформації датчика блоком керування дає змогу одержувати інформацію про лінійну швидкість руху автомобіля. Для цього у блоці керування передбачено запам'ятовування кутової швидкості колеса в момент початку гальмування і безперервне обчислення лінійної швидкості автомобіля.

Варто мати на увазі, що зазначені обчислення виконуються з деякими похибками, що позначається на якості регулювання гальмового моменту.

Тому як в Україні, так і за кордоном ведуться інтенсивні пошуки способів безпосереднього виміру лінійної швидкості автомобіля, однак реального застосування на наявних АБС вони поки не набули. Деякі з цих способів, а саме радіо - і звуколокаційні, у майбутньому, очевидно, матимуть застосування в конструкціях АБС автомобілів.

Гідравлічні і пневматичні датчики, що дають безупинну інформацію про тиск у гальмовому приводі, також можуть застосовуватись в АБС. Але поки що вони на набули широкого застосування на автомобілях.

Блок керування АБС виконує основну роль в регулюванні гальмових моментів на колесах автомобіля. Його робота залежить від ступеня обчислення інерційності як елементів самого автомобіля (коліс, гальмового приводу, гальмових механізмів), так і самих агрегатів АБС (датчиків, модуляторів тощо).

Найбільше застосування мають електронні блоки керування, які відрізняються мінімальною інерційністю. Крім того, тільки в електронних блоках можливе таке регулювання гальмових моментів, при якому можна враховувати як інерційність елементів гальмової системи, так і багато інших факторів - швидкість автомобіля, пружні властивості шин і підвіски, гістерезисні втрати тощо.

Електронні блоки керування можуть бути аналоговими, цифровими і комбінованими. Нині часом застосовують аналогові блоки, що збираються на друкованих платах. Цифрові блоки керування застосовують частіше, їх будують із застосуванням інтегральних схем, вони можуть забезпечити вищу якість регулювання, але мають більшу вартість.

Сучасний аналоговий блок керування вміщує приблизно 250-300 електронних елементів: резисторів, конденсаторів та ін. Цифровий блок має набагато більше елементів.

Електронний блок комплектують багатьма додатковими пристроями: захисту від зовнішніх електромагнітних полів, що порушують процес регулювання; захисту зовнішніх ланцюгів від коротких замикань; сигналізації, що попереджає водія про несправність системи.

Контрольні питання

1. Яке призначення і вимоги до гальмової системи?

2. Яка класифікація гальмових систем?

3. Як поділяються гальмові механізми за формою рухомих елементів їх переваги і недоліки?

4. Які ви знаєте гальмові приводи в чому їх переваги і недоліки?

5. Назвіть призначення гальмових підсилювачів їх будову.

6. Назвіть основні величини, що визначають гальмові властивості гальм?

7. Основне призначення і порядок роботи антиблокувальних систем?