Тормозная система грузовиков с электронным управлением

Тормозная система грузовых автомобилей с электронным управлением

 

С дальнейшим развитием двухконтурной пневматической тормозной системы в сере­дине 90-х появилась тормозная система с электронным управлением (EBS). Модульная конструкция позволяет охватить различные типы грузовых автомобилей лишь с небольшим ко­личеством компонентов. Особенности грузовых ав­томобилей и различные факторы можно в значительной степени учесть путем соответ­ствующего программирования центрального ЭБУ. Вот о том, из каких компонентов состоит тормозная система грузовых автомобилей с электронным управлением, мы и поговорим в этой статье.

 

 

 

Схема управления определяется коли­чеством осей и их расположением, а также необходимым объемом функций, и варьиру­ется от 4S/4M до 8S/6M (S — датчик угловой скорости колес, М — модуль регулирования давления).

 

Конструкция тормозной системы с электронным управлением

 

Тормозная система с электронным управле­нием (рис. «Рабочая тормозная система тормозной системы с электронным управлением» ), как и традиционные пневма­тические тормоза с антиблокировочной систе­мой (ABS), состоит из системы подачи сжатого воздуха, только функции регулятора давле­ния, воздухоосушителя и многоконтурного предохранительного клапана могут быть ском­бинированы в одном электронном блоке (ЕАС, Electronic Air Control). Таким образом, можно лучше адаптировать определенные функции — такие как, например, последовательности за­полнения или восстановление — к требуемым условиям и гарантировать даже больший уро­вень функциональной надежности.

 

Рабочая тормозная система тормозной системы с электронным управлением

 

В электронной тормозной системе энер­гия тоже аккумулируется в ресиверах сжа­того воздуха, и оттуда подается на модули регулировки давления и на клапан рабочего тормоза. Клапан рабочего тормоза состоит из электрического датчика хода педали и пнев­матической секции, функционально иден­тичной прежнему варианту по конструкции. Датчик хода педали, состоящий из двух ре­зервных потенциометров, отклоняемых с по­мощью устройства управления, отправляет на центральный ЭБУ два вида сигналов противо­положного напряжения. В свою очередь, ЭБУ активирует модули регулирования давления на передней и задней осях, чтобы необхо­димое тормозное давление направлялось в тормозные цилиндры, находящиеся за моду­лями регулирования давления. Это тормоз­ное давление контролируется встроенными датчиками давления модулей регулирования давления. В то же время имеется обратная связь тормозного давления с пневматической секцией клапана рабочего тормоза для пере­дачи интенсивности торможения.

Модули регулирования давления могут быть одноконтурными или двухконтурными. Если автомобиль рассчитан на движение с прицепом, то в качестве замены для регу­лирующего клапана прицепа предусматри­вается модуль управления прицепом. Этот модуль управления прицепом так же активи­руется центральным ЭБУ при торможении и обеспечивает адаптированное управляющее давление на «тормозной» соединительной головке (желтой). Это позволяет двигаться с прицепом, имеющим традиционные тор­моза. Если автомобиль движется с прице­пом, имеющим независимую электронную тормозную систему, то управление осущест­вляется через электрический разъем ISO 7638 (ABS-разъем). Тем не менее, прицеп должен быть соединен и пневматически, потому что это единственный способ подачи на прицеп давления и пневматического управления им в случае сбоя в электронной системе. Управляя электронной тормозной системой в прицепе, можно обеспечить оптимальное соотноше­ние по эффективности торможения между тягачом и прицепом. Одновременное, совпа­дающее по параметрам торможение обеспе­чивает оптимальное соотношение сцепления шин с дорогой и тормозных сил.

 

Другие функции, такие как антиблокировочная система (ABS), система управления тяговым усилием (TCS) и система динами­ческой стабилизации (ESP), входят в объем функций электронной тормозной системы. Вращение колес контролируется датчиками угловой скорости колес и антиблокировочной системой. В зависимости от конструкции, информация передается на центральный ЭБУ или модуль регулирования давления, где обрабатывается. В случае начинающейся блокировки колес, в зависимости от конфи­гурации и конструкции системы, выполня­ется управляющее вмешательство системы посредством модулей регулировки давления или расположенных далее клапанов регу­лирования давления, в соответствии с ва­риантами управления, известными системе ABS (индивидуальное регулирование, изме­ненное индивидуальное регулирование или регулирование с выбором малой нагрузки). Вмешательство системы управления тяговым усилием во время вращения колес проис­ходит в виде изменения крутящего момента двигателя и подтормаживания колес. Осталь­ные датчики требуются для функций системы динамической стабилизации. Это датчик угла поворота рулевого колеса, датчик скорости вращения автомобиля вокруг вертикальной оси и датчик поперечного ускорения. После анализа данных определяется отклонение от курса или складывание автопоезда, и выпол­няется стабилизация посредством создания определенного тормозного давления на со­ответствующих тормозных цилиндрах и вме­шательства других систем.

При возникновении сбоя в электрике, авто­мобиль можно затормозить с помощью одного или двух резервных пневматических контуров как минимум с требуемым эффек­том запасного торможения и с управляемой тормозной системой прицепа.

Оптимальное взаимодействие между всеми системами может быть достигнуто пу­тем обмена данными с другими системами в автомобиле и прицепе. Таким образом, могут быть реализованы оптимизированные про­цессы замедления и ускорения и дополни­тельные функции.

Преимущества применения электронных тормозных систем на грузовом автомобиле:

  • Быстрое и одновременное нагнетание дав­ления во всех тормозных цилиндрах;
  • Хорошее выполнение измерений, соот­ветственно, оптимальный комфорт тор­можения;
  • Оптимальное взаимодействие между тяга­чом и прицепом за счет управления силами сцепления;
  • Точное распределение тормозных сил;
  • Равномерный износ фрикционных накла­док;
  • Интеграция функций ABS, TCS и ESP (взаи­модействие тормозов и двигателя), легко реализуемое управление тягой для внедо­рожных условий;
  • Управление динамикой движения через взаимодействие двигателя и тормозов при обнаружении избыточной или недостаточ­ной поворачиваемости, в ответ на риск от­клонения от курса (автопоезда, сочленен­ные автобусы), и взаимодействие в ответ на риск опрокидывания;
  • Простота обслуживания благодаря расши­ренным функциям диагностики.

 

Компоненты электронной тормозной системы

 

Электронный блок управления

 

Центр управления электронной тормозной системы состоит из одного или нескольких ЭБУ. В настоящее время существуют системы с централизованной структурой (т.е. все про­граммные функции выполняются в одном ЭБУ) и системы с децентрализованной кон­фигурацией — с несколькими ЭБУ.

 

Тормозной кран рабочей системы

 

Клапан рабочего тормоза с двумя пневматическими управляющими контурамиКлапан рабочего тормоза у электронной тормозной системы по конструкции схож с традиционными, чисто пневматическими клапанами рабочего тормоза. Однако в клапане рабочего тормоза также занесены электронные номинальные значения для регулировки тормозного давления (рис. «Клапан рабочего тормоза с двумя пневматическими управляющими контурами» ). Таким образом, он выполняет две функции. Два резервных датчика (например, потен­циометры) определяют желание водителя затормозить путем измерения длины хода толкателя клапана. Измеренное значение резервно передается на центральный ЭБУ, где преобразуется в запрос на торможение. Точно таким же образом, как и в случае с традиционным клапаном рабочего тормоза, подается пневматическое регулирующее дав­ление, соответствующее длине хода испол­нительного органа. Это регулирующее дав­ление требуется для резервного управления в случае сбоя.

 

Модули регулирования давления

 

Одноканальный модуль регулирования давленияМодули регулирования давления (рис. «Одноканальный модуль регулирования давления» ) являются интерфейсом между электронной тормозной системой и пневматически акти­вируемыми колесными тормозами. Модули преобразуют необходимые значения тормоз­ного давления, передаваемые по шине CAN, в пневматическое давление. Преобразование выполняется пропорциональными электро­магнитными клапанами или комбинацией впускных/выпускных электромагнитных клапанов. Датчик давления измеряет созда­ваемое давление. Таким образом, тормозное давление можно контролировать в замкну­том управляющем контуре. Электрически активируемый резервный клапан отсекает пневматическое регулирующее давление клапана рабочего тормоза, чтобы обеспечить электрическое регулирование давления без внешних вмешательств.

Монтаж модулей регулирования давления выполняется рядом с колесами, для того чтобы электрические провода для подклю­чения датчиков угловых скоростей колес и датчиков износа колодок были короткими. Информация подготавливается в модуле ре­гулирования давления и передается по шине CAN на центральный ЭБУ. Это уменьшает за­траты на проводку в автомобиле.

 

Модуль управления тормозами прицепа

 

Электронный модуль управления тормозами прицепа позволяет изменять регулирующее давление прицепа согласно функциональ­ным требованиям электронной тормозной системы. Пределы диапазонов электриче­ского управления определяются требова­ниями законодательства. Электроннозада­ваемое номинальное значение преобразуется в физическое тормозное давление посред­ством примерно такого же расположения электромагнитного клапана, как и в модуле регулировки давления. Резервное давление отсекается либо резервным электромагнит­ным клапаном, либо путем пневматического удержания, в зависимости от конструкции.

При обычных условиях модуль управления прицепом должен активироваться двумя не­зависимыми управляющим сигналами. Это могут быть два пневматических сигнала из двух управляющих контуров, либо один пнев­матический и один электрический управляю­щие сигналы.

 

Вспомогательные тормозные системы с электронным управлением

 

В грузовых автомобилях используется глав­ным образом два типа вспомогательных тормозных систем — по отдельности либо в комбинированном виде: торможение двига­телем за счет дросселирования выхлопа и тормоз-замедлитель.

 

Система с торможением двигателем

 

Сопротивление, которое двигатель оказывает скорости, задаваемой извне без подачи то­плива, называется торможением двигателем за счет дросселирования выхлопа. Торможе­ние двигателем у стандартных двигателей составляет 5-7 кВт на литр рабочего объема. Требования, изложенные в §41, с. 15 не могут соблюдаться с чисто горным тормозом. Для повышения эффекта торможения двигате­лем можно использовать дополнительные меры.

 

Моторный тормоз с выпускной заслонкой

 

В моторном тормозе с выпускной заслонкой имеется клапан с заслонкой, закрывающей тракт выпуска отработавших газов. Одно­временно перекрывается подача топлива. В результате в системе выпуска отработавших газов образуется противодавление, которое должно преодолеваться каждым поршнем во время такта выпуска (рис. «Моторный тормоз с заслонкой и дополнительным клапаном регулирования давления» ). Мощность тор­можения можно регулировать с помощью кла­пана регулирования давления в тракте выпуска ОГ. Кроме того, этот клапан предотвращает повреждение механизма из-за чрезмерного давления на высоких оборотах.

Моторный тормоз с выпускной заслон­кой — самый популярный вариант, исполь­зуемый в грузовиках и автобусах, обеспечи­вающий мощность торможения 14-20 кВт на литр рабочего объема двигателя.

 

Моторный тормоз с заслонкой и дополнительным клапаном регулирования давления

 

Моторный тормоз с постоянным дросселем

 

Моторный тормоз с постоянным дросселем называют также декомпрессионным тормо­зом. В этом случае работа, выполняемая дви­гателем в такте сжатия, не используется. Вы­пускные клапаны или дополнительный клапан (постоянный дроссель, рис. «Моторный тормоз с заслонкой и постоянным дросселем» ) определенным образом открываются в конце такта сжатия, уменьшая давление, созданное в такте сжатия. Таким образом, в такте расширения на колен­вал не передается дополнительная работа.

 

Моторный тормоз с заслонкой и постоянным дросселем

 

Мощность торможения можно дополни­тельно повысить, скомбинировав заслонку с постоянным дросселем (рис. «Моторный тормоз с заслонкой и постоянным дросселем» ). Эта комбина­ция может обеспечить мощность торможения 30-40 кВт на литр рабочего объема.

 

Тормоз-замедлитель

 

Тормоза-замедлители — это неизнашиваемые тормоза непрерывного действия. Существует два типа тормозов-замедлителей, различаю­щихся принципом работы: гидродинамические и электродинамические. Обе системы снимают нагрузку с рабочей тормозной системы и тем самым повышают экономическую эффектив­ность автомобиля. Использование гидродина­мического замедлителя может продлить срок службы рабочего тормоза в 4-5 раз.

В современных автомобилях тормоза- замедлители встраиваются в систему управле­ния торможением. Моторный тормоз и тормоз- замедлитель часто комбинируются друг с другом как тормоза непрерывного действия. В этом слу­чае тормоза должны активироваться с помощью электронной системы управления тормозами.

 

Гидродинамический тормоз-замедлитель

 

Гидродинамические тормоза-замедлители, называемые также гидравлическими, делятся на первичные и вторичные замедлители.

Принцип работы тормоза-замедлителя на примере тормоза замедлителя ZFПервичный тормоз-замедлитель распола­гается между двигателем и трансмиссией, а вторичный — между трансмиссией и ведущей осью. И первичный, и вторичный тормоза- замедлители работают одинаково. При акти­вации тормоза-замедлителя масло закачива­ется в рабочую область. Ротор ускоряет это масло и перемещает его на внешнем диаме­тре к статору (рис. «Принцип работы тормоза-замедлителя на примере тормоза замедлителя ZF» ). Там масло попадает на статичные лопасти статора и движение масла замедляется. На внутреннем диаметре оно те­чет в ротор. Вращательное движение ротора затрудняется, и автомобиль замедляется.

Кинетическая энергия в основном преоб­разуется в тепловую. По этой причине часть масла должна постоянно охлаждаться в те­плообменнике.

Тормозной момент может быть создан с по­мощью ручного рычага или педали тормоза (в случае, когда замедлитель встроен в EBS, электронно управляемую тормозную систему). Тормозной момент тормоза-замедлителя за­висит от степени заполнения рабочей области между ротором и статором. Степень заполне­ния регулируется ЭБУ через регулировку дав­ления пропорциональными клапанами.

Тормоз-замедлитель можно активировать гидравлически или пневматически, при этом тормозной момент может быть достигнут как в дискретных ступенях торможения, так и бесступенчато. В качестве рабочей среды в тормозе-замедлителе в основном используется масло. Современные гидравлические тормоза- замедлители могут кратковременно выдавать мощность до 600 кВт. Однако непрерывная мощность торможения тормоза-замедлителя зависит от охлаждающей способности системы охлаждения автомобиля. Современные автомо­били могут рассеивать через систему охлаждения непрерывную мощность торможения тормоза- замедлителя в 300-350 кВт. Для обнаружения перегрева тормоза-замедлителя или системы охлаждения используются датчики, и при необ­ходимости мощность торможения уменьшается в управляемых условиях до уровня, когда она ста­новится равной количеству рассеиваемого тепла.

 

Первичный тормоз-замедлитель

 

Рабочие диапазоны первичного и вторичного тормозов-замедлителейВ случае с первичным тормозом-замедлителем, размещаемым между двигателем и трансмис­сией, за конвертером, сила передается через ведущие оси и трансмиссию таким образом, что суммарный момент торможения двигате­лем направляется через трансмиссию. Тор­мозящий эффект первичного замедлителя зависит от оборотов двигателя и выбранной передачи, но не зависит от скорости автомо­биля. Отсутствие этой зависимости от скоро­сти является одним из главных преимуществ первичных тормозов-замедлителей. Они очень эффективны на скоростях до 25-30 км/ч (рис. «Рабочие диапазоны первичного и вторичного тормозов-замедлителей» ). По этой причине первичные тормоза- замедлители в основном используются в ав­томобилях, рабочая скорость которых обычно невысокая — например, в городских автобусах и муниципальных автомобилях. Еще одним преимуществом является компактная кон­струкция. Недостатком первичных тормозов- замедлителей является прерывание тормозя­щего усилия при переключении передач. При переключении передач тормозящее усилие не­обходимо уменьшать.

 

Вторичный тормоз-замедлитель

 

В случае со вторичным тормозом- замедлителем (рис. «Гидродинамический вторичный тормоз-замедлитель мощность торможения до 600 кВт» ), размещаемым за двигателем, сцеплением и трансмиссией, сила передается непосредственно через вы­ходной вал. Гидродинамический вторичный тормоз-замедлитель мощность торможения до 600 кВтВ отличие от первичного тормоза- замедлителя, здесь не происходит прерыва­ния тормозного усилия при переключении передач. Эффект торможения зависит от соотношения выходного вала и от скорости движения. Он не зависит от выбранной пере­дачи. Тормозной момент вторичного тормоза- замедлителя сильно зависит от оборотов ро­тора. По этой причине они часто повышаются с помощью высокоскоростного каскада.

Вторичный тормоз-замедлитель имеет очень высокую эффективность на скоро­стях более 40 км/ч (рис. 4); на скоростях до 30 км/ч тормозной момент сильно па­дает. В силу своей конструкции вторичный тормоз-замедлитель можно впоследствии адаптировать к трансмиссии. Дополнитель­ная масса вторичного тормоза-замедлителя с сопутствующим теплообменником и объ­емом масла часто считается недостатком, поскольку уменьшает полезную нагрузку автомобиля.

Вторичные тормоза-замедлители главным образом используются в грузовых автомо­билях дальнего следования и туристических автобусах, имеющих высокую крейсерскую скорость.

 

Электродинамический тормоз-замедлитель

(торможение вихревыми токами)

 

Электродинамический тормоз-замедлительЭлектродинамический тормоз-замедлитель (рис. «Электродинамический тормоз-замедлитель»  имеет два немагнитных стальных диска (ротора), соединенных с торсионным натяжением с входным и выходным валами (здесь: с карданным валом), и статор с 8 или 16 катушками, и крепится с помощью звез­дообразного кронштейна к раме автомобиля. Как только через катушки начинает течь элек­трический ток (от генератора или аккумуля­торной батареи), создаются магнитные поля, замыкаемые роторами. Магнитные поля на­водят во вращающихся роторах вихревые токи. Эти токи, в свою очередь, создают в ро­торах магнитные поля, взаимодействующие с существующими магнитными полями, и в результате возникает тормозящий эффект. Тормозной момент определяется силой поля возбуждения, скорости вращения и зазора между статором и ротором. С увеличением зазора тормозной момент уменьшается; этот зазор можно отрегулировать с помощью прокладок. Промежуточные ступени с раз­личными тормозными моментами (рис. «Характеристика тормозного момента электродинамического тормоза замедлителя»  ) получаются путем соединения катушек воз­буждения в различных конфигурациях. Вы­деляемое тепло рассеивается в атмосферу путем конвекции и излучения через диски ротора с внутренней вентиляцией.

Поскольку роторы сильно нагреваются, мощность торможения электродинамического тормоза-замедлителя значительно снижается (рис. «Влияние передаточного числа и температуры ротора на работу электродинамических тормозов-замедлителей» ). Мощность торможения тормоза-замедлителя уменьшается системой защиты от перегрева во избежание разрушения тормоза- замедлителя из-за слишком высокой темпера­туры при торможении.

Характеристика тормозного момента электродинамического тормоза замедлителя Влияние передаточного числа и температуры ротора на работу электродинамических тормозов-замедлителей

 

Как и первичный тормоз-замедлитель, электродинамический тормоз-замедлитель отличается высокой мощностью торможе­ния на низких оборотах двигателя и относи­тельной простотой конструкции. Однако его масса может достигать 350 кг, в зависимости от размера.

В следующей статье я расскажу про колесный тормоз.

 

 

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЁ ПОЧИТАТЬ:

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *