Современные пневматические тормозные системы

КАК БЫЛИ ПРИДУМАНЫ ТОРМОЗА? Если отключить двигатель от ведущих колес, то автомобиль будет продолжать движение по инерции (накатом). Под действием сил сопротивления движению скорость автомобиля снижается и, наконец, он останавливается. Однако торможение при этом происходит на большом участке пути. Более эффективным является торможение под действием специально создаваемой внешней силы, называемой тормозной. Эта сила возникает между колесом и дорогой в результате того, что тормозной механизм препятствует его вращению. Направление тормозной силы противоположно направлению движения автомобиля. Тормозная сила тем больше, чем сильнее тормозной механизм препятствует вращению колеса. Ее максимальное значение зависит от сцепления колеса с дорогой и силы, прижимающей колесо к дороге, и равно их произведению.

Чем больше коэффициент сцепления, тем больше может быть тормозная сила. Так, на асфальтовой сухой дороге (к = 0, 8) торможение более эффективно, чем на той же дороге после дождя (к = 0, 5). Лучшее сцепление колеса с дорогой происходит при его качении. Когда колесо блокируется и скользит по дороге, коэффициент сцепления уменьшается на 20–30%. Этим объясняется то, что при торможении колесо надо удерживать на грани блокировки, не допуская юза. Здесь располагается зона ответственности антиблокировочной системы, штатно прижившейся практически на всех коммерческих автомобилях.

Для получения максимального торможения следует делать все колеса тормозящими, т. е. использовать прижимную силу каждого колеса автомобиля. Эти прижимающие силы на передних и задних колесах автомобиля меняются вследствие загрузки машины, особенно у грузовых автомобилей, автопоездов и автобусов. Кроме того, по мере увеличения замедления вертикальная нагрузка на передних колесах возрастает, а на задних уменьшается. Для повышения эффективности торможения и тормозные силы должны меняться в соответствии с изменением этих нагрузок. Такие функции в обычной системе выполняются специальными устройствами, называемыми «регуляторами тормозных сил».

Важнейший параметр - время срабатывания тормозной системы. Оно определяется быстродействием собственно механизма и быстродействием привода. Время срабатывания механизма практически полностью определяется зазором между колодками и барабаном либо диском. В пневматическом приводе тормозов для сокращения времени его срабатывания (воздух в отличие от жидкости сжимается) конструкторы уменьшают длину пневматических магистралей, применяют ускорительные клапаны и усложняют приборы, вводя в них функции регулируемого опережения.

Растущая конкуренция в транспортной промышленности приводит к постоянному ужесточению требований, предъявляемых к тормозным системам. Почему бы не передать часть функций пневматики активно развивающейся автомобильной электронике? Ответом на этот вопрос стало появление электронно-пневматических тормозных систем (EBS). Они позволяют получать оптимальное соотношение между тормозными силами отдельных колес, а также их разделение между тягачом и прицепом. Дополнительно повышается активная безопасность транспортных средств и безопасность движения за счет сокращения тормозного пути и лучшей устойчивости грузовика или автопоезда. Впервые EBS появилась в серийном оснащении Mercedes Actros, далее присоединились Iveco, Renault VI… Теперь ее используют практически все Европейские производители большегрузной техники.

Чем же отличается новое поколение пневматических тормозных систем? В первую очередь - наличием постоянных атрибутов автомобильной электроники: измерительных устройств, электронного блока управления, а также исполнительных механизмов. Измерительными устройствами служат датчики перемещения педали тормоза, расположенные в тормозном кране; датчики действительного давления, размещенные непосредственно в приборах тормозного привода; и датчики скорости вращения колес, расположенные в ступичном узле аналогично датчикам ABS. Электронный блок служит для управления системой. Исполнительными механизмами на тягаче являются: одноканальный модулятор с функцией ускорения срабатывания для передней оси, осевой двухканальный модулятор для задней оси, а также кран управления тормозами прицепа специальной конструкции.

Работа системы в штатном режиме происходит по специальному алгоритму. Сигналом для приведения в действие тормозной системы служит срабатывание датчика, расположенного в главном тормозном кране. Перемещение штока регистрируется в виде электрического сигнала. Этот сигнал, читающийся как необходимое замедление, вместе со скоростями вращения колес замеренными датчиками, являются входными сигналами для блока управления EBS. По полученным сигналам блок вычисляет необходимое давление для передней и задней осей, а также крана управления тормозами прицепа. Необходимое давление на передней оси сравнивается с полученным, и возникающая разница компенсируется передним модулятором. Аналогично происходит подача управляющего давления для прицепа. Дополнительно определяются скорости вращения колес, чтобы в случае их блокирования привести в действие ABS. Электронный блок EBS связан через шину обмена данных автомобиля с другими системами: управления двигателем, замедлителем и т.п.

Давление в тормозных механизмах передней оси управляется при помощи двух одноканальных модуляторов. Поданный от электронного блока управления ток преобразуется в управляющее давление модуляторов и соответствующее давление на выходе.

Заднюю ось, или несколько осей, в системе EBS затормаживает двухканальный осевой модулятор. Управление давлением происходит через два независимых пневматических канала. Каждый канал имеет клапан подачи и сброса давления с отдельным датчиком. Такое разделение на два контура обеспечивает возможность независимого управления тормозными усилиями левого и правого борта. Эти механизмы могут использоваться в работе системы курсовой стабилизации и противобуксовочной системы. Дополнительно от двух датчиков регистрируются скорости вращения колес. При блокировании или проскальзывании поданное давление соответствующим образом изменяется.

Подачей воздуха на соединительные трубопроводы прицепа или полуприцепа руководит кран управления тормозами прицепа. В системе EBS он состоит из пропорционального магнитного клапана, ускорительного клапана, клапана безопасности при обрыве магистрали и датчика давления. Поданный от электронного блока управления ток управления преобразуется посредством пропорционального магнитного клапана в давление управления ускорительным клапаном Выходное давление крана управления тормозами прицепа пропорционально этому давлению. Все вроде бы хорошо но тут невольно возникает вопрос. Что произойдет если сгорит предохранитель или пропадет электрический контакт?

Как элемент гарантированной надежности тормозная система не может себе позволить работать только с помощью электрических сигналов. Поэтому реальная EBS состоит из одной двухконтурной чисто пневматической и наложенной на нее одноконтурной электропневматической систем. Двухконтурная пневматическая система почти не отличается от обычной. Она является резервной и принимает на себя основные функции лишь при неисправности электропневматического контура. В таком варианте главный тормозной кран осуществляет подачу тормозных давлений в контур задней оси (вывод «21») и передней оси (вывод «22»). При этом давление в тормозном контуре передней оси появляется c запаздыванием, но имеется возможность автоматической регулировки пневматической характеристики этого контура через дополнительный вывод «4». При наличии такой связи, тормозная сила на передней оси будет зависеть от величины давления, поступающего в контур задней оси, прямо пропорционального нагрузке.

Одноканальные модуляторы, отвечающие за переднюю ось, осевой двухканальный модулятор, отвечающий за заднюю, а также кран управления тормозами прицепа имеют возможность пневматического управления посредством резервного контура. При этом в модуляторы передней оси давление от тормозного крана EBS поступает на вывод «4», осевой двухканальный модулятор связан с тормозным краном через вывод «13», а кран управления тормозами прицепа приводится в действие через выводы «42» и «43» (в последний вывод давление поступает от ручного тормозного крана). Время срабатывания резервной тормозной системы такое же, как у обычной пневматической.

В стандартной схеме EBS, устанавливаемой на автомобили Mercedes Actros, присутствует еще один прибор, называемый разобщающим клапаном резервного контура. Клапан устанавливается перед осевым двухканальным модулятором и применяется для подачи или сброса давления в тормозных цилиндрах задней оси в случае выхода из строя электрического контура. При штатной работе электронной системы он запирает резервное давление, поступающее в осевой двухканальный модулятор, а при наличии неисправности в электронной системе берет на себя функции ускорительного клапана, уменьшая время срабатывания пневматической части первого контура.

Естественно, современные электронные тормозные системы со временем переместились от тягачей к прицепам. Сокращение времени срабатывания системы, а значит и тормозного пути, в сочетании с повышением устойчивости всего автопоезда за счет «электрической магистрали» управления тормозами прицепа стали основой для разработки электронно-пневматической тормозной системы для прицепов и полуприцепов.

Стандартная система EBS для трехосного прицепа состоит из двухконтурного модулятора прицепа с цифровым интерфейсом, комбинированного тормозного крана EBS прицепа с функцией воздухораспределителя, датчика загрузки и датчиков ABS. Для получения всех преимуществ системы сцепку необходимо произвести с тягачом, имеющим EBS и расширенную систему питания по стандарту ISO 7638 c CAN-интерфейсом. Автопоезд будет использовать все функции EBS, а сигнал о величине необходимого замедления будет передаваться через интерфейс, обеспечивая одновременную подачу давления на тормозные механизмы тягача и прицепа.

Электронная тормозная система на прицепе будет работать и в случае оснащения тягача обычной тормозной системой и системой питания ABS прицепа. В такой схеме питание электрической части схемы осуществляется от кабеля ABS, а задание величины необходимого замедления происходит с помощью встроенного в тормозной кран прицепа или полуприцепа датчика управляющего давления, что в любом случае уменьшает время срабатывания по сравнению с обычным пневматическим управлением. При выходе из строя электрической части системы, всегда имеется возможность затормозить автопоезд с использованием резервной пневмосистемы, но без регулирования в зависимости от загрузки и без функций ABS.

В заключение можно добавить, что внимательность и аккуратность на дороге не заменяется даже сложнейшими электронными системами. Да и стертые колодки и слишком большой зазор в тормозном механизме электроника компенсировать не сможет. Так что и машина без внимательности и аккуратности людей обойтись не может. Счастливого пути!

Список литературы