Антиблокировочная система ABS — устройство и принцип работы

Колесо, сохраняющее вращение, лучше замедляет автомобиль при торможении, чем уже сорвавшееся в скольжение. Но водителю очень сложно точно отслеживать эту грань максимальной эффективности сброса скорости, поэтому ему в помощь была разработана автоматическая система, предотвращающая блокирование шин. Она получила название ABS, эта англоязычная аббревиатура и означает антиблокировочную систему тормозов.

Что входит в состав ABS

Система появилась в автомобилях, оборудованных гидравлическим приводов тормозов. Надавливая на педаль, водитель увеличивает давление в магистралях через главный гидроцилиндр, после чего приходят в движение поршни исполнительных цилиндров, прижимающие к рабочим поверхностям дисковые или барабанные колодки. Для управления усилием надо было как-то управлять давлением в системе. Поэтому в автомобилях появились дополнительные механизмы и детали:

• электрогидравлические клапаны, блокирующие или пропускающие через себя жидкость под воздействием электрических сигналов;
• насос, создающий добавочное давление в системе;
• гидроаккумулятор, помогающий работать насосу;
• вспомогательные ресиверы;
• датчики, следящие за скоростью вращения колёс;
• электронный блок управления (ЭБУ), представляющий собой микрокомпьютер, с большой скоростью обрабатывающий сигналы датчиков по заложенной программе и выдающий команды на исполнительные механизмы.

Технически реализация системы оказалась намного сложнее, чем при теоретическом рассмотрении её схемы. Дозировать усилие в аналоговом режиме стало сложной задачей, поэтому все клапаны работают в импульсном режиме, модулируя управляющим сигналом соотношение между открытым и закрытым состоянием. Все процессы должны происходить с высоким быстродействием, иначе вместо уменьшения тормозного пути можно получить прямо противоположные результаты. В отдельных случаях это происходит и сейчас, несмотря на многие годы совершенствования ABS.

Вся аппаратура, отвечающая за модуляцию рабочего давления, конструктивно объединена в отдельный гидроблок, который принимает жидкость от главного цилиндра и раздаёт её по колёсным механизмам. Датчики располагаются непосредственно около колёсных ступиц, считывая частотный сигнал с зубчатых венцов или магнитных полосок на вращающихся деталях. ЭБУ по шине данных может общаться с прочими электронными мозгами автомобиля.

Работа ABS

За каждое колесо отвечает пара клапанов, один из которых нагнетает давление в рабочий цилиндр, второй сбрасывает. Сброс происходит в гидроаккумулятор, что минимизирует потери энергии и увеличивает быстродействие.

В начале торможения выпускной клапан закрыт, это его нормальное состояние, а впускной открыт. Давление растёт, и так будет происходить до момента, когда датчики зафиксируют начало блокировки. ЭБУ чётко определяет скорость автомобиля, соотносит её со скоростью вращения колеса, а также следит за темпом его замедления. Если началась частичная блокировка, то частота вращения скачкообразно изменяется, и система реагирует, переходя в режим удержания давления.

Открывая выпускной клапан и закрывая впускной, ЭБУ не позволяет водителю продолжать увеличивать давление в магистрали подозрительного колеса. В этот момент регулировка давления происходит в импульсном режиме, без вмешательства человека. Он может нажимать на педаль с любой силой, колесо на это никак не отреагирует. Благодаря сохранению способности к качению, оно продолжает выполнять вторую свою функцию – обеспечивать не только замедление машины, но и её управляемость. Скользящей шине всё равно, в каком направлении это делать, по траектории или вбок от неё. Поэтому автомобиль на заблокированных резким торможением колёсах чаще всего просто выбрасывает с дороги.

Если колесо продолжает терять частоту вращения, то система разблокирует его, закрыв впускной клапан и сбросив давление через выпускной. И сделает это с такой скоростью, на которую не способен даже самый тренированный водитель. Поэтому тормозной путь автомобиля с ABS всегда короче, чем у не оборудованного этой системой. А в автогоночных дисциплинах антиблокировку не используют, чтобы повысить роль водительского мастерства.

При возникновении неисправностей в системе срабатывает самодиагностика ЭБУ, программа переходит в аварийный режим и высвечивает индикацию на приборной панели. Даже если выйдет из строй электронный блок и пропадёт питание, клапаны останутся в своём нормальном состоянии, тормозная система превратится в самую обычную, но в эффективности не потеряет. Пропадёт только всё положительное, что даёт предотвращение блокировки.

Появление ABS изменило даже рекомендации по безопасному вождению. Стало возможным поступать так, как ранее категорически запрещалось. Можно в случае опасности просто выжать с максимально возможной силой тормозную педаль, оставить её в этом положении и работать рулём, пытаясь избежать столкновения одновременно манёвром и торможением. Раньше это просто привело бы к вылету из полосы или неуправляемому вращению. На автомобилях с механической коробкой можно даже выжимать сцепление при торможении, что раньше не позволялось, мотор был обязан сохранять стабилизирующий момент.

Развитие и совершенствование ABS

Первые системы были относительно примитивными. Изначально в них даже не было электроники, конструкторы с помощью остроумных технических приёмов решали задачу ограничения тормозного усилия чисто механически. Затем появились уже отдалённо похожие на современные американские устройства, предотвращающие блокировку задней оси, как наиболее подверженной срыву в скольжение. Наконец, к 80м годам прошлого века электроника научилась контролировать не только заднюю ось, но и раздельно передние колёса, это была трёхканальная, нормально работающая ABS.

Полноценные четырёхканальные системы появились благодаря разработкам Bosch, после чего прогресс двигался лишь в направлении увеличения быстродействия и совершенствования алгоритмов. С ними было не всё гладко, систему пришлось долго обучать поведению в самых непредсказуемых дорожных ситуациях. Часто ведь блокировка оказывается даже полезной, эти случаи надо выявлять и предусматривать. Например, при самых низких коэффициентах сцепления система может вообще оставить автомобиль без тормозов, снимая с рабочих цилиндров давление при малейших блокировках, которые в таких условиях неизбежны.

Плюсы и минусы системы

Все недостатки ABS немедленно устраняются при их выявлении, поскольку речь идёт о безопасности. Поэтому любое их упоминание можно считать скорее историческим событием, чем текущей проблемой. Случались ошибки при работе с полноприводными трансмиссиями, когда автоматика ABS входила в противоречие с работой трансмиссии по распределению крутящего момента между колёсами, или во время торможения некоторых автомобилей на скользких спусках, когда вместо остановки, машина набирала скорость. Обычно в следующей версии проблема устранялась.

Зато достоинства сейчас может отметить любой водитель, машину без ABS уже трудно встретить на дороге:

• сокращение тормозного пути почти во всех случаях;
• полное подчинение тормозов самому неопытному водителю, не понимающему ничего в трении скольжения и заносах при замедлении;
• возможность управлять с полностью зажатыми тормозами;
• способность притормаживать в предельных поворотах;
• совместимость с многочисленными системами помощи водителю, сейчас узлы и детали ABS стали базой для элементов автономного управления.

Наличие ABS, конечно, увеличило цену автомобиля, но это плата за безопасность и удобство. Современный автомобиль усложняется и по менее значимым поводам, но именно антиблокировка тормозов стала самым весомым вкладом в отдачу от внедрения новых технических решений.