CC BY
105
Диагностика и ремонт
УДК 629.113
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ КОЛЕС АВТОМОБИЛЯ, КАК СРЕДСТВО ДИАГНОСТИРОВАНИЯ АБС
О.В. Маковецкая- Абрамова1, М.Ф. Кунин2 Санкт-Петербургский государственный университет сервиса и экономики (СПбГУСЭ),
191015, Санкт-Петербург, ул. Кавалергардская, 7 Владимирский государственный университет (ВлГУ), 600000, Владимир,
ул. Горького, 87
Аннотация — Разработано устройство измерения скорости колес для диагностирования транспортных средств с АБС. Предложена методика оценки работоспособности АБС по нормативным требованиям технического регламента и величине проскальзывания колеса.
Ключевые слова: активная безопасность; диагностирование; антиблокировочная тормозная система (АБС); фотоприёмник; фототок.
DEVICE FOR MEASUREMENT OF ANGULAR SPEED OF WHEELS OF THE CAR, AS MEANS OF DIAGNOSING ABS
O.V.Makovetckaia-Abramova, M.F. Kunin The St.-Petersburg state university of servise and economy (SPbSUSE), 191015, St.-Petersburg, street Kavalergardsky ,7 The Vladimirskiy state university,600000, Vladimir, street Gorkogo,87
Summary - The device of measurement of speed of wheels is offered to diagnose vehicles having ABS. Technics of an estimation of working ability ABS in conformity to standard requirements of technical norms.
Keywords: active security; diagnosing; anti-lock braking system (ABS); photoelectric; photo detector.
Решение проблемы транспортнодорожной безопасности является общенациональным приоритетом. Каждый год на дорогах России погибают десятки тысяч человек, сотни тысяч получают повреждения и увечья, не говоря уже о многомиллиардных экономических потерях. За 2010 год произошло 199431 ДТП, в которых погибло 26567 человек и пострадало 250635 человек.
Порядка 15% ДТП происходит из-за эксплуатации технически неисправных транспортных средств, из которых около 40% составляют автомобили с неисправной тормозной системой, причем аварии по причине отказа тормозной системы имеют наиболее тяжелые последствия.
Одним из путей решения задачи по снижению аварийности дорожного движения является повышение активной безопасности транспортных средств в эксплуатации. Активная безопасность современного колесного транспортного средства в период торможения достигается с помощью автоматизированных систем управления параметрами его движения. Оснащение автомобилей антиблоки-ровочной тормозной системой (АБС) позволяет качественно улучшить тормозные параметры при движении автомобиля. Сегодня уже трудно подсчитать, как количество поколений АБС, так и число автомобилей, на которые антиблокиро-вочная система устанавливается серийно.
Антиблокировочная тормозная система - это тормозная система транспортного средства с автоматическим регулированием, в процессе торможения, степени проскальзывания колес транспортного средства в направлении их вращения [1]. Антиблокировочная система состоит (рис.1) из трех основных элементов: электронного блока управления (4), гидравлического блока (3) и датчиков скорости колес (1, 2). АБС приводится в рабочее состояние после включения зажигания и достижения автомобилем некоторой скорости движения.
Рисунок 1. Схема устройства АБС.
В основу работы колесных датчиков положен принцип электромагнитной индукции. При вращении колеса мимо датчика проходят зубцы и впадины специального ротора и наводят в обмотке датчика электрический сигнал, частота которого пропорциональна угловой скорости колеса и количеству зубцов на роторе. При торможении, как только датчик определяет, что колесо начинает блокироваться, электронный блок, обрабатывающий сигналы от всех датчиков, отдает управляющий импульс электромагнитным клапанам гидравлического блока. Гидравлический блок установлен в тормозной магистрали сразу после главного
тормозного цилиндра, а его клапаны управляют давлением жидкости в контурах тормозной системы.
Если заторможенное колесо начало скользить, клапаны гидроблока понижают или временно прекращают подачу жидкости к рабочему тормозному цилиндру. Этого может оказаться недостаточно, чтобы колесо разблокировалось, и тогда электромагнитный клапан направит тормозную жидкость в отводную магистраль, снижая тем самым давление в рабочем тормозном цилиндре. Когда колесо вновь начинает вращаться, по достижении им некоторой угловой скорости, электронный блок АБС снимает свою команду, клапаны открываются, и гидравлическое давление опять передается на тормозной механизм. Торможение и растормаживание колеса будут происходить периодически (этот процесс называется модуляцией, и гидроблок иногда называют модулятором тормозного давления), и водитель ощущает работу АБС частыми резкими толчками на педали тормоза, пока не исчезнет угроза блокирования или до полной остановки автомобиля. Испытаниями установлено, что на скользком покрытии тормозной путь автомобиля, оснащенного ABS, может быть на 15% короче, чем у обычной автомашины. Кроме того, ходимость протектора покрышек при использовании АБС увеличивается на 5-7%.
Современные АБС обладают достаточно высокой надежностью и могут длительное время работать не выходя из строя. Электронные блоки АБС отказывают крайне редко, поскольку защищены специальными реле и предохранителями, но если такая неисправность все-таки случается - в экстренной ситуации транспортное средство теряет устойчивость, тем самым, усугубляя тяжесть последствий. Самыми же уязвимыми в схеме АБС являются колесные датчики, распо-
в
НИИТТС
лагаемые вблизи вращающихся деталей ступицы или полуосей. Место расположения этих датчиков благополучным никак не назовешь: различные загрязнения или даже слишком большой люфт в подшипниках ступицы способны вызывать сбои в работе датчиков, которые и становятся чаще всего виновниками неполадок в работе АБС. Кроме того, на работоспособность АБС влияет величина напряжения между клеммами аккумулятора. При уменьшении напряжения до 10,5 В и ниже АБС вообще может самостоятельно выключиться через предохранительный электронный блок. Предохранительное реле может также сработать при недопустимых колебаниях и всплесках напряжения в сети автомобиля [2]. Своевременные диагностика и ремонт необходимы любой системе автомобиля, включая одну из важнейших - систему безопасности. Выход из строя антиблокировочной системы тормозов приведёт к непоправимым и неприятным последствиям. Поэтому необходимо проводить периодическое диагностирование рабочей тормозной системы оснащенной АБС, а в случае обнаружения неисправности, устранять ее.
По техническому регламенту транспортные средства, оборудованные АБС, при торможении в снаряженном состоянии с начальной скоростью не менее 40 км/ч должны двигаться в пределах коридора движения прямолинейно, без заноса, а их колеса не должны оставлять следов блокирования колес на дорожном покрытии до момента отключения АБС. Блокирование колеса - это прекращение качения колеса при его перемещении по опорной поверхности, т. е. возникновение ситуации, когда скорость колеса равна нулю.
Для измерения скорости колес разработано устройство, на которое по-
лучен патент [3]. Зная скорость колеса, всегда можно определить, происходила блокировка или нет. Определение отсутствия блокировки колеса с помощью устройства для измерения скорости колеса, объективнее, чем по следам блокирования, поскольку при многократных испытаниях проблематично определить принадлежность оставленных следов блокирования колес.
На рис. 2 представлен монтаж устройства для измерения угловой скорости на автомобиль. Устройство включает в себя оптический диск с чередующимися черными и белыми секторами и осветитель, который крепится к кузову автомобиля с помощью кронштейна и двух присосок.
Рисунок. 2. Монтаж устройства для измерения угловой скорости колеса на автомобиль: 1 - присоски; 2 - кронштейн; 3 - осветитель; 4 - оптический диск
На конце кронштейна имеется регулировочный болт, который позволяет выставить определенный зазор между осветителем и оптическим диском (рис. 3). Излучатель представляет собой лампу накаливания. Отраженный от оптического диска свет попадает в фотоприемник, который расположен внутри цилиндрической бленды. К оптическому диску с
обратной стороны прикреплен колпачок, идентичный колпачку колесного диска. Установка оптического диска осуществляется путем замены колпачков.
Изменение напряжения в измерительной цепи при смене секторов с черного на белый и наоборот, регистрируется аппаратурой.
момент перехода с сектора на сектор фототок изменяется резко.
Рисунок 3. Общий вид устройства для измерения угловой скорости колеса: 1 - цилиндрическая бленда; 2 - регулировочный болт; 3 - измерительная цепь
Установка устройства осуществляется таким образом, чтобы фотоприемник находился над осью колеса, в этом случае прибор будет работать адекватно при вертикальных колебаниях подвески. Описываемая конструкция позволяет регулировать положение осветителя относительно оптического диска в зависимости от типа подвески.
Принцип действия устройства заключается в том, что при смене секторов с черного на белый и наоборот происходит изменение фототока, что и регистрируется аппаратурой. Максимумы представленной диаграммы соответствуют переходу фотоприемника от белого сектора к черному, минимумы - от черного к белому (рис. 4). Поле зрения фотоприемника сформировано блендой, поэтому в
Рисунок 4. Диаграмма работы устройства:
1 - максимумы; 2 - минимумы
Угловая скорость колеса вычисляется по формуле:
2ш
со =-----, (1)
МГ
где п-число экстремумов на диаграмме, за отрезок времени Д^; #-число экстремумов за один оборот колеса.
Линейная скорость колеса находится как произведение радиуса колеса на его угловую скорость:
Уя=& г. (2)
Для достижения объективных результатов определения скорости необходимо, чтобы количество секторов светоотражающего оптического диска было определенным. Частота смены секторов, при работе датчика, прямо пропорциональна их количеству. Из теоремы Котельникова [4] следует, что любой аналоговый сигнал может быть восстановлен с какой угодно точностью по своим дискретным отсчетам, взятым с частотой, более чем в два раза превышающей мак-
10
НИИТТС
симальную частоту, которой ограничен спектр реального сигнала:
/>2Й. (3)
Реальным сигналом для датчика скорости колеса является сигнал гидромодулятора, если речь идет о легковых автомобилях. Частота работы гидромодулятора 20Гц [5]. По техническому регламенту о безопасности колесных транспортных средств АБС должна отключаться не позже, чем когда скорость транспортного средства достигнет 10 км/ч. Из написанного выше следует, что частота работы датчика на критической скорости в 10 км/ч должна быть не менее 40 Гц.
Произведем расчет времени прохождения одного сектора и определим частоту работы датчика при радиусе колеса равном 0,3 м и количестве секторов равном 36, как на рис. 3:
2 яг
t =
NV,
= 0,019с:
(4)
R
у = Ш = 53Гц. (5)
где М- количество секторов на оптическом диске; г- радиус колеса; - скорость колеса.
Неравенство (3) соблюдается, значит деление диска на секторы по 10 градусов, при данных условиях, выбрано корректно. Однако при торможении линейная скорость колеса меньше скорости автомобиля, поэтому запас по частоте необходим.
Эффективность торможения, управляемость и курсовая устойчивость транспортного средства, оснащенного АБС, обеспечивается путем создания
определенной величины проскальзывания колес, в зависимости от коэффициента сцепления. Поэтому при диагностировании транспортных средств с АБС, наряду с оценкой таких параметров как тормозной путь, установившееся замедление, усилие на органе управления необходимо определять и величину проскальзывания колес X, которая вычисляется по формуле [6]:
1=^4, (в)
VF
где VF - скорость автомобиля; VR - скорость колеса. Представленное устройство характеризуется простотой конструкции, точностью измерений, легкостью монтажа и демонтажа. С помощью устройства для измерения скорости колеса можно произвести оценку работоспособности АБС по нормативным требованиям технического регламента и определить величину проскальзывания колеса.
Литература
1. Технический регламент о безопасности колесных транспортных средств. Утвержден постановлением Правительства РФ №720 от 10 сентября 2009 г.
2. Яковлев В.Ф. Диагностика электронных систем автомобиля: учебное пособие/ В.Ф. Яковлев. М.: COJIOH-Пресс, 2003. - 272 с.
3. Пат. №108850 РФ, МПК G01P 3/36. Устройство для измерения угловой скорости колеса / М.Ф. Кунин.
4. Котельников В.А. О пропускной способности «эфира» и проволоки в электросвязи // Успехи физических наук. 2006. №7. С 762-770.
5. Dupuy R.K., Automotive brake systems. Prentice Hall, 2000. -319 pp.
6. Bosch. Automotive Handbook. 5th Edition // Robert Bosch Gmbh, 2000, S. 992.
1 Маковецкая-Абрамова Ольга Валентиновна - кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология обслуживания транспортных средств» СПбГУСЭ, моб.+19215569306,є-таИ: аЬгатоуа 19701910@таИ. ги;
2 Кунин Михаил Фёдорович - инженер кафедры «Автомобильный транспорт» Владимирского государственного университета, моб. +19101851280,є-таіі: [email protected].
