CC BY
81
УДК 681.518
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-461-467
ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМОБИЛЯ КАМАЗ-5490. ТОРМОЗНАЯ СИСТЕМА EBS3 И ПНЕВМОПОДВЕСКА ECAS ПРОИЗВОДСТВА WABCO
О.В. Чуприков
В статье приводится общее устройство электронной тормозной системы EBS3 и пневмо-подвески с электронным управлением ECAS производства WABCO автомобилей марки «КамАЗ» с двигателем Daimler и краткая характеристика её электронных блоков. Представлено оборудование для диагностики электронных систем производства WABCO.
Ключевые слова: электронная тормозная система, интеллектуальная тормозная система, пневматическая подвеска с электронным управлением, диагностирование электронных систем грузовиков, диагностический сканер.
Система EBS3 [1] осуществляет электронное управление рабочей тормозной системой.
Тормозная система EBS3 включает: датчик тормозного усилия; центральный электронный блок управления ECU; модулятор давления одноканальный AxMo1Ch - для передней оси; модулятор давления двухканальный AxMo2Ch - для заднего моста; кран управления тормозами прицепа TCV; модуль ESC -датчик рыскания; клапаны модулятора ABS для передней оси; датчики скорости вращения колёс (датчики ABS); датчик угла поворота руля LWS.
Электронный блок управления (ЭБУ) системы EBS принимает и обрабатывает сигналы от датчиков скорости, установленных на колесах транспортного средства (ТС) и, в зависимости от этого параметра, подает на модуляторы команды о повышении (при увеличении скорости) или понижении (при понижении скорости) давления в тормозных камерах. При резком торможении частота вращения колес быстро уменьшается, в этом случае модуляторы обеспечивают прерывистую подачу воздуха в тормозные камеры и предотвращают полную блокировку колеса тормозными колодками.
В результате колеса не идут «юзом», тормозной путь сокращается, а автомобиль не сваливается в занос. Помимо повышения безопасности движения имеются специальные функции, позволяющие оптимизировать управление ТС. Функция контроля замедления используется для регулировки тормозного давления с учетом команды торможения, поступающей от водителя. Система EBS обеспечивает одинаковое замедление ТС при одинаковой силе нажатия на педаль, не зависимо от загрузки автомобиля.
Контроль износа тормозных накладок обеспечивает согласованность сроков обслуживания и замены тормозных колодок. Имеется опция установки тормоза-замедлителя что позволяет повысить срок службы тормозных накладок. Функция помощи при экстренном торможении фиксирует интенсивное торможение и обеспечивает повышенное давление в тормозных камерах, независимо от того, полностью выжал водитель педаль тормоза или нет. Функция автоматического регулирования тягового усилия определяет начало пробуксовке колёс заднего моста (ЗМ) и уменьшает крутящий момент двигателя с помощью электронного блока управления двигателем ADN3.
Система ESC (Electronic Stability Control) является дополнением к системе EBS (Electronic Braking System). Если система EBS отвечает за устойчивость при прямолинейном движении, то система ESC предназначена для повышения устойчивости ТС при прохождении поворотов и перестроениях. Также ЭБУ управляет другими узлами системы и проводит самодиагностику (сразу после запуска двигателя и по требованию). При выходе из строя ЭСУ тормозная система переходит на режим работы обычной пневматической тормозной системы. При этом создается повышенное рабочее давление воздуха. Поскольку пневматическая система не работает с клапаном пропорционального распределения нагрузки, то повышенное давление воздуха может создавать чрезмерное торможение в тормозных механизмах ЗМ. Специальный резервный клапан в этом случае регулирует давление воздуха в пневмокамерах ЗМ и система EBS нормально функционирует.
Структурная схема системы 3 показана в [2]. Рассмотрим устройство и работу всех компонентов системы.
Датчик тормозного усилия имеет две цепи в электронной части и два пневматических контура. При нажатии на педаль тормоза первоначально замыкаются два концевых выключателя связанные с ЭБУ. При возникновении коммутирующих сигналов от концевых выключателей, ЭБУ начинает контролировать давление воздуха в воздушных контурах. В дальнейшем ход педали регистрируется двумя датчиками.
Пневматическая часть датчика тормозного усилия состоит из двухконтурного клапана с приводом от педали тормоза.
Для установленного распределения тормозных сил между передней осью и задним мостом давление воздуха на выходах датчика изменяется в соотношении 1:1,5. При неисправностях в одной из цепей электронной части другая цепь и два пневматических контура остаются работоспособными. Обозначение датчика - 4800030330 [4].
Центральный электронный блок управления ECU [2] предназначен для управления и контроля в тормозной системе. Он задает требуемое номинальное замедление ТС по сигналу от датчика тормозного усилия. Сигнал о необходимом замедлении и сигналы скорости вращения колёс являются входными сигналами для управления тормозной системой.
ЭБУ ECU определяет необходимые тормозные давления в передней оси, ЗМ и для крана управления тормозами прицепа. Функции ЭБУ ECU [1] :
считывание заданного значения замедления от датчика тормозного усилия; расчёт заданных значений давления для тормозов; включение стояночного тормоза; функция ABS;
функция автоматического регулирования тягового усилия;
управление системой ESC;
диагностика системы;
передача данных в модуляторы осей;
связь с модулем ESC и датчиком угла поворота рулевого колеса;
связь с другими системами ТС через шину SAE J1939. Шина SAE J1939 отвечает за работу двигателя, стояночного тормоза, индикацию рабочих состояний и предупреждений водителя. ЭБУ через шину данных ТС принимает команды замедления от ADN3 и круиз-контроля;
управление тормозами прицепа с помощью электронной части через интерфейс ISO 11992. ЭБУ активируется через контакт 15 или с помощью датчика тормозного усилия и отвечает за электропитание модуляторов, датчика угла поворота рулевого колеса и систему обеспечения устойчивости ТС.
Клемма 30 обеспечивает подачу напряжения от аккумулятора в две цепи системы EBS. Обозначение: 4461352500 [4].
Осевые модуляторы давления [2] контролируют давление в тормозных камерах мостов (на передней оси в виде одноканальной версии, а на ЗМ в виде двухканальной версии). В модуляторе предусмотрены один или два независимых пневматических канала регулирования давления. Модуляторы состоят из 2-х групп клапанов:
клапан, формирующий давление на выходе (ускорительный клапан) и датчик давления, подключённый к ЭБУ;
клапан отсечки давления с механического клапана (если электронная система исправна). Клапан отсечки давления, при нормально работающей системе - неактивен, при аварийном состоянии - открыт, для реализации торможения.
Осевой модулятор регистрирует частоту вращения колёс с помощью датчиков скорости вращения, анализирует и отправляет их по CAN в ECU, который далее рассчитывает номинальное давление воздуха.
Управление ABS обеспечивается осевым модуляторам ЗМ. При блокировке колёс или их пробуксовке модулятор изменяет номинальное давление. Осевой модулятор передней оси, приводится в действие за счёт модуляторов ABS, установленных для регулирования давления в тормозных камерах, поддерживает работу функции ABS на передней оси.
В качестве опции предусмотрено подключение датчиков для контроля износа тормозных накладок. Все модуляторы оси оснащены дополнительным патрубком для подключения к контуру регулирования резервного давления датчика тормозного усилия. Обмен данными через шину CAN тормозной системы происходит со скоростью 500 кбит/с, по протоколу ISO 11898.
Кран управления тормозами прицепа TCV регулирует давление на соединительных головках, управляя торможением прицепа через электропневматический и через пневматический контуры. К нему поступают данные номинального давления от ECU. Кран TCV состоит из клапана, управляющего устройства, включающего 2-ходовой/2-позиционный впускной клапан, 2-ходовой/2-позиционный выпускной клапан, 3-ходовой/2-позиционный резервный клапан, аварийного клапана обрыва и датчика давления.
Регулирование и контроль в электрической части осуществляется через ECU. Обозначение: 4802040320 [4]. Расположен на задней поперечине рамы ТС, перед седельным устройством [1]. Реакция при выходе из строя: отсутствие тормозного момента на прицепе.
Два управляющих ЭМК [2] преобразуют управляющий ток, заданный ECU, в управляющее давление для ускорительного клапана. Выходное давление клапана TCV (порт 22) пропорционально такому управляющему давлению.
Выход 42 предназначен для управления от резервного контура. При управлении с помощью электрического и пневматического контура резервное давление поддерживается 3-ходовым ЭМК. Без управления электроникой в выходе 42 давления нет.
Выход 43 соединён с краном стояночного тормоза. При снижении давления в нём давление в магистрали прицепа (выход 22) повышается, независимо от давления, регулируемого электропневматической частью и давления в выходе 42. Если воздух в выходе 43 полностью израсходован, давление в выходе 22 снизится до 7 бар.
При обрыве в магистральной линии прицепа аварийный клапан обрыва направляет воздух в ускорительный клапан через выход 11. Давление в выходе 21 (питающая линия прицепа) падает. Принудительное торможение прицепа происходит за счёт изменения направления подачи воздуха через кран управления тормозами прицепа.
Клапан модулятора ABS предназначен для ускорения управления давлением сжатого воздуха в тормозных камерах передней оси ТС в зависимости от команды, выработанной EBS.
Клапаны открыты в нормальных условиях движения ТС и поддерживают созданное пропорциональным электромагнитным клапаном давление в тормозной камере. При срабатывании системы ABS впускные клапаны закрываются, предотвращая дальнейшую подачу воздуха в тормозную камеру. Если колёса по-прежнему блокируются, воздух выпускается через дополнительное отверстие в клапане. Обозначение: 4721950180 [4].
Датчик скорости вращения колёс [2] контролирует текущую скорость вращения колёс, передавая данные в систему EBS, которая рассчитывает фактическую скорость вращения по контрольным значениям. При отклонениях от нормы система вмешивается в управление тормозами и двигателем. Обозначение: 4410328090 [4].
Модуль угловых ускорений/рысканья ESC [1] расположен на задней стороне средней поперечины ТС, в центральной точке ТС. Обозначение: 4460650520 или 4460650810 [4].
Датчик угла поворота рулевого колеса LWS [1] устанавливается на рулевой колонке ТС и передаёт измеряемую величину абсолютного угла (положение) рулевого колеса [2].
При калибровке датчика определяется «нулевое» (центральное) положение рулевого колеса. Обозначение: 4411200100 [4].
Система ESC [1] предназначена для повышения устойчивости ТС при прохождении поворотов и перестроениях, предотвращает опасность складывания автопоезда путём согласования работы двигателя, тормозов тягача и прицепа.
Блок-схема функционирования ESC представлена на рис. 1.
Д*НГЦТ*1Ь
ГфМ44 IJUl.ylMTUn
Угел псэсротя pgrpwT? кдпк*
'5?
Hi та длины* ТС (CAN)
Эмктэониы« модули системы1 ЬВЗ
&
Модуль управления ESC
Шчи» данных системы E6S (C4N}
СО) (О)
Модулятор ОСИ
11
О О)
ntf*A>mось Задний ноет
Рис. 1. Блок-схема функционирования ESC
В систему ESC входит [2]:
датчики ABS, измеряющие скорость вращения колёс, совместные с тормозной системой;
датчик угла поворота рулевого колеса LWS;
блок ECU системы ESC, анализирующий сигналы LWS и управляющий функциями системы
ESC;
модуль ESC, с датчиком поперечного ускорения и скорости рысканья.
Пневмоподвеска ECAS Wabco.
На автомобиле КамАЗ-5490 установлена пневмоподвеска с односторонним регулирование, т.е. с одним датчиком хода на ЗМ. Схема подвески показана в [3]. Управление пневмоподвеской осуществляется через магнитные клапаны с помощью данных, поступающих от датчиков.
Датчик хода закреплён на раме автомобиля [1] и связан через систему тяг с его осью. С определёнными промежутками времени он определяет расстояние между осью и рамой. Интервалы времени зависят от режима движения или нагрузки ТС. Полученное при измерении значение является фактическим, и оно передаётся далее в ECU. В блоке ECU такое фактическое значение сравнивается с заданным нормативным значением. При недопустимых отклонениях значений магнитному клапану системы ECAS передаётся управляющий сигнал. В зависимости от такого управляющего сигнала магнитный клапан ECAS управляет пневмоподушками, подавая в них воздух или стравливая.
За счёт изменения давления в пневмоподушке изменяется расстояние между осью и рамой автомобиля. Расстояние вновь определяется датчиком хода и этот цикл повторяется сначала. Наравне с автоматическим регулированием возможно управление различными функциями с помощью пульта управления на стоянке или с помощью кнопок кабины. Также система выполняет функцию поддержания целевого уровня пола, т.е. расстояния от рамы ТС до оси. Этот параметр задаётся калибровкой или блоком управления.
Возможна регулировка не только нормального уровня, но и установка заданного уровня. Во время движения ТС на высокой скорости задаётся нормальный транспортный уровень пола (или уровень движения). Для ECAS могут быть установлены 3 нормальных уровня. Нормальный уровень «I» - уста-
навливается на заводе-изготовителе, характеризует общую высоту ТС и высоту центра тяжести для расчёта торможения. Уровни «II» и «III» - используются для движения по качественным дорогам, когда нет необходимости использовать весь ход пневмоподушки, для снижения высоты всего ТС в необходимых случаях, для лучшего уравновешивания поперечных сил на повышенных скоростях.
Регулирование пневмоподвески. Если ECAS находится в равновесии сил, то на пневмоподушки ЗМ воздействует подрессореная масса автомобиля. Давление в пневмоподушке, умноженное на площадь сечения сильфона, противодействует этой нагрузке.
В процессе движения ТС происходит изменения заданного значения давление (увеличение или уменьшение) в сильфоне до тех пор, пока фактическое значение расстояния между рамой и ЗМ не будет соответствовать новому заданному значению. Это динамический процесс. Чем больше необходимое изменение заданного значения, тем больше происходят ускорения в изменении положения подвески во время регулировки. Система является колебательной. При движении без груза амплитуда и частота колебаний увеличиваются. При этом, с одной стороны, вследствие большого перепада давления между ресивером и пневмоподушкой в магнитном клапане ECAS возникают ускорения при перетекании воздуха в ходе наполнения баллона.
С другой стороны, возникает максимальное гашение колебаний. При этом появляется опасность возникновения колебаний в регулировочном контуре. Это приводит к излишнему множеству циклов регулировки в магнитном клапане ECAS, что сокращает срок его службы. Поэтому необходимо чтобы объем подаваемого сжатого воздуха снижался незадолго до достижения целевого уровня. При это скорость перемещения осей уменьшается и предотвращается вероятность резонансных колебаний.
Поскольку магнитный клапан ECAS только включает или выключает подачу воздуха, но не осуществляет дросселирование, ток электромагнита находится в пульсирующем режиме. За счет пульсации сердечника поток воздуха кратковременно прерывается. При этом создается дроссельный эффект, препятствующий усилению колебаний.
Длительность импульсного режима - фиксированное значение, передаваемое при параметризации ECU. Началом такой длительности считается импульс включения магнитного клапана. Длительность импульсного режима - промежуток времени до момента получения магнитным клапаном следующего импульса включения (рис. 2).
Рис. 2. Пример процесса регулировки при изменении заданного значения
Продолжительность импульса - промежуток времени, за который магнитный клапан получает импульс включения. Это значение переменно и рассчитывается для каждой длительности импульсного режима. Расчет продолжительности импульса производится блоком ECU и зависит от величины отклонения от заданного уровня, т.е. от расстояния между заданным и фактическим уровнями.
AT = |Д5-КР| - \V^KDl, с (1)
где AТ - продолжительность импульса, с; AS - расстояние между заданным и фактическим уровнем, м; КР - к-т пропорциональности; V - скорость перемещения оси, м/с; Кв - дифференциальный к-т.
Продолжительность импульса вычисляется заново для каждого периода пульсации. Продолжительность импульса, которая больше длительности импульсного режима, приводит к непрерывной подаче тока на магниты (длительный импульс). Самая короткая выводимая продолжительность импульса составляет 75 мс.
ТС устанавливается на уровень, который находится непосредственно на границе к допустимому заданному значению. Если нормальный уровень достигается без превышения колебаний или многократных импульсов магнитных клапанов, то это обозначает, что настройка значений допустимого задан-
ного уровня и пропорционального коэффициента находится в порядке. Чем больше KD, тем быстрее происходит регулировка, проводимая пневматической частью системы в пределах гидродинамических возможностей.
Пневмоподвеска автомобиля включает [3] электронную часть {датчик хода (положения), датчик давления, блок управления (ECU), электромагнитный клапан ECAS} и пневмосистему {пневмопо-душки, трубопроводы, клапан ограничения давления}.
Датчик хода (положения) измеряет фактическое положения ЗМ относительно рамы автомобиля. Линейное движение ЗМ через систему тяг преобразуется во вращательное движение сердечника в катушке. При движении сердечника в обмотке катушки происходит сдвиг фаз между током и напряжением. ECU получает эти сигналы и производит расчёт сенсорного значения показаний датчика с помощью единиц измерения «counts», а именно байтового значения между 256 до 65536 counts.
Сопротивление обмотки катушки составляет 120 Ом. Замер индуктивности катушки производится специальным контуром в ECU более 50 раз в секунду. Работоспособность датчика также проверяется ECU.
Датчик хода установлен на раме автомобиля [1], рядом с задним мостом. Оптимальное положение рычага датчика - горизонтальное. Обозначение: 4410501200 [4]. Датчик давления [3] регистрирует давление в пневмоподушках c помощью тензорезистора. При отсутствии давления выходной сигнал датчика составляет 0,5 В. Передаваемое напряжение предельно измеряемых значений при давлении 10 бар составляет 4,5 В.
Датчик давления находится на отдельном сильфонном соединении пневмоподушки. Обозначение: 4410441020 [4]. Электронный блок управления ECAS [3] выполняет следующие задачи:
поступающие от датчика хода сигналы контролируются, преобразуются в сигналы для компьютера (counts или Timer Ticks) и анализируются;
во время работы в соответствии с настройками системы сигналы передаются на магнитные клапаны ECAS для поддержания заданных значений в пневмоподвеске;
обеспечивает обмен данными с другими блоками управления и выполняет функцию контроля
системы.
Обозначение: 4461702250 [4]. Магнитный клапан ECAS [3] предназначен для связи между выходными электронными сигналами ECU и пневматическими исполнительными сигналами для пневмо-подушек.
Обозначение: 4728800010 [4]. Дистанционный пульт управления пневмоподвеской [3] позволяет выполнить следующие операции:
-изменять заданный уровень;
-манипулировать положением подъёмной оси (при её наличии);
-включать увеличение сцепления колёс;
-предварительно выбирать желаемый нормальный уровень.
Обозначение: 4460561370 [4]. Ввод в эксплуатацию и диагностирование тормозной системы и пневмоподвески производится посредством диагностического сканера WABCO DI-2 или оборудования других производителей. Для отображения данных диагностирования необходим персональный компьютер или ноутбук.
Система EBS проводит самотестирование и контролирует свои компоненты. При возникновении неисправности водитель информируется о том, что тормозная система неисправна.
При самодиагностике или диагностировании сканером контролируются следующие узлы и параметры системы EBS:
значения датчика тормозного усилия;
тормозное давление в модуляторах осей и кране TCV;
минимальное давление в кране TCV;
тормозное давление левой и правой стороны ЗМ;
величину тормозного давления на передней и задней оси;
величину износа тормозных накладок;
передачу данных по шине CAN;
регулирование тормозного давления.
Диагностирование пневмоподвески имеет свои особенности.
Находящиеся в электронике значения переменных, так называемые параметры, адаптированы к автомобилю. При техническом обслуживании и в некоторых других случаях необходимо изменить эти параметры. Этот процесс называется параметризацией.
Производить параметризацию должен обученный персонал, имеющий личный идентификационный номер - «PIN».
При каждом вводе в эксплуатацию после процесса параметризации необходимо привести калибровку датчиков. Относящиеся к системе датчики хода и давления должны быть представлены электронной системе. Это означает, им должна быть задана исходная величина относительно электроники. Процесс калибровки производится в случае замены датчиков или электронных блоков. Калибровка датчиков необходима для их подстройки под электронное оборудование. Подготовительные работы:
установить ТС на горизонтальную и ровную поверхность;
удостовериться, что датчик хода смонтирован надлежащим образом, а его рычаг может свободно двигаться по всему диапазону подъёма/спуска;
измерить расстояние между рамой ТС и поперечной балкой установки баллонов.
Если необходимо заменить электронные блоки, а данные калибровки для ТС не известны, то возможно указать данные калибровки для датчиков хода, относящиеся к старым блокам. Если это невозможно, то рекомендуется воспользоваться следующим способом:
на транспортном уровне рычаг датчика хода находится в горизонтальном положении, отверстия в крестовине датчика и тяге совпадают;
верхний и нижний уровень устанавливаются до тех пор, пока подвеска больше не сможет подниматься или опускаться.
Порядок выполнении калибровки:
установить транспортный уровень (высота пневмоподушки от балки до рамы должна составлять 330 мм). Установленный уровень сохраниться как транспортный уровень;
вывести ТС на верхний уровень, запустить процесс калибровки (высота пневмоподушки от балки до рамы должна составлять 415 мм). Установленный уровень сохраниться как верхний предельный уровень;
вывести ТС на нижний уровень, запустить процесс калибровки (высота пневмоподушки от балки до рамы должна составлять 235 мм). Установленный уровень сохраниться как нижний предельный уровень.
Калибровка датчиков давления необходима для задания датчику первоначального давления, которое система будет принимать за 0 бар. Значения датчиков давления указываются в counts.
Список литературы
1. Автомобиль КамАЗ-5490. Руководство по эксплуатации. 5490-3902202 РЭ. Набережные Челны, 2014. 330 с.
2. Westinghouse Air Brake Company. Текст электронный. EBS3 - Тормозная система с электронным управлением. Описание системы. [Электронный ресурс] URL: https://blog.truck29.ru/wp-content/uploads/2016/12/8150802083 .pdf (дата обращения: 01.12.2022).
3. Westinghouse Air Brake Company. Текст электронный. ECAS в грузовых автомобилях. Описание системы и инструкции по установке. [Электронный ресурс] URL: https://trucksservice.narod.ru/ ld/0/91 8150800273.pdf?ysclid=lb591biwb3375033598 (дата обращения: 01.12.2022).
4. Westinghouse Air Brake Company. Текст электронный. Каталог продукции. Продукция, запасные части, референция. [Электронный ресурс] URL: https://gruzavto.ru/files/files/katalogi postov/wabco/wb katalog produktsii.pdf?ysclid=lbav7bxnzj217338781 (дата обращения: 01.12.2022).
Чуприков Олег Валерьевич, преподаватель, chuprikov_ov@mail. ru, Россия, Санкт-Петербург, Военная академия связи
METHODOLOGY FOR ASSESSING THE QUALITY OF THE TOPOLOGICAL STRUCTURE OF A DISTRIBUTED MONITORING SYSTEM OF A SPECIAL-PURPOSE COMMUNICATION NETWORK
O.V. Chuprikov
This work presents a general mechanism and a brief characteristic of an electric brake system EBS3 and air suspension with electronic control ECAS provided by WABCO based on KAMAZ car manufacture with a Daimler engine. Furthermore, the article discusses equipment for the diagnostics of electronic production systems.
Key words electronic braking system, smart braking system, electronically controlled air suspension, truck electronic system diagnosis, diagnostic scanner.
Chuprikov Oleg Valerievich, lecturer, chuprikov_ov@mail.ru, Russia, St. Petersburg, Military Academy of Communications
