CC BY
177
УДК 62-59:629.113.001.2
ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ПНЕВМАТИЧЕСКОГО МОДУЛЯТОРА АБС С ЭЛЕКТРОННЫМ УПРАВЛЕНИЕМ
А.Н. Туренко, профессор, д.т.н., С.И. Ломака, профессор, к.т.н., Л.А. Рыжих, профессор, к.т.н., А.А. Чебан, инженер,
А.Н. Красюк, инженер, С.В. Тишковец, инженер, ХНАДУ
Аннотация. Приводится обзор и анализ конструкций пневматических модуляторов для АБС с электронным управлением.
Ключевые слова: антиблокировочная тормозная система, пневматический модулятор, шаговый электродвигатель.
Введение
Непрерывный рост численности автомобильного парка, повышение динамичности выпускаемых автомобилей предъявляет все более высокие требования к их тормозным свойствам, в значительной степени определяющим безопасность движения.
Эффективность автомобильных тормозных систем в настоящее время возросла настолько, что блокирование затормаживаемых колес со всеми вытекающими последствиями, наблюдается не только на скользких дорогах, но и на дорогах с высоким коэффициентом сцепления. Это явление часто приводит к возникновению дорожнотранспортных происшествий (ДТП).
Анализ публикаций
В Украине количество ДТП на скользких дорогах в среднем составляет около 16%, а на отдельных дорогах в неблагоприятные периоды года достигает 40-60% [1].
Европейский опыт свидетельствует: гибель одного человека в ДТП причиняет, кроме страданий, один миллион евро убытков, поэтому все мероприятия, которые будут предотвращать смертность в ДТП и стоить до миллиона евро - рациональны.
Последствия ДТП в ЕС приводят к ущербу в размере 2% внутреннего валового продукта (ВВП). В Украине ущерб от ДТП, по украинской методике расчета, составляет 1,4% , а по международной -3,5% ВВП [1].
Все изложенное настоятельно требует применения на автомобилях устройств, способных не допустить блокирования колес при торможении в
любых нагрузочных, скоростных и сцепных условиях движения.
Задача создания таких автоматических антибло-кировочных систем (АБС), обеспечивающих высокоэффективное безблокировочное торможение колес, является одним из основных направлений совершенствования тормозных систем автомобилей. Согласно Приказу Министра Украины от 10.02.2004 г. №82 п.4: необходимо обязательно ввести в конструкцию автобусов антиблокиро-вочную систему. Это будет содействовать повышению безопасности автобусных перевозок.
АБС в настоящее время активно внедряются ведущими зарубежными фирмами (Bosch, WABCO, Knorr-Brfimse и др.). С 2002 года предприятия авионики, входящие в Межгосударственную финансово-промышленную группу России «Аэрокосмическое оборудование», производят и снабжают антиблокировочной системой тормозов крупнейшие заводы «тяжелого» автопрома -КамАЗ, НефАЗ, ПАЗ, ЛиАЗ, «Урал».
Созданные за рубежом АБС достигли требуемого технического уровня, позволяющего им получить широкое распространение, но, не имея на рынке сбыта конкурентов, производители АБС могут диктовать свои условия в ценовой политике. Это приводит к высоким ценам на системы. Использование таких систем на украинских автомобильных заводах ограничено высокой стоимостью продукта и отсутствием необходимой квалификации инженерного персонала.
Разработанные отечественные опытные образцы АБС пока не соответствуют предъявляемым требованиям как по стоимости и надежности, так и по качеству регулирования. Причинами низкого качества регулирования является применение несовершенных алгоритмов функционирования
АБС, датчиков динамического состояния колеса, низкое быстродействие, инерционность исполнительной части (модуляторов), гистерезисные явления в тормозных механизмах и длительность переходных процессов в тормозных приводах (относится к пневматическим приводам) [2].
Цель и постановка задачи
Для более качественного анализа была сформулирована классификация модуляторов давления, приведенная на рис. 1, куда вошли модуляторы АБС как отечественного, так и зарубежного производства. Конструкция модулятора давления определяется как его назначением, так и алгоритмом управления. Большое значение также играет и место установки модулятора.
конструкции (одинарный или двойной, разгруженный или неразгруженный).
Рис. 1. Классификация электропневматических модуляторов давления
Анализ пневматических модуляторов АБС
У пневматических модуляторов АБС любой конструкции сжатый воздух беспрепятственно проходит к тормозной камере при служебных торможениях. Клапаны этих модуляторов активизируются только при угрозе блокировки колёс АТС. Как правило, модуляторы для АБС не управляют интенсивностью процесса во время штатного торможения.
Реализованные на практике модуляторы АБС по структуре рабочего цикла разделяются на двухфазовые (рис. 2) [2] (снижение давления в тормозной камере - повышение давления) и трехфазовые (рис. 3) [3] (снижение давления - выдержка - повышение давления). Аналогично этому модуляторы могут быть двухфазовые и трехфазовые. Запорный орган модулятора АБС может быть выполнен в виде клапана или золотника. Клапаны модулятора также как и других приборов пневматического тормозного привода классифицируются по следующим признакам: форме; материалу;
Рис. 2. Схема модулятора Полтавского агрегатного завода: 1 - впускной клапан; 2 - атмосферный клапан; 3 - управляющий поршень; 4, 5 - полости; 6 - электромагнитный клапан; 7 - атмосферный управляющий клапан; 8 - электромагнит
Рис. 3. Схема модулятора ЗИЛ: 1 - впускной электроклапан; 2 - выпускной электроклапан; 3, 4 - седла клапанов
Конструктивно пневмоусилитель модулятора может быть выполнен диафрагменным (рис. 4, 7) или поршневым. Поршневые аппараты выполняются обычно на базе стандартных ускорительных клапанов (рис. 3, 5, 6) [4]. Это унифицирует их с обычными пневмоаппаратами, облегчает и удешевляет изготовление. Однако таким модуляторам свойственны два недостатка. Это повышенные габариты и масса, так как уменьшение диаметров поршней ведет к увеличению зоны нечувствительности и ухудшению следящего
действия. Из-за этого модулятор имеет повышенную инерционность и малое быстродействие. Второй недостаток - наличие трущихся уплотнений. Мембранные модуляторы (рис. 4, 7) [4] лишены этих недостатков, достаточно надежны и просты в эксплуатации, но, в свою очередь, имеют меньшие проходные сечения и обычно не унифицированы с другими аппаратами.
Рис. 4. Схема модулятора давления АБС фирмы WABCO: 1,2 - электромагнитные клапаны; c, f - диафрагменные клапаны; і, h - сдвоенные клапаны; 1 - вывод от тормозного крана; 2 - вывод к тормозным камерам; 3 - выход в атмосферу
Рис. 5. Схема модулятора давления АБС фирмы WABCO: М1, М2 - электромагнитные клапаны; A, B - полости модулятора; a - следящий поршень; Ь - седло; c - кольцевой поршень; d - пружина; є - обратный клапан 1 - вывод к ресиверу; 2 - вывод к тормозным камерам; 3 - вывод в атмосферу; 4 -вывод к тормозному крану
По канальности модуляторы АБС могут быть одноканальными и двухканальными (рис. 6, 7).
Рис. 6. Схема модулятора давления АБС фирмы WABCO: М1,М2 - электромагниты; A, B -полости модулятора; a - фильтр; Ь - пружина; с - поршень; d - обратный клапан; f -поршень; є - впускной клапан; 1 - вывод к ресиверу; 22, 23 - выводы к тормозным камерам; 3 - вывод в атмосферу; 4 - выводы к тормозному крану
Рис. 7. Схема модулятора давления АБС фирмы WABCO
По соединению запорных органов и электромагнитного привода, это соединение может быть непосредственным (механическим) (рис. 8) или через пневмоусилитель. Первые требуют мощных электромагнитов, поэтому получили малое распространение. Вторые сложнее, так как включают в себя, помимо управляющей секции, еще и пневмоусилитель.
Рис. 8. Схема модулятора давления АБС фирмы Alide-Signal Bendix: 1 - управляющий поршень; 2 - электромагнит; 3 - золотник; 4, 5 -пружины
/., тормозным камерам
Рис. 9. Пневматический модулятор АБС с электронным управлением: 1 - золотник; 2 - шаговый электродвигатель; 3 - вал-шестерня; 4 - пружина
В создаваемом модуляторе (рис. 9) предлагается применение золотниковых клапанов с общим золотником, управляемым шаговым электродвигателем (2). Использование для управления состоянием клапанов шагового электродвигателя существенно повышает точность регулирования за счет плавного изменения в необходимых пределах проходных сечений клапанов модулятора во время торможения. В корпусе расположен разгруженный клапан золотникового типа 1. При этом подводящие и отводящие каналы выполнены с прямоугольным поперечным сечением. Достоинствами данного модулятора является его точность и надежность конструкции. Он обеспечивает возможность регулирования расхода воздуха в зависимости от проходного сечения каналов модулятора, а так же времени срабатывания одного цикла.
Выводы
Данный обзор позволяет сформулировать классификационные признаки пневматических модуляторов для АБС, а так же оценить конструктивные параметры пневматических модуляторов для АБС с электронным управлением.
Широкое распространение получили пневматические модуляторы с релейным принципом действия и трехфазным рабочим циклом. С элек-троклапанными управляющими элементами и усилительными полостями, мембранными или поршневыми.
Однако такие конструкции имеют ряд недостатков. Таким образом, использование пропорционального модулятора с золотниковым управляющим элементом прямого действия является рациональным и даст возможность добиться лучшего качества регулирования.
Литература
1. Чередніченко Л.В., Юрченко Т.В., Гринь Л.А.
Автомобільний транспорт України: стан, проблеми, перспективи розвитку. - К.: ДП «ДержавтотрансНДІпроект», 2005. - 275 с.
2. Северин А.А. Совершенствование исполни-
тельной части антиблокировочных систем автомобилей с пневматическим тормозным приводом: Дис. ...канд. техн. наук: 05.05.03.
- Харьков, 1985. - 180 с.
3. Гуревич Л.В., Меламуд Р.А. Тормозное управ-
ление автомобиля. - М.: Транспорт, 1978. -66 с.
4. WABCO. Systems And Components In Commer-
cial Vehicles. - 2003. - Version 002.09.01 р. -
- 35 р.
А.В. Бажинов, профессор, д.т.н., Статья поступила в редакцию 23 февраля 2007 г.
Рецензент
ХНАДУ.
