Как устроен датчик абс? устройство и принцип работы системы abs и 4 самые частые её поломки

ABS бывают разные

В самых дорогих, а значит, и самых эффективных четырехканальных системах каждое колесо имеет индивидуальное регулирование давления тормозной жидкости. Естественно, что количество датчиков угловой скорости, модуляторов давления и каналов управления в этом случае равно числу колес. Все четырёхканальные системы выполняют функцию EBD (регулировку тормозных усилий по осям). Дешевые обходятся одним общим модулятором и одним каналом управления. В таких ABS растормаживание всех колёс происходит при блокировке хотя бы одного. Наибольшее применение получила система с четырьмя датчиками, но с двумя модуляторами (по одному на ось) и двумя каналами управления. В них регулировка давления на оси происходит по сигналу датчика или худшего колеса, или лучшего. Наконец, выпускают трехканальную систему. Три модулятора этой системы обслуживают три канала, производя индивидуальное регулирование давления тормозной жидкости в магистралях передних колес по отдельности и обеих задних колес.

Вы думаете, что давление тормозной жидкости в тормозной магистрали создается только главным тормозным цилиндром? Отнюдь нет. Часто ему помогает специальный, встроенный в систему гидронасос. В новейших ABS с помощью компьютера оценивается динамика движения автомобиля, угол наклона дорожного полотна, сцепление с поверхностью дороги, влияние включенного круиз-контроля при замедлении автомобиля и другие факторы и, на основании этой информации определяет какое нужно давление в тормозной магистрали. Определив необходимую величину давления, ее обеспечивают подачей или стравливанием тормозной жидкости в гидроаккумулятор.

На большинстве автомобилей с антиблокировочными системами торможение на рыхлом снегу и на гравии будет намного больше, чем на остальных автомобилях (из-за эффекта сбора валика грунта или снега перед заблокированным колесом). На последних ABS блоки распознают тип опорной поверхности по относительному скольжению и допускают возможность блокировки колёс. Такие системы не зажгут лампочку неисправности при прокрутке колёс на подъёмнике (например при диагностике ступичных подшипников), хотя в памяти это обязательно отметят.

Принцип работы антиблокировочной системы

Для принятия решения и его исполнения любая автоматика должна иметь входной сигнал, устройство обработки данных и исполнительные механизмы.

Так и ABS, получая сигнал о начале блокирования колёс кратковременно растормаживает диск или барабан, связанный со ступицей, а после восстановления контакта снова прикладывает давление к тормозным колодкам. Процесс повторяется десятки раз в секунду, что в результате усреднения импульсного воздействия даёт оптимальную величину замедления.

Отслеживая скорость автомобиля и частоту вращений колёс, система сравнивает эти величины, стараясь не выходить за заданные рамки разницы между ними.

Таким образом, замедление поддерживается максимальным для данных дорожных условий. В остальных случаях, когда сцепления хватает для желаемого торможения, ABS «молчит», не вмешиваясь в управление.

Распространённые поломки

1. Деактивация по результатам самодиагностики. Это может быть вызвано сбоями в работе управляющего блока или повреждением проводки сенсорного датчика ABS.
2. АБС после активации самодиагностируется, но затем выключается. Такую проблему может вызвать разрыв проводов, нарушение контактов или их окисление, где нарушена подача питания и сигналов.
3. Появляется ошибка, но датчик АВС работает. Это является следствием обрыва в сенсорном датчике. Также её может вызвать разница давления в колёсах или даже разный узор протекторов.
4. Полная потеря работоспособности системы. Тут может быть масса причин, начиная от поломок датчика и заканчивая износом подшипников ступиц.

Чтобы выявить неисправность, нужно проверить давление и люфт в автоколёсах, работоспособность гребёнки и ротора. Если на элементах есть сколы, то их лучше полностью поменять. Если проблема осталась нерешённой, то причина, скорее всего, кроется в электронной составляющей. В таком случае требуется получить код для диагностики.

Краткая история антиблокировочной системы

Первые АБС появились в начале ХХ века на железной дороге. Ранее поезда останавливали с помощью полной блокировки колес, которая производилась посредством специальных стальных деталей. Однако такой способ торможения имел один существенный недостаток. При полной остановке колес они создавали сильное трение. В результате изнашивались обода, оси и рельсы. Тогда в 1910 – 1920 годах на осях колес начали устанавливать электромагнит, который не полностью их останавливал, а постепенно замедлял их вращение. В середине 1920-х годов такую конструкцию также стали монтировать на осях самолетных шасси.

Первые попытки применения АБС на автомобилях предприняла известная немецкая корпорация Bosch в 1930-х годах. Правда, успехом они не увенчались – для эффективной работы системой должна была управлять электроника, но тогда не было соответствующих технологий.

Нормально функционирующие ABS появились в 1970-х годах после того, как произошел рывок в развитии полупроводников. Первую подобную систему продемонстрировала общественности немецкая автомобильная компания Daimler-Benz AG. «Подтянулся» и Bosch – он тоже наладил выпуск АБС.

После создания рабочего варианта АБС его устанавливали на автомобили опционально, за дополнительную плату. В обязательном порядке ее монтировали только на дорогие модели Mercedes Benz.

Однако ситуация изменилась в 2004 году. В соответствии с принятым тогда общеевропейским законом все авто, которые продавались на территории ЕС, должны были быть оснащены АБС. Чтобы остаться на рынке Старого Света, почти все производители стали оснащать свою продукцию системой. В результате по состоянию на 2020 год ее имеют около 85% автомобилей в мире.

Неисправности ABS

Проблемы могут возникнуть и у самой хорошей системы, и ABS не является исключением. Исправить их можно самостоятельно или обратиться в любой сервис по техническому обслуживанию автомобилей. Такие поломки не доставляют больших проблем водителям и решаются примерно за несколько часов. Ошибка ABS проявляется очень быстро, и вероятную поломку легко обнаружить.

1. Сгорели или повредились предохранители.
2. Стал неисправен датчик в автомобиле.
3. Были подобраны неправильные шины.
4. Обрыв проводов.

Люди, которые хоть на 30% разбираются в автомобилях могут выявить и исправить данные нарушения самостоятельно. Для других имеются специализированные сервисные центры, с современной компьютерной диагностикой, которая за минуту выявляет неисправность. Для того чтобы избежать данных проблем, следует следить за машиной и как минимум содержать ее в чистоте.

Почему загорается ABS?

Если на приборной панели горит значок ABS, это значит, что система работает неправильно или сломана вовсе. Многие водители считают, что это как-то сказывается на тормозах в целом, но это не так. Такая ситуация не критична, ведь некоторые автомобилисты не имеют ее в комплектации и спокойно управляют транспортным средством. Основными причинами горения лампочки считаются:

• нет контакта у разъема подключения;
• один из датчиков не передает сигнал;
• поврежден ступичный венец;
• не работает блок управления.

На машинах, оборудованных бортовым компьютером, все неполадки системы определяются с помощью кода. Выявив и устранив возникшую неприятность обязательно нужно проверить работоспособность системы. Сделать это можно способом разгона автомобиля до 40 км/час и резкого торможения. Ели раздастся характерный треск, и нога почувствует вибрацию, то ABS исправна.

Эффективность работы

Если колеса при торможении блокируются, расстояние до окончательной остановки машины будет максимальным. Объясняется это базовыми законами физики. Коэффициент трения скольжения меньше, чем значение трения покоя. Автомобиль будто скользит по дорожному покрытию. В этот момент поворот руля практически перестает влиять на траекторию движения.

Опытный водитель интуитивно понимает, что нажимать со всей силы на тормоз опасно. Поэтому автомобилисты то усиливают, то ослабляют давление ступни на педаль. Это помогает корректировать курс транспортного средства.

Именно по такому принципу и работает антиблокировочная система. Она отслеживает вращение колес, и при их блокировке начинает то уменьшать, то увеличивать давление. Отличие в том, что электронный блок управления может менять этот параметр многократно и очень быстро (в среднем 20-25 раз за 1 секунду). Водитель получает возможность маневрировать прямо во время торможения. Сохраняется контроль над автомобилем, что значительно повышает безопасность езды.

Источник изображения: hyundai.gd

Существуют одноканальные и многоканальные системы. В первом случае контролируется общее тормозное усилие, во втором – усилие на каждом отдельно взятом колесе. Это еще больше стабилизирует поведение машины в сложных дорожных условиях.

Водителям-новичкам рекомендуется нарабатывать навыки именно на автомобилях с АБС. Система позволяет экстренно тормозить, что может уберечь от многих неприятностей во время обучения. Кроме того, она незаменима в гололед, во время снегопада и дождя. Сцепление колес со скользкой дорогой значительно ухудшается. АБС помогает компенсировать это явление.

Иногда наличие АБС становится причиной увеличения длины тормозного пути. Однако виноват в этом порой бывает сам водитель. Такое наблюдается, например, при езде зимой на летних покрышках. Антиблокировочная система также может стать помехой при остановке на мягком рыхлом грунте. Колеса начинают зарываться в поверхность, что не дает автомобилю прекратить движение. Поэтому на некоторых моделях есть функция отключения АБС.

Принципиальная схема АБС в автомобиле

Поскольку тормоза легкового автомобиля приводит в действие гидравлическая система, то для предотвращения блокировок потребуется снижать в ней давление. Для этого используется специальный клапан, который в обычном состоянии закрыт, но способен открываться и пропускать через себя тормозную жидкость, если на него подать электрический сигнал.

Давление от главного тормозного цилиндра, создаваемое ножной педалью с дополнительным усилителем, передаётся к исполнительному механизму, в роли которого выступает рабочий тормозной цилиндр, через ещё один клапан, называемый впускным. Он нормально открытый, то есть закрывается только при подаче на него напряжения.

Впускной и выпускной клапаны работают под управлением программы, причём возможен момент, когда они оба закрыты. Это переходный этап, когда колесо только начинает проскальзывать, давление в его цилиндре ещё не уменьшается, но уже и не увеличивается. Система оценивает результат и принимает решение, добавлять давление или уменьшать.

Для сглаживания пульсаций давления в системе и быстрого перемещения объёмов жидкости в гидромеханическом блоке используются электрогидравлический насос и гидроаккумулятор давления. Аккумулятор способен поддерживать давление постоянным, принимая или сбрасывая избытки жидкости, а насос значительно ускоряет быстродействие системы. Существовали и предельно упрощенные АБС, где эти узлы отсутствовали.

На каждом колесе (не считая ранних и упрощённых версий) установлены датчики вращения. Обычно это простейший, но очень надёжный прибор, работающий с использованием электромагнитной индукции. Постоянный магнит с намотанной на него катушкой одним из своих полюсов расположен вблизи зубчатого венца, вращающегося вместе с колесом автомобиля. На прохождение мимо него каждого зубца датчик реагирует электрическим импульсом. Частота сигнала пропорциональна скорости вращения, а значит и скорости автомобиля в отсутствие пробуксовок, с известным коэффициентом. Сигнал по экранированной проводке поступает далее на оцифровку.

Управляет системой электронный блок. Это микрокомпьютер, который собирает информацию от датчиков вращения колёс, датчика скорости автомобиля и бортовой шины данных автомобиля. Чаще всего используются два микропроцессора, работающие по общей шине. Блок имеет обычную для компьютеров конфигурацию с оперативной и постоянной памятью, периферийными устройствами и силовыми ключами.

Требования по надёжности, предъявляемые к тормозам, заставляют применять дублирование основных узлов и механизмов. Чаще всего применяются два независимых контура, различаются лишь схемы их подключения к колёсам. Поэтому в реальных конструкциях число деталей может быть разным.

В настоящее время наиболее типовой стала четырёхканальная система с разделением дублирующих контуров по диагонали. То есть на каждое колесо имеется свой датчик вращения и пара клапанов, а в общий гидроблок интегрированы по два разделённых по контурам насоса и гидроаккумулятора. Один контур обслуживает правое переднее и левое заднее колёса, второй соответственно левое переднее и правое заднее.

При отказе любого из контуров всегда при торможении будет задействовано одно переднее и одно заднее колёса, а стабильность торможения обеспечивается как работой АБС, так и конструкцией передней подвески с отрицательным плечом обката.

Конструкция и назначение составляющих частей

Устройство антиблокировочной системы состоит из трех основных составных элементов:

1. Колесные датчики скорости
2. Блок (модуль) управления
3. Исполнительное устройство

Элементы ABS автомобиля

Как отмечено, эта система нередко задействуется в качестве базы для других. При этом составные части ряда иных систем являются лишь дополнением к АБС.

Датчики

Датчики скорости – очень важные составляющие, поскольку на их показаниях основывается работа системы ABS. По импульсам, которые они подают, модуль управления высчитывает скорость вращения каждого из колес, и на основе расчетов производится управление исполнительным механизмом.

Расположение датчика скорости на ступице колеса

В конструкции АБС используется два типа датчиков. Первые получили название пассивных датчиков. Эти элементы – индуктивного типа.

Конструкция их включает сам датчик, состоящий из обмотки, сердечника и магнита, а также зубчатого венца, используемого в качестве задающего элемента. Зубчатый венец устанавливается на ступицу, поэтому он вращается вместе с колесом.

Датчик индуктивного типа

Суть функционирования пассивного элемента очень проста – обмотка генерирует магнитное поле, через которое проходит зубчатый венец. Имеющиеся зубья при проходе через поле оказывают на него влияние, что обеспечивает возбуждение напряжения в датчике. Чередование зубьев с впадинами обеспечивает создание импульсов напряжения, которые и позволяют высчитать скорость вращения колеса.

Негативным качеством пассивных датчиков является недостаточная точность измерения при движении на незначительных скоростях, что может стать причиной некорректной работы системы ABS.

Сейчас, из-за имеющегося недостатка, пассивные датчики в антиблокировочной системе не используются и их заменили так называемыми активными элементами.

Как и в первом варианте, активные датчики состоят из двух основных составляющих – самого датчика и задающего элемента. Но в активных элементах датчики построены либо на магниторезистивном эффекте, либо на эффекте Холла. Оба варианта для работы требуют подачи питания (пассивные элементы сами вырабатывали его).

Что касается задающего элемента, то здесь в конструкции используется кольцо с намагниченными секторами (мультиполюсное).

Устройство и принцип работы активного датчика скорости

Суть работы активных элементов различная. В магниторезистивном варианте постоянно меняющееся поле (от задающего кольца) приводит к изменениям показаний сопротивления в датчике. В элементе Холла это поле меняет само напряжение. В обоих случаях создается импульс, по которому можно рассчитать скорость вращения.

Элементы активного типа получили широкое распространение благодаря высокой точности замеров на любых скоростях.

Блок управления

Модуль управления системы ABS, как и иные ЭБУ, задействованный в системах авто, нужен для получения и обработки импульсов, передающихся от колесных датчиков. В него занесены табличные данные, на основе которых он управляет исполнительным механизмом. То есть, после поступления сигнала с каждого датчика, он сравнивает его с информацией, занесенной в таблице, и по полученным результатам определят, что должен сделать.

Блок АБС

В авто с рядом систем, построенных на основе АБС, блок управления имеет дополнительные модули, отвечающие за работу своих систем.

Исполнительный механизм

Исполнительный механизм (его еще называют гидроблоком или модулем ABS) – самый сложный по конструкции и состоит из ряда элементов:

• электромагнитные клапаны (впускной, выпускной);
• аккумуляторы давления;
• помпа обратной подачи;
• амортизационная камера.

Устройство блока АБС

В классической схеме к рабочему механизму тормозов идет только одна магистраль, по которой подается жидкость от главного цилиндра. В АБС же в нее врезана магистраль обратной подачи, но она проходит только внутри модуля.

Впускной клапан – единственный элемент, установленный на магистрали основной подачи. В его задачу входит перекрытие подачи жидкости при определенных условиях, по умолчанию он открыт.

Врезка магистрали обратной подачи осуществляется за впускным клапаном. На входе в нее установлен выпускной клапан, который в обычном положении закрыт.

Далее за клапаном в обратной магистрали располагается аккумулятор давления, в задачу которого входит сбор жидкости при сбрасывании давления в системе.

Если объема аккумулятора не хватает, чтобы принять всю жидкость, в работу включается насос, который перекачивает излишки в основную магистраль.

Но процесс перекачки сопровождается пульсацией, и чтобы погасить колебания жидкости, она сначала попадает в амортизационные камеры и только после этого – в магистраль.

Поколения и виды

Современная система, устанавливаемая на авто, — четырехканальная. Она включает в себя по два клапана на каждое колесо, а также по одному аккумулятору давления и амортизационной камере на контур (а их – два).

В целом, эта система уже насчитывает 5 поколений. Первая из них появилась в 1978 году, вторая пришла ей на смену в 1980 году и устанавливалась она вплоть до 1995 года, после чего 2-е поколение вытеснило 3-е. Современное 4-е поколение системы появилось в 2003 году, а сейчас применяется 5-е поколение, которое продолжает использоваться до сих пор.

Что касается конструктивных особенностей, то четырехканальная система — самая последняя и технологически совершенная. Но ей предшествовали:

• одноканальная система (в ней использовалось всего два клапана, которыми регулировалось давление во всех магистралях одновременно. Примечательно, что в одноканальном типе система обычно вносила коррективы только в механизмах ведущей оси, то есть, АБС работала только с двумя колесами);
• двухканальная (в этом типе АБС тормозные механизмы разделили по бортам, для каждого из которых предусмотрены свой комплект клапанов. То есть, один канал объединял в себе механизмы переднего и заднего колес одной стороны);
• Трехканальная (в ней для колес задней оси предусматривался один комплект клапанов, а передние оснащались каждый своим каналом).

Сейчас эти три типа системы ABS встречаются только разве что на старых авто.

Устройство

В состав системы входят электронные, механические и гидравлические узлы, органично вписанные в традиционные тормоза. Всё сделано так, чтобы при выходе из строя элементов, относящихся к ABS, функциональность торможения не изменилась.

Датчики скорости

Теоретически в наиболее функциональной системе их должно быть пять, один измеряет скорость автомобиля в целом, остальные отслеживают частоту вращения каждого колеса, которая связана с линейной скоростью протектора шины. Оценке подлежит как разница скоростей, так и динамика их изменения.

Каждый датчик представляет собой электромагнит, включающий сердечник и намотанную на него катушку индуктивности. Узел закрепляется на кулаке подвески или чулке полуоси, а его выступающий наконечник с небольшим зазором отслеживает вращение задающего диска, связанного со ступицей колеса.

Иногда это зубчатый венец, иногда просто намагниченная короткими отрезками составная часть ступичного подшипника. Встречаются и устройства на эффекте Холла, они более быстродействующие, хотя особой необходимости в этом нет.

На выходе датчика образуется импульсный электрический сигнал, каждый пик которого соответствует одному зубцу или магнитной метке. Частота этих импульсов пропорциональна скорости вращений колеса.

Сигнал передаётся по экранированному кабелю в управляющий блок АБС, где усиливается и преобразуется в цифровой формат. Блок непрерывно отслеживает полученные данные, принимая их как информацию о мгновенной скорости вращения колёс.

Клапаны

Для выполнения команд электронного блока на изменение давления в тормозных магистралях нужны устройства, преобразующие электрические сигналы в силовые гидравлические.

В этой роли выступают управляющие клапаны. Они представляют собой классические соленоиды, штоки которых связаны с нормально закрытыми или открытыми гидравлическими запирающими конусами.

Как правило, устанавливается по два клапана на колесо, нормально открытый (то есть не препятствующий потоку при отсутствии управляющего напряжения) впускной и нормально закрытый выпускной. Первый подаёт давление на рабочий цилиндр тормоза, второй его сбрасывает.

Существует три режима работы клапанов:

• подача давления в цилиндр, первый открыт, второй закрыт;
• удержание давления, когда оба клапана закрыты, срабатывает при первых признаках скольжения;
• сброс давления, открывается выпускной клапан, если удержание не помогло и колесо продолжает скользить.

Клапаны должны обладать хорошим быстродействием, поскольку процесс происходит с высокой частотой для качественной модуляции торможения.

Насос

В состав системы входит электрический насос рабочей жидкости, роль которого состоит в ускорении перекачивания, что повышает общее быстродействие АБС. Чем выше рабочее давление, тем скорее система отреагирует на любой режим.

Избавление от пиковых нагрузок и пульсаций давления производится с помощью сблокированных с насосом гидроаккумуляторов, которые сглаживают колебания и хранят в себе запас жидкости, обладающей энергией за счёт сжатой пружины аккмулятора, расположенной с обратной стороны его диафрагмы. Питание на насос подаётся по команде блока управления.

Блок управления

Электронный модуль, построенный на базе микрокомпьютера, является мозгом системы, собирающим информацию от всех датчиков, а также по интерфейсной шине от прочих компьютеров автомобиля, и хранящим в памяти все алгоритмы работы АБС в виде программы.

Выходными сигналами блока являются напряжения питания датчиков, насоса, а также включения контрольной лампы неисправностей, и передача информации прочим устройствам.

Блоки управления непрерывно усовершенствуются, растёт их быстродействие, способность обрабатывать большие объёмы информации, эффективность использования новых алгоритмов.

Часто машины попадают в такие условия, когда простейших способов управления колёсами не хватает, приходится внедрять элементы искусственного интеллекта. Совершенство не достигнуто до сих пор. Одновременно в блок добавляются новые функции, непосредственно с АБС не связанные.