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

Не надо дозировать усилие на педали

Как же добиться торможения на грани блокировки колес? Как рассчитать усилие ноги на педали тормоза настолько точно? Очень просто! Здесь нам на помощь приходит антиблокировочная система (АБС, англ. ABS, antilock braking system) тормозов. По названию ясно, что эта система не допускает длительной блокировки колес, как бы сильно вы ни нажимали на педаль тормоза, и тем самым обеспечивает замедление на грани скольжения шин по дороге. Хотя, если быть точным, иногда допускает: при скорости ниже 5 км/ч, а также при боковом скольжении автомобиля она просто отключается. То есть АБС дает нам очень ценную возможность – возможность не думать о том, как тормозить.

История внедрения системы

Инженеры ведущих автомобильных компаний усердно занимались разработкой ABS в первой половине 70-х годов. Даже самые первые системы были довольно успешны, и уже в том десятилетии подобные системы начали устанавливать в автомобили серийного производства.

Изначально на автомашины монтировались механические датчики только на одной оси, которые отправляли данные в модуль управления об изменении давления в тормозных контурах. Разработчики с Германии сделали в этой области еще один шаг вперед и начали использовать датчики без контактов, и это, в свою очередь, катализировало передачу информации в логический блок. Кроме того, число ложных срабатываний сократилось, и за счет того, что устранились трущиеся поверхности, пропал износ. По тому же принципу, который использовался в первых антиблокировочных системах, работает и современная система.

Составные антиблокировочной системы

Гипотетически строение АБС абсолютно несложно, и состоит из следующих устройств:

• гидроблок
• датчики скорости
• блок электронного управления

Последнее играет роль «интеллекта» системы (компьютер), поэтому не трудно представить какую он отыгрывает роль. Что касается датчиков контроля скорости и гидроблока, необходим более глубокий анализ.

Как работает датчик скорости

Датчики, которые контролируют скорость работают по принципу электромагнитной индукции. В редуктор ведущего моста жестко зафиксирована катушка с магнитным сердечником. Также в ступице закреплен зубчатый венец, который вращается параллельно с колесом. Затем такое вращение меняет параметры магнитного поля, что в ответ обуславливает появление тока. Сила электротока будет прямо пропорционально расти по отношению к скорости вращения колес. Отталкиваясь от этой силы, в свою очередь, создается сигнал, и передается в блок электронного управления. Импульсы передаются от четырех датчиков скорости, которые бывают двух типов: активными и пассивными, а также отличатся по конструкции.

Активный тип датчика функционирует с магнитной втулкой. Передача бинарного сигнала осуществляется посредством считывания его метки. Благодаря скорости вращения, отсутствуют погрешности, и как результат – точные импульсные данные.

В пассивном типе применяется определенная гребенка в блоке ступицы. Благодаря подобным сигналам, датчик способен определить скорость вращения

Важно учитывать один недостаток этой конструкции – при небольшой скорости может получится неточность

Гидроблок

В состав гидроблока входит:

• резервуар для хранения тормозной жидкости – гидроаккумулятор;
• впускные и выпускные электромагнитные клапаны, благодаря которым регулируется давление, нагнетаемое в тормозных цилиндрах транспортного средства. Каждый вид ABS отличается числом пар клапанов;
• благодаря универсальному насосу осуществляется нагнетание необходимого давления в системе, в результате чего подается тормозная жидкость из гидроаккумулятора, а когда необходимо, отбирает ее назад.

Закрытая система с 3/3-ходовыми электромагнитными клапанами

Разработанная первоначально компанией Bosch система регулирует тормозное усилие (модуляцию тормозного усилия 3/3-ходовыми электромагнитными клапанами.

На рисунке а, б и в представлен процесс регулирования для каждого колеса.

В состоянии покоя (обесточенном состоянии) электромагнитный клапан позволяет усилию, создаваемому водителем на главном тормозном цилиндре при нажатии на педаль тормоза беспрепятственно воздействовать на колесный тормозной цилиндр. Этот процесс соответствует обычной работе тормозной системы. Тормозное усилие повышается и замедляет колесо. Если блок управления на основании сигнала датчика угловой скорости вращения колеса определяет слишком быстрое замедление колеса по сравнению с контрольной скоростью, то электромагнитный клапан сначала нагружается половиной максимального тока, в результате чего доступ к главному тормозному цилиндру перекрывается, что препятствует дальнейшему повышению давления в колесном тормозном цилиндре.

Если после этой стадии «удержания тормозного усилия» скорость вращения колеса не увеличится, а будет снижаться дальше, то электромагнитный клапан подается максимальный ток, вследствие чего открывается обратная магистраль, а тормозное усилие в колесном тормозном цилиндре уменьшается. В результате силы трения покоя дорожного полотна колесо снова ускоряется. Как только скорость примерно достигнет контрольного значения, блок управления обесточивает электромагнитный клапан, который снова возвращается в исходное положение (т.е. обратная магистраль перекрывается, тормозное усилие может уменишаться беспрепятственно). Цикл может быть начат сначала.

Чтобы поддержать тормозное усилие в главном тормозном цилиндре и обеспечить снижение усилия через накопитель, насос обратной подачи подает тормозную жидкость от накопителя во впускную магистраль главного тормозного цилиндра. Этот процесс заметен по пульсации педали тормоза. Обычно именно по этому признаку водитель определяет момент срабатывания системы ABS.

Регулирование тормозного усилия блоком управления электромагнитными клапанами происходит практически до полной остановки автомобиля либо до отпускания водителем педали тормоза и уменьшении тормозного усилия, свидетельствующего об отсутствии опасности блокировки колеса.

При выходе из строя системы ABS электромагнитные клапаны находятся в обесточенном состоянии, в результате чего тормозная система работает в обычном режиме без ABS-регулирования.

Если вдруг, что маловероятно, система ABS во время процесса регулирования в результате самодиагностики обнаружит неисправность, то, насколько это будет возможным, система продолжит регулирование торможения до конца.

На рисунке при помощи принципиальной электрической схемы представлены входы и выходы блока управления, а также взаимосвязь компонентов системы.

При включении зажигания (клемма 15) электронное реле защиты (КЗ) замыкается и соединяет клемму 30 с клелммой 31, в результате чего на блок управления (контакт 1) и на цепь управления (86) клапанного реле (К1) и реле двигателя (К2) подается «плюс» аккумуляторной батареи. Через контакты 10, 20 и 34 блок управления постоянно соединен с массой.

Через клемму 15 также подается питание на сигнальную лампу системы ABS (Н1). Она горит до тех пор, пока не будет соединена с массой через кабель 1 при помощи клапанного реле через клемму 87а или через контакт 29 блока управления.

Если блок управления через контакт 27 подает массу на разъем 87 клапанного реле, то последнее срабатывает и черезразъем 87 соединяет электромагнитные клапаны с клеммой 30. Работа клапанного реле контролируется блоком управления через контакт 32.

Функция сигнальной лампы проверяется блоком управления через контакт 29.

Через контакт 14 блока управления контролируется реле двигаеля, после того как оно будет включено контактом 28 на основании сигнала массы.

Это происходит, когда во время ABS-регулирования на насос обратной подачи подается питание от «плюса» аккумуляторной батареи. В этом случае блоком управления на основании сигнала массы управляются также электромагнитные клапаны.

Вce это зависит от частоты переменного напряжения датчиков угловой скорости вращения (В1).

Вход выключателя стоп-сигналов служит дополнительной защитой так же, как и сигнал работы двигателя через клемму 61 генератора. Сигнальная лампочка гаснет только при работающем двигателе с исправным генератором, поскольку при ABS-регулировании необходим запас энергии.

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.

Принцип работы антиблокировочной системы

На ступице каждого колеса устанавливаются специальные датчики АБС. Они регистрируют скорость вращения, и подают сигналы в блок управления. С точки зрения геометрии, колеса должны крутиться с одной скоростью при прямолинейном движении, а при повороте, внутренние ступицы замедляются. Поправка на разницу при поворотах внесена в алгоритм работы контроллера датчиков АБС.

Система может определить, какой датчик показывает заниженную скорость, или сигнализирует о блокировке колеса. Далее включается исполнительная часть механизма.

Устройство типового 4 канального блока АБС показано на иллюстрации:

• От каждого колеса, в модуль управления АБС поступает сигнал о скорости вращения (цветные линии на схеме). Его формируют датчик АБС.
• Главный тормозной цилиндр подает тормозную жидкость не прямо на суппорты колес, а в гидравлический модулятор.
• На выходе из модулятора установлены клапана, управляемые модулем управления. Их 4, по количеству колес автомобиля.
• При поступлении сигнала от датчика, о блокировке колеса в процессе торможения, на него кратковременно перестает поступать тормозная жидкость. Колесо разблокируется, процесс торможения возобновляется.

То есть, ключевым устройством является датчик АБС, поэтому если не работает система, проверка начинается именно с него.

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.

Диагностика неисправности своими силами

Если при зажигании контрольной лампы «ABS» вы едете в сервисный центр, информация данной главы вам не нужна. Специалисты подключат к автомобилю фирменный диагностический сканер, и при необходимости выполнят ремонт за ваши деньги.

А как проверить датчик АБС самостоятельно?

Если у вас есть самая простая читалка ошибок типа ELM-327, можно выполнить диагностику с помощью специальной программы. Такой софт есть и для Windows, и для платформ мобильных устройств. Тест с высокой долей вероятности покажет, на каком колесе проблема с датчиком, и возможно определит характер неисправности.

А если такого тестера нет? Воспользуемся мультиметром и визуальными средствами: лупа, фонарик.

• Визуальный осмотр. Проверяем по всей длине соединительный кабель. Если есть тестер — можно прозвонить провода от разъема датчика до разъема контроллера АБС. Разумеется, для этого нужна электрическая схема вашего автомобиля. Проверяем состояние контактов разъема: из-за постоянного нахождения в агрессивной среде, они могут окислиться.

  Проверяем состояние самого датчика: корпус должен быть целым, из-под точки крепления не вытекает жидкость (масло, вода), нет следов оплавления и подгорания пластика.

• Диагностируем состояние ступичного подшипника: для этого необходимо вывесить колесо на домкрате, и покачать его в горизонтальной и вертикальной плоскостях.

Если проблемы не обнаружены — проверяем датчик с помощью мультиметра или более сложного прибора: осциллографа.

Снять импульсы с датчика можно только осциллографом, при вращении колеса вручную. На мультиметре можно зарегистрировать наличие (отсутствие) напряжения в принципе. Порядок измерения 1–2 вольта.

На некоторых датчиках можно измерить сопротивление. Оно должно быть в пределах 0.8–1.3 кОм. Но этот параметр скорее позволяет проверить наличие обрыва во внутренней цепи, нежели исправность сенсора.

Правильное торможение без АБС

Каждому водителю следует осознавать, что недостаточно просто вовремя воспользоваться педалью тормоза. Так как если при большой скорости резко нажать на тормоз, то колеса автомобиля блокируются, в результате чего не будет сцепки колес с дорожным покрытием. Покрытие дороги может быть разным, поэтому и скорость скольжения колес будет разная. В результате транспортное средство перестает быть управляемым и может легко пойти в занос. Если владелец автомашины неопытный, то контролирование направления автомобиля может выдаться ему не по силам.

Самое главное в таком торможении – это не допустить, чтобы колеса жестко заблокировались, в результате чего транспортное средство идет в занос. Во избежание таких случаев, рекомендуется применение приема прерывистого торможения. Для осуществления такого правильного торможения, необходимо периодически с маленьким интервалом то нажимать, то отпускать педаль тормоза, и ни в коем случае нельзя держать педаль тормоза нажатой до полной остановки. С помощью такой простой методики торможения, можно контролировать автомобиль несмотря на качество поверхности дороги.

Однако необходимо учитывать простой человеческий фактор – водитель в непредвиденной ситуации способен растеряться и все правила торможения могут просто вылететь у него с головы. Для контроля транспортного средства в подобных экстренных ситуациях и была разработана антиблокировочная система торможения.

История

Впервые данная разработка была представлена общественности в 1950-х гг. Однако ее нельзя было назвать концепцией, потому что данную идею разрабатывали еще в начале ХХ века. Так, инженер Дж.Френсис в 1908-м году продемонстрировал работу своего «Регулятора», который предотвращал проскальзывание колес в рельсовом транспорте.

Подобную систему разрабатывал и механик и инженер Г. Вуазен. Он пытался создать систему тормозов для самолетов, которая самостоятельно регулировала гидравлическое воздействие на тормозные элементы так, чтобы колеса летательного аппарата не скользили по взлетно-посадочной полосе в результате торможения. Эксперименты с модификациями таких устройств он выполнял в 20-х годах ХХ века.

Ранние системы

Конечно, как и в случае всех первых разработок любых изобретений, изначально система, предотвращающая блокировку, имела сложное и примитивное строение. Так, вышеупомянутый Габриэль Вуазен в своих разработках использовал маховик и гидроклапан, подсоединенный к магистрали тормозов.

Работала система по такому принципу. Маховик крепился к барабану на колесе и вращался вместе с ним. Когда нет заноса, барабан и маховик вращаются с одинаковой скоростью. Как только колесо останавливается, барабан замедляется вместе с ним. Из-за того, что маховик продолжает вращаться, приоткрывался клапан гидравлической магистрали, снижая усилие на тормозной барабан.

Такая система зарекомендовала себя большей стабильностью транспортного средства, так как в случае заноса водитель инстинктивно еще сильнее нажимает на тормоза, вместо того, чтобы выполнять эту процедуру плавно. Данная разработка повысила эффективность торможения на 30 процентов. Еще один положительный результат – меньше лопнувших и стертых шин.

Однако должное признание система получила благодаря усилиям немецкого инженера Карла Весселя. Его разработку запантентовали в 1928-м. Несмотря на это установка не применялась на транспорте по причине значительных недоработок в ее устройстве.

Действительно рабочая антискользящая система тормозов использовалась в авиации в начале 50-х годов. А в 1958-м комплект Maxaret впервые был установлен на мотоцикл. Модель Royal Enfield Super Meteor был оснащен рабочей антиблокировочной системой. За работой системы следила Дорожная лаборатория. Исследования показали, что данный элемент тормозной системы значительно снизит аварии на мотоциклах, большая часть которых происходят именно из-за заноса при блокировке колеса во время торможения. Несмотря на такие показатели, главный директор технического отдела мотокомпании не одобрил массовое производство АБС.

В автомобилях механическая система, предотвращающая скольжение колес, применялась лишь в некоторых моделях. Одной из них является Ford Zodiac. Причиной такой ситуации являлась низкая надежность устройства. Лишь, начиная с 60-х гг. электронная антиблокировочная система нашла свое применение в известных самолетах Concorde.

Современные системы

Принцип электронной модификации перенял инженер исследовательского центра Fiat и назвал изобретение Antiskid. Разработка была продана компании Бош, после чего и получила название ABS.

В 1971-м году автомобильный производитель Chrysler представил полноценную и эффективную систему, которая управлялась компьютером. Похожую разработку годом раньше применил американский Ford в своем культовом Lincoln Continental. Постепенно эстафету приняли и другие ведущие автопроизводители. К середине 70-х годов большинство автомобилей с задним приводом имели электронную антиблокировочную систему на ведущих колесах, а некоторые авто оснащались модификацией, работающей на всех четырех колесах.

С 1976 года подобная разработка начала применяться на грузовом транспорте. В 1986-м система получила название EBS, так как работала полностью на электронике.

Проблемы эксплуатации ABS

Заметим, что современные ABS обладают достаточно высокой надежностью и могут длительное время работать не выходя из строя. Электронные блоки ABS отказывают крайне редко, поскольку защищены специальными реле и предохранителями, и если такая неисправность все-таки случилась, то ее причина нередко бывает связана с нарушениями правил и рекомендаций, о которых упомянем чуть ниже. Самыми же уязвимыми в схеме ABS являются колесные датчики, располагаемые 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 ABS.

Кроме того, на работоспособность ABS влияет величина напряжения между клеммами аккумулятора. При уменьшении напряжения до 10,5 В и ниже ABS вообще может самостоятельно выключиться через предохранительный электронный блок. Предохранительное реле может также сработать при недопустимых колебаниях и всплесках напряжения в сети автомобиля. Чтобы этого не случилось, нельзя разъединять электрические разъемы при включенном зажигании и работающем двигателе, необходимо строго следить за состоянием контактных соединений на генераторе. Если приходится заводить двигатель методом “прикуривания” от постороннего аккумулятора либо предоставлять для этой цели в качестве “донора” собственный автомобиль, соблюдайте следующие правила. При подсоединении проводов от внешнего аккумулятора необходимо, чтобы зажигание на вашем автомобиле было выключено (ключ из замка вынут). Пусть подзарядится ваш АКБ 5-10 минут. Перед запуском вашего автомобиля «донор» нужно заглушить и выключить зажигание, только потом включать зажигание и заводить свой. Это сохранит генератор на «доноре», а многие электронные блоки на вашем автомомбиле.

Что еще? Если автомобилю потребовался ремонт с применением сварки, то перед началом работ следует отсоединить проводку от электронного блока управления ABS. Кроме того, этот блок не рекомендуется подвергать нагреву свыше 85 градусов по Цельсию более двух часов. Это к тому, если автомобиль предполагается красить, а затем сушить горячим методом в специальной камере.

О том, что ABS неисправна, свидетельствует загорание контрольной лампы на панели приборов. Слишком нервно реагировать на это не следует, без тормозов автомобиль не останется, но при торможении будет вести себя как машина, в которой ABS отсутствует. Если контрольная лампочка ABS загорелась во время движения, необходимо остановить автомобиль, заглушить двигатель и проверить напряжение между клеммами аккумулятора. Если оно окажется ниже 10,5 В, то можно продолжать движение, а при первой возможности зарядить аккумулятор. Если лампочка ABS периодически загорается и гаснет, то, скорее всего, барахлит какой-нибудь контакт в электрической цепи ABS. Автомобиль следует загнать на смотровую канаву, проверить все провода и зачистить электрические контакты. Если причина мигания лампы ABS не будет обнаружена, то дальнейшие поиски неисправности следует продолжить в специализированном автосервисе.

Существует ряд особенностей, связанных с обслуживанием или ремонтом тормозной системы с ABS. Например, перед заменой тормозной жидкости следует разрядить аккумулятор давления в гидроблоке ABS. Для этого при выключенном зажигании необходимо раз двадцать нажать на педаль тормоза.