По пути технического совершенства
С точки зрения безопасности дорожного движения тормозная система является одной из важнейших. Непросто быстро остановить транспортное средство, идущее на высокой скорости, особенно если это тяжелый автопоезд или большой автобус. И здесь без электроники уже не обойтись, а раз уж она появилась, то на нее можно «нагрузить» выполнение и других функций.
Гидравлика или пневматика
Гидравлические тормозные системы, ныне широко применяемые на легковых автомобилях и легких коммерческих транспортных средствах, вполне отвечают современным требованиям. Они просты, надежны и недороги. В них давление жидкости в тормозных камерах создается усилием водителя, который давит ногой на педаль тормоза. Чем сильнее нажатие, тем выше давление, а значит, и более энергично замедляется автомобиль. Для облегчения труда водителя применяют вакуумные усилители, которые располагаются между педалью и главным тормозным цилиндром.
И все бы хорошо, однако у таких устройств имеются ограничения по полной массе транспортного средства.
С ее ростом для сохранения эффективности процесса торможения необходимо увеличивать силу прижатия тормозных колодок к дискам (или барабанам). Этого можно добиваться за счет усиления нажатия на педаль, увеличения ее хода, повышения эффективности усилителя. Но все три параметра имеют свой предел. Кардинальное решение проблемы состоит в переходе от гидравлики к пневматике.
Пневматическая тормозная система содержит как минимум три компонента: ресивер со сжатым воздухом (давление порядка 10 бар), тормозной кран, связанный с педалью, и саму тормозную камеру. Здесь водитель посредством тормозного крана лишь регулирует поступление воздуха из ресивера в камеру и тем самым – эффективность торможения. Реально применяемые системы гораздо сложнее – они разделены на контуры, дополнительно имеют компрессор для накачки ресиверов, регулятор тормозных сил (на задней оси), контролирующие приборы и ряд других компонентов. Автопоезда помимо пневматической тормозной системы тягача содержат таковую для прицепного подвижного состава.
Наступление электронной эры в автомобилестроении привело к появлению в составе тормозных систем (как тягача, так и прицепа) электронных компонентов. Первенцем стал «антиблок». Это произошло в 1981 году. За ним последовала противобуксовочная система. Как видим, первые два этапа электронизации пневмотормозов совпадают с таковыми у гидравлики. Но в дальнейшем их пути разошлись. Для легковых автомобилей стали разрабатывать систему динамической стабилизации, а для грузовиков электропневматический привод.
На помощь пришла электроника
Пневматическая тормозная система по сравнению с гидравлической имеет один существенный и, к сожалению, неустранимый недостаток – меньшее быстродействие. Причина связана с пониженной скоростью распространения воздуха по трубопроводам. Особенно это заметно у автопоездов. Применение ускорительных клапанов позволяет сгладить проблему и получить приемлемое для практического применения запаздывание срабатывания тормозных механизмов задней оси длинных транспортных средств, но не более.
Выход из ситуации конструкторы нашли в применении электроники. Они установили на педаль тормоза датчик ее положения, сигнал с которого поступает на контроллер. В тормозных камерах разместили датчики давления, информацию с них также направили на блок управления. Воздух из ресиверов в тормозные камеры подается через модуляторы, управляющие команды для которых вырабатывает контроллер. Они формируются таким образом, чтобы давление воздуха в тормозных камерах соответствовало задаваемому водителем. Таким образом, появился электропневматиче-ский тормозной привод, его внедрение началось в середине 1990-х годов.
Электрический сигнал в пределах автопоезда распространяется практически мгновенно, следовательно, все его оси теперь затормаживаются одновременно. Более того, электропневматика позволяет вносить искусственное запаздывание, например, таким образом, чтобы торможение начиналось с задних осей – это будет препятствовать такому опасному явлению, как складывание автопоезда. А еще, дополнив тормозные механизмы датчиками износа, можно так распределять тормозные усилия, чтобы их износ происходил равномерно; тогда замена отслуживших свое тормозных компонентов производится разом за один заезд на станцию технического обслуживания.
Внедрение быстродействующего электропневматического тормозного привода позволило взяться за решение задачи обеспечения курсовой устойчивости, т.е. создание системы динамической стабилизации для тяжелых грузовых автомобилей, автопоездов и автобусов. И такое устройство появилось. Это произошло в самом начале XXI века. Первоначально оно представляло собой отдельный блок, который соединялся с шиной «CAN» с помощью электропневматики, и на него заводились сигналы с трех датчиков: положения рулевого колеса, скорости вращения автомобиля вокруг вертикальной оси и поперечного ускорения автомобиля. Позднее произошла интеграция, и система динамической стабилизации стала одной из функций, выполняемых электропневмотормозами.
Классика не сдается
Несмотря на существенные преимущества электропневматического привода, он пока что не смог полностью вытеснить классическую пневматику. Во-первых, получается дороже, а во-вторых, его повышенное быстродействие для коротких транспортных средств, таких как самосвалы, не актуально. В то же время системы динамической стабилизации на дорогах доказали свою высокую эффективность в деле повышения безопасности движения и поэтому получают все более широкое распространение, как среди легковых, так и грузовых автомобилей и автобусов. На создавшуюся ситуацию поставщики тормозной аппаратуры ответили созданием классического пневматического привода, содержащего СДС.
Познакомимся подробнее с новейшей разработкой компании Knorr-Bremse. Она получила наименование ABS 8. Несмотря на то что в названии указана только АБС, на самом деле это семейство систем разного уровня, содержащее и простую антиблокировочную (базовая), и более сложную противобуксо-вочную, и топовую систему динамической стабилизации (Advanced). Конструктивно контроллеры выполняются двух видов – предназначенные для установки в кабине или на раме. По напряжению питания они разделяются на 12- и 24-вольтовые. В производственной программе фирмы новинка заменит семейство ABS 6.
Дальнейшее развитие ABS 8 предусматривает расширение выполняемых пневматической тормозной системой функций. Среди них управление пневматической подвеской (ELC), мониторинг давления в шинах (TPMS), управление компонентами подготовки воздуха (компрессором и клапанами). Еще одна интересная особенность новинки состоит в том, что регулирование давления в тормозных камерах задней оси может осуществляться либо традиционным способом через раздельные модуляторы, либо посредством компактного модуля задней оси (CRAM).
Не исключено, что появление столь совершенной классической пневматической тормозной системы замедлит процесс перехода на электропневматику, по крайней мере, у одиночных транспортных средств.
В заключение отметим, что ведущими разработчиками и производителями пневматических тормозных устройств с электронным управлением являются Knorr-Bremse и WABCO. Они конкурируют в жестких условиях рынка и практически одновременно создают аналогичные системы, начиная от АБС и заканчивая последними разработками.
В статье использованы иллюстрации компаний Knorr-Bremse и WABCO
