УДК 621.833.6

осцилляционнАЯ модуляциЯ давления в антиблокировочных системах автомОбилей

Т.В.Мартынец

oscillating pressure modulation of is anti-block system CARS

T.V.Martynets

Проведено экспериментальное исследование возможности применения осцилляционной модуляции в АБС. Получена характеристика осцилляционного модулятора давления.

Ключевые слова: АБС, легковой автомобиль, осцилляционный модулятор давления.

Проведено експериментальне дослідження можливості застосування осциляційної модуляції в АБС. Отримана характеристика осциляційного модулятора тиску.

Ключові слова: АБС, легковий автомобіль, осциляційний модулятор тиску.

It was conducted the experimental research оf possible application of oscillating modulation is anti-block system. The characteristic of pressure modulation was obtained.

Key words: anti-block system, car, oscillating modulation of pressure.

Тридцатилетний опыт эксплуатации автомобилей, оснащенных АБС, доказывает необходимость их применения на всех типах автомобилей, поскольку они значительно повышают устойчивость и управляемость автомобилей при экстренных торможениях, в особенности на скользких дорогах. При этом, несмотря на значительный опыт и массовый характер их производства, стоимость АБС еще достаточно велика (более 400 долл. США за 1 комплект), что делает их применение на автомобилях особо малого класса экономически нецелесообразным, поскольку, по мнению большинства специалистов, она не должна превышать 5% стоимости автомобиля в базовой комплектации.

Основная часть стоимости АБС (75%) легкового автомобиля – это стоимость исполнительного элемента, т.е. модулятора давления в гидравлическом тормозном приводе, которая определяется необходимостью применения дорогостоящих конструктивных элементов: электромагнитных клапанов, подкачивающих насосов с автономным электроприводом (например, в АБС производства «Robert Bosh») или шаговых электродвигателей и механических передач от них к плунжерам (в АБС «Lucas Girling»). Из литературы известны предложения о применении способа осцилляционной модуляции [1] и конструктивных решений для его реализации [2], позволяющие существенно упростить конструкцию модуляторов давления и отказаться от применения дорогостоящих элементов. Этот способ заключается в том, что плунжер, размещенный в отсеченном объеме, приводят в состояние осцилляции, а среднее положение плунжера, которое определяет величину давления тормозной жидкости в РТЦ, регулируют путем изменения скважности импульсного сигнала, подаваемого на катушку электромагнита управления положением плунжера. Конструктивная схема осцилляционного модулятора и характер изменения управляющего сигнала показаны на рис.1.

При подаче напряжения U на катушку 4 плунжер 2 под действием силы электромагнита Q_э смещается вправо против усилия пружины 5, вследствие чего сначала закрывается отсечной клапан 1, а при дальнейшем перемещении плунжера – снижается давление тормозной жидкости в отсеченном объеме. При снятии напряжения с катушки 4 плунжер 2 смещается влево под действием усилия пружины 5 и давление в отсеченном объеме повышается. Регулируемым параметром управляющего сигнала является его скважность

(1)

1 – отсечной клапан; 2 – плунжер; 3,4 – сердечник и катушка электромагнита;

5 – тарированная пружина.

Рисунок 1 Конструктивная схема осцилляционного модулятора

Однако, сведения об экспериментальных исследованиях способа осцилляционной модуляции и оценке возможности его применения в исполнительных элементах АБС в литературе отсутствуют. Цель данного испытания заключается в проверке правильности определения конструктивных параметров, оценке работоспособности и функциональной пригодности разработанного осцилляционного модулятора давления.

Для достижения этой цели необходимо последовательное выполнение следующих задач:

- оценки стабильности создания и поддержания давления в РТЦ во всем диапазоне его изменения в режиме служебного торможения (при отсутствии напряжения на катушке электромагнита);

- определения возможности модуляции давления от Р_max до нуля за счет изменения скважности импульсного управляющего напряжения от нуля до 1.0;

- определение характеристики модулятора

∆Р_ср = ∆Р_ср(С), (2)

являющейся исходной при моделировании работы модулятора в составе АБС;

- определение амплитуды пульсаций давления в РТЦ в функции частоты импульсного управляющего напряжения.

Для выполнения перечисленных задач испытание модулятора проводится в несколько этапов. На первом этапе оценивается удовлетворение принятой конструкции первому требованию: не препятствовать обычному торможению (и оттормаживанию) при отказе и отключении АБС. Оценка выполняется по величине задержки изменения давления в РТЦ по сравнению с давлением в ГТЦ при затормаживании и растормаживании и величине остаточного перепада указанных давлений в конце затормаживания и растормаживания.

На втором этапе после создания в РТЦ давления Р_max = 8…10 МПа на катушку электромагнита подается импульсное управляющее напряжение различной скважности (от 0 до 1.0) и регистрируется Р = Р(t) в переходном и установившемся процессах. По графикам этих зависимостей определяются ∆Р_ср = ∆Р_ср(С) и амплитуды А_р = А_р(f), т.е. на втором этапе решаются 2-я, 3-я и 4-я задачи.

Для проведения исследований спроектирована, изготовлена и собрана лабораторная установка, схема которой показана на рис. 2.

- гидравлические соединения;

- электрические соединения.

1 – главный тормозной цилиндр; 2 – расширительный бачок; 3 – нагрузочный рычаг; 4 – груз; 5 – тройник; 6 – одноканальный модулятор давления (или один канал четырехканального); 7 – рабочий тормозной цилиндр; 8 – манометр; 9 – датчик давления; 10 – генератор импульсов; 11 – блок аналого-цифровых преобразователей; 12 – компьютер, 13 – клапан прокачки.

Рисунок 2 Схема лабораторной установки

Установка содержит макет одного канала управления АБС, состоящий из главного тормозного цилиндра 1, тройника 5, модулятора давления 6 и рабочего тормозного цилиндра 7. Режимы модуляции задаются следующим образом:

- начальное давление - с помощью груза 4 и рычага 3 (контролируется визуально по показаниям манометра 8);

- частота и скважность управляющего напряжения - с помощью генератора импульсов 10 (контролируется визуально на мониторе компьютера 12).

В ходе испытаний получена статическая характеристика осцилляционного модулятора давления. На первом этапе при фиксированном давлении на входе в модулятор (Р_ГТЦ) регистрировалось давление на выходе из модулятора (Р_РТЦ). По результатам измерений построены графики, пример которого показан на рис. 3.

Рисунок 3 Статическая характеристика осцилляционного модулятора

Давление Р_ГТЦ устанавливалось изменением нагрузки на рычаг 3 (см. рис. 2) с помощью груза 4 и фиксировалось по показаниям манометра 8, а давление Р_РТЦ регистрировалось по показаниям датчика 9. Измерения выполнялись при увеличении Р_ГТЦ и при его уменьшении. Эксперимент показал, что как при затормаживании, так и при оттормаживании

Р_РТЦ = Р_ГТЦ. (3)

Погрешность не превысила 1%, т.е. – в пределах погрешности измерений.

Таким образом, предложенная конструктивная схема модулятора давления удовлетворяет основному требованию к модулятору давления АБС: не препятствовать обычному торможению при отсутствии напряжения на электромагните модулятора (т.е. при отключенной АБС). Экспериментальные исследования осцилляционного модулятора подтвердили возможность осцилляционной модуляции давления во всем требуемом диапазоне. Установлен рациональный диапазон регулирования скважности управляющего сигнала 0,25…0,9.

Определена передаточная функция осцилляционного модулятора, с достаточной точностью аппроксимируемая полиномиальной зависимостью 3-го порядка.

При частотах управляющего сигнала более 50 Гц амплитуда пульсаций давления не превышает 1 МПа, однако с увеличением частоты снижается быстродействие осцилляционного модулятора.

Литература

1. Гецович Е.М., Воловик А.П., Постный В.А., Струков А.С. Обоснование способа модуляции давления в гидравлическом тормозном приводе //Вестник НТУ «ХПИ» «Автомобиле- и тракторостроение», 2004. - №2 – с. 85-92.

2. Патент Украины №87689, МПК В60Т «Модулятор давления в гидравлическом тормозном приводе» /Гецович Е.М., Селевич С.Г., Мартынец Т.В. Опубл. 10.08.2009, бюл. №15, 2009 г.