Электромеханическое противоблокировочное устройство НАМИ
В сентябре 1958 г. в Университете штата Вирджиния в Шарлоттесвилле состоялась 1-я Международная конференция по вопросам устойчивости автомобиля. На конференции было заслушано 59 докладов по всем аспектам этой проблемы. Лейтмотивом конференции было понимание, что в тормозной системе автомобиля должно появиться приспособление или прибор, автоматически снижающий тормозной момент при блокировании колеса во время движения.
Проблема заключалась в том, что шина заблокированного колеса способна выдерживать, не срываясь в юз, боковую нагрузку в несколько раз меньшую, чем катящегося колеса. Противоблокировочные приспособления к тому времени уже широко применялись в авиации и стали появляться на автомобилях. Так, компания Dunlop предложила противоблокировочное приспособление с одним инерционным датчиком Maxaret. Инерционный датчик с помощью электромагнита управлял пневматическим клапаном вакуумного усилителя гидравлической тормозной системы. Такая система получила название Ferguson.
Система Ferguson была относительно недорогой и простой, обеспечивала предотвращение блокировки колес на скользкой дороге, но, по сообщению компании, увеличивала тормозной путь автомобиля на сухом асфальте. Однако в тот период это было присуще всем противоблокировочным приспособлениям. Система Ferguson с инерционным датчиком была установлена на полноприводный автомобиль класса GT модели Jensen CYB-FF с приводом от раздаточной коробки, производство которого началось в 1966 г.
В 1959 г. в НАМИ разрабатывается электромеханическое противоблокировочное устройство для пневматической системы тормозов, действующее по аналогичному принципу. Ключевым механизмом устройства был механический инерционный датчик. Он состоял из маховика 2, приводимого от валика с шестеренкой 3. Шестеренчатое зацепление осуществлялось с тормозным барабаном. Для этого тормозные барабаны были заменены на барабаны с зубчатым венцом, приводимым через фрикционную муфту в виде пружинного тормоза.
Если торможение колеса в силу изменения углового ускорения переходило в юз, вращающийся маховик создавал силу инерции. Если она превышала силу трения во фрикционной муфте, то маховик начинал вращаться по инерции на оси. Такое вращение вызывало перемещение толкателя 1 по спиральным откосам, что в конечном счете через коромысло приводило к замыканию контактов микровыключателя. Микровыключатель замыкал цепь питания соленоида электромагнитных сервоклапанов, которые перекрывали пневматическую тормозную магистраль и обеспечивали растормаживание колеса за счет выпуска части воздуха.
Таким образом, чувствительность датчика определялась регулировками фрикционной муфты. Она была отрегулирована на величину момента, полученного на стендовых испытаниях. На стенде датчик регулировался по максимально возможной величине замедления колеса при торможении на асфальтированной дороге. Таким образом, были сохранены чувствительность датчика и системы в целом и длительность импульса на растормаживание в тех же пределах, что и при найденных, как наиболее оптимальных в стендовых условиях.
Противоблокировочное устройство прошло стендовые испытания в 1960 г. Систему предполагалась использовать на междугородных автобусах. Однако для ее испытаний использовали автобус ЛиАЗ-158. Инерционные датчики противоблокировочных приспособлений вместе с модифицированными тормозными барабанами были установлены на каждом колесе автобуса. В пневматическую тормозную магистраль возле каждого колеса были вмонтированы пневматические электромагнитные сервоклапаны.
Поскольку тормозная система автобуса ЛиАЗ-158 была не в состоянии блокировать колеса при торможении на асфальте, то для обеспечения блокирования колес автобуса в любых дорожных условиях тормозная система автобуса подверглась переделке. С целью повышения мощности тормозов вместо стандартных тормозных камер передних механизмов были поставлены задние тормозные камеры автомобиля ЗИЛ-130 с бесфланцевым креплением диафрагмы, а вместо стандартных задних тормозных камер тормозные камеры автомобиля GMC.
Дорожные испытания автобуса состоялись зимой 1961–1962 гг. Затем их провели летом. В ходе испытаний кроме замеров тормозных путей записывались с помощью осциллографа изменения тормозного момента, давления воздуха, ток в обмотке соленоида для колес передней и задней осей. Для замера тормозных усилий на балках переднего и заднего мостов были наклеены тензометрические мосты. Аналогичные мосты были наклеены на тормозные камеры для записи изменения давления. Для регистрации параметров использовался 8-шлейфовый осциллограф МПО-2. Длина тормозного пути определялась с помощью «пятого» колеса, закрепленного на балке заднего моста.
Зимние испытания проводились при торможении со скорости 30 км/ч на заснеженном асфальте с укатанным снеговым покровом. Зафиксированная кривая тормозного момента имела явный колеблющейся характер. Частота этих колебаний составляла 2,5 Герц. Малая частота колебаний тормозного момента обусловливалась значительным падением тормозного момента в момент разблокирования тормозов. Малая частота работы системы приводила к увеличению тормозного пути. Однако система полностью исключила заносы автобуса.
По результатам испытаний был сделан вывод: так как передаточная пара механической связи является наиболее слабым звеном всей системы, наличие кинематической связи между вращением колеса и чувствительным элементом датчика принципиально неприемлемо. Это было, собственно говоря, понятно с самого начала. К этому можно добавить, что сложный механический инерционный датчик, установленный на тормозном щитке, был обречен на короткий срок службы. Тем не менее в 1964 г. инерционный датчик был усовершенствован: введен регулировочный винт, а также сделаны другие изменения конструкции. Для повышения частоты срабатывания было применено принудительное выключение инерционного датчика с помощью электромагнита. Этой работе предшествовали теоретические исследования и стендовые испытания.
В 1965 г. по хоздоговору с ПАЗом были проведены лабораторно-дорожные испытания автобуса ПАЗ-672, оборудованного противоблокировочными приспособлениями с усовершенствованными датчиками, в различных дорожных условиях. Поскольку ПАЗ-672 имел гидравлическую тормозную систему с вакуумным усилением, а противоблокировочное устройство использовало сжатый воздух, так как разрабатывалось для пневматических тормозных систем, то для привода пневматического регулятора тормозного момента на автобус установили компрессор от ГАЗ-66 и специальный приводной шкив. Также были смонтированы ресивер, манометр и ограничитель давления. Регулировка тормозного момента осуществлялась перекрытием гидравлической магистрали. Сервоклапаны и пневматические регуляторы задних тормозов закреплялись на фланце редуктора главной передачи, передних тормозов в более благоприятном месте – на лонжеронах рамы, то есть были подрессорены. Было также изменено зубчатое зацепление инерционного датчика – зубчатый венец установили на ступицах, что несколько улучшило конструкцию. Сами датчики теперь не выходили за габарит тормозного щитка.
Испытания проводились в марте на динамометрической дороге полигона НАМИ с бетонным покрытием. При испытаниях полная блокировка передних колес из-за недостаточной эффективности тормозных механизмов не достигалась. Максимальное замедление без приспособлений составляло 6,1 м/сек2. Инерционные датчики были настроены на угловое замедление, соответствующее линейной величине 6 м/сек2. Таким образом, сцепной вес не использовался в полной мере. Модернизация инерционных датчиков несколько уменьшила амплитуду колебаний тормозного момента, но быстродействие существенно не увеличилось, из-за чего на сухом покрытии тормозной путь увеличивался на несколько метров. С увеличением скорости начала торможения эта разница росла.
Использование одного инерционного датчика, установленного, к примеру, в механизме трансмиссионного стояночного тормоза, могло бы сделать антиблокировочную систему дешевле и надежней, такая система не привела бы к заметному увеличению тормозного пути, а исключила бы занос автобуса, но такой вариант никто не предложил.
