Система Vario Compact ABS -VCS II WABCO - Автозапчасти и автоХитрости

В начале 80тых годов, когда коммерческие транспортные средства впервые начали оборудоваться

серийно выпускаемой антиблокировочной системой (Anti-Lock Brake System - ABS), ее производителем

являлась компания WABCO. Вскоре после начала серийной установки ABS на автомобилях, последовала ее серийная установка на прицепах. Благодаря универсальности системы и ее диагностики, “VARIO B”, а затем и начавшая выпускаться в 1989 году система „VARIO C“ обеспечили потребителям новые возможности. Производители прицепной техники предъявляли чрезвычайно высокие требования к

простоте монтажа и диагностики ABS. Это явилось основной причиной, по которой компания WABCO

разработала в 1993 году следующее поколение антиблокировочной системы - названное VARIO

Compact ABS - VCS. Серийное производство этой системы началось в 1995 году. Благодаря своей

гибкости, надежности и высокому качеству эта система быстро заняла лидирующие позиции на

рынке.

Более 1 миллиона систем выпущенных на сегодняшний день сделали систему VCS одним из наиболее

успешных видов продукции компании WABCO среди широчайшей гаммы выпускаемого прицепного

оборудования. Для того, чтобы удержать и расширить достигнутые позиции, во время постоянно растущего уровня автоматизации, компания WABCO разработала систему VARIO Compact ABS 2го Поколения (VCS II). Как и ранее, в основу системы VCS II заложен модульный (блочный) принцип, базирующийся на технологии экстремально прочной антиблокировочной системы TCS II производимой для Североамериканского автомобильного рынка NAFTA. Более того, в новую систему были интегрированы интерфейс ISO 11992 и принцип подключения внешних компонентов посредством 8ми-контактных разъемов, применяемых в электронной тормозной системе прицепов TEBS.

Благодаря этому, разработка VCS II привела к появлению более мощной, в сравнение с ее предыдущей моделью, антиблокировочной системы, имеющей меньшие габаритные и установочные размеры, а так же значительно меньший вес.

• Электропитание по ISO 7638

• Дополнительное 24В электропитание (24N)

• Четыре входа датчиков скорости

• Максимальная конфигурация: 4S/3M (с внешним им модулятором – ускорительным клапаном ABS)

• Интерфейс ISO 11992 (CAN)

• Функционально программируемые универсальные выводы D1, D2 и A1 (Generic IO)

• вывод для зарядки аккумуляторной батареи прицепа

(электронный блок отделен от модуляторов)

• Электропитание по ISO 7638

• Четыре входа датчиков скорости

• Максимальная конфигурация: 4S/3M

• Внешние модуляторы – ускорительные клапаны ABS или обычные автомобильные модуляторы

• Интерфейс ISO 11992 (CAN)

• Функционально программируемый универсальный вывод D1 (Generic IO)

Система Vario Compact ABS (VCS) пригодна для прицепов и полуприцепов любого назначения, имеющих пневматическую тормозную систему.

Конфигурации системы ABS варьируются от 2S/2M до 4S/3M. ABS является дополнением к традиционной тормозной системе и состоит из следующих основных элементов:

• два или четыре индуктивных датчика скорости и зубчатых ротора (для непосредственного замера

скорости вращения колес)

• два или три электропневматических модулятора со следующими функциями:

– наращивание тормозного давления

– поддержание тормозного давления

– снижение тормозного давления

• один электронный блок управления (Electronic Control Unit - ECU), имеющий два или три канала

управления и функционально подразделенный на следующие контуры:

– входной контур

– основной контур

– контур безопасности

– контур управления электроклапанами

Во входном контуре, сигналы, генерируемые соответствующими индуктивными датчиками, фильтруются и преобразуются в цифровую информацию необходимую для определения длительности периода поступающих импульсов.

Основной контур представляет собой микрокомпьютер. Он содержит в себе комплекс программ для

проведения необходимых расчетов и осуществления логических операций с управляющими сигналами, а так же для выдачи результирующих сигналов в контур управления электроклапанами (модуляторами).

Контур безопасности непрерывно проверяет исправность системы ABS, т.е. датчики, модуляторы,

электронный блок управления и электропроводку, как на стоящем, так и на движущемся транспортном

средстве, независимо от того, приведена в действие тормозная система или нет. Контур безопасности

предупреждает водителя об обнаружении любой ошибки или неисправности при помощи контрольной

(аварийной) лампы, а также полностью или частично отключает антиблокировочную систему. Полное или частичное отключение касается лишь ABS, в то время как традиционная тормозная система

остается при этом полностью работоспособной.

Контур управления электроклапанами состоит из мощных силовых транзисторов (выходных ключей),

которые управляются сигналами поступающими из основного контура и подают ток к электроклапанам

(модуляторам). В системе ABS прицепа могут быть использованы как модуляторы, изготовленные на

базе ускорительных клапанов (ускорительные клапаны ABS), так и обычные модуляторы (электромагнитные клапаны ABS). Выбор типа применяемых модуляторов зависит от тормозной системы и в особенности от необходимого времени ее срабатывания. Для выбранного типа модуляторов

должен использоваться и соответствующий электронный блок - ECU. Система ABS не оказывает

никакого влияния на процесс нормального увеличения и сброса тормозного давления, осуществляемые

водителем, если к модуляторам не поданы соответствующие электрические сигналы.

Система ABS Vario Compact представляет собой блочное устройство с системными конфигурациями

2S/2M, 4S/2M и 4S/3M. Это означает, что для каждого из типов транспортных средств существует

подходящий вариант системы. Как минимум, один датчик и один модулятор составляют канал

управления.

В случае конфигурации 2S/2M, каждый датчик и модулятор одной из сторон (одного борта)

полуприцепа интегрирован в канал управления. Все остальные колеса каждого из бортов, если таковые

имеются, – управляются косвенно. Тормозные силы контролируются в соответствие с принципом так

называемого “Индивидуального Управления” (IR = Individual-Regelung). Т.е., каждый борт транспортного средства управляется тормозным давлением, соответствующим состоянию дорожного покрытия и

требуемой интенсивности торможения. Если на многоосном транспортном средстве система ABS

подобной конфигурации управляет колесами, не имеющими датчиков, то принцип управления носит

название “Косвенного Индивидуального Управления” (INIR = Indirekte Individual Regelung). В некоторых случаях, посредством конфигурации 2S/2M может быть реализовано осевое управление. С учетом этого, для конфигурации 2S/2M, был разработан принцип “Диагонального Осевого Управления” (DAR = Diagonale Achs-Regelung). В данном случае все тормозные цилиндры одной оси подсоединены к одному модулятору ABS (поосевое управление).

Модулятор первой оси управляется на основе сигнала датчика, установленного в ее правом колесе, а модулятор второй оси – от датчика установленного в ее левом колесе (диагональное управление). Таким образом, каждая ось может управляться индивидуальным тормозным давлением.

В случае конфигурации 4S/2M, на каждый из бортов транспортного средства приходится по два датчика.

Сигналы обоих датчиков колес борта используются ECU для управления одним модулятором.

колеса рассчитывается из соответствующей ему скорости, а так же из значения общей базовой скорости. В точке 2 замедление превышает порог –b. Колесо попадает в нестабильный диапазон кривой

µ-λ. В этот момент тормозная сила достигла своего максимального значения, поэтому любое дальнейшее увеличение тормозного момента приводит лишь к росту замедления колеса, но не его тормозной силы. Соответственно, тормозное давление быстро понижается, а спустя короткий промежуток времени, после снижения давления, уменьшается и замедление колеса. Существенное влияние на время замедления оказывает гистерезис колесного тормозного механизма и направление кривой µ-λ в ее нестабильном диапазоне. Только после преодоления гистерезиса колесного тормоза, дальнейшее понижение давления оказывает влияние на сокращение замедления колеса. В точке 3 сигнал замедления –b перестает быть ниже порогового значения и тормозное давление остается постоянным в течение времени Т1. Обычно, ускорение колеса превышает порог ускорения +b (точка 4) за то время, пока тормозное давление удерживается постоянным. До тех пор, пока порог ускорения остается превышенным, тормозное давление удерживается постоянным. Если за время Т1 сигнал +b не появится (например при низком коэффициенте сцепления между колесом и дорогой) тормозное давление будет продолжать понижаться до появления сигнала проскальзывания λ1. Более высокий порог замедления λ2 в данном цикле управления достигнут не будет. В точке 5, после падения ниже порогового значения, сигнал +b пропадает. Сейчас колесо находится в стабильном диапазоне кривой µ-λ, а используемое значение величины µ (коэффициент сцепления) лежит немного ниже ее максимального значения. Теперь, за определенное время Т2, тормозное давление резко наращивается для того, чтобы преодолеть гистерезис тормоза. Для первого цикла управления время Т2 жестко предопределено, а для каждого последующего цикла будет рассчитано заново. После фазы резкого

наращивания, тормозное давление повышается пульсациями, т.е. попеременным удержанием

тормозного давления и его подачей.

Представленная логика работы не является жесткой и будет корректироваться в соответствии с динамикой поведения колес при различных коэффициентах сцепления, т.е. система работает адаптивно. Пороги замедления и ускорения колеса, вплоть до величины проскальзывания, так же не постоянны и зависят от многих параметров, например от такого параметра, как скорость колеса. Количество циклов управления зависит от динамических свойств всего контура управления; модулятор ABS – тормозной механизм –колесо – поверхность дороги. Коэффициент сцепления при этом, так же имеет существенное значение. Обычно, в течение секунды происходит от 3 до 5 циклов, но на мокром льду их количество уменьшается.

VCS II работает при номинальном напряжении 24В. 12В вариант готовится к производству. Основное

электропитание осуществляется через 5ти либо 7ми контактное соединение, в соответствие со стандартом ISO 7638. WABCO рекомендует использовать данный способ подключения электропитания. Не смотря на это, электронные блоки версий Premium и Standard могут быть дополнительно запитаны как в соответствие со стандартом ISO 1185, так и ISO 12098 (через вывод стоп-сигнала розетки 24N).

Данный тип электропитания может быть выбран в качестве опции.

Если электропитание подано одновременно несколькими способами, электронный блок выберет тот источник питания, напряжение которого будет выше.

В случае прекращения подачи питания от одного из источников, система автоматически переключается

на следующий. После подачи напряжения кратковременно включаются все электромагниты. В подтверждение этого можно услышать легкие щелчки.

Если активирована функция “Overshoot” (т.е. другая электронная система, например ECAS, получает

электропитание через электронный блок VCS II), то после снятия напряжения с Кл.15, ABS ECU и выход

электропитания остаются активными в течение заданного промежутка времени, чтобы дать возможность подключенной через них системе завершить текущие функции управления.

VCS II в версиях Standard и Premium имеет сдвоенный ускорительный клапан ABS. Это (двухканальный) модулятор, который во время цикла ABS-регулирования может управлять двумя, практически независимыми тормозными давлениями. Для модулирования давления служат три встроенных электромагнитных клапана, имеющих прямое внутреннее соединение с электронным блоком управления. Нет больше необходимости во внешнем соединительном кабеле, как это было у прежних систем.

Пневматические соединения осуществляются через два питающих порта (чаще всего из двух используется только один), порт управления и шесть тормозных шлангов. В случае конфигурации 4S/3M, в дополнение к двухканальному модулятору система оснащается ускорительным клапаном ABS.

Обычно, этот ускорительный клапан ABS имеет отдельное пневматическое подключение. В качестве дополнения, планируется вариант VCS II представляющий собой компактное устройство на базе

аппаратов версии Premium в сборе с ускорительным клапаном ABS, предварительно пневматически и

электрически соединенных между собой.

Более того, Vario Compact ABS 2-го поколения в версии Separate, c ECU отделенным от модуляторов,

может управлять двумя или тремя ускорительными клапанами ABS (например, WABCO № 472 195 031 0

или 472 195 041 0). Это может быть необходимо для специальных транспортных средств либо в

специфических для монтажа ситуациях.

В определенных случаях имеет смысл устанавливать электромагнитные клапаны ABS (например WABCO № 472 195 018 0). Особенно на малых прицепах или прицепах с центральным расположением осей, которые имеют благоприятные для обеспечения необходимого времени срабатывания условия и потому не требуют применения ускорительных клапанов. Электромагнитные клапаны ABS могут использоваться лишь в комбинации с ECU версии Separate.

В ECU имеется выход (контакт 7 в разъеме Х1), предназначенный для управления контрольной

лампой ABS прицепа, который позволяет управлять ей в соответствие с ISO 7638. Для того чтобы активировать контрольную лампу, данный выход должен быть соединен с “минусом” блока ECU – в том числе, когда ECU выключен.

Контрольная лампа должна быть подключена в зависимости от выбранного способа подачи электропитания к системе ABS.

• В случае организации электропитания в соответствие с ISO 7638 контрольная лампа ABS прицепа, установленная в тягаче должна быть подключена между клеммой 15 и контактом 5 розетки ISO 7638. Этот контакт напрямую соединен с выводом контрольной лампы блока ECU.

• В случае организации (вспомогательного) электропитания в соответствии с ISO 1185, либо ISO 12098, на прицепе может быть установлена дополнительная контрольная лампа ABS. Она должна быть подключена между выводом контрольной лампы блока ECU и контактом 4 (питание ламп стоп-сигнала) по ISO 1185 или контактом 7 по ISO 12098. Данная дополнительная внешняя контрольная лампа, устанавливаемая на прицепе, активируется лишь в том случае, если система ABS запитывается через один из описанных выше контактов в процессе торможения. С этого момента поведение данной контрольной лампы идентично поведению контрольной лампы, установленной в тягаче.

Если после включения зажигания будет обнаружена какая-либо неисправность, контрольная лампа не

погаснет.

Если во время последней поездки возникла неисправность датчика скорости ABS, которая обнаруживается только во время движения, то контрольная лампа погаснет лишь после того, как ТС превысит скорость движения примерно 7км/ч, при условии что сигнал от датчика вновь будет в наличии.

Если неисправность обнаружена во время текущей поездки, то контрольная лампа горит постоянно.

В случае выбора второго варианта функции, на неподвижном ТС, контрольная лампа зажигается,

затем гаснет и зажигается вновь, при условии, что не обнаружено никаких статических неисправностей.

При превышении скорости примерно 7км/ч лампа гаснет окончательно.

Если же после включения зажигания зафиксирована текущая ошибка, то контрольная лампа не выключается. Данная ситуация идентична случаю в Последовательности 1.

Если ТС не начнет двигаться в течение часа с момента включения зажигания, то загорится контрольная лампа. Это позволяет избежать ситуации, когда ABS не получив сигнала от датчика скорости, из-за большого зазора между датчиком и ротором (например, после ремонта тормозов), гасит контрольную лампу не определив наличие неисправности. При возникновении подобной ситуации контрольная лампа погаснет сразу же после того, как появится сигналы датчиков скорости. Данный часовой период может быть поделен на несколько малых периодов (например, 4 промежутка по 15 минут).

Функциональное назначение выводов GenericIO задается при параметрировании системы ABS.

В состоянии поставки системы с завода - изготовителя все GenericIO деактивированы.

При помощи компьютерной диагностической программы можно установить следующие, заранее

определенные функции для GenericIO:

Каждому из выводов может быть присвоена только одна функция. При активировании сразу двух выводов (пары функций), могут быть заданы дополнительные параметры, позволяющие адаптировать их функционирование в соответствие с требованиями заказчика.

В случае возникновения неисправности, необходимо, чтобы оборудование или механизмы управляемые через универсальные выводы GenericIO были возвращены в безопасное для дальнейшей эксплуатации ТС состояние. Например, при обрыве электропитания, текущее положение подъемной оси должно быть зафиксировано для обеспечения безопасности.

Позаботиться о подобных функциях и возможностях - непосредственная задача производителей транспортных средств.

“Датчики износа тормозных накладок” определяют и индицируют степень износа тормозных накладок

дисковых тормозов в два этапа. Слежение за степенью износа производится при помощи сменных

индикаторов износа (612 480 040 2), которые монтируются непосредственно в накладках тормозных

колодок и, в случае износа накладок, генерируют короткое замыкание на массу (для этого необходимо

наличие электрического контакта между тормозным диском и “минусом” аккумуляторной батареи

(массой)), а так же производят разрыв подключенной к ним электрической цепи. Замыкание на массу

означает, что накладки достигли так называемого предварительного уровня износа.

Индикация износа тормозных накладок реализована через один из цифровых универсальных выводов

GenericIO. Данный Вход/Выход необходимо подключить к контакту 3 жгута кабелей индикаторов

износа WABCO - 449 834 013 0. Контакт 2 этого жгута, должен быть соединен с массой, контакт 1 остается не подключенным. Для подключения жгута индикаторов износа к выводу GenericIO D1, в версиях Standard и Premium, WABCO предлагает кабель 449 619 000 0. В этом жгуте все индикаторы износа соединены последовательно

ECU фиксирует износ сразу же после появления сигнала о замыкании на массу, либо обрыва в цепи хотя бы одного из датчиков износа во время движения. До тех пор пока изношенные тормозные колодки

и соответствующие им датчики износа не заменены, последовательные вспышки контрольной лампы

будут индицировать наличие износа накладок при каждом включении зажигания. Соответствующая

информация так же передается и через CAN интерфейс, при условии, что он имеется в наличии и

активирован.

Настройка соответствующего входа GenericIO должна быть произведена при параметрировании

выводов GerericIO. Описанный выше жгут индикатора износа подключается к выводу GenericIO D1.

Кроме того, индикацию предварительного уровня износа можно отключить.

При износе накладок до уровня, когда оголяется проводник одного из датчиков износа, в подключенной к ним электрической цепи возникает короткое замыкание на массу (для этого необходимо наличие электрического контакта между тормозным диском и “минусом” аккумуляторной батареи (массой)). Это означает, что достигнут предварительный уровень износа. Индикация предварительного уровня износа задается при установке параметров. В стандартном наборе параметров она отключена.

Регистрируется во время движения, при разрыве электрической цепи датчиков износа, произошедшем более чем на 1 сек. Во время следующего включения системы, миганием контрольной лампы индицируется окончательный износ тормозных накладок.

Водитель информируется при помощи контрольной лампы. При каждом включении зажигания контрольная лампа мигает. При достижении предварительного уровня износа мигание становится цикличным.

Это будет один цикл, состоящий из четырех одинаковых импульсов длительностью 500мс и 500мс

паузами между ними. При достижении уровня окончательного износа. Мигание происходит в течение

четырех циклов с 4сек. паузами между ними.

Лампа начинает мигать спустя примерно 4сек. после включения зажигания. Мигание прерывается, когда

ECU определяет наличие движения (сигнала скорости). Индикация наличия активной неисправности

так же имеет преимущество и накладывается на индикацию износа. С другой стороны, индикация

износа имеет преимущество по сравнению с выдачей сигнала об окончании межсервисного интервала.

Сброс состояния индикатора износа Система автоматически идентифицирует новые индикаторы износа, после того, как тормозные колодки были заменены, а транспортное средство однажды превысило скорость в 40км/ч, и затем снова было остановлено (при постоянном электропитании по ISO 7638).

Подобное движение можно симулировать и на неподвижном ТС, трижды, с периодом в 2 секунды,

последовательно включив питание ECU через Кл.15, а затем как минимум на 5сек. снова. При успешно

прошедшем сбросе состояния индикатора износа, после четвертого включения питания контрольная

лампа выдает лишь три вспышки первого цикла.

В данном примере функция ISS реализована через GenericIO D1. Если используется выход GenericIO

D2, то вместо синего провода должен быть подключен красный.

Параметрируемое пороговое значение скорости, при котором происходит переключение состояния

выхода обязательно должно находиться в диапазоне от 1,8 до 100 км/ч. При параметрировании значения порога переключения вне указанного диапазона, выход переключаться не будет. Выход переключается в тот момент, когда значение скорости достигает установленного порога. Если скорость ТС начнет снижаться, то обратное переключение состояния выхода произойдет не ранее чем ее значение станет меньше значения установленного порога на величину гистерезиса, составляющего 2 км/ч.

Данная функция (выходной сигнал) может так же быть инвертирована.

Данная функция GenericIO так же оценивает значение скорости ТС. В отличие от стандартной функции

ISS, при превышении установленного значения скоростного порога, выход включается ровно на

10сек. (10 сек. импульс). По истечении этого времени выход вновь отключается вне зависимости от условий движения ТС. В основном это используется для устройств управления и функций, которые не допускают наличия постоянного управляющего сигнала. В остальном, функционирование схоже с ISS.

Третьим вариантом функции ISS является “Импульс длительностью не менее 10 секунд”. Управление

прекратится не ранее чем через 10 сек. после превышения заданного скоростного порога. Даже если

за это время скорость ТС упадет ниже порога переключения, выход переключаться не будет.

Более того, выход останется включенным до тех пор, пока скорость ТС будет превышать значение

установленного порога переключения. Таким образом, 10ти секундный период может быть продлен.

Сигнал скорости несет информацию о скорости ТС и генерируется на основе скорости колес имеющих

датчики. Это импульсный частотно-модулируемый сигнал, обеспечивающий информацию о скорости.

Детальное описание данного сигнала включено в системную спецификацию 400 010 203 0.

Данная функция реализуется через вывод GenericIO D1 (контакт Х6.1) или D2 (контакт Х6.2). 

Уровень выходного сигнала постоянно контролируется системой и в случае возникновения отклонений

(короткое замыкание) система генерирует сообщение о неисправности. Более того, при задании

соответствующих параметров, можно осуществлять контроль электрической нагрузки (обрыв кабеля)

подключенной к выходу. Максимальное сопротивление подключаемой к выходу нагрузки может

составлять 4кОм.

В случае подключения более высокоомных потребителей, для того, чтобы подавить тестовые импульсы посылаемые ECU, будет необходим дополнительный нагрузочный (подтягивающий) резистор.

Для реализации описанных функций существует множество различных вариантов кабелей.

В данном примере функция ISS реализована через GenericIO D1. Если используется выход GenericIO

D2, то вместо синего провода должен быть подключен красный.

Выход электропитания позволяет запитывать вторичные системы. Это помогает так же включать

вспомогательные функции.

Выход включается синхронно с Кл.15. В остальных случаях данный выход обесточен. Когда уровень

рабочего напряжения на Кл.30 становится слишком низким, выход электропитания деактивируется в

зависимости от оборудования. Токонесущая способность выхода ограничена уровнем 1А. В случае

подключения к нему индуктивной нагрузки, необходимо ограничить индуктивный выброс напряжения,

возникающий на нагрузке при отключении питания, при помощи подходящих устройств (диодов).

Установкой соответствующих параметров, за счет наличия напряжения на Кл.30, можно обеспечить

подачу электропитания с данного выхода на время от 0 до 10сек. после выключения зажигания - Кл.15,

(функция “Overshoot”-задержка отключения электропитания).

Все это время ECU и выход электропитания останутся включенными, для того чтобы дать возможность подключенным к ним устройствам завершить текущие операции. Данная функция реализуется через вывод GenericIO D1 или D2.

Уровень выходного сигнала постоянно контролируется системой и в случае возникновения отклонений

(короткое замыкание) система генерирует сообщение о неисправности. Более того, при задании

соответствующих параметров, можно осуществлять контроль электрической нагрузки (обрыв кабеля)

подключенной к выходу. Максимальное сопротивление подключаемой к выходу нагрузки может

составлять 4кОм.

В случае подключения более высокоомных потребителей, для того, чтобы подавить тестовые импульсы посылаемые ECU, будет необходим дополнительный нагрузочный (подтягивающий) резистор.

Для реализации описанных функций существует множество различных вариантов кабелей.

В данном примере функция ISS реализована через GenericIO D1. Если используется выход GenericIO

D2, то вместо синего провода должен быть подключен красный.

Для подключения ECAS используется вывод GenericIO D1. Данный интерфейс включает в себя

так же диагностическую К-линию и, если это будет необходимо, выход для зарядки аккумуляторной

батареи – контакт Х6.4 в блоке ABS версии Premium.

Система ECAS получает электропитание через вывод GenericIO D1.

Диагностическая К-линия подключается к ECAS-ECU для того, чтобы обеспечить обмен рабочими

данными через данный интерфейс.

В данном примере показан кабель, использующийся при конфигурации ABS 4S/3M. С конфигурациями

4S/2M или 2S/2M используется кабель 449 336 000 0.

Для обеспечения электропитания системы ELM используется вывод GenericIO D2. Данный интерфейс так же включает в себя вывод GenericIO D1 используемый для передачи сигнала скорости.

ELM запитывается через GenericIO D2.

ELM интерфейс реализован в блоках управления версий Standard и Premium.

Для подключения ELM существуют соответствующие кабели.

VCS I : Варианты с электропитанием по ISO              VCS II : Версия Separate (отдельный ECU)

VCS I : Варианты со смешанным электропитанием                     VCS II : Версия Premium