Удосконалення електронно-пневматичної гальмівної системи автотранспортних засобів

Рябовол, Андрій Вікторович
Please use this identifier to cite or link to this item: https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8496
Title:	Удосконалення електронно-пневматичної гальмівної системи автотранспортних засобів
Authors:	Рудь , Максим Петрович Рябовол, Андрій Вікторович
Issue Date:	2023
Abstract:	Метою дослідження є вдосконалення електронно-пневматичної гальмівної системи автотранспортних засобів шляхом зміни способу отримання відслідковуючої дії. Об'єкт дослідження – робочий процес контуру електронно-пневматичної гальмівної системи з функціями електропневматичного гальмівного приводу та АБС. Предмет дослідження – вплив конструкції пропорційного модулятора та системи керування ним на робочі процеси в контурі електронно-пневматичної гальмівної системи. Задачі дослідження: – проаналізувати електронно-пневматичні гальмові системи та вплив релейного модулятора на робочі процеси в контурі; – вибрати та обґрунтувати вхідні і вихідні параметри пропорційного модулятора електронно-пневматичної гальмівної системи із приводом від крокового електродвигуна; – дослідити функціональні зв'язки та робочі процеси контуру електронно-пневматичної гальмівної системи із пропорційним модулятором; – розробити пропорційний модулятор електронно-пневматичної гальмівної системи та систему керування ним; – експериментально підтвердити працездатність та оцінити ефективність роботи розробленого контуру електронно-пневматичної гальмівної системи із пропорційним модулятором при виконанні функцій електропневматичного гальмівного приводу та АБС.
URI:	https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/8496
Appears in Collections:	274 Автомобільний транспорт (Автомобільний транспорт)
Files in This Item:
File	Description	Size	Format
Рябовол.pdf Restricted Access		4.57 MB	Adobe PDF	View/Open Request a copy
Show full item record
Extracted text
Міністерство освіти і науки України 
Черкаський державний університет (ЧДТУ) 
18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460, тел./факс (0472) 71 00 92 
 
 
 
ЗАТВЕРДЖУЮ 
зав. кафедри автомобілів та  
технології їх експлуатації, професор  
_______ Людмила ТАРАНДУШКА 
«___» __________________2023 р. 
 
 
 
 
КВАЛІФІКАЦІЙНА РОБОТА МАГІСТРА 
 
 
УДОСКОНАЛЕННЯ ЕЛЕКТРОННО-ПНЕВМАТИЧНОЇ 
ГАЛЬМІВНОЇ СИСТЕМИ АВТОТРАНСПОРТНИХ ЗАСОБІВ 
 
 
 
 
Рецензент: 
       _______________  _____________ 
(підпис), (дата)      (ім’я, прізвище) 
 
Керівник роботи: 
доц. кафедри АТЕ    _______________  Максим РУДЬ 
(підпис), (дата)      (ім’я, прізвище) 
 
 
Виконавець: 
студент 2 курсу, гр. мАВ-83 
спеціальності 274 – Автомобільний  
транспорт      ______________    Андрій РЯБОВОЛ  
(підпис), (дата)      (ім’я, прізвище) 
 
 
 
 
 
2023 
2 
 
РЕФЕРАТ 
 
Пояснювальна записка 89 с., 42 рис., 6 табл., 35 джерел посил. 
 
Метою дослідження є вдосконалення електронно-пневматичної гальмівної 
системи автотранспортних засобів шляхом зміни способу отримання 
відслідковуючої дії. 
Об'єкт дослідження – робочий процес контуру електронно-пневматичної 
гальмівної системи з функціями електропневматичного гальмівного приводу та 
АБС. 
Предмет дослідження – вплив конструкції пропорційного модулятора та 
системи керування ним на робочі процеси в контурі електронно-пневматичної 
гальмівної системи. 
Задачі дослідження: 
– проаналізувати електронно-пневматичні гальмові системи та вплив 
релейного модулятора на робочі процеси в контурі; 
– вибрати та обґрунтувати вхідні і вихідні параметри пропорційного 
модулятора електронно-пневматичної гальмівної системи із приводом від крокового 
електродвигуна; 
– дослідити функціональні зв'язки та робочі процеси контуру електронно-
пневматичної гальмівної системи із пропорційним модулятором; 
– розробити пропорційний модулятор електронно-пневматичної гальмівної 
системи та систему керування ним; 
– експериментально підтвердити працездатність та оцінити ефективність 
роботи розробленого контуру електронно-пневматичної гальмівної системи із 
пропорційним модулятором при виконанні функцій електропневматичного 
гальмівного приводу та АБС. 
  
3 
 
Зміст 
 
Вступ ..................................................................................................................................... 5 
Розділ 1 стан питання та завдання дослідження ............................................................... 7 
1.1 Аналіз електронно-пневматичних гальмівних систем АТЗ ................................... 9 
1.2 Аналіз впливу конструкції та режимів роботи модулятора на робочі процеси в 
контурі електронно-пневматичної гальмівної системи ............................................. 15 
1.3 Аналіз конструкцій пневматичних модуляторів електронно-пневматичних 
гальмівних систем .......................................................................................................... 18 
Висновок до першого розділу ....................................................................................... 23 
Розділ 2 теоретичні дослідження функціональних зв'язків та робочих процесів 
контуру електронно-пневматичної гальмівної системи з пропорційним модулятором
 ............................................................................................................................................. 24 
2.1 Вибір конструктивної схеми та основних параметрів пропорційного 
модулятора ...................................................................................................................... 24 
2.2 Вибір вхідних та вихідних параметрів пропорційного модулятора із приводом 
від крокового електродвигуна ...................................................................................... 26 
Висновки до другого розділу ........................................................................................ 31 
Розділ 3 практична реалізація пропорційного модулятора з приводом від крокового 
електродвигуна .................................................................................................................. 32 
3.1 Опис конструкції досліджуваної електронно-пневматичної гальмівної системи
 .......................................................................................................................................... 32 
3.2 Вибір крокового електродвигуна та його параметрів .......................................... 40 
3.3 Вибір і обґрунтування алгоритму керування ........................................................ 44 
3.3.1 Алгоритм роботи контуру електронно-пневматичної гальмівної системи 
при роботі в режимі виконання службового гальмування ..................................... 49 
3.3.2 Алгоритм роботи контуру електронно-пневматичної гальмівної системи 
при роботі в режимі виконання антиблокувальної функції ................................... 53 
Висновки до третього розділу ....................................................................................... 60 
4 
 
Розділ 4 експериментальне дослідження контуру електронно-пневматичної 
гальмівної системи із пропорційним модулятором ........................................................ 61 
4.1 Програма експериментальних досліджень ............................................................ 61 
4.1.1 Дослідження робочих процесів і характеристик розробленого контуру 
електронно-пневматичної гальмівної системи із пропорційним модулятором ... 61 
4.1.2 Обладнання для дослідження робочих процесів і характеристик 
розробленого контуру електронно-пневматичної гальмівної системи ................. 62 
4.2 Методика та результати дослідження робочих процесів і характеристик 
пропорційного модулятора в контурі електронно-пневматичної гальмівної системи
 .......................................................................................................................................... 70 
4.3 Оцінка ефективності розробленого контуру електронно-пневматичної 
гальмівної системи з пропорційним модулятором при гальмуванні колеса в 
екстреному режимі ......................................................................................................... 74 
4.4 Вплив перерозподілу навантаження на процес кочення колеса при екстреному 
гальмуванні ..................................................................................................................... 80 
Висновки до четвертого розділу ................................................................................... 83 
Висновки ............................................................................................................................. 84 
Перелік джерел посилання ................................................................................................ 86 
 
  
5 
 
ВСТУП 
 
Динаміка та якість гальмування є одними з найважливіших експлуатаційних 
властивостей автотранспортних засобів (АТЗ). Більшість закордонних виробників 
гальмівних систем, такі як: Wabco, Bosch, Knorr-Bremse, Нaldex, Bendix, Alliedsignal 
Truck Brake Systems Lucas Industries, та ін. різними способами намагаються досягти 
того, щоб робоча гальмова система сучасних автомобілів і автопоїздів у будь-яких 
дорожніх умовах забезпечувала мінімальний гальмівний шлях при одночасному 
збереженні стійкості та керованості транспортного засобу (ТЗ). Значна кількість 
дорожньо-транспортних пригод (ДТП) відбувається через людський фактор, так як в 
аварійних ситуаціях при натисканні на педаль гальма водієві складно врахувати 
багато факторів, наприклад, завантаження автомобіля, нерівномірне зчеплення коліс 
з дорогою та ін. Тому створені електронні системи керування вузлами і агрегатами, 
які без участі водія впливають на динаміку гальмування та рух автомобіля. 
Велика увага, що приділяється антиблокувальним (АБС) та 
противобуксувальним (ПБС) системам свідчить про їх істотний вплив на 
підвищення активної безпеки АТЗ. Встановлення АБС на даний момент стало 
обов'язковим саме на важких вантажних автомобілях, автопоїздах і автобусах, що 
пояснюється великим матеріальним збитком та людськими жертвами, що мають 
місце при аваріях цих АТЗ [1]. Тому поєднання антиблокувальної системи, 
протибуксувальної системи та електропневматичного гальмового приводу в єдину 
систему керування на базі загальних датчиків, модуляторів, електронного блоку 
керування є найбільш перспективним напрямком вдосконалювання гальмівної 
системи АТЗ. 
Як відомо з [2, 3] гальмівна система АТЗ повинна бути як мінімум 
двоконтурною, а сучасна електронно-пневматична гальмівна система (ЕПГС) при 
наявності індивідуальних модуляторів на кожному колесі представляє собою 
багатоконтурну гальмівну систему, з основними функціями електропневматичного 
гальмівного приводу та АБС. Робочі процеси, у цьому випадку, в кожному контурі 
ЕПГС будуть аналогічні. В даній роботі теоретично та експериментально 
6 
 
досліджений робочий процес контуру робочої електронно-пневматичної гальмівної 
системи з вдосконаленим пропорційним модулятором та системою керування. 
Проведені стендові експериментальні дослідження розробленої системи на 
відповідність міжнародних вимог Правил ЄЕК ООН №13, з основними функціями 
електропневматичного гальмівного приводу та АБС. 
На сучасному етапі розвитку автомобілебудування вимоги до гальмівних 
систем АТЗ постійно зростають. Це знаходить відображення в стандартах та інших 
національних і міжнародних нормативних документах [2, 3]. 
Створені ЕПГС, що дозволяють, на даний момент, забезпечити найвищий 
рівень активної безпеки АТЗ мають недоліки, що перешкоджають їх масовому 
використанню. Тому створення конкурентоспроможної ЕПГС, що перевершує 
аналоги по характеристиках і собівартості, є актуальним завданням. 
  
7 
 
РОЗДІЛ 1 СТАН ПИТАННЯ ТА ЗАВДАННЯ ДОСЛІДЖЕННЯ 
 
Створити гальмівну систему, здатну ефективно зупиняти будь-який 
автотранспортний засіб, і в наші дні є актуальним завданням. Основними 
показниками ефективності гальмівної системи є довжина гальмівного шляху, 
встановлене уповільнення АТЗ, при темпі приведення органа керування 0,2 с. Для 
різних АТЗ регламентована початкова швидкість гальмування, але на практиці, 
довжина гальмівного шляху сталого вповільнення АТЗ, практично не впливає на 
зменшення аварійності на дорогах, через те, що більшість ДТП відбувається з вини 
водія. Основними причинами цьому є: низькі знання водієм основ експлуатації та 
особливостей водіння АТЗ у різних умовах навколишнього середовища. Зростаюча 
інтенсивність та швидкість автомобільного руху вимагають від водія постійної 
емоційної та фізичної напруги, що в загальному випадку знижує швидкість реакції 
водія [1-2]. Це дуже важливий момент, так як в аварійних ситуаціях при натисканні 
на педаль гальма водієві складно врахувати багато факторів, наприклад, 
завантаження автомобіля, нерівномірне зчеплення коліс із дорогою, стан систем і 
окремих агрегатів та ін. Для мінімізації участі водія в процесі гальмування з метою 
запобігання або зниження наслідків ДТП були розроблені та впроваджені системи 
активної безпеки АТЗ такі як: антиблокувальна система (ABS), електронний 
розподіл гальмівних сил (EBD), система курсової (ESP - Electronic Stability Program 
або ESC - Electronic Stability Control) і динамічної стійкості (RSP - Roll Stability 
Program або RSC - Roll Stability Control) транспортного засобу, протибуксувальна 
система (DSC - Drive Slip Control, або TCS - Traction control system; або ASR - Anti-
Slip Regulation), система адаптивного регулювання швидкості (APC - Adaptive Cruise 
Control) на основі електронного керування агрегатами та системами [3-7]. 
Використання повітря в контурах керування гальмівних систем зумовлює 
більший час запізнювання спрацьовування, наявність гістерезису та знижену 
точність керуючого впливу. Також потрібна наявність великої кількості клапанів 
керування, трубок і фітингів, що у свою чергу збільшує собівартість системи в 
цілому та імовірність виходу її з ладу [8]. Для усунення цих недоліків потрібна 
8 
 
зміна керуючого сигналу на більш простий та надійний. Один з напрямків 
підвищення швидкодії пневматичного гальмівного приводу (ПГП) це заміна 
пневматичного керуючого сигналу на електричний сигнал. Одним з таких напрямків 
досліджень є створення та вдосконалення електронно-пневматичного гальмівного 
приводу (ЕПГП). Застосування ЕПГП на транспортному засобі дозволяє вирішити 
декілька питань: 
- значно підвищити швидкодію приводу; 
- легко вирішується питання ергономіки, фактор, що виявляє значний вплив на 
безпеку руху; 
- зручність компонування на транспортному засобі. 
Ще на початку 80-х років минулого століття дослідники дійшли висновку, що 
об'єднання двох систем ЕПГП і АБС в одну систему на основі загального 
виконавчого елемента (модулятора) дозволить створити гальмівну систему здатну 
забезпечити найвищі вимоги, які можна пред'явити до гальмівних систем. Роботи зі 
створення такої гальмівної системи проводься фахівцями «Bosch», «BENDIX», 
«KNORR-BREMSE», «Wabco-westengause» [9]. В 1996 р. уперше була представлена 
серійна ЕПГС, яка до 2001 р. вже забезпечувала виконання більше 8 функцій, як у 
гальмівному, так і тяговому режимі (рис. 1.1). У тяговому режимі ЕПГС виконує 
такі функції: 
АРШ – функція системи адаптивного регулювання швидкості; 
ПБС – функція протибуксувальної системи. 
ЕКПП – електронне керування пневматичною частиною приводу;  
ЕРГС – електронний розподіл гальмівних сил між вісями;  
АБС – функція антиблокувальної системи;  
СКС – функція системи курсової стійкості; 
СДС – функція системи динамічної стійкості. 
Головною особливістю ЕПГС є об'єднання різної комбінації вище 
перерахованих функцій, з обов'язковою наявністю функції ЕПГП, при гальмуванні, 
на основі загальних датчиків і виконавчих механізмів, керованих єдиним 
електронним блоком керування, який, на даний момент, застосовується на 
9 
 
автопоїздах закордонного виробництва [10]. 
 
 
Рисунок 1.1 – Функціональна схема електронно-пневматичної робочої гальмівної 
системи 
 
Електронно-пневматична гальмівна система – це сукупність елементів робочої 
гальмівної системи, керування робочими процесами якої покладені на електроніку, 
крім натискання на педаль гальма. 
 
1.1 Аналіз електронно-пневматичних гальмівних систем АТЗ 
 
Родоначальником ЕПГС став ЕПГП з електронним керуванням, особливістю 
якого, було виконання трьох функцій: забезпечення високої швидкодії з 
спостерігаючою дією, регулювання гальмівних зусиль та виконання функції АБС, з 
виконавчими апаратами керованими єдиним електронним блоком керування. 
Така структура приводу гальмівної системи дозволяла спростити в цілому 
гальмівну систему, і як наслідок, підвищити надійність, зручність компонування, 
знизити собівартість і забезпечити високу швидкодію в порівнянні з пневматичним 
гальмовим приводом. Однак, реалізувати такий вид гальмівної системи з 
10 
 
характеристиками на рівні традиційної гальмівної системи не вийшло. Через 
використання програмної схеми керування [11], тобто відсутність зворотного зв'язку 
по тиску та по динамічному стану колеса, величина тиску в гальмівних камерах 
визначається тільки вхідною інформацією, отриманою блоком керування від 
датчика положення педалі. Така організація процесу керування не могла 
забезпечити необхідної якості керування, тому що будь-яке відхилення 
характеристик електричних і пневматичних ланцюгів від розрахункових значень 
негативно позначається на точності і якості керування. Тому виконати нормативні 
вимоги на практиці така система не могла. 
Істотного прогресу в розвитку електронно-пневматичної гальмівної системи 
АТЗ досягли виробники гальмівної апаратури всесвітньо відомих фірм «Knorr-
Bremse» і «Wabco-Westengause» у середині 90-х років. На рис. 1.2 представлено 
принципова схема гальмівного приводу ЕПГС, розробленою фірмою «Wabco-
Westengause» [12-14]. 
 
 
1 – регулятор – електронний блок керування; 2 – гальмівний кран;  
3 – пропорційний прискорюючий клапан; 4 - модулятор АБС; 5 – осьовий модулятор 
ЕПГС; 6 – клапан; 7 – датчик швидкості; 8 – енергоакумулятор 
Рисунок 1.2 – Структурна схема електронно-пневматичної гальмівної системи фірми 
«Wabco-Westengause» 
 
ЕПГС фірми «Wabco» складається з однієї двоконтурної, чисто пневматичної, і 
накладеної на неї одноконтурної ЕПГС. Одноконтурний ЕПГП складається із 
11 
 
центрального електронного блоку керування 1, осьового модулятора 5 для задньої 
осі, двох датчиків переміщення, вбудованих в гальмівний кран 2, а також містить 
пропорційний прискорюючий клапан 3. 
Функція антиблокувальної системи для передньої вісі повністю покладена на 
індивідуальні модулятори АБС 4, для задньої вісі забезпечується вісьовим 
модулятором 5. У випадку виходу з ладу електронного блоку керування 1, 
відбувається втрата працездатності всього робочого електронно-пневматичного 
гальмівного приводу. На цей випадок виробникам довелося залишити двоконтурну 
пневматичну систему, яка по своїй структурі відповідає звичайній робочій 
пневматичній гальмовій системі. 
Функціонування резервної (аварійної) гальмівної системи для передньої вісі 
забезпечується пропорційним прискорюючим клапаном 3, для задньої вісі - 
захисним клапаном 6. Наявність резервної (аварійної) гальмівної системи на даний 
момент є обов'язковим і регламентовано вимогами Правил №13 ЕЕК ООН [2, 3]. 
Систему такого ж класу, як і ЕПГС фірми «Wabco», створила її конкурент фірма 
«Knorr-Bremse», що представлено на рис. 1.3 [15]. 
 
 
1 – компресор; 2 – ресивер; 3 – гальмівний кран; 4 – блок керування; 
5 – одноканальний модулятор ЕПГС; 6 – датчик швидкості; 
7 – двоканальний модулятор; 8 – датчик завантаження задньої вісі 
Рисунок 1.3 – Структурна схема ЕПГС фірми «Knorr-Bremse» 
 
Основною відмінністю ЕПГС фірми «Knorr-Bremse» є індивідуальне 
12 
 
регулювання тиску в гальмівних камерах, що дозволяє забезпечити виконання 
максимально можливого числа функцій. 
Застосування програмно-адаптивної схеми керування гальмівною системою 
[16], шляхом впровадження системи контролю елементів приводу, динамічного 
стану колеса (різні види датчиків зворотного зв'язку), а також діагностики всіх 
основних елементів гальмівної системи дозволило забезпечити всі нормативні 
вимоги [17, 18], пропоновані до гальмівних систем. 
До загальних недоліків вище описаних ЕПГС можна віднести: 
- складність всієї гальмівної системи, так як збережений звичайний робочий 
пневматичний гальмівний привід у якості резервного (аварійного); 
- немає можливості забезпечення високих показників ергономіки, через те, що 
водій змушений впливати на гальмівний кран, в якому перебуває датчик положення 
педалі, і який буде виконувати свої функції тільки при виході з ладу електроніки; 
- застосування такої схеми на короткобазному транспортному засобі не 
раціонально, так як істотної переваги по швидкодії в ЕПГС перед традиційним 
пневматичним гальмовим приводом немає, тому ЕПГС на даний момент знайшла 
застосування тільки на автопоїздах. 
Напрямком розвитку своєї ЕПГС фірма «WABCO» вибрала спрощення 
конструкції всієї гальмівної системи, за рахунок об'єднання електронного блоку 
керування, пропорційного прискорюючого клапана 3 і гальмівного крана 2 в один 
апарат. У результаті був створений апарат названий центральним блоком 
гальмування «CBU» [39], приведений на рис. 1.4. 
Блок CBU регулює гальмівний тиск в гальмівних камерах передньої й задньої 
вісей, аналізує сигнали датчиків коліс. При натисканні на педаль гальма формується 
відповідний електричний сигнал і резервний пневматичний сигнал. 
Антиблокувальну функцію ЕПГС виконують модулятори АБС або сам блок CBU. 
При виникненні несправності контур передньої вісі відтинається, а резервний 
пневматичний сигнал надходить в гальмівні камери задньої осі [19-21]. Таке 
рішення дозволяє знизити зусилля на педаль гальма, але загальна структурна 
складність гальмівної системи зберігається. 
13 
 
 
Рисунок 1.4 – Центральний блок гальмування CBU фірми «Wabco-Westengause» 
 
На рис. 1.5 представлена принципова схема ЕПГС «EBS Compact», в якій 
використовується центральний блок гальмування CBU. 
 
 
1, 2, 3 – ресивери; 4 – Блок CBU; 5 – осьовий модулятор; 6 – захисний клапан; 
7 – клапан керування причепом; 8 – модулятори АБС 
Рисунок 1.5 – Принципова схема електронно-пневматичної гальмівної системи 
«EBS Compact» для вантажівок фірми «Wabco-Westengause» 
 
В представленій схемі істотній зміні піддалася резервна гальмівна система, що 
стала одноконтурною. Цей факт показує, що в майбутньому від резервної гальмівної 
системи відмовляться, а надійність всієї гальмівної системи буде забезпечена 
електронікою, методом дублювання джерел живлення, підвищенням надійності 
електронних компонентів і т.п., і тоді ЕПГС буде мати структуру представлену на 
14 
 
рис. 1.6. 
  
1 – ресивери; 2 – електронна педаль; 3 – ручне гальмо; 4,5 – гальмові камери;  
6 – пропорційний модулятор; 7 – датчик кутової швидкості; 8 – ЕБК 
Рисунок 1.6 – Структурна схема «перспективної» ЕПГС 
 
Запропонована структурна схема ЕПГС дозволить забезпечити: 
- високу швидкодію приводу за рахунок встановлення модуляторів поруч із 
гальмовими камерами; 
- високі показники ергономіки керування, відсутність гальмівного крана 
дозволить значно знизити зусилля на педалі гальма; 
- кочення колеса при гальмуванні з високою ефективністю в різних швидкісних, 
навантажувальних і зчіпних умовах. 
- зручність компонування на транспортному засобі. 
Однак, для практичної реалізації перспективної ЕПГС необхідно забезпечити 
якість відслідковуючої дії не гірше чим в традиційній пневматичній гальмівній 
системі. Для цього потрібна розробка принципово нових структурних елементів 
гальмівної системи. У зв'язку з чим необхідний аналіз способів одержання 
відслідковуючої і регулюючої дій. 
  
15 
 
1.2 Аналіз впливу конструкції та режимів роботи модулятора на робочі 
процеси в контурі електронно-пневматичної гальмівної системи 
 
Через відсутність у відкритій пресі експериментальних досліджень 
характеристик сучасних ЕПГС, неможливо однозначно нічого сказати про 
ефективність і якість регулювання процесу гальмування АТЗ таких систем. У зв'язку 
з цією обставиною для виявлення недоліків і визначення шляхів розвитку даних 
систем скористаємося принципом подібності. У зв’язку з тим, що принцип 
одержання відслідковуючої дії сучасних ЕПГС подібний  принципу одержання 
відслідковуючої дії ЕПГП, розглянемо процес одержання спостерігаючого ЕПГП 
розробленого Н. Г. Михалевичем [22-24]. Принципова схема одержання 
відслідковуючої дії ЕПГС представлена на рис. 1.7 [23]. 
 
1 – гальмівний кран з датчиком 
положення педалі;  
2 – релейний модулятор; 
3 – датчик тиску;  
4 – гальмівні камери;  
5 – регулятор (електронний блок 
керування);  
6 – ресивер 
 
Рисунок 1.7 – Принципова схема одержання відслідковуючої і регулюючої дій 
сучасних ЕПГС 
 
В основу одержання відслідковуючої і регулюючої дій існуючих ЕПГС 
покладено використання релейних модуляторів зі зворотним зв'язком по датчику 
тиску. При цьому такі системи мають характерну рису роботи – при плавній зміні 
керуючого впливу, тобто зусилля на гальмівній педалі, тиск на виході модулятора 
змінюється ступенями. 
16 
 
Така особливість зміни тиску в гальмівній камері пов'язана з тим, що для 
релейного типу модуляторів, при роботі в складі електронно-пневматичної 
гальмівної системи, для забезпечення відслідковуючої дії при натисканні на 
підпедальний електричний модуль, пропорційність тиску в гальмівній камері 
досягається за рахунок встановлення датчика тиску після модулятора, тобто 
кожному положенню педалі відповідає певний тиск, який показує датчик тиску. На 
практиці застосування такої схеми завжди приводить до того, що з'являється 
запізнювання в системі. При такому рішенні, зворотний зв'язок по тиску 
реалізується зовнішніми (поза модулятором) елементами: датчик тиску – 
електронний блок керування – модулятор. Через це модулятор із запізненням реагує 
на сигнал датчика про необхідність перекривати подачу стисненого повітря в 
гальмівну камеру, якщо датчик тиску встановлений в гальмівній камері, і це 
приводить до значного перерегулювання по величині відслідкованого тиску. На 
скидання надлишку тиску повітря з гальмівної камери витрачається час. Таким 
чином, загальний час встановлення необхідного тиску у виконавчому органі 
(гальмівній камері) збільшується, що негативно позначається на якості процесу 
гальмування транспортного засобу. При установці датчика тиску безпосередньо на 
виході з модулятора, така конструкція використовується у всіх сучасних ЕПГС, 
підвищується точність встановлення тиску, але при цьому збільшується кількість 
спрацьовувань електроклапанів. 
В початковий момент часу тиск за модулятором зростає значно швидше, чим у 
гальмівній камері. Коли тиск за модулятором досягає заданої величини Рз блок 
керування подає команду на припинення подачі повітря, але тиск за модулятором за 
час закриття електроклапана незначно зростає. Через це блок керування подає нову 
команду на випуск повітря. Коли тиск знову досягає величини Рз блок керування 
припиняє випуск повітря, але тиск знижується значно нижче заданої величини, 
знову відбувається наповнення та цикл повторюється, у результаті загальний час 
встановлення тиску теж збільшується. Подібні явища спостерігаються навіть при 
екстреному приведенні педалі в дію (рис. 1.8). Згідно рис. 1.8 темп наростання тиску 
за модулятором настільки високий, що підвищення тиску випереджає поточне 
17 
 
положення педалі, на що блок керування зреагував і подав сигнал на скидання 
повітря, а потім знову почав наповнення. 
 
 
Рисунок 1.8 – Характер зміни тиску на виході релейного модулятора при екстреному 
приведенні педалі гальма в дію 
 
Подібна ситуація спостерігається і при швидкому відпусканні педалі гальма 
(рис. 1.9). На рис. 1.9 слід звернути увагу, що вся система керування в цілому 
встигає ще додавати стиснене повітря в гальмівну камеру, це видно по тиску на 
виході з модулятора Рм у деякі моменти часу він вищий, ніж в гальмівній камері Рк, 
коли потрібно просто випустити стиснене повітря. 
 
 
Рисунок 1.9 – Характер зміни тиску на виході релейного модулятора при швидкому 
відпусканні педалі гальма 
 
Основними шляхами підвищення якості регулювання в приводі ЕПГС 
створених на основі релейних модуляторів є зменшення ступенів тиску (рис. 1.9). 
Для цього потрібно – зменшення швидкості зміни тиску або збільшення швидкодії 
електропневмоклапана. Перше обмежене нормативами на швидкодію приводу при 
18 
 
екстреному гальмуванні та часом розгальмування, друге – ускладненням конструкції 
модулятора, збільшенням енергоспоживання та зниженням його ресурсу. По іншому 
шляху ідуть більшість розроблювачів таких систем. 
Таким чином, висока швидкодія електропневмоклапанів підвищує точність 
регулювання тиску в гальмівній камері, однак при цьому збільшується загальний час 
встановлення тиску в гальмівній камері, а також збільшується витрата стисненого 
повітря. 
 
1.3 Аналіз конструкцій пневматичних модуляторів електронно-
пневматичних гальмівних систем 
 
Більшість модуляторів, створених на базі електропневмоклапанів є релейними 
та не прямої дії [24-27]. Прикладом є модулятор фірми «Knor-Bremse» 
представлений на рис. 1.10 [25] і модулятор фірми «Wabco-Westengause» 
представлений на рис. 1.11 [26], конструкції яких дуже схожі між собою та 
відрізняються в основному розташуванням структурних елементів. 
 
 
Рисунок 1.10 – Модулятор тиску ЕПГС фірми «Knor-Bremse» 
 
19 
 
Особливістю модуляторів не прямої дії є те, що електропневмоклапани керують 
підсилювальною порожниною пневмопідсилювача, в даному випадку, розташовану 
над поршнем. Це дозволяє використовувати невеликі електропневмоклапани, з 
малим прохідним перерізом та високою швидкістю спрацювання. 
Однак, поршневий пневмопідсилювач приводить до збільшення зони 
нечутливості та погіршення відслідковуючої дії. Через це модулятор має підвищену 
інерційність та слабку швидкодію. 
Одним із способів зниження інерційності та підвищення швидкодії є 
зменшення розмірів підсилювальних порожнин, а також використання 
діафрагменного пневмопідсилювача замість поршневого. На рис. 1.11 
представлений модулятор створений фірмою «Wabco-Westengause» [27]. 
 
 
Рисунок 1.11 – Осьовий модулятор тиску 2-го покоління ЕПГС фірми  
«Wabco-Westengause» 
 
Рисунок 1.12 – Осьовий модулятор тиску 1-го покоління ЕПГС фірми  
«Wabco-Westengause» 
20 
 
Мембранні модулятори позбавлені деяких недоліків поршневих, досить надійні 
та прості в експлуатації, але, у свою чергу, мають підвищену чутливість до зміни 
температури навколишнього середовища [28], зміна якої приводити до зміни 
вихідних параметрів модулятора, тому даний різновид модуляторів все менше 
знаходить застосування. 
Наступним етапом у розвитку модуляторів для ЕПГС стало створення 
модуляторів прямої дії [29-32]. На рис. 1.13 представлений релейний модулятор 
прямої дії створений на базі електропневмоклапана [29]. 
 
 
Рисунок 1.13 – Модулятор прямої дії створений на базі електропневмоклапана 
 
До основних переваг таких модуляторів можна віднести: відносну простоту 
конструкції, досить високу швидкість спрацювання та точність регулювання, а 
також малі габарити та масу. 
Альтернативним рішенням при створенні модуляторів прямої дії є 
використання крокового двигуна для контролю положення клапанів. На рис. 1.14 
представлений модулятор прямої дії створений на базі крокового двигуна із 
застосуванням золотникових клапанів [33]. 
 
21 
 
 
Рисунок 1.14 – Модулятор прямої дії створений на базі крокового двигуна 
 
Але при всіх позитивних характеристиках релейний модулятор прямої дії для 
забезпечення високої швидкодії потребує використання потужних електромагнітів 
або крокового електродвигуна, тому він отримав не значне поширення. 
 Одним з можливих варіантів вирішення проблем, які виникають в релейних 
модуляторах, є створення пропорційних модуляторів [34-38], у яких відбувається 
саморегуляція процесу наповнення гальмівної камери, у зв'язку з чим відпадає 
необхідність підвищувати швидкодію виконавчого елемента, враховувати вплив 
температурних змін, враховувати зміну об’єму керуючої порожнини. На рис. 1.15 
представлено пропорційні модулятори створені на базі пропорційного 
електромагніту [34-38]. 
 
Рисунок 1.15 – Пропорційні модулятори прямої дії створені на базі пропорційного 
електромагніту 
 
Однак у модуляторах побудованих за даним принципом основна проблема 
модуляторів прямої дії збереглася - потреба використовувати потужний та більш 
22 
 
складний електромагніт, відсутність зв'язку з резервною гальмівною системою 
вимагає наявності додаткового апарата в гальмівній системі для забезпечення вимог 
Правил №13 ЄЕК ООН [2, 3]. 
Головна перевага пропорційних модуляторів полягає в тому, що виключається 
необхідність застосування датчика тиску після модулятора. Це в свою чергу 
дозволяє спростити систему керування, підвищити її надійність та швидкодію. Тому 
застосування пропорційних модуляторів замість релейних є найбільш раціональним 
шляхом вдосконалення структури ЕПГС. 
На основі аналізу конструкцій модуляторів виділимо вимоги до модулятора 
«ідеальної» ЕПГС: 
загальні вимоги:  
− забезпечувати відслідковуючу дію;  
− забезпечувати виконання всіх функції або їх окремих комбінацій сучасних 
ЕПГС;  
−  забезпечувати швидке спорожнювання ТК;  
− простота в керуванні; 
конструктивні:  
− відсутність впливу тиску повітря на роботу запірно-регулюючого елемента;  
− мінімально можливе переміщення рухомих елементів запірно-регулюючого 
елемента;  
− мінімально можлива маса рухомих елементів запірно-регулюючого 
елемента; 
загальнотехнічні:  
− мінімальні маса та габаритні розміри;  
− універсальність конструкції; надійність і довговічність;  
− технологічність і невисока собівартість виробу. 
 
  
23 
 
Висновок до першого розділу 
 
1. Електронно-пневматична гальмівна система може забезпечити найбільш 
високий рівень активної безпеки транспортних засобів. Вдосконалення таких систем 
є найбільш раціональним шляхом підвищення активної безпеки АТЗ. 
2. Виконані раніше дослідження відносяться до вивчення характеристик 
гальмівних систем з електронним керуванням, що використовують модулятор 
релейного типу. 
3. Вдосконалення структурних елементів гальмівної системи є найбільш 
ефективним способом підвищення якості регулювання процесу гальмування. 
4. Недостатньо даних про теоретичні та експериментальні дослідження по 
вивченню робочих процесів електронно-пневматичної гальмівної системи із 
пропорційними модуляторами прямої дії. 
  
24 
 
РОЗДІЛ 2 ТЕОРЕТИЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ ЗВ'ЯЗКІВ 
ТА РОБОЧИХ ПРОЦЕСІВ КОНТУРУ ЕЛЕКТРОННО-ПНЕВМАТИЧНОЇ 
ГАЛЬМІВНОЇ СИСТЕМИ З ПРОПОРЦІЙНИМ МОДУЛЯТОРОМ 
 
Для проведення теоретичних досліджень робочих процесів контуру 
електронно-пневматичної гальмівної системи з пропорційним модулятором 
необхідно: вибрати конструктивну схему пропорційного модулятора; вибрати вхідні 
та вихідні параметри пропорційного модулятора з метою  отримання вихідних даних 
і математичних залежностей для побудови статичної та динамічної характеристик 
пропорційного модулятора; побудувати статичну характеристику пропорційного 
модулятора з метою оцінки якості відслідковуючої дії; побудувати динамічну 
характеристику пропорційного модулятора з метою оцінки швидкодії ЕПГП з 
пропорційним модулятором. 
 
2.1 Вибір конструктивної схеми та основних параметрів пропорційного 
модулятора 
 
З аналізу конструкцій модуляторів видно, що основним керуючим елементом є 
електроклапани. Головною причиною цього є простота в керуванні. Для вибору 
конструктивної схеми пропорційного модулятора розглянемо принцип  отримання 
відслідковуючої дії в пропорційному модуляторі. В основу такого модулятора 
покладено використання пропорціонального електромагніту [30, 31] (рис. 2.1). 
 
 
Рисунок 2.1 – Конструкція пропорційного електромагніту 
25 
 
В розробленому модуляторі [7, 8] (рис. 2.2) пропонується застосування плоских 
клапанів з нульовою активною площею, а для керування положенням клапанів 
кроковий електродвигун (КЕД). 
 
 
Рисунок 2.2 – Пропорційний модулятор створений на основі крокового 
електродвигуна 
 
Розроблений модулятор має відслідковуючу дію та містить корпус 1, вхідний 
канал 2, з'єднаний з ресивером стисненого повітря, і вихідний канал 3 з'єднаний з 
виконавчим органом (гальмівною камерою), випускний та впускний пневмоклапани 
4 і 5. Пневмоклапани 4 і 5 виконані у вигляді плоских клапанів з нульовою 
активною площею. Випускний пневмоклапан 4, підтиснений пружиною 8, жорстко 
пов'язаний зі штоком на бічній поверхні якого є зубчаста рейка 9, через шестірню 10 
пов'язаний з валом КЕД 11. Сідло клапана 6 зроблене разом із клапаном 12, 
підтисненого пружиною 13, що має осьовий отвір 14, пов'язаний з атмосферою. 
Сідло впускного пневмоклапана 5 зроблено в пневмопоршні 15, підтисненого 
пружиною 16. В правій частині модулятора розташована кришка 17, в якій 
встановлено випускне вікно 18. 
Хоча керування кроковим електродвигуном значно складніше, чим 
електроклапаном, але широке їх застосування привело до створення електронних 
модулів керування кроковими електродвигунами, що дозволило спростити процес 
26 
 
керування кроковим електродвигунами до рівня електроклапанів, шляхом створення 
«драйвера крокового двигуна». «Драйвер» є підсилювачем потужності, що 
перетворює імпульси, подані на нього, в переміщення валу. Кожний імпульс, 
поданий на драйвер, викликає переміщення валу на 1 крок (або мікрокрок) [32]. 
Перевагами модулятора представленого на рис. 2.2 є простота конструкції, 
відсутність впливу тиску стисненого повітря на роботу ЗРЕ, що дозволяє знизити 
потужність КЕД, мінімально можливе переміщення рухомих елементів ЗРЕ при 
забезпеченні необхідного прохідного перерізу забезпечує висока швидкодія 
модулятора. Завдяки застосуванню КЕД є можливість регулювати час спрацювання 
модулятора в процесі виконання алгоритму будь-якої функції ЕПГС. 
 
2.2 Вибір вхідних та вихідних параметрів пропорційного модулятора із 
приводом від крокового електродвигуна 
 
Вихідними даними для розрахунків основних параметрів пропорційного 
модулятора з КЕД, а також побудови його статичної характеристики є: дискретність 
переміщення запірно-регулюючого елемента (ЗРЕ) z; час повного ходу запірно-
регулюючого елемента t. 
Дискретність переміщення ЗРЕ визначається залежністю переміщення ЗРЕ та 
вихідного тиску. У традиційних пропорційних апаратах, а саме гальмівних кранах, 
ступінчастість зміни вихідного тиску є одним з показників якості пневматичного 
гальмівного приводу [33]. Нормативно не запропонована ступінчастість зміни 
вихідного тиску в пропорційних апаратах, величина ступеню – 0,01 МПа. По інших 
рекомендаціях припустима величина ступеню тиску в пневматичному гальмівному 
приводі не повинна перевищувати 3-4% від максимального тиску [35] і 0,02 МПа 
[36]. Таким чином, дискретність переміщення ЗРЕ можна визначити за формулою: 
 
P
z = max ;       (2.1) 
PCT
 
де Pmax – максимальний тиск у приводі; PСТ – величина ступеню зміни тиску. 
27 
 
Мінімальний час повного ходу ЗРЕ в серійних гальмівних кранах визначається 
часом натискання на педаль при екстреному гальмуванні, яке нормативно 
встановлено 0,2 с. [37]. Таким чином, максимальний час переміщення ЗРЕ в 
пропорційному модуляторі повинен бути не більше 0,2 с, а мінімальний 
обмежується моментними параметрами КЕД. 
Виходячи з особливостей конструкції пропорційного модулятора та роботи 
КЕД, для забезпечення високої швидкості спрацьовування вибір основних 
параметрів пропорційного модулятора проводиться для режиму роботи КЕД з 
постійною частотою кроків [39-41]. Фізична модель пропорційного модулятора [7-
9]. досліджуваної конструкції представлена функціональною схемою на рис. 2.3. 
 
 
1 – шестерня, що встановлена на валу крокового двигуна; 2 – шток із зубчастою 
рейкою; 3 – поворотна пружина; 4 – двосідельный клапан; 5 – пружина 
двосідельного клапана; 6 – спостерігаючий пневмопоршень; 7 – пружина 
спостерігаючого пнемопоршня; 8 – корпус модулятора 
Рисунок 2.3 – Пропорційний модулятор ЕПГС 
 
Виходячи з розрахункової схеми пропорціонального модулятора загальний 
опір переміщення рухомих деталей ЗРЕ визначається за наступною залежністю: 
 
Fоб = а т+FTP + FПР2 + FCK ,     (2.2) 
 
де a – прискорення рухомих деталей ЗРЕ, м/с; m – маса рухомих деталей ЗРЕ, кг;  
28 
 
ΣFТР – сумарна сила тертя при переміщенні рухомих деталей ЗРЕ в корпусі 
модулятора, Н; FПР2 – зусилля пружини 3, Н; FСК – зусилля необхідне для відкриття 
впускного клапана, утвореного двосідельним клапаном 4, та спостерігаючим 
пневмопоршнем 6, Н. 
Зусилля, необхідне для відкриття впускного клапана визначається за наступною 
залежністю: 
 
FСК=FПР2+FР+FТР1,     (2.3) 
 
де FПР2 – зусилля пружини 5, необхідне для забезпечення герметичності 
впускного клапана, Н; FР – сила діюча на клапан 4 від тиску повітря, Н; FТР1 – сила 
тертя ущільнювального кільця dКЛ по діаметру d2, Н. 
Зусилля пружини, необхідне для забезпечення герметичності клапана 
визначається: 
FПР1=FУ+FТР1,      (2.4) 
 
де FУ – сила, необхідна для забезпечення герметичності впускного клапана, Н. 
Сила, необхідна для забезпечення герметичності клапана визначається [32]: 
 
FУ=kЗPpmax·(d2-L)L(1+0,4·μρ)2π,   (2.5) 
 
де kЗ – коефіцієнт запасу; Ppmax – максимально можливий тиск в приводі, МПа;  
L – ширина пояса клапана, м; μρ – коефіцієнт тертя на поверхні «гума - клапан». 
Сила тертя гумового кільця круглого перерізу визначається за формулою [33]: 
 
 d гз 
FTP1 =  − dk  K ,     (2.6) 
n
 2 
 
де Кп – емпіричний коефіцієнт; dгз, dk - розміри ущільнювального кільця dКЛ, мм. 
Сила, що діє на клапан 4 від тиску повітря розраховується: 
 
29 
 
FР=Ppmax·Sеф,      (2.7) 
 
2
де Sеф – ефективна площа клапана 4, м . 
Ефективна площа клапана визначається за формулою: 
 
  (( )2d + L − d 2 )
S = 2 2 ;      (2.8) 
еф
4
 
Зусилля пружини 3 визначається: 
 
FПР2=FСД+FТР2,     (2.9) 
 
де FСД – сила опору обертання ротора крокового двигуна, Н; FТР2 – сила тертя 
ущільнювального кільця dЗОЛ (визначається за формулою 2.6), Н. 
Переміщення ЗРЕ за один крок КЕД, яке відповідає куту повороту ротора КЕД 
α, визначається за формулою: 
 
r  
h1 = .       (2.10) 
180
 
Повний хід ЗРЕ h визначається: 
 
h = h1⋅ z.      (2.11) 
 
Час одного кроку КЕД t1 визначається із залежності: 
 
t
t1 = ,       (2.12) 
z
 
де t – час повного ходу ЗРЕ, с. 
Робоча частота КЕД fp визначається за формулою: 
 
1
f = .       (2.13) 
p
t1
30 
 
Прискорення рухомих деталей ЗРЕ визначається із наступної залежності, за 
умови роботи КЕД в режимі з постійною частотою кроків: 
 
2h
a = 1 .      
t 2  (2.14) 
1
 
В роботах [39, 40] статичний момент КЕД вибирається в наступному порядку. 
Момент опору навантаження МН визначається за формулою: 
 
M Н = Fоб ⋅ r.      (2.15) 
 
Статичний момент КЕД МД вибирається із залежності: 
 
М
M Н
Д = .
0,4       (2.16) 
 
Після вибору КЕД необхідно перевірити розрахований привід на резонанс. Цей 
ефект проявляється у вигляді раптового падіння моменту при певних швидкостях. 
Це може привести до пропуску кроків та втрати синхронності. Ефект проявляється в 
тому випадку, якщо працюючи частота кроків збігається із власною резонансною 
частотою ротора КЕД. Резонансна частота визначається за формулою: 
 
F0=(N·TH /(JR+JL))0,5/4 π,   (2.17) 
 
де F0 – резонансна частота, Гц; N – число повних кроків на оберт; TH – момент 
утримання для використовуваного способу керування та струму фаз, Н·м;  
2 2
JR – момент інерції ротора, кг·м ; JL – момент інерції навантаження, кг·м . 
За описаною вище методикою проведено оцінку впливу швидкодії модулятора 
на необхідний момент на валу КЕД за інших рівних умов, в результаті отримана 
залежність, наведена на рис. 2.4. 
Із залежності представленої на рис. 2.4 видно, що збільшення швидкодії вище 
31 
 
0,05 с приводить до значного збільшення необхідного моменту на валу КЕД, отже, 
створювати швидкодіючі апарати на основі крокових електродвигунів не 
раціонально. 
 
Рисунок 2.4 – Залежність впливу швидкодії модулятора на необхідний момент на 
валу крокового електродвигуна 
 
Висновки до другого розділу 
 
1. Вперше встановлений функціональний взаємозв'язок між кроками крокового 
електродвигуна та запірно-регулюючого елемента пропорційного модулятора, що 
забезпечує пропорційність положення ротора крокового електродвигуна та тиску в 
гальмівній камері. Для забезпечення точності регулювання тиску в гальмівній 
камері рівним 0,02 МПа, необхідно забезпечити робочий хід ЗРЕ рівним 5 мм із 
дискретністю переміщення ЗРЕ 0,157 мм, що відповідає 38 крокам крокового 
електродвигуна з кутом повороту ротора при одному кроці 1,8 °. 
2. При визначенні необхідного моменту на валу крокового електродвигуна було 
встановлено, при підвищенні швидкодії пропорційного модулятора момент зростає 
не лінійно. В зв'язку із цією обставиною створювати модулятори із кроковими 
електродвигунами з часом повного ходу ЗРЕ понад 0,05 с не раціонально, тому що 
необхідно застосовувати потужний кроковий електродвигун. 
3. Пропорційний модулятор з кроковим електродвигуном забезпечує час 
спрацювання приводу за 0,3 с. Для забезпечення такого часу спрацювання достатньо 
часу повного ходу запірно-регулюючого елемента 0,1 с, що відповідає робочій 
частоті крокового електродвигуна 380 Гц. 
32 
 
РОЗДІЛ 3 ПРАКТИЧНА РЕАЛІЗАЦІЯ ПРОПОРЦІЙНОГО МОДУЛЯТОРА З 
ПРИВОДОМ ВІД КРОКОВОГО ЕЛЕКТРОДВИГУНА 
 
3.1 Опис конструкції досліджуваної електронно-пневматичної гальмівної 
системи 
 
Для проведення експериментальних досліджень з метою підтвердження 
теоретичних досліджень запропонована наступна структурна схема контуру ЕПГС, 
представлена на рис. 3.1, яка є одним контуром «перспективної» ЕПГС (рис. 1.6). 
 
 
1 – педаль гальма з датчиком положення педалі; 2 – пропорційний модулятор із 
вбудованим датчиком положення ЗРЕ; 3 – гальмівна камера; 4 – гальмівний 
механізм; 5 – імпульсне колесо (індуктор); 6 – датчик кутової швидкості; 
7 – електронний блок керування; 8 – ресивер 
Рисунок 3.1 – Структурна схема контуру ЕПГС 
 
В якості органу керування використаний педальний модуль 
КДБА.453621.001ТУ [39]. Він призначений для формування сигналів положення 
педалі акселератора в системі керування дизельних двигунів. Модуль педальний не 
вимагає технічного обслуговування та регулювань в процесі експлуатації. 
 
33 
 
Таблиця 3.1 – Основні технічні характеристики педального модуля 
КДБА.453621.001ТУ 
Маса модуля, не більше 0,6 кг 
Максимальне зусилля, що прикладається до педалі, не більше 50 кгс 
Номінальна напруга живлення 5В ± 0,25В 
Функціональна характеристика потенціометра лінійна 
Режим роботи тривалий S1 за ДСТ 3940 
Степінь захисту IP55 за ДСТ 14254 
 
Модуль педальний включає в себе два потенціометри. Це необхідно для 
забезпечення можливості контролю вірогідності інформації, яку видає орган 
керування і блок керування може забезпечити його діагностику. 
 
 
Рисунок 3.2 – Загальний вигляд модуля педального КДБА.453621.001ТУ 
 
Так як імовірність одночасного виходу з ладу двох потенціометрів дуже низька, 
один потенціометр забезпечує діагностику іншого. Один потенціометр має лінійну 
характеристику від 0 В до 5 В, а інший також лінійну від 5 В до 0 В. Це необхідно 
для забезпечення діагностики модуля педального. Діагностика проводиться в такий 
спосіб. При повороті педалі на певний кут завжди буде відповідність видаваних 
сигналів, але якщо з якої-небудь причини ця відповідність порушується, то це 
порушення фіксується блоком керування. Залежно від поточного стану всієї системи 
керування, в обов'язковому порядку, водієві подається сигнал про несправність 
(світловий, звуковий). Також можливе блокування системи пуску двигуна та 
проводитися глушіння двигуна, у випадку, якщо транспортний засіб ще не починав 
рух. Таким чином, забезпечується висока стійкість всієї системи керування, що 
34 
 
позитивно позначається на її надійності. 
У якості модулятора використаний пропорційний модулятор представлений на 
рис. 3.3-3.4. 
 
Рисунок 3.3 – Конструкція макетного зразка пропорційного модулятора 
 
 
Рисунок 3.4 – Загальний вигляд макетного зразка пропорційного модулятора 
 
Принцип дії пропорційного модулятора (рис. 3.3-3.4) в складі контуру ЕПГС 
пояснюється рис. 3.5. 
У початковому стані (при знеструмленому кроковому двигуні в модуляторі) за 
рахунок пружини 11 пневмоклапан 12 відкритий, зв'язуючи виконавчий орган 
(гальмівну камеру) з атмосферою через вихідний канал 13 та осьовий отвір 14 в 
пневмоклапані 17. При цьому, за рахунок пружини 16 пневмоклапан 17 - закритий. 
При натисканні на педаль гальма від підпедального електричного модуля (датчика 
35 
 
положення педалі) 1 (рис. 3.1) електричний сигнал надходить на електронний блок 
7, який визначає та передає необхідне число імпульсів на крокові двигуни. В 
результаті відбувається переміщення золотника 18, в модуляторах, вправо, це 
приводить до посадки пневмоклапана 12 на сідло 19, при цьому відбувається 
від'єднання гальмівної камери від атмосфери. Подальше переміщення золотника 18 
приводить до відкриття пневмоклапана 17 і перепуску стисненого повітря від 
ресивера через вхідний канал 20, пневмоклапан 17, вихідний канал 13 в гальмівну 
камеру. 
 
Рисунок 3.5 – Схема роботи контуру ЕПГС з пропорційним модулятором 
 
Таким чином, в початковий момент часу золотник 18 і поршень 19 
переміщаються спільно. При цьому за рахунок пружини 22 пневмопоршень 21 
залишається нерухомим. Зростаючий тиск у порожнині 23, рівний тиску в 
гальмівній камері приводить до руху пневмопоршень 21, стискаючи пружину 22. 
Кут повороту ротора крокового двигуна визначається кількістю поданих на 
нього керуючих імпульсів. Таким чином, при натисканні на педаль на певну 
величину підпедальний електричний модуль (датчик положення педалі) 1 (рис. 3.1) 
передає певну величину електричного сигналу електронному блоку керування 7 
(рис. 3.1), який розраховує кількість імпульсів, і подає на кроковий електродвигун, 
36 
 
щоб встановити тиск повітря в гальмівній камері пропорційно натисканню на педаль 
гальма. Відробивши необхідні імпульси, подані від електронного блоку керування 7 
(рис. 3.5), кроковий двигун зупиняється, при цьому золотник 18 і поршень 19 так 
само зупиняються, а пневмопоршень 21 продовжує рух, під дією тиску стисненого 
повітря, доти, поки сідло пневмоклапана 17 в пневмопоршні 21 сяде на 
пневмоклапан 17 на поршні 19, тим самим, перекриваючи вхідний канал 20, 
пов'язаний з ресивером стисненого повітря. Так переміщення запірно-регулюючого 
обладнання (пневмоклапана 12 і пневмоклапана 17) приводить до встановлення 
тиску повітря в гальмівній камері пропорційно натисканню на педаль гальма, тим 
самим, забезпечуючи підвищення якості регулювання процесу гальмування 
транспортних засобів, обладнаних електронно-пневматичною гальмівною системою. 
Робота електронно-пневматичної гальмівної системи в режимі виконання 
функції антиблокувальної системи гальм транспортного засобу полягає в 
наступному. 
При встановленому тиску повітря в гальмівній камері пропорційно натисканню 
на педаль гальма, пневмоклапани 12 і 17 закриті, а пневмопоршень 21 зміщений 
вправо, від початкового положення, на певну відстань. У випадку виникнення 
імовірності блокування коліс транспортного засобу, блок керування 7 (рис. 3.5) по 
датчиках кутової швидкості коліс 6 (рис. 3.5) визначає кількість імпульсів, які 
необхідно подати на кроковий електродвигун, щоб скинути певну порцію повітря з 
гальмівної камери тим самим, запобігши блокування коліс. Подача імпульсів на 
кроковий електродвигун приводить до переміщення золотника 18 вліво, що 
приводить до відкриття пневмоклапана 12, пов'язаного через осьовий отвір 14 з 
атмосферою. Таким чином, відбувається скидання стисненого повітря з гальмівної 
камери. Відробивши певну кількість імпульсів (задану електронним блоком 
керування 7 (рис. 3.1)) кроковий електродвигун зупиняється. При цьому зниження 
тиску в гальмівній камері приводить до зниження тиску в порожнині 23, що у свою 
чергу приводить до зниження сили діючої на пневмопоршень 21, та, як наслідок, 
його переміщенням у слід за золотником 18 за рахунок пружини 16, до того моменту 
поки пневмоклапан 12 закриється і сили, діючі на пневмопоршень 21 від тиску 
37 
 
повітря та пружини 22 зрівноважаться. Тобто тиск на виході модулятора та у 
виконавчому органі стануть однаковими. Таким чином, забезпечується кочення 
колеса без блокування при гальмуванні, що підвищує керованість і стійкість в 
цілому транспортного засобу. 
При відпусканні педалі гальм електроживлення крокового електродвигуна 
припиняється. Під дією пружини 11 золотник із пневмоклапаном 12 повертаються 
вліво, у вихідне положення, при цьому відбувається відкриття отвору 14, через який 
стиснене повітря з гальмівної камери виходить через випускне вікно 24 в атмосферу. 
Контроль над поточним станом колеса забезпечує датчик частоти обертання 
колеса (ДЧОК) АДЮІ.407111.003МЧ (рис. 3.6) [40]. 
 
 
1 – магніт; 2 – обмотка; 3 – зубчасте колесо; 4 – концентратор; 5 – кабель роз’ємом 
Рисунок 3.6 – Датчик частоти обертання АДЮІ.407111.003МЧ 
 
Технічні характеристики датчика: 
- режим роботи тривалий номінальний S1 за ДСТ 3940-84; 
- електричний опір датчика – (1,3±0,1) кОм; 
- діапазон кутових швидкостей зубчастого ротора від 0,17 до 12 об/с при (2-140) 
км/год; 
- датчик забезпечує амплітуду вихідного сигналу при кутовій швидкості ротора 
0,17 об/с, опору навантаження 1 мОм і повітряному зазорі між торцем датчика та 
зубцем ротора (0,7±0,01) мм не менше 0,35 В. При зазорі до 1 мм зменшення 
амплітуди не становить більше 30 % від амплітуди при зазорі 0,7 мм; робочий зазор 
38 
 
між торцем датчика та зубцем ротора від 0,5 до 1,2 мм; діапазон робочих температур 
від -40 ºС до +125 ºС. 
Разом з датчиком частоти обертання було використане зубчасте колесо, 
розроблене за методикою запропонованою фірмою «Knorr-Bremse». 
Таблиця 3.2 – Характеристики зубчастого колеса 
 Номінальний Припустимі 
Поз. Найменування розмір відхилення 
z Число зубів 100 – 
t Крок 9 – 
tp Похибка кроку 3,6 ±5' 
 Сумарна похибка   
TP 3,6 ±5' 
кроку 
 Відношення повітряного   
c/t 0,5 – 
зазору до кроку 
h Висота зуба 3 мм ±0.2 мм 
c Повітряний зазор 4,5 мм ±0.1 мм 
b Ширина колеса 12 мм ±0.2 мм 
α Кут зачеплення 0º ±0.1º 
RA Радіус вершини зуба 286 мм ±0.05 мм 
RC Радіус основи зуба 280 мм ±0.05 мм 
 Форма зуба прямокутна – 
a Радіальне биття < 0,1 мм – 
 
Керування контуром ЕПГС забезпечує електронний блок керування загальний 
вигляд якого представлено на рис. 3.7. 
 
 
Рисунок 3.7 – Загальний вигляд електронного блоку керування 
 
Блок керування (рис. 3.7) складається з наступних модулів: утворювач 
39 
 
імпульсів від індуктивного датчика «АДЮІ»; підсилювач сигналу датчика «КДБА»; 
аналого-цифровий перетворювач «АЦП»; модуль керування кроковим 
електродвигуном; модуль USB. 
 
 
Рисунок 3.8 – Структурна схема блоку керування контуром ЕПГС 
 
Утворювачі імпульсів від датчика «АДЮІ» призначені для перетворення 
сигналу від індуктивного датчика, який установлений на зубчастий диск колеса, в 
сигнал прямокутної форми з цифровими рівняннями для наступної видачі їх на 
мікроконтролер. Підсилювач сигналу датчика «КДБА» призначений для посилення 
сигналу від датчика КДБА до необхідної величини 0÷2,5 В та подачі його на 
аналогово-цифровий перетворювач. АЦП – 12-розрядний аналого-цифровий 
перетворювач призначений для перетворення аналогового сигналу в цифровий код. 
Модуль керування кроковим двигуном (КД) призначений для видачі керуючих 
імпульсів на обмотки КД. Модуль USB призначений для приймання та передачі 
даних від мікроконтролера в персональний комп'ютер (ПК). Мікроконтролер 
призначений для реалізації алгоритму керування. Мікроконтролер складається з 
арифметико-логічного обладнання (АЛО), оперативної пам'яті (ОП), постійної Flash 
пам'яті (ПП), двох програмних 16-тирозрядних таймерів, обладнання зв'язку з 
модулем USB. Закони та алгоритми роботи мікроконтролера розташовуються в ПП, 
так само в ПП перебувають коефіцієнти налаштувань та константи. Дані про час 
спрацьовування датчиків «АДЮІ», код АЦП розташовані в ОП. 
За допомогою інтерфейсу програми можна одержувати поточні значення: 
положення педалі, швидкості колеса та розрахованого граничного значення, а також 
40 
 
положення валу КЕД, які видає блок керування та поточне положення валу КЕД, що 
значно полегшує відпрацьовування алгоритму керування. 
 
3.2 Вибір крокового електродвигуна та його параметрів 
 
Кроковий електродвигун – це електромеханічне обладнання, яке перетворить 
електричні імпульси в дискретні механічні переміщення [22, 29–42]. Крокові 
двигуни мають деякі унікальні властивості, що робить часом їх винятково зручними 
для застосування або навіть незамінними. 
До переваг крокових двигунів можна віднести: 
− кут повороту ротора визначається числом імпульсів, які подані на двигун; 
− двигун забезпечує повний момент в режимі зупинки; 
− прецизійне позиціонування та повторюваність. Сучасні крокові двигуни 
мають точність 3-5% від величини кроку. Ця помилка не накопичується від кроку 
до кроку; 
− можливість швидкого старту/зупинки/реверсування; 
− висока надійність, пов'язана з відсутністю щіток, термін служби крокового 
двигуна, фактично визначається терміном служби підшипників; 
− однозначна залежність положення від вхідних імпульсів забезпечує 
позиціонування без зворотного зв'язку; 
− можливість отримання дуже низьких швидкостей обертання для 
навантаження, приєднаного безпосередньо до валу двигуна без проміжного 
редуктора; 
− може бути перекритий досить великий діапазон швидкостей, швидкість 
пропорційна частоті вхідних імпульсів. 
Недоліками крокових двигунів є: 
− кроковим електродвигунам властиве явище резонансу; 
− можлива втрата контролю положення через роботу без зворотного зв'язку; 
− споживання енергії не зменшується навіть без навантаження; 
− ускладнена робота на високих швидкостях; 
41 
 
− невисока питома потужність; 
− відносно складна схема керування; 
− висока ціна. 
Існують три основні типи крокових електродвигунів: двигуни зі змінним 
магнітним опором; двигуни з постійними магнітами; гібридні двигуни. 
На даний момент основна маса крокових електродвигунів є гібридними. 
Гібридні електродвигуни є більш високовартісними, зате вони забезпечують меншу 
величину кроку, більший момент та більшу швидкість. Типове число кроків на 
оберт для гібридних електродвигунів становить від 100 до 400 (кут кроку 3,6-0,9 
град.). Гібридні електродвигуни поєднують у собі кращі якості двигунів зі змінним 
магнітним опором і двигунів з постійними магнітами. Схему гібридного двигуна 
представлено на рис. 3.9. 
 
Рисунок 3.9 – Схема гібридного крокового електродвигуна 
 
Ротор розділений на дві частини, між якими розташований циліндричний 
постійним магніт. Таким чином, зубці верхньої половинки ротора є північними 
полюсами, а зубці нижньої половинки – південними. Крім того, верхня та нижня 
половинки ротора повернені одна до одної на половину кута кроку зубців. Число 
пар полюсів ротора дорівнює кількості зубців на одній з його половинок. Зубчасті 
полюсні наконечники ротора, як і статора, набрані з окремих пластин для 
зменшення втрат на вихрові струми. Статор гібридного двигуна також має зубці, 
забезпечуючи велику кількість еквівалентних полюсів, на відміну від основних 
полюсів, на яких розташовані обмотки. Звичайно використовуються 4 основних 
42 
 
полюси для 3,6 град. двигунів і 8 основних полюсів для 1,8-0,9 град. двигунів. Зубці 
ротора забезпечують менший опір магнітного ланцюга в певних положеннях ротора, 
що покращує статичний і динамічний момент. Це забезпечується відповідним 
розташуванням зубців, коли частина зубців ротора перебуває строго напроти зубців 
статора, а частина між ними. 
Залежно від конфігурації обмоток гібридні крокові двигуни діляться на 
біполярні та уніполярні. 
 
 а) б) в) 
Рисунок 3.10 – Конфігурації гібридних крокових електродвигунів: біполярний 
двигун (а), уніполярний (б) та універсальний (в) 
 
В уніполярному двигуні в кожний момент часу використовується лише 
половина обмоток. Інша половина просто займає місце у вікні сердечника, що 
змушує робити обмотки проводом меншого діаметра. В той же час, у біполярному 
двигуні завжди працюють всі обмотки, тобто їх використання оптимальне. В такому 
електродвигуні перетин окремих обмоток удвічі більший, а омічний опір – 
відповідно вдвічі менший. 
Поведінка моменту при збільшенні частоти комутації фаз приблизно така: 
починаючи з деякої частоти момент монотонно падає. Звичайно для КЕД 
приводяться дві криві залежності моменту від швидкості рис. 3.11. 
 
 
Рисунок 3.11 – Залежність моменту від швидкості крокового електродвигуна 
43 
 
Внутрішня крива (крива старту, або pull-in curve) показує, при якому 
максимальному моменті тертя для даної швидкості кроковий двигун здатний 
зрушитись. Ця крива перетинає вісь швидкостей в точці, що називається 
максимальною частотою старту або частотою прийомності. Вона визначає 
максимальну швидкість, при якій ненавантажений двигун може зрушитись. На 
практиці ця величина лежить в межах 1000-1500 повних кроків в секунду. 
Інерційність навантаження сильно впливає на вид внутрішньої кривої. Більша 
інерційність відповідає меншій області під кривою. Ця область називається областю 
старту. Зовнішня крива (крива розгону, або pull-out curve) показує, при якому 
максимальному моменті тертя для даної швидкості кроковий двигун здатний 
підтримувати обертання без пропуску кроків. Ця крива перетинає вісь швидкостей у 
точці – максимальній частоті розгону. Вона показує максимальну швидкість для 
даного двигуна без навантаження, звичайно 2000–5000 повних кроків в секунду. 
При вимірюванні максимальної швидкості потрібно мати на увазі, що через явище 
резонансу момент дорівнює нулю ще і на резонансній частоті. Область, яка лежить 
між кривими, називається областю розгону. Потрібно відзначити, що схема 
драйвера в значній мірі впливає на хід кривої моменту – швидкість. 
З вище сказаного випливає, що для зменшення споживання енергії, габаритів і 
маси крокового двигуна необхідно в конструкції пропорційного модулятора 
використовувати гібридний кроковий двигун, по конфігурації обмоток – 
біполярний. 
При створенні дослідного зразка пропорційного модулятора був використаний 
кроковий електродвигун, що має наступні характеристики [33]: 
Найменування двигуна     Fulling motor FL57STH76-2804B;  
Тип      гібридний, чотирьохфазний, універсальний;  
Напруга фази, В     4,17;  
Струм фази, А     2,8;  
Опір фази, Ом      1,5;  
Індуктивність фази, mгн     6,8;  
Напруга живлення, В    12;  
44 
 
Похибка, %      5;  
Маса електродвигуна, кг   1,4;  
Момент на валу електродвигуна, кгс·см 31,0; 
 
3.3 Вибір і обґрунтування алгоритму керування 
 
Алгоритм керування впливає на роботу будь-якої системи керування. 
Алгоритм – послідовність дій, виконання якої дозволяє досягати певних цілей. 
Алгоритм – описання послідовності дій. Але для будь-якої системи керування, якою 
є і гальмівна система, більш важливим є питання керування даною системою, а 
алгоритм це частина процесу керування. Тому тільки правильна організація процесу 
керування може забезпечити високу якість процесу гальмування. Загальні питання 
керування описані в роботах [34-35]. 
Відомо кілька визначень поняття «Керування». Інженерне (прикладне) 
визначення цього поняття: керування – це процес перетворення інформації про стан 
системи в певні цілеспрямовані дії, що переводять керовану систему з вихідного в 
заданий стан [36]. 
Загальне визначення керування є цілепідпорядкована суб'єктно-об'єктна 
взаємодія, в результаті якої досягається тією чи іншою мірою ціль суб'єкта [37]. 
Або, простіше говорячи: керування - така організація того або іншого процесу, яка 
забезпечує досягнення певної мети. Таким чином, головним у процесі керування є 
мета. Мета – це бажаний уявний кінцевий результат. Якщо є мета, то починається 
керування, немає мети - не може бути і керування. Мета - первинна, вона - основа 
всього процесу керування [37]. У нашому випадку метою керування є кочення 
колеса при гальмуванні з високою ефективністю в різних швидкісних, 
навантажувальних та зчіпних умовах без блокування. 
Можна виділити кілька аспектів, що стосуються процесу керування, при не 
виконанні яких не можливо забезпечити керування суб'єктом керування: 
- керувати можливо тільки об'єктивно існуючим процесом [38]; 
- об'єкти, що не володіють стійкістю в сенсі передбачуваності в достатній для 
45 
 
цього мірі, в принципі не піддаються керуванню і не можуть бути введені в режим 
самокерування [38, 39]. 
Керування реальними системами носить багатокроковий характер, коли до 
досягнутої мети приходять не за один, а за кілька кроків, послідовно коректуючи дії 
з врахуванням досягнутих результатів. 
Одна з типових помилок керування на різних рівнях – це спроба досягти мети 
за один хід, що для багатьох, а особливо більших систем є просто нереальним через 
наступні причини: 
− ми не володіємо, як правило, всією інформацією про стан системи, об'єкта 
керування та діючих на них факторів; 
− реалізація рішення відбувається в часі, іноді значному, при цьому ряд 
факторів, що діють в системі і на систему, змінюються; 
− системи інерційні і для зміни їх стану потрібен час; 
− головний діючий суб'єкт керування – людина [36]. 
При керуванні будь-якою системою може бути вирішене тільки два завдання 
[38]: 
− завдання керування – це коли ми прагнемо керувати об'єктом самі з певною 
метою; 
− завдання самокерування – це коли ми прагнемо, щоб об'єкт самокерування 
без нашого втручання, в необхідному нам режимі. 
Стосовно гальмівної системи перше завдання керування вирішується при 
гальмуванні, коли людина (суб'єкт керування) здійснює процес керування по своїй 
суб'єктивній думці, встановлюючи уповільнення транспортного засобу. Друге 
завдання керування вирішується при екстрених гальмуваннях, коли людина не 
здатна ефективно керувати процесом гальмування, тоді гальмівна система повинна 
забезпечити ефективне управління процесом гальмування в режимі самокерування. 
У зв'язку з цим блок керування ЕПГС повинен мати кілька алгоритмів керування 
колесами (об'єктом керування) при гальмуванні в різних ситуаціях. Як мінімум, 
кількість алгоритмів повинна збігатися з кількістю закладених функцій. У зв'язку з 
цим виникає необхідність вибору потрібного алгоритму в даний момент часу. За 
46 
 
вибір алгоритму керування відповідає закон керування. З вище сказаного, схема 
керування електронно-пневматичною гальмівною системою повинна мати такий 
вигляд рис. 3.12. 
 
 
Рисунок 3.12 – Загальна схема керування електронно-пневматичною гальмівною 
системою 
 
Виходячи з цієї схеми, при створенні системи керування випливає постановка 
двох завдань: 
- вибір закону керування; 
- вибір алгоритму керування для кожної функції ЕПГС (ЕКПП, ЕРГС, АБС, 
СКК, СДК, АРС, ПБС); 
В даний момент можна виділити кілька критеріїв, по яких буде працювати 
закон керування: 
− темп приведення гальмівної педалі в дію; 
− уповільнення або відносна зміна швидкості колеса; 
− бічні прискорення АТЗ; 
− інформація про навколишнє оточення (різні радари, які визначають 
обстановку навколо транспортного засобу, наприклад, функція АРС). 
Керуючий вплив водія можна розділити на два режими: службове та екстрене 
гальмування, по темпу приведення педалі гальма в дію. Якщо темп приведення 
педалі гальма в дію довше ніж 0,2 с, тоді це службове гальмування [2, 3]. В такому 
47 
 
випадку необхідно організувати пропорційну відслідковуючу дію подібно 
стандартній робочої гальмівній системі. В іншому випадку, якщо темп приведення 
педалі гальма в дію рівний або швидший чим 0,2 с – екстрене гальмування. 
Гальмівна система повинна ввійти в режим самокерування та забезпечити ефективне 
гальмування, керуючись, уповільненням або відносною зміною швидкості колеса. 
Третій і четвертий критерії закону керування призначені для розпізнавання 
аварійної ситуації, коли водієм було неправильно оцінена ситуація і може 
виникнути ймовірність розвороту, перекидання або зіткнення транспортного засобу 
з перешкодою. 
Для забезпечення стійкості роботи алгоритму, відносно кожного з окремих 
алгоритмів, а також закону керування, найбільш раціонально використовувати тип 
алгоритму із захистом пам'яті від нагромадження недостовірної інформації. З роботи 
[38] відомо три типи алгоритму: програмний, алгоритм на основі включення потоку 
поточної інформації в пам’ять, алгоритм із захистом пам'яті від нагромадження 
недостовірної інформації. Третій тип алгоритму має найвищу стійкість до перешкод, 
як відносно високочастотних шумів середовища, так і власних шумів системи 
(рис. 3.13) [38]. 
 
Рисунок 3.13 – Принципова схема алгоритму із захистом пам'яті від нагромадження 
недостовірної інформації 
 
Це досягається за рахунок використання алгоритму, який дозволяє перед 
завантаженням в пам’ять вхідного потоку інформації виявляти недостовірну та 
48 
 
сумнівну інформацію (різні види помилок, збоїв, які можуть виникнути при впливі 
різних факторів на датчики) для того, щоб вироблення управлінського рішення 
виходило б тільки на основі інформації, признаної достовірною. В якості вхідної 
інформації, у нашому випадку, виступає поточне значення: час проходження двох 
зубів кодового колеса повз датчик [38], положення педалі гальма. Використання 
алгоритму дуже важливий момент, оскільки помилковий сигнал з датчика може 
привести до видачі помилкового управлінського рішення і відповідно це може 
привести до неправильних дій системи в цілому або в загальному випадку привести 
до зниження якості керування. 
Також слід зазначити, що алгоритм не повинен тільки фільтрувати вхідну 
інформацію. При швидкості протікання процесу блокування колеса необхідно, щоб 
при кожному проходженні зуба кодового колеса повз датчик швидкості була відома 
поточна швидкість колеса для того, щоб вчасно зреагувати на можливість колеса 
заблокуватися. При виникненні помилки реєстрації швидкості, якщо просто 
показувати попередню миттєву швидкість колеса, то це може приводити до 
затримок прийняття управлінського рішення на розгальмування або загальмування 
колеса, що у свою чергу приведе до зниження якості процесу гальмування та втраті 
ефективності. Не враховуючи цього аспекту, більшість дослідників та 
розроблювачів АБС для підвищення якості процесу гальмування прагнуть 
підвищити швидкодію модуляторів, компенсуючи затримку при визначенні 
поточного миттєвого значення швидкості колеса. Таким чином, для забезпечення 
високої якості процесу гальмування необхідно щоб при кожному проходженні зуба 
кодового колеса повз датчик швидкості було встановлено значення швидкості 
колеса, навіть якщо датчик видав помилку. Тому особливу увагу слід звернути на 
розробку алгоритму. 
Через відсутність опису подібних алгоритмів стосовно визначення поточного 
значення швидкості колеса, був розроблений алгоритм, який працює в такий спосіб. 
Щоразу при отриманні нового значення швидкості колеса воно порівнюється з 
попереднім і його величина не повинна відрізнятися від попередньої не більше ніж 
на 30 % (величина підібрана експериментальним шляхом), тобто перевіряється 
49 
 
наступна умова: 
 
ti−t i+1≤ ti + ti  ⋅ 0,3,     (3.1) 
 
де ti – значення попереднього сигналу, ti+1 – значення наступного сигналу. 
Після перевірки умови в пам’ять заноситься знак різниці двох часів ti−ti+1. 
Негативний знак означає, що колесо загальмувалося, позитивний – колесо 
розганяється. Якщо умова (3.1) виконується, то зафіксоване значення швидкості 
колеса записується в пам’ять без змін. У випадку, якщо умова (3.1) не виконується, 
тоді в пам'ять заноситися значення швидкості t’i+1, розраховане за формулою: 
 
ti+1 = ti + ti 0,3.      (3.2) 
 
При цьому знак величини швидкості використовується як у попередньому 
вимірюванні. 
В пам'яті закладені закони та алгоритми керування, які блок перетворювача 
інформації використовує для створення управлінських рішень. Пам'ять забезпечує 
нагромадження помилок та заносить їх у карантин. По кількості помилок за один 
процес гальмування може проводитися діагностика системи керування в цілому, так 
і виявлення причин збою. У випадку, якщо кількість помилок перевищить заданий 
параметр, повинно бути здійснено інформування водія про можливу несправність у 
системі. 
 
3.3.1 Алгоритм роботи контуру електронно-пневматичної гальмівної 
системи при роботі в режимі виконання службового гальмування 
 
Основна ідея реалізації пропорційності між положенням педалі гальма та 
тиску стисненого повітря в гальмівній камері, закладена в конструкції 
пропорційного модулятора, полягає в тому, що кожне положення педалі 
відповідає певному положенню валу КЕД. При натисканні на педаль гальма блок 
50 
 
керування повинен розпізнавати (визначати) положення педалі, виходячи з обраних 
параметрів пропорційного модулятора та його розрахунковій статичній 
характеристиці. Запірно-регулюючий елемент пропорційного модулятора може 
займати 38 положень, з них 8 необхідно для закриття випускного клапана. Тому 
перше положення педалі відповідає положенню ротора КЕД рівному 8 кроків. Це 
забезпечить швидке закриття випускного клапана модулятора, а також 
забезпечить мінімальний вільний хід педалі гальма. Друге положення педалі 
відповідає положенню ротора КЕД рівному 9 кроків, третє положення педалі – 10 
крокам, і т.д. Таким чином, положення ротору КЕД при прямому ході 
розраховується за залежністю: 
 
ПШД=ПП+8,      (3.3) 
 
де ПШД – необхідне положення ротора КЕД; ПП – поточне положення педалі. 
При відпусканні педалі гальма ротор КЕД повинен рухатися в зворотному 
напрямку. При цьому хід положення ротору КЕД розраховується за залежністю: 
 
ПШД=ПП,  (3.4) 
 
Також можливе завдання відповідності положення педалі положенню ротора 
КЕД табличним способом. 
Таблиця 3.3 – Спосіб задання відповідності положення педалі положенню 
ротора КЕД 
Сигнал з датчика 0 1 2 3 4 … 29 30 31 
Кількість кроків КЕД 0 8 1 1 1 1 1 1 1 
Сумарна кількість кроків 0 8 9 10 11 … 36 37 38 
 
При використанні такого алгоритму розрахункова статична характеристика 
контуру ЕПГС буде мати вигляд (рис. 3.14). 
З розрахункової статичної характеристики контуру ЕПГС можна зробити 
висновок, що даний контур має високу якість відслідковуючої дії. Значення тиску 
51 
 
0,12 МПа при першому положенні педалі дозволяє подолати гістерезис гальмівного 
механізму і цей початковий тиск можна зменшити шляхом зниження зусилля 
попереднього стискання пружини 17 (рис. 3.4). 
 
 
––––– – загальмовування; - - - - - - – розгальмовування 
Рисунок 3.14 – Теоретична статична характеристика розробленого контуру ЕПГС  
 
Також, можливо, використовуючи запропонований алгоритм, поліпшити 
статичну характеристику контуру в бік зменшення гістерезису. Для цього необхідно 
в алгоритмі змістити зворотну галузь статичної характеристики на величину 
гістерезису пропорційного модулятора, який становить два положення ротора КЕД. 
Тоді, на зворотних галузях статичної характеристики положення ротора КЕД буде 
розраховуватися за залежністю: 
 
ПШД=ПП–1     (3.5) 
 
В результаті розрахункова статична характеристика контуру ЕПГС приймає 
вигляд (рис. 3.15). 
Ще одним з можливих алгоритмів керування ЕПГС, при службовому 
гальмуванні, може бути алгоритм, реалізований в сучасних ЕПГС фірми Wabco. Ідея 
такого алгоритму полягає в тому, що положенню педалі гальма відповідає певне 
значення уповільнення колеса. Таким чином, величина уповільнення транспортного 
засобу майже завжди буде однаковою, незалежно від ступеня завантаження або 
52 
 
якщо гальмівні колодки вологі, то блок керування ЕПГС збільшуватиме тиск доти, 
поки не буде досягнуто необхідного уповільнення коліс. Це дозволяє при 
спостерігаючій дії відразу виконати функцію розподілу гальмівних сил і реалізувати 
модель ідеальної статичної характеристики так як положенню педалі гальма 
відповідає певне значення уповільнення колеса, як при натисканні, так і при 
відпусканні педалі. 
 
 
––––– – загальмовування; - - - - - - – розгальмовування 
Рисунок 3.15 – Теоретична статична характеристика розробленого контуру ЕПГС зі 
зменшеним гістерезисом 
 
Однак, даний алгоритм має певні недоліки. Через інерційність системи, система 
керування неминуче буде підтримувати задане значення уповільнення в деякому 
коридорі. Весь процес службового гальмування буде коливальним подібно роботі 
антиблокувальної системи. Це може привести до зниження комфортабельності 
перевезення пасажирів. Також такий алгоритм керування для службового 
гальмування приведе до того, що гальмівна система весь час буде працювати в 
режимі самокерування. Хоча транспортним засобом повинна (зобов'язана) керувати 
людина. В такому випадку в людини може з'явитися ілюзія керування гальмом, і як 
наслідок у людини можуть в процесі керування таким транспортним засобом бути 
вироблені неправильні стереотипи. І як наслідок, ймовірність переоцінки своїх 
можливостей людиною значно підвищуються, і при цьому підвищується ймовірність 
53 
 
виникнення ДТП. 
З вище викладеного випливає, що найбільш раціональним алгоритмом 
керування є другий, який забезпечує відслідковуючу дію по статичній 
характеристиці з меншим гістерезисом. 
 
3.3.2 Алгоритм роботи контуру електронно-пневматичної гальмівної 
системи при роботі в режимі виконання антиблокувальної функції 
 
При службовому гальмуванні може виникнути ситуація, при якій колеса 
можуть заблокуватися, що приведе до втрати керованості, стійкості та збільшенні 
гальмівного шляху транспортного засобу. Тому, одним із критеріїв закону 
керування є поточне уповільнення або проковзування колеса. У випадку 
перевищення заданих значень гальмівна система повинна перейти в режим 
самокерування за певним алгоритмом. 
Пропонується реалізовувати алгоритм роботи контуру ЕПГС в режимі 
виконання антиблокувальної функції в такий спосіб. 
Відслідковується стан колеса, визначається час за один період (проходження 
від вершини до вершини) – ti. Перетворювач інформації заносить його в пам’ять, 
після чого перетворювач інформації визначає час проходження між двома іншими 
зубами ti+1 і виконує розрахунки за формулою: 
 
(ti+1 − ti )П = K ,      (3.6) 
ti+1
 
де П – відносна зміна кутової швидкості колеса, значення буде порівнюватися 
із заданим граничним для визначення моменту, коли в колеса з'явитися тенденція до 
входження в блок; ti – значення попереднього сигналу; ti+1 – значення наступного 
сигналу; К – коефіцієнт підсилення. 
Отримане значення П порівнюється з першою умовою П1: 
 
П≥П1       (3.7) 
54 
 
де П1 – граничне значення відносної зміни кутової швидкості колеса для 
розгальмовування колеса. 
Якщо умова П1 не виконується, цикл повторюється і знову одержуючи новий 
час ti+2 розраховується нове значення П за тією ж формулою (попередній час - 
поточний час розділити на попередній час), перевіряється умова П1 і так у циклі 
поки умова буде виконана. У випадку, якщо умова виконується, перетворювач 
інформації визначає поточне положення КЕД і видає команду КЕД зайняти вихідне 
положення. Таким чином відбувається випуск повітря з гальмівних камер. 
 Після того як умова П1 виконалась, перетворювач інформації починає 
перевірку другої умови П2: 
 
П≤П2       (3.8) 
 
де П2 – граничне значення відносної зміни кутової швидкості колеса для 
загальмування колеса. 
Подібно перевірці умови П1, поки умова П2 не буде дотримуватися, 
перетворювач інформації ніяких управлінських впливів на КЕД не видає. 
Проводиться розрахунок поточного значення П та порівняння його із граничним 
значенням П2 доти, поки умова 3.8 виконається. Якщо умова 3.8 виконалася, 
перетворювач інформації зчитує поточне положення педалі та визначає за 
формулою 3.1 необхідне положення КЕД, і видає відповідну команду, навіть в тому 
випадку якщо КЕД не встигнув виконати попередню дію. Такий підхід дозволяє 
знизити інерційність всієї системи керування, і такий алгоритм одержав назву 
алгоритм із перериванням циклу. 
Далі перетворювач інформації повертається до перевірки умови П1 (3.7) і цикл 
повторюється. У випадку відпускання педалі алгоритм припиняє свою роботу. 
Значення порогів П1 і П2 були визначені експериментальним шляхом через те, 
що на даний період часу не існує досить точних математичних моделей, що 
описують кочення колеса в гальмівному режимі. Проведення експериментів 
проводилося з навантаженням на колесо 27 і 8 кН при однакових інших початкових 
55 
 
умовах: початковій швидкості гальмування 60 км/год, тиск у ресивері 0,8 МПа, 
робоча частота КЕД пропорційного модулятора в прямому напрямку (наповнення) 
380 Гц і у зворотному (випорожнення) – 800 Гц.  
При проведенні експериментів по черзі варіювалися пороги П1 - поріг на 
розгальмування колеса та П2 - поріг на загальмування колеса (рис. 3.16-3.19). 
Оцінка впливу граничного значення на процес кочення колеса виконувалася по 
якості кочення колеса, тобто відсутності блокування колеса. 
Так, при визначенні порога П1 було виявлено, що правильна якість кочення 
колеса забезпечується при порогах рівних 0,5, 0,6 (рис. 3.16-3.17). 
Використання граничного значення 0,4 (рис. 3.18) і менше приводить до зриву 
алгоритму, тобто колесо перестає загальмовуватися. Це явище найімовірніше 
відбувається внаслідок того, що граничне значення попадає в зону «шумів», в 
результаті команди на розгальмовування та загальмовування приходять дуже 
швидко і кроковий двигун не здатний зреагувати на надходження команд, і 
залишається в положенні, коли здійснюється розгальмовування. 
 
 
Рисунок 3.16 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі ЕПГС із 
пропорційним модулятором і навантаженням на колесо 27 кН при визначенні 
граничного значення П1 
 
56 
 
На всіх осцилограмах прийняті наступні позначення: V – початкова швидкість 
гальмування колеса, км/год; Rz – вертикальне навантаження на колесо, кг; fp – робоча 
частота КЕД в прямому напрямку, Гц; Vб – швидкість барабана, км/год; Vк – 
швидкість колеса, км/год; МГ – гальмівний момент, Н·м; hр – положення педалі; hз – 
положення золотника в модуляторі; Pк – тиск в гальмівній камері, МПа; Pр – тиск в 
ресивері, МПа. 
 
 
Рисунок 3.17 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі ЕПГС із 
пропорційним модулятором і навантаженням на колесо 8 кН, при визначенні 
граничного значення П1 
 
 
Рисунок 3.18 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі ЕПГС з 
пропорційним модулятором при порозі П1=0,4 
57 
 
При збільшенні значення П1 більше 0,6 (рис. 3.19) спостерігалося блокування 
колеса, однак було виявлено, що блокування колеса відбувалося в інтервалі 
швидкостей 40-20 км/год. Це пов'язано з тим, що при першому циклі спрацьовуючи 
колесо не встигає скотитися в блок, через велике значення інерції, при подальшому 
зниженні швидкості інерційність також знижується, а коефіцієнт зчеплення починає 
зростати [18]. В результаті поріг 0,7 виявляється занадто великим і система 
керування в цілому не встигає запобігти блокуванням колеса. 
 
 
Рисунок 3.19 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі ЕПГС з 
пропорційним модулятором при порозі П1=0,7 
 
При проведенні експериментів на вибір порогового значення П2, було 
виявлено, що система керування забезпечує безблокувальне кочення колеса при 
значеннях П2 в межах -0,1…-0,2. Використання порога на загальмовування П2 
менше -0,2 приводило до втрати ефективності та зриву алгоритму, тобто колесо 
переставало загальмовуватися. Використання порога П2 рівним 0 і вище приводило 
до блокування колеса (рис. 3.20). Це відбувалося внаслідок того, що колесо не 
встигало вийти із зони нестійкого кочення, тобто, коли проковзування колеса в 
плямі контакту є досить високим, і в цей момент подається команда на 
загальмовування, у результаті колесо блокується. 
 
58 
 
 
Рисунок 3.20 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі ЕПГС із 
пропорційним модулятором при порогах П2≤0 
 
В результаті проведених експериментів було виявлено: 
- навантаження на колесо не впливає на величину граничного значення, 
причому процеси гальмування на осцилограмах рис. 3.16-3.17 дуже подібні між 
собою. Хоча при навантаженні на колесо 8 кН (рис. 3.17) модулятор в початковий 
період гальмування спрацьовував частіше; 
- на характерних осцилограмах рис. 3.16-3.17 видно, що поріг П1=0,5 забезпечує 
ефективне гальмування тільки в початковій фазі гальмування. 
 При швидкостях 30-35 км/год починається різке падіння ефективності, 
реалізований гальмівний момент МГ починає знижуватися та криві швидкостей 
стають більш пологими. Причому зі зменшенням швидкості до 20 км/год колесо 
практично перестає загальмовуватися. Із цієї обставини випливає питання про 
підвищення стійкості роботи системи керування в цілому. Тому, для підвищення 
стійкості процесу гальмування з високою ефективністю, у всьому діапазоні 
швидкостей, необхідно не тільки забезпечити стабільну роботу алгоритму за 
рахунок використання алгоритму із захистом пам'яті від нагромадження 
недостовірної інформації, але і в процесі роботи алгоритму потрібні зміни мети 
керування. В нашому випадку, для блоку керування задається мета – регулювати 
процес кочення колеса по заданих граничних значеннях. Виходить, за певними 
59 
 
критеріями необхідно змінювати значення порогів або припиняти процес 
регулювання, загальмувавши колесо. Припинення процесу регулювання, можливо 
організувати, використавши наступний алгоритм. 
У момент часу, коли виконалася умова 3.7, тобто спрацював поріг на 
розгальмовування колеса П1, проводиться перевірка поточної швидкості колеса, за 
останнім значенням, отриманим від датчика швидкості, якщо кутова швидкість 
виявилася менше 15 км/год і протягом заданого часу умова на загальмовування 
3.8 не виконується, в цьому випадку цикл переривається і подається керуючий 
сигнал перемістити КЕД у положення відповідне до положення педалі. При цьому 
може відбуватися короткочасне блокування колеса, яке допускається по 
нормативам [2, 3]. 
Подібним чином, можливо реалізувати зміну величини граничного значення в 
процесі гальмування, але розробка найбільш ефективного алгоритму для ЕПГС не 
ставилася в завданнях даної роботи, тому подібні дослідження не проводилися. 
Однак, потрібно відзначити, що запропонований спосіб зміни порогових значень в 
процесі гальмування, із метою підвищення стійкості роботи ЕПГС стосовно 
ефективності процесу гальмування є перспективним і потребуючим подальшого 
вивчення. До того ж, якщо змінити схему керування із програмно-адаптивної на 
схему «предиктор-коректор» [38], тобто коли управлінське рішення буде 
прийматися на основі прогнозу майбутнього стану колеса, в цьому випадку вийде 
досягти максимально можливої ефективності ЕПГС при екстреному гальмуванні. 
 Для подальших експериментальних досліджень було використано вище 
описаний алгоритм з перериванням робочого циклу, із граничними значеннями 
П1=0,6 і П2=-0,2, і припиненням процесу регулювання при швидкості менше 
15 км/год. 
 
  
60 
 
Висновки до третього розділу 
 
1. При розробці модуляторів створених на базі крокового електродвигуна 
найбільш раціонально використовувати біполярний гібридний кроковий 
електродвигун. 
2. Відсутність на ринку крокових електродвигунів працездатних в широкому 
діапазоні температур стримує розвиток та впровадження пропорційних модуляторів 
створених на базі крокового електродвигуна. 
3. Застосування алгоритму в системах керування, в яких висока ймовірність 
надходження помилкової інформації з датчиків зворотного зв'язку, дозволяє 
забезпечувати стабільну роботи всієї системи в цілому. 
4. На величину граничного значення функції АБС навантаження на колесо 
помітного впливу не виявляє. При цьому швидкість колеса чинить суттєвий вплив; 
5. При роботі ЕПГС в режимі виконання функції АБС потрібно в алгоритмі 
обов'язково враховувати припинення процесу регулювання при швидкості колеса 
нижче 15 км/год. Це дозволяє підвищити ефективність гальмування та не 
суперечить нормативним вимогам. 
61 
 
РОЗДІЛ 4 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛІДЖЕННЯ КОНТУРУ 
ЕЛЕКТРОННО-ПНЕВМАТИЧНОЇ ГАЛЬМІВНОЇ СИСТЕМИ ІЗ 
ПРОПОРЦІЙНИМ МОДУЛЯТОРОМ 
 
4.1 Програма експериментальних досліджень 
 
Експериментальні дослідження розробленого контуру ЕПГС виконувалися з 
метою підтвердження вірогідності та обґрунтованості теоретичних положень. 
У програмі експериментальної частини передбачалися: 
− дослідження робочих процесів і характеристик розробленого контуру ЕПГС 
із пропорційним модулятором та системою керування ним; 
− дослідження впливу розробленого контуру ЕПГС на процес гальмування 
колеса в різних навантажувальних умовах. 
 
4.1.1 Дослідження робочих процесів і характеристик розробленого контуру 
електронно-пневматичної гальмівної системи із пропорційним модулятором 
 
Цілі досліджень: 
− визначення статичної характеристики контуру ЕПГС із пропорційним 
модулятором; 
− визначення динамічної характеристики контуру ЕПГС із пропорційним 
модулятором; 
− дослідження впливу робочої частоти роботи крокового електродвигуна на 
динамічну характеристику контуру ЕПГС із пропорційним модулятором; 
− дослідження впливу роботи контуру ЕПГС із пропорційним модулятором на 
процес кочення, колеса що загальмовується; 
− зіставлення теоретичних і експериментальних результатів. 
Для досягнення поставленої мети вирішувалися наступні завдання: 
− розробка методики експериментального дослідження; 
− створення експериментальної установки; 
62 
 
− розробка та підготовка вимірювально-реєструючого комплексу, на основі 
сучасної елементної бази; 
− виконання комплексу експериментальних досліджень, передбачених 
програмою; 
− обробка результатів експериментів та виконання їх аналізу. 
 
4.1.2 Обладнання для дослідження робочих процесів і характеристик 
розробленого контуру електронно-пневматичної гальмівної системи 
 
Для виконання дослідження робочих процесів і характеристик розробленого 
контуру ЕПГС на основі структурної схеми розробленого контуру (рис. 3.1) 
розроблена установка, структурна схема якої наведена на рис. 4.1. 
Лабораторна установка для дослідження являє собою контур ЕПГС з 
пропорційним модулятором, загальний вигляд експериментального стенда наведено 
на рис. 4.2. Основою установки є гальмівний інерційний стенд. 
 
 
1 – компресор; 2 – регулятор тиску; 3 – датчик тиску; 4 – ресивери; 5 – манометри; 
6 – пропорційний модулятор; 7 – електронний блок керування; 8 – модуль 
педальний; 9 – блок живлення; 10 – гальмівна камера; 11 – колесо; 12 – датчик 
тиску; 13 – датчики швидкості колеса та барабана; 14 – біговий барабан; 
15 – пневмоциліндри; 16 – вимірювальний комплекс; 17 – персональний комп'ютер 
Рисунок 4.1 – Структурна схема лабораторної установки 
63 
 
 
Рисунок 4.2 – Загальний вигляд експериментального стенда 
 
В якості об'єкту керування був обраний гальмівний механізм автомобіля з 
гальмівною камерою тип 20, типорозмір колеса 11 R20. Ресивер 8, об’ємом 20 л, 
призначений для забезпечення необхідного запасу стисненого повітря. Візуальний 
контроль тиску в ланцюзі живлення контуру ЕПГС здійснюється манометром 
ОБМ1-160 з діапазоном тиску 0–16 МПа, ціною поділки 0,02 МПа та класом 
точності 1,5. 
Живлення повітрям стендової установки здійснюється компресором 1 (рис. 4.1) 
моделі М155-2, який має індивідуальний ресивер (на схемі не показаний). Заданий 
рівень тиску повітря в ресивері 4 контролюється за допомогою манометра 5 моделі 
ОБМ1-160 з діапазоном тиску 0-1 МПа, ціною поділки 0,025 МПа та класом 
точності 1,5. Значення тиску встановлюється і підтримується за допомогою 
регулятора тиску 2 моделі Camozzi SA-R30-10. На стендовій установці змонтований 
пропорційний модулятор 9 з електронним блоком керування 10, в якості органа 
керування використаний модуль педальний 19 (рис. 3.2). Кочення колеса 13 
здійснюється по інерційному барабану 14. Датчик тиску 3 дозволяє відслідковувати 
зміну тиску стисненого повітря в гальмівній камері. Датчики 12 динамічного стану 
колеса та бігового барабана розміщені на стенді і призначені для визначення 
швидкості колеса 13 і інерційного барабана 14. Тиск стисненого повітря в 
64 
 
пневмоциліндрі 15 подається через електроклапани (на схемі не показані) і 
контролюється манометром. На стенд так само було встановлено вимірювально-
реєструючий комплекс 16 для реєстрації значень з цифрових та аналогових датчиків 
і передачі інформації на ПК 18. Для забезпечення живлення датчиків і 
вимірювального комплексу використовувалося модульне джерело живлення 17. 
При виконанні досліджень на експериментальній установці вимірювалися, 
реєструвалися та позначалися наступні параметри гальмуючого колеса на 
інерційному стенді: Vк – швидкість колеса; Vб – швидкість барабана; Рк – тиск в 
гальмівній камері; Рр – тиск в ресивері живильної частини контуру; Рн – тиск в 
навантажувальних пневмоциліндрах; hp – переміщення педалі гальма; hз – 
переміщення ЗРЕ в модуляторі; МГ – гальмівний момент. 
З врахуванням технічних вимог по виконанню експерименту та за результатами 
аналізу продукції провідних світових виробників вимірювальної апаратури було 
визначено та придбано необхідні засоби вимірювань. Для вимірювання швидкості 
застосовуються датчики частоти обертання (ДЧОК) АДЮІ.407111.003МЧ. 
 
  1   2 
1 – для визначення швидкості колеса; 2 – для визначення швидкості барабана 
Рисунок 4.3 – Установка датчиків АДЮІ на стенді 
 
Для вимірювання тиску в порожнині гальмівної камери та ресивері використані 
датчики тиску Freescale Semicon-ductor серії МPX 5999D. 
65 
 
Датчик в базовій комплектації без захисного корпуса був розроблений 
розбірної конструкції для забезпечення захисту від фізичних впливів, а також 
можливості надійної установки та фіксації на стенді (рис. 4.4). Швидкодія датчика 
тиску не більше 10 мс. Тарувальна характеристика 0,0288 кПа/мV. 
Таблиця 4.1 – Технічні параметри датчика тиску Freescale Semicon-ductor серії 
МPX 5999D 
Найменування параметра Величина параметра 
Значення Тиску (max) (kРa) 100 
Uзміщ., мВ 4.5 
Чутливість, мВ/кПа 5 
Точність при 0...85 °C ±2,5 
 
  
1 – для визначення тиску в гальмівній 2 – для визначення тиску в ресивері. 
камері; 
Рисунок 4.4 – Встановлення датчиків МPX 5999D на стенді 
 
Вимірювання переміщення педалі гальма здійснювалося одним із двох датчиків 
положення, встановлених у модулі педальному КДБА.453621.001ТУ, другий датчик 
використаний для формування сигналу. 
 
Рисунок 4.5 – Установка модуля педального КДБА.453621.001ТУ 
66 
 
У якості датчика зворотного зв'язку модулятора використовується датчик 
положення дросельної заслінки (ДПДЗ), який використовується на автомобілях 
сімейства Daewoo Lanos і Sens рис. 4.6 [10]. 
Тип датчика – активний безконтактний. Основна перевага – відсутність 
резистивного елемента, який часто виходить із ладу в результаті механічного 
контакту при перетворенні кута повороту в електричний сигнал. Як наслідок – 
підвищується ресурс роботи датчика більш ніж в 3 рази. 
 
 
Рисунок 4.6 – Датчик положення ротора крокового електродвигуна 
 
Технічні характеристики: 
Номінальна напруга живлення, В 12 
Робоча вхідна напруга, В 5 
Робочий діапазон температури навколишнього повітря від -40 до +130ºС. 
Маса, не більше, г 25 
Для вимірювання зусиль застосовуються тензометричний датчик моделі LPX 
виробництва Precision Transducers Ltd [111]. На експериментальній установці 
застосовується датчики LPX з діапазоном вимірювання зусиль 0-10000 Н. Робочі 
параметри датчика зусилля наведено в табл. 4.2, а його встановлення на 
експериментальному стенді показано на рис. 4.7. 
Тарування датчика зусилля із джерелом живлення та вимірювальною 
апаратурою підтвердила лінійність його характеристики. Тарувальний параметр 
датчика LPX-10000-3,5 H/мV. 
Досліджувані фізичні процеси вимагають застосування високоточних і 
швидкодіючих вимірювальних засобів. Обробку та аналіз результатів найбільш 
67 
 
доцільно виконувати з використанням сучасних цифрових ПК. Таким чином, вузька 
спеціалізація виконаних досліджень привела до створення спеціального 
вимірювально-реєструючого комплексу. 
Таблиця 4.2 – Робочі параметри датчика зусилля 
Найменування параметра Величина параметра 
Метод вимірювання Стискання 
Розміри: діаметр×висота, мм 52×22 
Живлення, В 5–20 
Номінальна величина вихідного сигналу μV/V 2±0,1% 
Абсолютна лінійна похибка 0,1% 
Відносна похибка 0,07% 
Граничне навантаження 150% 
 
 
Рисунок 4.7 – Встановлення датчика зусилля LPX-10000 на стенді 
 
Структурно вимірювально-реєструючий комплекс складається з трьох частин. 
До першої частини відносяться датчики вимірювання фізичних величин 
досліджуваних параметрів. Друга частина складається з апаратури попередньої 
обробки, реєстрації та видачі інформації про досліджувані параметри. Третя частина 
комплексу забезпечує необхідні рівні живлення датчиків і апаратури обробки та 
видачі інформації (рис. 4.8). 
При розробці вимірювально-реєструючого комплексу лабораторної установки 
необхідно було врахувати особливість досліджуваних робочих процесів – 
вимірювання та реєстрацію швидких та повільних поточних процесів. Структурна 
схема комплексу представлена на рис. 4.8. 
68 
 
 
Рисунок 4.8 – Структурна схема вимірювального комплексу 
 
Комплекс містить: 
− 6 каналів цифрових індуктивних датчиків, для визначення швидкості 
обертання; 
− 8 аналогових датчиків тиску, що працюють в діапазоні від 1 до 10 МПа; 
− 3 датчика переміщення від 0 до 100 мм; 
− 1 датчик зусилля, що працює в діапазоні від 0 до 10000 Н. 
Вимірювальний комплекс призначений для вимірювання та реєстрації сигналів 
із цифрових датчиків, і так само отримання сигналів з аналогових датчиків та 
перетворення цих сигналів в цифровий вид через аналогово-цифровий перетворювач 
і передачу отриманих даних в ПК. 
Для  отримання сигналу з аналогових датчиків тиску, датчиків переміщення, і 
датчиків прискорення використовуються буферні повторювачі сигналу, виконані на 
операційних підсилювачах (ОП), які забезпечують великий вхідний опір, 
нормування сигналу по амплітуді, і потужний вихід для подальшого перетворення 
сигналу за допомогою аналого-цифрового перетворювача (АЦП). 
Для  отримання сигналу з датчика зусилля використовується спеціальний 
прецизійний диференціальний підсилювач з коефіцієнтом підсилення 100. Датчик 
зусилля являє собою тензометричний міст Уітстона (Wheatstone). Для забезпечення 
69 
 
правильної роботи мосту на нього подається на одну діагональ стабілізована 
напруга 5 В, з іншої діагоналі знімається сигнал – пропорційний прикладеному 
зусиллю. Цей сигнал підсилюється диференціальним підсилювачем. 
Для комутації сигналів із двадцяти аналогових датчиків є керований комутатор. 
Після комутатора аналогова напруга надходить на вхід дванадцятирозрядного АЦП, 
який вбудований у мікроконтролер MSP430F149. АЦП перетворить аналоговий 
сигнал в пропорційний цифровий код. 
Для  отримання сигналу з індуктивного датчика використовується формуючий 
підсилювач, який підсилює сигнал і формує прямокутний імпульс для цифрової 
реєструючої системи. Однієї з особливостей вимірювального комплексу є те, що 
реєстрація швидкості колеса відбувається за фактом проходження зуба кодового 
колеса повз індуктивний датчик, а не через певний проміжок часу. Це дозволяє 
забезпечити високу точність вимірювання, а також це полегшує аналіз отриманих 
осцилограм, що важливо при відпрацьовуванні алгоритмів, так як при створенні 
блоку керування для розробленого контуру ЕПГС використаний аналогічний спосіб  
отримання швидкості колеса, і реєстрація швидкості відбувається з того самого 
кодового колеса. 
По команді «СТАРТ», переданої від ПК, в мікроконтролері запускається таймер 
із заданою частотою. По сигналу таймера запускається перетворення АЦП і дані 
накопичуються в оперативній пам'яті. По нагромадженню певного обсягу даних, 
вони пакетом передаються в ПК. 
По сигналу з індуктивного датчика (який є датчиком швидкості обертання 
колеса) запам'ятовується теперішній момент системного часу. Мітки часу 
накопичуються в оперативній пам'яті. По нагромадженню певного обсягу даних, 
вони пакетом передаються в ПК. Системний час працює із кроком в 1 мкс. Час між 
спрацьовуваннями індуктивного датчика дозволяє розрахувати поточну швидкість 
обертання колеса. 
Цифрову обробку сигналу, його нагромадження та передачу даних в ПК 
здійснює мікроконтролер MSP430F149. Сигнали переводяться із цифрового коду у 
фізичну величину та коректуються відповідно до каліброваних коефіцієнтів, зв'язок 
70 
 
з ПК через інтерфейс USB. Прийняті дані візуально відображаються за допомогою 
інтерфейсної програми. У вигляді можливості одночасного підключення великої 
кількості різних датчиків, для втілення візуального контролю за реєстрацією даних 
отриманих від датчиків, в режимі реального часу, вікно інтерфейсної програми 
розділене на кілька вікон і вкладок. Для включення режиму відображення даних з 
датчика, необхідно встановити галочку напроти відповідного позначення каналу, 
розташованого в правій частині вікна. 
 
4.2 Методика та результати дослідження робочих процесів і характеристик 
пропорційного модулятора в контурі електронно-пневматичної гальмівної 
системи 
 
Згідно програми проведення досліджень контуру ЕПГС з пропорційним 
модулятором на лабораторній установці спочатку визначалася статична 
характеристика пропорційного модулятора, потім виконувалися дослідження 
динаміки робочих процесів у контурі ЕПГС. 
 
 
1 – загальмовування; 2 – розгальмовування;  - - - - - - – умовна лінія ідеальної 
статичної характеристики 
Рисунок 4.9 – Експериментальна статична характеристика досліджуваного 
пропорційного модулятора Рк=f(hзол) 
71 
 
Визначення параметрів статичної характеристики виконувалося для 
пропорційного модулятора, у такий спосіб. На інерційному стенді був змонтований 
контур ЕПГС (рис. 3.1) і вимірювальний комплекс (рис. 4.3). У ресивері 4 рис. 4.1 
був встановлений тиск 0,8 МПа. За допомогою інтерфейсної програми рис. 3.8 на 
кроковий електродвигун подавався на один крок (один крок золотника 13 (рис. 3.4) 
відповідає переміщенню 0,157 мм) і фіксувався тиск, що встановився у гальмівній 
камері 11 (рис. 4.1) за допомогою вимірювального комплексу. 
Отримана експериментальна залежність (рис. 4.9) повною мірою відповідає 
розрахунковим значенням і пред'явленим вимогам. Слід зазначити досить високу 
якість відслідковуючої дії у всьому діапазоні роботи пропорційного модулятора як 
при загальмовуванні, так і при розгальмовуванні. Гістерезисні втрати практично у 
всьому діапазоні роботи незначні, при максимальному значенні тиску в гальмівній 
камері гістерезис становить один крок крокового електродвигуна та при зниженні 
тиску збільшується до двох. Однак можна зменшити величину гістерезису та 
наблизити статичну характеристику до ідеальної, за рахунок алгоритму. 
Отримання динамічної характеристики приводу ЕТПС (рис. 4.10) виконувалося 
в такий спосіб. В ресивері 4 рис. 4.1 був установлений тиск 0,65 МПа. 
Пропорційний модулятор з'єднувався з гальмівною камерою трубопроводом із 
внутрішнім діаметром 8 мм і довжиною 40 мм. Педаль приводилася в дію з темпом 
менше 0,2 с. [2, 12]. 
 
Рисунок 4.10 – Експериментальна динамічна характеристика досліджуваного 
контуру ЕПГС з пропорційним модулятором 
72 
 
Критеріями оцінки динамічної характеристики пневматичного гальмівного 
приводу є наступні параметри (рис. 4.11). 
 
 
Рисунок 4.11 – Динамічна характеристика пневматичного гальмівного приводу АТЗ 
 
Заданою точкою при гальмуванні є зміни на 10 %, а заданою кінцевою точкою – 
на 75 % від повної величини зміни тиску [12, 13]: 
− час запізнювання при гальмуванні t11 (від моменту часу застосування 
зусилля до органа керування до моменту часу, в який тиск досягає заданої 
початкової точки рпоч); 
− час спрацювання приводу при гальмуванні t12 (від моменту часу 
застосування зусилля до органа керування до моменту часу, коли тиск досягає 
заданої кінцевої точки рк); 
− час запізнювання приводу при розгальмовуванні t21 (від моменту часу 
зменшення зусилля на органи керування до моменту часу, коли тиск досягає 
заданої кінцевої точки рк); 
− час розгальмовування приводу t22 (від моменту часу зменшення зусилля на 
органи керування до моменту часу, коли тиск досягає заданої кінцевої точки рк). 
В результаті проведеного експерименту розробленого контуру із пропорційним 
модулятором були отримані наступні результати: 
− час запізнювання при гальмуванні t11 склав 0,14 с; 
− час спрацювання приводу при гальмуванні t12 склав 0,31 с; 
− час запізнювання приводу при розгальмовуванні t21 склав 0,14 с; 
73 
 
− час розгальмовування приводу t22 склав 0,33 с. 
Порівняння експериментально отриманої динамічної характеристики 
досліджуваного контуру ЕПГС з пропорційним модулятором рис. 4.10 і динамічної 
характеристики отриманої за допомогою математичної моделі (рис. 2.10) показало, 
що розроблена математична модель забезпечує похибку не більше 5 %. 
На наступному етапі дослідження динамічних характеристик контуру ЕПГС 
були виконані дослідження з визначення впливу робочої частоти крокового 
електродвигуна на динамічну характеристику контуру ЕПГС з пропорційним 
модулятором. Спосіб отримання динамічних характеристик аналогічний, описаному 
вище, але при цьому в алгоритмі змінювалася робоча частота крокового 
електродвигуна з дискретністю 50 кроків/с. В результаті були отримані характерні 
осцилограми перехідних процесів в приводі, наведені на рис. 4.12. 
 
 
––––––– положення валу КЕД; – -------- тиск в гальмівній камері 
Рисунок 4.12 – Вплив робочої частоти КЕД на динамічну характеристику контуру 
ЕПГС з пропорційним модулятором 
 
У результаті аналізу отриманих осцилограм було виявлено, що зміна величини 
робочої частоти в межах 380-230 кроків/с практично не виявляють впливу на 
швидкодію приводу. Цей факт говорить про те, що для пропорційних модуляторів 
висока швидкодія не потрібна. З'являється можливість при створенні дослідних 
зразків пропорційних модуляторів використовувати крокові електродвигуни 
74 
 
невеликої потужності. Подальше зниження робочої частоти КЕД приводить до 
зниження темпу наповнення гальмівної камери, причому суттєвий вплив на 
збільшення часу наповнення чинить затримка по спрацьовуванню модулятора, тобто 
чим довше закривається випускний клапан, тим більше величина затримки. 
 
4.3 Оцінка ефективності розробленого контуру електронно-пневматичної 
гальмівної системи з пропорційним модулятором при гальмуванні колеса в 
екстреному режимі 
 
Оцінка ефективності при екстреному гальмуванні розробленого контуру ЕПГС 
проводилася на великому інерційному стенді у відповідності з методикою, 
описаною в Правилах № 13 ЄЕК ООН [2, 3], з початковою швидкістю гальмування 
60 км/год. 
Згідно Правил №13 ЄЕК ООН оцінка ефективності АБС проводиться в 
наступному порядку. На першому етапі проводитися гальмування транспортного 
засобу на межі блокування колеса, як навантаженого, так і порожнього, тобто 
підбирається такий тиск в живильній магістралі, який забезпечує, при екстреному 
натисканні на педаль гальма, кочення коліс транспортного засобу на межі 
блокування. Однак в методиці [2, 3] немає чіткого визначення межі блокування 
колеса, а запропонована методика визначення грані блокування. Проводиться 
екстрене гальмування транспортного засобу при тиску в живильній частині Рпоч, 
при подальших гальмуваннях тиск в живильній частині повинен підвищуватися із 
кроком 0,05 МПа. Коли колеса транспортного засобу почнуть блокуватися, 
поточний тиск в живильній частині знижується на 0,025 МПа і дане гальмування 
вважається на грані блокування. 
На осцилограмах рис. 4.13–4.15 прийняті наступні позначення: V – початкова 
швидкість гальмування колеса, км/год; Rz – вертикальне навантаження на колесо, Н; 
fp – робоча частота крокового електродвигуна в прямому напрямку, Гц; Vб – 
швидкість барабана, км/год; Vк – швидкість колеса, км/год; МГ – гальмівний момент, 
Н·м·102; hр – положення педалі;  
75 
 
hз – положення ЗРЕ; Pк – тиск в гальмівній камері, МПа; Pр – тиск в ресивері, МПа;  
Pн – тиск в навантажувальному пнемоциліндрі, МПа; П1 – величина порогового 
значення на розгальмовування колеса; П2 – величина порогового значення на 
загальмовування колеса. 
 
 
Рисунок 4.13 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі робочої 
електронно-пневматичної гальмівної системи без функції АБС при коченні колеса 
без блокування у всьому діапазоні швидкостей 
 
 
Рисунок 4.14 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі робочої 
електронно-пневматичної гальмівної системи без функції АБС при коченні колеса із 
блокуванням в інтервалі швидкостей від 20 до 10 км/год 
76 
 
 
Рисунок 4.15 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі робочої 
електронно-пневматичної гальмівної системи без функції АБС при коченні колеса із 
блокуванням при швидкості вище 20 км/год 
 
Експериментальні дослідження з визначення грані блокування показали, що для 
одного гальмуючого колеса в стендових умовах точність встановлення тиску в 
живильній частині 0,025 МПа є занадто грубою. При порівнянні експериментальних 
осцилограм кочення колеса, при пошуку межі блокування (рис. 4.13-4.14) 
(навантаження на колесо 8000 Н, всі експерименти проводились на розігрітому 
гальмівному механізмі до 100 ºС) вийшло, що час гальмування скоротився на 0,74 с. 
Якщо отриманий час віднести до загального часу гальмування при експерименті 
(рис. 4.13), то різниця складе близько 17 %. Таким чином, для більш точної оцінки 
ефективності розробленого контуру ЕПГС з пропорційним модулятором, межею 
блокування в стендових умовах будемо вважати таке кочення колеса в гальмівному 
режимі, при якому блокування колеса відбувається в інтервалі швидкостей від 20 до 
10 км/год. Інтервал швидкостей вибирався з наступних міркувань: швидкість нижче 
8 км/год датчик встановлений на колесі не реєструє (рис. 4.6), а вимірювальний 
комплекс (рис. 4.3) показує значення швидкості рівне нулю, це добре видно з рис. 
4.9. Верхня межа 20 км/год встановлена з тієї причини, що більш раннє блокування 
77 
 
колеса неприпустимо, тому що відбувається втрата стійкості транспортного засобу, 
хоча може приводити до підвищення ефективності гальмування. 
При детальному аналізі характерних осцилограм перехідного процесу в контурі 
робочої електронно-пневматичної гальмівної системи без функції АБС при коченні 
колеса на грані блокування (рис. 4.13-4.15), можна виділити кілька закономірностей: 
− при встановленому тиску в гальмівній камері гальмівний момент зростає зі 
зниженням швидкості, причому в деякий випадках (рис. 4.13) відбувалося дворазове 
збільшення моменту. Це означає, що зі зменшенням швидкості коефіцієнт зчеплення 
зростає. Отже можливо реалізувати більший гальмівний момент. Як правило, самий 
більший гальмівний момент спостерігається наприкінці гальмування при 
заблокованому колесі; 
− характер кочення колеса, якщо воно недогальмоване, є майже лінійним. 
Практично не спостерігаються коливання кутової швидкості колеса (рис. 4.13). Але 
якщо колесо змусити котитися при гальмуванні на межі блокування (рис. 4.14), то 
можна помітити, що процес кочення колеса є коливальним, хоча тиск в гальмівній 
камері залишається постійним. На осцилограмах (рис. 4.15) добре видно, що 
амплітуда коливань збільшується зі зменшенням швидкості колеса. Така 
особливість кочення колеса при гальмуванні на грані блокування може бути 
викликана пружними властивостями шини, а саме закручуємо шини в радіальному 
напрямку, що необхідно враховувати при розробці математичної моделі процесу 
кочення гальмуючого колеса. 
На другому етапі оцінки ефективності розробленої ЕПГС проводилося екстрене 
гальмування колеса в антиблокувальному режимі, також навантаженого і 
розвантаженого колеса. Проведені експериментальні дослідження, осцилограми 
(рис. 4.16-4.17), показали, що введення в алгоритм припинення процесу 
регулювання при швидкості нижче 15 км/год дозволяє підвищити ефективність 
гальмування, однак при маленькому навантаженні на колесо (рис. 4.16) 
спостерігається різке падіння гальмівного моменту та ефективності, тому 
подальшим напрямком в удосконаленні запропонованого алгоритму повинна бути 
зміна граничного значення при зміні швидкості колеса. Також слід зазначити, що 
78 
 
кількість циклів спрацьовування модулятора значно відрізняється - 11 при 
незначному навантаженні (рис. 4.16) і 5 відповідно при великому (рис. 4.17). Це 
означає, що при маленькому навантаженні, колесо швидше прагне заблокуватися, 
поріг на розгальмовування приходить швидше і система спрацьовує частіше. Тому, 
при незначному навантаженні на колесо тиск в гальмівній камері не встигає 
досягати максимального значення, крім перших і останніх циклів. 
На третьому етапі експериментальних досліджень проводився розрахунок 
ефективності, за відповідною методикою [2, 3]. Критерієм оцінки ефективності є 
реалізована сила зчеплення ε, яка визначається по наступній залежності: 
 
Z
  = AL ,           (4.1) 
kM
 
де Z AL  – максимальний коефіцієнт гальмування при включеній 
антиблокувальній системі; kМ -  коефіцієнт зчеплення. 
  
 
 
Рисунок 4.16 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі робочої 
електронно-пневматичної гальмівної системи з функцією АБС при навантаженні на 
колесо 8 кН 
79 
 
 
Рисунок 4.17 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі робочої 
електронно-пневматичної гальмівної системи з функцією АБС при навантаженні на 
колесо 27 кН 
 
Максимальний коефіцієнт гальмування ZAL вимірюється при включеній 
антиблокувальній системі. Задано для зниження швидкості з 45 км/год до 15 км/год, 
по наступній формулі 
 
0,849
  Z AL = .       (4.2) 
t
 
Коефіцієнт зчеплення kМ визначається методом зважування. З врахуванням 
динамічних навантажень на вісь, визначається за залежністю: 
 
k f F fdyn + kr Frdyn
 kM = ,
P  g      (4.3) 
 
де P – маса транспортного засобу, кг; kf – коефіцієнт зчеплення передньої осі;  
  
kr – коефіцієнт зчеплення для задньої осі.
  
 При проведенні експериментів на інерційному стенді перерозподілу 
80 
 
навантаження не відбувається, тому коефіцієнт зчеплення порівнюється з 
максимальним коефіцієнтом гальмування транспортного засобу (Z ) який 
max
визначається за формулою: 
 
0,566
  Zmax = .       (4.4) 
t
 
Коефіцієнт гальмування для загальмованого колеса, що котиться на межі 
блокування визначається з розрахунку заданого проміжку часу (t) для швидкості, 
що знижується від 40 км/год до 20 км/год.  
Необхідні значення моментів часу були отримані з осцилограм, а результати 
зведено в табл. 4.3. 
Таблиця 4.3 - Результати розрахунків оцінки ефективності гальмування 
розробленого контуру ЕПГС 
Час гальмування, с Розрахункові параметри 
Навантаження 
на грані в режимі АБС tZ ,c  
на колесо, кН AL ZAL t  
Z max ,c Z max ε 
блокування 
8 4,45 4,87 2,61 0,325 1,42 0,399 0,815 
27 4 4,14 2,09 0,406 1,14 0,496 0,818 
 
В результаті проведених розрахунків ефективності розробленої ЕПГС при 
гальмуванні одного колеса в стендових умовах виявилося, що при різному 
навантаженні на колесо ефективність роботи розробленого контуру ЕПГС 
залишається постійною, і отримана ефективність задовольняє вимоги Правил №13 
ЄЕК ООН [2, 3]. 
 
4.4 Вплив перерозподілу навантаження на процес кочення колеса при 
екстреному гальмуванні 
 
 Як відомо, при гальмуванні відбувається перерозподіл ваги транспортного 
засобу, передні колеса довантажуються, задні розвантажуються. Тому, для оцінки 
можливості використання однакового алгоритму та контуру ЕПГС як переднього, 
так і заднього колеса необхідно зімітувати екстрене гальмування при перерозподілі 
81 
 
ваги. Однак у стендових умовах подібне реалізувати досить складно. В зв'язку з 
цією обставиною було проведено два експерименти при розвантаженні колеса – 
імітація заднього колеса, і при навантаженні колеса – імітація переднього колеса 
транспортного засобу. Причому в процесі експериментів, при навантаженні колеса, 
зусилля на колесо підвищувалося від мінімального значення 8 кН до максимального 
27 кН і при розвантаженні колеса в протилежному напрямку від 27 кН до 8 кН. Так 
як стенд не дозволяє варіювати матеріалами поверхні кочення значення коефіцієнта 
зчеплення   можна визначити з виразу R = R . 
x z
Для контролю величини навантаження на колесо, дослідний стенд був 
дороблений датчиком тиску в пневмоциліндрах 15 рис 4.2, який фіксував значення 
тиску в навантажувальній частині стенда для визначення величини навантаження. У 
цьому випадку був використаний датчик тиску Freescale Semicon-ductor серії МPX 
5999D [19]. 
Проведені експериментальні дослідження осцилограми на рис. 4.18-4.19 
показали, що алгоритм і розроблений контур ЕПГС з пропорційним модулятором 
забезпечують безблокувальне кочення колеса. При цьому зберігаються характерні 
риси протікання процесів як в приводі, так і гальмівному моменті, а саме: 
- на осцилограмі рис. 4.18 можна помітити, що на початку гальмування 
поведінка моменту та тиску в гальмівній камері ідентичні осцилограмі (рис. 4.16) 
(частота спрацьовувань модулятора та практично постійний гальмівний момент), і 
при збільшенні навантаження на колесо процеси починають протікати ідентично 
осцилограмі (рис. 4.17) (зниження частоти спрацьовування модулятора та більші 
коливання гальмівного моменту); 
- на осцилограмі (рис. 4.19), ситуація подібна, і також як на осцилограмі 
(рис. 4.16) спостерігається різке падіння гальмівного моменту, що привело до 
зниження ефективності на 6 % у порівнянні з гальмуванням при збільшенні 
навантаження осцилограма (рис. 4.19). 
Запропонована конструкція ЕПГС з пропорційними модуляторами, навіть при 
простому двофазному алгоритмі з перериванням робочого циклу, з однаковими 
порогами здатна забезпечити безблокувальне кочення колеса з досить високою 
82 
 
ефективністю. І тому можливо використовувати однакові модулятори та алгоритм, 
як для передньої, так і для задньої вісі транспортного засобу. 
 
 
Рисунок 4.18 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі робочої 
електронно-пневматичної гальмівної системи з функцією АБС при підвищенні 
навантаження (Rz) від 8 до 27 кН 
 
 
Рисунок 4.19 – Характерна осцилограма перехідного процесу в контурі робочої 
електронно-пневматичної гальмівної системи з функцією АБС при зменшенні 
навантаження (Rz) від 27 до 8 кН 
83 
 
Висновки до четвертого розділу 
 
1. Розроблено вимірювально-реєструючий комплекс, що дозволяє отримувати 
осцилограми перехідних процесів з високою точністю. 
2. Проведені експериментальні дослідження динамічного контуру підтвердили 
адекватність розробленої моделі, особливо на ланці наповнення, що важливо для 
оцінки швидкодії приводу при проєктуванні. 
3. Експериментальні дослідження розробленого пропорційного модулятора 
дозволили встановити, що зміни робочої частоти крокового електродвигуна при 
наповненні в межах 380–230 Гц, що відповідає швидкодії модулятора 0,1-0,17 с. 
практично не виявляють впливу на час спрацювання приводу. 
4. При оцінці ефективності гальмування при виконанні функції АБС було 
встановлено, що розроблений контур «перспективної» електронно-пневматичної 
гальмівної системи забезпечує реалізований коефіцієнт сили гальмування ε=0,8-0,82 
незалежно від навантаження на колесо, при цьому в плямі контакту шини з біговим 
барабаном перебували в межах 0,17-0,25. 
84 
 
ВИСНОВКИ 
 
Основні результати, отримані під час дослідження, полягають в наступному: 
1. Аналіз електронно-пневматичних гальмівних систем показав, що вони 
обладнуються релейними модуляторами, створеними з використанням 
електроклапанів. Для встановлення тиску в гальмівній камері при використанні 
релейного модулятора на стадії регулювання потрібно від 2 до 5 спрацьовувань 
модулятора, а в цілому за процес гальмування відбувається 60 спрацьовувань. 
Зазначене приводить до підвищення вимог до швидкодії та надійності модулятора. 
Істотний вплив на кількість спрацьовувань виявляє: 
- об’єм і кількість наповнених гальмівних камер; 
- час спрацювання контуру приводу; 
- температура стисненого повітря. 
2. Виконаний аналіз показав, що в електронно-пневматичній гальмівній системі 
раціональніше використовувати пропорційні модулятори, які дозволяють 
встановлювати тиск у гальмівній камері пропорційно натисканню на педаль гальма 
без використання датчика тиску встановленого після модулятора. Відсутність 
спеціалізованих робіт з дослідження електропневматичного гальмівного приводу з 
пропорційним модулятором, у свою чергу викликає необхідність подальшого 
проведення досліджень електропневматичного гальмівного приводу з метою 
вдосконалення електронно-пневматичної гальмівної системи. 
3. Аналітично встановлено та експериментально підтверджено, що для 
забезпечення точності регулювання тиску в гальмівній камері рівній 0,02 МПа, 
необхідно забезпечити робочий хід запірно-регулюючого елемента (ЗРЕ) 5 мм із 
дискретністю переміщення ЗРЕ 0,157 мм, що відповідає 38 крокам крокового 
електродвигуна з кутом повороту ротора при одному кроці 1,8°. 
5. Експериментальні дослідження вдосконаленого пропорційного модулятора 
дозволили встановити, що зміна робочої частоти крокового електродвигуна при 
наповненні в межах 380–230 Гц, що відповідає швидкодії модулятора 0,1-0,17 с. 
практично не виявляють впливу на час спрацювання приводу. 
85 
 
6. Встановлено, що найкраща ефективність гальмування забезпечується при 
граничному значенні на розгальмовуванні 0,6 і граничному значенні на 
загальмовуванні - 0,2. На величину граничного значення функції АБС навантаження 
на колесо помітного впливу не виявляє. 
7. Експериментально встановлено, що при роботі електронно-пневматичної 
гальмівної системи в режимі виконання функції АБС потрібно в алгоритмі 
обов'язково враховувати припинення процесу регулювання при швидкості колеса 
нижче 15 км/год, тобто дається команда на повне загальмовування. Це дозволяє 
підвищити ефективність гальмування і не приведе до втрати стійкості 
транспортного засобу. 
8. При оцінці ефективності екстреного гальмування електронно- 
пневматичною гальмівною системою було встановлено, що розроблена електронно-
пневматична гальмівна система забезпечує реалізований коефіцієнт сили 
гальмування ε=0,8−0,82, при цьому кількість спрацьовувань модулятора зменшилася 
в середньому в 7 разів. 
 
86 
 
ПЕРЕЛІК ДЖЕРЕЛ ПОСИЛАННЯ 
 
1. Пат. 36321 Україна, МПК В60Т 8/36. Пропорціональний модулятор 
електронно-пневматичної гальмівної системи /заявники Туренко А.Н., Кривляка 
С.Й., Клименко В.І., Рижих Л.О., Тишковець С.В., Чебан А.А., Красюк О.М; 
патентовласник ХНАДУ. - № 200805078; заявл. 21.04.2008; опубл. 27.10.2008. - 7с. 
2. Adaptive Cruise Control The intelligent solution [Електрон. текстові дані] 
WABCO 2005. опт. диск (DVD-ROM) – Системні вимоги: Windows 2000/XP. Acrobat 
Reader. - Заголовок з титул. екрана. 
3. BVA/EBS Gutachterliche Stellungnahme TÜV Automotive Test Center – TB 
2002 - 64.00 [Електронний ресурс] – Hannover: WABCO INFORM 2004. – 8 p. – 
Режим доступу: www.wabco-auto.com. 
4. ELB, das elektronisch gesteuerte Bremssystem verspricht Kurzere 
Reaktionszeiten. Autotechnik und Verkehr [Електронний ресурс]: 1995, № p. 34. – 
Режим доступу: www.wabco-auto.com. 
5. Electronic braking system for Trailers wwwhrolloverprotection. KNORR- 
BREMSE System for comercial Vechicles [Електронний ресурс]: Product informations. 
Режим доступу: http://en.knorr-bremsesfn.com/systems/. 
6. Technical Report NO. EB134.1E for Trailer EBS D generation with Roll Stability 
support (RSS) [Електронний ресурс]. – Hanover: WABCO INFORM, 2007. – 21 p. – 
Режим доступу: www.wabco-auto.com. 
7. Krоеmer Ebergard. Pedal Operation by the Seated Operator // SAE paper. - 1992. 
№ 720004. - pp. 1-10. 
8. Geupel Helmut und Reicel Max. Auslegung der Betätigungseinrichtung für 
Bremsen von Personenwagen // ATZ. - 2017. - №7/8. - S.291-294. 
9. Geupel Helmut. Bremsanlage der neuen großen Bmw-wagen. Bauraihe 7 //ATZ. 
- 2017. - №11. - S.499-504. 
10. Segel L. Mortimer R. Driver Braking Performance as a Function of Pedal – 
Force and Pedal Displacement Ferrell's. Paper of International Automobile safety 
Conference, May-June 1970, Bruxelles and Detroit, New York // SAE paper. - 2020. - 
87 
 
1319 pp. 
11. Systems And Components In Commercial Vehicles. [Електронний ресурс]: 
Технічний проспект. A Division WABCO Standart Gmbh. EBS (EPB) – 2007 edition 
28 с. – Електрон. текстові дані. WABCO 2007. електрон. опт. диск (DVD-ROM) – 
Системні вимоги: Windows 2007/XP. Acrobat Reader. 
12. EBS – Electronically Controlled Breaking System in the city bus CITARO 
/CITO. System and Functional description. Edition 1 [Електронний ресурс]: Технічний 
проспект. A Division WABCO Standart Gmbh. EBS (EPB) – 2007 edition 28 с. – 
Електрон. текстові дані. WABCO 2007. електрон. опт. диск (DVD-ROM) – Системні 
вимоги: Windows 2007/XP. Acrobat Reader. 
13. Information for commercial vehicles products. Products catalogue, [Електрон. 
текстові дані]. KNORR-BREMSE 2007. 1 електрон. опт. диск (DVD-ROM) – 
Системні вимоги: Windows 2007/XP. Acrobat Reader. - 352 c. 
14. Пат. 4861115 США, МКІ B60T 8/38 НКІ 303/15. Electrically-controlled motor 
vehicle brake system/ T. Erwin Petersen (Німеччина); заявник і патентовласник 
WABCO Westinghause (Німеччина). - № 261792; Заявл. 24.10.1988; Опубл. 
29.08.1989. 
15. Пат. 6206481 США, МПК B60T 8/50 НКІ 303/7. Trailer control valve for a 
compressed air brake system for motor vehicles /Olaf Kaisers, Eberhard Schaffert 
(Німеччина); заявник і патентовласник Knorr-Bremse (Німеччина). - № 09/142.477; 
заявл. 11.12.1996; опубл. 12.09.1997. 
16. Пат. 6386649 США, МПК B60T 8/34 НКИ 303/119.2. Two solenoid pressure 
modulated relay valve with integral quick release function for ABS / Charles E. Ross 
(США); заявник і патентовласник Alliedsignal Truck brake systems (США). - 
№09/410,519; опубл. 14.05.2002. 
17. Пат. 6588856 США, МПК B60T 8/34 НКІ 303/119.2. Modulator relay valve 
assembly and metod /Robert J. Herbst, Gregory R. Ashley, George S. Wagner (США); 
заявник і патентовласник Benbix Commercial Vehicle Systems LLC (США). - 
№09/924,187; опубл. 08.07.2003. 
18. Пат. 4773447 США, МПК F16K 11/10 НКІ 137/627.5. Electromagnetic velve 
88 
 
/Asaji Imanaka, Mitsuhiro Ikeda (Японія); заявник і патентовласник Nippon Air brake 
Co., Ltd., (Японія). - № 66,900; Опубл. 27.09.1988. 
19. Пат. 2001/003305 США, МПК B60T 13/00 НКІ 303/20. Braking pressure 
modulator for an electronic braking system /заявник і патентовласник Dieter Frank, 
Gerdt Schreiber, Peter Hohmann, Armin Sieker, Andreas Kranz, Harimut Schappler, 
Hans-Klaus Wollf, Dirk Meier (Німеччина). - № 09/792,429; опубл. 25.10.2001. 
20. Пат. 2007/0236080 США, МПК B60T 8/32 НКІ 303/119.2. Brake-pressure 
modulator pilot unit /заявник і патентовласник Dieter Frank, Juan Rovira-Rifaterra, 
Armin Sieker, Andreas Taichmann (Німеччина). - № 11/658,066; опубл. 11.10.2007. 
21. Пат. 6325468 США, МПК B60T 8/64 НКІ 303/18. EBS modulator with direct 
exhaust capability /заявник і патентовласник Thanh ho, Robert J. Herbst (США). - 
№09/165,470; заявл. 02.10.1998; опубл. 4.12.2001. 
22. Пат. 6325468 США, МПК B60T 8/64 НКІ 303/18. EBS modulator with direct 
exhaust capability /заявник і патентовласник Thanh ho, Robert J. Herbst (США). - 
№09/165,470; заявл. 02.10.1998; опубл. 4.12.2001. 
23. Пат. 5154203 США, МПК B60T 15/02 НКІ 137/116.3. Proportional modulator 
for an electropneumatic braking system /Jeffrey J. Krause, Paul W. Wozniak, Ronald E. 
Squires (США); заявник і патентовласник Allied-Signal Inc. (США). - № 599,761; 
опубл. 18.10.1990. – 5 с. 
24. Пат. 5067524 США, МПК F16K 31/10 НКІ 137/627.5. Diffirential pressure 
control valve/Josef Pickenhahn (Німеччина); заявник і патентовласник Lucas Industries 
public limited company. (Англія). - № 634,559; опубл. 26.11.1991. 
25. Пат. 5123718 США, МПК B60T 8/64 НКІ 303/118. Valve for automatic brake 
system / Jeffrey A. Tyler (США); заявник і патентовласник G. W. Lisk Company Inc. 
(США). - № 505,889; опубл. 23.07.1992. 
26. Пат. 84437 Україна, МПК В60Т 8/36. Модулятор електронно-пневматичної 
гальмівної системи /Туренко А.М., Кривляка С.Й., Клименко В.І., Рижих Л.О., 
Леонтьєв Д.М., Чебан А.А., Красюк О.М., Тишковець С.В. (Україна).- №200602536 
заявл. 09.03.2006; опубл. 27.10.2008. – 7 с. 
27. Thoms E. K. The human aspect in the design of footbrake valve //Braking of road 
89 
 
vehicle: Conf. proc. - Londo, 1993. - p. 59-64. 
28. Засоби транспортні дорожні. Експлуатаційні вимоги безпеки до технічного 
стану та методи контролю ДСТУ 3649-97. [Чинний від 29.09.1997]. – К.: 
Держстандарт України, 1998. - 13 с (Національний стандарт України). 
29. Адаптація датчиків обертання й проектування імпульсного кільця АБС. 
KNORR-BREMSE System for comercial Vechicles [Електрон. текстові дані] KNORR-
BREMSE 2007. 1 електрон. опт. диск (DVD-ROM) – Системні вимоги: Windows 
2000/XP. Acrobat Reader. 
30. Електронний каталог продукції фірми ЕЛКОС 2007 [Електронний 
ресурс]. – Режим доступу до каталогу: www.elkos.com.ua. 
31. Mortimer G. Rudolf. Some Braces are Too Sensitive According to Performance 
Tests //Automotive Engineering. - 2011, May. - S. 31–35. 
32. Пат. 5918951 США, МКІ B60T 8/60 НКІ 303/150. Antiskid brake control 
system using kalman filtering/ Robert Edward Rudd (США); заявник і патентовласник 
WABCO Westinghause (Німеччина). - № 261792; Заявл. 24.10.1988; Опубл. 
29.08.1989. 
33. Пат. 5409302 США, МКІ B60T 8/58 НКІ 303/112. Braking method and device, 
vehicle equipped with said device/ Philippe Chabbert, Rueil Malmaison; заявник і 
патентовласник Thomson-csf (Франція). - № 132039; Заявл. 05.10.1993; Опубл. 
25.04.1995. 
34. Integrated Silicon Pressure Sensor On-Clip Signal Conditioned, Temperature 
Compensated and Calibrated MPX 5999D [Електрон. текстові дані]. електрон. опт. 
диск (DVD-ROM) – Системні вимоги: Windows 2007/XP. Acrobat Reader. 
35. Тензодатчики Precision Transducers серії LPX. Опис і технічний 
характеристики. [Електронний ресурс] – Precision Transducers Ltd. 2004. – 2 p. – 
Режим доступу: http://www.koda.ua/download/.
ChSTU repository

ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
