Текст книги "Безопасное вождение современного автомобиля"

Электронные помощники
(О том, почему современный автомобиль стал безопасней)

1. Электронные системы тормозов: ABS, BA, DBC, EBS, EBV, HAH…

ABS

Anti-lock Braking System (АБС – антиблокировочная система тормозов)

BA

Brake Assist. Она же: BAS, PA или PABS (система аварийного торможения)

Электронная система управления давлением в гидравлической системе тормозов, которая в случае необходимости экстренного торможения и недостаточного при этом усилия на педаль тормоза самостоятельно повышает давление в тормозной магистрали, делая это во много раз быстрее, чем на то способен человек.

Электроника гидравлического brake assist распознает, произошел ли процесс аварийного торможения, по скорости движения педали и давлению на педаль. В случае аварийного торможения давление в системе тормозного привода в течение миллисекунд автоматически значительно увеличивается, т. е. уменьшается время на срабатывание тормоза машины в ситуациях, когда все решают мгновения. При этом и у не очень опытных водителей уменьшается время для реакции даже при максимальной задержке на границе блокирования колес. Электроника берет управление экстренным торможением на себя и останавливает автомобиль в максимально короткий срок, значительно сокращая тормозной путь, особенно на высоких скоростях движения.

DBC

Dynamic Brake Control (система динамического контроля за торможением).

В аварийной ситуации около 90 процентов всех водителей не в состоянии выполнить экстренное торможение. При этом характерно, что, несмотря на быстрое нажатие на тормозную педаль, они давят на нее с недостаточной силой. Последующее увеличение усилия, прикладываемого к педали, лишь незначительно увеличивает тормозную мощность. Тем самым тормозная мощность используется лишь частично, в результате чего в критической ситуации может не хватить нескольких ценнейших метров тормозного пути, которые могли бы спасти жизнь.

Система DBC представляет собой дополнение к системе динамического контроля устойчивости (DSC). Система DBC ускоряет и усиливает процесс нарастания давления в приводе тормозов в случае экстренного торможения и обеспечивает – даже при недостаточной силе нажатия на педаль – минимальный тормозной путь. В качестве величин, определяющих порог вмешательства электроники, учитываются данные о скорости нарастания давления и усилии, прикладываемом к педали.

Система DBC использует принцип гидравлического усиления, а не вакуумный принцип. Подобная гидравлическая система обеспечивает лучшее и значительно более точное дозирование тормозного усилия в случае экстренного торможения.

EBS

Electronic Braking System (электронная система торможения).

Педаль тормоза в EBS не имеет механической связи с тормозной системой (так называемая электронная педаль). Ее перемещение преобразуется в электрический сигнал и подается блоку управления. После анализа информации от различных датчиков (нагрузка, скорость, поперечное ускорение, угол поворота рулевого колеса) электроника самостоятельно дает команду исполнительным механизмам, регулирующим давление в контурах тормозной системы.

Специалисты Volvo разработали систему, которая поможет избежать столкновений на малой скорости. Такие аварии часто случаются при движении в городском транспортном потоке, поэтому систему назвали City Safety. Если впереди идущий автомобиль внезапно тормозит, система подготавливает тормоза для экстренного торможения. Если же, по мнению электроники, столкновение неизбежно, автомобиль тормозит сам, не дожидаясь, пока водитель среагирует на опасную ситуацию. Функционирует City Safety на скорости до 30 км/ч.

Следить за движущимися впереди машинами поручено оптическому радару. Он встроен в ветровое стекло на уровне зеркала заднего вида. В его поле зрения попадают машины на расстоянии до 6 м. Для принятия решения City Safety вычисляет относительную скорость автомобилей. Когда сближение происходит со скоростью не более 15 км/ч, система приводит тормоза в состояние боевой готовности, если же относительная скорость выше – решительно тормозит или снижает обороты двигателя, чтобы уменьшить последствия аварии. Притупить бдительность системы могут сильный туман, проливной дождь или снег. А вот ночью City Safety работает так же хорошо, как и днем.

EBV

Elektronische Bremsenkraft Verteiler (система электронного распределение тормозных сил)

Устройство, входящее в состав ABS пятого поколения. Контролирует поведение всех колес по отношению друг к другу и с помощью электроники регулирует тормозное усилие в соответствии со степенью нажатия на педаль тормоза и загрузки автомобиля. Принцип состоит в том, что тормозное усилие передается на каждое колесо индивидуально и строго дозированно, каждое колесо тормозит индивидуально, а электронные датчики и микропроцессор по многим параметрам оценивают состояние автомобиля в реальном времени и предотвращают заносы корпуса и обеспечивают наибольшую эффективность торможения при любых дорожных условиях даже при торможении с максимальным усилием нажатия на педаль тормоза.

HAH

Handbrake with Automatic Hold (стояночный тормоз c автоматической функцией). Разработчик: BMW.

НАН помогает водителю при постановке автомобиля на стоянку и в различных дорожных ситуациях, что также способствует повышению безопасности движения. Включение стояночного тормоза для обеспечения неподвижности автомобиля при его парковке производится нажатием на кнопку. Автоматическая функция стояночного тормоза автоматизирует процесс торможения в определенных ситуациях; так, например, водитель освобождается от утомительных торможений при движении в режиме частых остановок (функция автоматического торможения). Стояночный тормоз предотвращает скатывание автомобиля назад при трогании с места на подъеме.

2. Антипробуксовочные системы: ASR,[1]1
  ASR – антипробуксовочная система, устанавливаемая на немецких автомобилях.


[Закрыть] ASC, ESR, ETC, TCS, STC, TRACS, TRC, TCV…

Данные системы применяются для предотвращения пробуксовывания ведущих колес, независимо от степени нажатия на педаль газа и дорожного покрытия. Принцип действия основан на снижении выходной мощности двигателя при возрастании частоты вращения ведущих колес. О частоте вращения каждого колеса, компьютер, управляющий системой, узнает от датчиков, установленных у каждого колеса, и от датчика ускорения. Точно такие же датчики применяются в системах ABS и в системах контроля крутящего момента, поэтому часто эти системы применяются одновременно. По сигналам датчиков, указывающих на то, что ведущие колеса начинают пробуксовывать, компьютер принимает решение о снижении мощности двигателя и оказывает на него действие, аналогичное уменьшению степени нажатия на педаль газа, причем степень сброса газа тем сильнее, чем выше темпы нарастания пробуксовки. Иногда совместно с такими системами применяется дифференциал с блокировкой.

Рис. 17. Антипробуксовочная система подтормаживает пробуксовывающие колеса и перераспределяет момент двигателя на колеса, имеющие сцепление с дорожным покрытием

3. Другие электронные системы современных автомобилей.

Система MSR (контроллер крутящего момента).

Применяется на переднеприводных дизельных автомобилях для предотвращения блокировки передних колес. Система полезна в следующих ситуациях: когда колеса слишком сильно скользят, при резком торможении на передаче. Свои функции MSR осуществляет путем воздействия на системы управления топливным насосом высокого давления дизельного двигателя.

Система ESP – она же: VDC, VSC, DSTC, DSC, ATTS, VSA и так далее.

Наиболее сложное устройство, управляющее работой антиблокировочной, антипробуксовочной систем, контролирующее тягу и управление дроссельной заслонкой. Блок электронного управления использует информацию от датчиков, которые отслеживают работу мотора и трансмиссии, скорость вращения каждого из колес, давление в тормозной системе, угол поворота руля, поперечное ускорение. Ситуация оценивается, вычисляется усилие торможения для каждого колеса, исполнительные механизмы получают команду. Процессор ESP связан с блоком электронного управления двигателем, что позволяет корректировать мощность и обороты коленчатого вала.

Система курсовой устойчивости (ESP) при помощи специальных датчиков определяет ситуацию, в которой водитель близок к тому, чтобы потерять контроль над автомобилем, и предотвращает ее возникновение, подтормаживая то или иное колесо. Наличие подобной системы позволяет избежать, в частности, возникновения заноса на повороте или при объезде внезапного препятствия, а также помогает водителям при езде на скользких покрытиях. Стоит также отметить, что в настоящее время лишь около 10 процентов всех новых автомобилей оснащается системой курсовой устойчивости. Однако ко многим моделям эта система предлагается в качестве дополнительного оборудования.

Система VSC–Vehicle Stability Control (аналог системы курсовой стабилизации).

Известная компания TRW – один из мировых лидеров по производству тормозных систем – предсказывает значительное увеличение объемов выпуска систем VSC, предназначенных для предотвращения заноса автомобиля на любой скорости и любом дорожном покрытии во время резких маневров. Как вы поняли, Система VSC – это комбинация нескольких электронных систем. Посмотрим, как это работает.

Рис. 18. Торможение с грузом или без происходит одинаково эффективно, если в этом помогает электроника (А и В). В противном случае тормозной путь увеличивается (С)

Когда-то считалось, что хороший тормоз нужен только для того, чтобы остановить автомобиль перед препятствием, а не за ним. Между тем многие водители не всегда способны точно оценить дорожную обстановку и отреагировать на ее резкое изменение должным образом, а большинство аварий случаются как раз потому, что тормоза срабатывают слишком эффективно (как, впрочем, и должно быть), но колеса при этом блокируются и теряют сцепление с дорожным покрытием. Существует целый ряд и других ситуаций, когда колеса начинают скользить и пробуксовывать, что приводит к заносу и потере контроля над направлением движения.

Конструкторы давно работают над созданием тормозных систем, которые исправляли бы оплошности водителя в управлении и в любых условиях обеспечивали уверенное движение, а при необходимости – безопасную остановку автомобиля. Поначалу это были ABS – антиблокировочные системы, которые просто препятствовали блокировке колес при резком торможении, затем функции расширили, и появились EBD – системы регулирования тормозных сил, которые перераспределяли тормозные усилия между передними и задними колесами уже практически на всех режимах, не допуская опережающей блокировки одного из мостов. Сегодня многие автомобили высшего класса, в основном внедорожники и мини-вэны, предназначенные для североамериканского рынка, комплектуются системами VSC компании TRW, предотвращающими занос и гарантирующими стабильность управления автомобилем при любой дорожной ситуации.

Системы VSC от фирмы TRW – последнее слово в тормозной технике. VSC сочетает достоинства и возможности ABS, системы контроля тяги и новой системы контроля за боковым уводом автомобиля, а также сглаживает некоторые недостатки, присущие каждой из этих систем по отдельности, что позволяет обеспечить уверенное движение даже на извилистых, скользких дорогах. Датчики системы VSC отслеживают режимы работы двигателя и трансмиссии, скорость вращения каждого из колес, давление в тормозной системе, угол поворота руля, поперечное ускорение и отклонение от курса, а полученные данные передают блоку электронного управления. Микрокомпьютер VSC, обработав информацию, поступившую от датчиков, и оценив обстановку, принимает единственно правильное для конкретной ситуации решение и отдает команду исполнительным механизмам. Скорость быстродействия соответствует возможностям современной электроники, поэтому в ситуациях, которые могли бы стать аварийными из-за излишней самоуверенности либо просто вследствие недостаточного опыта, система VSC, как ангел-хранитель, откорректирует действия водителя, исправит ошибку и не позволит автомобилю выйти из-под контроля.

Как это выглядит в реальной жизни? Автомобиль движется по кривой. Возникающая при этом центробежная сила стремится сместить машину к внешней стороне поворота или опрокинуть ее. Предположим, автомобиль входит в вираж на слишком большой скорости, а водитель, осознав, что ошибся с ее выбором и сейчас окажется на встречной полосе или в кювете, делает другую ошибку, например резко тормозит или чрезмерно выворачивает руль в сторону поворота. Получив информацию от датчиков, система VSC практически мгновенно регистрирует, что автомобиль оказался в критическом положении, и, не допуская блокировки колес до юза, перераспределяет тормозные усилия на колесах таким образом, чтобы их результирующая противодействовала поперечной силе, стремящейся развернуть автомобиль вокруг его вертикальной оси.

По мнению специалистов TRW, в самом ближайшем будущем стоимость компонентов и всей системы VSC должна резко снизиться. Система станет доступной для всех сегментов автомобильного рынка, как это произошло с антиблокировочной системой тормозов в 1980—1990-е годы, что полностью соответствует философии компании TRW, которую озвучил директор TRW по тормозным системам Фил Канингем: «Почему только владельцы машин высшего класса должны иметь эту важную составляющую безопасности? Эти узлы должны устанавливаться на все автомобили, чтобы каждый мог получить выгоду от их использования. Не в таком уже далеком будущем VSC станет такой же обычной, как и ABS». А способствовать этому должно привлечение TRW-технологий, используемых в космических и оборонных программах.

Рис. 19. Новое слово в изобретении активной подвески автомобиля сказал «Мерседес-Бенц», внедрив на своих автомобилях систему АВС (Active Body Control). Она противостоит клевкам кузова при торможении и разгоне, кренам в поворотах, значительно улучшая управляемость автомобиля. Включает следующие элементы:

1) сенсор ускорения кузова;

2) сенсор уровня кузова;

3) резервуар с гидравлической жидкостью;

4) датчик боковых ускорений;

5) датчик продольных ускорений;

6) датчик угла скольжения задней оси;

7) аккумулятор давления;

8) масляный радиатор;

9) блок клапанов;

10) насос АВС;

11) стойка подвесочная АВС;

12) блок управления;

13) компактный блок с регулятором давления, демпфером пульсации и клапаном ограничения давления;

14) накопитель «обратки»

* * *

Использование электронных систем не превращает авто в интеллектуального робота. Главным по-прежнему остается водитель, который обязан критически осмысливать дорожную ситуацию и реальные возможности своей машины. Электронные системы лишь облегчают работу водителя и исправляют его мелкие оплошности. Знать, как они работают, необходимо. Тем более что в некоторых ситуациях они могут и навредить, скажет вам иной инструктор вождения. Так ли это? Давайте подробно рассмотрим две основные системы активной безопасности, то есть предотвращающие аварии: ABS и ESP.

ABS

Anti-lock Braking System (антиблокировочная система тормозов).

Антиблокировочная система тормозов на сегодняшний день является, наверное, самой распространенной системой, повышающей безопасность движения. Практически на все новые иномарки эта система ставится в базовой комплектации. ABS очень полезна и эффективна, только вот не все умеют ею правильно пользоваться. Антиблокировочная система тормозов была изобретена и впервые запущена в массовое производство компанией BOSCH в 1978 году. Еще с начала прошлого века инженеры пытались предотвратить блокировку колес не только в автомобилях, но и в рельсовых транспортных средствах и даже в самолетах. В 1936 году компания BOSCH зарегистрировала патент на «механизм, предотвращающий блокировку колес моторных транспортных средств».

Но лишь с появлением электронных систем контроля и управления инженеры смогли разработать антиблокировочную тормозную систему, которая была бы достаточно быстрой и надежной, чтобы ее можно было использовать в автомобилях. В 1964 году мерседесовские инженеры вместе со специалистами фирмы BOSCH задались целью создать систему, позволяющую предотвращать скольжение шин при торможении. Было понятно, что этого нужны датчики скорости вращения колес автомобиля. В 1967 году такие датчики, в которых использовался принцип индукционных катушек, появились. Дело оставалось за электроникой, которая могла бы сигналы датчиков обрабатывать. Первая демонстрация возможностей системы широкой автомобильной общественности состоялась 9 декабря 1970 года. Это выглядело так. На площадке были построены из пустых картонных коробок две пирамиды – черная и белая. Два «мерседеса», модели 200 W 114 разгонялись в направлении пирамид и у черты, отмеченной конусами, начинали тормозить. Водитель серийного белого «мерседеса» как ни пытался, но объехать препятствие при экстренном торможении не смог и сбил свою белую пирамиду. А водителю черного автомобиля, снабженного первым опытным образцом современной ABS, удалось объехать черную пирамиду при торможении! Невероятно! «Изобрести эффективнейшие, лучшие в мире тормоза и оснастить ими наши «мерседесы» – это благородная задача, но мы хотим большего. Мы хотим, чтобы водитель в аварийной ситуации сохранял полный контроль над своим автомобилем», – сказал после удивительного эксперимента возбужденным от увиденного журналистам председатель совета директоров концерна «Даймлер» профессор Шеренберг. На доводку системы потребовалось долгих семь лет. Аналоговый микропроцессор со множеством микровыключателей был заменен цифровым, более надежным и быстрым, способным в миллисекунды получить, сравнить и выдать импульсы на магнитный клапан тормозной системы. Наконец, легковые автомобили стали оборудоваться системой ABS от

BOSCH – первыми был Mercedes-Benz S – класса, на который можно было заказать ABS за 2218 немецких марок. А вскоре после этого антиблокировочную систему тормозов получил BMW 7-й серии.

С 1984 года систему ABS можно уже считать серийным оборудованием автомобилей «мерседес»: при покупке моделей 2.3—16, SL и S за систему ABS уже не требовалась доплата. А с 1992 года ABS была уже абсолютно на всех выпускаемых «мерседесах». Тот же принцип предотвращения пробуксовки колес был использован и для обеспечения разгона без рысканья задка автомобиля в системе ASR, появившейся на «мерседесах» в 1987 году.

С момента представления системы ABS на мировом рынке компания BOSCH основательно усовершенствовала и модернизировала технологию электронных тормозных систем. Их функциональная эффективность неуклонно повышается. Вместе с тем проводится и инженерная оптимизация, благодаря которой размеры и вес приборов становятся меньше. В октябре 2001 года компания BOSCH выпустила систему ABS 8-го поколения, весом 1,6 кг, что в сравнении с 6,9 кг первой системы 1978 года говорит об основательной оптимизации технологии.

Конструктивно ABS представляет собой совокупность датчиков, модуляторов и блока управления. Система ABS предотвращает блокировку колес при торможении. В результате даже при экстренном торможении сохраняется устойчивость автомобиля. Кроме того, во время торможения автомобиль сохраняет управляемость. Датчики на всех четырех колесах постоянно измеряют угловую скорость вращения колес. Если частота вращения отдельного колеса неожиданно резко падает, то управляющая электроника подает сигнал об опасности блокировки. Давление в соответствующем трубопроводе гидравлической тормозной системы сразу же снижается и затем снова повышается, немного не доходя до границы, за которой начинается блокировка колеса. Процесс может повторяться несколько раз в секунду, пульсация педали тормоза свидетельствует о работе системы ABS.

Системы ABS (антиблокировочная система – препятствует блокировке колес при торможении) и ПБС (противобуксовочная система – при разгоне автомобиля притормаживает буксующие колеса), впервые примененные на болидах «Формулы-1», сейчас активно используется многими производителями серийных автомобилей. Так называемая электронная педаль газа тоже уже применяется в серийном автомобилестроении. С некоторыми переработками перекочевала с гоночных трасс на обычные дороги активная подвеска, оснащенная датчиками, отслеживающими дорожный просвет под днищем автомобиля, и своевременно корректирующими устройствами. Активная подвеска позволяет при изменении профиля дороги сохранять горизонтальное положение кузова. (Внедрение активной подвески в конструкцию «формул» значительно увеличило скорости машин, что в определенный момент стало небезопасно и слишком дорого для команд-аутсайдеров. Для повышения безопасности гонок и увеличения конкурентоспособности слабых команд активная подвеска была запрещена техническим регламентом в 1994 году.)

На Западе антиблокировочной системой тормозов давно штатно оборудуют автомобили, что избавляет водителей от неприятных моментов при торможении. Сейчас в развитых странах ABS входит в комплектацию всех выпускаемых моделей автомобилей. Поскольку наибольшие убытки приносят аварии с участием большегрузных автомобилей и автобусов, ABS комплектуются и автотранспортные средства этих классов.

При отсутствии ABS опытный водитель до блокировки колес ситуацию не доводит, а применяет так называемое прерывистое торможение. Почувствовав, что вращение колес прекратилось и автомобиль начинает скользить, водитель отпускает педаль тормоза: колеса начинают вращаться, их сцепление с дорогой возрастает, и машина снова управляема – теперь можно повторить торможение. Эта методика довольно действенна, но требует от водителя определенных навыков и дополнительных усилий. ABS делает то же самое, что и опытный водитель, только быстрее и точнее. За секунду ABS проводит 10–12 циклов притормаживания, что абсолютно недоступно даже тренированным автогонщикам.

Получается, что, если на автомобиле установлена антиблокировочная система тормозов, о коварстве скользкой дороги можно забыть? Тормози как хочешь – машина все равно встанет как вкопанная? Опасное и, к сожалению, довольно распространенное заблуждение. Принцип работы ABS заключается в следующем: когда вы резко тормозите, что называется, «педаль в пол», обычная тормозная система блокирует колеса, и вы летите дальше, и руль вам уже не поможет. ABS же при резком торможении отслеживает блокировку и растормаживает колеса, позволяя вам сохранить контроль над автомобилем. При этом достаточно сильно вибрирует педаль тормоза и раздается характерный звук похрустывания. На все это не стоит обращать внимание, так как эти признаки свидетельствуют о нормальной работе системы.

ABS работает следующим образом. При торможении датчик отслеживает скорость вращения колес по зубчикам диска и в момент, когда колеса блокируются, подает сигнал на блок управления, который в свою очередь дает команду модулятору снизить давление в тормозном контуре. По мере снижения давления тормозные колодки отпускают колеса, те начинают вращаться – сцепление колес с дорогой и управляемость при торможении не ухудшаются. Можно продолжить торможение, повторяя цикл многократно в течение всего времени, пока водитель жмет на педаль тормоза. Тормозной путь автомобиля с ABS на скользкой дороге уменьшается примерно на 10–15 процентов по сравнению с автомобилем без ABS, а это как раз те самые метры, которых обычно не хватает, чтобы избежать столкновения.

Мировая статистика показывает, что после внедрения на автотранспорте ABS число жертв при ДТП снижается на четверть. В России ежегодный социально-экономический ущерб от ДТП превышает 3 процента ВВП. В 2002 году на дорогах нашей страны произошло 204 267 аварий, в которых погибло 35 600 человек, а 244 000 человек получили травмы. В 2003 году число ДТП по сравнению с 2002 годом увеличилось на 10,8 процента, число погибших – на 7 процентов, а число раненых – на 12,7 процента. Ущерб от ДТП в 2003 году составил 321 миллиард рублей. Тенденция к росту аварийности отмечается пятый год подряд. Ежегодно на дорогах страны гибнет от 30 до 40 тысяч человек, что в сотни раз больше, чем в авиационных катастрофах. Основной причиной аварий на дорогах является несоблюдение правил дорожного движения, то есть низкая культура водителей и других участников дорожного движения. Нехитрая арифметика показывает, что применение на автотранспорте, то есть на автобусах, тягачах и грузовых автомобилях, ABS могло бы сохранить жизнь десяткам тысяч наших сограждан.

ABS пятого поколения

Принцип работы системы основан на том, что наиболее эффективное торможение и наиболее короткий для конкретных дорожных условий тормозной путь будет тогда, когда каждое колесо автомобиля находится на грани блокирования, но еще прерывисто проворачивается (как это делают профессиональные гонщики). Это предотвращает движение автомашины юзом и занос, даже если правые колеса тормозят по покрытой грязью обочине, а левые колеса – по сухому асфальту.

Работу ABS обеспечивает электроника. С помощью специальных датчиков она выявляет момент блокировки колес и подает команду исполнительным механизмам на снижение тормозного усилия на заблокированном колесе. Каждое колесо тормозит индивидуально, а электроника по многим параметрам оценивает состояние автомобиля в реальном масштабе времени. Все что требуется от водителя, – это жать на педаль тормоза. Признаками работы системы являются вибрация педали тормоза при нажатии на нее до упора.

Среди довольно опытных водителей, имеющих весьма внушительный стаж безаварийного вождения, многие считают, что ABS – чрезвычайно вредная система, из-за которой может произойти ДТП. Самое неприятное и даже опасное, что все эти «специалисты» не знают элементарных вещей, связанных с торможением на автомобилях, оборудованных ABS. Прочтите, пожалуйста, таким водителям следующую главу вслух или, по возможности, расскажите им ее содержание для их же пользы.