Пакет антиблокировочных мер

Опытные гонщики, чтобы сократить тормозной путь, не потеряв контроль над автомобилем, нажимают на педаль до 16 раз в секунду. Неопытные и не гонщики — доверяют это электронике. 

Насколько важны для автомобиля надёжные тормоза, понимают все: и водители, и пешеходы. На протяжении десятилетий инженеры работали над их совершенствованием, уделяя особенное внимание эффективности их работы в любых погодных условиях. Двойные суппорты, вентилируемые и перфорированные тормозные диски, усиленные поршни тормозных цилиндров увеличенного объёма — всё это постепенно перекочевало с гоночных треков на обычные дороги, с подготовленных спортивных автомобилей на «гражданские» машины.

При экстренном торможении возникает опасность заноса: заблокированные колёса скользят по дороге, и автомобиль не слушается руля. Антиблокировочные системы помогают независимо от действий водителя предотвращать блокировку колёс, обеспечивая автомобилю управляемость, а заодно и уменьшая тормозной путь. Сначала такие системы появились на спортивных автомобилях и машинах премиум-класса. Благодаря тому что установка антиблокировочных систем незначительно повышала стоимость автомобиля и не усложняла его техническое обслуживание, постепенно эти системы перекочевали и на более доступные модели. Фото (Creative Commons license): Newsbie Pix

Но даже надёжная тормозная система не обеспечит безопасной и контролируемой остановки, если водитель сам не настроен на правильное её использование. Зачастую именно он, а не техника, является самым слабым звеном. Почему?

Как учат каждого будущего водителя в автошколе, чем сильнее жмёшь на педаль тормоза, тем быстрее замедляешься. Всё это верно до той поры, пока под колёсами — сухой асфальт, колёсные диски «обуты» в добротную «фрикционную» резину, а дорожная обстановка не предусматривает экстремальных действий. Согласитесь, так бывает не всегда: дорога может быть скользкой, шины — зимними, а ситуация критичной. В этом случае избежать дорожно-транспортных происшествий должна помочь не только совершенная тормозная система, но и понимание водителем некоторых законов физики.

Вспомним школьные задачки про кубик, лежащий на плоскости: сдвинуть его тем легче, чем меньше коэффициент трения между ним и плоскостью. Лёд очень легко плавится, превращаясь в воду, поэтому на обледеневшей дороге, едва колесо начинает скользить, под ним образуется пленка воды, и коэффициент трения сразу падает. Автомобиль теряет управляемость при значительно меньшем усилие на педали тормоза, чем при езде по асфальте — ведь в этом случае коэффициент трения значительно выше. Это же касается и «шиповки» на сухой твердой поверхности — в таких условиях она скользит на 8–14% лучше, чем дорожная. Это значит, что «оттормозившись» от души, водитель легко может потерять контроль над своим автомобилем — ведь когда колесо не крутится, ему всё равно, в каком направлении скользить.

Увы, при блокировке колёс, когда она уже стала фактом, то даже на асфальте ситуация не многим лучше: эффективного торможения «в дым» не получится. Снова в игру вступают законы физики. Заблокированное колесо трётся о дорогу и сильно нагревается. Резина начинает плавиться и рваться в зоне пятна контакта (это самая горячая область). Под колесом образуются маленькие резиновые шарики, и коэффициент трения снова скачком падает почти до нуля. Получается своеобразный эффект подшипника — автомобиль дальше катится словно на роликах.

Каков же выход? Очевидно, техника торможения должна учитывать два фактора — максимальное давление на педаль и одновременно исключение блокировки колёс. Но в этом кроится, пожалуй, главная проблема: рядовой автолюбитель правильно дозировать усилие попросту не умеет.

Кстати, этой проблемой вплотную занимались специалисты из автомобильного клуба ADAC, которые изучали поведение водителей в экстремальной ситуации. Оказалось, последние в большинстве случаев педаль либо зажимали «намертво», либо, напротив, недостаточно сильно. Закономерный результат — тормозной путь автомобилей участников испытаний был слишком велик.

Тестирование седанов Mercedes-Benz S-класса с антиблокировочной системой торможения и без. 1978 год. Фото: Daimler AG

Разблокировать по-немецки

Поиском «идеального» способа торможения первыми озаботились немецкие инженеры. Ещё в 1936 году компания Bosch получила патент на «механизм, предотвращающий блокировку колёс моторных транспортных средств» при торможении. Однако устройство того времени не могло отслеживать поведение машины на дороге, да и его быстродействие оставляло желать лучшего. Как это часто бывает, идею всё же использовали, но гораздо позднее.

Серьёзные разработки антиблокировочных систем велись в начале 1970-х. Эти системы были построены на аналоговых процессорах, поэтому оказались дорогостоящими в производстве и показали себя ненадёжными в эксплуатации. Далее изготовления опытных образцов дело не пошло.

На серийном автомобиле устройство под названием «антиблокировочная система тормозов» (Antilock Brake System), или просто ABS, впервые появилось лишь в 1979 году. Это был Mercedes S-класса (Mercedes-Benz 450 SEL). Да и то — ABS устанавливалось не в базовой комплектации, а как опция, за дополнительную плату. Её надёжность и приемлемое быстродействие обеспечивали цифровые электронные блоки, построенные на интегральных схемах, которые в то время достаточно активно применялись на производстве.

В дальнейшем блоки управления становились мощнее, схема работы ABS — более совершенными. Современные системы с помощью дополнительных датчиков учитывают множество параметров, от положения педали газа, до угла поворота руля, и, что немаловажно, стоят дешевле и ставятся не только на машины сегмента «премиум».

Но давайте вернёмся к теории, разберём суть процесса блокирования колёс. Вообще, что влияет на степень сцепления колеса с дорогой? Факторов много: износ протектора шины, состояние дорожного полотна, погодные условия, влажность, степень нагрева резины… Всё это в конечном счёте отражается на относительном проскальзывании колеса. Эта величина показывает, как угловая скорость вращения колеса отличается от той, которую оно бы имело при движении накатом. Если машина движется юзом, эта величина обращается в единицу. Если вы «рвете с места», как говорится, с пробуксовкой, то она становится отрицальной, а по абсолютной величине может оказаться даже значительно больше единицы..

Экспериментально было установлено, что минимальный тормозной путь достигается при относительном проскальзывании, близком к 0,2. Важно учесть, что коэффициент трения скольжения при этом еще довольно велик, что обеспечивает надежное поперечное сцепление шины с дорогой, достаточное для предотвращения заноса. Добиться такого значения относительного проскальзывания можно правильной регулировкой усилий в тормозной системе.

На сухом асфальте антиблокировочные системы уменьшают тормозной путь автомобиля примерно на 20% по сравнению с тормозным путём автомобиля с заблокированными колёсами. На льду и мокром асфальте разница более ощутима. Фото (Creative Commons license): pfly

Достичь этого можно, искусно нажимая на педаль тормоза, чему учат в школах контраварийной подготовки. Суть сводится к следующему — при нажатии на педаль внимательно следить за степенью проскальзывания колеса: как только возникает опасность полной блокировки, сразу ослаблять нажим, чтобы тут же вновь его увеличить, едва автомобилю вернется утраченная было управляемость. Опытные гонщики совершают несолько десятков нажатий на педаль в минуту и утверждают, что именно так достигается наивысшая безопасность. Но производители ABS придерживаются иного мнения. И вот почему.

Основная заявленная задача антиблокировочной системы — сохранение управляемости и устойчивости автомобиля при резком замедлении. Само устройство состоит из набора датчиков скорости движения автомобиля и вращения колёс, электронного блока управления и исполнительного гидравлического устройства (его ещё называют «модулятором»). Иными словами, все устройство представляет собой систему автоматического регулирования с несколькими дублирующими контурами отрицательной обратной связи.

На электронный блок поступают данные, с какой угловой скоростью вращаются колёса, он их сравнивает со скоростью самого автомобиля. Как только водитель резко нажимает на педаль тормоза, относительное проскальзывание возрастает. При достижении критического значения (обычно оно незначительно выше оптимального — 0,2), электронный блок управления должен дать команду на снижение давления в тормозной системе с помощью перепускного клапана. Сделано? Теперь колесо вновь ускоряется, относительно проскальзывание уменьшается. Блок снова даёт команду — теперь уже увеличить давление (ведь машину нужно успеть затормозить), и цикл повторяется — тем самым значение относительного проскальзывания колеблется вблизи оптимального, а автомобиль — остается управляемым. Циклы увеличения — сброса давления («модуляция») можно почувствовать дрожью на педали тормоза.

Но современная антиблокировочная система должна учитывать не только скоростные факторы — ведь и состояние шин, и упругие свойства подвески влияют на качество торможения.

На сегодняшний день в мире запатентованы сотни конструкций антиблокировочных систем. Их можно разделить на три основные группы: четырёхканальные с четырьмя датчиками, трёхканальные с тремя датчиками и двухканальные с двумя и тремя датчиками. Отличаются они не только количеством датчиков, но и количеством контуров обратной связи. Самой эффективной считается «четырёхканальная» схема с датчиками на каждом колесе, позволяющая отдельно для каждого колеса регулировать тормозное усилие. Это важно — ведь при торможении одно колесо автомобиля может оказаться на более скользком покрытии, чем другое — так называемый «микст». АВS уменьшит тормозной путь на 12–15%, но только в сравнении с блокированными колёсами.

Умная голова против несовершенной системы

Сравнительные тесты не всегда показывают преимущества ABS перед обычной тормозной системой. Всё потому, что главной идеей ABS, повторюсь, является не уменьшение длины тормозного пути, а сохранение управляемости. Опытный, подготовленный водитель может ближе подойти к грани блокировки колёс, чем электроника — а значит, и затормозит он быстрее. Модуляция системы подразумевает постоянные циклы сброса-повышения давления, а на это нужно время.

Строго говоря, тормозить «на грани» можно и антиблокировочной системой, только вот она, выполняя основную задачу, зачастую перестраховывается, и вступает в работу рано. Инструкторы школ экстремального вождения иногда говорят, что если ABS сработала, значит, вы уже ошиблись, и считают её чем-то вроде «скорой помощи».

Элементы антиблокировочной системы BMW Integral ABS для мотоциклов. Датчики устанавливаются на колёсах и регистрируют скорость их вращения. Электронный блок обрабатывает данные и при необходимости даёт команду снизить давление тормозной жидкости. Выполняют эту команду модуляторы: их электромагнитные клапаны перекрывают доступ жидкости в магистраль, идущую от главного цилиндра к колесу, а при избыточном давлении открывают путь тормозной жидкости в резервуар гидроаккумулятора. Фото: BMW AG

Но вопрос подготовки водителя мало заботит разработчиков электроники. И с ней действительно безопасней, если водитель на дороге привык повиноваться простым рефлексам: вижу препятствие — торможу. К тому же, накинуть $500–800 к цене автомобиля гораздо проще, чем наладить толковое обучение в автошколах.

Бывают ситуации, когда антиблокировочная система и вовсе вредна. Например, если машина движется на снегу. Заблокировав колёса, можно собрать перед ними снежный буфер, который поможет остановить автомобиль. Система ABS же начнёт срабатывать очень рано, поскольку практически сразу же зафиксирует скольжение, и тормозной путь окажется значительно выше.

Вывод один — ABS вовсе не панацея. Поэтому современные дорогие автомобили оборудованы дополнительными устройствами и системами, повышающими активную безопасность. К ним относится система динамической стабилизации, которая работает на тех же датчиках, что и ABS, и управляет тягой мотора и тормозным усилием на каждом колесе при резких маневрах, упреждая заносы, и Brake Assist, помогающая «дожимать» педаль тормоза при экстренных ситуациях. Но главным действующим лицом в машине был и остаётся человек. Его навыки, умения и здравый смысл всё ещё являются ключевым звеном в любой цепи систем безопасности.

Александр Михайлов,  ВОКРУГ СВЕТА