Системы активной безопасности

Системы безопасности: чем больше, тем лучше

По разным причинам автомобильные системы совершенствуются по-разному — одни остаются более консервативными, другие прогрессируют. Отсутствие синхронности в совершенствовании автомобильных систем иногда приводит к негативным последствиям. Так произошло и в случае, когда автомобиль получил возможность развивать большие скорости, но при этом еще не научился крепко держаться «на ногах» и быстро останавливаться.

Скорость — главный враг безопасности автомобиля. Чем она выше, тем меньше у человека шансов уцелеть в автокатастрофе. Но так будет не всегда. Одно из основных направлений работы создателей современных автомобилей — повышение активной и пассивной безопасности. Положительные сдвиги в этом направлении деятельности налицо. Благодаря развитию электроники создан целый ряд электронных систем активной безопасности — антиблокировочная система тормозов, противобуксовочная система, системы стабилизации движения и многие их прототипы. Немалых успехов добились и те, кто работал в области систем пассивной безопасности. Ремни безопасности, сверхпрочные и облегченные материалы кузова, энергопоглощающие зоны кузовов, всевозможные воздушные подушки безопасности (airbag) — вот на первый взгляд небольшой актив элементов пассивной безопасности.

Но вернемся к системам активной безопасности. Первыми в конце 70-х получили распространение антиблокировочные системы тормозов (ABS). С тех пор немало воды утекло, и автомобили стали оснащать целым рядом систем активной безопасности, прародителем которых стала ABS. Но самой эффективной из всех созданных систем оказалась ESP (Electronic Stubility Programm) — электронная программа стабилизации или, как ее обычно называют, система стабилизации движения. Срабатывает ESP в опасных ситуациях, когда возможна или уже произошла потеря управляемости автомобилем. Путем притормаживания отдельных колес система стабилизирует движение. Она вступает в работу, когда, например, из-за большой скорости при прохождении правого поворота передние колеса начинают скользить наружу поворота в направлении действия сил инерции, т.е. по радиусу большему, чем радиус поворота (рис. 1). ESP в этом случае притормаживает заднее колесо, идущее по внутреннему радиусу поворота, придавая автомобилю большую поворачиваемость и направляя его в поворот. Одновременно с притормаживанием колес ESP снижает обороты двигателя.

Если при прохождении поворота происходит занос задней части автомобиля, ESP активизирует тормоз левого переднего колеса, идущего по наружному радиусу поворота. Таким образом появляется момент противовращения, исключающий боковой занос.

Когда скользят все четыре колеса, ESP самостоятельно решает, тормозные механизмы каких колес должны вступить в работу. Время реакции ESP — 20 миллисекунд.

Безусловно, сегодня ESP воспринимается как фантастическая система. Однако в действительности ее возможности ограничены. Причиной этого являются законы физики, изменить которые электроника не в силах. Поэтому если радиус поворота слишком мал или скорость в повороте превышает разумные границы, даже самая совершенная программа стабилизации движения здесь не поможет.

ESP уже прошла «испытания» в автомобилях высокого класса и начата ее установка в автомобили разных классов — от высшего до малолитражек (см. таблицу).

Ниже мы приведем все существующие толкования названий систем активной безопасности и расшифруем функции каждой из них, чтобы наши читатели могли легко ориентироваться в том, какому автомобилю отдать предпочтение, зная, какой системой безопасности он оборудован.

ABS (Antiblock Brake System) — антиблокировочная система тормозов. Как только АБС довели «до ума» и начали устанавливать на серийные автомобили, на ее базе была создана еще одна интересная система – противобуксовочная (ПБС) или, как ее очень часто называют, система управления тягой.

Для чего она нужна, наверное, понятно каждому, а вот что она дает на практике – знают немногие. Когда колесо буксует, как и в случае его блокировки, оно скользит, т.е. теряется сцепление с поверхностью дороги. Автомобиль при этом не способен ни эффективно разгоняться, ни сохранять курсовую устойчивость. Происходит это потому, что скользящее колесо, независимо от направления вращения, перемещается на дороге туда, куда под действием различных сил (в результате воздействия бокового ветра, центробежной – силы инерции) стремится двигаться автомобиль. ПБС исключает пробуксовку и соответственно скольжение, чем избавляет автомобиль от вышеперечисленных недостатков и, кроме того, создает благоприятные условия для уверенного троганья на льду и на дорогах с неоднородным покрытием – лед-асфальт.

Информаторами о пробуксовке ведущих колес в такой системе служат уже знакомые датчики угловой скорости, используемые в АБС. Они находятся «в подчинении» сразу у двух подсистем – АБС и ПБС. Как и в случае с АБС, существует несколько поколений противобуксовочных систем, которые конструктивно отличаются между собой. Самые простые из них выполняют свою функцию, т.е. исключают пробуксовку колес путем снижения оборотов двигателя (уменьшение крутящего момента – MSR). Для этих целей исполнительные механизмы ПБС изменяют положение дроссельной заслонки, угол опережения зажигания, а в критических ситуациях – отключают подачу тока на свечи зажигания.

Следующее поколение ПБС получило возможность перераспределять крутящий момент путем подтормаживания буксующего колеса. Когда автомобиль попадает на дорогу с неоднородным покрытием – лед, асфальт, снег, крутящий момент двигателя в колесном дифференциале «идет» по пути меньшего сопротивления, т.е. перераспределяется на буксующее колесо. В результате одно колесо либо стоит, либо вращается под воздействием сил инерции, а другое пробуксовывает. Чтобы «отправить» большую часть крутящего момента на «освобожденное» колесо, электроника активизирует тормозной механизм буксующего колеса. Если начинает пробуксовывать и второе колесо, электроника снижает обороты двигателя.

Один их вариантов ПБС выполняет свою задачу с помощью управляемого дифференциала повышенного трения, где степень блокировки определяет ЭБУ. В «мерседесовской» системе 4-Matic пробуксовка колес исключается путем подключения переднего привода и блокировок межосевого или колесного (заднего моста) дифференциалов.

Противобуксовочными системами оснащаются многие автомобили. Однако в отличие от всем знакомой единой аббревиатуры АБС, с ПБС существует путаница. Вызвана она существованием у этой системы различных «имен». Автопроизводители присваивают их на свое усмотрение или в зависимости от поколения и особенностей работы систем: у Mercedes – ASR (с англ. anti-slip regulation – система антискольжения) и ETS (с англ. electronic traction system – электронная система контроля тягового усилия); у BMW – ASC (с нем. antriebs schlupf control – система контроля пробуксовки колес) и ADB-X (с англ. automatic differential brake – автоматический дифференциальный тормоз); у Opel и BMW – ETC (с англ. electronic traction control – электронная система контроля тягового усилия); у Toyota – TC (с англ. traction control – контроль тягового усилия); у Ford и Honda – TCS (с англ. traction control system – система контроля тягового усилия); у Skoda - MSR (с англ. moment system regulation – система управления крутящим моментом) и EDS (с нем. elektronische differentialsperre – электронная блокировка дифференциала), у Volvo – STC (с англ. stability and traction control – система стабилизации и контроля тягового усилия).

Принцип работы перечисленных систем очень схож, однако каждая из них имеет свои особенности, что, очевидно, и потребовало наличия собственных имен. Более ранние противобуксовочные системы работали в ограниченном интервале скоростей – до 30 – 50 км/ч. Когда стало ясно, что для сохранения курсовой устойчивости на неоднородных покрытиях ПБС должна работать и на высоких скоростях, ее диапазон срабатывания расширили – от нуля до «максималки». Многие из таких ПБС называют системами контроля тягового усилия (или просто «контроля тяги») – «трэкшн-контроль» (traction control).