Автомобиль, наш добрый друг и надежный помощник, был и остается источником повышенной опасности. И, наверное, еще долгие годы таковым останется. С совершенствованием и развитием технологий железный конь изменялся, становился лучше, практичнее, экономичнее и экологичнее. А еще — безопаснее. Он обзавелся не только ремнями и подушками безопасности, но и скрытыми ассистентами, активно борющимися за сохранение жизни.
Пока человечество производит и пользуется автомобилем, будет существовать вопрос безопасности. Каждый знает, что такое подголовник и где он находится, как пользоваться ремнем безопасности и зачем надуваются специальные подушки. Это уже обыденные вещи и их наличие в комплектации нового автомобиля не воспринимается как что-то экстраординарное. Тем более что их назначение предельно понятно — спасти жизнь в экстремальной, опасной для жизни ситуации, имя которой — ДТП, дорожно-транспортное происшествие. Вот только в свое время пытливый ум автомобильных инженеров и конструкторов обратил внимание на тот факт, что предпринимаемые и используемые ими меры безопасности направлены на обеспечение защиты водителя и пассажиров в ДТП. Именно во время ДТП, а не до его совершения. И тогда возник вопрос: «А можно ли предотвратить аварию?». А за ним последовали вполне логичные «как?» и «при помощи чего?». И работа закипела! Ведь новая идея предвещала покорение большой и серьезной проблемы автомобильных аварий, гарантировала одобрение со стороны всех без исключения автолюбителей и даже сулила получением положительных отзывов от их родственников и просто близких им людей. Человечество поняло, что лучше предотвращать, чем пытаться сохранить в непредсказуемой и неконтролируемой аварийной ситуации. По этому критерию меры превентивной безопасности чаще называются «активными», а в свою очередь «пассивные» защищают тогда, когда происшествие вышло из-под контроля и нужно защитить от последствий неминуемого столкновения. А если еще и совместить оба типа мер безопасности… Впрочем, это уже совсем другая история. Эта статья посвящена активным технологиям, цель действия которых заключается в предотвращении последствий, влекущих за собой аварийно-опасную ситуацию и столкновение автомобиля с чем бы то ни было.
Наиболее перспективной и стремительно распространяющейся является электронная система ESP (Elektronisches Stabilitats Programm — программа электронной стабилизации, противозаносная система). На сегодняшний день она используется многими автопроизводителями, носит разные названия-аббревиатуры, но в любом случае цель ее действия всегда одинакова. Журнал «Автосалон» имеет честь предоставить своим читателям редкую возможность узнать больше о функциональной стороне новейшей вспомогательной электроники и познакомиться с ее действием на практике. В последнем нам поможет Honda CR-V, ее интеллектуальная противозаносная система носит имя VSA (Vehicle Stability Assist — помощь в стабилизации автомобиля).
Хочется сразу отметить, что подобная электроника не появилась из ниоткуда. Она самым рациональным образом объединяет наработки и технологии предыдущих лет, обеспечивая их слаженное совместное действие. Специальный вычислительный центр берет под свой контроль систему ABS, наделяя ее свойствами полностью электронного компонента (получается EBS), регулирует работу двигателя и дозирует производимую им мощность и даже устраняет и компенсирует крены кузова автомобиля, ликвидируя опасную раскачку. В результате весь автомобиль и его системы работают как профессиональный оркестр, не допуская промашек, известных как «человеческий фактор». Сложно? Давайте по-пробуем рассмотреть технологию VSA поэтапно — по отдельным составляющим ее компонентам.
Главный по торможению
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 покрышки начинают скользить и пробуксовывать, что приводит к заносу и потере контроля над направлением движения.
Конструкторы давно работали и до сих пор работают над созданием тормозных систем, которые бы исправляли оплошности водителя в управлении и в любых условиях обеспечивали уверенное движение, а при необходимости — безопасную остановку автомобиля. Вначале появилась ABS — антиблокировочная система тормозов. Она была изобретена и впервые запущена в производство компанией Bosch A.G. в 1978 году.
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 быстродействующих 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. Так, в 1978 году легковые автомобили стали оборудоваться системой ABS от Bosch — первым был Mercedes-Benz S-класса, а вскоре после этого и BMW 7-й серии. С момента представления системы ABS на мировой рынок компания Bosch основательно усовершенствовала и модернизировала технологию электронных тормозных систем. Сегодня на вооружении уже восьмое поколение ABS. Ее вес составляет 1,6 кг, что в сравнении с 6,9 кг первой системы года говорит об основательной оптимизации технологии.
Конструктивно ABS представляет собой совокупность датчиков, модуляторов и блока управления. 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. Результатом ее работы является предотвращение блокировки колес при торможении: даже при экстренном замедлении сохраняется устойчивость автомобиля. Кроме того, во время торможения автомобиль сохраняет управляемость, так как колеса не скользят в блокировке, а вращаются, сохраняя сцепление с дорогой. На самом деле именно в создании управляемого торможения и заключается основное достоинство этой системы, а не в сокращении тормозного пути, как полагают многие.
В пятом поколении ABS появилась дополнительная электроника, контролирующая поведение всех колес по отношению друг к другу — EBV, система электронного распределения тормозных сил. Она регулирует тормозное усилие в соответствии со степенью нажатия на педаль тормоза и загрузки автомобиля. Принцип ее действия состоит в том, что тормозное усилие передается на каждое колесо индивидуально и строго дозировано. Отдельно взятое колесо тормозит при подаче команды, а электронные датчики и микропроцессор по многим параметрам оценивают состояние автомобиля в реальном масштабе времени. В итоге движущемуся не в идеальных условиях автомобилю: по дороге с продольными и поперечными уклонами, переменным или просто неудовлетворительным качеством поверхности, при различной загрузке и гарантирована наибольшая эффективность торможения при любых дорожных условиях, в том числе и при торможении с максимальным усилием нажатия на педаль тормоза.
Совершенствование предыдущей технологии привело к появлению системы EBS (Electronic Braking System). Существенные различия кроются в ее конструкции с так называемой «электронной педалью», которая не имеет какой-либо механической связи с тормозной системой. Ее перемещение преобразуется в электрический сигнал и подается блоку управления. После анализа информации от различных сенсоров электроника самостоятельно дает команду исполнительным механизмам корректировать давление в контурах тормозной системы. Для того чтобы водитель получал обратную связь от автомобиля, устанавливается электрогидравлический симулятор хода, который создает сопротивление на педали тормоза. Для обеспечения экстренной остановки автомобиля, оснащенного системой ECB, в случае выхода из строя основного источника питания используется дополнительный конденсаторный блок.
Немного вертикальной устойчивости
Еще одним компонентом, а точнее составляющей итогового результата работы вычислительной электроники VSA, является система ограничения кренов (Roll Stability Control), возникающих в динамике. Например, при скоростном вираже, когда сила бокового ускорения тянет кузов автомобиля, особенно с высоким центром тяжести, в сторону почти перпендикулярную направлению движения. Работа этого элемента также зиждется на давно разработанной и многократно усовершенствованной антиблокировочной системе ABS. Решение, способное пресекать опасные крены кузова, подсказал знакомый каждому эффект, возникающий при торможении, когда машина «клюет» перед-ком. Инженеры, ответственные за безопасность автомобильных разработок, задумались над обращением этого явления во благо. И тут все просто: подтормаживая то или иное колесо, можно вызвать «клевок» соответствующей части кузова. Значит, своевременно спровоцированный крен от контролируемого торможения можно использовать как противовес боковому крену, вызванному динамикой автомобиля в повороте.
Под командованием VSA
Итак, эта интеллектуальная электроника дирижирует всеми перечисленными выше компонентами. Это в свою очередь и наиболее сложное устройство, контролирующее тягу и управление дроссельной заслонкой. Блок электронного управления VSA использует информацию от датчиков своих подсистем, которые с периодичностью 25 раз в секунду отслеживают работу мотора и трансмиссии, скорость вращения каждого из колес, давление в тормозной системе, угол поворота руля, поперечное ускорение. По повороту руля, а проще говоря, по направлению управляющих колес, система VSA оценивает, куда намерен двигаться водитель. В то же время датчик, как правило, расположенный в самом центре автомобиля, определяет, куда автомобиль движется на самом деле: с какой скоростью и в каком направлении он вращается вокруг своей оси. Сопоставив эти данные, вычислительный блок, во-первых, фиксирует аварийно-опасную ситуацию, определяя ее по соответствию движения машины действиям водителя. Во-вторых, рассчитывает и подает исполнительным механизмам команду к исполнению контролирующего воздействия — то есть затормаживает определенное колесо с выверенным усилием. Если необходимо ограничить скорость или поубавить мощность двигателя, процессор VSA, связанный с блоком электронного управления двигателем, корректирует мощность и количество оборотов коленчатого вала.
Вот 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. Допустим, 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 VSA 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 вертикальной оси. В этом случае будет притормаживать заднее колесо, находящееся на внутренней стороне поворота. Это незамедлительно вызовет силу, «подтягивающую» переднюю ось автомобиля на верную траекторию.
Также система VSA проявляет с себя с лучшей стороны при объезде неожиданно возникшего препятствия. Представим себе ситуацию, когда автомобиль движется по широкой загородной трассе, водитель при этом довольно расслаблен — ведь впереди нет ни перекрест-ков, ни поворотов, лишь длинная прямая. Но допустим, что на его пути внезапно возникнет препятствие. Это может быть что угодно, любой посторонний предмет от коробки, упавшей с грузовика на дорогу прямо перед автомобилем, или кирпича до выбежавшего из леса на дорогу животного (на практике бывает и такое). Водитель резко объезжает препятствие, допустим, влево, а затем, чтобы стать в свою же полосу, вращает руль вправо. В этом случае VSA сначала притормаживает заднее левое колесо, помогая машине увильнуть от препятствия, и она предсказуемо передвигается влево. Затем, при возвращении на прежнюю траекторию, будет притормаживать переднее левое колесо, что предотвратит занос и направит передок в нужную сторону. Как может закончиться такой маневр без вмешательства электроники, известно только на небесах.
Реальный тест
Журнал «Автосалон» провел свои испытания на автомобиле Honda CR-V с 2-литровым бензиновым мотором и автоматической КПП. Почему не Accord с «механикой»? Дело в том, что компактный внедорожник в таком исполнении более типичен и распространен. К тому же его высокий центр тяжести гораздо сильнее проявляет себя в экстремальной ситуации. За рулем «машины боевой» — наш тест-пилот, профессиональный гонщик и тренер школы водительского мастерства Дмитрий Богданов.
Итак, первой в программе теста была спортивная трасса с обилием поворотов самой различной сложности. Проводилось несколько заездов с чередованием испытаний с включенной и выключенной системой VSA. Остается только поражаться, как маленькая кнопочка влияет на поведение автомобиля. Без вмешательства электроники в поведении машины в поворотах четко проявляются сносы передней оси и заносы задней. В результате повышается сложность прохождения поворотов, которая сказывается и на ощущении пассажирами своей безопасности.
С активированным электронным «ангелом-хранителем» Honda CR-V стала гораздо увереннее держаться в поворотах: заносы пропали. Более того, то самое регулирующее воздействие действительно помогает следовать нужной траектории, так как автомобиль сам подруливает. Во вмешательстве электроники также не обошлось без подавления излишнего ускорения. Что касается ощущений пассажиров, то и они на себе почувствовали оберегающее действие системы VSA.
Далее перед Honda CR-V была поставлена задача пройти один отдельный поворот на высокой скорости. И тут помощь электроники налицо: в ее отсутствии автомобиль реально подвержен заносу, причиной которого может стать как излишняя скорость, так и избыток мощи на колесах. После включения системы VSA машина просто «пишет» траекторию поворота, проходя по заданному курсу без намека сойти с него.
Напоследок был поставлен так называемый «лосиный тест», или переставка, когда на высокой скорости необходимо увильнуть от воображаемого препятствия. Тест моделирует ситуацию, которая происходит при объезде возникшего на пути предмета или выскочившего на дорогу животного (лося, отсюда и название). Коридор, по которому движется автомобиль, отмечается пилонами, то есть дорожными конусами, и для дополнительной сложности он был посыпан песком. Это один из наиболее сложных маневров, успешному выполнению которого самому научиться нельзя.
Ну что же, без помощи системы VSA автомобиль не может закончить этот маневр: Honda CR-V стремится сорваться в глубокий (ритмичный) занос, но лишь благодаря мастерству пилота сохраняет ориентацию в пространстве и не разворачивается. Большинство автолюбителей, каким бы долгим и богатым водительским опытом они не обладали, легко бы «сдавали» машину на милость силы бокового ускорения. На дороге это бы привело к неминуемому столкновению с разделительной оградой, вылетом в кювет и т.п. При помощи со стороны электроники VSA автомобиль проходит сложный изогнутый коридор без намека на снос. Покрышки визжат, песок превращается в клубы пыли, но Honda CR-V уверенно входит в коридор между пилонов и покидает его, не стремясь выкинуть непредсказуемый трюк. Предсказуемые результаты были показаны и при «раскачке» автомобиля в динамике: при выключенной VSA машина изо всех сил виляла кормой, срываясь в занос, а при включении помощника так же четко и правильно, как по рельсам, описывала сложную дугу коридора.
Результаты
В ситуациях, которые могли бы стать аварийными из-за излишней самоуверенности либо просто вследствие недостаточного опыта, система VSA, как ангел-хранитель, откорректирует действия водителя, исправит ошибку и не позволит автомобилю выйти из-под контроля. Она действительно работает, оправдывает ожидания водителя и пассажиров.
Как говорит скучная статистика, системы курсовой устойчивости снижают аварийность на 34%, а наличие системы вспомогательной электроники рассмотренного типа на 88% снижает вероятность возникновения ситуации, когда водитель теряет контроль над автомобилем. В настоящее время лишь около 10% всех новых автомобилей оснащается системой курсовой устойчивости. Однако ко многим моделям эта система предлагается в качестве дополнительного оборудования. Автопром готов сделать еще один шаг на пути к созданию предельно безопасного автомобиля.
Автор: Евгений Дударев
Тест-пилот: Дмитрий Богданов
, то ни у кого бы и вопросов бы не возникало. Все сказали бы - спасибо господа конструкторы, что облегчили нам тяжелую жизнь кочегаров. А что полноценного автомата нет - ну, не судьба...
Не разочаровал ни робот, ни сама машина!
