Для чего тормозам антиблокировочная система (ABS)
Первым серийным автомобилем, оснащённым ABS, стал Mercedes модельного года. Система долгое время предлагалась в качестве опции и только в 1992 году вошла в список стандартного оборудования. В начале АБС как опцию можно было установить на BMW серии.
Приходилось ли вам объезжать внезапно возникшее препятствие и одновременно тормозить? Наверняка да. Казалось бы, что в этом сложного — нажал на тормоз, повернул руль и скорректировал траекторию. Однако всё относительно просто до определённого момента. Если при экстренном торможении нажать на педаль тормоза сильнее, чем необходимо, колёса могут заблокироваться и…
Дальше возможны два варианта развития событий. Оба обусловлены наличием или отсутствием антиблокировочной системы тормозов АБС (ABS — Anti-lock Brake System). Если машина архаичная, ведёт свою родословную из середины семидесятых прошлого столетия или сошла с конвейера одного из отечественных автозаводов, то, как бы усердно вы ни крутили «баранку», транспортное средство траектории не изменит. Дело в том, что заблокированные колёса, скользя, лишают водителя возможности маневрировать — сорвавшись на юз, автомобиль будет тупо ехать по прямой, будто у него отрубили руль. Лишь опытный пилот сумеет хладнокровно разблокировать колёса, на мгновение отпустив педаль тормоза. А затем, используя импульсное торможение, вернуть контроль и погасить скорость. Второй вариант — для машины, оснащённой АБС. От водителя требуется лишь посильнее нажать на педаль тормоза и спокойно работать рулём. Чувствуете разницу?
Блокировка опасна ещё и тем, что способна стать причиной заноса или увода автомобиля в сторону. Произойти это может, когда под колёсами разнородное покрытие, сильно изменена загрузка по осям в ходе предыдущего манёвра или стоят разные шины (последнее звучит дико, но в России, увы, не редкость). Кроме того, при заблокированных колёсах машина может изменить траекторию под действием любой боковой силы (уклон дороги или столкновение). Скорректировать траекторию в этом случае практически невозможно.
Задача ABS — регулировать скорость вращения колёс путём изменения давления в магистралях тормозной системы. Чтобы контролировать угловую скорость, надо знать её величину и то, как она меняется со временем. Каждое колёсо снабжено датчиком, который выдаёт электрические импульсы с частотой, пропорциональной скорости вращения колеса. Эта информация поступает в блок управления АБС.
Если во время торможения угловая скорость колеса приблизилась к нулю, электронный мозг тут же примет решение его «растормозить». Гидравлический модулятор при помощи электроклапана стравит давление из магистрали и перенаправит «лишнюю» порцию тормозной жидкости в гидроаккумулятор. Давление будет снижаться до тех пор, пока колесо, снова «ухватившись» за покрытие, не раскрутится до определённой скорости. Далее ABS опять резко увеличит давление в магистрали и притормозит колесо. Цикл продолжится до тех пор, пока машина не остановится или водитель не ослабит давление на педаль до положения, когда ABS не нужна.
Многие скажут: «Невелика премудрость!» Прерывисто тормозить можно и самому. И правда: во многих случаях такой способ замедления на автомобилях, не оборудованных АБС, позволяет во время экстренного торможения объехать внезапно возникшее препятствие. Когда колёса блокируются — вы тормозите, как только «отпускаются» — получаете возможность корректировать направление движения. Естественно, при таком раскладе тормозной путь значительно увеличится, зато водитель получит возможность объехать препятствие и упреждающим действием руля погасить занос.
Но, к сожалению, ни один титулованный гонщик не способен обеспечить «порционное» торможение с частотой, с которой это делает ABS. Система (в зависимости от варианта исполнения) за секунду успевает заблокировать-разблокировать колёса около 15 раз. К тому же водитель одновременно воздействует на все тормозные механизмы (так работали первые системы ABS), в то время как современные антиблокировочные системы следят за скоростью вращения и регулируют тормозное усилие для каждого колеса отдельно.
В большинстве современных автомобилей ABS работает вместе с EBD (Electronic Brake Distribution) — системой распределения тормозных усилий, которая дозирует интенсивность торможения для каждого колеса. C EBD можно смело тормозить в повороте и на «миксте». Электроника по разности частот вращения поймёт, что колёса попали на участки с разнородным покрытием, и уменьшит тормозные силы на колёсах, которые имеют лучшее сцепление с дорогой. Кстати, интенсивность замедления в этом случае снизится и будет определяться силой трения колеса (колёс), имеющего наихудшее сцепление с дорогой.
Нелишне заметить, что для максимальной эффективности замедления педаль тормоза на автомобилях с ABS надо вдавливать в пол что есть силы. Впрочем, последнее делать не обязательно тем водителям, чьи машины оснащены системой Brake Assist, которая сама создаёт избыточное давление в тормозной магистрали, «дотормаживая» за слабого или нерешительного человека. При штатных замедлениях она не вмешивается. Однако резкое нажатие (удар) на педаль Brake Assist расценивает как сигнал к экстренному торможению и вступает в действие.
Но не всё так гладко. ABS, как и любая другая система, обладает недостатками. Например, простой «антиблок» может проиграть обычным тормозам на снегу, льду или песке, свести на нет преимущества шипованной резины. Ведь на льду шипы обеспечивают наибольшее замедление только при максимальном относительном проскальзывании, когда они словно когти впиваются в лёд и бороздят его. Каверза в том, что ABS, стремясь растормозить колёса, не даёт шипам работать и тем самым увеличивает тормозной путь. То же происходит на грунтовых дорогах (песок, щебень, глина) и покрытиях, занесённых снегом.
Автомобили с ABS в этом случае имеют более длинный тормозной путь, потому что постоянно разблокирующиеся колёса не создают «эффекта плуга». А ведь именно на таких покрытиях заблокированные колёса имеют максимальную эффективность торможения — того что нагребают перед собой «валики» из грунта или снега. Вот почему нужно помнить: на обледеневшей, заснеженной или грунтовой поверхности тормозной путь автомобиля, не оснащённого АБС, может быть короче.
Подложить небольшую свинью АБС может и на неровной дороге. Если при торможении одно колесо на мгновение зависнет в воздухе и заблокируется, обманутая электроника начнёт спасать вас от заноса и тут же снизит давление в остальных магистралях. В повороте автомобиль неприятно вильнёт «хвостом», а тормозной путь увеличится. От таких случайных отрывов, в принципе, не застрахован никто, но нужно помнить, что залогом адекватной работы АБС является исправная подвеска.
Прогресс рождает на свет всё более продвинутые системы. Оперирующие большим количеством показаний, они способны адаптироваться под тип дорожного покрытия и тормозить по одному из заранее заложенных эффективных алгоритмов. Конечно же, электронику нельзя воспринимать как панацею от всех бед, но статистика вещь упрямая: грамотно настроенная ABS при всех исправных системах автомобиля на сухом и мокром покрытии в среднем помогает экономить до 20% тормозного пути и оставляет водителю шанс маневрировать. Стоит ли говорить, что от этих драгоценных метров могут зависеть жизнь и здоровье?
Система ABS в машине: как она работает и как помогает при экстренном торможении
В современном автомобиле есть много систем, которые делают его более безопасным и помогают водителю им управлять.
Инженеры постоянно улучшают их и придумывают новые, уже есть машины с полноценным автопилотом. Но одной из первых систем безопасности была антиблокировочная система тормозов — ABS. Эта статья расскажет, какую проблему решает ABS, как она работает и почему может испугать.
Как работают тормоза современного автомобиля
Когда водитель нажимает на педаль тормоза, давление жидкости в тормозной системе повышается. Через металлические трубки и шланги жидкость подходит к тормозным механизмам в колесах и вынуждает колодки прижиматься к тормозному диску или барабану.
Между педалью и колодкой в системе есть много устройств: главный тормозной цилиндр, распределяющий усилия между всеми колесами автомобиля, и вакуумный усилитель, который позволяет водителю давить на педаль с меньшим усилием.
Чем страшна блокировка колес при торможении
Если водитель нажимает на педаль достаточно сильно, то тормозного усилия хватит для полной блокировки колес: машина «пойдет юзом» — колеса остановятся, а автомобиль продолжит движение по инерции. На асфальте останутся яркие черные следы, на покрышках появится локальный износ: они могут сильно пострадать и даже прийти в негодность. Представьте себе, как изнашивается стирательная резинка — с шиной произойдет почти то же самое.
Если водитель продолжит давить на тормоз, то рано или поздно полностью потеряет контроль над автомобилем. С заблокированными передними колесами не получится изменить траекторию движения, даже если повернуть руль до упора. Такая ситуация опасна и для водителя, и для других участников движения. Система ABS борется именно с этим явлением: она предотвращает блокировку колес при торможении и позволяет сохранить контроль над автомобилем в момент экстренного торможения.
Курс о больших делах
Как устроена ABS
С 2004 года систему в обязательном порядке ставят на все новые автомобили, которые продают на территории Евросоюза, а с 2012 года такое правило заработало и в США.
Система состоит из нескольких элементов.
Датчики скорости вращения колес. Чтобы бороться с блокировкой колеса эффективно, система должна отслеживать эту скорость и срабатывать в нужный момент. За это отвечают специальные датчики, установленные на каждом колесе, а точнее — на ступице. Они отслеживают вращение по специальному магнитному кольцу.
На более старых машинах датчики могут быть импульсными и считывать скорость по специальным зубчатым кольцам, такой вариант менее точный. Полученную информацию датчики передают в блок управления ABS.
Блок управления — микросхема в специальном корпусе. На основе информации с датчиков блок управления ABS определяет, какое колесо близко к блокировке и где нужно уменьшить давление в тормозной системе.
Насос и клапаны — органы управления системы. При срабатывании системы участие водителя уже не требуется: с помощью открытия и закрытия клапанов, объединенных в одном корпусе, ABS уменьшает и увеличивает давление в тормозной системе до 20 раз в секунду. А значит, меняется тормозное усилие на колесах и они не блокируются. Насос ABS работает только в момент активации системы и позволяет быстро восстановить давление в системе.
Главная задача ABS
Благодаря этой системе колеса автомобиля не блокируются и водитель сможет им управлять, даже выжав педаль тормоза «в пол». Автомобиль с работающей ABS реагирует на поворот руля, пусть и с некоторой задержкой. Так можно избежать ДТП или минимизировать его последствия, а заодно снизить скорость и увернуться от препятствия.
Представим, перед водителем кто-то резко оттормаживается. Автомобиль без ABS пойдет по инерции строго прямо, как бы водитель не крутил руль. Автомобилем с ABS можно как-то управлять, и самое главное — тормозной путь будет сильно короче, а значит будет больше шансов не догнать чужую машину. Даже если это случится, повреждения будут менее критичными и за ремонт удастся заплатить гораздо меньше.
Но в некоторых случаях тормозной путь машины с ABS может быть длиннее. Например, если машина на летней резине зимой, если под колёсами песок, земля или неприкатанный снег.
Разные виды антиблокировочных систем, их развитие
Первые антиблокировочные системы были одноканальными и работали только на одной оси автомобиля: работали одновременно и одинаково влияли на оба колеса оси. Актуальные системы поддерживают четыре канала, по одному на каждое колесо, каждый может работать независимо.
Дальнейшее развитие — дополнение, система распределения тормозных усилий (EBD). Она работает не только при экстренном торможении и контролирует распределение тормозных усилий задолго до блокировки колес. C EBD автомобиль стабилен при торможении, это особенно заметно, если под колесами разное покрытие. Например, если левые колеса на асфальте, а правые на льду, система поможет избежать заноса или сноса.
Если добавить в ABS и EBD датчики положения рулевого колеса, дроссельной заслонки и поперечного ускорения, у машины появится система стабилизации. В зависимости от производителя автомобиля и возможностей ее называют ASR, ESP, DSC, VDC или как-то еще.
В основе лежит тот же принцип — система анализирует разницу в скоростях вращения колес, но не только. Блок управления системой также анализирует угол поворота руля, положение педалей газа и тормоза, поперечное ускорение и другие параметры. На основе этих данных одно или несколько колес могут притормозить благодаря клапанам в блоке ABS. Это поможет стабилизировать автомобиль и выйти из заноса.
Как пользоваться ABS и быть готовым к тому, что она сработает
Система не требует от водителя каких-то особых навыков. Он просто оценивает дорожную ситуацию и нажимает на педаль. Тем не менее ABS может испугать неопытного водителя: когда система работает на педали тормоза, будет сильная вибрация. Это работают насос и клапаны, которые регулируют давление в разных частях тормозной системы.
Автомобилем, у которого сработала ABS, управлять сложнее. Реакции на поворот руля очень замедленны и менее точны. Водителю нужно понимать, что при торможении с ABS рулить нужно с опережением. Если рядом нет других автомобилей или препятствий — поверните руль сильнее, чем при обычной езде.
Если ваш опыт вождения скромный, то лучше познакомиться с ABS заранее. Для этого подойдет пустая парковка или площадка с асфальтовым покрытием — эксперименты с ABS на неровных грунтовых дорогах и площадках не дадут нужного опыта. Выполните несколько экстренных торможений — резко нажимайте педаль тормоза до упора. Начните с торможения с 30 км/ч, потом увеличьте скорость. Помните о безопасности и ПДД.
Когда экстренное торможение по прямой будет уже понятным, попробуйте тормозить с ABS и маневрировать. Желательно повторить эти упражнения в разных погодных условиях: на сухом асфальте, на мокром и зимой, на снежном и ледяном покрытиях. Это не сделает вас профессиональным водителем, но даст понимание, как ведет себя автомобиль при резком торможении и чего ждать от системы ABS. Однажды эти знания могут спасти как минимум бампер.
АБС не допускает полной блокировки колес при торможении. Это позволяет автомобилю сохранять устойчивость при движении, а на покрытиях с низким коэффициентом сцепления (гравий, мокрый асфальт, снег, лед) снижает тормозной путь. Кроме того, автомобиль, оснащенный АБС, даже при полностью выжатой педали тормоза остается управляемым.
АБС – это система датчиков, контролирующих скорости вращения колес и скорость автомобиля. Как только датчики распознают, что колеса (или одно из колес) стоит, а автомобиль движется – это означает блокировку колес (т.е. машина идет юзом). В этот момент в тормозную систему поступает сигнал на уменьшение тормозного усилия и колеса разблокируются. Вся работа АБС сводится к циклу торможение-анализ-растормаживание. Чем чаще этот цикл повторяется, тем эффективнее торможение.
В определенных ситуациях, например на сухом асфальте, сработавшая АБС может увеличивать тормозной путь автомобиля. Главным образом это зависит от настройки и чувствительности АБС и особенно проявляется при торможении с высоких скоростей (например, на трассе).
Еще важный нюанс – это вибрация на педали, которая свойственна практически всем автомобилям, при срабатывании АБС. У некоторых водителей (например, у моей жены) это вызывает некоторую растерянность, вследствие которой он машинально ослабляет усилие на педали тормоза или отпускает её вовсе! Разумеется, этого делать не следует! Поэтому если вы впервые садитесь за руль автомобиля оснащенного АБС, потренируйтесь где-нибудь на закрытых площадках.
Сформулировать назначение АБС просто — она препятствует блокировке колес при торможении. Слишком сильно нажата педаль тормоза? Не беда — электроника, сравнивая сигналы датчиков скорости вращения на каждом из колес, определяет момент внезапной остановки колеса и, открывая электромагнитный клапан, сбрасывает излишки давления из тормозной магистрали в специальный гидроаккумулятор. Тормозные колодки разжимаются, вращение колеса восстанавливается, клапан вновь подключает магистраль к давлению, которое с помощью вакуумного усилителя тормозов создает правая нога водителя. И если это давление все еще слишком велико, то цикл повторяется вновь и вновь. В салоне включение АБС проявляется треском при работе исполнительного блока и толчками на педали тормоза, более или менее заметными в зависимости от конструкции системы.
Фактически, АБС имитирует действия опытного водителя, который на скользкой дороге избегает блокировки колес, пользуясь прерывистым торможением. Но АБС делает это с недоступной человеку частотой и аккуратностью — до 15 раз в секунду. В результате АБС должна не только обеспечить автомобилю минимальный тормозной путь, но и заставить его слушаться руля — ведь колеса катятся и воспринимают боковую силу, насколько позволяет сцепление шин с покрытием. И это — основное преимущество АБС. Ведь в случае блокировки колес машина неуправляемо скользит прямо, даже когда баранка вывернута до упора.
Казалось бы, все уже ясно. Антиблокировочные системы признаны всем цивилизованным автомиром и уже стали стандартным оборудованием на автомобилях, начиная со среднего класса. Но часто раздаются и голоса недовольных.
«Никакая электроника не сравнится с опытным водителем, — говорят одни. — Дайте мне такую же машину без АБС, и я остановлюсь раньше!»
Другим не нравится то, что АБС, вмешиваясь в процесс торможения, начисто исключает участие человека. Как ни дави на педаль, она с малоприятной вибрацией будет выталкиваться обратно. Машина тормозит сама, повлиять на ход замедления нельзя никак, к тому же с АБС очень сложно рассчитать тормозной путь и спрогнозировать, где же остановится автомобиль. Остается только ждать… Нестерпимо для водителя, привыкшего владеть ситуацией!
А третьи кивают на раллистов. Мол, недаром те боятся АБС, как чумы! А им-то, спортсменам, виднее…
Для того, чтобы расставить все по местам, мы пошли на технологическое преступление. Нашли под капотом штекер, который подходит к исполнительному блоку АБС, и вытащили его из гнезда, заставив загореться желтую контрольку АБС и тревожно замигать красную лампочку тормозов в комбинации приборов. Так мы дезактивировали неотключаемую антиблокировочную систему.
Испытания проходили по такой схеме. Мы выбрали четыре основных упражнения: торможение на прямой — на однородном и смешанном покрытии (миксте), в повороте и во время объезда препятствия (то есть при выполнении маневра переставка). Passat оснастили регистрирующей аппаратурой, точно измеряющей скорость и тормозной путь. А за рулем находились наши эксперты-испытатели. Впрочем, некоторые из упражнений было предложено совершить и обычным водителям самой разной квалификации — от начинающего автолюбителя до опытного профессионала. Все могли потренироваться перед контрольными заездами, привыкнуть к автомобилю и «пристреляться» к очередному маневру.
Каждое упражнение выполняли в две серии. Сначала делали более десяти заездов с работающей АБС, потом отключали систему, и автомобиль вновь спешил к размеченной яркими вешками трассе очередного маневра.
Датчик скорости вращения колеса располагается в ступице
С антиблокировочной системой все просто: хочешь получить максимально возможное замедление — топи, недолго думая, педаль в пол. А как тормозить без АБС?
Сначала мы попробовали все делать «по теории» — тормозить на грани блокировки колес. Не выходит! Слишком чуткая фольксвагеновская педаль не позволяет точно дозировать тормозную силу — и мы ошибаемся, причем как в ту, так и в другую сторону. И это в спокойной обстановке. А попробуйте-ка это сделать в экстремальной ситуации, когда грозит авария!
Тогда мы применили испытанный способ — прерывистое торможение.
А для сравнения пробовали, не мудрствуя лукаво, тормозить «в пол», с блокировкой колес. В чем разница? На прямой главное отличие — в курсовой устойчивости. Особенно ярко это проявилось при торможении на миксте. Под левыми колесами был мокрый асфальт, а под правыми — заснеженная обочина.
С включенной АБС машину сперва начинает уводить в сторону покрытия с лучшим сцеплением, но электроника работает исправно: Passat мгновенно выравнивается и дальше тормозит по прямой, практически не требуя подруливаний. Во время прерывистого торможения без АБС водителю приходилось немного подруливать, да и тормозной путь оказался больше.
Зато с полной блокировкой колес автомобиль тормозил почти так же эффективно, как с АБС. Но при этом его резко разворачивало влево на опасный угол — до 40о!
Выигрыш АБС здесь очевиден.
Лед бывает гладким, как зеркало, и шершавым, как поверхность наждака. Снег бывает плотным, раскатанным, рыхлым, слипшимся, смерзшимся…
К чему это мы? А к тому, что каждое покрытие имеет свою специфику, и после наших испытаний дать однозначный ответ на интересующий всех вопрос — в каких условиях тормозной путь с АБС будет меньше, чем без нее — мы не можем!
Вариантов масса. К примеру, когда при неоднократных остановках на одной и той же прямой колеса нашего автомобиля накатали колею раскрошенного шипами шершавого льда, то тормозной путь с АБС и без нее с заблокированными колесами оказался почти одинаковым. Недаром наши спортсмены говорят, что самое «цепкое» покрытие — не асфальт, а исполосованный «гвоздями» ледяной трек.
А на снегу — вот так сюрприз! — машина с АБС останавливалась немного позже. Все дело в том, что на снежном покрытии коэффициент сцепления оказался ниже, чем на шероховатом льду — шипы здесь работают не столь эффективно. Для АБС, видимо, это оказалось невыгодным. Зато при «обычном» прерывистом торможении (нажал—отпустил—нажал) за период блокировки колес перед ними образуется снежный валик, который и помогает машине замедляться более интенсивно. Работа же АБС препятствует блокировке колеса — и валика не получается.
НЕ БОЙТЕСЬ КРУТИТЬ РУЛЬ!
Торможение в повороте (лед)
Представьте себе вполне реальную ситуацию: перед вами в скользком повороте внезапно заносит грузовик, и его разворачивает поперек дороги. Или другую: из бокового проезда на неширокую улицу прямо перед носом выскакивает машина и перегораживает вашу полосу, оставляя свободной лишь встречную.
На волне хлынувшего в кровь адреналина водитель панически, рефлекторно, что есть мочи нажмет на тормоз. Колеса заблокируются. А с заблокированными колесами машина в первой ситуации вылетит наружу поворота, а во второй — врежется в препятствие. Ибо без АБС избежать аварии поможет только прерывистое торможение, а тут от водителя требуется не только выдающееся хладнокровие и выдержка, но и незаурядное мастерство.
И вот наш пример. Опытнейшему эксперту понадобилось призвать на помощь все свое умение, чтобы, чередуя строго дозированные толчки по педали тормоза и точную работу рулем, повторить и даже чуть превзойти результаты тех же маневров с АБС.
Но что с того? Ведь даже испытателю понадобилось для этого сделать больше десяти пристрелочных заездов, а в реальной ситуации шанс будет только один! И электроника здесь сработает надежно и во благо.
При торможении в повороте задача водителя вообще была простейшей: нажал на тормоз, повернул руль — и автомобиль, четко отслеживая заданную траекторию, интенсивно замедляется. Это доступно любому. Важно только помнить, что во время торможения с АБС машиной можно и нужно управлять. Не оцепенело сжимать руль, а смело им действовать!
Сокращает ли ABS тормозной путь? И вообще моё отношение к электронике
Опять снега навалило… насколько же больше сцепления у колес под тягой! На заднем приводе хорошо ездится только вокруг передних колёс… Что-то я отвлекся.
Сокращает ли антиблокировочная система тормозной путь? С одной стороны тема примитивная, с другой – востребованная, в чем легко убедиться, почитав баталии на автомобильных форумах. Задав этот вопрос гуглу, вы получите противоположные ответы. При этом они будут как-то аргументированными, иногда даже, казалось бы, самым наглядным образом – натурными сравнениями, запечатленными на видеокамеру (ютюб пестрит подобными роликами).
Как так получается? Очень просто: задавая вопрос, сокращает ли ABS тормозной путь, необходимо уточнить – по сравнению с чем? Какая именно ABS? И где? Без этих ответов все рассуждения не имеют смысла.
ABS – антиблокировочная система тормозов. То есть из её названия следует, что она придумана для того, чтобы не давать колёсам блокироваться при торможении. Как она устроена с механической точки зрения, описывать смысла не вижу, так как это сто раз разжевано и ничего нового я тут не скажу.
Давайте посмотрим на неё в действии.
Как видим, в данном случае, когда колесо блокируется, ABS приотпускает тормоза, позволяя колесам начать катиться, потом опять позволяет им заблокироваться, и так по кругу. Неужели это лучший способ остановить автомобиль?
Для начала поговорим о том, как именно автомобиль тормозит.
Автомобиль замедляет сила трения (сила сцепления), которая имеется между колесами и дорогой. Чем больше сила сцепления, тем быстрее замедляется автомобиль. Причем тут речь идет о сумме тех четырех сил, что действуют в пятне контакта каждой из шин.
Начнем с сухого асфальта, и для начала рассмотрим торможение одного колеса в отрыве от автомобиля.
В интернете вы можете прочитать, что по асфальту автомобиль с заблокированными колесами тормозит хуже, чем с катящимися, «потому что сила трения покоя больше, чем сила трения скольжения». Однако помимо того факта, что заблокированная шина в пятне контакта нагревается настолько сильно, что начинает плавиться, и машина по сути тормозит как по смазке — в данном случае и для катящегося колеса работает далеко не школьная физика. Из-за этого возникают явления, которые не поддаются объяснению с точки зрения школьных знаний и обычной человеческой логики, например зависимость сцепления от угла увода колеса.
Если вы когда-нибудь пытались разобраться с автомобильной физикой, вы наверняка встречали графики наподобие этого:
В данном случае график очень сильно схематичный, но нам важна его суть.
Если вы никогда не встречали понятия «угол увода», то вот эти картинки вам объяснят, что это такое:
Говоря простым языком, график изображает то, что сила сцепления, которую может развить шина, зависит от того, насколько эта шина «деформирована» приложенной к ней силой, и максимальное сцепление шина развивает при некотором среднем значении «сдвига». Если смотреть на это с точки зрения школьной физики, это кажется абсурдом. Но в реальном мире всё обстоит именно так. Для того, чтобы намекнуть, откуда берется это явление, хочу оставить тут скан первой страницы раздела «Трение и механика контактного взаимодействия эластомеров» книги «Механика контактного взаимодействия и физика трения. От нанотрибологии до динамики землетрясений» / Попов В.Л. — М. : ФИЗМАТЛИТ, 2013, в которую (и ей подобные) вы углубитесь при желании сами.
Ровно это же явление возникает и когда автомобиль замедляется (или ускоряется) по прямой – точно так же происходит некоторая деформация резины, только сдвиг этот не поперечный, а продольный.
И именно на этом явлении (вот мы и подошли к тормозящему колесу!) основан приём, называемый «threshold braking» (прошу прощения за обилие английских терминов – к сожалению, общепринятые русскоязычные аналоги существуют не всегда, поскольку у нас вообще гоночная теория развита слабо). По сути, максимальную силу сцепления при торможении шина развивает не когда она катится, а когда немного проскальзывает, то бишь когда за один оборот колеса шина проходит расстояние немного больше (а в случае разгона – меньше), чем длина своей окружности. То есть самое эффективное торможение – это торможение не просто на грани блокировки, а торможение, когда колесо всё ещё продолжает крутиться, но уже начало проскальзывать.
Это чисто гоночный приём. Сами можете представить, сколько нужно тренироваться гонщику, чтобы научиться тормозить именно так.
Но доступен ли этот приём современной ABS? В теории — вполне! ABS видит не только полную блокировку колеса, но и замедление его вращения (сам алгоритм вычисляет так называемую «справочную скорость»), а частота «проверок и реакции» у неё достаточно большая (может быть порядка 20 раз в секунду).
Посмотрите, как тормозит этот Ниссан (с 20-й секунды — максимально замедленный, т.е. самое наглядный кусок):
В данном случае начиная с определенной скорости (хорошо заметно в конце торможения) автомобиль выполняет тот самый гоночный threshold braking – алгоритм ABS здорово попал в покрытие и прочие переменные.
Почему же все гражданские машины не тормозят всегда именно так? Потому что не всё так просто.
Вспомним об одном из важнейших предназначений ABS – при паническом торможении «в пол» сохранить автомобилю управляемость, то есть адекватную реакцию на руль. Если водитель поворачивает руль – автомобиль должен поворачивать. А как мы знаем, если автомобиль находится в предельном торможении, то повернуть он абсолютно не способен ни на миллиметр. Чтобы вернуть автомобилю способность поворачивать, нужно снизить интенсивность его замедления, причем чем сильнее мы хотим поворачивать, тем сильнее нам нужно «растормозить» автомобиль. Гонщик это делает, приотпуская педаль тормоза (ещё один гоночный приём — trail braking, используется как раз для того, чтобы занести торможение поглубже в поворот), но у нас имеется паническое торможение «в пол», поэтому эта задача ложится на плечи ABS.
Современная ABS «видит» и поворот руля, а вот какую часть доступного сцепления отдать на торможение, а какую на поворот – это вопрос к настройке конкретной системы на конкретном автомобиле. Некоторые автомобили очень плохо слушаются руля при торможении со срабатыванием ABS, но при этом хорошо тормозят, другие при торможении «в пол» легко объезжают препятствия, но при этом слишком сильно «растормаживаются» и укатываются дальше (при этом в зависимости например от покрытия они могут меняться местами). Как производитель видит предназначение, что он считает более безопасным для целевой аудитории данного автомобиля – так и настраивает систему.
Далее, если ABS используется в гонках (а во многих сериях ABS разрешена), то как правило это спортивная, настраиваемая ABS, и гонщик имеет возможность её настроить под каждую конкретную трассу. Гражданскую же ABS настраивают один раз, когда создают машину (максимум могут сервисной кампанией поправить алгоритмы), и она должна нормально работать на любом покрытии в любых условиях. Вообще, от спортивной ABS требуется именно хорошо тормозить, при этом «подчистив» неточности пилота, а некоторая нестабильность автомобиля и потеря управляемости (потеря способности поворачивать) – это то, с чем пилот способен справиться самостоятельно. Тогда как «гражданской» ABS важнее всего сохранить автомобилю устойчивость и управляемость, при этом минимальным тормозным путем можно и пожертвовать. Именно поэтому некоторые, а точнее даже многие гонщики «не любят» гражданские ABS. Приведу условный (но зато наглядный) пример – подброс автомобиля на поребрике, совмещенный с торможением. При подбросе колёса одной стороны автомобиля оказываются в воздухе, то есть дорога перестаёт оказывать им сопротивление, и торможение сразу их блокирует. ABS эту блокировку определяет и полностью растормаживает вторую сторону, которая держится за асфальт и всё ещё способна тормозить, причем довольно эффективно. Для ABS такая ситуация подобна той, когда автомобиль одной стороной интенсивно тормозит по асфальту, а второй – по голому льду. Если ничего не сделать, автомобиль развернёт — и ABS растормаживает «асфальтовую» сторону, не давая автомобилю отправиться во вращение. Но дело в том, что разворачивает автомобиль довольно плавно, и подготовленный пилот способен парировать это рулем и приотпусканием педали тормоза. Желание машины развернуться его не пугает, а вот то, что машина перестаёт тормозить, ему крайне не по душе, так как портится время круга.
Ровно этот же эффект дают ямы или кочки на дороге, брусчатка и т.п., в общем всё то, что заставляет колеса «прыгать» по дороге, теряя сцепление. Если у машины не очень хорошая или неудачно настроенная под данный конкретный участок покрытия подвеска (а колеса на дороге держит именно подвеска) и/или не очень хорошо настроена электроника, то происходят вот такие «казусы» – наверняка многие водители с большим стажем на такие эффекты попадали. Аналогично работают и резкие перестроения, особенно на высоких и валких машинах (которые при резких маневрах сильно разгружают внутренние колёса).
Ещё раз повторюсь, что это не недостаток ABS в принципе, это недостаток данной конкретной системы, её настройки, так как алгоритмы работы ABS пытаются все эти моменты учитывать. Либо это может быть даже не недостаток, а просто компромисс в настройке, и прежде чем ругать ABS, стоит выяснить, не получилось бы хуже, если бы она вас не растормозила; если вам не хватило навыков справиться с растормаживанием машины, то почему вы думаете, что вам хватило бы навыков справится с машиной, потерявшей устойчивость и управляемость?
Конечно, в крайних случаях это крайне неприятно :
Но водитель может и должен знать такие ограничения своей машины и уметь с ними справляться (в частности, приотпустить на долю секунды до разгруза педаль тормоза, знать, как «перезапустить» ABS и так далее). Совсем без ABS ему было бы намного тяжелее.
В общем, подводя итог этой части, можно только процитировать производителя системы ABS, компанию BOSCH: «The ABS function is a compromise between drivability and brake effectiveness. Drivability is the primary focus for passenger based vehicles. The ABS is designed to keep the passenger vehicle maneuverable and stable under any circumstances and under any conceivable driving conditions. In a motorsports context, this compromise shifts towards brake effectiveness, as experienced drivers can still control a slightly unstable vehicle.»
Теперь перейдем к четырем колёсам.
Помните, выше я приводил выдержку из «трения эластомеров», когда рассказывал об угле увода? Ещё один важный эффект особенности трения шины и асфальта называется «tire load sensitivity». Если попробовать его сформулировать простым языком, то получится примерно следующее – когда шина сильнее начинает давить на асфальт, её сцепление с асфальтом растет медленнее, чем растет сила, с которой она давит на асфальт; или, если вам больше нравится такая формулировка, коэффициент сцепления шины с асфальтом падает при увеличении силы, с которой шина давит на асфальт (то есть по сути с увеличением веса). На практике это означает, что любое перераспределение веса автомобиля снижает его сцепление с дорогой – нагруженные колёса приобретают меньше сцепления, чем теряют разгруженные. Именно поэтому спортивным автомобилям стараются сделать как можно более низкий центр масс, как можно более широкую колею и т.п. – это всё снижает перераспределение веса при боковых и продольных ускорениях. И поэтому же важнейшим свойством любого автомобиля является его развесовка (а так же его момент инерции, но это немного из другой области).
С точки зрения торможения это означает, что чем больше у автомобиля база и чем ниже центр масс, а так же чем удачнее он развешен, тем быстрее он способен остановиться. В теории – если бы он пытался тормозить всеми колесами как можно лучше. Но, во-первых, многие гражданские автомобили ради безопасности настроены так, чтобы тормозить гораздо «сильнее» передними колесами, чем задними. Чтобы автомобиль максимально тормозил всеми четырьмя колесами, он должен быть очень тонко настроен. Поэтому для исключения блокировки задних колёс (которая мгновенно приводит к потере устойчивости) при любом торможении на любом покрытии автомобили настраивают так, чтобы основную работу выполняли именно передние колёса, что важность низкого центра тяжести резко снижает.
Во-вторых, тут очень важно то, как настроена подвеска. Именно подвеска удерживает колёса автомобиля на дороге.
Посмотрите, как работает подвеска автомобиля при спокойном движении по ровному асфальту:
Причем не надо думать, что это важно только для плохих дорог. На треке, где асфальт «ровный как стол», подвеска очень часто работает вообще на всю длину хода. Но чем хуже дорога – тем хуже ситуация (раллийный VW Polo или Hyundai i20 имеет ход подвески 30см), и если бы не было подвески, колёса гораздо больше времени проводили бы без сцепления с дорогой.
Поэтому для минимизации тормозного пути важно и то, насколько качественно настроена подвеска. Самый банальный и наглядный пример – не желающий останавливаться на гребенке или брусчатке под трамвайными путями автомобиль (на таком покрытии даже авто без ABS будет останавливаться гораздо хуже, чем на ровном асфальте).
И это мы рассмотрели только сухой асфальт. А ведь бывает ещё и грязный асфальт, и другие различные покрытия, такие как лёд или сыпучие грунты, где физика взаимодействия шины и покрытия совсем другая, в частности, требуемая для максимального замедления степень блокировки может быть совершенно другой (и даже разной для разных шин)…
А есть ещё один пласт проблемы – несовершенство водителя, его навыков. Есть очень много типичных ошибок, которые в предаварийных ситуациях совершает водитель типичного среднего уровня. Для примера, когда в повороте поскальзываются передние колёса и машина начинает ехать мимо поворота, естественная реакция плохо обученного водителя – повернуть руль ещё глубже в поворот, хотя законы физики требуют ровно обратного действия. Таких типичных ошибок очень и очень много. Производители автомобилей очень хорошо знают их все, и настраивают свои машины таким образом, чтобы их скомпенсировать. На ездовых качествах это зачастую сказывается печальным образом, но зато убиться на таком автомобиле значительно труднее.
В общем, представьте, с каким количеством сложностей сталкиваются производители, которые должны один раз и на все случаи жизни настроить ABS на машине, на которой к тому же поедет человек, который слыхом не слыхивал о торможении ничего, кроме того, что для него существует левая педаль…
Хотя вся необходимая информация у блоков управления есть – скорости вращения колёс, угол поворота руля, ускорения и угловая скорость автомобиля вокруг вертикальной оси – обо всём этом сообщают соответствующие датчики, имеющиеся в системе ABS (а точнее, в системе, которую принято делить на несколько разных – ABS, ESP и т.д., хотя по сути это единый комплекс). Иногда для помощи этим датчикам у машины есть ещё и кнопки, которые может нажать водитель, сообщив машине, по какому конкретно покрытию он сейчас едет (обычно такое бывает на внедорожниках, или например знаменитая «асфальт-гравий-снег» у Митсубиси Эво). И иногда такие машины очень здорово тормозят по снегу, льду…
Вопрос лишь в том, насколько скрупулёзно производитель написал программные алгоритмы для того, чтобы торможение автомобиля находилось в максимальной гармонии с законами физики, насколько его алгоритмы готовы к различным покрытиям и насколько способны скомпенсировать эффекты наподобие тех, что возникают на гребенке, единичных подбросах колеса и так далее. А так же в том, каким производитель видит позиционирование своего автомобиля и его целевую аудиторию.
Итак, сокращает ли ABS тормозной путь? Теперь ответ очевиден. 🙂
Каково моё личное отношение к ABS и вообще к электронике? На двух из моих машин ABS не было предусмотрено изначально, на двух других я периодически её выключал, чтобы потренироваться ездить без неё (хотя традиционные варварские способы с предохранителями или отсоединением датчиков – это плохая идея, т.к. у грамотных тормозов для начала должен быть правильный баланс, а мы его нарушаем, выводя из строя отвечающую за него электронику). Безусловно, без ABS ездить интереснее, но в предуборной ситуации на дороге или в режиме атаки на время (не на тренировке, а при потребности поставить своё лучшее время здесь и сейчас) я однозначно предпочту качественно настроенную ABS её отсутствию. Она высвобождает некоторую часть ресурсов мозга, которые можно направить на другие моменты — более точную подготовку машины к повороту, более точный выбор точки торможения и так далее. Конечно, на заезженном до дыр треке разницы практически никакой, но если ехать «с листа» и «на ушах», то это ощущается весьма сильно. По словам мастера спорта международного класса Станислава Грязина, спортивная ABS помогает ему снять с круга Нордшляйфе около 10 секунд. Да, ездить без электроники весело. Но в вождении автомобиля бывают такие ситуации, когда вслед за «весело» возникают весьма печальные последствия. Взять, допустим, систему стабилизации на моей текущей BMW. Выезжая на трек, я сразу же её полностью отключаю – она там просто лишняя. Но если я поеду на Нордшляйфе, которая больше напоминает раллийный доп, чем стационарный автодром — выключить её полностью мне в голову не придёт, даже если она где-то будет излишне на мой взгляд перестраховываться, учитывая сложность трассы и тот бешеный ход, который там есть, и понимая, что малейшая ошибка – и в лучшем случае придется 2.5 тыс км тащить на эвакуаторе остатки машины, предварительно отдав несколько тысяч евро за забор и эвакуацию… Можно считать себя крутым водителем, катаясь по МКАДу, но когда шутки реально заканчиваются, идея отказываться от подстраховки электроники перестаёт казаться удачной.
Конечно, повторюсь, надо хорошо знать собственную машину, то, как именно у неё настроена электроника, что она позволяет, какие ограничения накладывает, с чем вы как водитель способны справиться, а с чем – нет. Слова о том, что «я догнал переднюю машину, потому что ABS не тормозила» или «я бы вышел из заноса, если бы мне ESP не отключила педаль газа» — это на мой взгляд абсолютный абсурд, и до своего столба такие водители доехали бы намного раньше, если бы не «злые» ABS, ESP… Проблема не в том, что человек ударил машину – все мы люди, все ошибаемся, проблема в том, что причина и виновный были установлены совершенно неправильно, а значит шансы повториться у такой ситуации сильно выше.
Правда, у электроники есть и обратная сторона. Она может сильно расхолаживать водителя, не говоря о том, что навыков для управления такими машинами требуется намного меньше. Посмотрите для примера, человек ругает систему стабилизации BMW, потому что она «включается слишком поздно, позволяет заносу начаться, а потом резко вмешивается». На счет «слишком поздно» – и в режиме Sport+, в котором она включается намного позже, она уверенно парирует даже грубые ошибки водителя, в обычном же режиме она заботливее няньки над младенцем; а фразу «слишком резко» проясняет следующая: «У Ауди лучше было, тамошняя ESP вообще не позволяла заноса, и было понятно — хочешь ехать без заносов, держи стабилизацию включённой». Вообще-то, если хочешь ехать без заносов – не позволяй машине скользить, не выходи за грань сцепления шин с дорогой. А если не чувствуешь эту грань («Хотелось бы чтобы она делала свою работу предсказуемо») – то лучше пусть система стабилизации тебя чуть (абсолютно безопасно) поддёрнет, показав, что вообще-то машина уже теряет сцепление, чем если ты будешь ехать по грани, совершенно этого не понимая и не умея такое движение контролировать. Регулярно встречаю людей, которые считают, что система стабилизации – это штука для того, чтобы можно было быстрее заезжать в повороты, при этом не умея управлять автомобилем.
А касательно плохой системы стабилизации на BMW… Как вы думаете, меньше ли раскладывается Audi, чем BMW? Риторический вопрос. Хотя BMW пока ещё всё же позволяет полностью отключить систему стабилизации
Напоследок – ещё один красивейший ролик работы ABS. После прочтения данной заметки вы лучше будете понимать, что именно видите. Кстати, обратите внимание на задние колёса.
———————————-
P.S. Друзья, хочу объясниться по поводу «много букв», поскольку очень много таких комментариев, некоторые дошли даже до обвинения в неуважении к читателям :). Статей на тему «сокращает ли ABS тормозной путь» написано уже миллион, даже на драйве вбейте в поиск эти слова — и увидите их целую пачку, и «много букв» там не будет. Там будет что-то типа «Мифы об АБС, миф1 — ABS сокращает томозной путь. На самом деле ABS предназначена для того, чтобы сохранить и бла-бла-бла». Всё это было бы замечательно, если бы от этой информации была какая-нибудь польза… Только вот вы продолжаете искать, и видите как, например, двухкратный чемпион России по ралли (и, кстати, замечательный педагог) говорит о том, что ABS тормозной путь сокращает. И что?
«Много букв» тут именно потому, что я хотел дать полезную информацию о том, как дело обстоит в реальности, а не выдать какой-то догмат из трех слов, который всё равно будет верен только в 50% случаев, как те динозавр и блондинка. В данной теме нет догмата, в данной теме одни нюансы. А если хочется догматов из трех букв — никто же не заставляет вас читать мой блог, погуглите другие, короткие. Вообще изначально блог родился из того, что в форумных спорах мне надоело одно и то же постоянно писать людям, которые прочитали три слова и решили, что теперь они обладатели абсолютного знания, и я всё это начал оформлять в посты, чтобы можно было просто давать на них ссылки.