Антиблокировочная система (АБС, ABS): торможение без юза
В современных автомобилях широко используются не только пассивные, но и активные системы безопасности, которые помогают водителю выйти из критической ситуации, не допустив аварии. Одна из наиболее распространенных и эффективных систем — антиблокировочная (АБС), препятствующая блокировке и скольжению колес при торможении. Об этой системе, ее устройстве, работе и особенностях читайте в данной статье.
Назначение антиблокировочной системы
Казалось бы, что может быть проще торможения автомобиля — достаточно остановить вращение колес, и машина остановится. Однако здесь все не так однозначно и просто, как кажется, и иногда простое торможение может привести к совершенно неожиданным результатам. Наверняка, каждый водитель попадал в ситуацию, когда при резком нажатии на тормоз автомобиль не спешил остановиться, напротив — заблокированные колеса просто скользили по дороге, увеличивая тормозной путь, машина шла юзом, и сильно возрастала вероятность аварии. В чем причина?
А причина проста и кроется в блокировке колес при сильном нажатии педали тормоза. Вращающееся колесо имеет постоянное по площади пятно контакта с дорожным покрытием, и, несмотря на вращение колеса, в каждый момент времени в этом пятне контакта наблюдается сила трения покоя — она-то и обеспечивает хорошее сцепление колеса с дорогой и управляемость автомобиля.
Но при сильном нажатии на педаль тормозные колодки полностью блокируют колеса, и они идут юзом, то есть — просто скользят по дороге. В этом случае тоже сила трения покоя в пятне контакта сменяется силой трения скольжения, и это коренным образом меняет дело. Действующая сила трения скольжения меньше силы трения покоя, а значит, колесо теряет контакт с дорогой, автомобиль скользит и становится практически неуправляемым. Любая боковая сила (а это может быть неровность дороги, неравномерность во вращении ведущих колес и т.д.), возникшая при скольжении, заставляет автомобиль отклониться от прямолинейной траектории — так возникают заносы, боковое скольжение и, как следствие, аварийные ситуации.
Предотвратить неконтролируемое скольжение можно правильным торможением, при котором не возникает блокировки колес. Опытные водители для этого используют специальную методику торможения — они резко и быстро нажимают и отпускают педаль тормоза, на короткое время блокируя колеса и тут же их отпуская. При таком торможении колеса не блокируются полностью, не идут юзом, и автомобиль не срывается в занос.
В современных автомобилях проблему блокировки колес при торможении решает специальная активная система безопасности — антиблокировочная система (АБС). Эта система в автоматическом режиме препятствует блокировке колес, обеспечивая наиболее эффективное торможение, сохраняя управляемость автомобиля, и препятствуя возникновению аварийной ситуации. Также АБС обеспечивает возможность маневрирования автомобиля при экстренном торможении, что вносит большой вклад в повышение безопасности автомобиля.
Интересно, что первые попытки создать подобную систему были предприняты всем известной компанией Bosch (которая вообще преуспела в деле создания автомобильных систем безопасности) в 1930-х годах, однако технологии того времени не позволяли создать нормально работающую систему. В 1960-е годы на эту тему вновь обратили внимание, что было связано с развитием электроники, однако первые успехи были достигнуты десятилетием позже — уже в 1970-х годах АБС стала в качестве опции предлагаться в представительских автомобилях, а с 1978 года система стала штатной для некоторых моделей BMW и Mercedes-Benz. И относительно недавно — в 2004 году — было принято законодательное решение об обязательной установке антиблокировочной системы на всех новых автомобилях, продаваемых на территории Евросоюза.
В заключении нужно заметить, что аббревиатура ABS имеет немецкое происхождение, она означает Antiblockiersystem. Однако она с одинаковым успехом подходит как под английское название системы (Antilock Brake System), так и под русское (АБС — антиблокировочная система).
- гидронасос
- аккумулятор давления
- ЭБУ
- колесные датчики
- блок электромагнитных гидроклапанов
Устройство АБС
Антиблокировочная система имеет довольно простое устройство, она включает в себя несколько основных элементов:
- Датчики частоты вращения колес;
- Электронный блок управления;
- Исполнительные устройства — гидромодуляторы АБС.
Датчики вращения колес. Эти датчики измеряют угловую скорость вращения колес, и на основе получаемой информации электронный блок управления принимает решение о включении АБС. Сегодня наиболее часто используются датчики, основанные на эффекте Холла, распространение получили и простые индукционные датчики.
Электронный блок управления. Это компьютер, "мозг" всей системы, он обрабатывает информацию с датчиков, и при возникновении критической ситуации включает в работу исполнительные устройства. Сегодня очень часто используется единый электронный блок для управления АБС, антипробуксовочной ситсемы, системы курсовой устойчивости и других активных систем безопасности.
Исполнительные устройства. Обычно в АБС входит гидравлический блок, в котором объединены различные компоненты — клапаны, насос, аккумуляторы давления и т.д. Часто этот блок называют гидромодулятором, так как он создает переменное давление в системе с частотой 15-20 раз в секунду.
Интересно отметить, что АБС может быть легко интегрирована даже не в самый новый автомобиль — современные антиблокировочные системы представляют собой компактный и легкий набор компонентов, который несложно подключить к штатной тормозной системе. Наиболее совершенные образцы АБС от компании Bosch весят не более килограмма и могут устанавливаться практически на любые автомобили, в том числе и грузовые.
Принцип работы АБС
Работу антиблокировочной системы можно разделить на три этапа:
- Возникновение критической ситуации (риск блокировки колес) — электронный блок принимает решение о включении гидравлического блока;
- Работа гидравлического блока — периодическое повышение и понижение давления в тормозной системе;
- Выключение системы при разблокировке колеса.
Здесь нужно отметить, что современные АБС работают на основе алгоритмов, заложенных в электронном блоке управления, и срабатывание системы происходит не в момент блокировки колес, а заблаговременно. Конечно, наиболее просто было бы сделать систему, в которой датчики отслеживали бы скорость колес, и при остановке колеса запускали бы механизм его разблокировки. Однако на деле такая система неэффективна, так как она включается тогда, когда колесо уже заблокировано, а значит, она не решает проблему.
Алгоритмы работы АБС составляются на основе измерения скорости и углового ускорения колес, и действуют "на опережение" — водитель резко нажал на газ, а систему уже «знает», что при текущей скорости это с большой вероятностью приведет к блокировке колес, и начинает действовать. Собственно, развитие современных антиблокировочных систем и направлено на повышение эффективности ее работы на всех режимах и скоростях.
Работа АБС выглядит следующим образом. При возникновении критической ситуации (угловая скорость колеса резко снижается) электронный блок включает гидромодулятор, который сначала стабилизирует давление в тормозном цилиндре колеса (закрывает впускной и выпускной клапаны), а затем обеспечивает пульсацию давления тормозной жидкости. При падении давления (открывается выпускной клапан, и тормозная жидкость подается в аккумулятор давления) колесо перестает блокироваться и проворачивается на некоторый угол, при повышении давления (тормозная жидкость нагнетается в цилиндр через впускной клапан) колесо подтормаживается. В итоге колесо не тормозится полностью, а медленно проворачивается, находясь на грани блокировки.
Пульсация давления тормозной жидкости происходит с частотой 15-20 раз в секунду, и это отчетливо чувствуется ногой — педаль тормоза при включении АБС также начинает пульсировать. При достаточном снижении скорости и устранения риска блокировки система отключается. Работа системы обычно отображается соответствующим индикатором на приборной панели автомобиля.
Выше мы сказали, что колеса при срабатывании АБС находятся на грани блокировки, а где лежит эта грань? Для определения часто используется такое понятие, как степень заторможенности колеса, которая изменяется от 0% (колесо полностью расторможено) до 100% (колесо заблокировано). Наиболее эффективное торможение производится при степени заторможенности колеса на уровне 15-20% — именно до такой степени затормаживает колеса антиблокировочная система.
В целом, работа АБС имитирует тот стиль торможения, который издавна используется опытными водителями для предотвращения юза — резкие и частые нажатия и отпускания педали тормоза. Только электронная система работает надежнее, качественнее и эффективнее, чем самый опытный шофер.
Типы антиблокировочных систем
На сегодняшний день существует четыре основных типа АБС, которые отличаются количеством управляющих каналов. Каналов может быть от одного до четырех, и каждый тип системы имеет соответствующее название.
Одноканальная АБС. Система управляет сразу всеми колесами одновременно, в такой системе предусмотрено по одному впускному и выпускному клапану, и давление жидкости изменяется сразу во всей тормозной системе. Обычно одноканальная АБС управляет только колесами ведущей оси, при этом используется один датчик. Такая система не отличается эффективностью, и часто может давать сбой.
Двухканальная АБС. В такой системе отдельно управляются колеса каждого борта. АБС этого типа неплохо работает, так как очень часто автомобиль в экстренных ситуациях съезжает на обочину, и в момент включения АБС колеса правого и левого бортов находятся на поверхностях с различными характеристиками, поэтому для их эффективного торможения необходимо использовать разные алгоритмы АБС.
Трехканальная АБС. В данной системе колеса задней оси управляются одним каналом (как в одноканальной системе), а передние колеса имеют индивидуальное управление.
Четырехканальная АБС. Это наиболее совершенная АБС, в ней на каждом колесе имеется датчик и клапаны, чем достигается максимальный контроль и возможность управления каждым колесом независимо от других.
Разные типы АБС неодинаково работают на различных типах транспортных средств, поэтому все они сегодня получили то или иное распространение. Важную роль играет и цена систем — четырехканальная стоит дороже других, поэтому устанавливается на дорогих автомобилях, трехканальные системы широко применяются на легковых машинах, двухканальные — на небольших грузовиках, и т.д.
Особенности управления автомобилем с АБС
Работа антиблокировочной системы имеет свои особенности, которые нужно учитывать при вождении автомобиля.
Сила нажатия на педаль тормоза. При экстренном торможении нужно жать педаль тормоза, что называется, в пол — АБС сработает только в этом случае. Сегодня многие автомобили оснащены дополнительной системой Brake Assist (системой помощи при экстренном торможении) — эта система определяет начало экстренного торможения, и если педаль тормоза нажата недостаточно сильно, она сама поднимает давление в тормозной системе, запуская действие АБС.
Обратная связь педали тормоза. При срабатывании АБС педаль тормоза начинает заметно пульсировать, что иногда пугает неопытных водителей. К этой особенности системы нужно просто привыкнуть.
Торможение на скользкой дороге на шипованной резине. Один из недостатков АБС кроется в невысокой эффективности торможения автомобиля, на котором установлены покрышки с шипами. Для такой машины лучшим торможением как раз будет блокировка колес — в этом случае шипы "вопьются" в лед и эффективно затормозят. Плавное качение шипованных колес несколько удлиняет тормозной путь.
Торможение на снегу, гравии и на дорогах с другим рыхлым покрытием. В этих случаях антиблокировочная система тоже не всегда оказывается эффективной, и часто, особенно на свежевыпавшем снеге, тормозной путь оказывается более длинным. Связано это с тем, что при блокировке колес на дороге с рыхлым покрытием срабатывает так называемый "эффект плуга" — перед скользящим колесом нагребается валик из рыхлого материала, который препятствует движению автомобиля и быстрее приводит к торможению.
Торможение на дороге с неровным покрытием. Если дорога изобилует ямами и кочками, то АБС может некорректно сработать из-за краткосрочного отрыва колеса от неровного дорожного полотна. Такое случается крайне редко, но плохих дорог в России много, поэтому лучше проявлять осторожность.
Маневрирование на тормозах. Большое преимущество наличия антиблокировочной системы — возможность уверенного управления и маневрирования автомобиля при экстренном торможении. Блокировка колес почти всегда приводит к срыву в занос и потере управляемости машины, но АБС обеспечивает уверенное сцепление колес с дорожным покрытием, поэтому автомобиль слушается руля. Это еще одна возможность избежать столкновения или сваливания в кювет в экстренной ситуации.
В остальном же эксплуатация автомобиля с АБС не имеет особенностей и сложностей, и напротив — такие машины лучше всего подходят водителям с малым стажем. Как показывает статистика, наличие АБС сокращает риск ДТП, что делает автомобили и дороги более безопасными.
