Несколько тормозных контуров
Наверняка все мы помним старые фильмы, в которых злоумышленники перерезают тормозной шланг, из-за чего тормоза перестают работать и главный герой попадает в аварию. Тогда это было актуально. Сейчас тормозная система имеет несколько контуров (обычно 2), это позволяет остановить машину даже в случае повреждения тормозного шланга или при других неисправностях. Существует 3 общепринятых схемы разделения тормозных контуров.
1-я заключается в том, что один контур действует на переднюю ось, а второй — на заднюю. Т. е. шлаг нужно перерезать не только спереди, но и сзади. Но, как показывает практика, достаточно перерезать шланг спереди, поскольку на переднюю ось приходится 60-70% тормозных сил, а на заднюю — всего лишь 30-40%, отсюда следует, что если поврежден передний контур, то тормозной путь удлиняется в среднем в 2,5 раза. Распределенная схема применяется на заднеприводных ВАЗах (2101, 2103, 2104, 2105, 2106, 2107), «Волгах» и УАЗах.
2-я схема называется диагональной. Суть ее заключается в том, что один контур действует на правое переднее и левое заднее колеса, а второй — на левое переднее и правое заднее. Это еще более коварная схема, чем предыдущая: если в 1-м случае просто увеличивается тормозной путь (в 2,5 раза), то теперь тормозной путь увеличивается в 2 раза, но при этом машину может развернуть, поскольку тормозные силы действуют по диагонали. Такая схема применена на переднеприводных ВАЗах (2108, 2109, 21099), Тавриях и некоторых других авто.
3-я схема является наиболее безопасной, поскольку 1-й ее контур действует на все 4 колеса, а 2-й — только на передние. В случае отказа 1-го контура положение спасет 2-й — тормозной путь увеличивается на треть (на 1 /3, а не в 3 раза), а в случае отказа 2-го контура — тоже на треть + 10%. Как видите, эта схема распределения тормозных контуров является самой оптимальной. Опа применена в автомобилях «Москвич», «Нива».
Регуляторы тормозных сил
Обладатели ВАЗов и других отечественных автомобилей наверняка знакомы с так называемым «колдуном». «Колдунами» называют регуляторы тормозных сил.
Регулятор тормозных сил конструктивно представляет собой клапан, который обслуживает перемещение кузова относительно заднего моста. Считается, что самый короткий тормозной путь тогда, когда все колеса находятся на грани блокировки, т. с. когда распределение тормозных сил соответствует нагрузке на осях. Но на практике распределение веса зависит от загрузки машины и от перераспределения веса при «клевке» в начале торможения. В этом случае (при «клевке») передние колеса нагружаются больше, а задние разгружаются.
Когда срабатывает «колдун», давление в задних тормозах растет гораздо медленнее, чем в передних, что не позволяет задним колесам сорваться в «юз». «Колдун» отлично справляется со своей задачей на сухом асфальте, чуть хуже работает на мокрой дороге. А зато на льду у него совсем ничего не получается: «клевок» будет несильный, поэтому задняя часть кузова не поднимется и клапан не сработает.
Также нужно отметить, что «колдуны» рассчитаны под стандартную подвеску определенного типа автомобиля. Если «корма» машины приподнята с помощью проставок или усиленных пружин, то нужно дополнительно регулировать «колдун», иначе задние тормоза вообще не будут работать.
«Колдун» устанавливается только на отечественные автомобили не последних годов выпуска — на так называемую «классику» («Жигули», «Москвичи» и т. д.). На иномарках применяется, как правило, более совершенная система — АБС, о которой мы поговорим позже.
Вентилируемые тормозные диски
Сейчас я немного «погружу» вас физикой. Если вы ничего не поймете, возьмите учебник по физике, а если такового под рукой нет — ну и ладно, продолжайте читать дальше.
Для торможения необходимо перевести кинетическую энергию движения (вырабатывается в результате движения автомобиля) в другие виды энергии — потенциальную (въехать в столб, т. е. я хотел сказать подействовать другим объектом на автомобиль) или тепловую. Будем преобразовывать в тепловую, поскольку это более безопасно. Тепловая энергия получается в результате силы трения, возникающей между колесами и дорогой и между тормозными дисками и колодками.
Практически все современные автомобили выпускаются с более совершенными дисковыми тормозными системами. Старые автомобили были оснащены барабанными тормозами. Объяснение очень простое: дисковые тормоза в состоянии переводить в тепло больше энергии, чем барабанные, за один и тот же период времени.
Когда вы нажимаете на педаль тормоза, тормозная система «сцепляет» тормозной диск и тормозные колодки каждого колеса. При этом в результате трения и диск, и колодки нагреваются до очень высоких температур. Следовательно, чтобы не возникало различных неприятных моментов, а именно, перегрева тормозных колодок и дисков, нужно охлаждать. При перегреве колодок компоненты самих колодок начинают... плавиться и испаряться (не говоря уже о том, что колодки намного быстрее изнашиваются). В результате между тормозным диском и колодкой возникает тонкая пленка, что приводит к ощутимому уменьшению силы трения, следовательно, к снижению эффективности всей тормозной системы. Также может закипеть тормозная жидкость, которая часто бывает не предназначена для работы в экстремальных условиях. А закипание «тормозухи» чревато отказом всей тормозной системы. И, наконец, из-за перегрева может деформироваться сам тормозной диск, а это не сулит ничего хорошего.
Обычные тормозные диски конструктивно выполнены без отверстий. Вентилируемые диски имеют отверстия (каналы) вдоль рабочих стенок («по-умному» они называются поверхностями трения). Данные отверстия предназначены как раз для циркуляции воздуха, что повышает отвод тепла.
Однако первые вентилируемые диски были в 2-3 раза толще обычного, поэтому установка такого диска требовала изменения конструкции подвески и тормозной системы. Чтобы уменьшить размер диска, делают перфорацию — сверлят сквозные отверстия перпендикулярно плоскости диска. Другие производители вместо перфорации диска фрезеруют его, т. е. нарезают канавки. При этом убирается меньше металла, следовательно, теплоемкость диска не уменьшается.
Обычно вентилируемые диски устанавливаются на передние диски, поскольку на них приходится большая часть нагрузки (передние диски сильнее нагреваются).
Система антиблокировки тормозов (АБС, ABS)
Представим ситуацию: внезапно перед автомобилем на дорогу выбежало животное. Какая будет реакция у начинающего водителя? Правильно, педаль тормоза будет «втоптана» в пол (а некоторые еще и глаза при этом закрывают). Это нормальное поведение «среднего» водителя, который оказался в условиях стресса — он не может отказаться от естественного рефлекса. У «среднего» водителя все происходит на уровне подсознания. Логика подсознания ясна и проста: раз педаль тормоза используется для остановки автомобиля, то для того, чтобы остановить его быстрее, нужно сильнее на него нажать.
У профессиональных водителей реакция будет другой — ведь у них включено сознание, а не подсознание, которое «понимает», что такое торможение (педаль в пол) может вызвать блокировку колес. Асы применяют технику прерывистого (или ступенчатого) торможения. Они тормозят не сразу, а в несколько приемов, т. е. сначала нажимают на педаль тормоза, потом кратковременно отпускают ее, затем опять нажимают — так нужно повторить несколько раз до полной остановки автомобиля или объезда препятствия. Подробно технику ступенчатого торможения мы рассмотрим в следующей части этой книги.
Ясно, что действия опытного водителя более эффективны, чем начинающего (или «среднего»), поэтому инженеры решили «наделить опытом» профессионального водителя электронику автомобиля, которая кратковременно отводит колодки от тормозного диска, что предотвращает блокировку колеса.
Самая обычная антиблокировочная система (далее АБС) состоит из электронасоса, электронного блока управления (ЭБУ), аккумулятора давления, датчиков контроля вращения колес и блока электромагнитных клапанов (БЭК). Стоит отметить, что АБС вмешивается в процесс торможения только в экстренных случаях - при экстренном торможении.
Работает АБС так: если какое-то колесо начинает проскальзывать, АБС понижает давление в тормозной системе, колесо разблокируется, скольжение колеса прекращается. После этого цикл начинается сначала — давление в системе начинает расти снова, пока колесо опять не начнет проскальзывать. АБС предотвращает непрерывное тормозное усилие, АБС превращает его в серию тормозных импульсов на колесах, что позволяет избежать блокирование колес. В результате сокращается тормозной путь (при условии, что покрытие под всеми колесами одинаковое), а также позволяет сохранить управляемость автомобилем.
Но, как показывает практика, АБС — это не панацея. Ведь программы ЭБУ АБС предназначены для работы с определенным типом шин, которыми может оснащаться данный автомобиль на заводе. Предположим, что с завода автомобиль идет с дисками размера R15 и резиной 205-60. Любители тюнинга покупают или более широкие диски, что позволяет установить более широкую резину, например, 225-0-15, или же вообще устанавливают диски другого размера — R16 или R17. Как будет работать АБС на таких дисках? Одному Богу известно — эффективность работы АБС может увеличиться, а может и уменьшиться. Конечно, есть в народе и «Кулибины», которые в состоянии «перепрошить» ЭБУ для работы с конкретным типом дисков и шин. Увы, эти программы работают не всегда правильно, и АБС дает сбой...
Однако это еще не все недостатки АБС. На дороге с неоднородным покрытием (когда под одним из колес -- лед, а под другим - - асфальт) АБС может, наоборот, увеличить тормозной путь, поскольку она пытается не допустить пробуксовки.
Также АБС отключается при скорости меньше 10 км/ч. Не все водители знают это. Водитель думает, что АБС сработает, а она отключена, поэтому существует опасность попасть в ДТП в самый последний момент.
АБС не очень подходит для активных водителей — вот почему некоторые водители-профессионалы отключают ее. Дело в том, что АБС ни за что не позволит вам на переднеприводной машине войти в поворот с заносом задней оси.
А зимой АБС вообще можно отключить, поскольку при движении по снегу тормозной путь с отключенной АБС меньше, чем с активной АБС. Это знаю со собственному опыту — один раз не рассчитал действие АБС и чуть не попал в аварию. Дело в том, что при торможении на снегу заблокированные колеса сгребают перед собой снег, что уменьшает тормозной путь, а если работает АБС, то колеса прокручиваются и переезжают снег, в результате тормозной путь больше.
Также нужно отметить, что большинство водителей не знакомы с алгоритмом работы АБС, поэтому им трудно спрогнозировать результат торможения.
Система усиления тормозов (Brake Assist System, BAS)
Иногда в панике водитель не нажимает на педаль тормоза с силой, необходимой для активации АБС. Ведь, как мы знаем, АБС активируется только при экстренном торможении. В результате АБС не задействована, а тормозной путь стал больше.
BAS помогает водителю «нажать» педаль тормоза сильнее — так, чтобы была активирована АБС. В экстренных ситуациях BAS на 40% снижает «порог» нажатия педали тормоза, необходимый для активации АБС. Это означает, что вам можно на 40% слабее нажать на педаль тормоза, а АБС все равно будет активирована. Согласитесь, для начинающего водителя, не знакомого с принципами действия АБС, или для молоденькой девушки, у которой просто не хватает силы для полного нажатия педали тормоза, BAS — это просто находка. BAS помогает любому водителю остановить машину так быстро, как это позволяют дорожные условия. Ясно, что BAS устанавливается только на машинах с АБС. Без АБС использование BAS теряет свой смысл.
Опытному водителю BAS, как, впрочем, и АБС, не нужна -он так «дозирует» торможение, что тормозной путь будет меньше, чем при использовании АБС. Опытный водитель даже не позволит АБС активироваться и при этом торможение будет эффективнее, чем если бы за него сделала это АБС. Но для большинства водителей АБС+BAS позволяет гораздо эффективнее останавливать автомобиль.
BAS не перераспределяет усилия между колесами, как SBC (будет рассмотрена позже), а просто «донажимает» за водителя педаль тормоза, что гарантирует включение ЛВС.
Как же работает BAS? В пневматический усилитель тормозов встроен датчик скорости движения штока. Если в ЭВУ поступает сигнал (с этого датчика) о том, что шток движется очень быстро (это говорит о том, что водитель резко ударил по педали тормоза), срабатывает электромагнит, увеличивающий силу воздействия на шток. Получается, что через какую-то долю секунды BAS помогает водителю включить АБС.
Но это еще не все функции BAS. BAS адаптируется к манере езды водителя — она «запоминает», как обычно тормозит водитель, что позволяет ей легко распознать критическую ситуацию. Испытания показали, что тормозной путь со скорости 100 км/ч при использовании BAS сокращается до 40 м с 46 (как при использовании одной АБС).
Электронная система контроля устойчивости
ESP (Electronic Stability Program) — электронная система контроля устойчивости автомобиля. ESP представляет собой довольно сложное электронное устройство, нафаршированное многочисленными датчиками. Получив сигнал от одного из датчиков, ESP может в критический момент притормозить одно или сразу несколько колес, препятствуя этим заносу задней оси или сносу передней.
Можно сказать, что ESP — это компьютер, следящий за устойчивостью автомобиля. На самом деле так оно и есть: у ESP есть свой центральный процессор, который помимо стабилизации машины выполняет еще и функции АБС, а иногда в состав ESP входит BAS и антипробуксовочная система («антибукс»).
К числу датчиков ESP относят датчики скорости на колесе (на каждом), датчики угла поворота (на руле), датчик уровня поперечных ускорений, а также датчик поворота машины вокруг своей оси. На основе информации, полученной от всех этих датчиков, ЭБУ «распознает» момент, когда автомобиль начинает отклоняться от той траектории, которую задал водитель рулевым колесом, и принимает решение притормозить одно или несколько колес.
Какое же колесо нужно притормозить? Если на заднеприводном автомобиле при повороте начинается занос задней оси, то ESP будет притормаживать переднее внешнее (по отношению к повороту) колесо. При этом переднее внутреннее колесо будет вращаться с прежней скоростью, что позволяет не допустить заноса. То же самое происходит и на переднеприводном автомобиле, когда начинается снос передней оси. ESP работает так, что если занос (соскальзывание) и начался, то он должен быть равномерным и прогнозируемым.
Если же автомобиль начинает скользить всеми колесами, то система начинает притормаживать несколько колес (какие именно — зависит от ситуации).
Нужно отметить, что ESP практически мгновенно реагирует на изменение положение автомобиля. Среднее время реакции системы — 20 мсек. Это означает, что на то, чтобы сорвать автомобиль в занос у вас есть только 20 мсек, иначе придется постараться — уж больно они эффективные, современные эти системы.
ESP можно порекомендовать водителю, который не обладает навыками контраварийного вождения. Вероятность попасть в аварию по ошибке, связанной с управлением автомобилем, у начинающего водителя будет значительно ниже, если его автомобиль оснащен ESP. Конечно, ESP немного снижает удовольствие у любителей активной езды — при активной ESP уровень адреналина, впрыскиваемого в кровь, резко понижается, из-за чего водители-профессионалы (или те, кто хочет такими казаться), отключают ESP.
Электронная система управления тормозами
SBC (Sensotronic Brake Control) — электронная система управления тормозами — является следующим шагом за АБС, BAS и ESP. В этой системе тормоза... электронные. Если в предыдущих системах на обычную механику навешивалась куча датчиков, которые информировали систему о ситуации на дороге, то теперь все несколько иначе. Педаль тормоза электронная, т. е. — как кнопка на клавиатуре. При нажатии педали тормоза компьютер получает команду на торможение, после этого он вычисляет интенсивность торможения. Вычисления производятся на основании информации, полученной от различных систем и датчиков, которые оценивают:
- Скорость переноса ноги (!) с педали акселератора на педаль тормоза.
- Силу нажатия на педаль.
- Активную передачу.
- Скорость автомобиля.
- Нагруженность автомобиля.
- Дорожное покрытие.
- Траекторию движения.
- Другие параметры.
На основании всей этой информации принимается решение о силе торможения, причем вполне может быть, что сила торможения для каждого колеса может быть разной, поскольку тормозные усилия вычисляются отдельно для каждого колеса. Например, в поворотах внешние колеса нагружены сильнее, чем внутренние, поэтому нужно отказаться от общего контура тормозной системы и управлять каждым тормозом отдельно.
Некоторые системы имеют специальную функцию — так называемый «пробочный режим», упрощающий движение в пробках. В этом режиме электроника сама остановит автомобиль, как только водитель уберет ногу с педали газа. Вторая наиболее популярная функция системы — это функция «мягкой остановки», обеспечивающая плавное торможение без «клевков».