Светофор, лед, нервная вибрация педали тормоза и практически никакого замедления! Приближающаяся "корма" грузовика, чувство беспомощности и... удар. Вы наверняка слышали нечто подобное или (сочувствуем) сами попадали в похожую ситуацию. И из всех слов, которые можно было сказать в оправдание, на ум приходило лишь: "Проклятая ABS! Без нее я бы успел остановиться!" Итак, на повестке дня вопрос: так ли уж безоговорочно нужно доверять антиблокировочной системе современного автомобиля, и если нет, то где в этом случае проходит граница этого доверия?

С погодой нам и повезло, и не повезло одновременно. С одной стороны, дороги Дмитровского автополигона в разгар новогодних праздников представляли собой практически идеальные в смысле проведения эксперимента участки обледенелого асфальта, присыпанные снегом. А, с другой, к реальному состоянию российских дорог общего пользования это имело весьма опосредованное отношение (сегодня так выглядят разве что забытые людьми и Богом проезды в глубинке). Однако для выполнения задачи, сформулированной нами как "попытка разобраться с особенностями действия современных антиблокировочных систем в условиях работы на покрытиях с очень низким коэффициентом сцепления" (тем самым подтвердив или опровергнув мнение, что в целом ряде случаев тормозной путь автомобиля с ABS будет заметно длиннее), ситуация была практически идеальной.

Надо заметить, что для проверки работы ABS мы выбирали автомобили, не слишком утруждая себя соответствием их цен, комплектаций или мощности двигателей. Для нас гораздо важнее были два других параметра: во-первых, распространенность (читай - популярность) модели, а во-вторых, мы старались собрать автомобили с ABS разных поколений. В итоге в тестовых действиях, проходивших в течение нескольких дней, в той или иной степени приняли участие Ford Focus, Honda Jazz, Hyundai i30 и i20, Nissan Note и Volkswagen Golf (дабы не допустить явного сравнения, я специально не останавливаюсь на двигателях, типах КПП и т.д.). Именно с ними нам предстояло проделать несколько экспериментов, мягко говоря, не относящихся к стандартным сравнительным тестам.



Механика процесса

Работа антиблокировочной системы строится на таком принципе: сила (или сочетание импульсов силы), приложенная к тормозному диску, призвана обеспечивать замедление вращения колес без потери собственно их вращения. А для максимальной эффективности торможения система должна удерживать этот процесс в рамках, определяющихся физикой сцепления колеса с дорогой. Чаще всего ABS настраивают на особенности сцепления летней шины с асфальтом, но если под колесами не то, что предполагалось...

Не секрет, что усилие, развиваемое исправными тормозными механизмами, в большинстве случаев (особенно на скользких покрытиях) превышает силу сцепления шины и дороги. То есть они способны полностью остановить колесо, вызвав тем самым его блокировку, что, в свою очередь, не слишком правильно. Поскольку при этом, во-первых, теряется возможность управлять автомобилем, а во-вторых, в некоторых случаях (например, когда не прогреты шины на грязном асфальте) при переходе от вращения к скольжению возможно и падение собственно замедления. Отсюда вытекает и главная задача ABS - не допустить неконтролируемого скольжения, сохранив автомобиль управляемым при максимально возможном замедлении. В большинстве случаев при наличии стабильно твердой и достаточно ровной поверхности работа системы оправданна и эффективна. Ведь анализ разности скоростей вращения колес позволяет рассчитать ускорение, необходимое для эффективного уменьшения их угловой скорости, сохраняя ее отличной от нуля, и дает возможность прикладывать к колесам различные усилия торможения (на нестабильных покрытиях).

Современные высокочастотные ABS, построенные на активных датчиках и мощных процессорах, обрабатывающих данные, способны обеспечить замедление автомобиля, близкое к максимально возможному, ограниченному только законами физики. Но даже для самых передовых антиблокировочных систем (таких, как многорежимные ABS Volkswagen и Toyota) есть ситуации-исключения. Например, движение по грунтовой дороге (колесо то и дело разгружается на неровностях), песку и пыли (песчинки работают как микроподшипники) или по нестабильному покрытию, верхний слой которого может перемещаться вместе с колесом (снег, способный скользить по лежащему под ним льду). Теоретически подобные условия должны сбить с толку даже самую продвинутую ABS. Ведь попадание колеса, например, на лед под снегом означает очень приличный коэффициент сцепления зимней шины с самим снегом, но при этом коэффициент сцепления между снегом и льдом будет практически равен нулю. То есть ABS станет контролировать замедление колеса, снижая тормозное усилие, до тех пор, пока коэффициент сцепления тормозных колодок с тормозным диском не достигнет примерного равенства с коэффициентом сцепления... снега и льда. А это, поверьте, никак не похоже на довольно высокую эффективность взаимодействия того же льда и зимнего протектора. В этом случае наиболее эффективным должно оказаться именно торможение с блокировкой колес, когда в качестве замедляющего фактора выступает деформация покрытия (перед колесом набирается снежный "бруствер", играющий роль "тормозного башмака"). В общем, теория теорией, а чтобы доказать или опровергнуть все это на практике, мы и собрались в зоне тарированных спусков-подъемов Дмитровского автополигона.


Поскольку сама идея анализа работы ABS на скользких покрытиях базировалась на случае, произошедшем с Александром Сотниковым (см.: «Хроника пикирующего кроссовера»), мы начали с крутого спуска...

...Но после этого испытания смогли констатировать лишь отличную работу зимних шин на снежном покрытии. И только накатав колею, мы почувствовали снижение эффективности при торможении с ABS.

Эксперимент первый: торможение на 30% уклоне

Стандартный бетонный желоб тарированного спуска. Глубина снежного покрова на начало теста - около 20 см. Для обеспечения какой-никакой стабильности покрытия было предложено его сперва "укатать". В качестве большого и тяжелого "катка" использовали Volvo XC70, находившийся у нас в это время на потребительском тесте (см. "Эксперимент Cross Country"). В полученную колею один за другим были отправлены наши тестируемые. Упражнение состояло из двух простейших операций. Первая - разгон до 20 км/ч и торможение на спуске (ABS включена). И еще один заезд по той же колее, тоже с разгоном до 20 км/ч, но торможение уже с повернутым в положение Off замком зажигания (ABS выключена). Казалось бы, что может быть странного в этом простом сравнении? И действительно, большинство тестируемых автомобилей исправно останавливалось на середине подъема в любом положении ключа зажигания. Немного "отличилась" разве что Honda Jazz, проехавшая с включенной ABS до конца спуска, но так и не добравшаяся до нулевой скорости. В общем, все было достаточно обыденно и совершенно не выходило за рамки заложенных производителями программ.

Тем временем мы продолжали раскатывать колею, оттормаживаясь обоими вышеозначенными способами, но, кроме вполне прогнозируемой потери управляемости при выключении зажигания, каких-то особенных странностей не заметили. Хотя нет, приятно удивил Hyundai i30. Этот автомобиль на склоне был стабилен как скала, а всем остальным участникам теста оставалось только позавидовать. Собственно, а что мы хотели от шипованных Nokian, в которые "обута" эта машина? После короткого совещания i30 был... дисквалифицирован. Причина до обидного банальна: на имеющемся покрытии шипованные шины оказались настолько эффективны, что сравнение с "обычной зимней резиной" выходило не очень корректным. А тем временем спуск продолжал раскатываться... И через какое-то время процесс, что называется, пошел - Honda Jazz и Nissan Note начали проявлять стремление к сохранению скорости вместо торможения с ABS... То есть до конца подъема оба автомобиля доезжали на начальной скорости около 20 км/ч. Впрочем, без ABS оценить тормозную динамику оказалось и вовсе непросто. Все машины останавливались только благодаря выходу из колеи (при блокировке колес их безбожно "крестило") и фактически торможению "об сугроб". Нет, такого развития событий мы определенно не хотели. Немного расчищаем спуск, заливаем его водой и таким вот нехитрым способом моделируем другой тип покрытия, а именно мокрый подтаявший снег. И действительно, в новом состоянии трассы начинаются ожидаемые "чудеса". Golf и Focus повторяют "подвиг" Jazz и Note, доезжая до низа без уменьшения скорости, а Honda и Nissan... разгоняются до 40 км/ч! При всем том без ABS эффективность торможения оказывается явно выше. Тестируемые автомобили начинают останавливаться лучше, чем с ABS, пусть и с некоторой потерей траекторной устойчивости. Но через несколько проездов наш "мокрый снег" превратился в настолько гладкий лед, что все пять "малолитражных носителей электронных систем" начали неудержимо скатываться вниз, не обращая ни малейшего внимания на положение ключа зажигания. Но главное уже сделано - нащупаны условия для "запутывания" ABS. Попытка торможения у Nissan и Honda под занавес переросла в разгон!


Алгоритм работы любой ABS направлен на сохранение управляемости автомобиля при торможении на любом покрытии. И наши тесты на 18% спуске подтвердили это.

При отключении ABS (ключ зажигания в положении Off, а КПП в «нейтраль») происходила полная блокировка колес, сопровождающаяся потерей курсовой устойчивости.

Ситуация, когда ABS заметно увеличивает тормозной путь
H0 – Изначальная глубина деформируемого покрытия
hblock и hABS – Глубина покрытия после деформации
Ablock и AABS – Условный угол подъема


Перемещение колеса по деформируемому покрытию предполагает его постоянное движение в некий условный подъем. А поскольку у вращающегося колеса он всегда менее выражен, чем у колеса заблокированного (оно активно нагребает перед собой снег), то последнее работает в этих условиях гораздо эффективнее.

Эксперимент второй: торможение на 18% уклоне

При всей своей пологости этот спуск гораздо более скользкий. То есть скользкий настолько, что ни одна из тестируемых машин не смогла самостоятельно тронуться вверх по склону, да и фотографы периодически начинали скатываться "на своих двоих". В общем, мы уже потирали руки, предполагая, что в столь жестких условиях системы ABS сразу же запросят пощады. Но не тут-то было. Нас ждал сюрприз: при скоростях и 20 и 40 км/ч на этом заснеженном льду все происходило, почти как на асфальте - автомобили с включенной ABS останавливались "аки по суху", а с выключенной теряли управляемость и, проскользив на заблокированных колесах, замирали примерно на тех же отметках, что и с системой.

Таким образом, мне осталось лишь констатировать, что при торможении с 40 км/ч Volkswagen, Nissan и Honda доезжали почти до конца спуска, Ford вел себя немного лучше, а пришедший на смену своему "шипованному" родственнику Hyundai i20 занимал некую среднюю позицию. Что же можно сказать по итогам испытания на обоих спусках? Прежде всего то, что для откровенного фиаско антиблокировочной системы и получения серьезного выигрыша от ее отключения нужны строго специфические условия, попасть в которые весьма непросто. Но вместе с тем нам очень хотелось применить на практике знания, приобретенные за два предыдущих тестовых дня. То есть попытаться сымитировать самые неприемлемые с точки зрения работы системы условия. А сделать это можно было двумя путями: во-первых, дальнейшим снижением коэффициента сцепления, а во-вторых, заметным повышением начальной скорости.


На участке торможения, моделирующем условия, неблагоприятные для работы ABS, ее действия оказались настолько неэффективны, что итоговый тормозной путь превысил наши самые смелые предположения...

Интересное наблюдение: при переходе со льда на укатанный снег (покрытие с более высоким коэффициентом сцепления) эффективность торможения не увеличивалась! То есть система все еще «думала», что машина движется по льду.

Буквально после первых заездов стало ясно, что предварительно размеченный нами тормозной участок слишком короток для отчаянно «стрекочущих» тормозами «носителей электронного разума».

Эксперимент третий: торможение на ровной площадке

Для начала избранная "крайней" Honda Jazz битый час каталась туда-сюда, натирая ледяную колею. В итоге мы получили участок длиной 40 м с более или менее равномерно накатанным льдом (на нем и стоять-то было непросто). Маленький нюанс: после 40-метровой отметки лед сменялся плотно укатанным снегом... Обозначив конусами точку начала торможения, мы торжественно рапортовали друг другу о готовности к "попранию чести антиблокировочных систем, какими бы они ни были". Очередной раз поскользнувшись, я решил, что скорость входа в ворота на этот раз будет 60 км/ч и не меньше (на 40 км/ч было неинтересно). Схема работы тоже не отличалась оригинальностью - по три заезда на каждую машину в каждом из состояний ABS (то есть один автомобиль тормозит шесть раз). Тут, собственно, все и началось. Снежные фонтаны, гулкое шуршание зимней резины, нагребающей перед собой горки снега, и какие-то люди с фотоаппаратами, выпрыгивающие буквально из-под бампера...

Но хватит лирики, тем более что полученные результаты оказались весьма неожиданными. С включенной ABS разница тормозных путей участвующих в заездах автомобилей уложилась в диапазон 28 м (от 61,6 м до 89,6 м), а дельта для торможения с заглушенным двигателем составила всего 19 м (от 50,7 м до 69,7 м). То есть условия, при которых ABS работает заметно хуже, чем просто заблокированные колеса, мы таки нашли. Оцените пугающее соотношение скорости 60 км/ч и 90-метрового тормозного пути! Осталось только разъяснить, чем эта разница была обусловлена. Во-первых, прямолинейное движение по ледяной колее (ABS оставляет возможность контролировать автомобиль) и явное смещение с проторенного пути автомобилей с заблокированными колесами (все без исключения машины разворачивало градусов на тридцать) сравнивать сложно, но можно. Собственно, исходя именно из того, что зимние нерасчищенные дороги чаще всего так и выглядят: скользкая колея со снежными обочинами (сравнить показатели тормозного пути автомобилей можно по приведенной таблице).


Обратите внимание: активно «нагребаемый» перед заблокированным колесом снежный бруствер (ABS деактивирована) отчасти образуется за счет потери прямолинейности движения.

Таблица измеренного нами тормозного пути (усредненные данные по трем заездам)
Приведенные данные – всего лишь доказательство того, что мы все-таки смогли смоделировать неблагоприятные для ABS условия. Следует обратить внимание, что это не повод сравнивать сами автомобили. Ведь отклонение от прямолинейного движения при торможении без ABS и изменения в покрытии в процессе теста – факторы исключительно случайные.

Выводы

Ну что тут скажешь... Конечно, если у вас есть уверенность в том, что при данном состоянии покрытия торможение с заблокированными колесами будет гораздо эффективнее (и вы действительно настолько опытны, чтобы определить это), то можно воспользоваться опробованным методом "отключения" ABS или, что, на мой взгляд, в подавляющем большинстве случаев правильнее и эффективнее, применить торможение двигателем. Но имейте в виду, что в 99,9% ситуаций "мешающие" действия ABS свидетельствуют о неверно выбранном скоростном режиме или о том, что вы (а не электроника) не учли какой-либо фактор, связанный с нестандартным дорожным покрытием.

И еще важный момент: оставляя водителю возможность управлять автомобилем (пусть зачастую и с некоторым увеличением тормозного пути), антиблокировочная система дает вам шанс выбраться из патовой ситуации путем изменения траектории движения (например, выехать из обледенелой зоны, притереться к снежному брустверу, обогнуть препятствие и т.д.). Что же касается ситуации, которую мы в конце концов смоделировали, то это не более чем коварное исключение. И, судя по всему, жить ему (исключению) осталось совсем недолго. Например, не далее, как в прошлом номере, мы писали о совместных работах производителей систем ABS и зимних шин (см. "Автопилот", N11-12, 2009 - "Зимние шины и электронные системы стабилизации"). И я думаю, что результаты этого сотрудничества уже не за горами.


Использованная методика позволила запечатлеть снежный «бруствер» съемки (фото внизу) перед скользящим колесом.



Экспертное мнение

Алексей ИСАЕВ
Технический редактор журнала "Автопилот"

Как "продавить" ABS
Мне неоднократно приходилось слышать от опытных водителей, что если очень сильно нажать на педаль тормоза, то можно "продавить" ABS и все-таки заблокировать колеса. Так вот: ABS "продавить" НЕВОЗМОЖНО! Если вам неинтересны мелкие подробности того, почему и откуда появился этот миф, то дальше читать не надо, просто примите это как данность. Тем, кто не верит на слово и требует объяснений, предлагаю взглянуть на гидравлическую схему тормозов с ABS (для примера взята широко распространенная ABS пятого поколения без ESP фирмы Bosch для диагональной схемы тормозов). Если водитель нажимает на педаль, поршень в главном тормозном цилиндре давит на жидкость, соответственно давление в гидравлическом контуре повышается. Жидкость через открытый впускной клапан 6 проходит в колесный тормозной цилиндр, который сжимает колодки. Происходит торможение колеса и далее всего автомобиля. Если давление в контуре так высоко, что колесо начинает блокироваться, то впускной клапан 6 закрывается. Если скорость вращения колеса продолжает падать, то выпускной клапан 7 открывается, и часть жидкости сбрасывается в гидроаккумулятор 4. Давление в тормозном механизме начинает падать, скорость вращения колеса - расти, и "мозг" ABS закрывает клапан 7. Когда скорость вращения достигнет определенного предела, опять кратковременно откроется клапан 6, и тормозная сила вновь увеличится. Это происходит многократно с очень высокой частотой. Чтобы избежать шума и "зуда" на педали тормоза, в каждом контуре установлена демпферная камера 2.

Из вышеизложенного видно, что, как бы сильно водитель ни давил на тормозную педаль при закрытых клапанах, давление в тормозном механизме не повышается. Максимум, что может сделать очень сильный человек, - это сломать педаль (правда, мне такие случаи неизвестны). Так что же за пульсации мы чувствуем на педали тормоза при работе ABS? Давайте рассмотрим, что происходит с жидкостью, которая при каждом цикле срабатывания клапанов скапливается в гидроаккумуляторе 4. После многочисленных сбросов давления педаль "опускалась" бы, а гидроаккумулятор заполнялся, и в конце концов тормоза переставали бы работать. Чтобы этого не происходило, при необходимости включается насос 3, он перекачивает жидкость обратно в рабочий контур главного цилиндра. Именно этот периодический процесс, ощущаемый на педали, и именуется водителями "-работой ABS". В принципе они правы, только нельзя расценивать пульсацию на педали как единственный признак деятельности системы и утверждать на этом основании, что "ABS не успела сработать". И тем более не нужно пытаться тормозить толчками, существенно снижая эффективность тормозов в нормальных дорожных условиях. Наоборот, для улучшения работы ABS давление на педаль должно быть максимально возможным (для этого, кстати, и применяется система Brake Assist).

Так откуда же возник широко распространенный миф, что "систему" можно "продавить"? Дело в том, что у любой ABS есть пороговая скорость, при которой она перестает работать и допускает блокировку колес. У систем с индуктивными колесными датчиками первых поколений эта скорость была довольно высока - более 12-18 км/ч. То есть при падении скорости автомобиля до этого уровня ABS деактивировалась, и колеса блокировались. А так как водитель продолжал с силой давить на педаль, ему казалось, что он "продавил" ABS и остановил автомобиль.

Активные датчики ABS последних поколений работают на любой скорости и даже могут определить обратное направление вращения колеса. Но свойства шин таковы, что на малой скорости их эффективнее заблокировать для получения минимального тормозного пути (управляемость машины при медленном движении значения уже не имеет) - электроника это и делает. А в результате сильные водители, как и прежде, "продавливают" в самом конце торможения вибрирующую педаль, тем самым "доказывая" справедливость мифа.



1 - Главный тормозной цилиндр
2 - Демпферная камера
3 - Насос
4 - Гидроаккумулятор
5 - Шариковый клапан
6 - Впускной клапан
7 - Выпускной клапан
Когда колесо начинает блокироваться, нормально открытый впускной клапан 6 закрывается под действием электромагнита и давление в тормозном механизме больше не возрастает до получения команды от электронного блока.