Краткий обзор современных систем автомобильной электроники (ч. 1)

Борисовское производственное объединение «Экран» (БПО «Экран»; г. Борисов), основанное в 1975 г. как предприятие авиационного приборостроения, с начала 1990-х годов для автопрома Белоруссии (МАЗ и МТЗ, «Гомсельмаш» и «Амкодор») начало выпуск датчиков уровня топлива и давления. Сегодня «Экран» известен как изготовитель систем автомобильной электроники. Настоящим успехом предприятия стало серийное освоение антиблокировочной системы АБС (Anti-lock Braking System), поставляемой КамАЗу, ПАЗу, АЗ «Урал», а также устанавливаемой на троллейбусы «Белкоммунмаш» и автобусы «Неман». АБС предотвращает блокировку колес и поддерживает их проскальзывание на уровне, обеспечивающем оптимальное сцепление с дорожным покрытием в любых дорожных условиях. Это достигается целенаправленным изменением электропневмомодуляторами давления воздуха в тормозных камерах. Соответствующие управляющие воздействия выдает электронный блок системы. Расположенные в ступицах датчики скорости вращения колес постоянно отслеживают их скорость (по зубчикам диска). Сравнение сигналов датчиков частоты вращения колес позволяет незамедлительно отследить момент остановки (блокировки при торможении) какого-либо из них. Открытие соответствующего электромагнитного клапана снижает избыточное давление в трубопроводах тормозной системы. Тем самым колодки дискового тормоза разжимаются, и вращение колес возобновляется. В случае сохранения значительной величины давления цикл продолжает повторяться. Водитель ощущает это как толчки на педали тормоза, ее своеобразное выталкивание.

Антиблокировочное регулирование давления воздуха в тормозной системе производится до скорости менее 10 км/ч либо до прекращения торможения водителем. Добавлю, что для хранения информации о последних 40 с торможения в АБС «Экран» используется энергонезависимое оперативное запоминающее устройство.

АБС производства БПО «Экран», предназначенные для установки на автомобили и автобусы (самоходные транспортные средства) с пневмоприводом тормозов, обозначаются АБС-Т, а на прицепы – АБС-П.

Освоению производства АБС на белорусском предприятии способствовало международное требование, согласно которому этой системой должны оборудовать автомобили с двигателями стандарта Euro 3. Помимо снижения тормозного пути (на 10…15%) АБС помогает водителю автобуса, поскольку рулевое управление при заблокированных колесах не работает – транспортное средство (ТС) идет юзом. Отдельно надо отметить, что АБС обеспечивает прерывистость торможения, недоступную даже опытному водителю: 15…25 раз за 1 с. АБС одна из первых систем автомобильной электроники, ее начали использовать 30 лет назад и первоначально устанавливали на грузовые автомобили.

Противобуксовочная система ASR (Anti-Slip Regulation, иногда называемая Acceleration Skid Control либо Traction Control), известна со второй половины 1980-х гг. По соответствующему сигналу от датчиков вращающихся колес ASR снижает частоту вращения коленвала двигателя автобуса и притормаживает начавшие буксовать колеса, что вкупе с перераспределением тягового усилия удерживает транспортное средство от заноса на влажной, заснеженной или обледеневшей дороге, повышает устойчивость автобуса в поворотах (при движении с незначительным ускорением). Также ASR обеспечивает плавное начало движения при незначительном сцеплении шин с проезжей частью дороги.

БПО «Экран» готовится к началу выпуска АБС-ASR – «Антиблокировочной системы с противобуксовочной функцией». Этому, без сомнения, способствовало освоение предприятием АБС, в которой, как и в ASR, используются датчики вращения колес.

Электронная система стабилизации движения ESP (Electronic Stability Program) срабатывает, когда передние колеса автобуса в повороте смещаются с заданной траектории в направлении действия возникающих сил инерции. Чтобы при этом радиус поворота, предусмотренного для транспортного средства, не увеличивался, ESP притормаживает заднее колесо, идущее по внутреннему радиусу. Иными словами, ESP срабатывает при распознавании отклонения от траектории движения автобуса, задаваемой водителем, и по показаниям датчиков (бокового смещения, колес, поперечного ускорения и скорости). «Правильная» траектория движения автобуса при этом определяется по углу поворота рулевого колеса. ESP при избыточной либо недостаточной поворачиваемости автобуса, при угрозе опрокидывания притормаживает колеса и восстанавливает курсовую устойчивость. ESP воздействует на дисковый тормоз идущего по наружному радиусу поворота переднего колеса и случае заноса. Возникающее противовращение препятствует боковому заносу. При проскальзывании всех колес автобуса ESP за короткий промежуток времени, например 0,2 с, определит необходимость включения того или иного тормозного механизма. При установке на грузовые автомобили ESP предотвращает опрокидывание тягача или полуприцепа.

Создание ESP относят к середине 1990-х и связывают с разработками Bosch. К числу наиболее современных ESP следует отнести ее усовершенствованный вариант Adaptive ESP. В этом случае учитывается масса автобуса, влияющая, как известно, на высоту его центра тяжести. При опасном значении этой величины, основанном на показаниях датчиков изменения угла поворота относительно вертикальной оси, продольного и бокового ускорений, угловой скорости вращения колес, одно или несколько колес подтормаживаются. В последнее время систему ESP дополняют функцией Hill Holder, помогающей избежать отката автобуса при начале движения на уклоне. Вместе с тем любая система, не исключая Adaptive ESP, подчиняется законам динамики.

Ускорение  срабатывания пневматических тормозов, повышение эффективности торможения автобусов и их управляемости обеспечивают системы электронного управления тормозными приводами EBS (Electronic (Electronically-controlled) Braking System). В этом случае отсутствует механическая связь тормозной системы и педали, которую по этой причине называют «электронной». Бортовой компьютер, принявший электрический сигнал, в который преобразовано перемещение педали (резкость, глубина нажатия водителем), после обработки информации от датчиков выдает управляющее воздействие устройствам, регулирующим давление тормозной жидкости, т. е. сигнал на открытие (закрытие) тормозного клапана (в данном случае – электроклапана).

Также установка EBS способствует более эффективному распределению тормозных усилий между осями автобуса.

Ограничитель скорости при продолжительном торможении CBL (Continuous Braking Limiter, или DBL (DauerBremsLimiter) важен не только на горной дороге, но и на спусках в целом, особенно затяжных.

Разработаны и системы помощи при подъеме НСА, а также облегчения начала движения AAS, а система HDC помогает избежать заноса или опрокидывания при спуске по склону, одновременно поддерживая постоянную скорость без необходимости подтормаживания водителем.

Как таковой ограничитель скорости устанавливается и на выпускаемых в странах СНГ автобусах отдельных марок. В зарубежной печати он получил название MSP (Maximum Speed Control). В данном случае электронный блок отключает привод педали акселератора при получении сигнала о достижении установленной скорости, например 60 км/ч. Педаль в этом случае (и при незакрытой пассажирской двери) «пустеет», что и ощущает водитель.

Во второй половине 1990-х гг. началась установка на легковые автомобили систем «круиз-контроль». Что касается автобусного (грузового) транспорта, указывается на целесообразность преимущественного использования подобных систем на автомагистралях, поскольку они автоматически поддерживают заданную дистанцию, а значит, повышается безопасность движения, поскольку снижается нагрузка на водителя в условиях монотонности движения.

Наиболее современные разработки систем круиз-контроля на автобусах способны не только поддерживать определенную дистанцию до идущего впереди транспортного средства, но и отслеживать на определенном расстоянии состояние остальных участников дорожного движения как движущихся, так и неподвижных.

Расширенные возможности системы ACC (Adaptive Cruise Control) или AICC (Autonomus Intellectual Cruise Control) фактически позволяют вести речь об оценке ею дорожной обстановки. В частности, обеспечиваются автоматизированное торможение, самостоятельное снижение скорости как при замедлении идущего впереди транспортного средства, так и при обнаружении неожиданно возникшего препятствия.

Каким же образом АСС обеспечивает соблюдение безопасной дистанции – автоматически притормаживая или увеличивая скорость? Излучаемые с определенной периодичностью (например, 0,5 с) и подаваемые передатчиком антенного устройства в пространство перед автобусом, в направлении его движения, небольшой мощности радиоволны (1 мВт) в частотном диапазоне 76,5 ГГц отражаются от препятствия и принимаются обратно. При этом сближение с запеленгованным транспортным средством, идущим впереди, возможно до установленного водителем расстояния. Любопытно, что оно рассчитывается путем умножения значения его скорости на коэффициент (в десятых, до 1,0) и прямого перевода полученной величины в процентное значение. Последнее из расчета 1 к 1 переводится уже в метры (например, 0,6 х 70 км/ч = 42 м). Антенное устройство (называемое еще антенным датчиком) данной системы называется Distronic.

Создание системы экстренного (аварийного) торможения BA (Brake Assist), ЕВА (Emergency Brake Assist), BAS (Brake Assist System) относят к середине 1990-х гг. В зависимости от скорости перемещения соответствующей части педального узла система повышает давление в трубопроводах тормозной системы. При отнесении силы воздействия на тормозную педаль к вызванному аварийному обстоятельству (ее сильном нажатии) давление в тормозной системе автобуса за доли секунды резко возрастает. Происходит это с учетом скорости движения и массы автобуса.

Повторю, что сегодня принудительное торможение автобуса может осуществляться на основании данных антенного устройства активного (адаптивного) круиз-контроля.

Следующим шагом стала разработка системы активной помощи при экстренном торможении АВА (Active Brake Assist), т. е. тормозные механизмы срабатывают до полной остановки автобуса без участия водителя. Помимо силы нажатия водителем на педаль АВА учитывает данные АСС! Первоначально, до самостоятельного воздействия на тормозные механизмы, АВА подает предупреждающие звуковой и световой сигналы водителю, предупреждая об опасности столкновения. Ее установка оценивается в 2,5 тыс. евро. Отладка системы продолжается. Пока она игнорирует тихоходные транспортные средства и не работает с механическими коробками передач.

Сообщается и о системе контроля сближения ART (Proximity Control, AbstandsRegelTempomat) или «Темпомате с системой контроля заданной дистанции», которая тесно увязана с работой АСС. Притормаживание автобуса ART осуществляет разными способами: снижая частоту вращения двигателя, включая тормоз-замедлитель, рабочий тормоз. Установка ART оценивается в 5 тыс. евро.

Отметим также, что, если согласно показаниям антенного устройства ACC автобуса ДТП неизбежно, срабатывают преднатяжители ремней безопасности и, в частности, происходит отсоединение аккумуляторной батареи во избежание короткого замыкания. Эти мероприятия носят название «Предаварийная подготовка автобуса».

(Окончание следует)