Первый автосервисный журнал
Издается с 1997 года

Впечатляющее достижение автомобильной электроники

Впечатляющее достижение автомобильной электроники

Специалисты не без оснований считают, что после ремней безопасности наиболее важным средством снижения травматизма при дорожном движении являются системы динамической стабилизации, и по этому показателю они находятся впереди даже хорошо зарекомендовавших себя надувных подушек

От простого к сложному

Автомобиль-первенец, оснащенный системой динамической стабилизации (СДС), сошел с конвейера в сентябре 1995 года. Им оказался Mercedes-Benz S-Class, а компанией, которая разработала и первой в мире освоила серийное производство данного высокоэффективного устройства активной безопасности, стала Bosch. К настоящему времени эта немецкая фирма выпустила их более 75 млн штук. С 2010 года она изготовляет СДС больше, чем антиблокировочных систем. В 2009 году 80% всех новых автомобилей в Германии имели их в штатном оснащении, в Европе этот показатель находился на уровне 60%, а в мировом масштабе – 36%. В том же году Евросоюз одобрил требование, чтобы с ноября 2014 года все заново регистрируемые автомобили комплектовались этими замечательными устройствами. И это несомненный успех.

СДС является ключевым элементом построе­ния современных гидравлических тормозных систем. Но прежде чем познакомиться с последними достижениями в этой области, кратко вспомним историю.

Создателей автомобилей еще с довоенных времен беспокоило блокирование колес в процессе торможения, а если быть более точным, то печальные последствия этого явления, и они уже тогда стали искать способы решения проблемы. Поиск шел долго. В нем приняло участие большое количество и изобретателей, и фирм. Однако чего-то путного, т.е. эффективного и надежного, в течение нескольких десятилетий создать не удавалось. И здесь впереди всех оказалась компания Bosch (правда, это первенство относится только к гидравлическим тормозам, а у пневматических был свой лидер – WABCO). Это произошло в 1978 году. Достичь успеха немцам удалось благодаря применению микропроцессорного управления (микропроцессор придумали в 1971 году; он позволяет программно реализовывать алгоритмы регулирования любой сложности) и закрытой гидравлической схеме (впоследствии это решение стало классическим).

Эволюция систем динамической стабилизации фирмы Bosch
Эволюция систем динамической стабилизации фирмы Bosch

Дополнив модулятор давления АБС несколькими электроклапанами, применив более мощный электронасос и обеспечив обмен информацией между контроллерами, управляющими тормозами и двигателем, специалисты компании Bosch получили противобуксовочную систему. Это устройство в процессе торможения выполняет антиблокировочную функцию, а при трогании и разгоне ограничивает буксование ведущих колес, тем самым также повышая безопасность движения.

Коренное отличие АБС от ПБС состоит в том, что первая может только понижать задаваемое водителем давление жидкости в тормозной камере, а вторая при отпущенной педали тормоза – сама (автоматически) создавать его, хотя только у ведущих колес, но зато индивидуально.

Дальнейшим шагом применения электроники в тормозных делах стало создание СДС, исполнительный орган (модулятор) которой может самостоятельно и индивидуально поднимать давление в тормозной камере любого колеса (т.е. и неведущего тоже). Но этого для эффективного обеспечения стабилизации движения недостаточно – необходимо еще обеспечить и динамику процесса, т.е. быстроту нарастания и сброса давления. Требования к динамике у СДС выше, чем у созданных ранее систем, что ведет к необходимости использования электрогидронасоса большей мощности. Но и это оказалось решаемо. Кроме того, добавили три новых датчика: угла поворота рулевого колеса, угловой скорости вращения автомобиля вокруг вертикальной оси и поперечного ускорения.

HAS hev
HAS hev

Следует отметить, что любая СДС всегда выполняет антиблокировочную и противобуксовочную функции. Расширение объемов ее выпуска привело к снижению стоимости, следствием чего стало прекращение применения ПБС, и на производстве остались только дорогое и дешевое устройства. Причина проста – «противобуксовка» близка по себестоимости к системе стабилизации, но значительно уступает ей по возможностям. А АБС идет на комплектацию доступных автомобилей. Не должен вводить в заблуждение и длинный список устройств, связанных с тормозами, который приводится в рекламных материалах дорогих автомобилей. Это лишь маркетинговый ход. На самом деле физически устройство только одно, а все остальное – лишь режимы его работы, а их действительно очень много. Вносит путаницу и терминология, которая пока еще не «устоялась».

За прошедшие годы СДС развивалась в нескольких направлениях. Одно из них – введение дополнительных функций, например помощи при трогании в гору, подавления раскачивания прицепа, защиты от опрокидывания (актуальна для транспортных средств с высоким центром тяжести: внедорожников, малотоннажных фургонов). Другое направление – максимально возможное снижение стоимости при ограничении функциональных возможностей – именно появление бюджетных версий позволило в некоторых странах поставить вопрос об их «поголовном» применении. Кроме того, произошло расслоение и по полной массе автомобилей, так как с ней связаны мощность насоса и проходные сечения клапанов, что, в свою очередь, влияет на размеры и массу самого устройства. Таким образом, ныне СДС превратилась в целое семейство устройств.

Производственная программа фирмы Continental
Производственная программа фирмы Continental

Теоретические предпосылки

Особый интерес представляет создание тормозной системы для гибридо- и электромобилей. Эти транспортные средства уже находятся в центре внимания автомобильной общественности (на разработку и организацию серийного производства выделяются значительные суммы), а на ближайшую перспективу прогнозируется их существенный количественный рост. Нельзя забывать и про водородомобили (на топливных элементах) – среди них появились даже мелкосерийные модели, например Honda FCX Clarity (см. «АБС-авто» № 2/2012). Одной из общих отличительных черт всех этих мобилей является наличие электрической машины, соединенной с ведущими колесами, и накопителя электроэнергии (высоковольтной аккумуляторной батареи или суперконденсатора), а также возможность хотя бы кратковременного движения на электротяге. Из этой особенности вытекают дополнительные требования к их тормозной системе.

Про электрические машины, которые применяют в вышеперечисленных новейших транспортных средствах, можно сказать, пользуясь языком рекламщиков, что они «два в одном», т.е. могут функционировать и как электромотор (тяговый режим), и как генератор (тормозной режим). Это позволяет сделать мотор-генератор одним из компонентов тормозной системы, причем очень хорошим компонентом. Во-первых, при торможении электрической машиной кинетическая энергия превращается в электрическую, которая идет на подзаряд накопителя и впоследствии используется для создания тяги. Тем самым удается у гибридов несколько снизить расход топлива и улучшить экологические показатели (на радость «зеленым»), а у электротачек увеличить пробег на одной зарядке.

Вторым достоинством применения мотор-генератора в качестве элемента тормозной системы является то, что при этом не изнашиваются традиционные тормозные механизмы (диски и колодки). Правда, здесь не все так просто. В силу законов физики торможение электрической машиной, находящейся в генераторном режиме, эффективно при больших скоростях движения, а когда автомобиль уже близок к остановке, толку от генератора становится мало и необходимо применять что-то другое.

Рекуперация энергии хорошо проработана для обычного (его еще называют рабочим) торможения, когда замедление невелико. В этом случае удается сохранить львиную долю кинетической энергии, хотя, конечно, не всю – что-то «съедает» аэродинамика, а что-то уходит на нагрев шин; не следует забывать и про потери в электрических цепях в процессе преобразования.

Но совсем другая ситуация возникает при экстренном торможении, необходимость в котором появляется при внезапном обнаружении на пути следования какого-либо препятствия. Здесь приходится жать «на всю катушку», а ведущую роль играет гидравлический компонент рекуперативной тормозной системы, и поэтому почти вся кинетическая энергия уходит в тепло.

Существует и еще одна неприятность. В современных обычных легковых автомобилях широко применяются вакуумные усилители, которые устанавливаются между педалью тормоза и главным тормозным цилиндром. Благодаря им значительно уменьшается усилие, прикладываемое водителем к педали для получения одного и того же замедления. Такие усилители хорошо подходят для транспортных средств с бензиновыми двигателями, у которых во впускном коллекторе за дроссельной заслонкой возникает разрежение. Причем получается очень удачно – при необходимости торможения педаль акселератора отпускается, дроссельная заслонка закрывается, разрежение увеличивается (давление падает), и усилитель хорошо помогает водителю толкать главный тормозной цилиндр. Однако при комплектации автомобиля дизелями или бездроссельными бензиновыми двигателями с вакуумом получается туго, и тогда приходится использовать вакуумный насос с приводом от двигателя или электромотора. У гибридомобилей ДВС периодически отключается, а у электромобилей его нет вообще, поэтому для гибридо/водородо/электромобилей приходится применять вакуумный насос с электроприводом или необходима вакуум-независимая тормозная система.

Практические решения

Компания Bosch разработала два типа рекуперативной тормозной системы: с вакуумным усилителем и вакуум-независимую. Первая из них, обозначаемая ESP hev, является серийной продукцией; она создана на основе нынешней СДС Bosch ESP 9 (ESP – Electronic Stability Program) и в силу этого имеет привлекательную цену. Контроллер системы согласовывает действия электрической машины и гидравлических колесных тормозных механизмов, а также управляет вакуумным насосом. ESP hev предназначена для гибридомобилей с задними ведущими колесами и поосевым разделением тормозных контуров. Начальный ход педали тормоза используется для замедления транспортного средства только посредством электрической машины (соединена с задней осью). При этом генератор создает тормозной момент, соответствующий положению педали тормоза, а замедление ограничено величиной 0,2 g, что составляет около 20% от максимально возможного тормозного действия. Этого достаточно почти для всех торможений, которые происходят в обычных ситуациях. Если водитель сильнее нажимает на педаль, то посредством гидравлических тормозных механизмов дополнительная тормозная сила создается и на передней оси, так что теперь автомобиль замедляется благодаря совместным усилиям колес обеих осей. Когда тормозной момент от генератора на задней оси недостаточен, то подключаются тормозные механизмы и задней оси. Эти процессы протекают незаметно для водителя, а само торможение похоже на него же у обычного автомобиля. В дополнение к описанной системе с осевым разделением тормозных контуров предлагается также и версия с диагональным разделением.

MK C1
MK C1

На перспективу компания Bosch создает рекуперативную гидравлическую тормозную систему, которая не нуждается в вакууме. Она получила название HAS hev, где HAS – это Hydraulic Actuation System, а hev отражает назначение, т.е. hybrid electric vehicles. Новинка подходит для всех способов разделения тормозных контуров и видов привода. Она включает тормозной блок и электрогидравлический модуль, который содержит модулятор СДС. Педаль тормоза и колесные тормозные механизмы разъединены. Тормозной блок вырабатывает тормозные команды, а встроенный симулятор перемещения педали создает у водителя знакомое ощущение обычного торможения. Электрогидравлический модуль отрабатывает поступающие тормозные команды, используя электродвигатель и колесные тормозные механизмы. Цель данной разработки – достигнуть максимальной рекуперации энергии и при этом обеспечивать полную устойчивость автомобиля.

В зависимости от транспортного средства и модификации системы замедление, обеспечиваемое только электрической машиной, может достигать 0,3 g. Если этого недостаточно, то при помощи насоса и аккумулятора высокого давления дополнительно создается давление тормозной жидкости в колесных механизмах.

Шинный гигант Continental в своем составе имеет подразделение, которое занимается производством автомобильных компонентов (помимо шин), в том числе и электронных. Рассматриваемая нами тема входит в компетенцию бизнес-единицы Electronic Brake Systems, изделия которой напрямую конкурируют с продукцией Bosch. В числе последних достижений фирмы Continental находится семейство систем MK 100, которое включает модификацию MK 100 ESC Hybrid (ESC – Electronic Stability Control). По своему назначению и по функционированию она близка к Bosch ESP hev.

На 2015 год запланировано внедрение в производство электрогидравлической тормозной системы МК С1. Это очень интересная разработка, устройство получилось легким и компактным. Давление создает мощный электродвигатель, перемещающий поршень в главном тормозном цилиндре. В случае даже полного отказа электронной части (например, пропадания электропитания) у водителя сохраняется возможность остановить автомобиль, прикладывая к тормозной педали умеренную силу. МК С1 можно применять также в гибридо- и электромобилях.

Тормозные системы становятся все более и более сложными, но, похоже, до предела еще далеко.

В статье использованы материалы фирм Bosch и Continental

  • Геннадий Дунин

Эксклюзивное издание

Экспертиза технического состояния
и причины неисправностей
автомобильной техники
3 ведущих эксперта | 960 стр. | 2100 иллюстр.
Узнать детали

Адрес редакции

111033 Москва, ул. Самокатная, 2а, стр.1, офис 313

На карте

Контакты

Тел.: (495) 361-1260

E-mail: dostavka@abs-magazine.ru

Социальные сети

Журнал «АБС-авто» © 2019, все права защищены