Системы экстренного торможения при движении и столкновении автомобиля

Система экстренного торможения при движении

Такая система предназначена для эффективного использования тормозов в экстренной ситуации. Как показывает практика, применение системы экстренного торможения на автомобиле позволяет сократить тормозной путь в среднем на 15…20 %. Иногда это является решающим фактором предотвращения аварии или уменьшения ее последствий.

Различают два вида систем экстренного торможения: помощь при экстренном торможении и автоматическое экстренное торможение. Система помощи при экстренном торможении позволяет реализовать максимальное тормозное давление при нажатии водителем на педаль тормоза, т.е. система дотормаживает за него. Система автоматического экстренного торможения создает частичное или максимальное тормозное давление без участия водителя, т.е. автоматически.

Система помощи при экстренном торможении. Конструкции систем помощи при экстренном торможении можно разделить на два типа по принципу создания максимального тормозного давления: пневматические и гидравлические.

Система помощи при экстренном торможении пневматического типа устанавливается, как правило, на автомобили, оборудованные системой ABS, и обеспечивают эффективную работу вакуумного усилителя тормозов. К ним относятся системы:

• Brake Assist (BA), Brake Assist System (BAS), Emergency Brake Assist (EBA) на автомобилях Mercedes-Benz, BMW, Toyota, Volvo и др.;
• AFU на автомобилях Renault, Peugeot, Citroёn.

Конструктивно данные системы объединяют датчик скорости перемещения штока вакуумного усилителя, электронный блок управления и электромагнитный привод штока.

Активный усилитель тормозной системы, созданный на основе вакуумного, может устанавливаться в отдельных системах ESP. Наряду с обычной задачей увеличения усилия, которое прикладывается к тормозной педали, за счет разрежения, обеспечиваемого впускным коллектором или вакуумным насосом, усилитель тормозной системы создает предварительное давление, необходимое для работы ESP.

Потребность в предварительном давлении вызвана тем, что насосу обратной подачи не всегда хватает мощности для нагнетания требуемого давления из-за высокой вязкости тормозной жидкости при низких температурах.

Когда возникает необходимость в срабатывании системы ESP, по сигналу БУ катушка электромагнита 3 (рис. 1) сдвигает вперед металлический сердечник 4 и открывает клапаны внутри клапанного узла. В первой камере из-за возникшего сообщения с атмосферой увеличивается давление (во второй камере по-прежнему разрежение), при этом усилитель создает в тормозной системе контролируемое двумя датчиками давление.

Рис. 1. Активный усилитель тормозной системы: 1 — вторая камера; 2 — первая камера; 3 — катушка электромагнита; 4 — металлический сердечник

Принцип работы данной системы основан на распознавании ситуации экстренного торможения по скорости нажатия педали тормоза, которую датчик скорости перемещения штока вакуумного усилителя фиксирует и передает в ЭБУ. Если величина сигнала превышает установленное значение, ЭБУ активирует электромагнит привода штока. Вакуумный усилитель тормозов дожимает педаль тормоза. Экстренное торможение происходит до срабатывания системы ABS.

Системы помощи при экстренном торможении гидравлического типа обеспечивают максимальное давление жидкости в тормозной системе за счет использования элементов системы курсовой устойчивости. К таким системам относятся:

• Hydraulic Braking Assistance (HBA) на автомобилях Volkswagen, Audi;
• Hydraulic Brake Booster (HBB) на автомобилях Volkswagen, Audi;
• Sensotronic Brake Control (SBC) на автомобилях MercedesBenz;
• Brake Assist Plus (BA Plus) на автомобилях Mercedes-Benz и др.

Система HBA распознает экстренную ситуацию по скорости и силе нажатия педали тормоза, используя датчик давления в тормозной системе, датчики частоты вращения колес, выключатель стоп-сигнала. На основании поступающих сигналов ЭБУ при необходимости включает насос обратной подачи, который доводит давление в тормозной системе до максимального. Действие системы HBA происходит до срабатывания системы ABS. Система HBB в определенных режимах эксплуатации автомобиля (прогрев двигателя и др.) дублирует вакуумный усилитель тормозов. В работе системы используются датчик давления в тормозной системе, датчик разрежения в вакуумном усилителе, выключатель стоп-сигнала. При недостаточном разрежении в камерах вакуумного усилителя система HBB включает насос обратной подачи и повышает давление в тормозной системе до необходимой величины.

Система SBC в своей работе учитывает множество факторов, в том числе скорость переноса ноги с педали газа на педаль тормоза, силу нажатия на педаль тормоза, качество дорожного покрытия, направление движения, другие параметры. В соответствии с конкретными условиями движения ЭБУ формирует оптимальное тормозное усилие на каждое колесо.

Cистема BA Plus контролирует расстояние до впереди идущего автомобиля с помощью радаров системы Distronic.

Для измерения дистанции в системах экстренного торможения предусмотрен радиолокационный датчик (радар), работающий в диапазоне миллиметровых волн. Радар предупреждения о приближении к впереди идущему транспорту располагается за решеткой радиатора (рис. 2).

Рис. 2. Радар системы предупреждения о приближении к движущимся впереди автомобилям: 1 — рассеиватель луча радара; 2 — электрический разъем; 3 — кронштейн крепления

Радар работает с использованием радиоволн в высокочастотном диапазоне (выше 1 ГГц). Радиоволны испускаются вперед. Когда волны достигают впереди идущего автомобиля, они отражаются и снова принимаются радаром. Время между отправкой и получением дает радару данные для расчета расстояния и для определения относительной скорости.

Радар позволяет производить измерения расстояний сразу до нескольких объектов, находящихся в зоне его охвата, и определять относительную скорость объектов, через которые проходит продольная ось автомобиля. По данным измерений рассчитывается угол отклонения (азимут) объекта от оси зоны охвата датчика. В корпусе радара находится быстродействующее вычислительное устройство, которое позволяет расчетным путем определить упреждающее положение полосы следования; объект слежения; данные регулирования дистанции и скорости автомобиля; данные для передачи на БУ двигателем, усилителем тормозного привода и комбинацией приборов; диагностические параметры.

Если расстояние мало и существует опасность столкновения, производится визуальное и звуковое предупреждение водителя. Если водитель тормозит недостаточно эффективно, система дотормаживает за него.

По принципу работы (определения расстояния и скорости) различают импульсные радары и радары непрерывного действия.

В классическом импульсном радаре короткие (несколько десятков наносекунд) электромагнитные импульсы отправляются с определенной периодичностью. Время движения сигнала до объекта и его возвращения (эха) является функцией расстояния до объекта. Вычисление скорости производится путем оценки фазового смещения между передаваемым и отраженным сигналами.

Радар непрерывного действия позволяет оценивать только скорость объекта и не может определять расстояние (нет импульсов, по которым можно измерить время прохождения сигнала до объекта и обратно). Указанное противоречие решено в радаре с частотно-модулированным непрерывным излучением (Frequency-Modulated Continuos-Wave, FMCW-радар). В данном радаре сигнал передается с постепенно возрастающей и уменьшающейся во времени частотой (так называемой частотной модуляцией). По частоте полученного сигнала определяется расстояние и положение объекта. В современных системах активной безопасности предпочтение отдается FMCW-радарам как более простым и соответственно менее дорогим устройствам.

Основными параметрами автомобильного радара являются: дальность обнаружения, диапазон определяемой скорости, угол обзора, разрешение. В зависимости от значений указанных характеристик автомобильные радары подразделяются на устройства ближнего, среднего и дальнего действия.

Для радаров ближнего и среднего действия (Short/Mid Range Radar, SRR/MRR) главным параметром является точность измерения. Данным устройствам установлена полоса частот 24…29 ГГц. Самый популярный в автомобилях SRR/MRR-радар имеет частоту 24 ГГц, дальность обнаружения до 30 м, угол обзора до 120° и разрешение порядка 10 см.

Радары SRR/MRR используются в системах автоматического экстренного торможения, помощи при перестроении, помощи движению по полосе, автоматической парковки, а также в режиме Stop and Go адаптивного круиз-контроля.

Для радара дальнего действия (Long Range Radar, LRR) ключевым параметром является дальность обнаружения. Установленная полоса частот для LRR-радаров — 76…77 ГГц. Радар дальнего действия используется в адаптивном круиз-контроле, имеет частоту 77 ГГц, дальность обнаружения 30…200 м, угол обзора до 30° и достаточное разрешение на скоростях до 200 км/ч.

В системах экстренного торможения и других вспомогательных системах активной безопасности, среди которых системы автоматического экстренного торможения, помощи движению по полосе, помощи при перестроении, ночного видения, распознавания дорожных знаков, аварийного рулевого управления, обнаружения пешеходов, кругового обзора, оптическая парковочная система, система управления дальним светом, ряд противоугонных систем, видеорегистраторы, могут применяться видеокамеры.

Видеокамера является важным конструктивным элементом в разрабатываемых системах автоматического управления автомобилем. Одна видеокамера может использоваться в работе нескольких систем.

На автомобилях используются как цветные, так и черно-белые цифровые камеры. Последние имеют более высокую разрешающую способность (превышает цветные в 2 раза) и чувствительность (превышает цветные в 6–10 раз), а также значительно дешевле цветных видеокамер. Цветные видеокамеры применяются там, где цветное изображение имеет принципиальное значение, а именно в системе распознавания дорожных знаков, оптической парковочной системе, системе кругового обзора, видеорегистраторе.

Основу цифровой видеокамеры составляет датчик изображения, который преобразует оптическое изображение в электрический сигнал. Датчик представляет собой интегральную микросхему, так называемую матрицу, которая состоит из массива светочувствительных элементов — пикселей. Количество пикселей в матрице во многом определяет разрешение и качество изображения.

В зависимости от системы сигнал от видеокамеры служит для создания изображения или его дальнейшей обработки. Полученное изображение призвано предоставить водителю достоверную информацию и тем самым оказать помощь в сложных ситуациях. В более сложных системах ЭБУ производит обработку изображения с помощью специального программного обеспечения. В результате вырабатываются предупреждающие сигналы водителю и (или) управляющие воздействия на исполнительные механизмы систем (тормозную систему, рулевое управление, дроссельную заслонку).

Видеокамеры устанавливаются со всех сторон автомобиля. Количество и места установки определяются конкретной системой. Самое распространенное место передней видеокамеры, как правило, за салонным зеркалом заднего вида или за решеткой радиатора. Сбоку видеокамера устанавливается в корпусе наружного зеркала заднего вида. Сзади камеру можно увидеть в блоке фонарей освещения номерного знака. В ряде моделей Volkswagen задняя видеокамера спрятана за эмблемой производителя, что позволяет защитить ее от грязи.

Система автоматического экстренного торможения. Такая система с помощью радара и видеокамеры обнаруживает впереди идущий автомобиль и в случае вероятной аварии (интенсивного сокращения расстояния между автомобилями) реализует частичное или максимальное тормозное усилие, замедляет или останавливает автомобиль. Даже если столкновение произошло, его последствия для обоих автомобилей будут значительно меньше.

Конструктивно система автоматического экстренного торможения построена на других системах активной безопасности — системе адаптивного круиз-контроля (контроля расстояния) и системе курсовой устойчивости (автоматического торможения).

Известными системами автоматического экстренного торможения являются:

• Pre-Safe Brake на автомобилях Mercedes-Benz;
• Collision Mitigation Braking System (CMBS) на автомобилях Honda;
• City Brake Control на автомобилях Fiat;
• Active City Stop и Forward Alert на автомобилях Ford;
• Forward Collision Mitigation (FCM) на автомобилях Mitsubishi;
• City Emergency Brake на автомобилях Volkswagen;
• Collision Warning with Auto Brake и City Safety на автомобилях Volvo;
• Predictive Emergency Braking System (PEBS) от Bosch;
• Automatic Emergency Braking (AEB) от TRW.

Необходимо отметить, что в перечисленных системах, помимо автоматического экстренного торможения, реализованы другие функции, среди которых предупреждение водителя об опасности столкновения, активация некоторых устройств пассивной безопасности. Поэтому данные системы еще называют превентивными системами безопасности.

Система экстренного торможения после столкновения

Исследования немецкого автомобильного клуба ADAC показали, что примерно четверть аварий с легковыми автомобилями имеет схожий сценарий. Первичное столкновение (авария) с другим автомобилем или наезд на препятствие часто приводит к последующей аварии. Причиной является потеря водителем контроля над автомобилем в момент аварии и, как следствие, неуправляемое его движение.

Корпорация Continental представила разработку под названием Post Crash Braking, которая позволяет предотвратить вторичные аварии или свести к минимуму их последствия. Система осуществляет автоматическое торможение автомобиля после столкновения, тем самым предотвращая возможную последующую аварию (рис. 3). По своей сути система является разновидностью системы экстренного торможения.

Рис. 3. Поведение автомобиля после столкновения: а — без системы автоматического торможения автомобиля после столкновения; б — с системой

Конструктивно система торможения после столкновения базируется на элементах двух систем безопасности: системы пассивной безопасности и системы курсовой устойчивости. На основании сигналов датчиков удара система определяет, что произошло столкновение, и передает сигнал по бортовой сети передачи данных в ЭБУ системы курсовой устойчивости.

Основная цель системы — не дать автомобилю, который уже пострадал от первого удара и, возможно, потерял управление, двигаться далее и совершать столкновения.

Система работает в связке с другими системами безопасности в машине. В качестве датчиков и передающих устройств задействованы элементы систем курсовой устойчивости и пассивной безопасности.

После удара срабатывают датчики пассивной безопасности системы. От нее информация о том, что произошло столкновение, передается в систему курсовой устойчивости. Система курсовой устойчивости формирует управляющие импульсы, которые воздействуют на клапаны тормозной системы. Траектория движения автомобиля стабилизируется, и машина останавливается. При этом система не блокирует тормоза, машину не заносит.

Примечательно, что система включается только в случае бездействия водителя. Если водитель не потерял способность управлять автомобилем и нажимает на педали, система не включается. Контроль над ситуацией возвращается водителю, если он начал действовать уже после включения системы.

В настоящее время система внедрена на автомобилях концерна Volkswagen и носит названия:

• Multi Collision Brake (MCB) на автомобилях Volkswagen, SEAT, Skoda;
• Secondary Collision Brake Assist (SCB) на автомобилях Audi.

Превентивные, или предупреждающие, системы безопасности довольно активно используются в современных автомобилях. Крупные автомобильные компании устанавливают на свои модели собственные комплексные разработки.

Комплексная предупреждающая система безопасности включает в себя:

• элементы пассивной безопасности автомобиля (конструкцию кузова, бампер, ремни и подушки безопасности, мягкие элементы передней панели, подголовники и пр.);
• электронные системы безопасности, которые оценивают дорожную ситуацию и действия водителя и подключаются при угрозе аварии (круиз-контроль, систему курсовой устойчивости, систему экстренного торможения).