Содержание страницы
Каждая секунда на дороге может стать решающей. Современные автомобили оснащаются системами экстренного торможения, которые в критических ситуациях помогают предотвратить аварию или снизить её последствия. Эти технологии становятся стандартом в современных моделях, особенно в условиях стремительного роста числа автомобилей и плотности движения.
Первые системы помощи при экстренном торможении появились в 1990-х годах и были ориентированы на усиление действия педали тормоза. Mercedes-Benz и Bosch стали пионерами в этой области, внедрив технологии Brake Assist. Позже начали развиваться автоматические системы торможения (AEB), использующие радары и камеры. К 2010-м годам такие системы стали массово устанавливаться на автомобили среднего и даже бюджетного сегмента. С 2022 года в ряде стран AEB стало обязательным для новых автомобилей.
Система экстренного торможения при движении
Система экстренного торможения предназначается для повышения эффективности тормозного воздействия в аварийных ситуациях. Согласно статистике, внедрение такой системы на транспортных средствах позволяет уменьшить длину тормозного пути на 15–20 %, что в критический момент может сыграть ключевую роль в предотвращении ДТП или в значительном снижении его последствий.
Системы экстренного торможения подразделяются на два основных типа: первая — это система помощи водителю при резком торможении, вторая — полностью автоматизированная система, способная активировать тормозной механизм независимо от действий человека. В первом случае система реагирует на нажатие на тормозную педаль и увеличивает давление до предельного. Во втором — автоматика активирует тормоза при распознавании потенциально опасной ситуации без вмешательства водителя.
Система помощи при экстренном торможении
По типу механизма создания максимального тормозного усилия системы помощи можно классифицировать на две категории: пневматические и гидравлические. Обе разновидности служат одной цели — достижению предельно возможного тормозного давления при критических манёврах.
Пневматические версии таких систем обычно интегрированы в автомобили, оборудованные антиблокировочной системой (ABS), и обеспечивают эффективную эксплуатацию вакуумного усилителя тормозов. К числу таких систем относятся:
- Brake Assist (BA), Brake Assist System (BAS), Emergency Brake Assist (EBA), которые устанавливаются на автомобилях марок Mercedes-Benz, BMW, Toyota, Volvo и других;
- AFU, применяемая в моделях Renault, Peugeot, Citroёn.
Основными компонентами таких систем являются: датчик перемещения штока вакуумного усилителя, электронный управляющий блок и электромагнитный привод. Их взаимодействие позволяет точно распознать резкое торможение и обеспечить необходимую поддержку водителю.
Дополнительно, в некоторых вариантах систем динамической стабилизации (ESP) применяется активный тормозной усилитель, основанный на вакуумном принципе. Его задача — не только усиливать давление, создаваемое водителем при нажатии на педаль, но и формировать предварительное давление, требуемое для функционирования ESP. Это особенно актуально при низких температурах, когда тормозная жидкость становится вязкой, а мощности стандартного насоса обратной подачи может не хватать.
Когда система ESP активируется, управляющий сигнал от ЭБУ (электронного блока управления) вызывает включение катушки электромагнита 3 (рис. 1). Это приводит к сдвигу металлического сердечника 4, открывающего клапаны. В результате давления в камере 1 увеличивается за счёт соединения с атмосферой, тогда как во второй камере сохраняется разрежение. Это обеспечивает управляемое тормозное давление, контролируемое двумя датчиками.
Рис. 1. Активный усилитель тормозной системы: 1 — вторая камера; 2 — первая камера; 3 — катушка электромагнита; 4 — металлический сердечник
Функционирование системы основывается на фиксировании высокой скорости нажатия на педаль тормоза. Это значение измеряется датчиком, установленным в области штока вакуумного усилителя, и передаётся в ЭБУ. При достижении определённого порогового значения сигнал активирует электромагнит, а вакуумный усилитель увеличивает давление, дожимая педаль до необходимого усилия, зачастую до того, как активируется система ABS.
Гидравлические варианты систем помощи обеспечивают быстрое увеличение давления в тормозном контуре за счёт использования элементов от систем курсовой устойчивости. Сюда относятся:
- Hydraulic Braking Assistance (HBA) — Volkswagen, Audi;
- Hydraulic Brake Booster (HBB) — также применяется в автомобилях Volkswagen и Audi;
- Sensotronic Brake Control (SBC) — Mercedes-Benz;
- Brake Assist Plus (BA Plus) — Mercedes-Benz и другие производители.
Так, HBA, основываясь на показаниях датчиков давления, вращения колёс и педали тормоза, распознаёт критическую ситуацию и запускает насос обратной подачи, создавая максимально допустимое давление в системе до вмешательства ABS. HBB, в свою очередь, способен дублировать функции вакуумного усилителя, особенно при запуске двигателя или в холодных условиях, контролируя давление и при необходимости активируя насос.
Система SBC анализирует множество факторов: от времени перемещения ноги с акселератора до тормоза до типа дорожного покрытия и направления движения. Всё это обрабатывается ЭБУ для создания точечного усилия на каждом колесе в зависимости от условий.
Система BA Plus дополняется радаром, включённым в комплекс Distronic, для оценки дистанции до объектов впереди. Это позволяет системе предугадывать поведение автомобиля и задействовать торможение ещё до реакции водителя.
Для дистанционного сканирования в этих системах используются миллиметровые радиолокационные датчики, как показано на рис. 2. Они устанавливаются за решёткой радиатора и осуществляют непрерывное сканирование пространства впереди.
Рис. 2. Радар системы предупреждения о приближении к движущимся впереди автомобилям: 1 — рассеиватель луча радара; 2 — электрический разъем; 3 — кронштейн крепления
Радар работает в диапазоне частот свыше 1 ГГц. Излучённые волны отражаются от объектов впереди, возвращаясь к приёмнику. По задержке между отправкой и получением сигнала вычисляется расстояние и относительная скорость.
Особенность радара в том, что он способен одновременно отслеживать несколько целей в зоне действия, измеряя расстояние до каждой и вычисляя их смещение по оси автомобиля. Быстродействующий вычислительный модуль радара анализирует эти данные и формирует информацию для управления скоростью, торможением и расстоянием до впереди идущих машин. Эти данные также передаются в управляющие модули тормозов, двигателя и интерфейса водителя.
Если расстояние до препятствия становится критическим, система выдает водителю как визуальные, так и звуковые сигналы. При недостаточной реакции с его стороны автоматика активирует торможение.
По методике измерения различают два основных типа радаров: импульсные и непрерывного действия. В первом случае используется серия коротких, высокочастотных импульсов, отражающихся от объектов. Время возврата сигнала помогает определить расстояние, а фазовый сдвиг — относительную скорость цели.
Радар непрерывного действия способен фиксировать только скорость объектов, находящихся в поле его действия, но не определяет дистанцию до них, поскольку в нем отсутствуют импульсы, позволяющие вычислить временной интервал между передачей сигнала и его возвратом. Эту проблему решает технология радаров с частотно-модулированным непрерывным излучением (Frequency-Modulated Continuous-Wave, FMCW-радар), в которых сигнал излучается с непрерывным, плавно изменяющимся по времени уровнем частоты. Благодаря этому устройству становится возможным определение не только скорости, но и расстояния до объектов, что делает FMCW-радары предпочтительными в современных системах активной безопасности за счет их упрощенной конструкции и сниженной стоимости.
Характеристики, определяющие функциональность автомобильных радаров, включают в себя параметры: дальность обнаружения, диапазон допустимых скоростей измерения, угол охвата и разрешающая способность. На основании этих критериев радары классифицируются как ближнего, среднего и дальнего действия.
Наибольшее внимание при создании радаров ближнего и среднего действия (Short/Mid Range Radar, SRR/MRR) уделяется высокой точности получаемых данных. Диапазон рабочих частот для этих устройств составляет 24…29 ГГц, причем наиболее распространённый тип — радар с частотой 24 ГГц. Его рабочая дальность ограничена 30 м, угол охвата может достигать 120°, а точность позиционирования составляет примерно 10 см.
SRR/MRR-радары успешно внедряются в большое число автомобильных систем: автоматического экстренного торможения, удержания автомобиля в полосе движения, ассистентов при перестроении, парковочных систем, а также в адаптивный круиз-контроль с функцией Stop and Go.
На противоположной стороне спектра находятся радары дальнего действия (Long Range Radar, LRR), где на первый план выходит способность выявлять объекты на больших дистанциях. Частотный диапазон таких радаров составляет 76…77 ГГц. Пример: LRR-радар с рабочей частотой 77 ГГц способен обнаруживать транспортные средства в диапазоне от 30 до 200 м, охватывая угол до 30°, при этом обеспечивая приемлемое разрешение при скоростях до 200 км/ч. Основная сфера его применения — адаптивный круиз-контроль.
Наряду с радиолокационными датчиками, в структурах активных систем безопасности, включая автоматическое экстренное торможение, ночное видение, удержание в полосе, распознавание знаков, парковку и видеорегистрацию, также применяются видеокамеры.
Видеокамера — ключевой элемент архитектуры автономного вождения и часто используется одновременно в нескольких вспомогательных системах. Автомобили комплектуются как черно-белыми, так и цветными цифровыми видеокамерами. Монохромные камеры, обладая разрешением в 2 раза выше и чувствительностью в 6–10 раз больше, при этом остаются существенно дешевле цветных аналогов. Однако цветные камеры применяются в тех случаях, когда важно получать изображение с передачей цвета — например, в системах распознавания знаков, кругового обзора и парковки.
Центральным элементом любой цифровой камеры выступает светочувствительный сенсор — матрица, включающая большое количество пикселей, преобразующих оптический сигнал в электрический. От числа этих пикселей напрямую зависит чёткость изображения.
В зависимости от конкретной системы, сигнал с камеры либо отображается водителю в виде картинки, либо обрабатывается управляющим блоком (ЭБУ). При наличии соответствующего ПО изображение анализируется, формируются предупреждающие сигналы или генерируются управляющие команды для исполнительных механизмов: тормозной системы, руля, дроссельной заслонки.
Камеры могут устанавливаться по периметру автомобиля. Расположение зависит от задач: фронтальные — чаще всего за внутренним зеркалом или за решеткой радиатора; боковые — в корпусах наружных зеркал; задние — в районе номерного знака или, как у некоторых моделей Volkswagen, за логотипом марки, защищающим их от загрязнения.
Система автоматического экстренного торможения
Используя комбинацию видеокамеры и радара, система автоматического экстренного торможения способна вовремя зафиксировать опасное сближение с идущим впереди транспортным средством. При идентификации потенциальной угрозы столкновения она активирует частичное либо полное торможение, замедляя автомобиль вплоть до полной остановки. Даже если ДТП произойдет, его последствия будут существенно снижены.
Такие системы по сути интегрируют функции адаптивного круиз-контроля и компонентов курсовой устойчивости, формируя единый комплекс безопасности.
В автомобильной промышленности реализовано множество подобных решений, среди которых:
- Pre-Safe Brake (Mercedes-Benz);
- Collision Mitigation Braking System (CMBS) от Honda;
- City Brake Control (Fiat);
- Active City Stop и Forward Alert (Ford);
- Forward Collision Mitigation (FCM) от Mitsubishi;
- City Emergency Brake (Volkswagen);
- Collision Warning with Auto Brake и City Safety (Volvo);
- Predictive Emergency Braking System (PEBS) производства Bosch;
- Automatic Emergency Braking (AEB) от TRW.
Отметим, что помимо автоматического торможения, эти системы включают в себя и другие превентивные функции: подачу визуальных и звуковых сигналов об опасности, а также активацию средств пассивной безопасности. Именно поэтому в профессиональной среде такие комплексы часто называют превентивными системами безопасности.
Система экстренного торможения после столкновения
По данным исследований автомобильного клуба ADAC в Германии, около 25% дорожно-транспортных происшествий с участием легковых автомобилей имеют общую закономерность: первичное столкновение — с другой машиной либо с неподвижным объектом — нередко влечёт за собой повторное ДТП. Это связано с тем, что в момент удара водитель теряет контроль над автомобилем, и транспортное средство продолжает хаотичное движение, что создаёт угрозу новой аварии.
С целью предотвращения подобных инцидентов корпорация Continental разработала технологию Post Crash Braking. Эта система автоматически активирует торможение после первичного удара, снижая вероятность последующих столкновений либо минимизируя их последствия (рис. 3). Данная система классифицируется как одна из форм экстренного торможения.
Рис. 3. Поведение автомобиля после столкновения: а — без системы автоматического торможения автомобиля после столкновения; б — с системой
В основе конструкции данной системы лежит взаимодействие двух уже существующих модулей безопасности: элементов пассивной защиты и системы обеспечения курсовой устойчивости. Как только от сенсоров удара поступает сигнал о ДТП, он передаётся в ЭБУ стабилизации движения через внутренняя сеть данных автомобиля.
Главная функция Post Crash Braking — предотвратить движение автомобиля после первого удара, особенно в ситуациях, когда водитель теряет способность управлять. Это достигается путём точного дозирования тормозных усилий, исключающего блокировку колес и занос.
Срабатывание системы происходит в автоматическом режиме, но исключительно в том случае, если водитель не предпринимает активных действий. При условии, что человек за рулём сохраняет контроль и нажимает на педали, вмешательство системы не требуется, и управление остаётся за водителем. Даже если система уже активировалась, её работа прекращается при вмешательстве человека.
После удара активируются сенсоры, относящиеся к комплексу пассивной безопасности. Оттуда информация передаётся в блок стабилизации, который на основе анализа данных направляет команды на тормозную систему. В результате, траектория автомобиля корректируется, и происходит безопасное замедление. Контроль осуществляется без резкого торможения, обеспечивая устойчивость и предсказуемость поведения машины.
На сегодняшний день такая система используется в моделях автоконцерна Volkswagen и обозначается под следующими названиями:
- Multi Collision Brake (MCB) — на автомобилях марок Volkswagen, SEAT и Skoda;
- Secondary Collision Brake Assist (SCB) — на моделях Audi.
Современные автопроизводители активно внедряют превентивные технологии в серийные модели. Такие комплексные системы безопасности состоят как из конструктивных элементов защиты, так и из электронных средств активной помощи.
Состав предупредительных систем включает:
- пассивные защитные компоненты — кузовную структуру, амортизирующие бамперы, подушки и ремни безопасности, эргономичные элементы интерьера, подголовники и т. п.;
- активные электронные системы, анализирующие дорожную обстановку и действия водителя — включая адаптивный круиз-контроль, модули стабилизации и автоматического торможения.
Заключение
Интересные факты:
-
Система экстренного торможения после столкновения (Post Crash Braking) активируется только если водитель не управляет автомобилем — при этом машина самостоятельно тормозит, предотвращая вторичную аварию.
-
FMCW-радар (частотно-модулированный радар) позволяет не только определять скорость, но и расстояние до объекта — его используют в большинстве современных AEB-систем.
-
Некоторые камеры безопасности (например, в системах Volvo) имеют разрешение выше, чем у смартфонов — для более точной идентификации объектов.
-
Volkswagen спрятал заднюю камеру за логотипом марки — эстетично и защищено от грязи.
-
Системы экстренного торможения стали обязательными в ЕС для всех новых моделей с 2022 года — как стандарт безопасности, аналогично подушкам безопасности в 1990-х.
Системы экстренного торможения — это не просто технологические новинки, а важный шаг в эволюции автомобильной безопасности. Они помогают водителю, когда счет идет на миллисекунды, и часто становятся последним рубежом перед аварией. Несмотря на отдельные недостатки, эти системы доказали свою эффективность и уже спасли тысячи жизней. В будущем нас ждут ещё более интеллектуальные и надежные решения, интегрированные в экосистему полностью автономного управления.
Александр работал над проектами по внедрению комплексных решений для диагностики и оптимизации работы металлорежущих станков. Он регулярно публикует статьи о передовых методах резки, наплавки и покрытий, а также освещает новинки в сфере литейного производства и полимерных композиционных материалов — включая технологии контактного формования и сварку.