Скольжениям бой. Азбука ESP

В прошлом году компания Bosсh праздновала 15-летие ESP (Electronic Stability Program). Систему динамической стабилизации (ещё её называют противозаносной системой) впервые серийно стали устанавливать на Mercedes S600 в 1995-м. 15 лет – немалый срок. Система становится всё популярнее, особенно в развитых странах, а Европе с этого года она и вовсе станет обязательной для всех новых легковушек и грузовиков. Но у нас машины с системой стабилизации покупают с большой неохотой. В 2009 году таких (естественно, новых) автомобилей было куплено всего 19%. Многие просто не представляют или не осознают её необходимость. А ведь сейчас автомобильные эксперты всего мира по эффективности это изобретение ставят на одну ступень с ремнями безопасности. И с этим трудно не согласиться.

Боковые скольжения – вещь опасная и, как правило, неожиданная. Не каждый опытный водитель сможет распознать их начало и вовремя погасить, нужны навыки, которых у многих попросту нет. ESP не панацея, но спасает от многих бед. Она помогает водителю в критических ситуациях – не допускает боковые скольжения, предотвращает срыв в занос и вращение автомобиля вокруг вертикальной оси. То есть, контролируя поперечную динамику, предупреждает потерю управляемости, держит автомобиль на траектории, близкой к заданной, и стабилизирует его.

Современные ESP тесно связаны с антиблокировочной (ABS – Anti-lock brake system) и антипробуксовочной (TCS – Traction control system) системами. Кстати, по сути своей это даже не системы, а функции, которые реализуются единой системой, в которую входят электронный блок управления, датчики частоты вращения колёс, датчик угла поворота рулевого колеса, датчики ускорения и угловой скорости, а также собственно рабочая тормозная система.

Активизируются функции ровно в тех случаях, когда это необходимо: ESP – контролирует поперечную динамику автомобиля во время движения, ABS – работает при торможении, антипробуксовочная система – во время разгона заведует тягой ведущих колёс. Алгоритмы действия различны для разных условий и режимов, они могут быть скомбинированы, но смысл работы «трио» сводится к одному – сохранению курсовой устойчивости и управляемости во время движения.

Как работает система динамической стабилизации. Сигналы датчиков обрабатываются блоком управления с частотой 25 раз в секунду, таким образом, электронный «мозг» всегда в курсе направления движения, скорости и всех ускорений, действующих на автомобиль. Компьютер постоянно следит за тем, чтобы задаваемое водителем направление соответствовало фактическому направлению движения. Если задаваемое водителем направление не соответствует направлению движения, значит, началось скольжение в поперечном направлении, ESP распознает критическую ситуацию и немедленно – в течение 20 мс отреагирует на нее.

Автомобиль «заталкивается» на заданную водителем траекторию благодаря выборочному подтормаживанию одного или нескольких колёс. Система, импульсно замедляя колёса, создаёт необходимую в данный момент противодействующую направлению скольжения силу и момент относительно вертикальной оси вращения автомобиля. Вот и вся хитрость. Таким образом, в пределах законов физики автомобиль в критической ситуации надежно удерживается на заданной траектории. Вдобавок к этому электроника автоматически снижает скорость движения и частично уменьшает подачу топлива. И это логично: ниже скорость – выше эффективность маневрирования.

А что будет, если скорость в вираже будет слишком высокой, а сила сцепления с покрытием слишком маленькой? Например, на льду или мокром асфальте? Увы, чуда не произойдёт. Законы физики отменить невозможно. Автомобиль потеряет управляемость и отправится в скольжение, но ESP (насколько это позволяют сцепные свойства покрытия и скорость) всё равно будет стараться его вернуть на траекторию, которая в данных условиях наиболее близка к траектории, задаваемой водителем.

Классический пример возникновения экстремальной ситуации. Объезд внезапно возникшего препятствия. Обратите внимание. Красный вектор показывает направление движения автомобиля, зелёный вектор задаётся водителем. Пока скольжений нет, они совпадают.

Водитель резко выворачивает руль влево

, возникает скольжение передней оси (снос), воздействия рулём в этой ситуации явно недостаточно. Электроника понимает, что произошло рассогласование направлений векторов, и импульсно подтормаживает заднее левое колесо. Словно «спотыкаясь» о него, машина разворачивается влево относительно вертикальной оси и меняет направление движения. Автомобиль, таким образом, получил дополнительное средство, благодаря которому изменил траекторию движения.

Минуя препятствие, вращая руль вправо

, водитель резко распрямляет траекторию. Здесь появляется вероятность развития заноса (скольжение задней оси). С ним-то, как правило, водители и не справляются. Занос электроникой гасится уже в зародыше, когда электроника понимает, что автомобиль начал вращение относительно вертикальной оси. В данном случае подтормаживается переднее левое колесо. Поскольку автомобиль имеет инерцию, а центр масс находится справа (по ходу движения) от тормозящего колеса, корпус начинает разворачивать вправо. Занос компенсируется.

Эффективность систем стабилизации у различных моделей может существенно различаться, как и алгоритмы работы. Например, импульсно подтормаживаться может как одно, так и несколько колёс одновременно. Одни системы могут гасить только заносы, другие эффективно справляются и с заносами, и со сносами. Последние, кстати, более предпочтительны, поскольку они значительно повышают вероятность того, что вы в экстремальной ситуации объедете внезапно возникшее препятствие

Заноса (а тем более серии заносов) и вращения автомобиля вокруг вертикальной оси электроника не допустит. ESP будет контролировать ситуацию и ориентировать корпус по курсу до последнего. Автомобиль в процессе движения может частично или полностью потерять управляемость. Вероятнее всего, в реальных условиях он столкнётся с каким-либо препятствием, но столкновение будет фронтальным или кософронтальным. И это здесь самое важное! Поскольку далее в работу вступят другие защитные средства – зона программируемой деформации в передней части кузова, которая наиболее эффективно гасит энергию удара, ремни безопасности, преднатяжители, подушки... Все автомобили спроектированы таким образом, что наибольшую безопасность седоков они обеспечивают именно при фронтальных ударах.

Вы скажете, а зачем переплачивать за систему динамической стабилизации, если скольжения можно погасить самостоятельно? На себя положиться можно и нужно! Но здесь важно действовать немедленно и чётко. А для этого необходим соответствующий опыт. Но даже опытный водитель не всегда готов к действию – отвлёкся, устал, расслаблен больше обычного, оторвал руку от руля, меняет позу в кресле... Да и форму постоянно на пике поддерживать невозможно. Момент, когда нужно начинать активно работать рулём, проворонить проще простого. А дальше всё как снежный ком.

Bosсh прошедшим летом собрала журналистов из различных изданий на Ходынском поле для показательных покатушек с целью ещё раз наглядно продемонстрировать эффективность работы противозаносной системы и ABS. Предлагалось выполнить два упражнения. Двойная переставка c последующим торможением выполнялась на почти сухом асфальте на двух идентичных Peugeot 308. Скорость входа в «ворота» – 80 км/ч.

У Peugeot 308 система стабилизации неотключаемая, но для теста автомобили подготовили, так что у них электроника принудительно дезактивировалась.

неопытные водители провоцировали апериодический занос (когда водитель, не успевая гасить один занос, провоцирует следующий – противоположный по направлению), а после торможения на выходе многих разворачивало. Вывод однозначен – автомобиль потерян. Опытные выполняли упражнение лучше от раза к разу, но всё равно динамический коридор был шире, нежели в случае, когда ESP была включена.

, которая допускала едва ощутимые боковые скольжения, даже все новички упражнение выполнили. Управляемость не потеряна, путь от момента начала торможения до остановки автомобиля сокращён чуть ли не вдвое, автомобиль сориентирован по ходу, то есть готов принять фронтальный удар. Рекомендую вопреки устоявшемуся мнению – «дескать, ESP для чайников, и она только мешает» – на дорогах общего пользования систему не отключать ни при каких обстоятельствах

Но даже если у вас есть хороший опыт экстремального управления, максимум, чем вы можете влиять на ситуацию, – поворотами управляемых колёс! И всё. Система стабилизации – это дополнительный инструмент. Бесценный инструмент! Он включается именно тогда, когда вы начинаете резко маневрировать (помните скольжение и несоответствие выбранного и фактического направлений?). Средства у этого инструмента другие, повторюсь, – создание компенсирующих скольжения сил выборочными импульсными подтормаживаниями соответствующих колёс.

С системой стабилизации лучше, чем без. Она упрощает управление автомобилем, уменьшает требования к квалификации водителя и в любом случае обеспечивает больший «запас безопасности». Даже опытным водителям полностью уповать на себя не стоит, вспомните профессиональных гонщиков! Техника пилотирования вещь сложная, и несмотря на опыт и регалии, спортсмены за свою карьеру разбивают по нескольку автомобилей. Наша же задача – между конечными точками передвигаться наиболее безопасно.

Возникло препятствие? Просто объезжайте его, задавайте направление рулём, корректируйте траекторию, система стабилизации сносов и дальнейшей «раскачки» не допустит. Нужно объехать препятствие и одновременно экстренно замедлиться? Долбите, что есть силы, по тормозу и объезжайте – ABS подстрахует. Она не даст колёсам заблокироваться, позволит маневрировать и также не допустит заноса и последующего разворота во время торможения. У водителя нет возможности самостоятельно просчитывать 25 раз в секунду все параметры движения, нет возможности импульсно и точно дозировать усилия на каждое колесо. А ведь сила трения в пятнах контакта может меняться очень сильно, каждое из колёс может катиться по разнородным сменяющим друг друга покрытиям с разным сцеплением – лёд, асфальт, песок... А ещё при маневрировании существенно меняется развесовка по осям и бортам... Электроника выборочно притормаживает колёса наиболее эффективно с учётом всех этих условий, она сделает всё, чтобы «поставить» автомобиль на близкую к заданной вами траекторию и стабилизировать его во время и после манёвра.

Это не означает, что не нужно тренироваться и повышать квалификацию. Нюансов куча. Само собой, в выигрыше – более опытные водители, которые понимают физику происходящего. Повторюсь, ESP не панацея, она работает в пределах сцепных свойств, нивелирует небольшие ошибки, но наиболее эффективна, лишь когда водитель знает, как действовать в экстремальной ситуации. Она позволяет отодвинуть «точку невозврата», и порой весьма далеко. Была бы голова на плечах.

Эффективность работы ABS во время тест-драйва Bosch демонстрировала при помощи двух Renault Logan. Объезд препятствия с торможением выполнялся на автомобиле с ABS и без оного. Шины на Логанах одинаковые – Barum Brilliantis размерностью 185/70 R14. Для пущей наглядности было имитировано скользкое покрытие – пластик, смоченный мыльным раствором. В «створ ворот» нужно было въехать на скорости 40 км/ч и тут же начать экстренное (сильный удар по педали тормоза – водитель «испугался») торможение с одновременным перестроением.

без антиблокировочной системы

с вывернутыми колёсами, не меняя траектории, сбивал препятствие и продолжал двигаться далее. Виновник – трение скольжения в пятнах контакта, заблокированные колёса не воспринимают как надлежит боковые силы, следовательно, управлять автомобилем этот момент невозможно. Я несколько раз использовал прерывистое торможение, как учат в автошколах, эффект на этом покрытии нулевой. Попытки нащупать момент начала блокировки тоже особым успехом не увенчались.

при гораздо более эффективном замедлении позволял с первого раза даже новичкам легко и без напрягов уйти от препятствия. Тормозной путь с ABS для данного покрытия был в среднем в 1,5 раза короче, чем у Логана, не оборудованного антиблокировочной системой. В чём хитрость? В прерывистом торможении с кратковременными блокировками – ABS успевает за секунду затормозить-растормозить каждое из колёс примерно 15 раз. Пока колесо доли секунды катится, у вас есть возможность задавать направление (в этот момент в пятнах контакта трение покоя). При этом для каждого типа покрытия (устанавливается опытным путём при проектировании и доводке) поддерживается наиболее оптимальная степень проскальзывания колёс (15-20%), при которой замедление наиболее эффективно. Вдобавок ABS дозирует тормозное усилие на каждое из колёс по отдельности, предотвращая занос.

Почему на машине без ABS не помогло прерывистое торможение?

Заблокировать-разблокировать колёса, в отличие от ABS, я успеваю максимум три-четыре раза в секунду – я действую априори медленнее. Степень проскальзывания у меня неоптимальная, следовательно, торможение менее эффективное. В отличие от ABS, педалью я воздействую сразу на все колёса, а это может вызвать занос, ибо под колёсами могут быть разнородные покрытия, либо изменена загрузка по осям и бортам. Траекторию при таком способе торможения можно научиться слегка изменять, но нужна тренировка. То же самое относительно «следящего» торможения. Вывод однозначен – с ABS автомобиль безопаснее

Сегодня система динамической стабилизации доступна практически на всех автомобилях, грузовики и автобусы не исключение. Многие модели премиум-брендов оснащаются системами уже в начальных исполнениях. Но в большинстве своём производители ведут себя весьма бессовестно. На относительно дешёвых автомобилях и автомобилях среднего уровня, где конструктивно предусмотрена ESP, систему практически нельзя заказать в качестве отдельной опции (тоже самое касается ABS и дополнительных подушек). Её, как правило, продают в пакете с другим оборудованием. И это самое гадкое. Допустим, сама по себе ESP стоит 20 тысяч рублей, но в итоге её вам навязывают в пакете с какими-нибудь стеклоподъемниками, складывающимися зеркалами, более продвинутой «музыкой» или ещё какой-нибудь ерундой. В итоге вы вынуждены отдать гораздо большую сумму. Многие, по понятным причинам отказываясь переплачивать, лишаются и «погремушек», и спасающей жизни системы стабилизации... Как-то неправильно.

Противобуксовочная система TCS (Traction control system)

контролирует тягу на ведущих колёсах, она не допускает пробуксовки при разгоне. Зачем это нужно? Когда на автомобиль действует боковая сила (центробежная сила в повороте, сила тяжести при боковом уклоне, порыв ветра), пробуксовка ведущих колёс может спровоцировать потерю устойчивости – «стаскивание» автомобиля в сторону действия силы. Кроме того, из-за пробуксовки может быть полностью или частично потеряна управляемость, что особенно критично для переднеприводного автомобиля (ведущие колёса являются ещё и управляемыми).

Эффект обусловлен физикой – сила трения скольжения всегда меньше силы трения покоя. Электроника, притормаживая буксующие колёса и частично перекрывая подачу топлива, сохраняет в пятнах контакта трение покоя (хотя и возможна небольшая пробуксовка, так эффективнее работают шипы на льду и грунтозацепы в грязи). Разгон на большинстве покрытий TCS обеспечивает наиболее эффективный, при этом нет перерасхода топлива. «Зарыться» в грунт с TCS более проблематично.

Как правило, трекшн-контроль можно отключить, есть ряд условий, когда он мешает. На некоторых покрытиях эффективнее именно буксовать – через единицу поверхности проскочит бОльшее количество грунтозацепов (в случае со льдом – шипов), в пятнах контакта будет совершена бОльшая работа, при этом грунт в месте контакта с колесом и протектор лучше «очищаются».

Трекшн-контроль, как правило, отключается кратковременным нажатием соответствующей клавиши. ESP может быть отключаемой, частично отключаемой (она автоматически активируется по достижении 50-60 км/ч), а может быть и вовсе не отключаемой, всё зависит от производителя. Кстати, в последнее время всё чаще делают системы именно неотключаемыми, ведь никому в голову не приходит отключать ABS! Как правило, чтобы дезактивировать противозаносную систему, клавишу «ESP off» нужно подержать несколько секунд

А что говорит статистика? По данным исследований институтов безопасности стран Евросоюза, Японии и США, а также результатам исследований, проведённых различными автомобильными компаниями, порядка 40% всех ДТП со смертельным исходом происходят в результате заноса. При этом система динамической стабилизации может предотвратить до 80% всех аварий, происходящих из-за заноса. Макроэкономический анализ, проведенный Кёльнским университетом в 2007 году, показал, что в одной только Европе за год можно было бы спасти 4000 жизней, а 100 000 человек смогли бы избежать травм при наличии ESP в каждом автомобиле.

В марте 2009 года Европейский парламент принял постановление об обязательной установке ESP на все новые автомобили. В соответствии с этим постановлением с ноября 2011 года все новые модели легковых и грузовых автомобилей, зарегистрированные в Евросоюзе должны быть оснащены противозаносной системой. В 2007 году Американская Комиссия по безопасности дорожного движения (NHTSA) издала Федеральный стандарт безопасности автомобилей, в котором регламентируется обязательная установка ESP на все новые автомобили со снаряженной массой до 4500 кг, начиная с 2011 года. В NHTSA рассчитали, что включение ESP в базовую комплектацию может спасти до 9600 жизней и помочь избежать травм 238 000 человек. Цифры говорят сами за себя.

На видео наглядно продемонстрированы преимущества, которые даёт антиблокировочная система тормозов

Виталий Кабышев
Фото: Виталий Кабышев
Благодарим канал «Авто+» за помощь в подготовке видеоматериалов