Отделаться испугом. Как работает электроника, спасающая от ДТП?

Мы уже говорили о средствах пассивной безопасности автомобилей, то есть о тех решениях, которые срабатывают непосредственно в момент ДТП. Задача систем активной безопасности — «почувствовать» рискованную ситуацию, и предотвратить столкновение или как минимум погасить скорость. Если в прежние годы организации, испытывающие автомобили на безопасность, брали в расчет только результаты краш-тестов, то теперь они в своей оценке учитывают и работу электроники. Причем «вес» активной безопасности в итоговой оценке с годами стал расти.

Безусловная польза электронных ассистентов доказана мировой статистикой аварийности. На Западе АБС входит в базовые комплектации всех автомобилей с 2004 года, а с 2011 года Евросоюз, США и Австралия ввели требование оснащать все новые машины системами курсовой устойчивости (ESP). Уже известно, что системы экстренного автоторможения также станут обязательными в ближайшие годы.

Список «факультативной» электроники тоже постоянно расширяется, и системы обзаводятся новыми функциями. Не только на дорогих флагманских моделях, но и на вполне массовых машинах появляются активный круиз-контроль, система удержания автомобиля в полосе, автоматический парковщик и тому подобные устройства. Все постепенно движется к тому, что водитель сам выбирает степень своего участия в управлении автомобилем — от «ручного» режима до полного автопилота. В этом материале мы пойдем от простого к сложному — от распространенных и самых важных систем к более «хитрому» дополнительному оборудованию.

На фоне новейших автопилотов антиблокировочная система тормозов уже может показаться примитивным устройством, которое мало от чего защищает, но это не так. Именно датчики и «мозги» АБС по сей день остаются основой всех электронных ассистентов. Просто с годами антиблокировочная система обросла множеством дополнительных модулей. Можно сказать, что ESP, системы контроля скорости при спуске, системы экстренного торможения и тому подобное являются в некотором роде надстройкой, а начинается активная безопасность именно c АБС.

Бороться с блокировкой колес при торможении начали более 100 лет назад, причем сначала эту проблему заметили на железной дороге (вагоны с заблокированными колесами чаще сходили с рельсов). В середине XX века системы, предотвращающие юз колес, получили распространение в авиации. Ну а первым серийным автомобилем с электронной АБС стал Mercedes S-класса (W116) в 1978 году.

Принцип работы и устройство АБС

Когда при интенсивном торможении колеса перестают вращаться, автомобиль начинает скользить и не слушается руля, а тормозной путь при этом может значительно вырасти (на некоторых видах покрытия). Дело в том, что пока колесо катится, в пятне контакта протектора с дорогой создается трение сцепления (оно же — трение покоя), и его сила больше, чем сила трения скольжения, возникающая при блокировке. Без трения сцепления колеса не способны воспринимать боковые усилия, поэтому автомобиль просто продолжает скользить по инерции: объехать препятствие или вписаться в поворот не получится.

АБС позволяет не допустить такой ситуации: датчики на колесах отслеживают скорость вращения десятки раз в секунду, и когда электроника фиксирует блокировку колес, гидромодуль снижает давление в одной или нескольких тормозных магистралях, чтобы колеса вновь смогли вращаться.

Все современные антиблокировочные системы являются четырехканальными (то есть электроника управляет каждым колесом в отдельности) и имеют очень важную «надстройку» — EBD (Electronic Brakeforce Distribution). Это система распределения тормозных усилий, которая автоматически подстраивает давление в каждом контуре таким образом, чтобы обеспечить максимально эффективное торможение.

Вплоть до конца XX века антиблокировочные системы на многих автомобилях работали плоховато: электроника срабатывала грубо и не могла достаточно точно дозировать тормозное усилие на каждом из колес в отдельности. Инструкторы по контраварийной подготовке рекомендовали вообще не полагаться на АБС и учили водителей по старинке тормозить на грани блокировки колес либо использовать прерывистое торможение (это гоночный прием, имитирующий работу АБС). Но по мере эволюции электронных систем все поменялось.

Если при опасности вы жмете тормоз «в пол», то раньше вас назвали бы «чайником», а теперь именно так и учат делать. «Давите изо всех сил, почувствовали боль в ноге — значит, все сделали правильно», — так, например, говорит ведущий инструктор московской школы Jaguar Experience Егор Васильев, призер чемпионата России по ралли. Логика проста: в каждое отдельное мгновение колеса имеют разное сцепление с дорогой, поэтому одно колесо может быть уже заблокированным, а другое следовало бы дополнительно «дотормозить». Но водитель не способен приложить к каждому колесу разные усилия, а вот электроника при торможении «в пол» сама распределит силы между колесами максимально эффективно.

Современные АБС имеют важное дополнение — систему помощи при экстренном торможении (не путать с автоматическими системами экстренного торможения). Речь про Brake Assist System (BAS), которая способна фиксировать резкий удар по педали тормоза, и в случае, если усилие на педали недостаточное, электроника сама будет дотормаживать изо всех сил до полной остановки. Именно так, как учат делать инструкторы.

К 90-м годам прошлого века электроника поумнела настолько, что автопроизводители стали доверять ей более сложные задачи. Инженеры взялись за борьбу с боковыми скольжениями и с пробуксовкой ведущих колес. Так появились система динамической стабилизации ESP(Electronic Stability Program) и противобуксовочная система Traction Control, которые добавились к АБС. В сущности, это даже не отдельные системы, а функции, реализованные в едином блоке управления.

Вновь всех опередил Mercedes — первым серийным автомобилем с ESP в 1995 году стал знаменитый «шестисотый». Вскоре системы курсовой устойчивости превратились в обязательный атрибут всех дорогих машин, ну а в XXI веке началось массовое распространение этих разработок.

Принцип работы и устройство ESP

В своей работе система стабилизации руководствуется информацией от массы датчиков, оценивающих поведение автомобиля. Кроме данных от сенсоров вращения колес и давления в тормозной системе, электроника ESP также анализирует боковые и продольные ускорения, положение педали акселератора и угол поворота руля. Также системы научились работать газом (уменьшать подачу топлива, тормозить двигателем и т.п.) и работать в связке с «мозгами» «автомата».

Когда электроника фиксирует, что автомобиль начинает соскальзывать с намеченной траектории или возник риск неконтролируемого вращения, система выборочно подтормаживает одно или несколько колес и уменьшает подачу топлива. Таким образом удается «отловить» автомобиль и быстро погасить скорость.

ESP ранних поколений были довольно несовершенны по сегодняшним меркам: поведение автомобиля с такой электроникой понравилось далеко не всем. Особенно страдали владельцы мощных машин: электроника слишком активно «душила» двигатель. Это убивало весь кайф от быстрых виражей, ну а зимой езда превращалась в пытку. Если под колесами лед, вазовская «классика» могла обогнать какую-нибудь «пятерку» BMW при старте со светофора. Поэтому истинные ценители скоростных машин предпочитали ездить с отключенной ESP. В наши дни ситуация заметно улучшилась. Электроника стала гораздо деликатнее вмешиваться в процесс управления автомобилем, и, что самое главное, система теперь может допускать некоторое «лихачество» за рулем, если «видит», что водитель сам совершает правильные действия, «отлавливая» автомобиль в скольжениях. Это, как правило, относится к моделям со спортивным характером: на них ESP настраивают так, чтобы позволить развитие управляемого заноса до той стадии, пока водитель совершает корректные действия.

По мере развития технологий ESP получила множество «надстроек». Например, у внедорожников и кроссоверов появилась система контролируемого движения на спуске. Возникновение скольжения на крутом уклоне особенно опасно, так как потерявший управление автомобиль во многих ситуациях «поймать» будет уже невозможно — подчиняясь силе гравитации, машина будет бесконтрольно скользить до ближайшего препятствия. Поэтому электроника уже в начале спуска повышает давление в тормозных магистралях таким образом, чтобы автомобиль двигался со скоростью не выше 5–12 км/ч и при этом ни одно из колес не блокировалось.

Каждый производитель ищет свой подход к настройкам ESP и вспомогательного оборудования. Иногда получаются очень любопытные вещи. Например, обновленная Mazda 3, появившаяся в прошлом году, получила дополнительную функцию управления вектором тяги G-Vectoring Control (GVC). Электроника, определяя разгрузку передних колес, варьирует тягу, в итоге система не допускает сноса передней оси. Утверждается, что новая система действует филигранно и почти совсем не ограничивает возможности мотора.

Nissan же умеет тормозами и тягой двигателя гасить продольные колебания кузова — так на дорожных волнах колеса всегда сохраняют хорошее сцепление с дорогой. «Факультативные» дополнения к ESP можно перечислять долго: электронная имитация блокировки межосевого дифференциала (EDL), функция стабилизации прицепа… Но все они преследуют одну основную цель — не дать машине сорваться в неконтролируемое боковое скольжение и наиболее эффективно использовать тягу двигателя.

Автоматика, способная в случае опасности ударить по тормозам, появилась в 2003 году. Почти одновременно на рынок вышли Honda Inspire и Toyota Celsior с подобными разработками. В дальнейшем этим направлением заинтересовались все крупнейшие автоконцерны, и сегодня это оборудование стало вполне массовым: на российском рынке уже есть пара десятков моделей с автотормозом, причем это оборудование теперь не является особенностью только лишь люксовых машин.

Не один год система автоматического торможения доступна в качестве опции покупателям Ford Focus и Mazda CX-5, а на моделях подороже такая электроника может быть включена уже «в базу». Правда, тут важно понимать: системы разных марок сильно различаются, и недорогие решения не очень эффективны.

Принцип работы и устройство системы автоторможения

Для автотормоза главное — это «органы зрения». Простейшие системы используют лазерный дальномер (лидар), у более продвинутых есть один или несколько радаров и видеокамера, ну а самые «крутые» разработки имеют стереокамеру c двумя объективами. В зависимости от набора этого оборудования отличаются и возможности систем. Простенькие «слепнут» в туман и дождь, да и в ясную погоду срабатывают только на низких скоростях и практически не различают мотоциклистов и низкие прицепы. Подобные системы автоторможения стоят, например, на Mazda CX-5 и Ford Focus. Организация Euro NCAP в своих тестах даже не учитывает работу таких примитивных систем: они обозревают пространство лишь на 10–20 метров вперед и срабатывают на скоростях до 30 км/ч.

Серьезные системы рассчитаны на более высокие скорости и хорошо видят даже небольшие препятствия. Радар, посылающий электромагнитные импульсы, контролирует пространство на 500 м вперед, причем не теряет зрения даже в полной темноте или тумане. Дальнозоркие стереокамеры бьют на расстояние в 250–500 метров: изображение с камер позволяет системе распознавать образы, «видя», например, пешеходов, которых не заметил радар. Кроме того стереокамера распознает расстояние до объектов, и вместе с радаром это позволяет строить 3D-картинку, по которой ориентируется система.

Полный цикл тестов EuroNCAP предполагает три вида испытаний: торможение за впереди идущим автомобилем с «городских» скоростей (до 50 км/ч), с «загородных» скоростей (до 80 км/ч), а также серию тестов с манекенами-пешеходами разных размеров.К настоящему времени организация EuroNCAP испытала 17 моделей по полному циклу тестов системы автоторможения. Места распределились следующим образом:

* — Отмеченные звездочкой модели проходили испытание с опциональными пакетами безопасности. Все прочие упомянутые модели имеют систему предотвращения фронтальных столкновений в базовых версиях.

Выше речь шла о системах, которые в обычных режимах движения никак себя не проявляют и только в случае опасности перехватывают управление. Ведет машину человек, а электроника лишь его подстраховывает. Однако автопром, по сути, уже дошел до той стадии, когда стало понятно, что более безопасен обратный вариант: когда электроника выполняет все основные действия, а человек лишь контролирует ситуацию. Теперь электронные ассистенты получили такие полномочия, что уже вовсю отодвигают «начальника»-водителя на второй план.

Адаптивный круиз-контроль, система удержания автомобиля в своей полосе и парковочный автопилот сегодня есть в арсенале большинства ведущих автомобильных марок. Первые системы, способные контролировать дистанцию до впереди идущей машины, появились в середине 90-х. В 1995 году Mitsubishi вывела на рынок седан Diamante, оснащенный немного усовершенствованным круиз-контролем: при приближении к впереди идущей машине эта система умела автоматически сбрасывать газ и тормозить передачами, но не более того. Задействовать тормоза первыми смогли немцы: в 1999 году на Mercedes S-класса в кузове W220 появилась система Distronic, которая через штатный блок АБС-ESP могла контролировать дистанцию до впереди идущей машины.

С той поры основной принцип не изменился: между вашей машиной и автомобилем впереди как будто проложена невидимая подушка: притормаживает ее водитель — автоматически замедляетесь и вы. А когда чужая машина разгоняется, словно невидимый «трос» тянет вас за ней. Очень удобно!

К 2003 году ассистенты научились рулить. Honda оснастила седан Inspire системой Lane Keep Assist System. Она не просто видела дорожную разметку и оповещала водителя о том, что машина покидает свою полосу (такое стало возможным еще в 90-е), но и сама подруливала таким образом, чтобы удержать автомобиль в своем ряду. В том же 2003 году на рынок впервые вышел автомобиль, способный самостоятельно осуществить параллельную парковку — пионером в этой области стала Toyota Pruis. Обе разработки вскоре получили широкое распространение на рынке.

Начиная с 2014 года Euro NCAP присуждает автомобилям дополнительные баллы за работу системы удержания машины на полосе движения. За прошедшие три года было испытано 45 машин, впрочем, в 2016 году тесты проходили по новой, более детальной методике оценки, так что именно испытания прошлого года дают актуальную картину. Среди 13 испытанных в 2016 году машин места распределились следующим образом:

Следующий шаг — полностью автономное управление автомобилем, и некоторые производители его уже сделали. С осени 2015 года владельцы автомобилей Tesla получили обновленный софт для своих автомобилей, называющийся Autopilot. Это пока еще не полностью беспилотная система, а скорее продвинутый круиз-контроль. По инструкции руки убирать с руля не следует, но, в принципе, можно: автомобиль будет ехать по намеченному маршруту, совершая перестроения и поворачивая в нужных местах. На шоссе с хорошей разметкой это уже работает неплохо, в городской черте система пока проходит отладку.

Нечто подобное внедрили и другие марки. Причем такие автомобили уже есть в продаже в России. Скажем, Volvo S90 с системой Pilot Assist и новый Mercedes E-класса с оборудованием Drive Pilot. Скоро к числу подобных моделей присоединится и новая «пятерка» BMW.

Принцип работы и устройство ассистентов и автопилотов

Если автотормозу достаточно пары «глаз»-радаров, то ассистентам управления автомобилем нужно больше «органов зрения», смотрящих во все стороны. Получая данные от этого оборудования, искусственный интеллект распознает не только объекты на проезжей части и разметку, но и обочину, повороты, дорожные знаки. Руководствуясь всем этим, электроника сама прокладывает маршрут в навигационной системе и следует ему.

Сколько органов чувств должно быть в идеале? У Volvo сейчас одна камера, один радар, два задних локатора и 12 датчиков парктроника. У Mercedes арсенал побогаче: 3 радара (малой, средней и большой дальности), «стереокамера» с двумя объективами. Ну а самый продвинутый набор оборудования получили прошлой осенью автомобили Tesla. У них теперь 8 видеокамер кругового обзора (вперед смотрят три: основная охватывает пространство в 150 метрах от машины, «дальнобойная» — до 250 м, а помогает им широкоугольная камера, охватывающая 60 метров). По бокам и в задней части еще 5 камер. Кроме того, беспилотной системе помогают основной радар, бьющий на 160 м, и 12 ультразвуковых датчиков, размещенных по кругу.

Именно столько «органов чувств» надо для передвижения в полностью автоматическом режиме. Прежде у Теслы была лишь одна фронтальная видеокамера, и этого оказалось недостаточно. В мае 2016 года Тесла впервые попала в ДТП со смертельным исходом, когда машина управлялась автопилотом, и, предположительно, одна из причин заключается именно в плохом «зрении». Формально водителю не следовало убирать руки с руля, поэтому расследование Национального управления безопасности движения на трассах США (NHTSA) признало автопилот невиновным. Но представители Теслы ранее поспешили заявить, что с усовершенствованным «зрением» подобных ДТП можно избежать вовсе.

Если основные системы безопасности, такие как АБС и ESP, успели доказать, что им можно доверять, то с автопилотами пока много сомнений. Они корректно работают только на дорогах с хорошей разметкой и, к сожалению, слишком часто ошибаются в распознавании препятствий.

По Правилам дорожного движения никакие электронные помощники не снимают с водителя ответственности. Поэтому лучше, конечно, не доводить ситуацию до опасного рубежа, когда электроника вынуждена брать дело в свои руки. И в арсенале современных машин есть множество систем активной безопасности, которые никак не вмешиваются в управление, но способны вовремя предупредить о риске, чтобы водитель сам совершил нужные действия. Эти разработки тоже спасают много жизней.

Возьмем, к примеру, систему контроля «слепых» зон. Она всего лишь отслеживает пространство позади автомобиля, и если другая машина, приближаясь сзади, попадает в ту самую «слепую» зону зеркал, то загорается тревожная лампочка — с той стороны, откуда исходит опасность.

Очень полезны бывают системы кругового обзора, дополнившие привычный парктроник: миниатюрные видеокамеры размещены на кузове таким образом, что система способна построить виртуальную картинку, показывающую вид сверху или сбоку от машины. Еще недавно это казалось фантастикой, а теперь встречается на вполне распространенных моделях. Например, в качестве опции такую систему можно заказать на Volkswagen Passat или даже Nissan Qashqai.

Второстепенное, но тем не менее важное оборудование, можно перечислять долго. Совсем не лишняя опция — система контроля давления в шинах. Все чаще встречается система распознавания усталости водителя, способная «почувствовать», что манера вождения поменялась из-за утомления. Шикарная вещь — камера ночного видения, дающая водителю сигнал, что на проезжей части — человек…

«И как мы без всего этого жили!» — скептически проворчит опытный водитель, привыкший полагаться только на себя, а не на электронику. Но будет неправ. Это в идеальном мире каждый автомобилист владел бы контраварийными приемами вождения и ни на секунду бы не расслаблялся за рулем, но будем реалистами: вовремя среагировать на опасную ситуацию и справиться с неуправляемым автомобилем способны далеко не все. Чтобы аварии не произошло, нам в этом помогает активная электроника.

Другие статьи из раздела «Устройство автомобиля»