Тормоза с антиблокировочными устройствами и дисковые тормоза

Введение

Многие дорожно-транспортные происшествия происходят из-за того, что водитель теряет контроль за управлением транспортного средства при торможении. Важной причиной утраты контроля является то, что одно или несколько колес блокируются при торможении. Когда колеса блокируются, транспортное средство теряет как устойчивость, так и управляемость. Официальная британская статистика происшествий свидетельствует о том, что колеса были заблокированы приблизительно при 14% зарегистрированных ДТП с травматизмом (Grime, 1987). Блокировка колес на повороте приводит к тому, что транспортное средство будет управляться только центробежными силами, в результате чего могут произойти ДТП - выезд с проезжей части или лобовое столкновение.

Немногие водители в состоянии должным образом воспользоваться тормозами в аварийных ситуациях. Обычная реакция - нажатие тормозной педали до упора, что чаще всего приводит к блокировке колес. Неблокирующиеся тормоза или тормоза, оснащенные антиблокировочным устройством (ABS), предназначены для предотвращения проблем, возникающих при блокировке колес. Целью применения неблокирующихся тормозов является избавление водителя от трудной задачи - оптимизировать давление при торможении и предотвратить блокировку колес так, чтобы в критической ситуации можно было сохранить устойчивость и управляемость транспортного средства. На некоторых дорожных покрытиях тормоза ABS обеспечивают также более короткий тормозной путь по сравнению с обычными тормозами. Для грузовых автомобилей и автопоездов в особенности важно предотвращать происшествий типа "складного ножа" и другие происшествия, возникающие вследствие блокировки колес или нестабильных тормозов. В американском исследовании (Jones и Stein, 1989) показано, что автопоезда с неисправными тормозами имели риск оказаться в ДТП приблизительно на 50% выше, чем автопоезда с исправными тормозами.

Описание мероприятий

Тормозная система ABS представляет собой специальную замкнутую регулирующую систему. Простейшая схема этой системы предназначена для регулирования одного колеса и состоит из следующих основных узлов:

• сенсорный датчик, который воспринимает режим вращения колеса (скорость, ускорение, замедление);
• управляющее устройство, воспринимающее и обрабатывающее информацию от сенсорного датчика, и выдающее управляющие сигналы для регулирования;
• регулирующий клапан в тормозной цепи, который реагирует на управляющие сигналы от управляющего устройства так, чтобы давление при торможении регулировалось с целью предотвращения блокировки колес и одновременно обеспечения наилучшего тормозящего действия с приемлемой возможностью управлять транспортным средством.

Кроме этих основных узлов, в систему с учетом безопасности, входят также:

• устройство контроля неисправностей, регистрирующее неисправности, возникающие в системе. При возникновении неисправности система полностью или частично выключается и торможение осуществляется в обычном режиме;
• сигнальная лампочка, загорающаяся при возникновении неисправности;
• дополнительная сигнальная лампочка, загорающаяся при возникновении неисправности в прицепе автомобиля;
• индикаторная лампочка, которая срабатывает от сигнала информационного устройства, когда в прицепе отсутствуют тормоза ABS.

Имеются тормоза ABS, которые действуют только на передние колеса, только на задние колеса или на все четыре колеса (Robinson и Duffin, 1993; Kahane, 1993). На американских автомобилях тормоза ABS в основном используются для задних колес грузовых автомобилей небольшой грузоподъемности (менее приблизительно 4800 кг), пикапов, универсальных автомобилей и так называемых фургонов. Системы ABS, которые действуют только на задние колеса, препятствуют блокировке задних колес, скольжению вбок и боковому заносу при резком торможении.

Системой, которая до настоящего времени наиболее часто применяется на легковых автомобилях, является система с индивидуальным регулированием (IR) на передней оси и регулированием низкого трения (SLR) на задней оси. В случае SLR колесо, имеющее самое низкое трение, когда оно изменяется между правой и левой сторонами, определяет также давление при торможении для другого колеса. Эта система является относительно дорогостоящей. Для массовых моделей автомобилей разработаны более простые системы. Примером является система " Girling SCS " (система управления остановом), которая регулирует передние колеса по отдельности, а задние колеса регулируются опосредованно диагонально расположенными передними колесами. Эта система не имеет какихлибо электронных компонентов и представляет собой механическую гидравлическую систему (von Fersen,1985). Система SCS более приемлема по цене, чем системы с электронными устройствами. Она разработана также для применения на транспортных средствах с приводом на все четыре колеса (Newton и Riddy, 1984).

Наиболее распространенной системой на транспортных средствах, имеющих пневматические тормоза (грузовые автомобили и прицепы) является система с так называемым модифицированным индивидуальным регулированием (MIR) на передней оси и индивидуальным регулированием на задней оси (IR). MIR - это система с встроенным запаздыванием по времени при создании давления на колесо, имеющее наибольшее трение. Причиной того, что эти транспортные средства оснащаются системой "MIR" на передней оси, является то, что водитель сохраняет полную управляемость при торможении на покрытии с различным трением. Решением, которое до сих пор господствовало среди американских и английских систем, является регулирование низкого трения на передней и задней осях.

Эта система может приводить к значительному увеличению тормозного пути на покрытии при различных трениях на правой и левой сторонах. Поскольку такой фактор часто встречается на норвежских зимних дорогах, применение таких систем в Норвегии не рекомендуется (Karlsen, 1989).

В настоящее время в странах ЕС введено обязательно применение тормозов ABS для отдельных групп крупных транспортных средств (Ross, 1993). Это сделано с целью повышения устойчивости при торможении автопоездов и тягачей с прицепами, т.е. для транспортных средств, испытывающих наибольшие проблемы, связанные с устойчивостью. Норвегия решила присоединиться к директиве ЕС за?71/320/ЕЕС с 1 октября 1992. Это означает, что тормоза с ABS потребуются на все колеса тяжелых транспортных средств/тягачей свыше 16 т, которые могут быть оборудованы прицепами. Тормоза с ABS требуются также на прицепах грузоподъемностью свыше 10 т. Согласно этой же директиве тормоза с ABS требуются также на норвежских туристических автобусах и на норвежских междугородних автобусах (т.е. на внегородских автобусах).

Скандинавские страны занимают особое положение среди других стран на континенте, что касается сложных зимних погодных условий. Это часто означает худшие и неоднородные условия сцепления с дорожным покрытием. Поэтому возникает вопрос, отвечают ли требования, изложенные в постановлениях ЕСЕ/ЕЕС, скандинавским зимним условиям (Nordstrоm, 1983; Karlsen, 1989). Шведская сторона специально предложила дополнить предписания ЕСЕ/ЕЕС требованием об испытаниях в зимних условиях, однако не получена даже копия такого документа.

Имеется постановление ЕЭК1305 (ЕЭК - Экономическая комиссия ООН по Европе), целью которого является оценка всех возможных электронных решений тормозных систем, чтобы обеспечить совместимость между всеми различными тормозными системами, установленными на тягачах и прицепах (Straub, 1993).

Влияние на тормозной путь и управляемость

Испытания, проведенные на тяжелых грузовых автомобилях и автопоездах, показали, что тормоза ABS делают эти транспортные средства более устойчивыми при торможении, в результате чего сокращается возможность эффекта складывания - "складного ножа" (Robinson og Duffin, 1993).

Имеется несколько работ, в которых исследовались тормозные пути на гладком сухом или влажном покрытии (Newton og Riddy, 1984), на влажном дорожном покрытии различных типов (Robinson og Duffin, 1993) и на дорогах со скандинавскими дорожными и зимними условиями (Karlsen, 1989). Большинство испытаний, в которых сравнивались тормоза ABS с обычными тормозами, указывают на то, что тормоза ABS обеспечивают уменьшенный тормозной путь на влажном покрытии (Robinson og Duffin, 1993). Это относится и к отдельным легковым автомобилям с тормозами ABS только на передних колесах, к тяжелым транспортным средствам с тормозами ABS (только тягачи и полуприцепы с грузом). Легковые автомобили с тормозами ABS на все колеса имеют значительно более короткий тормозной путь, чем автомобили без тормозов ABS. Опыты с экстренным торможением на скорости 100 км/ч показали, что и автомобили, снабженные тормозами ABS на все колеса, и автомобили, снабженные тормозами ABS на передние колеса, сохраняли устойчивость и управляемость в течение всего периода замедления скорости, все автомобили без тормозов ABS теряли управляемость при скоростях свыше 70 км/ч (Robinson og Duffin, 1993). Некоторые теряли управляемость даже при низкой скорости в 40 км/ч. Легковые автомобили с тормозами ABS только на передние колеса не имели сокращенного тормозного пути, но с этим типом тормозов они сохраняют устойчивость направления движения и управляемость. Применение тормозов ABS на все колеса может обеспечить сокращение тормозного пути на 20% при скорости свыше 80 км/ч при сохранении устойчивости (Robinson og Duffin, 1993).

В Норвегии испытывали различные системы ABS и сравнивали их с автомобилями без АВS (Karlsen, 1989). Среди полученных результатов можно отметить следующие:

• При торможении при однородном сцеплении автомобили с ABS имеют более короткий тормозной путь, чем автомобили с обычными тормозами при большинстве условий сцепления. Система "Girling SCS" дает более длинный тормозной путь по сравнению с другими системами ABS, тем не менее она обеспечивает более короткий тормозной путь по сравнению с заблокированными колесами.
• На дорожных покрытиях, занесенных снегом, и гравийных покрытиях, все автомобили, снабженные системами ABS, имели значительно более длинный тормозной путь по сравнению с автомобилями без систем ABS. Это можно объяснить тем, что блокирование колес создает "эффект плуга", который сокращает тормозной путь.
• Системы ABS с регулированием низкого трения на передней и задней осях обеспечивают то, что давление при торможении на все колеса регулируется по колесу, имеющему наименьшее сцепление, а это может привести к существенному увеличению тормозного пути на зимних дорогах.
• Испытания, проведенные в условиях переменного сцепления, показывают, что системы ABS обеспечивают более короткий тормозной путь, чем автомобили без системы ABS, и большую устойчивость движения.

Влияние на аварийность

Большинство исследований влияния тормозов ABS на количество ДТП выполнено в США, они основываются на обширном материале об ДТП. Результаты, рассматривающиеся в данном разделе, основываются на следующих исследованиях:

Aschenbrenner, Biehl og Wurm, 1987 (Германия, легковые автомобили).
Kahane, 1993 (США, небольшие грузовые автомобили и универсальные автомобили).
Kahane, 1994 (США, легковые автомобили).
Hertz, Hilton og Johnson, 1995А (США, легковые автомобили).
Hertz, Hilton og Johnson, 1995В (США, небольшие грузовые и универсальные автомобили).
Highway Loss Data Institute, 1995 (США, легковые автомобили).
Evans и Gerrish 1996 (США, легковые автомобили).

Различают влияние на легковые автомобили, влияние на пикапы, небольшие грузовые и универсальные автомобили. Лучшая оценка влияния тормозов ABS на количество ДТП (процентное изменение количества ДТП) приведена в табл. 4.3.1.

В случае легковых автомобилей применение тормозов ABS дает относительно небольшое, но статистически надежное сокращение числа происшествий, если все степени травматизма и типы ДТП рассматривать совокупно. Количество ДТП с травмами людей сокращаются, в то время как количество дорожнотранспортных происшествий со смертельным исходом возрастает. Если рассматривать отдельные типы происшествий, картина будет еще более противоречивой. Наблюдается статистически надежный рост происшествий с опрокидыванием, одиночных происшествий и столкновений с неподвижными объектами. Также наблюдается статистически надежное сокращение столкновений с пешеходами (велосипедистами), животными и столкновений с поворачивающими транспортными средствами. В целом тормоза ABS не имеют какоголибо влияния на происшествия при наезде сзади. Исследование, более подробно рассматривавшее этот тип ДТП (Evans og Gerrish, 1996), показывает, что применение тормозов ABS сокращает риск наезда на впереди идущее транспортное средство на 32 8%, но увеличивает риск наезда сзади другого транспортного средства на 30 14%. Таким образом, влияние в чистом виде на происшествия связанные с наездом сзади равно 0.

Таблица 4.3.1. Влияние тормозов с антиблокировочными устройствами на аварийность

Тяжесть последствий ДТП	Процентное изменение количества ДТП
Типы ДТП, на которые оказывается влияние	Лучшая оценка	Пределы колебания результатов
Легковые автомобили с тормозами ABS
Все степени травматизма	Все	-3,5	(-44; -2,6)
ДТП с травмами людей	Все	-5	(-8; -2)
Смертельные случаи	Все	+6	(+1; +12)
Влияние на определенные типы происшествий
Не установлена	ДТП с опрокидыванием	+2	(+11; +34)
Не установлена	Отдельные ДТП без опрокидывания	+15	(+9; +22)
Не установлена	ДТП на перекрестке	-2	(-5; +1)
Не установлена	Наезд сзади	-1	(-5; +3)
Не установлена	Столкновение с неподвижным препятствием	+14	(-11; +18)
Не установлена	Столкновение с поворачивающим транспортным средством	-8	(-14; -1)
Не установлена	Столкновение с пешеходами, велосипедистами, животными	-27	(-40; -12)
Тормоза ABS на пикапах, универсальных автомобилях, фургонах
Все степени травматизма	Все	-7,4	(-8,2; -6,7)
Смертельные случаи - все типы автомобилей	Все	+14	(+11; +18)
Смертельные случаи - пикапы	Все	+10	(+5; +15)
Смертельные случаи - универсальные автомобили	Все	+11	(-1; +23)
Смертельные случаи - фургоны	Все	+12	(0; +26)
Влияние на определенные типы происшествий
Не установлена	ДТП с опрокидыванием	-21	(-25; -16)
Не установлена	ДТП на перекрестке	+3	(-1; +8)
Не установлена	Лобовое столкновение	+7	(-3; +18)
Не установлена	Наезд сзади	+16	(+12; +21)
Не установлена	Столкновение с неподвижным препятствием	-6	(-8; -3)
Не установлена	Столкновение с поворачивающим транспортным средством	+9	(+2; +17)
Не установлена	Столкновение с пешеходами, велосипедистами, животными	-12	(-15;-8)

Влияние тормозов ABS на пикапы, универсальные автомобили и фургоны совпадает и отличается от влияния на легковые автомобили. Общим для обеих групп является статистически надежное сокращение количества ДТП, если все степени тяжести травматизма рассматривать в совокупности. Процентное сокращение для группы пикапов вдвое больше, чем для легковых автомобилей. Общим для обеих групп является увеличение смертельных случаев при ДТП, процент которых вдвое больше для группы пикапов. Увеличение смертельных случаев при ДТП наиболее заметно именно для пикапов, однако, находится на границе статистической надежности и для фургонов, и для универсальных автомобилей. Общим для обеих групп транспортных средств является сокращение столкновений с пешеходами, велосипедистами, животными. Однако другие статистически надежные изменения количества ДТП в группе пикапов идут в противоположном направлении от того, что установлено для легковых автомобилей. Отмечается сокращение происшествий с опрокидыванием и столкновений с неподвижными объектами, в то время как столкновения с поворачивающими/разворачивающимися транспортными средствами возрастает. Для наездов сзади также обнаруживается относительно большое увеличение, в то время как в целом для легковых автомобилей такая тенденция не наблюдалась. Как можно объяснить эти кажущиеся противоречивыми влияния? Не истолковывая результаты, можно сформулировать некоторые гипотезы относительно причин. Основанием для разъяснения является работа Aschenbrenner и др. (1987), которая показывает, что применение тормозов ABS может привести к изменению привычки водителя, выражающейся в увеличении скорости движения и в более агрессивном вождении. Исследование проводилось на базе таксомоторной компании в Мюнхене, имеющей две группы такси; единственное различие между группами заключалось в наличии или отсутствии тормозов ABS на такси. Водителей произвольно распределили по группам и информировали о том, какими тормозными системами оснащены автомобили. Поведение водителей регистрировалось наблюдателями, "замаскированными" под пассажиров. Они проделали один и тот же путь (всего 113 поездок) с одинаковым количеством автомобилей с тормозами ABS и без них. Было выявлено четыре статистически надежных из 18 типов поведения водителей, которые наблюдались при проведении данного исследования. В случае водителей автомобилей, оснащенных тормозами ABS, было установлено, что они:

• в меньшей степени придерживались своей полосы движения;
• чаще "срезали углы"
• в меньшей степени предвидели развитие ситуаций в транспортном потоке;
• чаще были участниками конфликтных ситуаций.

Хотя отмечается небольшое сокращение ДТП с легковыми автомобилями, если все происшествия рассматривать совокупно, в то же время увеличилось общее число ДТП и число столкновения с неподвижными препятствиями. Эти типы происшествий, в частности, связывают с высокой скоростью на отдельных участках вне населенных пунктов. В то же время отмечается сокращение столкновений с пешеходами, велосипедистами, животными и столкновений с поворачивающими транспортными средствами. Этот тип происшествий чаще всего встречается в населенных пунктах. Поэтому поведенческое приспособление в результате применения тормозов ABS может быть таким, что водители компенсируют испытанную, но "фальшивую" уверенность увеличением скорости вне населенного пункта. Конечно, увеличение скорости может иметь место и в черте населенного пункта, но тормоза ABS одновременно могут обеспечить сокращение ДТП за счет улучшения управляемости в случае внезапно возникающих ситуаций, что вероятно чаще всего происходит в городских условиях. При данных дорожных условиях тормоза ABS обеспечивают более короткий тормозной путь. В дополнение к улучшению управляемости можно предположительно констатировать, что некоторое наблюдаемое сокращение ДТП можно отнести на счет более короткого тормозного пути.

Для группы пикапов картина иная. Эта группа автомобилей имеет тормоза ABS только на задних колесах. Поэтому их применение на автомобилях этой группы имеет целью только увеличение устойчивости и управляемости в критических ситуациях, но не сокращение тормозного пути. Вполне уместно считать, что возросшую устойчивость и управляемость объясняют сокращением происшествий с опрокидыванием, столкновений с неподвижными объектами и наездов на пешеходов, велосипедистов, животных. Однако отмечается увеличение наездов сзади и столкновений с транспортными средствами, которые разворачиваются. Увеличение ДТП в виде наездов сзади может зависеть от ошибочного понимания влияния тормозов ABS на тормозной путь Уменьшение столкновений с транспортными средствами, которые разворачиваются на дороге, труднее поддается объяснению. Общим для групп легковых автомобилей и пикапов является увеличение ДТП со смертельным исходом. В случае легковых автомобилей это может быть вызвано изменением поведения водителя за счет увеличения скорости. Это же, видимо, наиболее подходит и для группы пикапов. Нельзя не учитывать того, что результаты, подтвержденные исследованиями, могут также частично зависеть от недостаточных знаний или неправильного понимания водителями фактического принципа действия тормозов ABS. Серьезным непониманием со стороны водителей является то, что они считают, что основной целью применения тормозов ABS является сокращение тормозного пути (Kahane, 1994). Тормоза ABS обеспечивают сокращение тормозного пути лишь при определенных состояниях дорожного покрытия и дорожных условий, в то время как в других условиях тормозной путь увеличивается. Основной целью применения тормозов ABS является не сокращение тормозного пути, а предотвращение заносов, потери управляемости и контроля в результате блокирования колес при резком торможении.

Существует подозрение относительно того, что тормоза ABS могут отказать или утратить тормозящий эффект в критических ситуациях, когда водителю приходится объезжать объект, чтобы избежать наезда и ДТП. Это обеспокоило американскую дорожную полицию, и она провела специальные исследования по этой проблеме (Brandt, 1994). Ситуация, ставшая объектом исследования, является, вероятно, редкой для обычных водителей, но с нею чаще приходится сталкиваться полицейским патрулям во время выездов по вызову, погонь и т.п. Подозрение у американской дорожной полиции было настолько велико, что решено было провести испытания по выполнению маневров с целью избежания столкновения с одновременными замерами тормозного пути. В испытаниях использовались четыре американские модели автомобилей, оснащенных тормозами ABS. Подозрения подтвердились. Тормозной путь увеличивался в ситуациях, когда выполнялись маневры с целью избежания столкновения при одновременном торможении. Объяснение этому является неубедительным. Проблема заключается в том, что при выполнении маневра с целью избежания столкновения с резким поворотом руля и торможением при высокой скорости не ощущается, что автомобиль теряет скорость так быстро, как это происходит при применении традиционных тормозов, и это назвали "тормозным весом". При применении традиционных тормозов и заблокированных колес все трение направлено на сокращение скорости, но при этом водитель теряет контроль за управлением автомобиля. Вероятным объяснением увеличения тормозного пути при применении тормозов ABS может служить то, что большая часть имеющегося сцепления между шиной и дорожным покрытием расходуется на выполнение поворотов, таким образом, остается небольшое сцепление для уменьшения скорости транспортного средства (Brandt, 1994).

Имеется определенная вероятность того, что тормозная система откажет изза отказа одного из компонентов системы. Эта вероятность выше для тормозов ABS по сравнению с обычными тормозами, поскольку в системах ABS больше составляющих элементов. Анализы надежности систем АBS показывают, что серьезные неполадки могли бы возникать в сенсорных датчиках скорости вращения колеса и в клапанах. Однако такие неполадки не считались настолько критическими, чтобы вывести всю систему ABS из строя и тем самыми представлять угрозу для безопасности движения (Robinson og Duffin, 1993). Если система ABS отказывает, это однако, не приводит к полной утрате способности тормозить. В таких случаях система ABS полностью или частично переключается на выполнение функции традиционных тормозов (Karlsen, 1989).

Дата добавления: 2015-06-27