Прокрустово ложе безопасности: современные технологии

О системах безопасности в автомобиле — как традиционных и проверенных временем, так и о новых, инновационных системах, которые предлагаются сегодня на рынке для многих моделей впервые.

Традиционные технологии безопасности

Современные автомобили продолжают оснащаться целым рядом традиционных, проверенных временем и прекрасно зарекомендовавших себя систем безопасности, которые можно разделить на «пассивные» и «активные».

К «пассивным» относятся такие системы, как ремни безопасности (с обязательными сегодня преднатяжителями), подушки безопасности (фронтальные или боковые), которые сегодня обязательно оснащаются двухступенчатым алгоритмом срабатывания, и шторки безопасности по всей длине салона.

К «активные системы безопасности» относят антиблокировочные системы тормозов (ABS), ассистенты торможения (EBD), системы электронного контроля устойчивости (ESC/ESP) и другие.

ABS (Anti-lock Braking System), как известно, препятствует блокировке колес при торможении, то есть в случае появления признаков блокировки колес, которые определяются специальными датчиками, исполнительным механизмам тормозной системы подается команда на снижение тормозного усилия на заблокированном колесе. Благодаря этому обеспечивается торможение в прерывистом режиме и при интенсивном торможении автомобиль остается управляемым, что снижает вероятность заносов. Работу современных систем ABS обеспечивает электроника. Признаками работы системы являются вибрация педали тормоза при ее нажатии до упора.

Это сегодня базовая система безопасности всех современных автомобилей, и показания ее датчиков используются во всех других системах, начиная от противобуксовочных систем и заканчивая навигационной, где датчики ABS помогают уточнять местоположение автомобиля.

Также к уже традиционным можно отнести и различные другие ассистенты торможения:

EBD (Electronic Brake-force Distribution) — электронная система распределения тормозного усилия между передней и задней осями в зависимости от положения кузова, которая контролирует поведение колес и с помощью электроники регулирует тормозное усилие в соответствии с положением педали тормоза и степенью загрузки автомобиля. Система работает в непосредственной связи с ABS и обеспечивает сохранение курсовой устойчивости даже при торможении с максимальным усилием торможения;
EBA (Electronic Brake Assist) — система усиления экстренного торможения, которая поднимает давление в тормозной магистрали для поддержания высокого тормозного усилия при необходимости экстренной остановки (то есть такая система как бы помогает водителю «додавливать» педаль тормоза). У разных производителей такие системы могут называться по-разному. Так, например, на автомобилях «Мерседес» и некоторых других она называется BAS (Brake Assist System) и помогает водителю в критической ситуации быстрее ввести в действие рабочую тормозную систему. На других марках аналогичная система может называться DBC (Dynamic Brake Control) или просто BA (Brake Assist);
CBC (Cornering Brake Control) — система перераспределения тормозного усилия при прохождении поворотов;
Ассистент старта на подъеме (НАС, Hill Holder и другие) — это система, сохраняющая на протяжении некоторого времени процесс торможения при начале движения в горку, что предотвращает скатывание автомобиля назад. Она блокирует тормоза, удерживая машину на подъеме даже после того, как водитель отпустил педаль газа;
EPB (Electronic Parking Brake) — автоматический ручной тормоз. Отключается, когда водитель нажимает на педаль газа;
DAC (Downhill Assist Control) — система поддержания заданной скорости на спуске. Также может называться по-разному. Так, например, в автомобилях BMW или LandRover подобная система, автоматически поддерживающая заданную скорость на крутых спусках, называется HDC (Hill Descent Control).

К традиционным системам безопасности сегодня можно отнести и системы электронного контроля устойчивости или динамической стабилизации:

ESP (Electronic Stability Program) — это система курсовой устойчивости и управления тягой — предотвращает пробуксовку колес при разгоне (как с места, так и при ускорении), исключает пробуксовку ведущих колес, попавших на скользкий участок дороги, берет на себя управление тягой и тормозами, чтобы побороть занос или снос. На скоростях до 30-40 км/ч, как правило, работа этой системы ограничивается подтормаживанием буксующего колеса (функция контроля тяги), а при более высокой скорости она снижает обороты двигателя (функция стабилизации тяги). Каждая марка имеет свои особенности системы, которые отражаются и в названии. Например, на BMW эта система называется DSC (Dynamic Stability Control) и в нее включен также контроль тяги — Traction Control и Automatic Differential Brake, ADB-X — электронное устройство, подтормаживающее буксующие колеса, на Volvo — DSTС (Dynamic Stability and Traction Control), на Subaru, Toyota и Lexus — VDC (Vehicle Dynamic Control), на Mercedes 4 Matic — ETS (Electronic Traction System), на других марках аналогичные системы могут называться ASC (Automatic Stability Control), VSC (Vehicle Stability Control) и т.д.
ASR (Anti-Slip Regulation) — антипробуксовочная или противобуксовочная система — препятствует пробуксовке ведущих колес при начале движения (разгоне с места). Как правило, работает вместе с ABS, и как только антиблокировочная система фиксируют пробуксовку ведущих колес, ASR автоматически уменьшает обороты двигателя (тяговое усилие). В некоторых случаях работает совместно с другими системами контроля тяги TC (Traction Control), которые подтормаживают ведущие колеса. На современных автомобилях ASR и TC являются, как правило, составляющими той или иной системы динамической стабилизации.
MSR (Motor Schleppmoment Regelung) — система регулировки крутящего момента двигателя. При срабатывании АBS кратковременно повышает обороты двигателя для того, чтобы исключить передачу колесам эффекта торможения двигателем. В переднеприводных машинах эта система улучшает управляемость, а в заднеприводных — повышает курсовую устойчивость. Аналогично работает система HAC (Hill-start Assist Control) — при старте на подъем подтормаживает ведущие колеса, исключая пробуксовку.

Высокие технологии безопасности

Но сегодня все вышеописанные системы непрерывно совершенствуются, оснащаются электронными ассистентами или вовсе переходят от механических, к электронным.

Так, например, на современные автомобили в последнее время устанавливается преимущественно электронная система торможения EBS (Electronic Braking System). Педаль тормоза в такой системе не имеет механической связи с тормозной системой, а лишь подает сигнал в блок управления. После анализа информации от различных датчиков (скорость, поперечное ускорение, угол поворота рулевого колеса и т.д.) электроника самостоятельно дает команду исполнительным механизмам, регулирующим давление в контурах тормозной системы. Такая система эффективнее работает с другими современными электронными средствами безопасности, в том числе и инновационными.

Из высокотехнологических инновационных системам, интегрированных в современные автомобили, можно отметить различные системы предупреждения фронтальных столкновений с функциями предотвращения наезда на пешеходов, а также ассистенты движения в полосе, интеллектуальные круиз-контроли, системы распознавания усталости водителя, системы контроля «слепых» зон, системы контроля за поперечным движением позади автомобиля, ассистент дальнего света, интеллектуальные системы помощи при парковке, а также системы распознавания дорожных знаков и контроля скоростного режима.

Современная система предупреждения фронтальных столкновений с функцией предотвращения наезда на пешеходов AEB/FCA (Auto Emergency Braking/Front Collision Avoidance) использует для распознавания автомобилей и пешеходов на пути следования фронтальную камеру и радар. Если риск ДТП становится реальным, система подает визуальное предупреждение, после чего автоматически задействует тормоза.

Впрочем, есть различные виды таких систем, некоторые из них не задействуют камер, а работают только от радаров парктроников (которые на различных скоростях переходят в различные режимы), причём существуют как активные системы (с возможностью отключения автоматического торможения), так и изначально пассивные (то есть, просто информирующие о безопасной дистанции движения).

Ассистенты движения в полосе LFA (Lane Following Assist) — значительно более продвинутые системы, которые по сути являются очередным шагом к полуавтоматическому, а то и вовсе автоматическому управлению автомобилем. Они управляет скоростью, ускорением, торможением и рулением в зависимости от движения автомобилей, идущих впереди и по бокам, дорожной разметки и знаков. Ориентируясь на данные, получаемые с видеокамер и сенсоров, системы отслеживают все транспортные средства в потоке, а также определяют достаточные интервалы в других полосах для безопасного перестроения, которое позволило бы иметь больший простор в условиях плотного потока или пробки, поддерживают нужную скорость, а также предотвращают столкновения и удерживают автомобиль в полосе движения.

Диапазон скоростей работы таких систем может различаться. Так, скажем, некоторые начинают свою работу со скоростей выше 30-40 км/ч (до этого они работают в «парковочном режиме»), другие же более универсальны и работают в диапазоне от 0 до 180 км/ч.

У разных автопроизводителей система удержания полосы имеет свои торговые названия и возможности, но предлагаемые системы имеют, в основном, схожую конструкцию:

Lane Assist от Audi, Volkswagen, SEAT;
Lane Departure Warning System от BMW, Citroen, Kia, Ceneral Motors, Opel, Volvo;
Lane Departure Prevention от Infiniti;
Lane Keep Assist System от Honda, Fiat;
Lane Keeping Aid от Ford;
Lane Keeping Assist от Mercedes-Benz;
Lane Keeping Support System от Nissan;
Lane Monitoring System от Toyota.

Система помощи движению по полосе является электронной системой и включает клавишу управления, видеокамеру, радары/парктроники, блок управления и исполнительные механизмы. Корректировка траектории движения осуществляется принудительным подруливанием системы рулевого управления с помощью электромеханического усилителя руля (большинство систем) или подтормаживанием колес с одной стороны автомобиля (система Lane Departure Prevention).

Впрочем, принудительное подруливание обычно можно отключить, ограничившись информационной составляющей системы. И даже если оно включено, то величина крутящего момента, прикладываемого к рулевому механизму (тормозного усилия на двух колесах с одной стороны автомобиля) невелика и в любой момент может быть преодолена водителем. Впрочем, в инструкциях говорится, что при преднамеренном перестроении с одной полосы на другую должен быть включен сигнал поворота, иначе система будет препятствовать маневру. Если же разметка отсутствует, загрязнена или не распознаётся, то система деактивируется.

Простые системы удержания в полосе LKA (Lane Keeping Assist), обрабатывая изображение с фронтальной камеры просто следят за дорожной разметкой, предупреждает водителя о небезопасной ситуации и, подруливая, возвращает автомобиль обратно, в пределы своей полосы, а наиболее продвинутые ассистенты движения уже относятся к системам автопилотирования первого или второго уровня.

Такие системы, как SLIF (Speed Limit Information Function) обладают функцией распознавания дорожных знаков при помощи камеры на лобовом стекле и могут автоматически ограничивать скорость, помогая водителю оставаться в пределах скоростных ограничений. SLIF распознает знаки, устанавливающие скоростные лимиты, запрещающие обгон и другие. И даже если отключить ограничение скорости (что обычно и делают владельцы), то в информационном режиме при обнаружении знака система передаст информацию на дисплей и панель приборов, что в общем-то было бы полезно, если бы не высокая стоимость таких систем, если они не интегрированы в общий ассистент движения.

Интеллектуальный круиз контроль SCC (Smart Cruise Control) — это простейший ассистент движения, который используя данные с видеокамер и датчиков, самостоятельно регулирует скорость автомобиля и расстояние до движущихся впереди транспортных средств. Если идущее впереди транспортное средство ускоряется, интеллектуальный круиз-контроль увеличивает скорость автомобиля до изначально выбранной, а в том случае, если оно замедляется, система снижает скорость или вовсе останавливает автомобиль в пробке. При возобновлении движения система вновь активируется в отличие от старых круиз-контролей, где любое нажатие на тормоз выключало систему.

Системы распознавания усталости водителя DAW (Driver Attention Warning) сегодня также вошли в базовое оснащение автомобиля. Они способны улавливать потерю концентрации водителем, анализируя движения руля, направление, динамику ускорения или торможения, а также общее время, проведенное за рулем. При «накоплении ошибок вождения» такая система предупреждает водителя звуковым сигналом и горящим индикатором в виде чашки кофе на приборной панели. К признакам, по которым система определяет усталость, относятся, в частности, движение зигзагами, неоправданная смена полосы движения без поворотника, выруливание за пределы полосы или просто слишком длительное нахождение за рулём.

Ты устал! Отдохни…

Система контроля «слепых» зон BSD (Bling Spot Detection) c ассистентом смены полосы движения при помощи камер и/или датчиков осуществляет постоянный мониторинг пространства вокруг, в том числе и невидимого водителю через боковые зеркала заднего вида. Если в таких зонах появляется препятствие, она подает сигнал при помощи индикаторов, обычно встроенных в эти боковые зеркала. Такая функция значительно облегчает маневрирование на дорогах с многополосным движением и плотным трафиком.

Ассистент дальнего света HBA (High Beam Assist) используя информацию от фронтальной камеры, улавливающей свет фар встречного автомобиля автоматически выключает дальний свет, чтобы избежать ослепления водителя встречного транспорта. Как только автомобили разъезжаются, ассистент снова автоматически включает дальний свет, если он был выбран до этого.

Интеллектуальные системы помощи при парковке SPAS (Smart Parking Assist System) уже хорошо зарекомендовали себя у автовладельцев. Такая система при помощи радарных датчиков и/или камер определяет место, достаточное для парковки автомобиля, и облегчает процесс парковки, принимая на себя действия рулевым управлением. Всё, что необходимо водителю — это переключать передачи и управлять педалью газа. Система SPAS помогает и при выезде с параллельной парковки.

У особо продвинутых парковочных ассистентов есть также так называемые системы контроля за поперечным движением позади автомобиля RCTA (Rear Cross-Traffic Alert), которые активизируются при движении задним ходом на низкой (до 10 км/ч) скорости (например, при выруливании с парковочного места) и предупреждает о появлении автомобиля, движущегося в поперечном направлении. Сигнал опасности подается при помощи тех же индикаторов, встроенных в боковые зеркала заднего вида, что и в системе контроля «слепых» зон. Функция, надо сказать, крайне полезная.

Как фронтальные, так и камеры заднего вида, становятся всё более привычными на современных автомобилях — они обеспечивают работу различных ассистентов движения, помогают при парковках и действительно существенно упрощают управление автомобилем. Единственное за чем надо следить при выборе автомобиля с камерой — это чтобы системы подогрева стекол обеспечивали обзорность фронтальной камере, а задние эффективнее работают там, где они защищены от загрязнения (например, убираются при движении и открываются только при парковке/в движении задним ходом).

Интересны также и другие инновации, которые повышают комфорт, снижают утомляемость и тоже так или иначе способствуют безопасному управлению автомобилем.

Так, например, как упоминалось выше, стремление производителей сделать автомобиль более безопасными, привлекательным и интересным в вождении привело к увеличению уровня шума в салоне. Например, ажурные легкосплавные диски увеличенного диаметра и более широкие покрышки передают в салон больше шумов, чем обычные «закрытые» диски и более узкие покрышки. Также более шумным автомобиль делает сложная многорычажная подвеска. Шум не только раздражает пассажиров автомобиля, монотонный низкочастотный звук действует на водителя усыпляющее, что может привести к аварии. И проблему шума в салоне сегодня предлагается решать специальными электронными устройствами, которые будут динамически определять частоту постороннего звука и пропустит через обычные динамики аудиосистемы сигнал противоположной частоты, эффективно подавляющий эти шумы.

На подходе также технологии «дополненной реальности», которые будут проецировать на лобовое стекло полноцветную голографическую картинку окружения ночью (снимая данные с приборов ночного виденья), а также навигационную информацию об окружающих объектах. Все это позволит полностью изменить дизайн салона автомобиля и дизайн его приборной панели. Сейчас разработки в этой сфере ведут Harman Interactive, Tesla, Toyota и BMW. И, в частности, работает над этим российско-швейцарская компания WayRay, производящая автомобильные дисплеи дополненной реальности (AR) на базе технологии голографических оптических элементов. Основанный в 2012 году стартап создает AR-решения, в которых виртуальные объекты в дополненной реальности накладываются на реальный мир вокруг автомобиля. К сентябрю 2018 года компания сотрудничает приблизительно с 25 крупными производителями автомобилей и автомобильного оборудования.

Автомобильные голографические дисплеи дополненной реальности (AR)

Не будем также забывать и о таких «мелочах», как гидрофобные стекла, которые отталкивают воду и предотвращают запотевание, краски с «самозарастающими» царапинами и другие материалы, которые могут изменить будущее автомобилей.

Вместо заключения

Эксперты полагают, что в ближайшие годы до 90% автомобильных новинок, непосредственно влияющих на стоимость при смене модельного ряда, будет приходиться на электронные системы.

Сегодня можно с уверенностью говорить, что прогресс в автомобилестроении меняет направление. Если до сих пор он шел в основном по пути модернизации механических или гидравлических систем, то теперь он следует по пути стремительного совершенствования электронной «начинки» автомобиля.

Проблема в том, что как сами требования безопасности, так и электронные средства по их повышению весьма противоречивы и улучшая что-то одно, мы получаем проблемы в другом. Так, например, система контроля «слепых» зон безусловно помогает водителю и повышает безопасность вождения. Однако она (как и многие другие инновации) является «критической» системой автомобиля, особенно когда завязана в общую систему ассистента движения и, соответственно, любая её поломка обездвиживает автомобиль и требует эвакуатора. Хотя, казалось бы, ну ездили мы годами без этих систем, почему же нам запрещают доехать без них самостоятельно хотя бы до сервиса?

Да и вообще, как поведёт себя продвинутый ассистент движения при плохой, неровной или неправильно сделанной разметке? Хорошо если просто деактивируется, а если нет? А как поведёт себя интеллектуальная система распознавания дорожных знаков, если они противоречат друг другу?

Вон, например, по опыту, езда с активированной системой контроля дистанции на российских дорогах невозможна. «Правильную» дистанцию практически никто не соблюдает, а любое «подрезание» не только вызывает очень неприятное для водителя «самопроизвольное» торможение, но и чревато повреждением задней части автомобиля…

Автор: Татарников Олег