Блог им. AntonKatenev → АБС и все все все. Часть вторая, техническая.
Первая часть
Третья часть
Из предыдущей серии стало понятно, что торможение “на грани возможного” — весьма сложный маневр, требующий мастерства на уровне спортсмена-любителя. Казалось бы, можно особенно не напрягаться, и просто не совершать сложных маневров, как и делает большинство мотоциклистов. Но экстренное торможение — не тот маневр, который вы можете спланировать, и не тот, которого можно избежать.Если припрет — придется тормозить, тем более, что ничего другого в арсенале мотоциклиста не имеется. На другом конце этого торможения вас могут подстерегать увечья или даже смерть, потому что никакими средствами пассивной безопасности мотоцикл не оборудован, а экип (особенно традиционный) не всесилен.
Главная техническая проблема при торможении на мотоцикле — его тормозная система может легко уронить или опрокинуть мотоцикл, даже на ровной дороге с хорошим сцеплением, без всякого маневрирования, и при обычном, достаточно интенсивном торможении. Просто потому, что при торможении было развито тормозное усилие, большее, чем позволяют текущие условия или геометрия мотоцикла. Можно, конечно, держаться далеко от этих пределов, но по настоящему эффективное торможение происходит только тогда, когда эти пределы очень близко. Проще говоря, для тормозов необходим какой-то ограничитель, который удерживал бы тормозное усилие максимально близко к грани возможного, но не переходил ее (с печальными для мотоциклиста последствиями), позволяя спокойно тормозить в любых условиях. Потому что последствия недотормаживания могут быть не менее печальными, чем последствия перетормаживания.
И такая система есть, и это, как вы уже догадались, АБС.
Для начала небольшая вводная и исторический экскурс. Во-первых, у этой системы не самое удачное название, вводящее многих в заблуждение. Изначально она появилась в авиации на самолетных тормозах, называлась anti skid system и служила для обеспечения безопасной посадки достаточно крупных самолетов в плохую погоду. Надо сказать, что без этой системы коммерческой авиации в том виде, в котором мы ее знаем, просто не было бы — это одна из критически важных систем самолета, и без нее рейсы приходилось бы отменять даже просто в сильный дождь, не говоря уж о зимних условиях. Появилась она на самолетах еще в конце сороковых, естественно, в очень простом виде, потом попала в автомобили (и тут стараниями фирмы Бош обрела коммерческое название ABS), довольно долго развивалась на автомобилях, и только после этого стала устанавливаться на серийных мотоциклах. К этому моменту АБС была уже довольно развитой технологией, далеко не первого и не второго поколения, и с тех пор изменилась мало, во всяком случае, в своих основных принципах. Поэтому я буду говорить о более или менее современных АБС, систем самых первых поколений на мотоциклах просто не было.
Аббревиатура АБС — прямая калька с латиницы, и означает она Antiblockiersystem по-немецки, Anti-lock braking system по-английски и антиблокировочная система по-русски. Как ни странно, название не отражает ни назначения системы, ни принципов ее работы, зато прекрасно справляется с тем, чтобы вносить смятение в массы — но об этом ниже.
Давайте разберемся, что же это такое:
С функциональной точки зрения, АБС — ограничитель тормозного усилия. Она ограничивает это усилие настолько, чтобы сделать торможение безопасным.
С технической точки зрения, АБС — система уравнивания скорости вращения колес при торможении, не больше и не меньше. О технике поговорим дальше.
С точки зрения мотоциклиста, АБС — система, позволяющая ему использовать весь потенциал тормозной системы мотоцикла.
С точки зрения безопасности, АБС — штука, обладание которой повышает ваши шансы выжить на дороге на 40%, то есть практически в два раза.
То есть перед инженерами стояла задача сделать систему ограничения тормозного усилия, не допускающую долговременного срыва колес при торможении. Они решили эту задачу, сделав систему уравнивания скорости колес. Сейчас расскажу, как и почему это работает.
Очевидно, что если надо сделать систему ограничения тормозного усилия, то в первую очередь надо знать, до какого предела ограничивать это усилие. В данном случае его нужно ограничить до такой величины, при которой произойдет срыв колеса. Заметьте, именно срыв, а не столь любимая всеми блокировка.
При торможении на ДОП это величина очень переменная, и зависит от целого набора совершенно разных факторов. Усилие, нужное для срыва колеса, зависит от сцепления колеса с дорогой, от веса мотоцикла, текущего распределения веса по осям, степени сжатия подвески, и много чего еще. Предсказать эту величину в реальных дорожных условиях невозможно, кроме того, она может сильно меняться даже в процессе самого торможения, достаточно просто наехать на более скользкий участок дороги, например, на линию разметки. Инструментального способа определения этой величины тоже нет.
Так как же АБС определяет, до какой величины надо ограничить тормозное усилие? Для этого она использует тот самый срыв колес, который в общем-то призвана предотвращать. Эта система совершенно намеренно заставляет колесо срываться, но этот срыв никогда не бывает длительным (несколько десятков миллисекунд), а значит не может привести к заметному сносу. А как мы помним из предыдущей части, проблемы создает именно неконтролируемый снос.
То есть АБС тормозит настолько сильно, чтобы сорвать колесо, и тем самым запустить процесс ограничения. Как только это произойдет, колесу сразу возвращают сцепление с дорогой, немного снижая тормозное усилие. Через некоторое время процесс повторяется: система все время “нащупывает” ту грань, за которой происходит срыв колеса. Именно этот периодический процесс и воспринимается как работа АБС.
Но чтобы использовать факт срыва колеса при управлении тормозами, надо сначала как-то определить этот факт. Непосредственно это сделать нельзя, протектор колеса не оборудован никакими датчиками, но можно использовать косвенный метод. Он строится на том, что если линейная скорость колеса в точке касания с дорогой меньше, чем линейная скорость самого мотоцикла относительно этой дороги — значит колесо сорвано, и пятно контакта имеет какую-то скорость относительно дорожного полотна.
Скорость вращения колеса (угловую скорость) вполне можно определить датчиком на оси колеса, и даже можно узнать его диаметр, чтобы вычислить линейную скорость. Но как узнать фактическую скорость самого мотоцикла? Напрямую — никак, но можно использовать в качестве датчика скорости другое колесо, их, по счастью, больше одного. То есть если одно колесо вращается медленнее другого, то это, скорее всего, означает, что оно находится в срыве. Никакого другого способа определить этот самый срыв у базового алгоритма АБС нет. Как только срыв определен, АБС немедленно пытается вернуть колесу сцепление с дорогой, снижая тормозное усилие на нем. Как только колесо вышло из срыва, тормозное усилие немедленно восстанавливается, и процесс начинается сначала.
Видно, что с технической точки зрения АБС — всего лишь система уравнивания скорости колес при торможении путем регулирования тормозного усилия на одном из них, или на обоих. Больше ничего в основе своей АБС не делает, но как показывают теория и практика, ничего больше и не нужно.
Система АБС в целом устроена следующим образом:
На осях колес располагаются датчики угловой скорости, на каждой оси свой. Это могут быть индукционные датчики, датчики холла, оптические датчики, или какие-то еще. Я не буду вдаваться в то, как эти датчики устроены, и на основе каких физических принципов они работают, это в данном случае неважно. Важно, что они выдают определенное количество импульсов на один оборот колеса. Эти датчики имеют определенное разрешение, чем более совершенна система, тем разрешение больше. Это разрешение не равно количеству импульсов, оно вообще-то кратно или на порядки больше, потому что кроме подсчета импульсов можно также достаточно точно определять фазу сигнала, который поступает с датчика, и таким образом получать промежуточные величины. Тем, кто не знает, что такое фаза сигнала, это можно пропустить, и просто поверить, что угловая скорость колеса определяется достаточно точно и быстро, даже если дырочек на диске датчика АБС с виду не так уж и много.
Датчики АБС весьма просты и надежны, и отказывают довольно редко, чаще отказывает проводка до них. Впрочем, они недороги, и несложно меняются. Отказ датчика, конечно же, приводит к отказу всей системы, в этом случае АБС работать не будет. Дублирования этих датчиков на обычных ТС не применяется, это не авиация.
Сигналы с датчиков поступают в центральный блок АБС, туда же приходят и все тормозные магистрали. Этот центральный блок имеет два основных элемента — гидравлические регуляторы давления (по одному на каждую тормозную магистраль), и электронную систему управления, которая командует этими регуляторами.
То есть блок АБС стоит на тормозной магистрали между тормозными цилиндрами и самими тормозами, и занимается регулировкой давления в тормозной магистрали, полагаясь на сигналы с датчиков угловой скорости колес. Если у вас одноканальная система АБС, у нее будет два датчика (по одному на каждое колесо), но только одна тормозная магистраль и один регулятор. Если система двухканальная, то количество магистралей и регуляторов удваивается, но датчиков остается все так же два. Если система при этом еще и интегральная, то добавляются также перепускные клапаны между магистралями, тоже управляемые. Эти клапаны позволяют передавать давление с одной магистрали на другую, реализуя интегральное торможение. Интегральное торможение нужно, в том числе, и для работы некоторых функций современных АБС, например антистоппи, о чем речь еще пойдет.
Регуляторы давления могут достаточно плавно изменять давление в тормозной магистрали по командам системы управления, причем делать это как в сторону понижения, так и повышения. В старых “классических” системах конструкция этих регуляторов может быть очень простой, в более новых — достаточно сложной. Регуляторы управляются электронной системой управления путем подачи импульсов на электромагнитные клапаны.
Система управления АБС в мотоциклах цифровая, аналоговые системы на мотоциклы не ставились, насколько мне известно (да и вообще аналоговые АБС это скорее тема из авиации шестидесятых). В основе этой системы лежит микроконтроллер, как правило с внутренним дублированием для надежности, что вообще характерно для ответственной транспортной электроники. На этом микроконтроллере постоянно выполняется набор подпрограмм, которые отвечают за основные и вспомогательные функции АБС.
АБС вообще-то работает всегда, даже когда мотоцикл не тормозит. Сразу после включения зажигания блок АБС тоже включается, и переходит в режим инициализации — ждет самопроверки и самокалибровки. Эта проверка и калибровка начинается сразу после начала движения, когда колеса начинают вращаться, а с датчиков угловых скоростей — поступать импульсы.
В первую очередь проверяется, что импульсы приходят с датчиков обоих колес, это означает, что датчики работоспособны. Далее проверяется скорость вращения колес, она должна совпадать в определенных пределах. Если импульсы с одного из датчиков вообще не приходят, или скорости различаются — АБС зажигает лампочку на панели приборов и выключается. Таким образом, кстати, можно отключить АБС, если вам не хочется скидывать предохранитель — достаточно просто прокрутить одно из колес, например, на центральной подножке.
После проверки датчиков АБС калибруется, то есть определяет постоянную разницу в угловой скорости вращения колес, и вырабатывает соответствующую поправку для вычисления линейной скорости. Это нужно потому, что колеса могут быть чуть разными, резина по разному изношена, разная нагрузка на переднее и заднее, разное давление в шинах, и т.д. После калибровки определять разницу скоростей колес можно достаточно точно. В процессе обычного движения эта калибровка периодически повторяется.
После начала торможения начинает работать базовый алгоритм АБС, то есть уравнивание линейных скоростей колес. АБС непрерывно получает информацию с датчиков, определяет угловые скорости, вносит калибровочные поправки, и вычисляет разницу линейных скоростей. Именно эта разница и есть та базовая величина, с которой работает алгоритм АБС, его задача — постараться поддерживать ее близкой к нулю.
После того, как разница скоростей достигает порогового значения, АБС трактует это как срыв более медленного колеса, и начинает вмешиваться в процесс торможения. В этот момент перед АБС стоит две задачи:
В самом простом варианте работает обычный алгоритм пропорционального управления с обратной связью, известный как П регулирование. Он очень прост — чем больше значение ошибки (в данном случае — значение разности скоростей), тем большее управляющее воздействие оказывается на регулятор давления, и тем больше это давление снижается. На практике это слишком простой принцип, который в чистом виде не применяется — он будет недостаточно эффективен, и к тому же приведет к нежелательным колебательным процессам в канале управления. Применяется более сложная ПИД регуляция, дополненная вспомогательными функциями, позволяющими сделать этот процесс более эффективным. Подробно расписывать не буду, это сложновато для большинства интересующихся. Скажу только, что главная тут — дифференциальная составляющая, то есть работа в основном идет с первой производной от разницы скоростей колес.
С практической точки зрения это выглядит так. Как только обнаружен срыв, в магистрали отстающего колеса начинает сбрасываться давление. Величина этого сброса в основном зависит от первой производной разницы скоростей колес (мы же помним, что балом правит дифференциальная составляющая). Это значит, что давление сбрасывается до тех пор, пока одно колесо теряет скорость быстрее, чем другое, и чем больше эта разница в первой производной, тем больше сбрасывается давление. При начале срыва, то есть при переходе трения покоя в трение скольжения, колесо теряет скорость очень быстро, поэтому давление в начале сбрасывается тоже быстро. Потом постепенно производная становится нулевой, хотя разница в скорости вращения колес остается. Для человека этот процесс может выглядеть как мгновенный, на самом деле это далеко не так. Колесо при этом продолжает тормозить, даже находясь в срыве, хотя, конечно, эффективность этого торможения существенно ниже, чем могла бы быть (примерно в полтора раза).
Когда производная обнулилась, сброс давления не прекращается, потому что работает интегральная составляющая регулятора. Она продолжает снижать давление, разгоняя колесо обратно, но как только производная отклоняется от нуля в обратную сторону, дифференциальная составляющая начинает пытаться повышать давление. Это такой же ПИД процесс, в итоге скорости колес уравниваются, срыв прекращается, давление в тормозной магистрали в этот момент уже довольно близко к номинальному. После этого давление продолжает повышаться, и цикл может повториться заново.
Это очень простая интерпретация, по факту алгоритм работы существенно сложнее, но базовые принципы именно такие.
Что это означает для тех, кто не хочет влезать в ТАУ? То, что АБС на самом деле ничего не “отстреливает” и не “распускает тормоза”. Она продолжает достаточно эффективно тормозить, даже когда колесо в срыве, и сбрасывает давление в тормозной магистрали не более, чем нужно для возвращения ему сцепления с дорогой. Как правило, это происходит прежде, чем усилие снизится до нуля, поэтому влияние АБС на тормозной путь технически незначительно, он мало отличается от тормозного пути при идеальном торможении на грани срыва. Алгоритм управления стремится к тому, чтобы колесо проводило в срыве как можно меньше времени, желательно не более 20%. Чем более совершенна система, тем лучше она справляется с этой задачей.
Как видите, АБС никак не предотвращает срыв колеса, мало того, постоянно пользуется этим срывом для регулирования тормозного усилия. Однако АБС максимально сокращает время каждого отдельного срыва, и какой-то заметный боковой снос просто не успевает развиться — на колесо продолжают действовать стабилизирующие его траекторию силы, просто не постоянно, а периодически. Этого достаточно, чтобы не потерять управление. Все эти процессы происходят достаточно быстро, гораздо быстрее, чем вы можете заметить, особенно на большой скорости. И они никак не связаны с теми вибрациями, которые приходят на ручку тормоза или на педаль.
Тут вот что нужно отметить. Во-первых, как вы можете видеть, про блокировку у нас вообще речи не было, и блокировка (то есть полная остановка вращения колеса) никак не определяется и никак не участвует во всех этих алгоритмах работы АБС. Фактически, базовый алгоритм АБС вообще ничего не знает о том, заблокировано колесо или нет, его это совершенно не интересует — нулевая угловая скорость для него ничем не отличается от любой другой, его интересует только разница скоростей.
Во-вторых, АБС ничего не знает о реальной скорости мотоцикла, о диаметре его колес, и тому подобных вещах. Это тоже неважно, вычислить разницу скоростей колес можно и без этого, просто используя самокалибровку.
В-третьих, обычная АБС ничего не знает о происходящем в тормозной магистрали, насколько увеличилось или уменьшилось давление, какое оно должно быть. Все, что она может — понижать или повышать давление, ориентируясь только на разницу скоростей колес. И тем не менее, это работает.
Однако современные АБС (не все) имеют в своем составе также датчики давления в тормозных магистралях, по два на каждую магистраль (до регулятора и после). Эти датчики играют двоякую роль — они нужны для улучшения качества работы АБС и для реализации дополнительных функций. Базовый алгоритм работы АБС с датчиками давления, как правило, несколько отличается. Вместо того, чтобы повышать или понижать давление непосредственно в магистрали, алгоритм управления перемещает целевую точку, то есть изменяет целевое давление в тормозной магистрали. А уже другой алгоритм занимается тем, чтобы в магистрали было именно это заданное давление, непосредственно управляя регуляторами, и имея обратную связь уже по самому давлению. Это дает возможность более эффективно тормозить, существенно снизив влияние переходных процессов.
Кроме того, датчики давления позволяют реализовать такую функцию, как антистоппи. Здесь надо остановиться поподробнее.
Задача антистоппи — не дать подняться заднему колесу, чтобы не опрокинуться, а в идеале — сохранить у него заметное сцепление с дорогой, чтобы не терять управляемость мотоцикла. Очевидно, что для этого нужно регулировать тормозную силу переднего колеса, снижая ее тогда, когда заднее начинает терять контакт, и опуская тем самым заднее колесо обратно на дорогу. В принципе, это можно сделать, измеряя положение задней подвески (можно не давать ей полностью разжиматься при торможении), или измеряя положение мотоцикла относительно вертикали при помощи инерциальной платформы. И тот и другой способы иногда применяются, особенно второй (он позволяет сделать контролируемый стоппи), но мы сейчас говорим об АБС, а у АБС свой подход к этому вопросу.
Как АБС может определить момент, когда заднее колесо начинает терять контакт? Очень просто — когда оно начинает срываться при очень низком давлении в тормозной магистрали, это говорит от том, что заднее колесо почти полностью разгружено при торможении. Очевидно, что для этого необходимы два условия:
Наличие датчиков давления в тормозных магистралях. Иначе не получится определить, что заднее колесо срывается даже при низком давлении.
Интегральная система торможения, всегда задействующая задний тормоз при торможении передним. Если этого не будет, заднее колесо просто не будет срываться, и определить по началу срыва его полную разгрузку будет невозможно.
Поэтому, как можно догадаться, функция антистоппи есть только в интегральных (не путать с двухканальными) АБС, и только в тех, которые оборудованы датчиками давления в обеих магистралях. Функция эта работает очень просто:
При торможении отдельный алгоритм всегда следит за тем, чтобы распределение тормозных усилий (распределение давления в магистралях, по факту) никогда не превышало определенного значения пропорции, например 10:1 на переднем и заднем. При срыве заднего колеса тормозное давление на нем снижается (это обычная работа АБС), и если оно уже было низким, то начинает снижаться давление и в переднем контуре, потому что нужно сохранить пропорцию давлений (и тормозных усилий). Это означает, что и нагрузка на колеса при торможении не выходит за рамки этой пропорции, т.е. на заднее колесо всегда приходится минимум 1:10 веса мотоцикла. Естественно, оно при этом уверенно остается на дороге, что и требуется. И не просто остается, а еще и тормозит по мере возможности, значит тормозной путь при работе антистоппи уменьшается незначительно. Для работы антистоппи необходимо, чтобы АБС работала на обеих осях, иначе никакого снижения давления на задней оси не будет, и определить разгрузку заднего будет нельзя.
Все это приводит к довольно занятному результату — при любом достаточно энергичном торможении передним тормозом на мотоцикле с современной АБС с антистоппи заднее колесо срывается всегда, даже на очень хорошей дороге и очень хорошей резине. Вы можете этого не замечать, однако это происходит. Происходит просто потому, что без этого невозможно определить пределы торможения передним, даже если переднее еще очень далеко от срыва.
Есть еще один параметр, по которому можно очень косвенно судить о том, что колесо находится в срыве. Дело в том, что коэффициент трения покоя между колесом и дорогой обычно не превышает единицы (это не всегда касается прогретых спортивных липучек). Это означает, что мотоцикл не может иметь при торможении ускорение большее по модулю, чем G. Этому пределу соответствует определенная величина углового ускорения (зависит от диаметра колеса), и она более или менее точно известна. Соответственно, если угловое ускорение колеса превысило эту величину — колесо, скорее всего, сорвано, и нужно снизить тормозное усилие. Такой алгоритм в АБС тоже есть, и работает в качестве вспомогательного, например, он помогает справиться с такой ситуацией, как одновременный и одинаковый срыв обеих колес.
До какого же момента работает система АБС при торможении? Раньше было принято отключать АБС при падении скорости ниже определенного порога. На мотоциклах это применяется не так уж и часто, но на старых автомобильных системах было нормальной практикой. Современные системы, как правило, не отключаются, а работают до тех пор, пока могут получить данные о скорости колес. Чем меньше скорость, тем больше сказывается ограниченное разрешение датчика, и в какой-то момент (неопределенный, на самом деле) АБС перестает вмешиваться в торможение, потому что больше не может определить разницу скоростей. Чем современнее система, тем больше разрешение датчиков, и тем позднее этот момент наступает. Фактически, современные АБС нормально работают даже на пешеходных скоростях, иногда бывает полезно. Но надо понимать, что при малых скоростях она работает не лучшим образом, у нее слишком мало полезных данных и слишком много шума — такова особенность работы датчиков угловых скоростей. Конечно же, можно поставить на ось колеса прецизионный энкодер, и обеспечить точную работу на любой скорости, но это никому не нужно, дорого, и не очень надежно. Поэтому методы повышения разрешения датчиков в основном программные, а они имеют свои ограничения.
Что же при работе АБС происходит с органами управления? Да ничего особенно интересного, на них просто подаются импульсы для информирования водителя. Эти импульсы всего лишь показывают, что АБС вмешивается в торможение, но никак не соотносятся с работой самой системы. АБС не “отстреливает” вам ручку тормоза, на тормозах в этот момент происходит совершенно другой процесс, с совершенно другой частотой. Если бы не вибрация органов управления, работу АБС можно было бы вообще не заметить.
Теперь разберемся с блокировкой колеса. Блокировка, в отличие от срыва, никак не влияет ни на торможение, ни на управляемость, это всего лишь момент, когда угловая скорость колеса сравнялась с нулем, а скорость пятна контакта относительно дороги — со скоростью самого мотоцикла. Колесо при этом уже давно сорвано, и все нехорошие вещи уже давно начали происходить. Поэтому предотвращать саму блокировку бессмысленно, и никто этим не занимается. Но она на слуху, потому что ее видно глазами, в отличие от срыва колеса. Ну и само название — АнтиБлокировочная Система — тоже вводит в заблуждение.
Однако блокировка при работе АБС все-таки происходит, точнее может происходить. Это обычно бывает в конце торможения, когда скорость уже невелика, и разрешения датчиков угловых скоростей уже недостаточно, чтобы успеть правильно отреагировать, и разогнать колесо до того, как оно будет полностью остановлено. Это мы с вами и наблюдаем на всяких роликах на ютубе или лично, и часто именно это ошибочно принимается за саму работу АБС. На самом деле это всего лишь один из побочных эффектов, который проявляется только при определенных условиях. Опять же, чем более совершенна АБС и тормозная система мотоцикла, тем меньше вероятность увидеть эту блокировку, и тем позже она наступит. Это еще и очень сильно зависит от условий сцепления с дорогой: чем оно хуже, тем больше вероятность того, что колесо будет рано или поздно заблокировано полностью на какое-то время.
Иногда блокировка все-таки интересна сама по себе, и тогда она определяется отдельно. Например, во внедорожных режимах работы АБС, когда система намеренно ждет именно блокировки колеса, и дает ему побыть в таком состоянии некоторое время. На грунте грести заблокированным колесом может быть эффективнее, чем тормозить обычным образом (трение покоя меньше трения скольжения, если это скольжение длится какое-то время). Но это довольно редкий случай, и на обычной дороге это не пригодится.
Занятно, но вторая по распространенности электронная система безопасности на мотоциклах, а именно TС, тоже не более чем система уравнивания скорости переднего и заднего колеса. Но работает она только на заднем и регулирует не тормозное усилие, а тягу на заднем колесе.
Технически АБС может быть установлена на любом мотоцикле, где есть хотя бы один тормоз, место для установки двух датчиков угловых скоростей и место для установки центрального блока с возможностью подключения к нему тормозной магистрали. На практике это делает сам производитель, и заниматься колхозом, наверное, не стоит — тем более, что универсальных систем, предназначенных для установки на мотоциклы, насколько мне известно, не выпускается. АБС работает только при торможении (да и то не всегда), и никак не сказывается в остальных случаях. Конечно же, АБС прибавляет немного веса (несколько килограмм) и немного стоимости, но это окупается сторицей.
Если АБС по каким-то причинам не работает, она просто не будет вмешиваться в торможение, и оно будет происходить как обычно на мотоцикле без АБС. О том, что АБС не работает, вы узнаете по лампочке на панели приборов. АБС постоянно самодиагностируется, если лампочка не горит — АБС работает, и вы можете на нее положиться. Что это значит — поговорим в следующей серии.
Мотоцикл с АБС часто можно узнать по дискам датчиков угловых скоростей, установленным на осях колес. Как правило, это диски с прорезями, немного похожие на тормозные, но гораздо меньшего диаметра. Иногда их не видно, датчики скрыты во втулке колеса. На самом деле тип датчиков почти ни на что не влияет, и беспокоиться об этом не нужно.
АБС известна как очень надежная система, к тому же отказ ее не должен приводить (и не приводит) к отказу тормозной системы мотоцикла, уж так она устроена. Однако некоторые особенно талантливые производители (не буду показывать пальцем, но это HD) ухитрились сделать так, что иногда при отказе АБС тормоза перестают работать, и ручка просто не нажимается. Как они этого достигли, и как прошли все сертификации — я не знаю, но это же HD, они еще и не такое могут. Отличилась на этом поприще и компания BMW, хотя и с чуть менее печальными последствиями, зато отказы были чаще. Про ненадежную работу АБС на японцах или других европейцах я ничего не слышал, массовым это точно не было. Сам я никогда не видел отказов АБС, хотя сейчас у меня уже пятый мотоцикл с этой системой, а первый был еще в 2006 году.
В последнее время много разговоров про инерциальные датчики в АБС, в результате многие думают, что они нужны для ее работы, и как-то участвуют в управлении торможением. На самом деле нет. Эти датчики используются много для чего, но применительно к АБС — только для перенастройки “на лету” некоторых параметров ее работы, в первую очередь, касающихся пороговых значения срабатывания и распределения тормозных усилий между передним и задним колесом. Это может быть очень полезно для прохождения поворотов, и называется cornering abs, или что-то в этом роде. Обычно инерциальный датчик, если он присутствует, работает со многими системами мотоцикла, не только с АБС. Например, можно сделать систему контролируемого вилли и стоппи, регулировать настройки TC в повороте или что-то еще.
На этом с техникой все, в следующей части, самой главной, будем разбирать практические вопросы.
Третья часть
Из предыдущей серии стало понятно, что торможение “на грани возможного” — весьма сложный маневр, требующий мастерства на уровне спортсмена-любителя. Казалось бы, можно особенно не напрягаться, и просто не совершать сложных маневров, как и делает большинство мотоциклистов. Но экстренное торможение — не тот маневр, который вы можете спланировать, и не тот, которого можно избежать.Если припрет — придется тормозить, тем более, что ничего другого в арсенале мотоциклиста не имеется. На другом конце этого торможения вас могут подстерегать увечья или даже смерть, потому что никакими средствами пассивной безопасности мотоцикл не оборудован, а экип (особенно традиционный) не всесилен.
Главная техническая проблема при торможении на мотоцикле — его тормозная система может легко уронить или опрокинуть мотоцикл, даже на ровной дороге с хорошим сцеплением, без всякого маневрирования, и при обычном, достаточно интенсивном торможении. Просто потому, что при торможении было развито тормозное усилие, большее, чем позволяют текущие условия или геометрия мотоцикла. Можно, конечно, держаться далеко от этих пределов, но по настоящему эффективное торможение происходит только тогда, когда эти пределы очень близко. Проще говоря, для тормозов необходим какой-то ограничитель, который удерживал бы тормозное усилие максимально близко к грани возможного, но не переходил ее (с печальными для мотоциклиста последствиями), позволяя спокойно тормозить в любых условиях. Потому что последствия недотормаживания могут быть не менее печальными, чем последствия перетормаживания.
И такая система есть, и это, как вы уже догадались, АБС.
Для начала небольшая вводная и исторический экскурс. Во-первых, у этой системы не самое удачное название, вводящее многих в заблуждение. Изначально она появилась в авиации на самолетных тормозах, называлась anti skid system и служила для обеспечения безопасной посадки достаточно крупных самолетов в плохую погоду. Надо сказать, что без этой системы коммерческой авиации в том виде, в котором мы ее знаем, просто не было бы — это одна из критически важных систем самолета, и без нее рейсы приходилось бы отменять даже просто в сильный дождь, не говоря уж о зимних условиях. Появилась она на самолетах еще в конце сороковых, естественно, в очень простом виде, потом попала в автомобили (и тут стараниями фирмы Бош обрела коммерческое название ABS), довольно долго развивалась на автомобилях, и только после этого стала устанавливаться на серийных мотоциклах. К этому моменту АБС была уже довольно развитой технологией, далеко не первого и не второго поколения, и с тех пор изменилась мало, во всяком случае, в своих основных принципах. Поэтому я буду говорить о более или менее современных АБС, систем самых первых поколений на мотоциклах просто не было.
Аббревиатура АБС — прямая калька с латиницы, и означает она Antiblockiersystem по-немецки, Anti-lock braking system по-английски и антиблокировочная система по-русски. Как ни странно, название не отражает ни назначения системы, ни принципов ее работы, зато прекрасно справляется с тем, чтобы вносить смятение в массы — но об этом ниже.
Давайте разберемся, что же это такое:
С функциональной точки зрения, АБС — ограничитель тормозного усилия. Она ограничивает это усилие настолько, чтобы сделать торможение безопасным.
С технической точки зрения, АБС — система уравнивания скорости вращения колес при торможении, не больше и не меньше. О технике поговорим дальше.
С точки зрения мотоциклиста, АБС — система, позволяющая ему использовать весь потенциал тормозной системы мотоцикла.
С точки зрения безопасности, АБС — штука, обладание которой повышает ваши шансы выжить на дороге на 40%, то есть практически в два раза.
То есть перед инженерами стояла задача сделать систему ограничения тормозного усилия, не допускающую долговременного срыва колес при торможении. Они решили эту задачу, сделав систему уравнивания скорости колес. Сейчас расскажу, как и почему это работает.
Очевидно, что если надо сделать систему ограничения тормозного усилия, то в первую очередь надо знать, до какого предела ограничивать это усилие. В данном случае его нужно ограничить до такой величины, при которой произойдет срыв колеса. Заметьте, именно срыв, а не столь любимая всеми блокировка.
При торможении на ДОП это величина очень переменная, и зависит от целого набора совершенно разных факторов. Усилие, нужное для срыва колеса, зависит от сцепления колеса с дорогой, от веса мотоцикла, текущего распределения веса по осям, степени сжатия подвески, и много чего еще. Предсказать эту величину в реальных дорожных условиях невозможно, кроме того, она может сильно меняться даже в процессе самого торможения, достаточно просто наехать на более скользкий участок дороги, например, на линию разметки. Инструментального способа определения этой величины тоже нет.
Так как же АБС определяет, до какой величины надо ограничить тормозное усилие? Для этого она использует тот самый срыв колес, который в общем-то призвана предотвращать. Эта система совершенно намеренно заставляет колесо срываться, но этот срыв никогда не бывает длительным (несколько десятков миллисекунд), а значит не может привести к заметному сносу. А как мы помним из предыдущей части, проблемы создает именно неконтролируемый снос.
То есть АБС тормозит настолько сильно, чтобы сорвать колесо, и тем самым запустить процесс ограничения. Как только это произойдет, колесу сразу возвращают сцепление с дорогой, немного снижая тормозное усилие. Через некоторое время процесс повторяется: система все время “нащупывает” ту грань, за которой происходит срыв колеса. Именно этот периодический процесс и воспринимается как работа АБС.
Но чтобы использовать факт срыва колеса при управлении тормозами, надо сначала как-то определить этот факт. Непосредственно это сделать нельзя, протектор колеса не оборудован никакими датчиками, но можно использовать косвенный метод. Он строится на том, что если линейная скорость колеса в точке касания с дорогой меньше, чем линейная скорость самого мотоцикла относительно этой дороги — значит колесо сорвано, и пятно контакта имеет какую-то скорость относительно дорожного полотна.
Скорость вращения колеса (угловую скорость) вполне можно определить датчиком на оси колеса, и даже можно узнать его диаметр, чтобы вычислить линейную скорость. Но как узнать фактическую скорость самого мотоцикла? Напрямую — никак, но можно использовать в качестве датчика скорости другое колесо, их, по счастью, больше одного. То есть если одно колесо вращается медленнее другого, то это, скорее всего, означает, что оно находится в срыве. Никакого другого способа определить этот самый срыв у базового алгоритма АБС нет. Как только срыв определен, АБС немедленно пытается вернуть колесу сцепление с дорогой, снижая тормозное усилие на нем. Как только колесо вышло из срыва, тормозное усилие немедленно восстанавливается, и процесс начинается сначала.
Видно, что с технической точки зрения АБС — всего лишь система уравнивания скорости колес при торможении путем регулирования тормозного усилия на одном из них, или на обоих. Больше ничего в основе своей АБС не делает, но как показывают теория и практика, ничего больше и не нужно.
Система АБС в целом устроена следующим образом:
На осях колес располагаются датчики угловой скорости, на каждой оси свой. Это могут быть индукционные датчики, датчики холла, оптические датчики, или какие-то еще. Я не буду вдаваться в то, как эти датчики устроены, и на основе каких физических принципов они работают, это в данном случае неважно. Важно, что они выдают определенное количество импульсов на один оборот колеса. Эти датчики имеют определенное разрешение, чем более совершенна система, тем разрешение больше. Это разрешение не равно количеству импульсов, оно вообще-то кратно или на порядки больше, потому что кроме подсчета импульсов можно также достаточно точно определять фазу сигнала, который поступает с датчика, и таким образом получать промежуточные величины. Тем, кто не знает, что такое фаза сигнала, это можно пропустить, и просто поверить, что угловая скорость колеса определяется достаточно точно и быстро, даже если дырочек на диске датчика АБС с виду не так уж и много.
Датчики АБС весьма просты и надежны, и отказывают довольно редко, чаще отказывает проводка до них. Впрочем, они недороги, и несложно меняются. Отказ датчика, конечно же, приводит к отказу всей системы, в этом случае АБС работать не будет. Дублирования этих датчиков на обычных ТС не применяется, это не авиация.
Сигналы с датчиков поступают в центральный блок АБС, туда же приходят и все тормозные магистрали. Этот центральный блок имеет два основных элемента — гидравлические регуляторы давления (по одному на каждую тормозную магистраль), и электронную систему управления, которая командует этими регуляторами.
То есть блок АБС стоит на тормозной магистрали между тормозными цилиндрами и самими тормозами, и занимается регулировкой давления в тормозной магистрали, полагаясь на сигналы с датчиков угловой скорости колес. Если у вас одноканальная система АБС, у нее будет два датчика (по одному на каждое колесо), но только одна тормозная магистраль и один регулятор. Если система двухканальная, то количество магистралей и регуляторов удваивается, но датчиков остается все так же два. Если система при этом еще и интегральная, то добавляются также перепускные клапаны между магистралями, тоже управляемые. Эти клапаны позволяют передавать давление с одной магистрали на другую, реализуя интегральное торможение. Интегральное торможение нужно, в том числе, и для работы некоторых функций современных АБС, например антистоппи, о чем речь еще пойдет.
Регуляторы давления могут достаточно плавно изменять давление в тормозной магистрали по командам системы управления, причем делать это как в сторону понижения, так и повышения. В старых “классических” системах конструкция этих регуляторов может быть очень простой, в более новых — достаточно сложной. Регуляторы управляются электронной системой управления путем подачи импульсов на электромагнитные клапаны.
Система управления АБС в мотоциклах цифровая, аналоговые системы на мотоциклы не ставились, насколько мне известно (да и вообще аналоговые АБС это скорее тема из авиации шестидесятых). В основе этой системы лежит микроконтроллер, как правило с внутренним дублированием для надежности, что вообще характерно для ответственной транспортной электроники. На этом микроконтроллере постоянно выполняется набор подпрограмм, которые отвечают за основные и вспомогательные функции АБС.
АБС вообще-то работает всегда, даже когда мотоцикл не тормозит. Сразу после включения зажигания блок АБС тоже включается, и переходит в режим инициализации — ждет самопроверки и самокалибровки. Эта проверка и калибровка начинается сразу после начала движения, когда колеса начинают вращаться, а с датчиков угловых скоростей — поступать импульсы.
В первую очередь проверяется, что импульсы приходят с датчиков обоих колес, это означает, что датчики работоспособны. Далее проверяется скорость вращения колес, она должна совпадать в определенных пределах. Если импульсы с одного из датчиков вообще не приходят, или скорости различаются — АБС зажигает лампочку на панели приборов и выключается. Таким образом, кстати, можно отключить АБС, если вам не хочется скидывать предохранитель — достаточно просто прокрутить одно из колес, например, на центральной подножке.
После проверки датчиков АБС калибруется, то есть определяет постоянную разницу в угловой скорости вращения колес, и вырабатывает соответствующую поправку для вычисления линейной скорости. Это нужно потому, что колеса могут быть чуть разными, резина по разному изношена, разная нагрузка на переднее и заднее, разное давление в шинах, и т.д. После калибровки определять разницу скоростей колес можно достаточно точно. В процессе обычного движения эта калибровка периодически повторяется.
После начала торможения начинает работать базовый алгоритм АБС, то есть уравнивание линейных скоростей колес. АБС непрерывно получает информацию с датчиков, определяет угловые скорости, вносит калибровочные поправки, и вычисляет разницу линейных скоростей. Именно эта разница и есть та базовая величина, с которой работает алгоритм АБС, его задача — постараться поддерживать ее близкой к нулю.
После того, как разница скоростей достигает порогового значения, АБС трактует это как срыв более медленного колеса, и начинает вмешиваться в процесс торможения. В этот момент перед АБС стоит две задачи:
- Как можно быстрее разогнать более медленное колесо обратно, то есть уравнять скорости.
- Сделать так, чтобы тормозная сила в процессе этого была максимальной, то есть по возможности не потерять в тормозном пути.
В самом простом варианте работает обычный алгоритм пропорционального управления с обратной связью, известный как П регулирование. Он очень прост — чем больше значение ошибки (в данном случае — значение разности скоростей), тем большее управляющее воздействие оказывается на регулятор давления, и тем больше это давление снижается. На практике это слишком простой принцип, который в чистом виде не применяется — он будет недостаточно эффективен, и к тому же приведет к нежелательным колебательным процессам в канале управления. Применяется более сложная ПИД регуляция, дополненная вспомогательными функциями, позволяющими сделать этот процесс более эффективным. Подробно расписывать не буду, это сложновато для большинства интересующихся. Скажу только, что главная тут — дифференциальная составляющая, то есть работа в основном идет с первой производной от разницы скоростей колес.
С практической точки зрения это выглядит так. Как только обнаружен срыв, в магистрали отстающего колеса начинает сбрасываться давление. Величина этого сброса в основном зависит от первой производной разницы скоростей колес (мы же помним, что балом правит дифференциальная составляющая). Это значит, что давление сбрасывается до тех пор, пока одно колесо теряет скорость быстрее, чем другое, и чем больше эта разница в первой производной, тем больше сбрасывается давление. При начале срыва, то есть при переходе трения покоя в трение скольжения, колесо теряет скорость очень быстро, поэтому давление в начале сбрасывается тоже быстро. Потом постепенно производная становится нулевой, хотя разница в скорости вращения колес остается. Для человека этот процесс может выглядеть как мгновенный, на самом деле это далеко не так. Колесо при этом продолжает тормозить, даже находясь в срыве, хотя, конечно, эффективность этого торможения существенно ниже, чем могла бы быть (примерно в полтора раза).
Когда производная обнулилась, сброс давления не прекращается, потому что работает интегральная составляющая регулятора. Она продолжает снижать давление, разгоняя колесо обратно, но как только производная отклоняется от нуля в обратную сторону, дифференциальная составляющая начинает пытаться повышать давление. Это такой же ПИД процесс, в итоге скорости колес уравниваются, срыв прекращается, давление в тормозной магистрали в этот момент уже довольно близко к номинальному. После этого давление продолжает повышаться, и цикл может повториться заново.
Это очень простая интерпретация, по факту алгоритм работы существенно сложнее, но базовые принципы именно такие.
Что это означает для тех, кто не хочет влезать в ТАУ? То, что АБС на самом деле ничего не “отстреливает” и не “распускает тормоза”. Она продолжает достаточно эффективно тормозить, даже когда колесо в срыве, и сбрасывает давление в тормозной магистрали не более, чем нужно для возвращения ему сцепления с дорогой. Как правило, это происходит прежде, чем усилие снизится до нуля, поэтому влияние АБС на тормозной путь технически незначительно, он мало отличается от тормозного пути при идеальном торможении на грани срыва. Алгоритм управления стремится к тому, чтобы колесо проводило в срыве как можно меньше времени, желательно не более 20%. Чем более совершенна система, тем лучше она справляется с этой задачей.
Как видите, АБС никак не предотвращает срыв колеса, мало того, постоянно пользуется этим срывом для регулирования тормозного усилия. Однако АБС максимально сокращает время каждого отдельного срыва, и какой-то заметный боковой снос просто не успевает развиться — на колесо продолжают действовать стабилизирующие его траекторию силы, просто не постоянно, а периодически. Этого достаточно, чтобы не потерять управление. Все эти процессы происходят достаточно быстро, гораздо быстрее, чем вы можете заметить, особенно на большой скорости. И они никак не связаны с теми вибрациями, которые приходят на ручку тормоза или на педаль.
Тут вот что нужно отметить. Во-первых, как вы можете видеть, про блокировку у нас вообще речи не было, и блокировка (то есть полная остановка вращения колеса) никак не определяется и никак не участвует во всех этих алгоритмах работы АБС. Фактически, базовый алгоритм АБС вообще ничего не знает о том, заблокировано колесо или нет, его это совершенно не интересует — нулевая угловая скорость для него ничем не отличается от любой другой, его интересует только разница скоростей.
Во-вторых, АБС ничего не знает о реальной скорости мотоцикла, о диаметре его колес, и тому подобных вещах. Это тоже неважно, вычислить разницу скоростей колес можно и без этого, просто используя самокалибровку.
В-третьих, обычная АБС ничего не знает о происходящем в тормозной магистрали, насколько увеличилось или уменьшилось давление, какое оно должно быть. Все, что она может — понижать или повышать давление, ориентируясь только на разницу скоростей колес. И тем не менее, это работает.
Однако современные АБС (не все) имеют в своем составе также датчики давления в тормозных магистралях, по два на каждую магистраль (до регулятора и после). Эти датчики играют двоякую роль — они нужны для улучшения качества работы АБС и для реализации дополнительных функций. Базовый алгоритм работы АБС с датчиками давления, как правило, несколько отличается. Вместо того, чтобы повышать или понижать давление непосредственно в магистрали, алгоритм управления перемещает целевую точку, то есть изменяет целевое давление в тормозной магистрали. А уже другой алгоритм занимается тем, чтобы в магистрали было именно это заданное давление, непосредственно управляя регуляторами, и имея обратную связь уже по самому давлению. Это дает возможность более эффективно тормозить, существенно снизив влияние переходных процессов.
Кроме того, датчики давления позволяют реализовать такую функцию, как антистоппи. Здесь надо остановиться поподробнее.
Задача антистоппи — не дать подняться заднему колесу, чтобы не опрокинуться, а в идеале — сохранить у него заметное сцепление с дорогой, чтобы не терять управляемость мотоцикла. Очевидно, что для этого нужно регулировать тормозную силу переднего колеса, снижая ее тогда, когда заднее начинает терять контакт, и опуская тем самым заднее колесо обратно на дорогу. В принципе, это можно сделать, измеряя положение задней подвески (можно не давать ей полностью разжиматься при торможении), или измеряя положение мотоцикла относительно вертикали при помощи инерциальной платформы. И тот и другой способы иногда применяются, особенно второй (он позволяет сделать контролируемый стоппи), но мы сейчас говорим об АБС, а у АБС свой подход к этому вопросу.
Как АБС может определить момент, когда заднее колесо начинает терять контакт? Очень просто — когда оно начинает срываться при очень низком давлении в тормозной магистрали, это говорит от том, что заднее колесо почти полностью разгружено при торможении. Очевидно, что для этого необходимы два условия:
Наличие датчиков давления в тормозных магистралях. Иначе не получится определить, что заднее колесо срывается даже при низком давлении.
Интегральная система торможения, всегда задействующая задний тормоз при торможении передним. Если этого не будет, заднее колесо просто не будет срываться, и определить по началу срыва его полную разгрузку будет невозможно.
Поэтому, как можно догадаться, функция антистоппи есть только в интегральных (не путать с двухканальными) АБС, и только в тех, которые оборудованы датчиками давления в обеих магистралях. Функция эта работает очень просто:
При торможении отдельный алгоритм всегда следит за тем, чтобы распределение тормозных усилий (распределение давления в магистралях, по факту) никогда не превышало определенного значения пропорции, например 10:1 на переднем и заднем. При срыве заднего колеса тормозное давление на нем снижается (это обычная работа АБС), и если оно уже было низким, то начинает снижаться давление и в переднем контуре, потому что нужно сохранить пропорцию давлений (и тормозных усилий). Это означает, что и нагрузка на колеса при торможении не выходит за рамки этой пропорции, т.е. на заднее колесо всегда приходится минимум 1:10 веса мотоцикла. Естественно, оно при этом уверенно остается на дороге, что и требуется. И не просто остается, а еще и тормозит по мере возможности, значит тормозной путь при работе антистоппи уменьшается незначительно. Для работы антистоппи необходимо, чтобы АБС работала на обеих осях, иначе никакого снижения давления на задней оси не будет, и определить разгрузку заднего будет нельзя.
Все это приводит к довольно занятному результату — при любом достаточно энергичном торможении передним тормозом на мотоцикле с современной АБС с антистоппи заднее колесо срывается всегда, даже на очень хорошей дороге и очень хорошей резине. Вы можете этого не замечать, однако это происходит. Происходит просто потому, что без этого невозможно определить пределы торможения передним, даже если переднее еще очень далеко от срыва.
Есть еще один параметр, по которому можно очень косвенно судить о том, что колесо находится в срыве. Дело в том, что коэффициент трения покоя между колесом и дорогой обычно не превышает единицы (это не всегда касается прогретых спортивных липучек). Это означает, что мотоцикл не может иметь при торможении ускорение большее по модулю, чем G. Этому пределу соответствует определенная величина углового ускорения (зависит от диаметра колеса), и она более или менее точно известна. Соответственно, если угловое ускорение колеса превысило эту величину — колесо, скорее всего, сорвано, и нужно снизить тормозное усилие. Такой алгоритм в АБС тоже есть, и работает в качестве вспомогательного, например, он помогает справиться с такой ситуацией, как одновременный и одинаковый срыв обеих колес.
До какого же момента работает система АБС при торможении? Раньше было принято отключать АБС при падении скорости ниже определенного порога. На мотоциклах это применяется не так уж и часто, но на старых автомобильных системах было нормальной практикой. Современные системы, как правило, не отключаются, а работают до тех пор, пока могут получить данные о скорости колес. Чем меньше скорость, тем больше сказывается ограниченное разрешение датчика, и в какой-то момент (неопределенный, на самом деле) АБС перестает вмешиваться в торможение, потому что больше не может определить разницу скоростей. Чем современнее система, тем больше разрешение датчиков, и тем позднее этот момент наступает. Фактически, современные АБС нормально работают даже на пешеходных скоростях, иногда бывает полезно. Но надо понимать, что при малых скоростях она работает не лучшим образом, у нее слишком мало полезных данных и слишком много шума — такова особенность работы датчиков угловых скоростей. Конечно же, можно поставить на ось колеса прецизионный энкодер, и обеспечить точную работу на любой скорости, но это никому не нужно, дорого, и не очень надежно. Поэтому методы повышения разрешения датчиков в основном программные, а они имеют свои ограничения.
Что же при работе АБС происходит с органами управления? Да ничего особенно интересного, на них просто подаются импульсы для информирования водителя. Эти импульсы всего лишь показывают, что АБС вмешивается в торможение, но никак не соотносятся с работой самой системы. АБС не “отстреливает” вам ручку тормоза, на тормозах в этот момент происходит совершенно другой процесс, с совершенно другой частотой. Если бы не вибрация органов управления, работу АБС можно было бы вообще не заметить.
Теперь разберемся с блокировкой колеса. Блокировка, в отличие от срыва, никак не влияет ни на торможение, ни на управляемость, это всего лишь момент, когда угловая скорость колеса сравнялась с нулем, а скорость пятна контакта относительно дороги — со скоростью самого мотоцикла. Колесо при этом уже давно сорвано, и все нехорошие вещи уже давно начали происходить. Поэтому предотвращать саму блокировку бессмысленно, и никто этим не занимается. Но она на слуху, потому что ее видно глазами, в отличие от срыва колеса. Ну и само название — АнтиБлокировочная Система — тоже вводит в заблуждение.
Однако блокировка при работе АБС все-таки происходит, точнее может происходить. Это обычно бывает в конце торможения, когда скорость уже невелика, и разрешения датчиков угловых скоростей уже недостаточно, чтобы успеть правильно отреагировать, и разогнать колесо до того, как оно будет полностью остановлено. Это мы с вами и наблюдаем на всяких роликах на ютубе или лично, и часто именно это ошибочно принимается за саму работу АБС. На самом деле это всего лишь один из побочных эффектов, который проявляется только при определенных условиях. Опять же, чем более совершенна АБС и тормозная система мотоцикла, тем меньше вероятность увидеть эту блокировку, и тем позже она наступит. Это еще и очень сильно зависит от условий сцепления с дорогой: чем оно хуже, тем больше вероятность того, что колесо будет рано или поздно заблокировано полностью на какое-то время.
Иногда блокировка все-таки интересна сама по себе, и тогда она определяется отдельно. Например, во внедорожных режимах работы АБС, когда система намеренно ждет именно блокировки колеса, и дает ему побыть в таком состоянии некоторое время. На грунте грести заблокированным колесом может быть эффективнее, чем тормозить обычным образом (трение покоя меньше трения скольжения, если это скольжение длится какое-то время). Но это довольно редкий случай, и на обычной дороге это не пригодится.
Занятно, но вторая по распространенности электронная система безопасности на мотоциклах, а именно TС, тоже не более чем система уравнивания скорости переднего и заднего колеса. Но работает она только на заднем и регулирует не тормозное усилие, а тягу на заднем колесе.
Технически АБС может быть установлена на любом мотоцикле, где есть хотя бы один тормоз, место для установки двух датчиков угловых скоростей и место для установки центрального блока с возможностью подключения к нему тормозной магистрали. На практике это делает сам производитель, и заниматься колхозом, наверное, не стоит — тем более, что универсальных систем, предназначенных для установки на мотоциклы, насколько мне известно, не выпускается. АБС работает только при торможении (да и то не всегда), и никак не сказывается в остальных случаях. Конечно же, АБС прибавляет немного веса (несколько килограмм) и немного стоимости, но это окупается сторицей.
Если АБС по каким-то причинам не работает, она просто не будет вмешиваться в торможение, и оно будет происходить как обычно на мотоцикле без АБС. О том, что АБС не работает, вы узнаете по лампочке на панели приборов. АБС постоянно самодиагностируется, если лампочка не горит — АБС работает, и вы можете на нее положиться. Что это значит — поговорим в следующей серии.
Мотоцикл с АБС часто можно узнать по дискам датчиков угловых скоростей, установленным на осях колес. Как правило, это диски с прорезями, немного похожие на тормозные, но гораздо меньшего диаметра. Иногда их не видно, датчики скрыты во втулке колеса. На самом деле тип датчиков почти ни на что не влияет, и беспокоиться об этом не нужно.
АБС известна как очень надежная система, к тому же отказ ее не должен приводить (и не приводит) к отказу тормозной системы мотоцикла, уж так она устроена. Однако некоторые особенно талантливые производители (не буду показывать пальцем, но это HD) ухитрились сделать так, что иногда при отказе АБС тормоза перестают работать, и ручка просто не нажимается. Как они этого достигли, и как прошли все сертификации — я не знаю, но это же HD, они еще и не такое могут. Отличилась на этом поприще и компания BMW, хотя и с чуть менее печальными последствиями, зато отказы были чаще. Про ненадежную работу АБС на японцах или других европейцах я ничего не слышал, массовым это точно не было. Сам я никогда не видел отказов АБС, хотя сейчас у меня уже пятый мотоцикл с этой системой, а первый был еще в 2006 году.
В последнее время много разговоров про инерциальные датчики в АБС, в результате многие думают, что они нужны для ее работы, и как-то участвуют в управлении торможением. На самом деле нет. Эти датчики используются много для чего, но применительно к АБС — только для перенастройки “на лету” некоторых параметров ее работы, в первую очередь, касающихся пороговых значения срабатывания и распределения тормозных усилий между передним и задним колесом. Это может быть очень полезно для прохождения поворотов, и называется cornering abs, или что-то в этом роде. Обычно инерциальный датчик, если он присутствует, работает со многими системами мотоцикла, не только с АБС. Например, можно сделать систему контролируемого вилли и стоппи, регулировать настройки TC в повороте или что-то еще.
На этом с техникой все, в следующей части, самой главной, будем разбирать практические вопросы.
- AntonKatenev
- Антон Катенев
- 26 августа 2019 в 19:53
- 13
- ?
- AntonKatenev
- 26 августа 2019 в 21:23
- ↑
- ↓
Вообще-то должны. Но бывают и косяки, у HD, например, тупо залипал рычаг тормоза. Но штатно АБС при неисправностях просто не оказывает влияния.
Все хорошо, но один момент упущен. При одинаковом усилии торможения, разницы вращения колес может не возникнуть, и соответственно АБС не будет срабатывать даже когда колеса заблокируются. Не раз такой момент ловил, бмв ф800р. При торможении зад начинал юзом ходить, но при этом абс не срабатывал. Один раз на трассе возникло ощущение что оба колеса на доли секунды стопор поймали, и пошел мотоцикл заваливаться в сторону, а потом нормально.
- MikeCrazed
- 27 августа 2019 в 7:19
- ↑
- ↓
Поэтому абс смотрит не только на разницу вращения колес, но и ещё на угловое ускорение каждого конкретного колеса. Если оно сильнее некого порогового значения — скорее всего развивается снос колеса, и абс это отработает.
и пошел мотоцикл заваливаться в сторону, а потом нормально— так и где проблема? Снос развился, абс его поборола, вы остались на колесах.
Все последние мотоциклы что были у меня-с АВСом.
При покупке-это ставлю во главу угла.
Я не хочу думать и помнить как надо тормозить в экстренном случае. Жмякнул на тормоз со всей силы и пусть он сам останавливается
Из эксперементов:
Гусь из последних сухих эффективней останавливается при НЕиспользовании ножного тормоза!!! Только рычаг на руле!!!
А все что было другое-нужно жать и то и то!!!
При покупке-это ставлю во главу угла.
Я не хочу думать и помнить как надо тормозить в экстренном случае. Жмякнул на тормоз со всей силы и пусть он сам останавливается
Из эксперементов:
Гусь из последних сухих эффективней останавливается при НЕиспользовании ножного тормоза!!! Только рычаг на руле!!!
А все что было другое-нужно жать и то и то!!!
- AntonKatenev
- 26 августа 2019 в 23:00
- ↑
- ↓
Это известная особенность, она савязана с работой передней подвески, очень маленький клевок при торможении. А в сочетании с интегральными тормозами получается что быстрее просто жмакнуть перед, чем сначала догружать его задним. Касается не только гуся, но и вообще R серии с телелевером.
Похожая история на мотоциклах с активной подвеской и интегральной АБС.
Похожая история на мотоциклах с активной подвеской и интегральной АБС.
- AntonKatenev
- 26 августа 2019 в 23:07
- ↑
- ↓
Интегральная АБС сейчас скорее норма, тем более что некоторые функции без интегральных тормозов вообще не работают. Так что это очень много где есть.
- mototurist
- 26 августа 2019 в 23:07
- ↑
- ↓
У меня BMW1100GS 1995г
АБС механический абс (не интегральный) прост и офигенен. Все что ему требуется — это замена тормозухи по мануалу. Все.
За 60т км на нем АБС выручал раза 4-5
Не знаю как ездил раньше без него
АБС механический абс (не интегральный) прост и офигенен. Все что ему требуется — это замена тормозухи по мануалу. Все.
За 60т км на нем АБС выручал раза 4-5
Не знаю как ездил раньше без него
- AntonKatenev
- 26 августа 2019 в 23:18
- ↑
- ↓
По секрету скажу тебе, что там уже не ПИД, а НЛ регуляторы. Впрочем, суть от этого не меняется.
Отлично!
Но вопрос почему еще не появились универсальные киты АБС, актуален. Это же достаточно автономная система, не требующая привязки к мозгам. Главное, что бы питание было.
Производитель который бы вышел на рынок с подобным рабочим китом за адекватную стоимость, может миллиардером не стал, но свою нишу бы занял.
Есть много прекрасных мотоциклов 90х и 00х, чьи владельцы выложили бы в легкую от 500 до 1000 баксов.
Но вопрос почему еще не появились универсальные киты АБС, актуален. Это же достаточно автономная система, не требующая привязки к мозгам. Главное, что бы питание было.
Производитель который бы вышел на рынок с подобным рабочим китом за адекватную стоимость, может миллиардером не стал, но свою нишу бы занял.
Есть много прекрасных мотоциклов 90х и 00х, чьи владельцы выложили бы в легкую от 500 до 1000 баксов.
- Vershinsky
- 27 августа 2019 в 0:54
- ↑
- ↓
Ну хз. Те, кого я знаю, с мотоциклами из 90 и 00 до последнего будут усираться, что это всё бесовские технологии и надо уметь тормозить. А хотяяяя… наш рынок традиционно не показателен.
Ставил абс на некрояп — проблема там может возникнуть только с размещением датчиков на колёсах. На все недорогие моты до сих пор ставятся полностью автономные системы, которые непосредственно с мотом связывает только 2 провода питания, и провода к лягушкам на тормозных рычагах, и их можно установить на любой мот.
с разборки, конечно. Посмотрел моты с тормозными суппортами как у моего это был Z750 07-11 годов, блок сам на авито 3тр, проводка от мота тоже 3 тр (из неё аккуратно извлекается часть проводки идущая к разъёму блока, датчики по 1тр, хреновина, на которую датчик цепляется к вилке (вот это самое сложное, если твой мот не выпускался с абс, приходится подбирать) диски для датчиков — они обычно стандартные для производителя, выбирай чтобы подходили по крепежу и кол-ву отверстий), все трубки мне достались с блоком. Всё собрал, поставил, работает.
у меня такой стоит…
чтобы не рекламировать никого — погуглите «установка абс на мотоцикл». там не много вариантов найдется. не бюджетно если ставить на что-то недорогое, но если есть мотоцикл который принципиально устраивает всем и есть желание и возможность вложиться еще и в абс то никто не мешает это сделать.
чтобы не рекламировать никого — погуглите «установка абс на мотоцикл». там не много вариантов найдется. не бюджетно если ставить на что-то недорогое, но если есть мотоцикл который принципиально устраивает всем и есть желание и возможность вложиться еще и в абс то никто не мешает это сделать.
- AntonKatenev
- 27 августа 2019 в 11:23
- ↑
- ↓
Можно, надо только понимать, что настройки блока будут «средние», или вообще с другого мотоцикла. Поэтому такой блок не будет работать так же хорошо, как настроенный производителем мотоцикла. Но работать будет, и свои функции будет выполнять.
Делать это лучше профессионалам, потому что система торможения критически важна. Колхоза в ней не допускается.
Делать это лучше профессионалам, потому что система торможения критически важна. Колхоза в ней не допускается.
- AntonKatenev
- 27 августа 2019 в 11:43
- ↑
- ↓
Автоматическая настройка регуляторов как правило подразумевает выходы на предельные режимы, и вообще определенную процедуру. Это может быть небезопасно. Тем не менее что-то вроде этого есть, АБС регулярно автокалибруется в некоторых пределах.
Но вообще конечно настройкой занимаются во время тестов новой модели, при участии производителя блока АБС.
Но вообще конечно настройкой занимаются во время тестов новой модели, при участии производителя блока АБС.
- ModernViking
- 27 августа 2019 в 12:59
- ↑
- ↓
Но все же это колхоз, и при таких вводных данных проще поменять мотоцикл на модель с АБС. Разница в деньгах будет относительно сопоставима, да и можно заложить доп расходы и взять более свежий год\меньший пробег, например.
- capitan_amer
- 28 августа 2019 в 14:12
- ↑
- ↓
Не думаю что у «любителей» мотоциклов из 90-х возникнет желание поставить АБС. Это дополнительные траты, а такие мотоциклы покупают не от избытка денег
- elrojomacho
- 27 августа 2019 в 7:02
- ↓
Вообще то вибрации на ручке — это прямое следствие изменения давления в магистрали, а не «информирование».
- AntonKatenev
- 27 августа 2019 в 9:30
- ↑
- ↓
Это следствие работы помпы, а не регулятора. К изменению давления на тормозах отношения не имеет.
- elrojomacho
- 27 августа 2019 в 18:21
- ↑
- ↓
Ну, а помпа что делает? Ты как бы техническое устройство АБС знаешь? Поршни там, цилиндры, моторчик, который поршни толкает и все такое?
- AntonKatenev
- 27 августа 2019 в 18:43
- ↑
- ↓
Еще раз, для тех кто в очень тяжелом танке. Дерготня на ручке не имеет отношения к изменению давления в тормозах. Эти периодические импульсы — просто работа помпы, откачивающей ТЖ из гидроаккумулятора обратно в ГТЦ. От них можно было бы вообще избавиться (никто не мешает сделать этот процесс незаметным), но они оставлены именно для информирования.
- elrojomacho
- 27 августа 2019 в 22:54
- ↑
- ↓
Давай, изложи теорию, как в замкнутом гидроконтуре сделать колебания незаметными для подвижных концов этого контура. С удовольствием почитаю. Ах, ну да ну да, наверное управляемые обратные клапаны. Вот только их там нет.
- AntonKatenev
- 27 августа 2019 в 23:53
- ↑
- ↓
Дайте подумать, как же это колебания-то сглаживают… А, вспомнил, есть такая штука, называется гидроаккумулятор. И блин, он там есть, вот незадача.
А вообще, это именно тот вопрос, который уже просто достал до печёнок ребят из боша, они задолбались на него отвечать. И ответ у них простой — да, колебания на ручке можно было убрать, нет, они не соответствуют колебаниям давления в тормозах, для работы современных абс они не нужны, но их оставили, чтобы люди не волновались, что у них там не работает ничего. Хотите, можете с ними и поспорить.
А вообще, это именно тот вопрос, который уже просто достал до печёнок ребят из боша, они задолбались на него отвечать. И ответ у них простой — да, колебания на ручке можно было убрать, нет, они не соответствуют колебаниям давления в тормозах, для работы современных абс они не нужны, но их оставили, чтобы люди не волновались, что у них там не работает ничего. Хотите, можете с ними и поспорить.
- elrojomacho
- 28 августа 2019 в 15:10
- ↑
- ↓
Гидроаккумулятор… В тормозном контуре… Ага… Там есть поршень и цилиндр (который ты, видимо, гидроаккумулятором называешь). Поршень меняет объем цилиндра и меняет давление во всем контуре, куда входят (подчеркиваю) ГТЦ и ТЦ. ГТЦ можно теоретически изолировать обратным управляемым клапаном с системой управления на куче датчиков давления. Но я бы за мотоцикл (да и автомобиль) с такой системой не сел. Вопрос, ты все еще настаиваешь, что вибрации — это «информирование»?
- Constantin17
- 27 августа 2019 в 9:40
- ↓
А такой вопрос: если одновременно заблокировать переднее и заднее колесо, разности вращения не будет, тогда АБС не сработает?
- AntonKatenev
- 27 августа 2019 в 9:43
- ↑
- ↓
Сработает, потому что будет пытаться удержать угловое ускорение колес. Но это очень редкий случай.
- Constantin17
- 27 августа 2019 в 9:45
- ↑
- ↓
Что значит угловое ускорение и как оно его определит? Из текста не понял:)
- AntonKatenev
- 27 августа 2019 в 9:52
- ↑
- ↓
Радиан на секунду в квадрате :)
Линейное ускорение торможения не бесконечно, поэтому если угловое ускорение колеса выше порога, то это можно трактовать, как срыв.
Линейное ускорение торможения не бесконечно, поэтому если угловое ускорение колеса выше порога, то это можно трактовать, как срыв.
- AntonKatenev
- 27 августа 2019 в 10:04
- ↑
- ↓
Да, в технические детали вдаваться необязательно. Это вообще довольно технарский текст, хотя формулы я выкинул.
Текст вполне гуманитарен — тем и хорош. Формулы, схемы, графики и более тонкие детали для глубоко интересующихся — есть в мануале по моту. Я скачал такой для своего Фазера, подивился на пару десятков страниц с графиками и тонной английских технических терминов, вздохнул и перелистнул.
А у тебя, как раз, все доступно, не для спецов, которые будут подключать осфилограф к блоку управления.
А у тебя, как раз, все доступно, не для спецов, которые будут подключать осфилограф к блоку управления.
- ropefipimo
- 27 августа 2019 в 10:58
- ↓
Несколько часов набора и лет 20, наверное, работы в сфере, чтобы получился хорошо структурированный и достаточный на своем уровне абстракций текст. Спасио, стало чуть понятнее. Про НЛ регуляторы не знал, интересно.
- serjlavrov
- 27 августа 2019 в 11:05
- ↓
отличный пост. Подписываюсь!
кстати, компания ЛГ отличилась скорее не с самой абс, а с элекронасосами, которые запускаются при включении зажигания. Интересно, что без них (электронасосов) тормозов практически нет. То есть вместо усилителя их запустили в систему как основной управляющий тормозным усилием прибор. На сколько я понимаю, выход из строя АБС на ЛГ с установленными электронасосами, автоматически почти отключает тормоза. Но я могу ошибаться.
и да, без абс на мопеде смертей было бы в разы больше.
И вот ещё, автору, интересно, что далеко не все мотоциклы конструктивно развивают стоппи. например на ЛГ, благодаря подвескам телелевер почти нет ни клевка, ни стремления развить стоппи.
кстати, компания ЛГ отличилась скорее не с самой абс, а с элекронасосами, которые запускаются при включении зажигания. Интересно, что без них (электронасосов) тормозов практически нет. То есть вместо усилителя их запустили в систему как основной управляющий тормозным усилием прибор. На сколько я понимаю, выход из строя АБС на ЛГ с установленными электронасосами, автоматически почти отключает тормоза. Но я могу ошибаться.
и да, без абс на мопеде смертей было бы в разы больше.
И вот ещё, автору, интересно, что далеко не все мотоциклы конструктивно развивают стоппи. например на ЛГ, благодаря подвескам телелевер почти нет ни клевка, ни стремления развить стоппи.
- AntonKatenev
- 27 августа 2019 в 11:20
- ↑
- ↓
Стоппи можно сделать и на телелевере, склонность к нему вообще зависит в основном от геометрии и расположения ЦТ. Но на телелевере чуть сложнее, потому что он при торможении меньше складывается.
Помпа обычно используется как усилитель, для того чтобы можно было повышать давление в магистралях. Но бывают разные варианты.
Помпа обычно используется как усилитель, для того чтобы можно было повышать давление в магистралях. Но бывают разные варианты.
- serjlavrov
- 27 августа 2019 в 11:37
- ↑
- ↓
можно, конечно, и на заднем можно. Я про тот аспект, что немцы подумали на тему торможения на этих мотоциклах очень хорошо. В обычных условиях, если не стремиться поставить на переднее, r серию очень не просто заставить встать на переднее колесо
- serjlavrov
- 27 августа 2019 в 13:53
- ↑
- ↓
Вам известна причина появления телелевера? Расскажите, пожалуйста.
давным давно компания BMW выпустила модель R80 и затем ее логическое продолжение R100, это были мотоциклы прозваные в народе «резиновыми коровами» (Gummikuh). Это прозвище мотоциклы получили за раскачку при наборе скорости, так называемый эффект лифта («Fahrstuhl-Effekt»), когда мотоцикл реагировал на открытие газа поднятием задней части, что приводило к крайне не приятным последствиям, т.к. изменялась длинна базы мотоцикла, что было особенно не приятно в поворотах, мот мог сильно изменить траекторию, что не вселяло оптимизма, особенно на высоких скоростях и когда поворотов действительно много и когда идут один за другим. Второй причиной была вилка, которая сильно сжималась и на торможениях и на наборе скорости, т.к. задница поднималась. Эти особенности конструкции были тем очевиднее, чем длиннее были ходы подвесок, но имели место и на «спортивных» моделях BMW. Именно борьбой с этими эффектами и обязаны своим появлением и пара- и телевевер, они завершили эпоху резиновых коров, появилась модель R1100, которая радикально изменилa управляемость мотоциклов BMW. Эта конструкция действительно позволила преодалеть несовершенство элементов подвесок 90х годов. На сегодняшний день эта система уже не является настолько решающей, а с появлением электронных динамических подвесок вообще теряет какой-то глубокий смысл.
Это если коротко.
Это если коротко.
- Alexeybelg
- 27 августа 2019 в 16:12
- ↓
Спасибо за два мощных текста, очень познавательно. По итогам возник вопрос. Если существует достаточно продвинутая система распределения тормозного усилия, почему бы мотопроизводителям не сделать один тормоз для пользователя (неважно где он будет расположен), а электронная система бы пусть распределяла тормозное усилие самостоятельно в наиболее эффективной манере?
- AntonKatenev
- 27 августа 2019 в 16:57
- ↑
- ↓
Управление тормозами в современных мотоциклах сосредоточено в блоке АБС, что вполне логично. А главный инноватор по этой части, он же производитеь этих блоков для большинства европейских мотоциклов — Bosh. Сейчас у них девятое поколение, скоро будет десятка с интересными функциями, в том числе с более развитым интегральным торможением.
Для японцев главный производитель — Hitachi. Еще активно занимается этим Delphi.
Эти же ребятки делают АБС для авто.
Сами производители мотоциклов в этой кухне участвую только опосредованно, активнее всех как раз BMW, у них денег много на R&D.
На топовых европейских мотиках тормозная система — Bosh + Brembo. поэтому она более или менее одинакова у всех, разница в настройках и адаптации.
Для японцев главный производитель — Hitachi. Еще активно занимается этим Delphi.
Эти же ребятки делают АБС для авто.
Сами производители мотоциклов в этой кухне участвую только опосредованно, активнее всех как раз BMW, у них денег много на R&D.
На топовых европейских мотиках тормозная система — Bosh + Brembo. поэтому она более или менее одинакова у всех, разница в настройках и адаптации.
- Alexeybelg
- 28 августа 2019 в 9:04
- ↑
- ↓
Еще бы БМВ нормальным переключением скоростей занялось… сорри за оффтоп
- Alexeybelg
- 28 августа 2019 в 9:50
- ↑
- ↓
Да. Но раз есть и обычный способ переключения, то почему-то хочется использовать и его :))) Плюс, квикшифтер все же разработан под высокие обороты. При низких переключается с заметным усилием, возникает ощущение, что для коробки это как бы… ненормальный режим работы
Маленькое дополнение, в контексте имеено абс не важная, но с точки зрения практики зело полезная. По мере того как нагрузка будет переносится с зада на перед, зад разгружается и тормозам «проще» остановить колесо. Поэтому часто случается что ты начинаешь тормозить задним всё ок, начинаешь передним и упс, заднее вдруг срывает. Поэтому если нету абс приучаем себя к тому что после начала экстренного торможения задний тормоз надо приотпускать назад. А то в какой-то момент есть риск что заднее колесо обгонит переднее. Ибо как сказано выше сила трения скольжения меньше силы трения покоя. И заднее колесо в заблокированном состоянии начнёт ехать быстрее переднего которое еще крутится.
- AntonKatenev
- 28 августа 2019 в 10:19
- ↑
- ↓
Это верно с практической точки зрения, но не совсем корректно с точки зрения физики. Дело не в том, что заднее «обгоняет» из-за меньшего тормозного усилия. А в том, что на колесо в срыве действуют нескомпенсированные боковые силы, они-то и устроят вам хорошенький такой снос. Если колесо сохраняет сцепление с дорогой, неважно, в торможении или без, боковым силам сложно утащить его с траектории.
Главная причина возникновения этих боковых сил в том, что основная точка торможения находится сильно впереди ЦТ, в месте контакта переднего колеса и дороги. Любое отличие траектории от строго прямолинейной — и привет снос сорванного заднего, причем чем он дальше, тем сильнее.
При этом умеренное применение заднего как раз стабилизирует траекторию.
Главная причина возникновения этих боковых сил в том, что основная точка торможения находится сильно впереди ЦТ, в месте контакта переднего колеса и дороги. Любое отличие траектории от строго прямолинейной — и привет снос сорванного заднего, причем чем он дальше, тем сильнее.
При этом умеренное применение заднего как раз стабилизирует траекторию.
- WayToHayabus
- 28 августа 2019 в 15:50
- ↓
На бимерах с интегральной системой абс, если умирает абс, то тормоза становятся очень вялыми, выезжать с ними очень опасно.
Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии.
Войдите, пожалуйста, или зарегистрируйтесь.
Комментарии (82)
RSS свернуть / развернуть