Как это работает: Система торможения Brake-by-wire

31/01/2014, F1news

Возвращение турбомоторов стало самым обсуждаемым нововведением в Формуле 1 в 2014 году, но не менее важную роль будут играть и некоторые другие новинки, главная из которых – электронная система управления тормозами. Ведь в будущем это может привести к настоящей революции не только в автоспорте, но и в автомобилестроении.

Несмотря на наступление электроники по всем фронтам, у пилотов Формулы 1
до сих пор оставалось два элемента управления, которые были механически подключены к машине: руль и тормоза. Все остальные элементы, включая педаль газа, системы KERS, DRS и коробку передач, контролировались стандартным электронным блоком ECU, а гонщик своими действиями лишь задавал необходимые параметры.

В 2014 году механика в битве с электроникой сделала ещё полшага назад. Новый технический регламент разрешил использование электронной системы контроля тормозов – правда, только задних, и только с подстраховкой в виде прямого соединения с главным тормозным цилиндром.

В мире автомобилестроения работа над электронными тормозными системами идёт уже давно, так как преимущества такой схемы неоспоримы, но внедрение проходит достаточно медленно, ведь тормоза – критически важная система для безопасности автомобиля, любой электронный сбой может привести к трагедии. Тем не менее, такие системы уже применяются на магистральных грузовиках, где распределение тормозного усилия между колёсами – задача чрезвычайно сложная, а также на некоторых моделях легковых автомобилей.

Введение электронной системы торможения для задних колёс стало вынужденной мерой со стороны FIA. И началось всё ещё в 2009 году, когда в Формуле 1 появилась система KERS. Её основной задачей было обеспечение кратковременной прибавки мощности двигателя за счёт энергии, собираемой с задних колёс на торможениях. Побочным эффектом стало изменение эффективности торможения, в зависимости от того, собирается в этот момент энергия для рекуперации или нет.

Инженеры команд достаточно быстро сумели сбалансировать систему, чтобы она собирала энергию равномерно, а в случае, если KERS по каким-то причинам переставала работать, гонщик вручную менял распределение тормозного усилия. Однако в 2014 году на смену KERS пришла гораздо более мощная ERS, поэтому в FIA пошли на уступку, разрешив передать контроль электронике.

«Система была введена в этом году, потому что у силовых установок теперь намного более сложная структура, включающая электромоторы, – пояснил F1News.Ru главный конструктор Marussia Джон Макуилльям. – В 2013-м у нас был 60-киловаттный электромотор, соединённый с задней осью, в этом году его мощность выросла до 220 кВт, и от задней оси забирается намного больший процент энергии. Поэтому разница в балансе тормозов в те моменты, когда мы собираем энергию при торможении, и в те, когда мы её не собираем, сейчас огромна – что может сделать машину неуправляемой.

Именно поэтому нам пришлось внедрить электронную систему, которая самостоятельно выбирает уровень давления в тормозной системе на задней оси. Именно она сообщает гидравлическим приводам, какое усилие нужно передавать. То есть, теперь не пилот решает, какое тормозное усилие оказывается на заднюю ось. С точки зрения гонщиков всё просто: он теперь концентрируется только на контроле передней оси – электроника сделает остальное. С точки зрения конструкции – это очень сложная система, которую достаточно трудно откалибровать. К тому же, в машине Формулы 1 не так много места, чтобы разместить дополнительную "электронную педаль"».

Новая система получила название Brake-by-wire («торможение по проводам»). Близкие по устройству системы применяются на гибридных автомобилях, где при нажатии на педаль тормоза часть скорости гасится за счёт перевода электромотора в режим генератора, а часть – за счёт штатных тормозов. При этом распределение усилий между контурами нелинейно, так как эффективность торможения генератором с уменьшением скорости резко падает. Необходимое соотношение рассчитывает компьютер. Однако там эта система всегда интегрирована с ABS. В Формуле 1 она запрещена, и система будет суммировать работу двух профилей торможения. Таким образом, если пилот слишком сильно нажмёт на педаль тормоза, колёса заблокируются. А контролировать Brake-by-wire будет стандартный электронный блок управления ECU, предоставляемый FIA.

Безусловно, ключевым вопросом применения Brake-by-wire станет безопасность – отказ тормозов на машине Формулы 1, пусть и только задних, может привести к очень серьёзным последствиям для пилота. К примеру, в 1999 году Михаэль Шумахер получил сложный перелом ноги после вылета с трассы в Сильверстоуне именно из-за отказа задних тормозов. Поэтому в техническом регламенте оговорено, что педаль тормоза должна быть связана с центральным гидравлическим тормозным цилиндром, и в случае отказа электронной системы должна воздействовать на задний тормозной контур напрямую.

Разумеется, постарались исключить любые неисправности и сами команды. «При применении системы Brake-by-wire главное – контролировать ситуацию в случае её поломок, – пояснил исполнительный директор команды Mercedes Падди Лоу. – Вопросы безопасности системы имели приоритетное значение, и в значительной степени наши усилия были направлены на их решение».

Помимо перспектив по повышению эффективности ERS и улучшению баланса машины, которые открывает использование электронного контроля тормозов, у этой системы есть и ещё целый ряд побочных плюсов. Так, применение новой системы торможения позволит использовать тормозные диски меньшего размера. Это, в свою очередь, сократит неподрессоренную массу и облегчит организацию воздушных потоков в районе задних колёс. В будущем, когда необходимость в страховочном контуре отпадёт, можно будет и вовсе отказаться от гидравлики – торможение можно будет производить только за счёт сервоприводов. Всё это сократит общую массу тормозной системы и облегчит её компоновку.

Безусловно, внедрение и развитие таких систем в Формуле 1 в дальнейшем имеет все шансы выйти за пределы чемпионата, и может использоваться как в других видах автоспорта, так и на обычных автомобилях.