Что такое система стабилизации автомобиля


Принцип работы системы динамической стабилизации (ESP)

Принцип работы системы динамической стабилизации (ESP)

Оснащение современного автомобиля делает процесс управления простым. В то же время нельзя сказать, что это уж слишком легкое дело. Требуется учитывать много нюансов, чтобы не оказаться на обочине не только дороги, но и жизни. Важны дорожные изгибы, погодные условия, опыт вождения и многое другое. Автомобиль способен вести себя на дороге непредсказуемо. Утрата контроля может спровоцировать аварию. Как предотвратить такое развитие событий?

Содержание:

Это можно сделать с помощью ESP. Под этой аббревиатурой скрывается система, обеспечивающая курсовую устойчивость. С позиции английского языка расшифровывается так: Electronic Stability Program.

Что такое ESP

Под ней понимается система безопасности, которая посредством компьютера управляет автомобилем в нестандартных ситуациях. Если автомобиль теряет устойчивость на дороге, то есть начинает выписывать опасную траекторию, то его положение принудительно выравнивается.

ESP не является единым обозначением систем динамической стабилизации. Перед нами популярная торговая марка и не более. Поэтому будем рассматривать именно ее. Хотя своя популярность есть и у других подобных систем, например, ESC и DSC.

История

Первый патент на систему рассматриваемого вида был выдан в 1959 году. Разработка называлась «Управляющее устройство». Ее инициатором стал концерн Daimler-Benz. Результат оказался посредственным. Инженеры концерна не смогли предложить продукт, который мог бы стать реальным помощником водителя.

Все изменилась спустя много лет. В 1994 году премиальные Мерседесы получили оснащение полноценной системой безопасности. Несколько позднее курсовая стабилизация стала доступна на серийных машинах компании Mercedes-Benz.

Устройство

Блок ESP

Сама по себе ESP не способна выполнять возложенные на нее задачи. В помощь требуются электронные датчики. Обработкой поступающих от них сигналов занимается специальный блок. Электроника вовремя информирует систему о неадекватном поведении автомобиля, что дает возможность вернуть контроль над транспортным средством.

Перечень составных элементов формируется за счет:

  • основного блока, предназначенного для обработки сигналов от датчиков и управления конкретными устройствами;
  • датчиков, фиксирующих, с какой скоростью вращается каждое колесо;
  • датчиков, измеряющих скорость и отклонение транспортного средства по оси. Датчики этого вида находятся внутри одного корпуса;
  • контроллера, способного определить, как рулевое колесо изменяет угол поворота;
  • гидравлического блока, инициирующего тормозные усилия.

К помощникам также относят следующие системы:

  • ABS – исключение вероятности блокировки колес во время торможения;
  • EBD – распределение усилий при управлении тормозными дисками;
  • ASR – контроль того, насколько проскальзывают колеса, с последующим перераспределением крутящего момента. Исключается пробуксовка;
  • EDS – дополнение к ASR. Блокировка дифференциального механизма.

Как это работает

Курсовая стабилизация посредством ESP невозможна без ABS. Антиблокировочная система – это важный момент корректировки поведения автомобиля. Процесс стабилизации также обеспечивается за счет функциональности антипробуксовочной системы и блока, способного изменять режим работы двигателя.

Автомобиль без ESP

ESP определяет развитие заноса по нескольким параметрам. Например, при малом угле поворота колес может фиксироваться превышение поперечного ускорения и значительное изменение угла поворота транспортного средства. Это выходит за рамки «правильной езды», поэтому система начинает действовать.

На практике происходит подтормаживание конкретных колес или ослабление тормозного усилия. Гидромодулятор изменяет состояние тормозной системы в части ее давления. Работа силового агрегата корректируется. Блок-контроллер сокращает подачу топлива, что уменьшает крутящий момент, передающийся на колеса. В результате машине придается прежняя траектория.

В структуре имеется главный блок, принимающий и обрабатывающий информацию, поступающую от датчиков. Под такой информацией понимается несколько моментов: с какой скоростью вращаются колеса, в каком положении руль и насколько давление в тормозной системе соответствует норме. На основе подобных данных ESP принимает решение, как ей действовать. При этом наиболее важны сигналы от двух датчиков, считывающих поперечное ускорение и угловую скорость.

Рассмотрим на примере упрощенную схему того, как происходит курсовая стабилизация.

Занос

На блок-контроллер поступают данные:

  • задняя ось начинает смещаться по тому направлению, куда заносит;
  • величина скорости скольжения выходит за рамки допустимых значений.

Если вы опытный водитель, то поддадите газу и постараетесь выйти из заноса. Ключевое слово здесь «опытный», но за рулем в большинстве своем оказываются те, кто не был в подобных ситуациях. Они могут растеряться. Также стоит учитывать невнимательность. Именно здесь и возникает необходимость в ESP.

Система возвращает автомобиль на прежний курс с помощью торможения переднего колеса с внешней стороны.

Снос

Автомобиль с ЕСП

Датчики сигнализируют о нестандартном поведении транспортного средства:

  • фиксируется смещение передней оси по такому направлению, как внешняя сторона поворота;
  • скорость рысканья определяется как небольшая.

Система стабилизирует автомобиль, что достигается торможением заднего колеса с внутренней стороны.

Обязательность наличия ESP

Занос машины с ESP и без него

Эксплуатируемые в странах ЕС автомобили оснащаются ESP, что узаконено с 2014 года. Это обязательно для минимальной комплектации. Что касается России, то такое правило также имеется, но оно действует лишь при сертификации новых авто. Для остальных машин усовершенствование этого плана возможно только за дополнительную плату.

Самостоятельная установка

При желании и определенном умении можно установить ESP самому. Для этого необходимо знать, какие элементы системы нужны, куда они устанавливаются, как использовать сканер и соответствующее ПО. В остальном надо будет приобрести:

  • блок-контроллер;
  • СИМ-модуль;
  • датчик рысканья;
  • штекер.

Неисправности

Сигнал о том, что ESP вышла из строя, поступает на приборную панель, где имеется контрольный указатель. Такая ситуация возможна в результате:

  • поломки блок-контроллера;
  • обрыва цепи, что преимущественно происходит с датчиками скорости;
  • выхода из строя датчика тормозного усилия и т. д.

В любом случае надо вовремя реагировать на сигнал неисправности. Для конкретизации проблемы требуется проведение компьютерной диагностики.

Вывод

Устройство ESP

Некоторые автолюбители считают, что ESP – это препятствование нормальному вождению и невозможность выхода из критических ситуаций. Последнее утверждение верно, но отчасти. Процент неадекватного поведения ESP ничтожно мал.

Система, обеспечивающая курсовую устойчивость, эффективна. Она не позволяет водителям вести себя на дроге слишком вольготно. Пресекаются попытки вождения, выходящие за рамки дозволенного. Потеря же мощности на скользких покрытиях в условиях бездорожья покрывается электронной имитацией блокировок, что помогает преодолевать препятствия, когда происходит диагональное вывешивание.

Видео

autoiwc.ru

Принцип действия системы ESP — Renault Duster, 2.0 л., 2013 года на DRIVE2

ESP (Electronic Stability Program) — самая распространённая из множества существующих на сегодняшний день аббревиатур, обозначающих одно и то же: систему динамической стабилизации автомобиля. В зависимости от производителя буквы в названии этой системы могут быть разными — ESC, VDC, VSC, DSC, DSTC, но суть везде едина: в опасных ситуациях эта электроника помогает вам справиться с автомобилем.

Задача ESP заключается в том, чтобы контролировать поперечную динамику автомобиля и помогать водителю в критических ситуациях — предотвращать срыв автомобиля в занос и боковое скольжение. То есть сохранять курсовую устойчивость, траекторию движения и стабилизировать положение автомобиля в процессе выполнения манёвров, особенно на высокой скорости или на плохом покрытии. Иногда эту систему называют «противозаносной» или «системой поддержания курсовой устойчивости».

Прообраз ESP под названием «Управляющее устройство» был запатентован ещё в 1959 году компанией Daimler-Benz, но реально воплотить её удалось лишь в 1994 году. С 1995 года система стала серийно устанавливаться на купе Mercedes-Benz CL 600, а чуть позже ею комплектовались все автомобили S-класса и SL.

Сегодня система динамической стабилизации доступна, хотя бы в качестве опции, почти на любом автомобиле. Прямой зависимости от класса машины уже не существует. Так как же она работает?Современная ESP взаимосвязана с ABS, антипробуксовочной системой и блоком управления двигателем, она активно использует их компоненты. По сути, это единая система, работающая комплексно и обеспечивающая целый набор вспомогательных контраварийных мероприятий. Структурно ESP состоит из электронного блока-контроллера, который постоянно обрабатывает сигналы, поступающие с многочисленных датчиков: скорости вращения колёс (используются стандартные датчики АБС); датчика положения рулевого колеса; датчика давления в тормозной системе.

Но основная информация поступает с двух специальных датчиков: угловой скорости относительно вертикальной оси и поперечного ускорения (иногда это устройство называют G-сенсор). Именно они фиксируют возникновение бокового скольжения на вертикальной оси, определяют его величину и дают дальнейшие распоряжения. В каждый момент ESP знает, с какой скоростью едет автомобиль, на какой угол повёрнут руль, какие обороты у двигателя, есть ли занос и так далее.

Схема работы ESP

Обрабатывая сигналы с датчиков, контроллер постоянно сравнивает фактическое поведение автомобиля с тем, что заложено в программе. В случае если поведение автомобиля отличается от расчётного, контроллер понимает это как возникновение опасной ситуации и стремится исправить её.

Вернуть автомобиль на нужный курс система может, давая команду на выборочное подтормаживание одного или нескольких колёс. Какое из них надо замедлить (переднее колесо или заднее, внешнее по отношению к повороту или внутреннее), система определяет сама в зависимости от ситуации.

Слева: в поворот автомобиль входит со сносом. Обнаруживая это, система подтормаживает левое заднее колесо, стабилизируя движение машины.Справа: в повороте автомобиль заносит. Стабилизация осуществляется за счет приложения дополнительной тормозной силы к правому переднему колесу.

Притормаживание колёс система осуществляет через гидромодулятор АБС, создающий давление в тормозной системе. Одновременно (или до этого) на блок управления двигателем поступает команда на сокращение подачи топлива и уменьшение, соответственно, крутящего момента на колёсах.Система работает всегда, в любых режимах движения: при разгоне, торможении, движении накатом. А алгоритм срабатывания системы зависит от каждой конкретной ситуации и типа привода автомобиля. Например, в повороте датчик углового ускорения фиксирует начало заноса задней оси. В этом случае на блок управления двигателем подаётся команда на уменьшение подачи топлива. Если этого оказалось недостаточно, посредством АБС притормаживается внешнее переднее колесо. И так далее, в соответствии с программой.Кроме того, в автомобилях, оборудованных автоматической КПП с электронным управлением, ESP способна даже корректировать работу трансмиссии, то есть переключаться на более низкую передачу или на «зимний» режим, если он предусмотрен.днако существует мнение, что опытному водителю, способному ездить на пределе возможностей, эта система мешает. Такие ситуации действительно редко, но могут возникать — например, когда для выхода из заноса надо поддать газа, а электроника сделать этого не даёт — «душит» движок.К счастью, для опытных водителей во многих автомобилях, оборудованных ESP, предусмотрена возможность её принудительного отключения. А на некоторых моделях система допускает небольшие заносы и скольжения, давая водителю немного похулиганить, вмешиваясь, только если ситуация становится действительно критической.ESP является одной из важнейших частей комплекса активной безопасности автомобиля. Она исправляет ошибки в управлении и часто помогает выйти из ситуаций, в которых среднестатистический водитель на обычном автомобиле потерпел бы полное фиаско. Главное достоинство ESP — с ней автомобиль перестаёт требовать от вас навыков экстремального вождения. Вы просто поворачиваете руль — а машина сама будет думать, как вписаться в поворот.

Но имейте в виду — возможности ESP по исправлению опасной ситуации не беспредельны. Ведь законы физики обмануть нельзя. Поэтому надо помнить, что ESP хоть и значительно снижает шансы на попадание в аварию во многих сложных ситуациях, но не избавляет водителя от необходимости иметь голову на плечах.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ:

1. ESP может не работать должным образом, если шины или колёса, которые вы используете, не совпадают с рекомендованными в данной инструкции. Когда вы меняете шины или колёса, используйте только тот тип и размер, которые рекомендованы в данном пособии.2. ESP не будет работать должным образом, если шины накачаны не в соответствии с рекомендованным давлениям шин.3. ESP не может работать должным образом, если шины сильно стёрты. Заменяйте шины тогда, когда появятся следы износа шин в виде желобков на поверхности колеи.4. ESP не сможет работать должным образом, если на шинах установлена цепь противоскольжения.5. ESP не заменяет зимние шины или цепи противоскольжения на покрытых снегом дорогах.6. ESP не будет работать должным образом, если действующие части двигателя, например, муфта не соответствует стандартам на оборудование или она сильно повреждена.

7. Когда ESP начнёт работать неверно, не стоит ослаблять работу подвески.

Электронная программа стабилизации или, как ее обычно называют, система стабилизации движения. Срабатывает ESP в опасных ситуациях, когда возможна или уже произошла потеря управляемости автомобилем. Путем притормаживания отдельных колес система стабилизирует движение. Она вступает в работу, когда, например, из-за большой скорости при прохождении правого поворота передние колеса сносит с заданной траектории в направлении действия сил инерции, т.е. по радиусу большему, чем радиус поворота. ESP в этом случае притормаживает заднее колесо, идущее по внутреннему радиусу поворота, придавая автомобилю большую поворачиваемость и направляя его в поворот. Одновременно с притормаживанием колес ESP снижает обороты двигателя. Если при прохождении поворота происходит занос задней части автомобиля, ESP активизирует тормоз левого переднего колеса, идущего по наружному радиусу поворота. Таким образом, появляется момент противовращения, исключающий боковой занос. Когда скользят все четыре колеса, ESP самостоятельно решает, тормозные механизмы каких колес должны вступить в работу. Время реакции ESP — 20 миллисекунд. Работает система на любых скоростях и в любых режимах движения.Данная система пока является наиболее эффективной системой безопасности. Она способна компенсировать ошибки водителя, нейтрализуя и исключая занос, когда контроль над автомобилем уже потерян.Безусловно, ESP высокоэффективная система. Однако, в действительности ее возможности ограничены. Причиной этого являются законы физики, изменить которые электроника не в силах. Поэтому если радиус поворота слишком мал или скорость в повороте превышает разумные границы, даже самая совершенная программа стабилизации движения здесь не поможет.

Осенью 2006 года Bosch объявила о выходе своей новой разработки — ESP Premium. Главное отличие новой системы — большее количество нагнетателей тормозной жидкости: было два, стало шесть. За счет этого удалось значительно увеличить точность дозирования усилия и скорость срабатывания системы. ESP Premium будет работать в тандеме с системой Adaptive Cruise Control (адаптивный круиз-контроль).

(статью взял отсюда статья на дастер-форуме, а первоисточник я не нашел)

Сравнение Дастеров с ESP и без

Сравнение различных машин с ESP и без

www.drive2.ru

AUTO.RIA – Что такое система ESP и зачем она нужна?

Electronic Stability Program или сокращенно ESP — это популярнейшая из большого количества современных аббревиатур. Которые означают одну вещь — динамическую систему стабилизации. В зависимости от производителя, называться она может по-разному: VDC, ESC, DSC, VSC и т.д., но сути это не меняет, система стабилизации помогает водителю справиться с автомобилем в разных ситуациях.

А вы знаете, зачем нужна ABS?

История развития ESP

В уже далеком 1959 году прообраз современной ESP был запатентован компанией Daimler-Benz и получил название «Управляющее устройство». Но инженерам компании не удалось с первой попытки совершить революцию в автомобильных системах безопасности. Именно Daimler-Benz и довел до ума несовершенную систему. В 1994 году испытания нового, даже на те времена, электронного помощника продолжились на премиальных Мерседесах, а уже через год в 1995 году впервые серийно применилась на купе Mercedes-Benz CL 600. Успешные испытания системы на купе уже несколькими годами позднее позволили устанавливать ESP серийно на Мерседесы S и SL классов.

Основная задача ESP

Систему стабилизации еще называют системой курсовой устойчивости, поэтому не думайте, что путаетесь в терминах. ESP контролируется блоком управления, на который подаются сигналы с множества датчиков. Они отслеживают направление движения машины в зависимости от положения рулевого колеса и педали газа. Кроме того, на блок управления поступает информация о боковых ускорениях автомобиля и ориентации заноса.

Так выглядит блок управления ESP

ESP контролирует поперечную динамику автомобиля, помогая водителю в критических ситуациях, тем самым предотвращая срыв автомобиля в занос или в боковое скольжение. По сути, система стабилизации сохраняет курсовую устойчивость, траекторию движения и стабилизирует автомобиль во время выполнения маневров. А особенно на высокой скорости или на плохом покрытии, когда склонность к сносу или заносу гораздо выше. Отсюда вытекает и второе простонародное название системы — противозаносная система.

Как работает ESP?

Современные автомобили практически каждой модели могут быть оснащены системой стабилизации, если не в базовой версии, то хотя бы, как опция. Машины любой марки и класса могут комплектоваться ESP и прежней связи со стоимостью транспортного средства уже нет.

Система стабилизации тесно взаимосвязана с ABS, более того без антиблокировочной системы невозможна работа ESP. Кроме того, в процессе стабилизации принимают участие антипробуксовочная система и блок управления двигателем. По своей сути, это единая система, работающая комплексно. Водителю, конечно, не всегда понятны и ощутимы действия системы. Но в то же время она выполняет целый комплекс контраварийных действий.

Структура ESP — это электронный блок-контроллер, постоянно обрабатывающий сигналы из датчиков. Сигналы поступают с датчиков скорости вращения колес, датчика положения рулевого колеса и датчика давления в тормозной системе. В зависимости от показаний, система стабилизации вступает в действие. Но основная информация, поступающая на блок управления — сигналы с двух специальных датчиков: угловой скорости относительно вертикальной оси и датчика поперечного ускорения.

Если величина бокового скольжения на вертикальной оси больше допустимой в тот момент величины, система стабилизации мгновенно вступает в действие. ESP постоянно знает обороты двигателя, скорость движения, угол поворота руля и колес, есть ли занос и многое другое. Поэтому и команды с блока на управляющие элементы отправляются в тот же миг.

Как на деле выглядит действие ESP?

В случае, если возникла любая аварийная ситуация, то вернуть автомобиль в исходной положение и направить его на прежний курс система может выборочно подтормаживая одно или несколько колес. Зависимо от ситуации, система определяет какое из колес нужно замедлить — внешнее или внутреннее, переднее или заднее.

Выборочное торможение колес происходит с помощью гидромодулятора АБС, который создает давление в тормозной системе самостоятельно, без участия водителя. В тот же момент блок управления двигателем поступает команда на сокращение подачи топлива, а соответствие и на снижение крутящего момента на колесах.

Узнайте, как безопасно перевозить детей в машине

Электронная система стабилизации активна и работает в любом режиме движения — будь то разгон, торможение или езда накатом. А алгоритм ее работы зависит от каждой конкретной ситуации. Умная ESP даже может регулировать режим работы автоматической трансмиссии, снижая передачу или переходя в зимний режим работы, для сглаживания реакций.

Стоит ли пользоваться кнопкой ESP OFF?

Существует мнение, что система стабилизации мешает опытным водителям справиться с аварийной ситуацией. Например, когда для выхода из заноса нужно поддать газу, а система блокирует подачу топлива. Это так, но только в случае с довольно опытными драйверами. Большинство водителей никогда не бывали в подобных ситуациях и занос их может только напугать. Кроме того нужно учитывать человеческий фактор, когда, например, водитель отвлекся или не успел вовремя отреагировать на экстремальную ситуацию.

Поэтому мы рекомендуем не отключать систему стабилизации, дабы избежать даже малейшую возможность возникновения неконтролируемой аварийной ситуации. Для любителей же экстремальной езды некоторые производители предусмотрели несколько режимов работы ESP, когда система позволяет немного похулиганить и вступает в работу в критической ситуации.

Убедитесь, что на автомобиле установлена ESP

Неоправданно большие деньги просят автопроизводители за такую важнейшую опцию, как ESP. Но все же — это необходимый минимум для безопасного движения. Безусловно, система стабилизации прощает и исправляет многие ошибки водителя, не требуя от него навыков контраварийного вождения. Но все же возможности системы не безграничны и порой не просто не стоит допускать опасных ситуаций.

Поэтому, очень желательным является наличие любой системы стабилизации на автомобиле. Она поможет вам вписаться в поворот или сохранить прямолинейное движение без заноса. Значительная помощь системы будет более эффективной при обдуманных действиях водителя.

auto.ria.com

Система стабилизации автомобиля (ESP)

Зачем автомобилю система стабилизации? Явно напрашивается ответ в стиле Капитана Очевидность. Однако ESP умеет гораздо больше, нежели чем просто удерживать машину на дороге…

Система стабилизации автомобиля

ESC, DSC, VSC, DSTC, VDC, PTM, CST… Как только сегодня не изгаляются маркетологи автомобильных фирм, придумывая оригинальные обозначения для, в общем-то, одной и той же системы — динамической стабилизации.

А началось всё, кстати, ровно 20 лет назад. Когда в 1995 году компания Bosch начала поставлять инновационную на тот момент электронику марке Mercedes-Benz для комплектации дорогущей двухдверки S 600 Coupe. С тех пор контролем устойчивости обзавелись даже бюджетные малолитражки, а выпуск системы наладили почти два десятка фирм по всему миру. Ещё бы, ведь в Америке и Евросоюзе продажа новых автомобилей без стабилизации в базовом оснащении вот уже несколько лет как запрещена.

Первым серийным автомобилем с системой стабилизации считается роскошное купе Mercedes-Benz S 600, на котором ESP фирмы Bosch появилась в 1995 году. Впрочем, конкуренты ответили на этот выпад незамедлительно. В том же году свои варианты представили BMW и Toyota, следом подтянулись Audi и Volvo. А сегодня без электроники поддержания курсовой устойчивости в США и Евросоюзе уже не обходится ни одна, даже самая дешёвая, модель

Сразу скажу, в официальной терминологии систему поддержания курсовой устойчивости принято называть ESC — Electronic Stability Control. Но для простоты далее по тексту мы будем использовать именно историческое, знакомое всем, бошевское обозначение — ESP, что значит Electronic Stability Program или же (по-немецки) Elektronisches Stabilitätsprogramm. На суть дела это не повлияет.

Назначение ESP вроде бы и правда очевидно.

Она призвана помочь водителю удержать машину на дороге, когда возможностей или умений человека за рулем для этого уже не хватает, или если он совершил ошибку. Одно время начинающие журналисты при описании какой-нибудь новой модели даже любили поговаривать, что, дескать, «строгий ошейник ESP мешает опытному пилоту показать всё своё мастерство». Враки, конечно, — современная стабилизация просто так вмешиваться в управление не станет. Хотя в случае опасности может это сделать довольно резко и грубо.

Но всё же доля правды в тех дилетантских словах есть. Ведь если копнуть глубже, то выяснится — на современном автомобиле ESP работает… практически постоянно! Как же так!? Давайте разбираться вместе.

Как видно из этой схемы, структура ESP немногим сложнее, чем у её прародительницы — ABS. Вся соль системы стабилизации — в другом гидравлическом блоке, новых датчиках и прочных электронных связях с другими системами машины

Сначала поймём, откуда эта самая стабилизация вообще появилась. Фактически, ESP стала эволюционным развитием антиблокировочной системы тормозов — ABS. Ведь на современных автомобилях она позволяет контролировать тормозной контур каждого из колёс в отдельности. Скорости их вращения отслеживают специальные датчики, а блок управления по этим сигналам оценивает обстановку и выдаёт команду так называемому модулятору — хитрому блоку клапанов и гидроаккумуляторов. Именно он регулирует давление жидкости в каждом тормозном механизме, при необходимости оперативно его сбрасывая посредством откачивающего насоса с электроприводом. И вот однажды инженеры подумали — а почему бы этот самый насос не заставить работать как бы в обратную сторону? Чтобы, когда потребуется, не растормаживать, а наоборот — притормаживать одно из колёс?

Принцип работы системы стабилизации уже многим известен. Так что мы не будем на этом подробно останавливаться. А тем, кто с ESP знаком мало, рекомендуем посмотреть этот наглядный видеоролик — в нём всё доходчиво объясняется

Сказано — сделано. Так в середине 80-х годов прошлого века, задолго до дебюта самой ESP, родилась её первая «побочная» функция. На мощных моделях Toyota, Mercedes-Benz и BMW стали применять Traction Control (TC), то есть антипробуксовочную систему. Её назначение ясно из названия. Но всё же на всякий случай напомним, что она срабатывает, если водитель слишком сильно давит на газ, и колёса срываются в пробуксовку. Тогда, чтобы восстановить сцепление с дорогой, электроника задействует штатные тормоза и, если потребуется, уменьшает тягу двигателя. Алгоритм довольно примитивный, но эффективный. Наверное, каждый из нас зимой наблюдал в комбинации приборов жёлтую моргающую лампочку — признак работы TC. Без него стартовать на льду со светофора было бы гораздо сложнее, не так ли? Заднеприводные модели могут так вообще остаться на месте…

Читайте также:  Ремонт системы питания двигателяТак выглядит начинка рабочего модуля ESP. Не правда ли, впечатляет, сколько всего помещается в этой маленькой коробочке? Кстати, инфографика компании Bosch наглядно показывает, что с развитием системы стабилизации её главный блок становился не только легче и компактнее, но и «умнее» — память микропроцессора неуклонно увеличивалась

Но технологии шли вперёд. И постепенно электронный контроль появился не только в моторах, коробках передач или тормозах, но и в едва ли не в каждой системе машины. Это и привело к прорыву в области активной безопасности — появлению полноценной ESP. По сути, её блок управления стал главным органом чувств автомобиля. Сюда направили информацию от датчиков продольного и поперечного ускорений, поворота руля, вращения относительно вертикальной оси, нажатия на акселератор и тормоз, скорости вращения колёс и т.д., и т.п. Компьютер в режиме реального времени сравнивает текущие показатели с заложенными в память и оценивает — сможет ли, например, этот лихой водила при такой езде удержаться на траектории в повороте? Нет? Значит, пора принимать меры спасения.

Собственно, маркетологи сразу нашли, как за это зацепиться, чтобы привлечь больше покупателей. И попросили инженеров поставить в салоне автомобиля «волшебную» кнопку. В зависимости от назначения и типажа машины водителю разрешили или совсем вырубать ESP (что полезно, например, для внедорожников), или ограничивать её помощь. На моделях со спортивным уклоном это даёт возможность почувствовать себя крутым дрифтером без опаски убраться в первом же вираже. А Ferrari так пошла ещё дальше и научила свою стабилизацию поддерживать постоянный угол заноса — ведь раз человек отвалил такие деньги за суперкар, у него нет права опозориться.

Набирающие популярность системы активного круиз-контроля и автоматического аварийного торможения были бы невозможны без ESP. Каким бы способом не измерялась дистанция до препятствия впереди, команда на экстренную остановку в любом случае реализуется через модуль системы стабилизации. Кстати, даже если водитель в последний момент сам среагирует на опасность, остановиться ему всё равно будет проще. Ведь ESP заранее поднимет давление в системе и подведёт колодки к дискам

Но есть у ESP и другие «секретные» функции, о которых рядовой автолюбитель обычно вообще не подозревает. Вот, например, распространённый случай. Дама в красках описывает подруге, как перед ней на светофоре резко затормозил какой-то идиот. Остановилась наша героиня в считанных миллиметрах от его бампера. Чуть бы зазевалась — и на тебе ДТП. И невдомёк нашей барышне, что ESP, скорее всего, сработала даже при торможении. Ведь, как показывает статистика, большинство из нас в экстренной ситуации бьёт по педали тормоза резко, но недостаточно сильно. Поэтому остановочный путь оказывается больше, чем мог бы быть. А электроника по нарастанию давления в системе это видит и активирует насос модулятора. Соответственно, тормозные механизмы развивают максимально возможное для данных условий усилие. Обычно такую функцию называют Brake Assist — ассистент торможения. Кстати, она может помочь не только хрупким барышням, но и брутальным мужикам, у которых на сухом асфальте и хороших покрышках тоже не хватает сил, чтобы «продавить» педаль до срабатывания ABS.

Читайте также:  Как выбрать радар-детектор

Теперь же я рискую навлечь на себя гнев автодилеров и маркетологов, поскольку раскрою их страшную тайну. Изрядная часть подобных водительских ассистентов и систем, которые зачастую входят в список опций и стоят немалых денег, на поверку оказываются… просто программными функциями ESP! Поскольку никаких дополнительных деталей в данном случае не требуется. Для активации продвинутых возможностей в буквальном смысле обычно достаточно поставить галочку в системном меню соответствующего блока управления. Само собой, для этого нужен диагностический сканер. Но такие вещи сегодня стоят копейки, так что энтузиасты многих автоклубов поставили электронный апгрейд своих машин на поток.

Когда тормоза обычного дорожного автомобиля раскаляются, их эффективность падает. Чтобы этого не заметил водитель, ESP автоматически повышает давление в системе, сильнее прижимая колодки к дискам. Получается своего рода дополнительный гидроусилитель тормозов

А между тем, практически бесплатно можно получить весьма полезные вещи. В частности, на многих моделях концерна Volkswagen легко активируется функция XDS — имитация динамической блокировки дифференциала. В поворотах ESP станет подтормаживать внутреннее разгруженное колесо, направляя крутящий момент на внешнюю шину, имеющую лучший зацеп. Тем самым, вы станете реже вспоминать, что такое снос передней оси.

Также легко можно подключить ассистент трогания на подъёме. В этом случае при отпускании педали тормоза ESP будет несколько секунд сохранять давление в тормозных механизмах — до тех пор, пока тяги мотора не станет достаточно для уверенного старта без отката назад.

Удивительно, но ESP умеет измерять даже… давление в шинах! Не напрямую, конечно, а косвенно — при помощи датчиков скорости вращения колёс. Работает простая математика. Если шина спустила, значит, её диаметр стал меньше, соответственно крутится она теперь быстрее других. Это и отслеживает блок управления. Появились подозрения на утечку воздуха? Водитель тут же увидит предупреждение в комбинации приборов.

Скандал с переворотом Mercedes-Benz A-класса во время «лосиного теста» в 1997 году не только ускорил внедрение ESP, но и привёл к появлению ещё одной чисто программной функции — защиты от опрокидывания. Суть этого ассистента в том, что электроника отслеживает не только собственно скольжения, но и уровень боковых ускорений, который при данной загрузке машины может привести к её перевороту. Сейчас функцией ROP (Rollover Protection) располагают многие внедорожники, пикапы и кабриолеты. Причём у последних ESP отвечает ещё и за активацию выдвижных дуг безопасности

Также косвенно ESP способна определить наличие прицепа. Раз замкнулся электроразъём (попросту — розетка) «фаркопа», значит, автомобиль превратился в тягач. Теперь система перестроит свои алгоритмы с тем расчётом, чтобы исключить характерные колебания кормы и «болтанку» — электроника просто станет в противофазе подтормаживать передние колёса. Опять же неимоверно просто, но насколько полезно!

Хотите ещё волшебства? Пожалуйста! Как вам связь ESP со стеклоочистителями и датчиком дождя? Когда они срабатывают, электроника понимает — начинается ливень, на дороге влажно и скользко. Тормозной путь будет увеличиваться. Чтобы хоть немного исправить ситуацию, модулятор поднимет давление в тормозных трубках и станет циклически подводить колодки к дискам, срезая на них водяную плёнку. Водитель этого даже не замечает, а механизмы приводятся в боевую готовность…

Святая святых — рулевое управление и то попало под вездесущее око ESP. Представьте: автомобиль заносит, водитель начинает крутить руль, но явно промахивается, допустим, не хватает опыта. Не беда! Электроника заставит электроусилитель подсказывать импульсами усилия, куда и на какой угол повернуть «баранку». Переусердствовал? Ощутишь тяжесть. Руль полегчал? Значит, всё делаешь верно. Кстати, этот же ассистент помогает при торможениях на миксте. Когда, например, левые колёса оказались на асфальте, а правые съехали на грунтовую обочину. Обычную машину тут же начнёт разворачивать, а оснащённую ESP — нет.

Читайте также:  Перегрев двигателя автомобиля!

При необходимости стабилизация может вмешаться и в работу автоматической трансмиссии, на время заблокировав в ней переключения, чтобы скачки тяги на колёсах не нарушали баланс автомобиля.

 Различные варианты имитации блокировок межколёсных дифференциалов — исключительно программная функция ESP. То есть для её реализации не нужны дополнительные датчики или детали. Тем не менее, например, владельцам кроссоверов с короткоходными подвесками этот ассистент здорово помогает на off-road

Даже на бездорожье ESP нашлось применение. Видели, как умело современные кроссоверы без жёстких блокировок справляются с диагональным вывешиванием и прочими затруднительными ситуациями? Разгруженные колёса помолотят в воздухе немного, как вдруг автомобиль дёрнется и медленно поедет дальше. Это ESP перераспределяет тягу на покрышки, имеющие лучший контакт с грунтом. Кстати, именно датчики системы стабилизации позволили реализовать превентивное срабатывание автоматического полного привода. Муфта для передачи тяги на заднюю ось на современных SUV замыкается не по факту пробуксовки передних колёс (когда порой уже поздно), а по тревожному сигналу блока ESP.

А вот впереди крутой спуск. Активируем Hill Descent Control (HDC) — ассистент спуска с холма. Отпускаем все педали и вуа-ля! Автомобиль под хруст тормозов плавно и ровно скатывается вниз. Опять же стоит сказать спасибо ESP — это тоже часть её программы.

 Благодаря системе стабилизации едва ли не каждый полноприводный кроссовер обзавёлся ассистентом спуска с холма. Водителю надо просто задать курс рулём и отпустить обе педали. А электроника сама поддержит нужную скорость и подстрахует от разворота на склоне

И, повторюсь, всё это может быть реализовано на одной агрегатной базе, без серьёзной доработки начинки машины. В компьютерном мире такая фантастика называется читерством, сродни вводу в игре секретного кода на вечную жизнь или бесконечные патроны. Но в автомобильной среде за такое не наказывают. В конце концов, задача у нас всех общая — победить дорогу. Поэтому ESP действительно работает почти всегда: и при старте с места, и в движении, и при замедлении… Так что рассматривать систему стабилизации только лишь как средство последней надежды в наши дни уже неправильно.

По материалам: auto.mail.ru

 Загрузка ...

avto-opel.com

Изучаем систему стабилизации: порог нестабильности

Появление антиблокировочной системы (AБС) дало возможность оптимизировать торможение, что существенно повысило безопасность автомобиля. Расширение влияния электроники на процессы управления оказалось вопросом времени.

ПЕДАЛЬ В ПОЛ

Первой ступенью эволюции стала противобуксовочная система (ASR, TCS, TRC). Ее задача — контроль тягового усилия на ведущих колесах и поддержание курсовой устойчивости. В различных режимах движения колёса то и дело проскальзывают, то есть возникает расхождение между действительной скоростью и окружной скоростью колес. Особенно сильно это проявляется при ускорении (пробуксовка) и замедлении (блокировка). Величина проскальзывания напрямую влияет на сцепление с покрытием и передачу усилий ускорения, замедления и поворота. В условиях замедления при превышении определенного порога AБС начинает контролировать проскальзывание, а при ускорении на помощь приходит противобуксовочная система (ПБС).

Современные ПБС могут воздействовать на пробуксовку ведущих колес двумя способами: уменьшением крутящего момента двигателя и/или подтормаживанием проскальзывающего колеса. Для «удушения» двигателя есть несколько способов: уменьшение подачи топлива, изменение угла опережения зажигания, прикрытие дроссельной заслонки (при наличии электронного дросселя). ПБС только ставит задачу модулю управления двигателем — воздействие на тормозную систему осуществляется ресурсами AБС.

Конструктивно ПБС не что иное, как модернизированная AБС. Тормозные системы современных автомобилей построены по двухконтурной диагональной схеме. К антиблокировочной системе с восемью клапанами (по два на каждое колесо) добавлены два клапана управления тяговым усилием (по одному в каждом контуре). Скорость колес отслеживается датчиками AБС. При необходимости задействовать тормоза ПБС работает в тех же трех режимах, что и AБС: повышение, удержание и снижение давления. Контуры работают сходным образом.

Все схемы открываются в полный размер по клику мышки.

Приведем пример действия системы при пробуксовке переднего правого колеса. С помощью насоса и клапанов давление повышается только в контуре буксующего колеса. Дополнительный клапан ПБС изолирует контур переднего правого и заднего левого колес от главного тормозного цилиндра, иначе рабочаяжидкость уходила бы в цилиндр. Далее клапаны AБС разделяют контуры. При уменьшении пробуксовки изолируется суппорт, а насос отключается. Если проскальзывание продолжает уменьшаться, давление снижается с помощью насоса и клапанов. При необходимости цикл повторяется. У полноприводного автомобиля ПБС работает таким же образом, но дополнительно может отправлять запрос в блок управления полным приводом на перераспределение крутящего момента по осям, чтобы уравнять проскальзывание всех колес.

Пробуксовка ведущих колес опасна во многих ситуациях, особенно зимой. Все видели заднеприводные автомобили, которые поднимаются в горку чуть не боком. А при обычном движении в повороте они могут сорваться в занос. Не лучше обстоят дела и с передним приводом. Для таких машин характерен снос при резком старте или прохождении поворота «на грани». Движение по прямой тоже способно подкинуть сюрприз, если одна сторона машины окажется на льду. Страшно не само попадание на такой участок, а съезд с него: когда проскальзывающее колесо вновь обретет хорошее сцепление, машину может кинуть в сторону. Во всех подобных ситуациях ПБС регулирует проскальзывание ведущих колес.

ИДЕМ ПОД РУКУ

Следующей ступенью эволюции стала система курсовой устойчивости, или система динамической стабилизации (ESP, DSC, VSC). Этот помощник способен поддерживать заданное водителем направление движения в различных условиях. Там, где пасует ПБС, теми же средствами воздействия справится ESP.

При сносе или заносе ESP воздействует на тормоза и/или крутящий момент двигателя в зависимости от ситуации. Если автомобиль не вписывается в левый поворот, ESP подтормозит заднее левое колесо, создав дополнительный момент вращения. В случае возникновения заноса в этом же повороте электронный помощник исправит ситуацию, придержав переднее правое колесо. Направленный вправо противодействующий момент погасит занос.

Система действует на упреждение, пресекая саму возможность неустойчивости. Часто водитель даже не ощущает стороннего вмешательства — лишь индикация системы дает понять, что он где-то ошибся.

АПГРЕЙД

Как же доработали AБС, чтобы получить описанные возможности? В гидроблок помимо двух клапанов ПБС добавили еще два для работы ESP. А саму машину оборудовали дополнительными датчиками. Гидроблок работает в трех режимах. Два клапана (по одному на каждый контур) стоят между главным тормозным цилиндром и стороной всасывания насоса, чтобы пропустить достаточное количество тормозной жидкости при работе ESP. В остальном система работает подобно противобуксовочной, управляя давлением независимо для каждого колеса. Расходные клапаны, показанные на схеме, служат для снижения гидравлического шума тормозной жидкости в случае больших перепадов давления. Они работают механически и иногда встречаются в базовых блоках AБС.

Для определения курса автомобиля ESP использует датчик положения руля. Воздействующие на машину силы отслеживает комбинированный датчик, который оценивает величину поворота вокруг вертикальной оси и поперечные перегрузки. Также ESP определяет скорость — общую и каждого колеса в отдельности — с помощью датчиков AБС. При несоответствии параметров, когда, например, машина не вписывается в вираж (руль повернут, а она движется по прямой), система вмешивается в управление.

Датчик положения руля располагается на колонке в виде отдельного элемента либо его встраивают в комбинированный переключатель света. Существует несколько типов датчиков положения: с элементами Холла, магниторезистивные и фотоэлектрические (самые распространенные). Блок с несколькими фотоэлектрическими датчиками, состоящими из светодиодов и фототранзисторов, считывает диск с прорезями, который вращается вместе с рулем. При вращении диска свет диода воспринимается фототранзистором. Простейший блок имеет две пары датчиков, сигналы которых сдвинуты друг относительно друга. На основании разницы фаз рассчитываются угол и скорость поворота руля, а также нейтральное положение.

Комбинированный сенсор определяет воздействующие на машину силы. Он включает в себя минимум два датчика, которые представляют собой разновидность акселерометра и работают как механически, так и электронным способом. Обычно это устройство располагают под передним пассажирским сиденьем или центральной консолью. Оно очень чувствительно к ударам, при установке его следует точно выверять и затягивать с определенным усилием. Небрежность может сказаться на результатах и нарушить работу ESP.

ВЕРТИКАЛЬ ВЛАСТИ

В состав систем стабилизации иногда входит датчик давления тормозной жидкости. Он нужен системе помощи при экстренном торможении, когда водитель от испуга нажимает на педаль быстро, но недостаточно сильно. «Дожиматель» мгновенно создает максимальное давление в приводе. Такие устройства делятся на механические (функция конструктивно включена в вакуумный насос) и электронные (встроены в систему стабилизации).

В последнее время функции ESP дополняют помощью при спуске с горы или электронной имитацией блокировки дифференциала. Работают они по схожему с описанным выше принципу — оценивая силы, воздействующие на автомобиль, и корректируя тормозами скорость и направление движения.

С момента создания простейшей AБС до появления современных систем стабилизации прошло не так уж много времени, и прогресс в этом направлении продолжается. Но не стоит забывать, что даже самые изощренные электронные помощники не способны отменить законы физики.

ПАЛКИ В КОЛЕСА

У ПБС есть недостатки. В некоторых экстремальных ситуациях, когда спасти положение можно только резким нажатием на газ (например, чтобы вытащить переднеприводный автомобиль из заноса), ПБС не позволит сделать это. Однако отключать систему не стоит — пользы от нее больше, чем вреда.

УЖЕ ПРОХОДИЛИ

Функцию ESP в разных машинах можно отключить полностью либо частично, когда она отодвигает порог срабатывания. Но часто отключение вообще не предусмотрено. Пожалуй, оно оправданно лишь во время гонок, контраварийного обучения и преодоления бездорожья. Во всех остальных случаях ESP окажется полезной даже для опытного водителя.

Неисправности ESP — это в большинстве своем неисправности обычной AБС, о которых мы подробно рассказывали в ЗР, 2013, № 7. Конечно, возможны отказы дополнительных элементов, но чаще всего проблемы кроются в датчиках скорости колес.

Изучаем систему стабилизации: порог нестабильности

www.zr.ru

Как работает система стабилизации?

28 июля 2010 года

Систему динамической стабилизации мы называем ESP. Ведь “Электроник стабилити программ” — зарегистрированная торговая марка фирмы “Бош”, чьи инженеры запатентовали ее еще в 1959 году. Кстати, именно поэтому собственные разработки подобных технологий автомобильным фирмам приходится называть другими именами. Система включает датчики в колесах, тормозах, рулевом управлении, так называемый G-сенсор, отслеживающий угол поворота автомобиля вокруг вертикальной оси, а также датчики боковых ускорений.

Водитель превысил допустимую скорость, из-за чего ему пришлось резко тормозить в крутом повороте. В обычной ситуации это привело бы к заносу автомобиля и РАЗВОРОТУ НА ВСТРЕЧНОЙ ПОЛОСЕ. Но ESP выровняла траекторию движения, притормозив колеса, идущие по внешнему радиусу поворотаВодитель превысил допустимую скорость, из-за чего ему пришлось резко тормозить в крутом повороте. В обычной ситуации это привело бы к заносу автомобиля и РАЗВОРОТУ НА ВСТРЕЧНОЙ ПОЛОСЕ. Но ESP выровняла траекторию движения, притормозив колеса, идущие по внешнему радиусу поворота

Все это электронное воинство по 25 раз в секунду снимает показания и передает их в блок управления. И если, сопоставляя полученную информацию, “в центре” вдруг понимают, что реальное движение автомобиля никак не соответствует положению рулевого колеса и желанию водителя, меры принимаются незамедлительно. Блок управления отдает команду исполнительным модулям в тормозах и в двигателе, чтобы те замедлили вращение того или иного колеса или колес, а также уменьшили подачу топлива в камеру сгорания. Более того, некоторые системы стабилизации на машинах с АКП умеют даже переключаться на пониженную. От водителя требуется только работа рулем.

Водитель не рассчитал скорость или попал на скользкий участок дороги, и автомобиль под воздействием силы инерции должен был ЗАСКОЛЬЗИТЬ НА ОБОЧИНУ. Но ESP, замедлив вращение колес внутренней части поворота, уменьшила радиус движения, позволив благополучно вписаться в виражВодитель не рассчитал скорость или попал на скользкий участок дороги, и автомобиль под воздействием силы инерции должен был ЗАСКОЛЬЗИТЬ НА ОБОЧИНУ. Но ESP, замедлив вращение колес внутренней части поворота, уменьшила радиус движения, позволив благополучно вписаться в вираж

Поскольку единственное, что ESP сделать не в состоянии — это выбрать за водителя верную траекторию движения. Конечно, система динамической стабилизации не панацея. Тем не менее она исправляет большинство водительских ошибок, в разы сокращая шансы попасть в аварию. Неудивительно, что согласно статистике больше жизней на дороге, чем ESP, спасли лишь ремни безопасности.

  1. Исполнительный модуль управления тормозной системой
  2. Датчик угловой скорости колеса
  3. Датчик угла поворота рулевого колеса
  4. Датчики угла поворота вокруг вертикальной оси и величины поперечного ускорения
  5. Исполнительный модуль управления дроссельной заслонкой исправляет большинство водительских ошибок, в разы сокращая шансы попасть в аварию. Неудивительно, что согласно статистике больше жизней на дороге, чем ESP, спасли лишь ремни безопасности.

МЫ РЕШИЛИ:

Цена — единственный минус системы динамической стабилизации. Увы, далеко не на всех автомобилях она включена в список стандартного оборудования, а в качестве опции дороговата — от 13 до 25 тысяч. И все же лучше отказаться от “музыки”, металлика и даже обогрева сидений, чем экономить на ESP. Ведь в большинстве сложных ситуаций она реально помогает водителю оперативно скорректировать движение автомобиля и избежать ДТП. Вот почему система динамической стабилизации — не роскошь, а необходимость.

ЛОСИНАЯ ИСТОРИЯ

Массовому распространению ESP мы во многом обязаны Роберту Коллину. В 1998-м во время тест-драйва “Мерседес-Бенца” А-класса этот шведский журналист умудрился перевернуться при выполнении переставки на скорости всего 37 км/ч! В пожарном порядке исправляя конструктивные недочеты “ашки”, немецкие инженеры включили в базовое оснащение модели разработанную фирмой “Бош” систему динамической стабилизации. Кстати, первым серийным автомобилем, на котором появилась ESP, также был “Мерседес-Бенц”. За три года до скандального “лосиного теста” электронный ангел-хранитель дебютировал на S-классе модели W140.

Как работает система стабилизации?Как работает система стабилизации?Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

www.zr.ru

Система динамической стабилизации

Система динамической стабилизации предназначена для контроля поперечной динамики  автомобиля и  предотвращение  срыва  автомобиля в  занос и боковое скольжение посредством компьютерного управления  моментами силы колес. Иногда эту систему называют «противозаносной» или «системой поддержания курсовой устойчивости».  Она способна компенсировать ошибки водителя, нейтрализуя и исключая занос, когда контроль над автомобилем уже потерян.

Функции системы динамической стабилизации

Причиной большого числа ДТП является чело­веческий фактор. Даже при обычных условиях движения водитель и автомобиль могут достиг­нуть своих физических пределов вследствие, к примеру, неожиданного поворота дороги, вне­запно появившегося препятствия или непред­виденного изменения состояния дорожного покрытия. Увеличение скорости также может привести к потере водителем уверенного кон­троля над автомобилем, если силы поперечного ускорения, воздействующие на автомобиль, в такой ситуации достигнут уровня, требующего от водителя слишком больших усилий.

При резком изменении сцепления шин с до­рогой автомобиль внезапно начинает вести себя не так, как ожидает водитель, исходя из своего опыта. В таких экстремальных ситуациях води­тель зачастую уже не способен самостоятельно стабилизировать автомобиль; как правило, в состоянии паники он своими действиями лишь усугубляет потерю устойчивости. В результате образуется значительное расхождение между продольным движением автомобиля и его про­дольной осью (угол дрейфа β). Даже путем поворота рулевого колеса в противоположном направлении обычный водитель сможет само­стоятельно восстановить устойчивость лишь при угле дрейфа не более 8°.

Система динамической стабилизации (ESP) — именно под этим названием компания Bosch вывела на рынок свою систему управ­ления динамикой движения — вносит значи­тельный вклад в преодоление таких ситуаций, помогая водителю сохранить управляемость автомобиля в физических рабочих пределах. Датчики постоянно фиксируют поведение и водителя, и автомобиля. Путем сравнения фактического состояния с заданным, подхо­дящим к той или иной ситуации, в случае значительных расхождений система вмешивается в работу тормозной системы и силового агре­гата для стабилизации автомобиля (рис. «Боковая динамическая реакция легкового автомобиля с ESP»  ).

Встроенная функциональность антиблокировочной системы (ABS) предотвращает блокиро­вание колес при нажатии на тормоз, в то время как аналогично интегрируемая система управ­ления тяговым усилием (TCS) предотвращает пробуксовывание колес при трогании с места и разгоне. ESP — это комплексная система, охва­тывающая возможности, выходящие далеко за рамки ABS и комбинации ABS и TCS. Эта си­стема предотвращает отклонение автомобиля от курса с заносом задней оси (избыточная поворачиваемость) или передней оси (недостаточ­ная поворачиваемость), автомобиль слушается руля в рамках физически возможного.

Система ESP базируется на испытанных и зарекомендовавших себя компонентах систем ABS и TCS. Таким образом, можно активно тормозить воздействуя на отдельные колеса с высоким уровнем динамической реакции. На крутящий момент двигателя и, соответственно, тягу и пробуксовывание колес можно повлиять с помощью системы управления двигателем. Эти системы сообщаются между собой, к примеру, по шине CAN.

Требования к системе динамической стабилизации

Система динамической стабилизации (ESP) помогает повысить безопасность дорож­ного движения. Она улучшает поведение автомобиля на дороге в рамках физически возможного. Реакция автомобиля остается предсказуемой для водителя, и автомобиль становится более управляемым в критиче­ских ситуациях.

В рамках физических возможностей авто­мобиля курсовая устойчивость автомобиля улучшается во всех состояниях — при полном и частичном торможении, движении нака­том, разгоне, обгоне и изменениях нагрузки, а также, к примеру, в случае экстремальных маневров (при панической реакции). Значи­тельно снижается риск заноса.

В ряде ситуаций эффективность торможе­ния достигается путем использования тяговых характеристик при вмешательстве ABS и TCS, и когда активировано управление тяговым крутящим моментом двигателя (автоматиче­ское увеличение оборотов двигателя для по­давления избыточного тормозного момента двигателя). Это приводит к сокращению тор­мозного пути и увеличению тяги, улучшению устойчивости и повышению уровня чувстви­тельности рулевого управления.

Некорректные вмешательства систем мо­гут сказаться на безопасности. Комплексная концепция безопасности обеспечивает своев­ременное обнаружение всех неисправностей, которых не удается избежать, и система ESP полностью или частично отключается в за­висимости от типа неисправности.

Многочисленные исследования показали, что ESP значительно снижает количество ДТП, вызванных зано­сом, и уровень смертности в ДТП. Как след­ствие, оснащение автомобилей системой ESP стало обязательным в США и Канаде с сентя­бря 2011 года. В Евросоюзе (ЕС), все новые легковые автомобили и легкие грузовики должны оснащаться системой ESP с ноября 2011 года (неотъемлемая часть ECE-R 13Н). Для остальных новых автомобилей установ­лен переходный период до конца 2014 года. В других регионах, например, в Японии и Австралии, также будут вводиться такие тре­бования.

Принцип действия системы динамической стабилизации

Система динамической стабилизации (ESP) использует тормозную систему автомобиля и силовой агрегат для коррекции продольного и поперечного движения автомобиля в критиче­ских ситуациях. Когда подключается система динамической стабилизации, она смещает приоритеты управления тормозной системой. Основная функция колесных тормозов-замед­ление и/или остановка автомобиля — становится вторичной по важности, поскольку происходит вмешательство ESP для сохранения курсовой устойчивости автомобиля. ESP может также ускорять приводные колеса путем вмешатель­ства в работу двигателя, повышая устойчивость.

Оба механизма воздействуют на движе­ние автомобиля. При движении по окруж­ности в устойчивом состоянии существует определенная связь между усилиями на рулевом колесе и результирующим по­перечным ускорением автомобиля и, соответственно, силами на шинах в поперечном направлении (эффект подруливания). Силы, воздействующие на шину в продольном и поперечном направлениях, зависят от про­буксовки шины. Это означает, что на дви­жение автомобиля можно повлиять через скольжение шин. Торможение отдельных колес, например, заднего колеса на вну­треннем радиусе поворота в случае недо­статочной поворачиваемости или переднего колеса на внешнем радиусе поворота в слу­чае избыточной поворачиваемости помогает как можно более точно выдержать заданную траекторию движения автомобиля.

Типичный маневр автомобиля

Чтобы сравнить, как автомобиль будет вести себя в экстремальной ситуации с ESP и без ESP, рассмотрим следующий пример. Ма­невр движения отражает текущую ситуацию и базируется на программах моделирования, разработанных на основе результатов испы­таний. Результаты были подтверждены по­следующими дорожными испытаниями.

Быстрое маневрирование и выруливание

На рис. «Курсовая устойчивость во время последовательного прохождения правого/левого поворота» изображена реакция автомобиля без ESP и автомобиля с ESP при прохождении серии S-образных участков с быстрым маневрирова­нием и выруливанием на дороге с высоким ко­эффициентом сцепления шин с дорогой (μ = 1), без притормаживания и на исходной скорости 144 км/ч. На рис. «Кривые динамической реакции при последовательном прохождении поворотов» изображены кривые параме­тров динамической реакции. В начале, при при­ближении к S-образному участку, условия для обоих автомобилей и их реакции идентичны. За­тем водители начинают маневрировать (фаза 1).

Автомобиль без ESP

Как видно из рисунка, после начальной фазы резкое маневрирование у автомобиля без ESP уже угрожает потерей управляемости (рис. а, «Курсовая устойчивость во время прохождения поворотов» фаза 2). В то время как вращение руля быстро создало значительные попереч­ные силы на передних колесах, имеет место определенная задержка создания аналогич­ных сил на задних колесах. Автомобиль реа­гирует вращением по часовой стрелке вокруг своей вертикальной оси. Он лишь реагирует на попытки водителя вырулить (фаза 3), так как уже потерял управляемость. Резко возрастают скорость рыскания и угол бокового увода, и автомобиль срывается в занос (фаза 4).

Автомобиль с ESP

Автомобиль с ESP стабилизируется после первоначального маневрирования путем активного торможения переднего левого ко­леса для устранения угрозы потери устойчи­вости (рис. b, «Курсовая устойчивость во время прохождения поворотов» фаза 2): это происходит без вмешательства водителя. Это действие огра­ничивает занос внутрь, уменьшая скорость рыскания и стабилизируя угол разворота при движении по инерции. После изменения направления поворота, свое направление сначала меняет момент, и затем — скорость вращения вокруг вертикальной оси (между фазами 3 и 4). В фазе 4, второе короткое на­жатие на тормоз, на этот раз правого перед­него колеса — полностью восстанавливает устойчивость. Автомобиль продолжает дви­гаться по траектории, заданной водителем.

Структура системы динамической стабилизации

Цель системы управления динамикой

Контроль характеристик управляемости в пределах физически возможного направлен на то, чтобы сохранить три степени свободы автомобиля в плоскости дороги — линей­ную скорость vx, поперечную скорость vy и скорость ψ вращения вокруг вертикальной оси — в контролируемых пределах. Заду­манный водителем маневр преобразуется в динамическую реакцию автомобиля, адапти­руемую к характеристикам дороги в рамках процесса оптимизации, нацеленного на обе­спечение максимальной безопасности.

Структура системы и управления

Система ESP состоит из автомобиля как управляемой системы, датчиков, определяю­щих вводные переменные, исполнительных органов для коррекции тормозных, движу­щих и поперечных сил, а также иерархически структурированных контроллеров — контрол­лера поперечной динамики (высший уровень) и контроллеров колес (низший уровень) (рис. «ESP — общая система управления» ). Контроллер высшего уровня определяет заданные значения для контроллеров низ­шего уровня в виде моментов или скольже­ния или их изменений. Внутренние систем­ные переменные, не измеряемые напрямую, такие как угол дрейфа β определяются при оценке условий движения.

Чтобы определить номинальное поведе­ние, анализируются сигналы, соответствущие командам водителя. Оцениваются сигналы от датчика положения рулевого колеса, датчика давления в тормозной системе (желаемое замедление, получаемое из тормозного давления, измеренного в гидравлическом блоке) и положения педали акселератора (желаемый крутящий момент двигателя). При вычислении номинального поведения также учитывается используемый потенциал коэффициента сцепления шин с дорогой и скорость автомобиля. Эти параметры оцени­ваются на основе сигналов, получаемых от датчиков частоты вращения колес, датчика поперечного ускорения, датчика скорости вращения вокруг вертикальной оси и датчика давления в тормозной системе. Затем вычис­ляется момент относительно вертикальной оси, который необходим для приближенного приведения параметров действительного со­стояния к параметрам требуемого состояния.

В целях получения требуемого момента ры­скания необходимо, чтобы изменения в вели­чинах тормозного момента и относительного скольжения колес определялись посредством контроллера ESP. Эти величины затем уста­навливаются контроллерами низшего уровня — контроллерами относительного скольжения и тягового усилия с помощью исполнительного механизма гидравлической тормозной системы и привода управления работой двигателя.

Оценка состояния движения

Для определения стабилизирующих вмеша­тельств важно не только знать сигналы от датчиков угловых скоростей колес vwhl, давле­ние на впуске рAdm, скорость вращения вокруг вертикальной оси поперечное ускорение ψ, угол поворота рулевого колеса δ и крутящий момент двигателя, но и ряд других внутренних системных переменных, которые могут быть из­мерены косвенно. К ним, к примеру, относятся силы, действующие на шины в продольном, поперечном и нормальном направлениях (Fx, Fy и Fn), линейная скорость vx, значения отно­сительного скольжения шин λi, угол бокового увода колес а на одной оси, угол дрейфа β поперечная скорость автомобиля vy и коэффи­циент сцепления μ. Они определяются по сигна­лам датчиков на базе вычислительных моделей.

Линейная скорость автомобиля vx имеет ключевую важность для всех контроллеров бокового увода колес и поэтому должна вычис­ляться с очень большой точностью. Это делается на основе автомобильной модели с использо­ванием измеренных угловых скоростей колес. Здесь необходимо учитывать влияние много­численных факторов. Скорость автомобиля vx уже в нормальных ситуациях вследствие тормо­жения или пробуксовки отличается от линейных скоростей вращательного движения колес vwhl. У полноприводных автомобилей, в частности, необходимо учитывать особенности привода колес. На поворотах колеса, движущиеся по внутреннему радиусу, проходят по траектории, отличной от траектории колес на внешнем ра­диусе, следовательно, их скорости разные.

Управляемость автомобиля меняется при обычной эксплуатации в ответ на изменения нагрузки, сопротивления движению (например, уклон дороги или изменение типа покрытия, ве­тер) или износ (например, тормозных колодок).

При всех этих граничных условиях ли­нейная скорость автомобиля должна оцени­ваться с отклонением в несколько процентов для обеспечения стабилизирующего вмеша­тельства в необходимой степени.

Контроллер поперечной динамики

Задачей контроллера поперечной динамики является вычисление фактического поведе­ния автомобиля на основании, например, сиг­нала скорости вращения вокруг вертикаль­ной оси и угла дрейфа, и сделать поведение автомобиля в экстремальной по динамике ситуации как можно более близким к по­ведению в обычной ситуации (номинальное поведение).

Связь, существующая при движении по окружности в устойчивом состоянии между скоростью вращения вокруг вертикальной оси и углом поворота рулевого колеса δ, линейной скоростью автомобиля vx и характеристиче­скими переменными, используется для опреде­ления номинального поведения. Применяя одно­колейную модель, получаем:

ψ = (vx / l) δ (1/ 1+(vx/vch)2)

в качестве базы для расчета номинального движения автомобиля. В этой формуле l озна­чает расстояние между передней и задней осями. Геометрические и физические параме­тры модели автомобиля обобщены в «характе­ристической скорости автомобиля» vch.

В этом случае переменная ψ ограничива­ется соответственно текущим коэффициентам скольжения и конкретными свойствами дина­мики автомобиля и ситуации движения (ини­циируемые водителем торможение или раз­гон) и такими условиями, как наличие уклона или различие в коэффициентах скольжения (μ-разделение). Таким образом, команда во­дителя известна как номинальная скорость вращения вокруг вертикальной оси ψNom.

Контроллер поперечной динамики сравни­вает измеренную скорость вращения вокруг вертикальной оси с номинальной и в случае значительных отклонений вычисляет момент вращения вокруг вертикальной оси, необхо­димый для совпадения переменной величины фактического состояния с номинальным зна­чением. На более высоком уровне контролиру­ется угол дрейфа β и по мере роста значений все в большей степени учитывается в расчете стабилизирующего момента вращения вокруг вертикальной оси ΔMZ. Эта выходная перемен­ная контроллера применяется посредством входных переменных тормозного момента и проскальзывания отдельных колес, корректи­руемых контроллерами нижнего уровня.

Стабилизирующие вмешательства вы­полняются на всех колесах, торможение ко­торых генерирует момент вращения вокруг вертикальной оси в требуемом направлении вращения, и на которых еще не достигнут предел передаваемых сил. У автомобиля с избыточной поворачиваемостью физический предел сначала превышается на задней оси. Поэтому стабилизирующие вмешательства выполняются на переднем мосту. У автомо­биля с недостаточной поворачиваемостью ситуация обратная.

Номинальные значения относительного скольжения λ’Nom, запрашиваемые контрол­лером поперечной динамики, на отдельных колесах устанавливаются с помощью кон­троллеров колес, т.е. контроллеров низшего уровня (см. рис. «ESP — общая система управления» ). Различают следующие три случая.

Управление колесами при движении накатом

Чтобы создавать как можно более точные вели­чины момента вращения вокруг вертикальной оси, необходимые для стабилизации автомо­биля, силы на колесах должны изменяться при определенных условиях путем контроля про­скальзывания колес. Номинальная величина проскальзывания, запрашиваемая контрол­лером поперечной динамики на том или ином колесе в случае отсутствия торможения регули­руется контроллером проскальзывания путем активного нагнетания давления. Для этого нужно как можно более точно знать величину текущего проскальзывания колеса. Оно вычисляется на основе сигнала измеренной скорости колеса и линейной скорости автомобиля vx. Номиналь­ный тормозной момент на колесе образуется из отклонения фактической величины проскальзы­вания от номинальной с использованием PID- регулирования (пропорционально-интегрально­дифференциального регулирования).

Колесо может подвергаться торможению не только в случае активного нагнетания давле­ния контроллером поперечной динамики. По­сле переключения на пониженную передачу и резком отпускании педали газа инерция движущихся деталей двигателя в определен­ной степени тормозит приводные колеса. При увеличении этой силы и соответствующего реактивного момента сверх определенного уровня шины теряют способность передавать результирующие нагрузки на дорогу и у них появляется тенденция к блокированию (на­пример, из-за внезапного наезда на скользкий участок дороги). Тормозное проскальзывание приводных колес можно ограничить в случае движения накатом посредством регулировки тормозного момента двигателя. Водителем это воспринимается как «плавный разгон».

Управление колесами при торможении

При торможении на отдельных колесах вы­полняются различные операции, в зависимо­сти от ситуации:

  • Вмешательство водителя через нажатие пе­дали тормоза и вращение рулевого колеса;
  • Эффект контроллера ABS, предотвращаю­щего блокировку отдельных колес;
  • Вмешательства контроллера поперечной динамики, обеспечивающие устойчивость автомобиля за счет подтормаживания от­дельных колес, при необходимости.

Эти три требования должны координироваться таким образом, чтобы инициируемые водите­лем торможение и маневрирование реализовы­вались как можно полнее. Если управление ко­лесами выполняется главным образом с целью максимального замедления автомобиля, то его можно выполнять на основании ускорения ко­лес, надежно определеяемого по минимальной информации датчиков (управление неустой­чивостью). Для регулировки продольных и поперечных сил на шине для стабилизации автомобиля необходимо применять принцип управления проскальзывания, так как он также позволяет управлять колесами в неста­бильном диапазоне характеристики коэффи­циента сцепления / проскальзывания. Однако на основании имеющихся сигналов датчиков должна определяться абсолютная величина проскальзывания колеса до нескольких про­центов, в зависимости от скорости автомобиля.

Контроллер ABS

Задача контроллера ABS — обеспечить устойчивость и управляемость автомобиля в любых дорожных условиях и использование сцепления между шинами и дорогой в как можно большей степени. Будучи контролле­ром нижнего уровня по отношению к контрол­леру поперечной динамики, он выполняет эти функции путем модулирования тормозного давления на колесе таким образом, чтобы обеспечивалась максимально возможная про­дольная сила при сохранении достаточной поперечной устойчивости. Однако в ESP изме­ряется больше переменных, чем в ABS, имею­щей только датчики угловых скоростей колес. Таким образом, информация о движении колеса, такая как скорость вращения вокруг вертикальной оси или поперечное ускорение, получается путем прямого измерения с боль­шей точностью, чем при модельной оценке на основании нескольких измеренных значений.

В определенных ситуациях можно повы­сить эффективность системы путем адаптации управления ABS посредством использования переменных из контроллера поперечной ди­намики. Когда автомобиль тормозит на неров­ной дороге (μ -разделение), на левых и правых колесах возникают очень разные тормозные силы. В результате возникает момент вращения вокруг вертикальной оси, на который водитель должен реагировать выруливанием, чтобы стабилизировать автомобиль. Скорость нарас­тания этого момента и быстрота последующей реакции водителя зависят от момента инерции автомобиля вокруг вертикальной оси. ABS вы­зывает задержку увеличения момента вращения вокруг вертикальной оси, сдерживая рост дав­ления в колесном цилиндре переднего колеса с более высоким коэффициентом сцепления с дорожным покрытием. Эта функция ABS может также использовать информацию контроллера высшего уровня — контроллера поперечной ди­намики (по реакции водителя и поведению авто­мобиля) и, соответственно, даже еще лучше реа­гировать на фактическое движение автомобиля.

Если при торможении в повороте автомобиль при определенных условиях начинает пово­рачиваться, то тенденции к избыточной пово­рачиваемости можно противодействовать путем электронного распределения тормозных сил че­рез уменьшение давления на отдельных колесах. Если этого недостаточно, то помогает контроллер поперечной динамики путем активного нагнета­ния давления на переднем колесе, движущемся по внешнему радиусу поворота (уменьшение поперечной силы). При недостаточной же пово­рачиваемости тормозной момент увеличивается на заднем колесе, движущемся по внутреннему радиусу поворота (при условии, что колесо не контролируется системой ABS) и слегка умень­шается на переднем внешнем колесе.

Если у автомобиля появляется тенденция к избыточной поворачиваемости при смене по­лосы с полным или частичным торможением, то уменьшается давление на заднем внешнем колесе (увеличение поперечной силы), и уве­личивается давление на переднем внешнем ко­лесе (уменьшение поперечной силы). При недо­статочной поворачиваемости при торможении в повороте увеличивается тормозной момент в заднем колесе, движущемся по внутреннему ра­диусу поворота (при условии, что колесо еще не попало в диапазон вмешательства ABS) и слегка уменьшается на переднем внешнем колесе.

Управление колесами при активном движении

Как только приводные колеса начинают проскальзывать при активном движении, активируется контроллер низшего уровня — контроллер тягового усилия (TCS). На изме­ренную скорость колеса и соответствующее проскальзывания можно повлиять путем из­менения баланса крутящего момента на каж­дом приводном колесе. Контроллер TCS огра­ничивает крутящий момент на каждом колесе до величины, которая может быть передана на дорогу. Таким образом, команда водителя реа­лизуется после разгона настолько, насколько зто физически возможно, и одновременно обеспечивается фундаментальная курсовая устойчивость, так как слишком сильно умень­шаются боковые силы на колесе.

У автомобиля с активной осью в качестве регулирующих переменных используются средняя скорость колеса приводной оси.

vMWhl = 1/2 (vlWhl + vRWhl)

и разность скоростей    vDif = vlWhl — vRWhl     между левым vlWhl и правым vRWhl колесами.

Структура контроллера TCS изображена на рис. «Структура контроллера TCS». Опорные переменные контроллера поперечной динамики включаются в расчет номинального значения средней скорости колеса и разности скоростей колес, а также номинальных значений относительного скольжения и скоростей колес при движении накатом. При расчете номинальных значений vDifNom (номинальной разности скоростей при­водных колес на одной оси) и vWhlNom (номи­нальной средней скорости колес), вводные переменные для изменения номинального от­носительного скольжения ΔλNom и допустимая разность величин относительного скольжения ΔλDlfTolNom приводной оси или осей корректируют базовые значения, вычисленные блоком TCS. Кроме того, тенденция к недостаточной или избыточной поворачиваемости, выяв­ляемая контроллером поперечной динамики, через приращение номинального крутящего момента двигателя ΔМRedNom напрямую вли­яет на определение максимально допустимого приводного момента.

Динамическая реакция силового агрегата зависит от сильно изменяющихся режимов работы. Поэтому необходимо определить те­кущий режим работы (выбранная передача, включение сцепления), чтобы можно было адаптировать параметры контроллера к ди­намической реакции регулируемой системы и к не линейным характеристикам.

Поскольку на среднюю угловую скорость ко­леса влияют переменные инерционные силы, возникающие в приводе в целом (в двигателе, трансмиссии, на ведущих колесах, на кардан­ном валу), то для описания её относительно медленной скорости динамической реакции ис­пользуется относительно большая постоянная времени. Среднюю угловую скорость колеса контролирует нелинейный PID-контроллер, при этом, в частности, приращение l-компонента (в зависимости от режима работы) может варьи­роваться в широком спектре. В стационарном случае l-компонент является мерой крутящего момента, который может быть передан на ко­лесо в точке контакта с поверхностью дороги. Выходной переменной этого контроллера явля­ется номинальный суммарный момент МMWhlNom.

И наоборот, постоянная времени для разности скоростей колес относительно мала и отражает тот факт, что собственные инерционные силы колес являются практически единственным определяющим фактором для динамической реакции. Кроме того, в отличие от средней ско­рости колес, двигатель влияет на неё лишь кос­венно. Разность скоростей колес vDif контролируется нелинейным Pl-контроллером. Поскольку притормаживания приводного колеса вначале становятся заметными только через баланс кру­тящих моментов этого колеса, то они изменяют распределение межколесного дифференциала, имитируя его блокировку. Параметры этого кон­троллера блокировки межколесного дифферен­циала лишь в минимальной степени зависят от включенной передачи и влияний двигателя. Если дифференциальная скорость на приводной оси отличается от номинальной vDlfNom больше, чем это допустимо («мертвая зона»), то запускается вычисление номинального дифференциального момента MDlfNom. «Мертвая зона» расширяется, если тормозных вмешательств TCS необходимо избегать, например, при прохождении поворотов на пределах возможностей.

Номинальные дифференциальные крутящие моменты

Номинальный суммарный и номинальный дифференциальный крутящие моменты явля­ются основой для распределения позициони­рующих сил между исполнительными меха­низмами. Номинальный дифференциальный момент MDlfNom задается разностью между крутящими моментами на левом и правом ведущих колесах путем активации соответ­ствующего клапана в гидравлическом блоке (ассиметричное вмешательство тормозов). Но­минальный суммарный момент МMWhlNom регу­лируется как вмешательствами двигателя, так и симметричным вмешательством тормозов.

У бензинового двигателя регулировки, пред­принимаемые через дроссельный клапан, относительно медленно дают эффект (задержка и переходная реакция двигателя). Для быстрого вмешательства через двигатель используются задержка момента зажигания и еще одна опция — селективное подавление импульсов впрыска. В дизельных двигателях электронный блок управления (EDC) умень­шает крутящий момент двигателя путем из­менения количества впрыскиваемого топлива. Для краткосрочной помощи в уменьшении крутящего момента двигателя можно приме­нять симметричное тормозное воздействие.

Во внедорожных условиях особую роль играет тяговое усилие. Обычно у внедорожни­ков управление тяговым усилием автоматически адаптируется путем идентификации ситуации для достижения наилучших уровней эффектив­ности и надежности. Другие автопроизводители дают водителю возможность выбрать различ­ные регулировки, от деактивации ограничения крутящего момента двигателя до адаптации к особым состояниям дороги (лед, снег, трава, песок, снежная каша, каменистый грунт).

Дополнительные функции поперечной динамики

Описанные выше базовые функции ESP могут также включать в себя дополнительные функ­ции поперечной динамики для особых катего­рий автомобилей, таких как полноприводные универсалы или внедорожники (SUV) и легкие фургоны, а также для особых требований к ста­билизации автомобилей.

Расширенное управление недостаточной поворачиваемостью

Даже в нормальных условиях движения автомо­биль может оказаться неспособным адекватно реагировать на вращение рулевого колеса (с образованием недостаточной поворачиваемости), если, к примеру, на повороте дорожное покрытие внезапно окажется мокрым или грязным. ESP может увеличить скорость вра­щения автомобиля вокруг вертикальной оси, создав дополнительный момент вращения. Это позволяет автомобилю пройти поворот с фи­зически возможной максимальной скоростью. Ожидаемая частота вмешательств и требования к комфорту у разных типов автомобилей раз­ные и поэтому имеются соответственно разные ступени расширения для выполнения таких тормозных вмешательств, которые влияют на поведение автомобиля при недостаточной по­ворачиваемости.

Если водитель захочет пройти поворот по меньшему радиусу, чем это физически воз­можно, то останется лишь уменьшение скорости автомобиля. Эту информацию можно считывать во время поворота в устойчивом состоянии по зависимости между радиусом поворота r, линейной скоростью автомобиля vx и скоростью вращения вокруг вертикаль­ной оси ψ:

r = vx / ψ

Чтобы автомобиль оставался на заданной траектории, он — без применения момента вра­щения вокруг вертикальной оси — тормозится настолько, насколько это необходимо путем торможения всех колес (расширенное управле­ние недостаточной поворачиваемостью, EUC).

Предотвращение опрокидывания

Легкие грузовики и другие автомобили с вы­соким центром тяжести, такие как внедорож­ники (SUV), могут перевернуться при возник­новении больших поперечных сил, например, из-за резкого руления при маневрах уклоне­ния от препятствия на сухой дороге (очень динамичные ситуации вождения) или при медленном увеличении поперечного ускоре­ния автомобиля до критического при съезде с автострады с уменьшающимся радиусом по­ворота на слишком высокой скорости (почти стационарные ситуации вождения).

Существуют особые функции (функции по­давления опрокидывания, RMF), выявляющие эти критические ситуации с помощью обычных датчиков ESP и стабилизирующих автомобиль путем вмешательства в работу тормозной си­стемы и двигателя. Для обеспечения своевре­менного вмешательства, в дополнение к манев­рирующим действиям водителя и измеренной реакции автомобиля (скорость вращения вокруг вертикальной оси и боковое ускорение), для оценки поведения автомобиля в ближайшем будущем используется прогнозирующая модель. В частности, при выявлении надви­гающейся опасности опрокидывания притор­маживаются два колеса на внешнем радиусе поворота. Это действие уменьшает поперечные силы на колесах и, соответственно, критиче­ское поперечное ускорение. Управление коле­сами должно выполняться с таким высоким уровнем чувствительности, чтобы, несмотря на сильно колеблющиеся вертикальные силы FN, управляемость не ухудшалась из-за тенденции к блокированию отдельных колес, особенно при очень динамичных маневрах уклонения. Уменьшение скоростей колес при приторма­живании отдельных колес также помогает во­дителю удержать автомобиль на своей полосе. В почти стационарных ситуациях движения точно выверенное уменьшение крутящего мо­мента двигателя также не позволяет водителю спровоцировать критическую ситуацию.

Момент стабилизирующего вмешатель­ства и его интенсивность должны быть как можно точнее адаптированы к текущему поведению автомобиля. Это поведение может значительно изменяться с нагрузкой, к при­меру, в случае с легкими фургонами и внедо­рожниками с багажниками на крыше. Такие автомобили используют дополнительные оценочные алгоритмы, вычисляющие массу автомобиля и изменение центра тяжести, вызванное распределением нагрузки, если это требуется для адаптации функций ESP (управление с адаптацией к нагрузке, LAC).

Подавление раскачивания прицепа

В зависимости от скорости движения автомо­били с прицепом подвержены раскачиванию вокруг вертикальной оси. Если автомобиль с прицепом или автопоезд движется со скоро­стью меньшей «критической» (обычно 90 км/ч и 130 км/ч), эти раскачивающие движения адекватно и быстро гасятся. Но если скорость оказывается выше, то небольшие повороты руля, боковой ветер или наезд на выбоину могут внезапно вызвать такие раскачивающие движения, которые быстро набирают интен­сивность и в конечном счете могут привести к ДТП из-за складывания автопоезда.

Периодическая избыточная поворачи­ваемость вызывает стандартные стабилизи­рующие вмешательства ESP, но они обычно приходят поздно и сами по себе не способны стабилизировать автопоезд. Функция пода­вления раскачивания прицепа (TSM) своевре­менно выявляет раскачивающие движения на основе сигналов стандартных датчиков ESP; это делается посредством анализа скорости вращения тягача вокруг вертикальной оси на основе моделей, с учетом маневрирующих движений водителя. Когда эти раскачи­вающие движения достигают критического уровня, автопоезд автоматически тормозится для уменьшения скорости до такой степени, чтобы даже малейшее последующее возбуж­дение не вызвало немедленных критических колебаний. Чтобы как можно эффективнее погасить колебания в критической ситуации, в дополнение к симметричному торможению через все оси тягача выполняются приторма­живания отдельных колес, быстро устраняю­щие раскачивание автопоезда. Ограничение крутящего момента двигателя предотвращает опасное ускорение автомобиля (инициируе­мое водителем) во время стабилизации.

Активация других исполнительных органов ESP

Наряду с использованием гидравлических колесных тормозов, предусмотрены и другие исполнительные механизмы, посредством которых можно влиять на динамику дви­жения автомобиля. Когда активное рулевое управление и системы шасси соединяются с ESP, образуя комплексную систему- систему управления динамикой автомобиля (Vehicle Dynamics Management, VDM), они в ком­плексе могут даже лучше поддержать води­теля, что еще больше повышает безопасность движения и динамику вождения.

В то время как сочетание системы стабилиза­ции рулевого управления с тормозной системой появилось в последние несколько лет, си­стемы для активации блокировки дифферен­циала в трансмиссии уже давно представлены на рынке. Большое количество таких систем означает, что соединение с ESP возможно во многих случаях. Дополнительный исполнитель­ный механизм может быть активирован либо непосредственно из расширенной функции ESP (принцип взаимодействия), либо через отдель­ный ЭБУ, обменивающийся информацией с ЭБУ ESP (параллельный принцип).

В полноприводных автомобилях созда­ваемый двигателем момент распределяется между обеими осями через межосевой дифференциал (рис. «Концепция полноприводного автомобиля с ESP» ). Когда двигатель сначала приводит в действие одну ось, а другая ось соединена с двигателем через межосевой дифференциал, такая система называется за­висимой. Если этот межосевой дифференциал представляет собой разомкнутый дифферен­циал (без блокировки), то приводной момент ограничивается при увеличении пробуксовки одной оси. В самом неблагоприятном случае при пробуксовке колеса не происходит движе­ния вперед. В сочетании с ESP симметричные вмешательства торможением контроллера TCS на все колеса могут ограничить межосевую разность скоростей колес и тем самым до­биться продольного блокирующего эффекта.

Управление тяговым усилием системы ESP может также сопоставляться с особыми принципами работы других типов межосевых дифференциалов, таких как Torsen и вязкие муфты. В принципе, все управляемые испол­нительные механизмы привода должны иметь определенный блокирующий момент и дина­мическую реакцию при размыкании и смыка­нии, чтобы адаптировать к себе подруливаю­щие свойства автомобиля.

Если привод автомобиля может быть вруч­ную переключен в различные режимы, то ESP может автоматически подстроиться под вы­бранный водителем режим. Поскольку ESP базируется на индивидуальном управлении колесами, то взаимодействие с механиче­скими блокировками дифференциала для езды по бездорожью возможно лишь при возможности автоматического размыка­ния блокировки дифференциала во время вмешательств контроллера поперечной динамики. В противном случае систему не­обходимо переключить на аварийный режим ABS, когда включена блокировка, потому что вмешательства системы динамической ста­билизации на одном колесе затронут и другие колеса, если оси жестко соединены.

Блокира­торы межосевого дифференциала

Наряду с простыми соединениями между двумя осями, имеются управляемые блокира­торы межосевого дифференциала, в которых электрический или гидравлический исполни­тельный орган активирует муфту, тем самым адаптируя момент блокировки (рис. «Концепция полноприводного автомобиля с ESP» ). Таким образом, на основании информации ESP (ско­рости колес, скорость автомобиля, скорость вращения вокруг вертикальной оси, боковое ускорение и крутящий момент двигателя), и с учетом переменных, специфичных для ис­полнительного органа (таких как механическая нагрузка) можно оптимально адаптировать со­отношение двух осей к текущей ситуации дви­жения (динамический крутящий момент при межосевом распределении, DCT-C).

Пример на рис. «Влияние распределения момента привода на поведение автомобиля» показывает, как пере­менное распределение приводного момента влияет на поведение автомобиля. Если в случае риска избыточной поворачиваемости при прохождении поворота можно временно перебросить часть крутящего момента на переднюю ось, это необходимо делать лишь намного позже во избежание потери устой­чивости, для уменьшения крутящего момента двигателя или даже стабилизации автомо­биля вмешательством тормозной системы (показано максимально возможное перерас­пределение крутящего момента привода).

Если автомобиль имеет тенденцию к недо­статочной поворачиваемости, то её можно уменьшить путем смещения крутящего мо­мента на заднюю ось. В обоих случаях дости­гается улучшение реакции автомобиля и по­вышение устойчивости. Пределы, в которых фактически возможно смещение крутящего момента привода, зависят от конфигурации конкретного привода.

Управляемый межколесный дифференциал на одной оси может быть активирован систе­мой ESP по аналогичным линиям к гибкому соединению двух осей. В плане принципа ра­боты система динамического распределения крутящего момента на колеса (Dynamic Wheel Torque Distribution, DWT) отличается лишь от блокировки межколесного дифференциала, выполняемой системой TCS через гидрав­лические колесные тормоза.

Однако такой дополнительный исполнительный орган в обычных ситуациях также активно распреде­ляет момент привода между колесами одной оси. Это делается с минимальными потерями и с гораздо большей чувствительностью и комфортом, чем может быть достигнуто че­рез управление тяговым усилием в сочетании с регулированием тормозного момента и уменьшением крутящего момента двигателя, учитывая износ гидравлического блока ESP.

Компоненты программы

Гидравлический блок, непосредственно под­ключенный к нему ЭБУ (добавочный ЭБУ) и датчики скорости работают в сложных усло­виях моторного отсека и колесных арок. Дат­чик вращения вокруг вертикальной оси и дат­чик бокового ускорения либо встраиваются в ЭБУ, либо, как датчик угла поворота, уста­навливаются в салоне. На рис. «Компоненты ESP» показаны примерные места установки компонентов в автомобиле с электрическими и механиче­скими соединениями.

Электронный блок управления

ЭБУ в виде печатной платы включает в себя, как и компьютер с двухъядерным процессо­ром, все приводы и полупроводниковые реле для активации клапанов и насосов, а также интерфейсные контуры для обработки сиг­налов датчиков и соответствующие комму­тирующие входы для дополнительных сигна­лов (например, выключатель стоп-сигнала). Имеются также интерфейсы (CAN, FlexRay) для сообщения с другими системами, такими как системы управления двигателем и транс­миссией.

Гидравлический блок

Гидравлический блок (также называемый ги­дравлическим модулятором), как в системах ABS или ABS/TCS, образует гидравлическое соединение между главным тормозным ци­линдром и рабочими цилиндрами колесных тормозов. Он преобразует управляющие ко­манды ЭБУ и через электромагнитные кла­паны регулирует давление в колесных тор­мозах. Гидравлический контур выполняется в виде каналов в алюминиевом блоке. Этот блок также используется для размещения необходимых элементов гидравлической функции (электромагнитных клапанов, плун­жерных насосов и камер-аккумуляторов).

В системе ESP должно быть 12 клапанов не­зависимо от конфигурации тормозных контуров (рис. «Схема гидравлического блока ESP (х-образная конфигурация тормозных контуров» ). Кроме того, обычно встраивается датчик давления, измеряющий инициируемое водителем замедление через тормозное давление в главном тормозном цилиндре. Это повышает эффектив­ность стабилизации автомобиля при частично активных маневрах. Давление модулируется при регулировании со стороны ABS (пассивное регу­лирование) с помощью гидравлики ESP точно так же, как было описано для системы ABS.

Но поскольку системы ESP также должны активно нагнетать давление (активное регули­рование) или повышать тормозное давление, создаваемое водителем (частично активное регулирование), используемый в ABS воз­вратный насос заменяется самовсасывающим насосом для каждого контура. Рабочие цилиндры тормозных механизмов колес и глав­ный тормозной цилиндр соединяются через коммутационный клапан, открываемый при нулевом электрическом токе, и переключаю­щий клапан высокого давления.

Дополнительный невозвратный клапан с определенным давлением закрытия предот­вращает высасывание лишней тормозной жидкости из цилиндров колес. Насосы при­водятся в действие электродвигателем посто­янного тока в зависимости от потребностей. Двигатель вращает расположенный на его валу эксцентриковый подшипник.

На рис. «Модуляция давления в гидравлическом блоке ESP» показаны три примера моду­ляции давления. Чтобы нагнеталось дав­ление независимо от водителя (рис. с), коммутационные клапаны закрываются, а переключающие клапаны высокого давле­ния — открываются. Теперь самовсасывающий насос подает тормозную жидкость на соответствующее колесо или колёса, нагне­тая давление. Впускные клапаны других ко­лес остаются закрытыми.

Чтобы уменьшить давление, выпускные клапаны открываются, а переключающие клапаны высокого дав­ления возвращаются в исходное положение (рис. b). Тормозная жидкость вытекает из рабочих тормозных цилиндров колес в резер­вуары низкого давления, опорожняемые насо­сами. Управление двигателем насоса, в зависимости от потребностей, уменьшает шум при нагнетании и регулировании давления.

Для частично активного управления (рис. а) переключающий клапан высокого давления должен быть способен открывать всасывающий канал насоса при высоком дифференциальном давлении (> 0,1 МПа). Первая ступень клапана открывается за счет магнитной силы катушки, находящейся под напряжением, а вторая ступень — за счет разности гидравлических площадей. Если контроллер ESP обнаружит нестабильное со­стояние автомобиля, то коммутирующие кла­паны (открытые при нулевом электрическом токе) закрываются, а переключающий клапан высокого давления (закрытый при нулевом электрическом токе) открывается.

Затем два насоса генерируют дополнительное давление для стабилизации автомобиля. По заверше­нии вмешательства системы открывается вы­пускной клапан, и тормозная жидкость из ра­бочего тормозного цилиндра регулируемого колеса выходит в аккумулятор. Как только водитель отпустит педаль тормоза, тормоз­ная жидкость откачивается из аккумулятора обратно в бачок.

Система контроля

Комплексная система контроля безопасности является фундаментальной для обеспечения надежного функционирования ESP. Система контроля безопасности охватывает работу системы ESP вместе с ее компонентами и всеми другими функциональными взаимо­связями. В основе системы контроля безо­пасности лежат такие методы, как FMEA, FTA и исследования с моделированием неисправ­ностей. Применяются методы по исключению ошибок, которые бы имели последствия, относящиеся к безопасности. Крупномасштабные программы контроля гарантируют надежное и точное определение всех ошибок датчиков, которые не могут быть полностью исключены. Эти программы основаны на хорошо разработанных надежных программ­ных обеспечениях систем ABS и TCS, контро­лирующих все компоненты, подключенные к ЭБУ вместе с их электрическими подсоеди­нениями. Со временем надежное программ­ное обеспечение улучшалось более полным использованием возможностей, предостав­лявшихся дополнительными датчиками и их последующим приспособлением к специаль­ным компонентам и функциям ESP.

Работа датчиков контролируется в несколько этапов. Во время первой стадии датчики непре­рывно контролируются во время управления автомобилем на обрыв проводов и вероят­ность прохождения сигнала (внедиапазонная проверка, определение помех, физическое правдоподобие). В течение второго этапа наи­более важные датчики проверяются отдельно. Датчик скорости вращения вокруг вертикаль­ной оси испытывается путем преднамеренной расстройки чувствительного элемента и затем оценивается на прохождение сигнала. Даже датчик ускорения имеет внутренний фоно­вый контроль. При активации сигнал датчика давления должен показывать предопределен­ную характеристику; происходит внутренняя компенсация смещения и усиления. Датчик угла поворота рулевого колеса имеет свои собственные контрольные функции, которые непосредственно сопровождают какое-либо ошибочное сообщение, поступающее к ЭБУ. Дополнительно контролирует цифровой сиг­нал, постоянно передаваемый к ECU. Во время третьего этапа применяется аналитическая избыточность для контроля работы датчиков во время стационарного режима эксплуатации автомобиля. В данном случае используется мо­дель автомобиля с целью проверить тот факт, что не имеется нарушений для определенных связей между сигналами датчиков и движе­нием автомобиля. Эти модели также часто при­меняются для вычислений и компенсирования смещений датчиков, поскольку они остаются в пределах технических условий.

В случае возникновения ошибки система выключается или частично, или полностью, что зависит от типа ошибки. Реагирование системы на ошибки также зависит от того, действительно ли осуществлялось управ­ление.

В следующей статье я расскажу о кузове автомобиля.

press.ocenin.ru


Смотрите также