Главная » 2020»Декабрь»11 » Системы стабилизации и курсовой устойчивости автомобиля. ABS, EBD, ESP, ASC, TCL.
18:40
Системы стабилизации и курсовой устойчивости автомобиля. ABS, EBD, ESP, ASC, TCL.
К сожалению, от риска попасть в ДТП не застрахован ни один даже самый аккуратный и опытный автомобилист. Понимая это, автопроизводители стараются сделать все возможное, чтобы повысить безопасность водителя и его пассажиров во время поездки. Одна из мер, направленная на снижение числа аварий, – разработка современной системы активной безопасности автомобиля, позволяющей уменьшить риск возникновения ДТП.
Что такое активная безопасность Долгое время единственным средством защиты водителя и пассажиров в автомобиле являлись только ремни безопасности. Однако по мере активного внедрения электроники и автоматики в конструкцию автомобилей, ситуация в корне изменилась. Теперь транспортные средства комплектуются самыми различными устройствами, которые можно разделить на две основных группы:
активные (направленные на устранение риска возникновения аварийной ситуации);
пассивные (отвечают за снижение тяжести последствий при ДТП).
Особенность активных систем безопасности заключаются в том, что они способны действовать в зависимости от ситуации и принимать решения, основываясь на анализе обстановки и конкретных условий, при которых происходит движение автомобиля.
Набор возможных функций активной безопасности зависит от производителя, комплектации и технических характеристик транспортного средства. Функции систем, отвечающих за активную безопасность Все системы, входящие в комплекс устройств активной безопасности, выполняют несколько единых функций:
снижают риск возникновения ДТП;
сохраняют контроль автомобиля в сложных или нештатных ситуациях;
обеспечивают безопасность во время движения как водителю, так и его пассажирам.
Итак, постараемся рассказать наиболее понятно о самых популярных системах, и откуда вообще всё это появилось?!
ESP (Electronic Stability Program) может быть известна как ESC (Electronic Stability Control),
VSC (Контроль Устойчивости Автомобиля или система курсовой устойчивости),
VSA (Vehicle Stability Assist – Система Курсовой Стабилизации) или DSC (Dynamic Stability Control – Система Динамического Контроля Устойчивости).
Некоторые автопроизводители используют собственные «бренды» для продвижения ESP, поэтому вы можете столкнуться, например, с DSTC (Dynamic Stability and Traction Control) от Volvo или PMS (Porsche Stability Management) от Porsche.
Довольно часто дорожная обстановка изменяется настолько стремительно, что избежать ДТП можно лишь маневрированием или его комбинацией с торможением.
Для предотвращения дорожно-транспортного происшествия часто применяется экстренное торможение. Попав в сложную дорожную ситуацию, многие неопытные водители инстинктивно давят изо всех сил на педаль тормоза, что приводит к блокировке колёс, и автомобиль может войти в неуправляемый занос.
В автошколах инструктор по вождению учит: на мокром асфальте эффективней гасить скорость "толчками", быстро нажимая и отпуская педаль тормоза, ощущая при этом границу скольжения и стараясь не перейти ее. Скажите, кто в минуту опасности вспомнит подобные наставления? Статистика неумолима - 10% аварий происходит из-за того, что заблокированные передние колеса на льду, снегу и мокром асфальте не могут изменить направления движения автомобиля. Что делать?
Для предотвращения блокировки колес при резком торможении и сохранения управляемости автомобиля применяются антиблокировочные системы ABS — Anti-lock Brake System, которые в последнее время получили очень широкое распространение.
Пионером в данной области стал Mercedes-Benz, совместно с компанией Bosch разработавший систему ABS . Первым серийным автомобилем, оснащённым ABS, стал Mercedes S-Class 1979-го модельного года. Система долгое время предлагалась в качестве опции и только в 1992 году вошла в список стандартного оборудования. В начале 1980-х АБС как опцию можно было установить на BMW 7-й серии. Основной принцип работы АБС был сформирован именно тогда, и потом только совершенствовался.
Принцип работы ABS достаточно прост. Задача ABS — регулировать скорость вращения колёс путём изменения давления в магистралях тормозной системы. Чтобы контролировать угловую скорость, надо знать её величину и то, как она меняется со временем. Каждое колёсо снабжено датчиком, который выдаёт электрические импульсы с частотой, пропорциональной скорости вращения колеса. Эта информация поступает в блок управления ABS. Блок управления ABS с помощью датчиков отслеживает скорость вращения каждого колеса. При торможении эти данные используются для предотвращения блокировки колес. При остановке колеса блок управления через гидравлический модулятор при помощи электроклапана стравит давление из магистрали и перенаправит «лишнюю» порцию тормозной жидкости в гидроаккумулятор. Давление будет снижаться до тех пор, пока колесо, снова «ухватившись» за покрытие, не раскрутится до определённой скорости. Далее ABS опять резко увеличит давление в магистрали и притормозит колесо. Цикл продолжится до тех пор, пока машина не остановится или водитель не ослабит давление на педаль до положения, когда ABS не нужна. Частота срабатывания ABS, как правило, несколько десятков раз в секунду.
Есть такой немаловажный показатель, как относительное проскальзывание. Он в зависимости от степени заторможенности колеса может меняться от нуля (колесо катится без проскальзываний) до 100% (колесо полностью заблокировано). Экспериментально установлено, что максимальная эффективность торможения достигается при 15–20-процентном проскальзывании — то есть в том случае, когда скорость вращения заторможенного колеса на 15–20% ниже скорости свободновращающегося колеса при постоянной скорости движения машины. Электроника при торможении поддерживает именно эту величину, периодически блокируя и разблокируя колёса. В результате работы системы колеса тормозят на грани юза на поверхности с любым коэффициентом трения.
Нелишне заметить, что для максимальной эффективности замедления педаль тормоза на автомобилях с ABS надо вдавливать в пол что есть силы.
Следует помнить о том, что торможение автомобиля с ABS не должно быть многократным и прерывистым. Тормозную педаль необходимо удерживать нажатой со значительным усилием во время процесса торможения - система сама обеспечит наименьший тормозной путь. Чтобы сделать такой простой вывод в США, например, потребовалось провести изучение причин достаточно большого количества автомобильных аварий в 1986-95 годах, в период массового внедрения ABS на американских автомобилях. Специалисты Страхового Института Безопасности Движения на Автострадах (Insurance Institute for Highway Safety) сначала не верили полученной статистике: вероятность гибели пассажиров при столкновении двух автомобилей, двигавшихся по сухому асфальту, оснащенных ABS была на 42% выше, чем при авариях машин без ABS. Оказалось, что во всех случаях водители, пересевшие с автомобилей, оснащенных обычными тормозными системами на модели с ABS допускали ошибку: они по привычке импульсивно нажимали на педаль при торможении и этим дезинформировали электронный блок управления, что и приводило к снижению эффективности торможения в ряде случаев до опасной черты. На сухой дороге ABS может уменьшить тормозной путь автомобиля примерно на 20% по сравнению с тормозным путем машин с заблокированными колесами. Замечено: применение ABS способствует увеличению срока службы шин.
Но не всё так гладко. ABS, как и любая другая система, обладает недостатками. Например, простой «антиблок» может проиграть обычным тормозам на снегу, льду или песке, свести на нет преимущества шипованной резины. Ведь на льду шипы обеспечивают наибольшее замедление только при максимальном относительном проскальзывании, когда они словно когти впиваются в лёд и бороздят его. Каверза в том, что ABS, стремясь растормозить колёса, не даёт шипам работать и тем самым увеличивает тормозной путь. То же происходит на грунтовых дорогах (песок, щебень, глина) и покрытиях, занесённых снегом.
Наличие ABS не повод отказа от шипованной резины. Во время блокировки шипы всё равно будут цепляться за лёд и обеспечивать более надёжное замедление, нежели нешипованные покрышки.
Автомобили с ABS в этом случае имеют более длинный тормозной путь, потому что постоянно разблокирующиеся колёса не создают «эффекта плуга». А ведь именно на таких покрытиях заблокированные колёса имеют максимальную эффективность торможения — из-за того что нагребают перед собой «валики» из грунта или снега. Вот почему нужно помнить: на обледеневшей, заснеженной или грунтовой поверхности тормозной путь автомобиля, не оснащённого ABS, может быть короче.
Подложить небольшую свинью ABS может и на неровной дороге. Если при торможении одно колесо на мгновение зависнет в воздухе и заблокируется, обманутая электроника начнёт спасать вас от заноса и тут же снизит давление в остальных магистралях. В повороте автомобиль неприятно вильнёт «хвостом», а тормозной путь увеличится. От таких случайных отрывов, в принципе, не застрахован никто, но нужно помнить, что залогом адекватной работы ABS является исправная подвеска.
EBD (Electronic Brake Force Distribution) — система распределения тормозных усилий.
В большинстве современных автомобилей ABS работает вместе с EBD (Electronic Brake Force Distribution) — системой распределения тормозных усилий. Система распределения тормозных усилий представляет собой программное расширение антиблокировочной системы тормозов. Другими словами, система использует конструктивные элементы системы ABS в новом качестве.
Система EBD позволяет эффективно тормозить в разных дорожных условиях, учитывая участки дороги с разнородным покрытием, загруженность автомобиля и техническое состояние покрышек. EBD распределяет тормозные усилия на каждое колесо в отдельности, чтобы обеспечить оптимальное сцепление с дорогой.
Принципиально отличие EBD и других систем от базовой ABS, в том что они помогают водителю управлять автомобилем постоянно, а не только при экстренном торможении.
Принцип работы системы распределения тормозных усилий
Работа системы EBD, также как и система ABS, носит цикличный характер. Цикл работы включает три фазы:
удержание давления;
сброс давления;
увеличение давления.
По данным датчиков угловой скорости колес блок управления ABS сравнивает тормозные усилия передних и задних колёс. Когда разница между ними превышает заданную величину, включается алгоритм системы распределения тормозных усилий.
На основании разности сигналов датчиков блок управления определяет начало блокирования задних колес. Он закрывает впускные клапаны в контурах тормозных цилиндров задних колес. Давление в контуре задних колес удерживается на текущем уровне. Впускные клапаны передних колёс остаются открытыми. Давление в контурах тормозных цилиндров передних колес продолжает увеличиваться до начала блокирования передних колес.
Если колеса задней оси продолжают блокироваться, открываются соответствующие выпускные клапаны и давление в контурах тормозных цилиндров задних колес уменьшается.
При превышении угловой скорости задних колес заданного значения, давление в контурах увеличивается. Происходит торможение задних колес.
Работа системы распределения тормозных усилий заканчивается с началом блокирования передних (ведущих) колес. При этом в работу включается система ABS.
Еще работа EBD поможет распределить тормозную силу в случае резкого торможения в повороте противостояв заносу и сносу автомобиля, потери траектории пути. При поворотах сильнее нагружаются внешние колеса относительно поворота, а нагрузка на внутренние колеса уменьшена, тем самым автомобиль подвержен риску заноса или потери траектории и вылета с поворота. В этом случае EBD уменьшит тормозное усилие на внешние колеса тем самым не дав им заблокироваться. Автомобиль становится управляемым, значительно повышается уровень безопасности движения.
С системой EBD можно смело тормозить в повороте и на смешанном покрытии. Электроника по разности частот вращения «поймет», что колеса попали на участки с разнородным покрытием, и уменьшит тормозные силы на колесах, которые имеют лучшее сцепление с дорогой. Кстати, интенсивность замедления в этом случае снизится и будет определяться силой трения колеса (колес), имеющего наихудшее сцепление с дорогой.
Также система EBD при торможении учитывает загрузку автомобиля.
Тормозное усилие между передними и задними колесами оптимизируются, при этом обеспечивается максимально быстрое торможение.
Например, при торможении автомобиля с более чем одним человеком внутри, система EBD увеличивает тормозное усилие на задние колеса по сравнению с тем случаем, когда внутри находится только водитель, повышая при этом эффективность торможения по сравнению с автомобилем без системы EBD.
Таким образом, работа EBD способствует уменьшению тормозного пути и возможностью управлять автомобилем в аварийных ситуациях.
Программа электронной стабилизации ESP – продукт 90-х годов, который появился в результате работы конструкторов над исправлением недостатков ABS.
BMW совместно с Robert Bosch GmbH и Continental Automotive Systems разработали систему, уменьшающую крутящий момент, передаваемый двигателем колесу, для предотвращения заноса и применили её в модельном ряду BMW 1992 года. С 1987 по 1992 года, Mercedes-Benz and Robert Bosch GmbH совместно разрабатывали систему электронного контроля устойчивости автомобиля и назвали её «Elektronisches Stabilitätsprogramm» (ESP).
ESP в отличие от ABS не только контролирует скорость вращения каждого из колес и давление в тормозной системе, но и следит за поворотами руля, боковым ускорением автомобиля, режимами работы двигателя и трансмиссии. ABS лишь пресекала попытки колес заблокироваться, предоставляя водителю самому, насколько позволяет его мастерство, выпутываться из сложной ситуации. Иногда мастерства не хватало. Одна из распространенных ошибок: автомобиль входит в поворот на слишком высокой скорости, а водитель, осознав это, резко тормозит плюс чрезмерно выворачивает руль в сторону поворота. В итоге машину все равно заносит.
Система курсовой устойчивости в автомобилях Mitsubishi получило название ASC (Active Stability Control). Эта интеллектуальная электроника сочетает функции ABS, антипробуксовочной системы TCL (Traction Control) и активного управления курсовой устойчивостью.
Блок управления ASC определяет движение автомобиля на основании информации (скорость вращения каждого из колёс, давление в тормозной системе, угол поворота руля, поперечное ускорение) от различных датчиков с периодичностью 25 раз в секунду и рассчитывает модель идеальной траектории движения автомобиля. Блок управления ASC сравнивает текущую траекторию движения автомобиля определяя её по соответствию движения машины и действиям водителя с моделью идеальной траектории движения автомобиля. Сопоставив эти данные блок управления ASC, во-первых, фиксирует аварийно – опасную ситуацию, во-вторых, рассчитывает и подаёт исполнительным механизмам команду к исполнению контролирующего воздействия. То есть затормаживает определённое колесо с выверенным усилием. Если необходимо ограничить мощность двигателя, блок управления ASC, связанный с блоком электронного управления двигателем, корректирует мощность и количество оборотов коленчатого вала, таким образом, чтобы приблизить текущее движение автомобиля к модели движения идеального автомобиля. Вот так это выглядит в реальной жизни.
Автомобиль движется по кривой, возникающая при этом центробежная сила стремится сместить машину к внешней стороне поворота или опрокинуть её. допустим, автомобиль входит в вираж на слишком большой скорости, а водитель, осознав, что ошибся с её выбором и сейчас окажется на встречной полосе или в кювете, делает другую ошибку, например, резко тормозит или чрезмерно выворачивает руль в сторону поворота. получив информацию от датчиков, система ASC практически мгновенно регистрирует, что автомобиль оказался в критическом положении и, не допуская блокировки колёс до юза, перераспределяет тормозные усилия на колёсах таким образом, чтобы их результирующая противодействовала поперечной силе, стремящейся развернуть автомобиль вокруг вертикальной оси. в этом случае будет притормаживать заднее колесо, находящееся на внутренней стороне поворота. это незамедлительно вызовет силу, «притягивающую» переднюю ось автомобиля на верную траекторию.
Так же система ASC проявляет себя с лучшей стороны при объезде неожиданно возникшего препятствия. Представим себе ситуацию, когда автомобиль движется по широкой загородной трассе, водитель при этом довольно расслаблен – ведь впереди нет ни перекрёстков, ни поворотов, лишь длинная прямая. Но, допустим что на его пути возникает препятствие. например коробка или кирпич, выпавший из впереди идущего грузовика. водитель резко объезжает препятствие, допустим влево, а затем, чтобы стать в свою же полосу, вращает руль вправо. В этом случае ASC сначала притормаживает заднее левое колесо, помогая машине увильнуть от препятствия, и она предсказуемо двигается влево. затем, при возвращении на прежнюю траекторию, будет притормаживать переднее левое колесо, что предотвратит занос и направит передок в нужную сторону.
Но для того, чтобы выполнить такую сложную работу, ASC недостаточно только датчиков ABS. Поэтому в автомобиле установлены дополнительные датчики (датчики ускорения и угловой скорости, датчик рулевого колеса). Один сообщает системе о том, в какую сторону и с какой скоростью вращается рулевое колесо. Еще два определяют угол поворота машины и уровень боковых ускорений. Показания этих датчиков позволяют моментально вычислить, что происходит с автомобилем, и привести в действие исполнительные механизмы.
Данная система не допускает пробуксовки ведущих колес автомобиля, что обеспечивает стабильность движения автомобиля при разгоне, независимо от степени нажатия педали газа и дорожного покрытия.
В 1987 году Mercedes-Benz и BMW представили первые системы контроля тяги (противобуксовочные системы).
В 1990 году Mitsubishi выпустила в Японии автомобиль марки Diamante (Sigma), оснащенный новой активной электронной системой контроля тяги и курсовой устойчивости, где впервые эти две системы были интегрированы в одну (названная TCL).
Принцип ее действия основан на снижении выходной мощности двигателя при возрастании частоты вращения ведущих колес. О ускорении и частоте вращения каждого колеса блок управления, управляющий этой системой, узнает от датчиков, установленных у каждого колеса и от датчика ускорения. Датчики непрерывно отслеживают скорость вращения каждого из ведущих колес. Как только они обнаруживают, что одно или несколько колес начинают проскальзывать, система моментально вычисляет наилучший способ восстановления силы сцепления. Антипробуксовочная система снижает эффективную мощность двигателя и предотвращает пробуксовку колес, когда определяет, что крутящий момент двигателя слишком велик для данного покрытия поверхности дороги, а блок управления рабочими цилиндрами тормозов направляет тормозное усилие к нужному колесу (или колесам) до тех пор, пока не восстановится сцепление с дорогой.
Подводя итог, можно сказать, что ESP в различных вариациях исполнения предназначена для исправления ошибок недостаточно опытного водителя, чтобы предотвратить катастрофические последствия. Однако для тех, кто предпочитает активную езду и обладает для этого достаточными навыками, электроника снижает удовольствие от вождения, поскольку не позволяет довести ситуацию до критической грани, на которой и достигается управляемый занос, дрифт, прохождение поворотов «веером» и многое другое.
Именно поэтому на ряде моделей, особенно спортивных автомобилей, предусмотрена возможность настройки параметров под индивидуальные особенности владельца и даже отключения этой функции.
