Электронный контроль устойчивости (англ. Electronic Stability Control , ESC; ЭКУ) или динамическая система стабилизации автомобиля — активная система безопасности автомобиля, позволяющая предотвратить занос посредством управления компьютером момента силы колеса (одновременно одного или нескольких). Является вспомогательной системой автомобиля.
Содержание
Сущность системы [ править | править код ]
Систему ЭКУ можно рассматривать как расширенный вариант антиблокировочной системы тормозов (АБС). Многие узлы объединены с системой АБС, но вдобавок ЭКУ требует наличия таких компонентов, как датчик положения руля и акселерометр, следящие за реальным поворотом автомобиля. При несоответствии показаний акселерометра показаниям датчика поворота руля, система применяет торможение одного (или нескольких) из колёс машины для того, чтобы предотвратить начинающийся занос.
Срабатывает ESC в опасных ситуациях, когда возможна или уже произошла потеря управляемости автомобилем. Путём притормаживания отдельных колес система стабилизирует движение. Она вступает в работу, когда на большой скорости при прохождении поворота передние колеса сносит с заданной траектории в направлении действия сил инерции, то есть по радиусу большему, чем радиус поворота. ESC в этом случае притормаживает заднее колесо, идущее по внутреннему радиусу поворота, придавая автомобилю большую поворачиваемость и направляя его в поворот. Одновременно с притормаживанием колес ESC снижает обороты двигателя.
Если при прохождении поворота происходит занос задней части автомобиля, ESC активизирует тормоз переднего колеса, идущего по наружному радиусу поворота. Таким образом, появляется момент противовращения, исключающий боковой занос. Когда скользят все четыре колеса, ESC самостоятельно решает, тормозные механизмы каких колес должны вступить в работу. Время реакции ESC — 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, однако её возможности ограничены: если радиус поворота слишком мал или скорость в повороте превышает допустимые границы, никакая программа стабилизации не поможет.
История [ править | править код ]
Впервые системы электронного контроля устойчивости, схожие по принципу действия с современными автомобильными, появились в 1960-х годах в авиации, где обеспечивали устойчивость самолета при пробеге по взлетно-посадочной полосе при посадке или прерванном взлете. Одним из первых такую систему получил англо-французский сверхзвуковой лайнер Concorde по причине высокой посадочной скорости и высокого положения центра масс.
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).
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).
История Mercedes-Benz А-класса [ править | править код ]
Система ESC была создана в 1995 году, но заявить о себе ей удалось только через два года, когда дебютировал первый компактный Mercedes-Benz А-класса. При его проектировании были допущены серьёзные ошибки, которые привели к тому, что новая модель имела склонность к опрокидыванию даже на не очень высокой скорости при выполнении маневров типа «переставка» («лосиный» тест, объезд препятствия).
В Европе разразился скандал; продажи автомобилей Mercedes-Benz А-класса были приостановлены, уже проданные машины — отозваны для устранения недостатков. Перед инженерами компании встала задача: как, не перепроектируя заново автомобиль и сохранив его потребительские качества, решить проблему повышения устойчивости. Эта задача была решена в значительной степени за счет установки с февраля 1998 года соответствующим образом настроенной системы ESC.
Главный контроллер ESC — это два микропроцессора, каждый из которых имеет по 56 КБ памяти. Система позволяет считывать и обрабатывать значения, выдаваемые датчиками скорости вращения колес с 20-миллисекундным интервалом. Помимо А-класса, система ESP является стандартным оборудованием для Mercedes S-класса, E-класса и других. На автомобилях фирмы Daimler-Chrysler применяются системы ESC от лидера в данной области — фирмы Bosch. Системы ESC производства Bosch используют также фирмы Alfa-Romeo, BMW, Volkswagen, Audi, Porsche и другие.
Фактически именно случай с Mercedes-Benz A-класса проторил дорогу повсеместному внедрению электронного контроля устойчивости на европейских автомобилях.
Распространение [ править | править код ]
Пока Швеция проводит кампании по информированию общественности и продвижению использования систем ЭКУ, другие страны законодательно утверждают необходимость их использования.
Обязательное оснащение автомобилей электронной системой устойчивости вводится, с:
- 1 января 2010 года в Израиле уже стала обязательной. [1]
- 1 сентября 2011 года в Канаде, для всех новых пассажирских автомобилей.
- 1 ноября 2011 года в Австралии, для всех пассажирских автомобилей.
- с ноября 2011 года в Евросоюзе, для всех продаваемых автомобилей.
- c 2011 года в США, для всех пассажирских автомобилей, весом менее 4536 кг (10 000 фунтов).
Последствия применения [ править | править код ]
Эксперты называют систему ЭКУ самым важным изобретением в сфере автомобильной безопасности после ремней безопасности. Она обеспечивает водителю лучший контроль над поведением автомобиля, следя за тем, чтобы он перемещался в том направлении, куда указывает поворот руля. По данным американского Страхового института дорожной безопасности (IIHS) и Национального управления безопасностью движения на трассах NHTSA (США), примерно одна треть смертельных аварий могла бы быть предотвращена системой ЭКУ, если бы ей были оснащены все автомобили [2] .
Производители [ править | править код ]
Системы электронного контроля устойчивости производятся:
Система курсовой устойчивости (другое наименование — система динамической стабилизации) предназначена для сохранения устойчивости и управляемости автомобиля за счет заблаговременного определения и устранения критической ситуации. С 2011 года оснащение системой курсовой устойчивости новых легковых автомобилей является обязательным в США, Канаде, странах Евросоюза.
Система позволяет удерживать автомобиль в пределах заданной водителем траектории при различных режимах движения (разгоне, торможении, движении по прямой, в поворотах и при свободном качении).
В зависимости от производителя различают следующие названия системы курсовой устойчивости:
ESP (Electronic Stability Programme) на большинстве автомобилей в Европе и Америке;
ESC (Electronic Stability Control) на автомобилях Honda, Kia, Hyundai;
DSC (Dynamic Stability Control) на автомобилях BMW, Jaguar, Rover;
DTSC (Dynamic Stability Traction Control) на автомобилях Volvo;
VSA (Vehicle Stability Assist) на автомобилях Honda, Acura;
VSC (Vehicle Stability Control) на автомобилях Toyota;
VDC (Vehicle Dynamic Control) на автомобилях Infiniti, Nissan, Subaru.
Устройство и принцип действия системы курсовой устойчивости рассмотрены на примере самой распространенной системы ESP, которая выпускается с 1995 года.Устройство системы курсовой устойчивости
Система курсовой устойчивости является системой активной безопасности более высокого уровня и включает антиблокировочную систему тормозов (ABS), систему распределения тормозных усилий (EBD), электронную блокировку дифференциала (EDS), антипробуксовочную систему (ASR).
Система курсовой устойчивости объединяет входные датчики, блок управления и гидравлический блок в качестве исполнительного устройства.
Входные датчики фиксируют конкретные параметры автомобиля и преобразуют их в электрические сигналы. С помощью датчиков система динамической стабилизации оценивает действия водителя и параметры движения автомобиля.
Используются в оценке действий водителя датчики угла поворота рулевого колеса, давления в тормозной системе, выключатель стоп-сигнала. Оценивают фактические параметры движения датчики частоты вращения колес, продольного ускорения, поперечного ускорения, скорости поворота автомобиля, давления в тормозной системе.
Блок управления системы ESP принимает сигналы от датчиков и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства подконтрольных систем активной безопасности:
впускные и выпускные клапаны системы ABS;
переключающие и клапаны высокого давления системы ASR;
контрольные лампы системы ESP, системы ABS, тормозной системы.
В своей работе блок управления ESP взаимодействует с системой управления двигателем и автоматической коробки передач (через соответствующие блоки). Помимо приема сигналов от этих систем блок управления формирует управляющие воздействия на элементы системы управления двигателем и АКПП.
Для работы системы динамической стабилизации используется гидравлический блок системы ABS/ASR со всеми компонентами.
Принцип работы системы курсовой устойчивости
Определение наступления аварийной ситуации осуществляется путем сравнения действий водителя и параметров движения автомобиля. В случае, когда действия водителя (желаемые параметры движения) отличаются от фактических параметров движения автомобиля, система ESP распознает ситуацию как неконтролируемую и включается в работу.
Стабилизация движения автомобиля с помощью системы курсовой устойчивости может достигаться несколькими способами:
подтормаживанием определенных колес;
изменением крутящего момента двигателя
изменением угла поворота передних колес (при наличии системы активного рулевого управления);
изменением степени демпфирования амортизаторов (при наличии адаптивной подвески) .
Подтормаживание колес производится путем включения в работу соответствующих систем активной безопасности. Работа при этом носит циклический характер: увеличение давления, удержание давления и сброс давления в тормозной системе.
Изменение крутящего момента двигателя в системе ESP может осуществляться несколькими путями:
изменением положения дроссельной заслонки;
пропуском впрыска топлива;
пропуском импульсов зажигания;
изменением угла опережения зажигания;
отменой переключения передачи в АКПП;
перераспределением крутящего момента между осями (при наличии полного привода).
Система, объединяющая систему курсовой устойчивости, рулевое управление и подвеску носит название интегрированной системы управления динамикой автомобиля.
Дополнительные функции системы курсовой устойчивости
В конструкции системы курсовой устойчивости могут быть реализованы следующие дополнительные функции (подсистемы): гидравлический усилитель тормозов, предотвращения опрокидывания, предотвращения столкновения, стабилизации автопоезда, повышения эффективности тормозов при нагреве, удаления влаги с тормозных дисков и и др.
Все перечисленные системы, в основном, не имеют своих конструктивных элементов, а являются программным расширением системы ESP.
Система предотвращения опрокидывания ROP (Roll Over Prevention) стабилизирует движение автомобиля при угрозе опрокидывания. Предотвращение опрокидывания достигается за счет уменьшения поперечного ускорения путем подтормаживания передних колес и снижения крутящего момента двигателя. Дополнительное давление в тормозной системе создается с помощью активного усилителя тормозов.
Система предотвращения столкновения (Braking Guard) может быть реализована в автомобиле, оснащенном адаптивным круиз-контролем. Система предотвращает опасность столкновения с помощью визуальных и звуковых сигналов, а в критической ситуации — путем нагнетания давления в тормозной системе (автоматического включения насоса обратной подачи).
Система стабилизации автопоезда может быть реализована в автомобиле, оборудованным тягово-сцепным устройством. Система предотвращает рыскание прицепа при движении автомобиля, которое достигается за счет торможения колес или снижения крутящего момента.
Система повышения эффективности тормозов при нагреве FBS (Fading Brake Support, другое наименование — Over Boost) предотвращает недостаточное сцепление тормозных колодок с тормозными дисками, возникающее при нагреве, путем дополнительного увеличения давления в тормозном приводе.
Система удаления влаги с тормозных дисков активируется на скорости свыше 50км/ч и включенных стеклоочистителях. Принцип работы системы заключается в кратковременном повышении давления в контуре передних колес, за счет чего тормозные колодки прижимаются к дискам и происходит испарение влаги.
Схема системы курсовой устойчивости ESP (рис. в низу)
1компенсационный бачок
2вакуумный усилитель тормозов
3датчик положения педали тормоза
4датчик давления в тормозной системе
5блок управления
6насос обратной подачи
7аккумулятор давления
8демпфирующая камера
9впускной клапан переднего левого тормозного механизма
10выпускной клапан привода переднего левого тормозного механизма
11впускной клапан привода заднего правого тормозного механизма
12выпускной клапан привода заднего правого тормозного механизма
13впускной клапан привода переднего правого тормозного механизма
14выпускной клапан привода переднего правого тормозного механизма
15впускной клапан привода заднего левого тормозного механизма
16выпускной клапан привода заднего левого тормозного механизма
17передний левый тормозной цилиндр
18датчик частоты вращения переднего левого колеса
19передний правый тормозной цилиндр
20датчик частоты вращения переднего правого колеса
21задний левый тормозной цилиндр
22датчик частоты вращения заднего левого колеса
23задний правый тормозной цилиндр
24датчик частоты вращения заднего правого колеса
25переключающий клапан
26клапан высокого давления
27шина обмена данными
Особенности автомобильных систем ESP и ESC
Каждый новый автомобиль, проданный в Европе с 2014, должен быть оснащён электронной системой стабилизации, но далеко не все автовладельцы знают, чем отличаются ESP и ESC, а также на что влияет выбранный вариант.
ESC (или ESP) многими рассматривается как одно из величайших достижений в области автомобильной безопасности и автоспорта в частности. Принципиальное отличие системы стабилизации от таких традиционных элементов пассивной безопасности как ремни и подушки заключается в том, что они предназначены для спасения жизни, а также сохранения здоровья водителя и пассажира при аварии, а вот ESC (или ESP) используются для предотвращения ДТП.
Для справки, ESC расшифровывается как Electronic Stability Control (Электронный Контроль Устойчивости), а ESP – Electronic Stability Program (Электронная Программа Стабилизации). Фактически, цели у обеих совпадают, а исследования и проверка опытным путём наглядно доказывают их эффективность. По мнению британских специалистов, которые основывались на статистических данных, оснащение автомобиля ESP помогает снизить риски серьёзного транспортного происшествия на 25%. В то же время шведские исследователи склонны полагать, что данная система активной безопасности помогает на 35% уменьшить вероятность попадания в аварию со смертельным исходом при плохих погодных условиях.
Это мрачная перспектива, которая, тем не менее, должна подвергаться тщательному анализу, именно поэтому в Европе на законодательном уровне закрепили обязательное оснащение всех новых автомобилей ESP. Такая инициатива была реализована в 2014 году, до этого момента столь важная система входила лишь в список дополнительного оборудования, доступного достаточно дорогим моделям. При этом прообраз данной электронной системы был запатентован ещё в 1959 году, а реализовать её на массовой серийной модели удалось только к 1994 году.
Как работают ESP и ESC
При таком количестве электронных систем, устанавливаемых в автомобиле, каждая из которых имеет собственную аббревиатуру, многие автовладельцы совершенно не понимают, в чём заключается принципиальное отличие между ними. Ещё больше усложняет ситуацию то, что для обозначения близких по назначению средств активной безопасности используются разные названия, которые в большинстве случаев определяются самим производителем.
Так, 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.
Итак, теперь мы определились с возможными вариантами названий, давайте посмотрим, как работает ESP.
Добавление третьего элемента безопасности к ABS и противобуксовочной системе
Для того, чтобы появилась возможность оснащения вашего автомобиля системой ESP, он должен быть оборудован ABS (антиблокировочная тормозная система) и TCS (Traction Control System – противобуксовочная система) В простейшем случае два этих элемента активной безопасности предназначены для того, чтобы улучшить управляемость и предсказуемость, а также сохранять контроль над автомобилем при торможении и ускорении соответственно, поэтому их вмешательство в процесс управления сводится лишь к контролю линейного ускорения.
ESP дополняет их и вносит третье контролируемое измерение, поскольку она отвечает за перемещение автомобиля в перпендикулярном траектории движения направлении, в котором и возникают такие явления как недостаточная или избыточная поворачиваемость – занос. В более продвинутых версиях она находится в постоянном взаимодействии и с электронным блоком управления двигателем, чтобы максимально повысить эффективность своей работы.
Согласно статистическим данным, ESP может предотвратить до 80% заносов, что является отличным показателем, особенно на фоне того, что около 40% аварий происходит именно из-за этого явления. Тем не менее, стоит вспомнить слова Скотти из фильма Стартрек: «Вы можете изменить законы физики!». Конечно, возможности систем активной безопасности не безграничны и об этом не стоит забывать. Если водитель перешагнёт тот рубеж, когда потеря контроля над автомобилем неизбежна, ни одна из существующих ныне систем не позволит предотвратить серьёзные последствия.
Дополнительная устойчивость при повороте с ESC
Поскольку ESP обеспечивает дополнительную безопасность наряду с ABS и TCS, вас вряд ли удивит тот факт, что она использует большую часть оборудования из этих систем для работы. Используя датчики для измерения скорости отдельных колес, а также информацию от датчиков бокового ускорения и датчиков поперечной скорости, блок управления ESP постоянно контролирует боковые движения автомобиля и сопоставляет их с положением рулевого колеса. Если машина не отреагирует на движение руля так, как это запрограммировано, или заданный угол поворота, а также скорость слишком велики, ESP начнёт подтормаживать колёса, пытаясь сохранить прямолинейную траекторию движения. При этом торможение осуществляется при активном взаимодействии с ABS, что исключает блокировку одного из колёс. Сама суть работы рассматриваемой системы заключается в том, чтобы начать активно содействовать процессу управления машиной ещё до того момента, как водитель поймёт, что начинает терять контроль.
Система работает постоянно, вне зависимости от режима езды, и даже при движении накатом. А механизм её влияния полностью зависит от ситуации и конструктивных особенностей автомобиля. Например, если в резком повороте фиксируется начало проскальзывания задней оси, то электроника начинает плавно снижать количество подаваемого в двигатель топлива, обеспечивая снижение его оборотов. Если же и этого оказывается недостаточно, то начинается постепенное подтормаживание передних колёс. Если же автомобиль оснащён автоматической трансмиссией, то ESP позволяет принудительно активировать зимний режим работы, обеспечивая возможность перехода на пониженную передачу.
Дополнительные преимущества ESC
Поскольку ESC способен тормозить колеса автомобиля независимо от нажатия педали, она открывает огромный потенциал для реализации и внедрения других различных технологий безопасности. К ним можно отнести и достаточно известную ныне Brake Assist, предназначенную для сокращения тормозного пути, которая распознаёт ситуацию экстренного торможения и оказывает необходимое содействие водителю. А также Hill Hold Control, суть которого заключается в помощи при трогании в гору путём подтормаживания колёс на пару секунд после отпускания педали, чтобы предотвратить откатывание назад. Всё это ещё на несколько шагов приближает тот момент, когда электроника полностью заменит водителя.
Коммерческие автомобили, оснащенные ESC, могут иметь дополнительные датчики, которые измеряют вес и положение груза, и соответственно адаптировать поведение автомобиля под конкретные условия. Это повышает степень участия ESC в управлении автомобилем, поскольку в этом случае появляется даже возможность контроля над сдвигом груза при резком повороте. Данная система также обеспечивает дешевый и эффективный мониторинг давления в шинах, поскольку она измеряет скорость каждого отдельного колеса и может определить, снизилось ли давление в шине, поскольку это повлияет на скорость её вращения.
Помимо этого, не стоит забывать и о том, что данная электронная система позволяет ощутимо снизить показатель среднего расхода топлива за счёт оптимизации режимов работы двигателя и предотвращения затрат энергии при проскальзывании одной из осей. Конечно, обилие электроники существенно усложняет конструкцию автомобиля, повышает его стоимость и приводит к необходимости высококвалифицированного сервисного обслуживания, однако, как показывает история, массовое внедрение какой-либо технологии автоматически приводит к постепенному снижению её цены.
В ряде случаев при неоднородном покрытии (например, крупном щебне) или при движении с малой скоростью по сыпучему песку эта система оказывается неэффективна и даже негативно влияет на параметры работы автомобиля. Поэтому большинство автомобильных инженеров сходится во мнении, что такая полезная опция всё ещё нуждается в доработке, а пока необходимо предусмотреть возможность её деактивации, особенно на спортивных моделях и внедорожниках. Например, VSC от Toyota начинает работать только при достижении скорости 15 км/час.
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.