4 какие системы автомобиля обеспечивают работу системы курсовой устойчивости

Содержание страницы

  • 1. Основная система курсовой устойчивости автомобиля при движении
  • 2. Дополнительные системы курсовой устойчивости автомобиля
  • 3. Датчики системы курсовой устойчивости автомобиля

1. Основная система курсовой устойчивости автомобиля при движении

Система курсовой устойчивости предназначена для сохранения устойчивости и управляемости автомобиля за счет заблаговременного определения и устранения критической ситуации. С 2011 г. 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 Nissan, Infiniti, Subaru.

Устройство и принцип действия системы курсовой устойчивости рассмотрены на примере самой распространенной системы ESP, которая выпускается с 1995 г.

Система курсовой устойчивости является системой активной безопасности более высокого уровня и включает антиблокировочную систему тормозов (ABS), систему распределения тормозных усилий (EBD), антипробуксовочную систему (ASR).

Конструктивные узлы ESP (рис. 1) включают основные узлы ABS. Устройство и принцип действия ABS.

Принципиальное отличие ESP от ABS в том, что ESP непрерывно следит за соответствием ускорений автомобиля желаниям водителя, выраженным в повороте рулевого колеса, в то время как ABS включается только при торможении.

компоновка электронной системы курсовой устойчивости ESP

Рис. 1. Общая компоновка электронной системы курсовой устойчивости ESP (на примере Skoda Fabia): 1, 2, 12, 13 — датчики частоты вращения колес; 3 — датчик давления в тормозной системе; 4 — активный усилитель тормозной системы; 5 — ЭБУ работой двигателя; 6 — ЭБУ работой коробки передач (только на моделях с автоматической коробкой передач); 7 — гидравлический блок с блоком управления ABS EDL/TCS/ESP; 8 — контрольная лампа TCS/ESP; 9 — контрольная лампа ABS; 10 — контрольная лампа двухконтурной тормозной системы и стояночного тормоза; 11 — диагностический разъем; 14 — система динамики автомобиля и поведения водителя; 15 — выключатель стоп-сигнала; 16 — датчик угла поворота рулевого колеса; 17 — кнопочный выключатель систем TCS/ESP; 18 — датчик рысканья; 19 — датчик бокового ускорения

Алгоритм работы системы зависит от режима движения ТС. Система курсовой устойчивости должна распознать начало заноса ТС и предотвратить его. Она определяет желаемое направление по углу поворота рулевого колеса, а датчики на всех колесах измеряют скорость их вращения. На основании этих данных БУ вычисляет фактическую траекторию движения, которая более 25 раз в секунду сравнивается с желаемым направлением. Управление автомобилем с системой ESP учитывает три степени свободы автомобиля на плоскости дороги (продольная и поперечная направляющие движения и поворот относительно вертикальной оси ТС). Если блок управления ESP вычисляет, что ускорение при разгоне автомобиля достигло критических значений и возникли условия для потери устойчивости ТС (заноса) и бокового скольжения колес передней и/или задней осей), система включает подтормаживание пробуксовывающих колес.

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. Блок управления системы ESP принимает сигналы от датчиков и формирует управляющие воздействия на исполнительные устройства подконтрольных систем активной безопасности. При необходимости блок использует информацию из блока управления системы управления двигателем и блока управления автоматической коробкой переключения передач (АКПП).

Одновременно датчики угловой скорости измеряют перемещение ТС вокруг вертикальной оси и его боковое ускорение. Если значения расходятся, система без какого-либо вмешательства со стороны водителя немедленно реагирует на ситуацию, снижая мощность двигателя и восстанавливая стабильность автомобиля. Если этого недостаточно, ESP дополнительно подтормаживает каждое колесо. Возникающее вращательное движение колеса противодействует заносу, и автомобиль остается на безопасной траектории движения.

Оцениваются сигналы от датчика угла поворота рулевого колеса 16, датчика давления в тормозной системе 3 и от ЭБУ работой двигателя 5. Помимо скорости движения автомобиля, в вычисления также входят необходимые характеристики коэффициентов сцепления между шинами и дорожным покрытием. Эти параметры оцениваются на основе сигналов, получаемых от датчиков частоты вращения колес 1, 2, 12, 13, датчика бокового ускорения 19, датчика рысканья 18 и датчика давления в тормозной системе 3. Датчик бокового ускорения сообщает БУ о боковом сносе автомобиля, в то время как датчик рысканья сигнализирует о склонности к заносу. Затем вычисляется момент относительно вертикальной оси, который необходим для приближенного приведения параметров действительного состояния к параметрам требуемого состояния.

Стабилизация движения автомобиля с помощью системы ESP достигается:

  • 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).

Информация, поступающая от датчиков, анализируется модулем управления для расчета направления движения, задаваемого рулевым управлением, и распознавания поведения автомобиля. Система ESP определяет, какое колесо должно быть ускорено или подторможено и насколько резко необходимо изменить крутящий момент двигателя, а также необходимость активизации блока управления коробкой передач (на моделях с АКПП).

Цикл управления завершается при успешном результате, и система управления переходит к слежению за поведением автомобиля. Если устойчивость движения не восстановлена, то цикл управления повторяется. Активация цикла управления сопровождается миганием контрольной лампы системы курсовой устойчивости.

Для работы системы динамической стабилизации используется гидравлический блок системы ABS.

Определение наступления аварийной ситуации осуществляется путем сравнения действий водителя и параметров движения автомобиля. В случае если действия водителя (желаемые параметры движения) отличаются от фактических параметров движения автомобиля, включается система ESP.

Притормаживание колес система осуществляет через гидромодулятор ABS, создающий давление в тормозной системе. Принцип алгоритма подтормаживания аналогичен описанному. Одновременно (или до этого) на БУ двигателем поступает команда на сокращение подачи топлива и, следовательно, уменьшение крутящего момента на колесах.

ESP выбирает тормозные усилия для каждого колеса отдельно таким образом, чтобы результирующая тормозных сил противодействовала моменту, стремящемуся развернуть автомобиль вокруг вертикальной оси, и удерживала ТС на оптимальной траектории. Если автомобиль плохо входит в поворот и скользит передними колесами наружу (недостаточная поворачиваемость) (рис. 2, а), ESP притормаживает внутреннее заднее колесо. Если автомобиль в результате заноса задней части пытается повернуть круче, чем необходимо (избыточная поворачиваемость) (рис. 2, б), ESP исправляет ошибку притормаживанием наружного переднего колеса. Чтобы предотвратить занос заднеприводного автомобиля, ESP уменьшает частоту вращения коленчатого вала двигателя. Благодаря этому возникает стабилизирующий момент сил, возвращающий автомобиль на безопасную траекторию движения.

При угрозе опрокидывания ТС стабилизируется за счет уменьшения поперечного ускорения, которое достигается достаточно сильным притормаживанием передних колес и одновременным снижением крутящего момента двигателя.

Траектория движения на повороте с ESP

Рис. 2. Траектория движения на повороте с ESP (сплошная линия) и без ESP (прерывистая линия): а — недостаточная поворачиваемость; б — избыточная поворачиваемость

Изменение крутящего момента двигателя в системе ESP может осуществляться:

  • 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).

Блок управления ESP взаимодействует также с системой управления двигателем и АКПП (через соответствующие БУ). Помимо приема сигналов от этих систем, БУ формирует управляющие воздействия на элементы системы управления двигателем и АКПП.

2. Дополнительные системы курсовой устойчивости автомобиля

В конструкции системы курсовой устойчивости могут быть реализованы следующие дополнительные функции (подсистемы): система стабилизации торможения при повороте, система распределения крутящего момента, система курсовой устойчивости прицепа, система предотвращения опрокидывания, система предотвращения столкновения, система повышения эффективности тормозов при нагреве, система удаления влаги с тормозных дисков и др. Наиболее важные и часто применяемые системы рассмотрены в данном пункте (остальные в 5.7).

Все перечисленные системы, в основном, не имеют своих конструктивных элементов, а являются программным расширением системы ESP.

Система стабилизации торможения при повороте (Corner Brake Control, CBC). Возникающие при торможении в повороте опасные ситуации могут проявиться в избыточной или недостаточной поворачиваемости и привести к заносу автомобиля. Это объясняется тем, что при торможении в повороте скорость поворота автомобиля (рысканье) может доходить до такой величины, что будут происходить описанные выше явления. Для корректировки проявлений такого рысканья функция CBC управляет тормозными давлениями таким образом, чтобы создать корректирующий разворачивающий «противомомент». Так CBC повышает курсовую устойчивость автомобиля при торможении в повороте.

При экстренном торможении в повороте автомобиля без системы CBC возможность передних колес воспринимать поперечные (управляющие) усилия сильно сокращается. Автомобиль смещается с заносом передней оси к внешнему краю поворота. В автомобилях с CBC при появлении недостаточной поворачиваемости система уменьшает тормозное давление для передних колес. В результате колеса вновь оказываются в состоянии воспринимать управляющие усилия и автомобиль сохраняет заданное направление движения.

Для работы CBC не требуются дополнительные узлы или компоненты, она использует уже имеющиеся устройства системы ABS, т.е. CBC является только программным расширением системы ABS. Особенность CBC заключается в том, что она способна распознавать опасные ситуации при торможении в повороте без датчиков поворота или бокового ускорения, только на основании данных об угловой скорости вращения колес. При обнаружении проскальзывания колес, которого еще недостаточно для включения ABS, срабатывает CBC. При дальнейшем анализе этих данных блок управления ABS может распознать появление недостаточной или избыточной поворачиваемости и соответствующим образом откорректировать тормозные давления. Как и при обычной работе ABS, регулирование давления происходит по трем фазам: «удержание давления», «сброс давления» и «увеличение давления». В результате автомобиль стабилизируется и его управляемость сохраняется. Притормаживание колес система осуществляет через гидромодулятор ABS, создающий давление в тормозной системе (см. рис. 14).

Системы распределения крутящего момента. Такие системы подразделяются на электронную блокировку дифференциала EDS (Elektronische Differenzialsperre) и систему активного распределения крутящего момента ATTS (Active Torque Transfer System).

При повороте ТС на его колеса действуют две главные силы — тяговая, ускоряющая автомобиль, и боковая, которая заставляет автомобиль поворачивать. Они связаны с силой трения, возникающей в зоне контакта. Сила трения, в свою очередь, ограничена лимитированными сцепными свойствами шины и покрытия.

Рассмотрим распределение сил на колесах при повороте автомобиля (рис. 3).

Распределение сил на колесах автомобиля при повороте

Рис. 3. Распределение сил на колесах автомобиля при повороте: а — обычного автомобиля; б — автомобиля с системой активного распределения крутящего момента

При повороте из-за действия центробежной силы внутреннее колесо оказывается разгруженным, т.е. оно находится в худших условиях по сцеплению с дорогой. Соответственно уменьшится и та суммарная сила, сложенная из тяговой и боковой, которую может воспринять колесо, и поэтому оно в меньшей степени будет способно ускорять и поворачивать автомобиль. Система ATTS перераспределяет крутящий момент между ведущими колесами, убирая излишек тяговой силы с внутреннего колеса и перебрасывая его на более нагруженное внешнее. В результате у малонагруженной внутренней шины, освобожденной от излишка тяги, появляется больше возможностей для реализации боковой силы, так необходимой в повороте.

Увеличение крутящего момента на наружном колесе позволяет создать дополнительный момент, который стремится «затащить» автомобиль в поворот.

Электронная блокировка дифференциала EDS предназначена для предотвращения пробуксовки ведущих колес при трогании автомобиля с места, разгоне на скользкой дороге, движении по прямой и в поворотах за счет подтормаживания ведущих колес. Система получила свое название по аналогии с соответствующей функцией дифференциала.

EDS срабатывает при проскальзывании одного из ведущих колес и подтормаживает прокручивающееся колесо, за счет чего на нем увеличивается крутящий момент. Так как ведущие колеса соединены симметричным дифференциалом, на другом колесе (с лучшим сцеплением) крутящий момент также увеличивается.

Система EDS построена на основе антиблокировочной системы тормозов. В отличие от системы ABS, в конструкции EDS предусмотрена возможность самостоятельного создания давления в тормозной системе. Для реализации данной функции используется насос обратной подачи и два электромагнитных клапана (на каждое из ведущих колес), включенные в гидравлический блок ABS. Это переключающий клапан и клапан высокого давления.

Управление системой осуществляется с помощью соответствующего программного обеспечения в блоке управления ABS. Электронная блокировка дифференциала, как правило, является составной частью антипробуксовочной системы и работает в диапазоне скоростей от 0 до 80 км/ч.

Работа EDS носит цикличный характер. Цикл работы системы включает три фазы:

  • увеличение давления;
  • удержание давления;
  • сброс давления.

Пробуксовка ведущего колеса определяется на основании сравнения сигналов, поступающих от датчиков частоты вращения колес. При этом блок управления закрывает переключающий клапан и открывает клапан высокого давления. Для создания давления в контуре тормозного цилиндра ведущего колеса включается насос обратной подачи. Происходит увеличение давления тормозной жидкости в контуре и торможение ведущего колеса.

Притормаживание колес система осуществляет через гидромодулятор ABS, создающий давление в тормозной системе (см. рис. 14).

При достижении тормозного усилия необходимой для предотвращения пробуксовки величины производится сохранение давления на прежнем уровне. Это достигается отключением насоса обратной подачи.

По окончании пробуксовки производится сброс давления. При этом впускной и переключающий клапаны в контуре тормозного цилиндра ведущего колеса открыты.

При необходимости цикл работы системы EDS повторяется. Аналогичный принцип действия имеет система ETS (Electronic Traction System) от Mercedes.

Система активного распределения крутящего момента ATTS также служит для улучшения управляемости и применяется в полноприводных ТС. В качестве примера рассмотрим системы активного распределения крутящего момента автомобилей Honda и Mitsubishi.

Система электронного управления (рис. 4) включает в себя датчики угла поворота, бокового и углового ускорения, скорости вращения колес, частоты вращения коленчатого вала двигателя и давления воздуха на впуске, передаточного отношения в трансмиссии.

Схема трансмиссии полноприводного автомобиля

Рис. 4. Схема трансмиссии полноприводного автомобиля Mitsubishi Lancer Evolution VIII: 1 — коробка передач; 2 — двигатель; 3 — муфта блокировки межосевого дифференциала; 4 — БУ дифференциалами; 5 — датчик угла поворота рулевого колеса; 6 — датчик положения дроссельной заслонки; 7 — колесные датчики ABS; 8 — датчики продольного ускорения; 9 — датчики поперечного ускорения; 10 — задний активный дифференциал; 11 — гидронасос с гидроаккумулятором; 12 — лампа стоп-сигнала; 13 — датчик включения стояночного тормоза; 14 — индикатор переключения режимов: асфальт/гравий/снег; 15 — блок управления ABS; 16 — передний дифференциал; 17 — межосевой дифференциал (50:50)

Информация от всех датчиков поступает в ЭБУ, который рассчитывает оптимальное распределение крутящего момента по колесам.

Далее ЭБУ передает информацию в БУ дифференциалом для распределения момента между осями и задними колесами в соответствии с условиями движения. На нужную ось он перераспределяет от 30 до 70 % момента, на одно из задних колес — от 0 до 100 %. В обычных условиях до 70 % крутящего момента передается на передние колеса. При больших ускорениях до 70 % крутящего момента поступает на заднюю ось для улучшения динамики разгона и одновременной стабилизации движения. При ускорении в повороте почти 100 % крутящего момента может передаваться на заднее внешнее колесо (рис. 5). Диаметрально противоположная картина возникает при снижении скорости на изгибе дороги — крутящий момент будет передаваться на внутреннее колесо.

Траектория движения автомобиля с электронным приводом управляемых колес

Рис. 5. Траектория движения автомобиля с электронным приводом управляемых колес: 1 — наибольший крутящий момент; 2 — траектория движения автомобиля с электронным приводом управляемых колес; 3 — траектория движения автомобиля без электронного привода управляемых колес

Существуют различия в приводе дисков сцеплений приводов колес. Компания Mitsubishi в своих конструкциях применяет электрогидравлический привод, а компания Honda — электромагнитный.

В дифференциале автомобилей Honda применяются электромагнитные многодисковые сцепления 4 (рис. 6). Каждое сцепление индивидуально передает крутящий момент к одному из задних колес, правому или левому. Встроенные электромагнитные соленоиды 3 изменяют положение сердечника магнита относительно его корпуса. Блок управления дифференциалом, в зависимости от условий движения, определяет, какой ток подать на магнит, тем самым сжимая пакеты дисков и плавно меняя распределение крутящего момента. Оба сцепления способны работать независимо друг от друга.

Привод задних колес с электромагнитным сцеплением

Рис. 6. Привод задних колес с электромагнитным сцеплением: 1 — ведущая шестерня гипоидной передачи; 2 — планетарная передача; 3 — соленоид; 4 — многодисковые сцепления

Модули сцепления дополнены собственными планетарными передачами 2.

Вместе с дифференциалом работает ускорительный модуль с гидравлическим приводом (на рисунке не показан), включающий планетарную передачу и передающий крутящий момент на ведущую шестерню 1 гипоидной передачи. Этот модуль позволяет сделать более надежным поведение автомобиля в крутых поворотах. Он принудительно «подкручивает» задние колеса в виражах. В повороте траектория движения внешнего заднего колеса смещается наружу относительно траектории передних колес. При традиционной схеме трансмиссии заднее внешнее колесо вращается медленнее передних и тем самым препятствует полноценной передаче мощности, в результате ухудшается управляемость и появляется риск заноса. Эту проблему решает ускорительный блок.

Во время движения по прямой шестерни планетарной передачи вращаются синхронно с карданным валом — скорость передних и задних колес одинакова. При входе автомобиля в поворот гидравлический привод посредством еще одного модуля сцепления включает планетарную передачу ускорительного модуля в работу, при этом заднее колесо с нужной стороны «подкручивается» до оптимальной скорости.

Блок управления, воспринимая сигналы датчиков, может определять стиль вождения. Когда автомобиль едет прямо, фрикционы разомкнуты и планетарные шестерни системы вращаются вхолостую, дифференциал поровну распределяет идущий от двигателя крутящий момент между ведущими колесами.

Если водитель вводит автомобиль в поворот, держа ногу на педали акселератора, реакция электронной системы управления будет отличаться от ситуации, когда автомобиль описывает дугу по инерции или при торможении. Один из фрикционов с помощью исполнительного устройства частично или полностью блокируется, и крутящий момент на колесах изменяется, что позволяет перераспределить его до 80 % с противоположного колеса.

При резком трогании с места у полноприводных автомобилей возникает дефицит крутящего момента на колесах задней оси и избыток — на передней. Чтобы этого не происходило, система оборудована датчиком ускорения, фиксирующим момент, когда необходимо перебросить энергию к задней оси. При спокойном режиме движения больший момент передается на передние колеса, способствуя более стабильному поведению автомобиля.

Система курсовой устойчивости прицепа. Автомобилю с прицепом проще попасть в критическую с точки зрения курсовой устойчивости ситуацию. Даже опытному водителю не всегда бывает легко вернуть контроль над автопоездом, у которого началась раскачка.

Боковой ветер, продавленные колеи, быстрые движения рулем при объезде препятствий или слишком высокая скорость могут привести прицеп автопоезда к поперечной раскачке, особенно при движении на спуске. Раскачка прицепа передается и буксирующему автомобилю (рис. 7).

Схема движения автомобиля с прицепом

Рис. 7. Схема движения автомобиля с прицепом: а — с раскачкой; б — без раскачки

В зависимости от интенсивности раскачки и массы прицепа на буксирующем автомобиле могут проявляться рысканье и поперечное ускорение, которые повлияют на движение прицепа. Взаимное раскачивание прицепа и буксирующего автомобиля может приобрести такие размеры, что весь автопоезд полностью утратит курсовую стабильность.

Для стабилизации прицепа система ESP дополняется программным расширением, которое уменьшает опасность возникновения такой критической ситуации. Прежде всего система стабилизирует автопоезд попеременным подтормаживанием колес автомобиля. Если этого оказывается недостаточно, то система для стабилизации ситуации начинает торможение всех колес автомобиля, а также, через тормоз наката, колес прицепа.

Функция стабилизации автопоезда не требует для своей реализации дополнительных датчиков и является просто программным расширением системы ESP. Она использует для своей работы только узлы и компоненты ESP.

Поперечные ускорения и рысканья буксирующего автомобиля улавливаются датчиками системы ESP, и информация о них передается в блок управления ABS/ESP. Полученные входные значения (частота вращения колес, рысканье, поперечное ускорение, угол поворота рулевого колеса, нажатие педали тормоза) сравниваются с сохраненной в БУ стандартной характеристикой.

При превышении определенных граничных значений включается функция стабилизации автопоезда. Для лучшего гашения возникающих колебаний и компенсации рысканья передние колеса автомобиля попеременно подтормаживаются. Таким образом ESP препятствует возникновению резонанса и увеличению амплитуды колебаний или блокированию оси автомобиля либо прицепа. Если этого оказывается недостаточно, все четыре колеса подтормаживаются путем создания давления в их тормозных контурах до тех пор, пока раскачка прицепа не прекратится.

Во время выполнения коррекции с помощью тормозов загораются лампы стоп-сигналов, чтобы предупредить следующих сзади участников движения. Водителя в это время предупреждает загорающаяся контрольная лампа ESP.

Функция стабилизации автопоезда срабатывает при следующих условиях:

  • ESP активирована и необходимое ее программное обеспечение разблокировано;
  • автопоезд двигается со скоростью, превышающей определенное минимальное значение;
  • на некоторых моделях автомобилей блок управления ABS/ESP распознает наличие буксируемого прицепа по подключенной розетке.

Информацию о наличии прицепа ESP получает по шине данных CAN от БУ распознавания прицепа. При выполнении этих условий в блоке управления ABS/ESP активируется соответствующая программа стабилизации автопоезда.

3. Датчики системы курсовой устойчивости автомобиля

Кроме датчиков, применяемых в системе ABS, в интегрированной системе управления динамикой автомобиля, т.е. системе, объединяющей систему курсовой устойчивости, рулевое управление и подвеску, применяют датчик угла поворота рулевого колеса, датчик бокового ускорения, датчик рысканья (угловой скорости).

Датчик угла поворота рулевого колеса (рис. 8).

Датчик угла поворота рулевого колеса

Рис. 8. Датчик угла поворота рулевого колеса: 1 — предохранительное кольцо с часовой пружиной для подушки безопасности

Является одним из датчиков положения, которые широко используются в электронных системах автомобиля, таких как:

  • система курсовой устойчивости;
  • адаптивный круиз-контроль;
  • система помощи движению по полосе;
  • электрогидравлический усилитель рулевого управления (ЭГУР);
  • электромеханический усилитель рулевого управления (ЭУР);
  • система активного рулевого управления (Active Front Steering, AFS);
  • система адаптивного освещения;
  • активная подвеска.

В отличие от других датчиков, датчик угла поворота рулевого колеса определяет угловое перемещение в широком диапазоне (свыше 720° в каждую сторону или четыре полных оборота рулевого колеса). Датчик устанавливается на рулевой колонке между переключателем и рулевым колесом, реже — на рулевом механизме. При включении зажигания датчик активизируется при первом повороте рулевого колеса на 4,5°, что соответствует перемещению по окружности рулевого колеса на 1,5 см.

Датчик угла поворота рулевого колеса служит для определения угла поворота (относительного угла), направления поворота (абсолютного угла) и угловой скорости рулевого колеса. Перечень функций определяется потребностями конкретной системы автомобиля. Таким образом, с помощью датчика угла поворота рулевого колеса определяется направление движения, которое задает водитель.

В качестве данного датчика используется несколько типовустройств, построенных на различных физических принципах измерений: потенциометрический, оптический и магниторезистивный.

Потенциометрический датчик относится к контактным датчикам (рис. 9) и включает два потенциометра, закрепленных на рулевой колонке. Один потенциометр смещен относительно другого на 90°, что позволяет определять относительный и абсолютный углы поворота рулевого колеса (направление вращения). Изменение сопротивления потенциометра пропорционально углу поворота рулевого колеса. Из-за невысокой надежности, связанной с наличием подвижных контактов, потенциометрические датчики в рулевом управлении в настоящее время почти не применяются.

Потенциометрический датчик угла поворота рулевого колеса

Рис. 9. Потенциометрический датчик угла поворота рулевого колеса: 1 — опорное напряжение; 2, 3 — напряжение на первом и втором скользящих контактах; 4 — «масса»

Более совершенным сенсорным устройством является бесконтактный оптический датчик. Он объединяет кодирующий диск 2 (рис. 10), источники света (светодиод 6 и световод 1), светочувствительные элементы (строчная камера 5), блок определения полных оборотов вращения (плата с электронным блоком обработки 4).

Оптический датчик угла поворота рулевого колеса

Рис. 10. Оптический датчик угла поворота рулевого колеса: 1 — световод; 2 — кодирующий диск; 3 — рулевая колонка; 4 — плата с электронным блоком обработки; 5 — строчная камера; 6 — светодиод

Кодирующий диск 2 жестко закреплен на рулевой колонке, имеет два сегментарных кольца — внутреннее и наружное. На внутреннем кольце равномерно по окружности размещены прямоугольные отверстия, на наружном кольце отверстия расположены неравномерно. Конструкция внутреннего кольца позволяет определять величину угла поворота рулевого колеса. С помощью внешнего кольца оценивается направление вращения рулевого колеса в любой момент времени.

Через световод 1 светодиод 6 проецирует свет на кодирующий диск 2.

В зависимости от положения рулевого колеса через кодирующий диск на строчную камеру попадает больше или меньше света.

Строчная камера 5 регистрирует этот оптический сигнал и преобразует его в электрический. На основании импульсов напряжения ЭБУ рассчитывает угол и направление поворота рулевого колеса. Путь сигнала: светодиод — световод — кодирующий диск — строчная камера — аналоговый сигнал — электронный блок обработки данных.

Магниторезистивный датчик (рис. 11) является более универсальным, так как, помимо относительного и абсолютного угла поворота рулевого колеса, позволяет определять его угловую скорость. Конструктивно датчик включает два магниторезистивных элемента 2, закрепленных в корпусе датчика. Магниторезисторы взаимодействуют с двумя подвижными магнитами 7.

Магниторезистивный датчик угла поворота рулевого колеса

Рис. 11. Магниторезистивный датчик угла поворота рулевого колеса: 1 — рулевая колонка; 2 — элементы магниторезистивного датчика; 3 — измерительная шестерня с m зубьями; 4 — электронная плата; 5 — измерительная шестерня с m = 1 зубьями; 6 — ведущая шестерня; 7 — постоянные магниты

Основным элементом датчика является тонкопленочный гигантский (Giant Magnetoresistor, GMR) или анизотропный (Anisotropic Magnetoresistor, AMR) магниторезистор. Каждый из магнитов вращается посредством зубчатой передачи. Приводные зубчатые колеса имеют различное количество зубьев, отличающееся на единицу. Измерения построены на том, что для каждого положения рулевого колеса существует свое положение магнитов, которое фиксируют магниторезисторы. На основании этого ЭБУ определяет величину угла поворота, его направление и скорость.

Датчик бокового ускорения. Представляет собой элемент на печатной плате интегрированного датчика. Упрощенно можно представить конструкцию датчика как подвешенную в центре подвижную массу 4 с прикрепленной к ней пружинной пластинкой 5 (рис. 12).

Масса способна перемещаться в одном направлении в обе стороны. Две другие неподвижные пластинки конденсатора 3 и 7 окружают пластинки, соединенные с подвижной массой. Таким образом, получаются два последовательно соединенных конденсатора К1 и К2. Их емкости C1 и C2 можно измерить и сравнить на электродах.

Датчик бокового ускорения

Рис. 12. Датчик бокового ускорения: а — отсутствие ускорений; б — наличие ускорений; 1 — электрод; 2 — направление движения автомобиля; 3, 7 — неподвижные пластинки конденсатора; 4 — подвижная масса; 5 — пружинная пластинка; 6 — пластинка конденсатора на подвижной массе; К1, К2 — конденсаторы; С1, С2 — емкости конденсаторов

При отсутствии ускорения заряд конденсаторов одинаковый. Как только возникает поперечное ускорение, масса, в силу инерции, переместится относительно неподвижных пластинок в противоположном от ускорения направлении. Изменение расстояния между пластинками конденсаторов приводит к изменению их емкостей. В данном примере расстояние между пластинками конденсатора К1 больше, чем между пластинками конденсатора К2, поэтому емкость С1 меньше. Емкость С2 больше, так как расстояние между пластинками конденсатора К2 меньше.

Датчик рысканья (угловой скорости). Располагается в дополнении к датчику бокового ускорения на печатной плате (рис. 13). Принцип работы датчика заключается в следующем. Колеблющаяся масса 6 подвешена в поле постоянного магнита между южным 2 и северным 4 полюсами. Печатные проводники 5 объединены с колеблющейся массой, которая фактически и является датчиком. Если приложить переменное напряжение U, то подвижная масса с печатными проводниками начнет колебаться в магнитном поле. При возникновении углового ускорения появится отклонение от прямолинейного колебательного движения, так как возникнет ускорение от силы Кориолиса.

Датчик рысканья (угловой скорости)

Рис. 13. Датчик рысканья (угловой скорости): 1 — держатель; 2 — южный полюс; 3 — направление движения; 4 — северный полюс; 5 — печатные проводники; 6 — колеблющаяся масса; 7 — прямолинейное колебание под действием переменного напряжения; 8 — угловая скорость; 9 — ускорение в результате действия силы Кориолиса; а — прямолинейное движение; б — движение при угловых ускорениях

1. Основная система курсовой устойчивости автомобиля при движении

Система контроля устойчивости предназначена для поддержания устойчивости и управляемости автомобиля за счет раннего выявления и устранения критической ситуации. С 2011 года стало обязательным оснащение новых автомобилей системой контроля устойчивости в США, Канаде и странах ЕС.

Система позволяет автомобилю оставаться в пределах траектории, заданной водителем, в различных режимах движения (ускорение, торможение, движение по прямой, поворот и свободный ход).

В зависимости от производителя различают следующие наименования систем устойчивости автомобиля:

  • ESP (Electronic Stability Program) на большинстве автомобилей Европы и Америки;
  • ESC (электронный контроль устойчивости) на автомобилях Honda, Kia, Hyundai;
  • DSC (Dynamic Stability Control) на автомобилях BMW, Jaguar, Rover;
  • DTSC (Dynamic Stability Traction Control) на автомобилях Volvo;
  • VSA (система стабилизации автомобиля) на автомобилях Honda, Acura;
  • VSC (Vehicle Stability Control) на автомобилях Toyota;
  • VDC (Vehicle Dynamic Control) на автомобилях Nissan, Infiniti, Subaru.

Устройство и принцип работы системы стабилизации рассмотрены на примере наиболее распространенной системы ESP, выпускаемой с 1995 года.

Система стабилизации является превосходной системой активной безопасности и включает в себя антиблокировочную тормозную систему (ABS), систему распределения тормозных усилий (EBD), антипробуксовочную систему (ASR).

Компоненты ESP (рис. 1) составляют основные компоненты ABS. Устройство и принцип работы АБС.

Ключевое различие между ESP и ABS заключается в том, что ESP постоянно контролирует ускорение автомобиля, чтобы удовлетворить желания водителя, выраженные в рулевом колесе, в то время как ABS активируется только при торможении.

устройство электронной системы стабилизации ESP

Рис. 1. Общая схема электронной системы стабилизации коробки передач ESP (на примере Skoda Fabia): 1, 2, 12, 13 — датчики частоты вращения колес; 3 — датчик давления в тормозной системе; 4 — активный усилитель тормозов; 5 — ЭБУ с работой двигателя; 6 — ЭБУ управления коробкой передач (только на моделях с автоматической коробкой передач); 7 — гидроагрегат с блоком управления ABS EDL / TCS / ESP; 8 — контрольная лампа TCS / ESP; 9 — контрольная лампа АБС; 10 — сигнальная лампа двухконтурной тормозной системы и стояночного тормоза; 11 — диагностический разъем; 14 — система динамики автомобиля и поведения водителя; 15 — выключатель стоп-сигнала; 16 — датчик угла поворота рулевого колеса; 17 — кнопочный переключатель систем TCS / ESP; 18 — датчик рыскания; 19 — датчик бокового ускорения

Алгоритм работы системы зависит от режима движения автомобиля. Система стабилизации должна распознавать начало заноса транспортного средства и предотвращать его. Он определяет желаемое направление по углу поворота, а датчики на всех колесах измеряют скорость вращения. На основе этих данных блок управления рассчитывает фактическую траекторию движения, которая более 25 раз в секунду сравнивается с желаемым направлением. При вождении с системой ESP учитываются три степени свободы автомобиля на поверхности дороги (направление продольного и поперечного движения и вращения вокруг вертикальной оси автомобиля). Если блок управления ESP рассчитывает, что ускорение при разгоне достигло критических значений и возникли условия потери устойчивости транспортного средства (занос) и поперечного пробуксовывания колес переднего и / или заднего мостов), система начинает тормозить колеса, которые пробуксовывают.

Входные датчики записывают определенные параметры автомобиля и преобразуют их в электрические сигналы. Система динамической стабилизации с помощью датчиков оценивает действия водителя и параметры движения транспортного средства. Блок управления ESP принимает сигналы от датчиков и формирует управляющие воздействия на исполнительные механизмы управляемых систем активной безопасности. При необходимости блок использует информацию от ЭБУ системы управления двигателем и ЭБУ АКПП).

В то же время датчики угловой скорости измеряют смещение транспортного средства вокруг вертикальной оси и его поперечное ускорение. Если значения различаются, система немедленно реагирует на ситуацию без какого-либо вмешательства водителя, снижая мощность двигателя и восстанавливая устойчивость автомобиля. Если этого недостаточно, ESP дополнительно тормозит каждое колесо. Возникающее в результате вращение колеса препятствует проскальзыванию, и автомобиль остается на безопасном пути.

Оцениваются сигналы от датчика 16 угла поворота рулевого колеса, датчика давления в тормозной системе 3 и от ЭБУ через работу двигателя 5. Помимо скорости автомобиля, в расчеты также входят необходимые характеристики коэффициентов сцепление шин с дорожным покрытием. Эти параметры оцениваются на основе сигналов, полученных от датчиков 1, 2, 12, 13 скорости вращения колес, датчика 19 бокового ускорения, датчика 18 рыскания и датчика тормозного давления 3. Датчик бокового ускорения информирует блок управления о боковом движении автомобиля, в то время как датчик рыскания сигнализирует о тенденции к заносу. Затем вычисляется момент вокруг вертикальной оси, необходимый для приближенного приведения параметров фактического состояния к параметрам требуемого состояния.

Стабилизация движения автомобиля с помощью системы ESP достигается за счет:

  • тормозить некоторые колеса;
  • изменение крутящего момента двигателя;
  • изменение угла поворота передних колес (при наличии активной системы рулевого управления);
  • изменение степени демпфирования амортизаторов (при наличии адаптивной подвески).

Информация от датчиков анализируется блоком управления для расчета направления движения, определяемого рулевым управлением, и для распознавания поведения транспортного средства. Система ESP определяет, какое колесо следует ускорить или затормозить и насколько резко следует изменить крутящий момент двигателя, а также необходимость включения блока управления коробкой передач (на моделях с автоматической коробкой передач).

Цикл управления заканчивается, когда результат положительный, и система управления продолжает отслеживать поведение транспортного средства. Если устойчивость движения не восстанавливается, испытательный цикл повторяется. Активация цикла регулирования сопровождается миганием светового индикатора системы стабилизации.

Гидравлическая блокировка системы ABS используется для системы динамической стабилизации.

Определение наступления аварийной ситуации осуществляется путем сравнения действий водителя и параметров движения транспортного средства. Если действия водителя (желаемые параметры движения) отличаются от реальных параметров движения автомобиля, активируется система ESP.

Система тормозит колеса через гидромодулятор АБС, который создает давление в тормозной системе. Принцип работы алгоритма торможения аналогичен описанному. Одновременно (или раньше) двигатель получает команду уменьшить подачу топлива и, как следствие, уменьшить крутящий момент на колесах.

ESP отдельно выбирает тормозные силы для каждого колеса, так что результирующая тормозная сила противодействует моменту, который имеет тенденцию вращать автомобиль вокруг вертикальной оси и удерживать автомобиль на оптимальной траектории. Если автомобиль плохо поворачивает и сдвигает передние колеса наружу (недостаточная поворачиваемость) (рис. 2, а), ESP тормозит внутреннее заднее колесо. Если автомобиль пытается повернуть круче, чем необходимо, после заноса (избыточной поворачиваемости) сзади (рис. 2, б), ESP исправляет ошибку, притормаживая внешнее переднее колесо. Чтобы предотвратить занос автомобиля с задним приводом, ESP снижает частоту вращения двигателя. Благодаря этому возникает стабилизирующий момент сил, возвращающий машину на безопасную траекторию.

В случае угрозы опрокидывания автомобиль стабилизируется за счет уменьшения поперечного ускорения, что достигается за счет достаточно сильного торможения передних колес и одновременного уменьшения крутящего момента двигателя.

Траектория поворота ESP

Рис. 2. Траектория прохождения поворотов с ESP (сплошная линия) и без ESP (пунктирная линия): а — недостаточная поворачиваемость; б — избыточная поворачиваемость

Изменить крутящий момент двигателя в системе ESP можно:

  • изменение положения дроссельной заслонки;
  • отсутствие впрыска топлива;
  • пропускать импульсы зажигания;
  • изменение угла опережения зажигания;
  • отмена переключения передач в АКПП;
  • перераспределение крутящего момента между осями (при наличии полного привода).

Блок управления ESP также взаимодействует с системой управления двигателем и автоматической коробкой передач (через соответствующие блоки управления). Помимо приема сигналов от этих систем, ЭБУ формирует управляющие воздействия на элементы системы управления двигателем и автоматической коробкой передач.

2. Дополнительные системы курсовой устойчивости автомобиля

В конструкции системы контроля устойчивости могут быть реализованы следующие дополнительные функции (подсистемы): система стабилизации на поворотах, система распределения крутящего момента, система контроля устойчивости прицепа, система предотвращения опрокидывания, предотвращение столкновений, система повышения эффективности тормозов во время движения обогрев, система отвода влаги с тормозными дисками и т д. В этом параграфе обсуждаются наиболее важные и часто используемые системы (остальные в 5.7).

Все эти системы, как правило, не имеют собственных структурных элементов, а являются программным расширением системы ESP.

Контроль торможения на поворотах (CBC). Опасные ситуации при торможении на поворотах могут проявляться в избыточной или недостаточной поворачиваемости и вызывать занос автомобиля. Это связано с тем, что при торможении на повороте скорость рыскания транспортного средства может достигать такого значения, которое вызывает описанные выше явления. Чтобы исправить этот эффект рыскания, функция CBC отслеживает тормозное давление, чтобы создать корректирующий противодействующий крутящий момент. Таким образом CBC улучшает курсовую устойчивость автомобиля при торможении на поворотах.

В случае экстренного торможения на повороте автомобиля без CBC способность передних колес воспринимать поперечные (управляющие) усилия значительно снижается. Автомобиль движется с поворотом передней оси к внешнему краю поворота. На автомобилях с системой CBC в случае недостаточной поворачиваемости система снижает тормозное давление на передние колеса. В результате колеса снова могут воспринимать управляющие силы, и автомобиль сохраняет определенное направление движения.

Для работы CBC не требуются никакие дополнительные блоки или компоненты, в нем используются существующие устройства системы ABS, например. CBC — это просто плагин для системы ABS. Особенностью CBC является то, что он способен обнаруживать опасные ситуации при торможении на поворотах без датчиков вращения или бокового ускорения, только на основании данных об угловой скорости вращения колес. При обнаружении пробуксовки колес, чего еще недостаточно для активации ABS, активируется CBC. Путем дальнейшей обработки этих данных блок управления ABS может распознавать возникновение недостаточной или избыточной поворачиваемости и соответствующим образом регулировать тормозное давление. Как и при нормальной работе ABS, регулирование давления происходит в три этапа: «удержание давления», «сброс давления» и «повышение давления». В результате автомобиль стабилизируется, а управляемость сохраняется. Система тормозит колеса через гидромодулятор АБС, который создает давление в тормозной системе (см. Рис. 14).

Системы распределения крутящего момента. Эти системы делятся на электронную блокировку дифференциала EDS (Elektronische Differenzialsperre) и ATTS (Active Torque Transfer System).

Когда автомобиль поворачивается, на его колеса действуют две основные силы: тяговое усилие, которое ускоряет автомобиль, и поперечное тяговое усилие, которое поворачивает автомобиль. Они связаны с силой трения в зоне контакта. Сила трения, в свою очередь, ограничена ограниченными характеристиками сцепления шины и поверхности.

Учитывайте распределение сил на колесах при повороте автомобиля (рис. 3).

Распределение сил на колеса автомобиля при прохождении поворотов

Рис. 3. Распределение сил на колесах автомобиля при повороте: а — нормальный автомобиль; б — автомобиль с активной системой распределения крутящего момента

При повороте из-за действия центробежной силы внутреннее колесо разгружается, т.е это в худших условиях сцепления. В результате общая сила тяги и поперечной силы, которую может поглотить колесо, также уменьшится, и, следовательно, у него будет меньше возможностей для ускорения и поворота автомобиля. Система ATTS перераспределяет крутящий момент между ведущими колесами, снимая избыточное тяговое усилие с внутреннего колеса и передавая его на более нагруженное внешнее колесо. В результате слегка нагруженная внутренняя шина, лишенная чрезмерного сцепления, имеет больше шансов реализовать необходимую поперечную силу на повороте.

Увеличение крутящего момента на внешнем колесе создает дополнительный крутящий момент, который имеет тенденцию «втягивать» автомобиль в повороты.

Электронная блокировка дифференциала EDS предназначена для предотвращения пробуксовки ведущих колес при трогании с места, ускорения на скользкой дороге, движения по прямой и поворота путем торможения ведущих колес. Система названа по аналогии с соответствующей дифференциальной функцией.

EDS активируется, когда одно из ведущих колес проскальзывает и тормозит вращающееся колесо, тем самым увеличивая крутящий момент на нем. Поскольку ведущие колеса соединены симметричным дифференциалом, крутящий момент на другом колесе также увеличивается (с лучшим сцеплением.

В основе системы EDS лежит антиблокировочная тормозная система. В отличие от ABS, EDS предназначена для самовоздушивания тормозной системы. Для реализации этой функции используется обратный насос и два электромагнитных клапана (на каждое из ведущих колес), входящие в состав гидроагрегата АБС. Это переключающий клапан и клапан высокого давления.

Система управляется соответствующим программным обеспечением в блоке управления ABS. Электронная блокировка дифференциала, как правило, является частью антипробуксовочной системы и работает в диапазоне скоростей от 0 до 80 км / ч.

ЭЦП работает циклически. Системный цикл состоит из трех фаз:

  • повышенное давление;
  • удержание давления;
  • сброс давления.

Пробуксовка колес определяется путем сравнения сигналов датчиков скорости вращения колес. Затем блок управления закрывает переключающий клапан и открывает клапан высокого давления. Для создания давления в контуре тормозного цилиндра ведущего колеса включается возвратный насос. Происходит повышение давления тормозной жидкости в контуре и торможение ведущего колеса.

Система тормозит колеса через гидромодулятор АБС, который создает давление в тормозной системе (см. Рис. 14).

Когда достигается необходимое тормозное усилие для предотвращения заноса, давление поддерживается на том же уровне. Это достигается отключением обратного насоса.

В конце прокрутки давление сбрасывается. В этом случае впускной и переключающий клапаны в цепи тормозного цилиндра ведущего колеса открыты.

При необходимости цикл ЭЦП повторяется. Mercedes ETS (Electronic Traction System) имеет аналогичный принцип работы.

Система активного распределения крутящего момента ATTS также улучшает управляемость и используется в полноприводных автомобилях. Например, рассмотрим системы активного распределения крутящего момента Honda и Mitsubishi.

Электронная система управления (рис. 4) включает датчики угла поворота рулевого колеса, поперечного и углового ускорения, скорости вращения колес, частоты вращения коленчатого вала и давления всасываемого воздуха, передаточного числа.

Схема трансмиссии полноприводного автомобиля

Рис. 4. Схема трансмиссии полноприводного автомобиля Mitsubishi Lancer Evolution VIII: 1 — коробка передач; 2 — двигатель; 3 — муфта блокировки межосевого дифференциала; 4 — дифференциалы БУ; 5 — датчик угла поворота рулевого колеса; 6 — датчик положения дроссельной заслонки; 7 — колесные датчики АБС; 8 — датчики продольного ускорения; 9 — датчики поперечного ускорения; 10 — задний активный дифференциал; 11 — гидронасос с гидроаккумулятором; 12 — лампа стоп-сигнала; 13 — датчик включения стояночного тормоза; 14 — индикатор переключения режимов: асфальт / гравий / снег; 15 — блок управления АБС; 16 — передний дифференциал; 17 — межосевой дифференциал (50:50)

Информация со всех датчиков отправляется в ЭБУ, который рассчитывает оптимальное распределение крутящего момента на колеса.

Кроме того, ЭБУ передает информацию в блок управления с дифференциалом для распределения момента между осями и задними колесами в соответствии с условиями движения. Перераспределяет от 30 до 70% момента на желаемую ось, на одно из задних колес — от 0 до 100%. В нормальных условиях до 70% крутящего момента передается на передние колеса. При более высоких ускорениях до 70% крутящего момента передается на заднюю ось, чтобы улучшить динамику ускорения и в то же время стабилизировать движение. При ускорении в поворотах почти 100% крутящего момента может передаваться на заднее внешнее колесо (рис. 5). Диаметрально противоположная картина возникает при снижении скорости на повороте дороги: крутящий момент будет передаваться на внутреннее колесо.

Траектория автомобиля с электронным рулевым приводом

Рис. 5. Путь движения автомобиля с электронным приводом рулевых колес: 1 — максимальный крутящий момент; 2 — траектория движения автомобиля с электронным приводом рулевых колес; 3 — траектория движения автомобиля без электронного рулевого управления за рулем

Есть отличия в передаче фрикционных дисков ведущих колес. Mitsubishi использует в своих конструкциях электрогидравлический привод, а Honda — электромагнитный.

В дифференциале автомобилей Honda используются электромагнитные многодисковые муфты 4 (рис. 6). Каждое сцепление индивидуально передает крутящий момент на одно из задних колес, правое или левое. Встроенные электромагнитные соленоиды 3 изменяют положение сердечника магнита относительно его корпуса. В зависимости от условий движения блок управления дифференциалом определяет, какой ток приложить к магниту, тем самым сжимая пакеты пластинчатых клапанов и плавно изменяя распределение крутящего момента. Оба сцепления могут работать независимо друг от друга.

Задний привод с электромагнитной муфтой

Рис. 6. Задний привод с электромагнитной муфтой: 1 — гипоидная ведущая шестерня; 2 — планетарная передача; 3 — соленоид; 4 — муфты многодисковые

Модули сцепления объединены с двумя собственными планетарными передачами.

Вместе с дифференциалом работает модуль ускорения с гидравлическим приводом (на рисунке не показан), который включает в себя планетарную передачу и передает крутящий момент на ведущую шестерню 1 гипоидной передачи. Этот модуль позволяет повысить надежность поведения автомобиля в крутых поворотах. В свою очередь, он принудительно «вращает» задние колеса. При прохождении поворота внешний путь заднего колеса смещен наружу от пути переднего колеса. При традиционной схеме трансмиссии внешнее заднее колесо вращается медленнее, чем переднее, что препятствует передаче полной мощности, в результате ухудшается управляемость и возникает риск заноса. Ускоритель решает эту проблему.

При движении по прямой планетарные передачи вращаются синхронно с карданным валом — частота вращения передних и задних колес одинакова. Когда автомобиль входит в поворот, гидравлическая трансмиссия через другой модуль сцепления приводит в движение планетарную передачу модуля ускорения, в то время как заднее колесо на нужной стороне «крутится» на оптимальной скорости.

Блок управления, обнаруживая сигналы, поступающие от датчиков, может определять стиль вождения. Когда автомобиль едет прямо, сцепления разомкнуты и планетарные шестерни системы вращаются без холостого хода, дифференциал равномерно распределяет крутящий момент от двигателя между ведущими колесами.

Если водитель поворачивает автомобиль, удерживая ногу на педали акселератора, реакция электронной системы управления будет отличаться от ситуации, когда автомобиль движется по инерции или тормозит по дуге. Одна из муфт частично или полностью блокируется с помощью исполнительного механизма, и крутящий момент на колесах изменяется, что позволяет перераспределять его до 80% от противоположного колеса.

При резком трогании с места полноприводные автомобили испытывают дефицит крутящего момента на колесах задней оси и избыточный крутящий момент на передней оси. Чтобы этого не произошло, система оснащена датчиком ускорения, который определяет, когда необходимо передать энергию на заднюю ось. В режиме тихой езды на передние колеса передается больший крутящий момент, что способствует более стабильному поведению автомобиля.

Система контроля устойчивости прицепа. Автомобилю с прицепом легче попасть в критическую ситуацию с точки зрения курсовой устойчивости. Даже опытному водителю не всегда легко вернуть контроль над начавшим движение грузовиком.

Боковой ветер, сдавленные гусеницы, быстрый поворот при объезде препятствий или слишком высокая скорость могут привести к раскачиванию прицепа вбок, особенно при движении под уклон. Раскачивание прицепа также передается тягачу (рис. 7).

Схема движения автомобиля с прицепом

Рис. 7. Схема движения автомобиля с прицепом: а — с качелями; б — без колебаний

У буксирующего транспортного средства может возникать рыскание и боковое ускорение в зависимости от величины раскачивания и веса прицепа, что влияет на движение прицепа. Возвратно-поступательные колебания прицепа и тягача могут приобретать такие размеры, что весь тягач полностью потеряет курсовую устойчивость.

Для стабилизации прицепа система ESP дополнена усовершенствованным программным обеспечением, которое снижает риск такой аварийной ситуации. Во-первых, система стабилизирует прицеп, попеременно притормаживая колеса автомобиля. Если этого оказывается недостаточно, система начинает тормозить все колеса транспортного средства для стабилизации ситуации, а также через тормоз при опрокидывании колеса прицепа.

Функция стабилизации автопоезда не требует дополнительных датчиков для своей реализации и является просто программным расширением системы ESP. Он использует для своей работы только узлы и компоненты ESP.

Боковое ускорение и рыскание трактора регистрируются датчиками ESP и передаются в блок управления ABS / ESP. Полученные входные значения (скорость колеса, рыскание, поперечное ускорение, угол поворота, давление на педаль тормоза) сравниваются со стандартной характеристикой, хранящейся в блоке управления.

При превышении определенных предельных значений активируется функция стабилизации автопоезда. Чтобы лучше гасить возникающие вибрации и компенсировать рыскание, передние колеса автомобиля тормозятся попеременно. Таким образом, ESP предотвращает резонанс и увеличение амплитуды вибрации или блокировку оси транспортного средства или прицепа. Если этого недостаточно, все четыре колеса тормозятся за счет давления в тормозных контурах до тех пор, пока прицеп не перестанет раскачиваться.

При корректировке с помощью тормозов загораются стоп-сигналы, чтобы предупредить других участников дорожного движения, следующих за вами. Водителя теперь предупреждает загорающаяся контрольная лампа ESP.

Функция стабилизации прицепа активируется при следующих условиях:

  • ESP активирован и необходимое программное обеспечение разблокировано;
  • автопоезд движется со скоростью выше определенного минимального значения;
  • на некоторых моделях автомобилей блок управления ABS / ESP распознает наличие буксируемого прицепа через вставленную розетку.

ESP получает информацию о наличии прицепа по шине CAN от блока идентификации прицепа. При выполнении этих условий в блоке управления ABS / ESP активируется соответствующая программа стабилизации автопоезда.

3. Датчики системы курсовой устойчивости автомобиля

В дополнение к датчикам, используемым в системе ABS, в интегрированной системе управления динамикой транспортного средства, например, в системе, объединяющей коробку передач, рулевое управление и систему устойчивости подвески, используется датчик угла поворота рулевого колеса, датчик бокового ускорения и датчик скорости рыскания).

Датчик угла поворота рулевого колеса (рис. 8).

Датчик угла поворота рулевого колеса

Рис. 8. Датчик угла поворота рулевого колеса: 1 — предохранительное кольцо с часовой пружиной для подушек безопасности

это один из широко используемых датчиков положения в электронных системах транспортных средств, таких как:

  • система курсовой устойчивости;
  • адаптивный круиз-контроль;
  • система помощи при выходе из полосы движения;
  • электрогидравлический усилитель руля (EGUR);
  • электромеханический усилитель руля (ЭУР);
  • система активного рулевого управления (Active Front Steering, AFS);
  • система адаптивного освещения;
  • активная подвеска.

В отличие от других датчиков, датчик угла поворота рулевого колеса определяет угловое перемещение в широком диапазоне (более 720 ° в каждом направлении или четыре полных оборота рулевого колеса). Датчик устанавливается на рулевой колонке между переключателем и рулем, реже на рулевом механизме. При включении зажигания датчик срабатывает при первом повороте руля на 4,5 °, что соответствует перемещению по окружности руля на 1,5 см.

Датчик угла поворота рулевого колеса используется для определения угла поворота (относительный угол), направления поворота (абсолютный угол) и угловой скорости рулевого колеса. Перечень функций определяется потребностями конкретной системы автомобиля. Таким образом, направление движения, заданное водителем, определяется датчиком угла поворота рулевого колеса.

Подобно этому датчику, используются разные типы устройств, построенные на разных физических принципах измерения: потенциометрические, оптические и магниторезистивные.

Потенциометрический датчик относится к контактным датчикам (рис. 9) и включает в себя два потенциометра, закрепленных на рулевой колонке. Один потенциометр смещен относительно другого на 90 °, что дает возможность определять относительный и абсолютный углы поворота руля (направление вращения). Изменение сопротивления потенциометра пропорционально углу поворота. Из-за низкой надежности, связанной с наличием подвижных контактов, потенциометрические датчики рулевого управления сегодня практически не используются.

Потенциометрический датчик угла поворота рулевого колеса

Рис. 9. Потенциометрический датчик угла поворота рулевого колеса: 1 — опорное напряжение; 2, 3 — натяжение на первом и втором скользящих контактах; 4 — «масса»

Более совершенное сенсорное устройство — это бесконтактный оптический сенсор. Комбинируют кодирующий диск 2 (фиг. 10), источники света (светодиод 6 и световод 1), светочувствительные элементы (линейная камера 5), блок определения полных оборотов (карта с электронной обработкой 4).

Оптический датчик угла поворота рулевого колеса

Рис. 10. Оптический датчик угла поворота руля: 1 — световод; 2 — кодирующий диск; 3 — рулевая колонка; 4 — плата с электронным блоком обработки; 5-строчная камера; 6 — светодиод

Кодирующий диск 2 жестко закреплен на рулевой колонке и имеет два сегментированных кольца, одно внутреннее и одно внешнее. На внутреннем кольце прямоугольные отверстия размещены равномерно по окружности, на внешнем кольце отверстия расположены неравномерно. Конструкция внутреннего кольца позволяет определять угол поворота. Наружное кольцо используется для оценки направления вращения рулевого колеса в данный момент.

Через световод 1 светодиод 6 проецирует свет на кодирующий диск 2.

В зависимости от положения рулевого колеса большее или меньшее количество света попадает в линейную камеру через кодирующий диск.

Линейная камера 5 записывает этот оптический сигнал и преобразует его в электрический. На основе импульсов напряжения ЭБУ вычисляет угол и направление рулевого колеса. Путь прохождения сигнала: светодиод — световод — кодирующий диск — линейная камера — аналоговый сигнал — электронный блок обработки данных.

Магниторезистивный датчик (рис. 11) более универсален, поскольку, помимо относительного и абсолютного угла поворота руля, позволяет определять его угловую скорость. Конструктивно датчик содержит два магниторезистивных элемента 2, закрепленных в корпусе датчика. Магниторезисторы взаимодействуют с двумя движущимися магнитами 7.

Магниторезистивный датчик угла поворота рулевого колеса

Рис. 11. Магниторезистивный датчик угла поворота рулевого колеса: 1 — рулевая колонка; 2 — элементы магниторезистивного датчика; 3 — измерительная шестерня с зубьями m; 4 — электронная плата; 5 — измерительная шестерня с m = 1 зубьями; 6 — ведущая шестерня; 7 — постоянные магниты

Основным элементом датчика является тонкопленочный магниторезистор гигантского магниторезистора (GMR) или анизотропного магниторезистора (AMR). Каждый из магнитов вращается с помощью зубчатой ​​передачи. Ведущие шестерни имеют разное количество зубцов, которые отличаются на один. Замеры основаны на том, что для каждого положения руля существует свое положение магнитов, которые фиксируются магниторезисторами. Исходя из этого, ЭБУ определяет значение угла поворота, его направление и скорость.

Датчик бокового ускорения. Это элемент на плате интегрального датчика. В упрощенном виде конструкцию датчика можно представить в виде подвешенной в центре подвижной массы 4 с прикрепленной к ней упругой пластиной 5 (рис. 12).

Масса способна двигаться в одном направлении в обоих направлениях. Две другие неподвижные пластины конденсатора 3 и 7 окружают пластины, соединенные с подвижной массой. Таким образом, получаются два последовательно соединенных конденсатора К1 и К2. Их емкости C1 и C2 можно измерить и сравнить на электродах.

Датчик бокового ускорения

Рис. 12. Датчик бокового ускорения: а — нет ускорения; б — наличие ускорений; 1 — электрод; 2 — направление движения автомобиля; 3, 7 — обкладки конденсатора постоянной емкости; 4 — подвижная масса; 5 — тарелка пружины; 6 — пластина конденсатора на движущейся массе; К1, К2 — конденсаторы; С1, С2 — емкость конденсаторов

При отсутствии разгона заряд конденсаторов такой же. Как только произойдет поперечное ускорение, масса за счет инерции будет перемещаться относительно неподвижных пластин в направлении, противоположном ускорению. Изменение расстояния между пластинами конденсаторов приводит к изменению их емкостей. В этом примере расстояние между пластинами конденсатора K1 больше, чем между пластинами конденсатора K2, поэтому емкость C1 меньше. Емкость C2 больше, так как расстояние между пластинами конденсатора K2 меньше.

Датчик рыскания (скорость рыскания). Расположен в дополнение к датчику поперечного ускорения на печатной плате (рис. 13). Принцип работы датчика следующий. Колеблющаяся масса 6 подвешена в поле постоянного магнита между южным 2 и северным полюсами 4. Печатные проводники 5 объединены с колеблющейся массой, которая фактически является датчиком. Если приложить переменное напряжение U, движущаяся масса с формованными проводниками начнет колебаться в магнитном поле. Когда происходит угловое ускорение, будет отклонение от прямолинейного колебательного движения, так как будет ускорение от силы Кориолиса.

Датчик рыскания (скорость рыскания)

Рис. 13. Датчик рыскания (угловой скорости): 1 — суппорт; 2 — южный полюс; 3 — направление движения; 4 — северный полюс; 5 — печатные проводники; 6 — качающийся груз; 7 — прямолинейная вибрация под действием переменного напряжения; 8 — угловая скорость; 9 — ускорение в результате действия силы Кориолиса; а — прямолинейное движение; б — движение с угловым ускорением

    Что такое система курсовой устойчивости автомобиля

     07 декабря 2015
     Лада.Онлайн  
     50 353  
      


    Что такое система курсовой устойчивости автомобиля

    Современные автомобили Лада могут иметь до шести различных систем активной безопасности. Такие системы коррекции и помощи при вождении способны с большой долей вероятности предотвратить ДТП. Рассмотрим, какие есть системы курсовой устойчивости на автомобилях Лада и как они работают.

    Автомобили Лада (Приора, Гранта, Калина, Веста, Нива, Ларгус и другие) в зависимости от модели и комплектации могут оснащаться следующими системами электронного контроля устойчивости:

    • антиблокировочная (ABS – Antilock Braking System);
    • распределения тормозных сил (EBD – Electronic Brake Force Distribution);
    • вспомогательного торможения (BA – Brake Assist);
    • контроля устойчивости (ESC – Electronic Stability Control);
    • противобуксовочная (TC – Traction Control);
    • предотвращения скатывания автомобиля при трогании на подъеме (HHC – Hill Hold Control).

    Функция ABS

    Антиблокировочная система предотвращает блокировку колёс транспортного средства при торможении. Основное предназначение системы — обеспечение оптимальной тормозной эффективности (минимального тормозного пути) при сохранении устойчивости и управляемости автомобиля. Однако при торможении на дороге с неровным или рыхлым покрытием (гравий, песок, неукатанный снег) может произойти некоторое увеличение тормозного пути по сравнению с торможением в тех же условиях с заблокированными колёсами.

    Торможение, регулируемое ABS, начинается со скорости более 5–8 км/ч и сопровождается незначительной пульсацией педали тормоза и характерным шумом исполнительных механизмов. ABS прекращает регулирование при снижении скорости автомобиля до 3–5 км/ч. 

    При экстренном торможении максимально быстро и с максимальным усилием нажимайте на педаль тормоза и не отпускайте ее до конца торможения. При изменении направления движения во время торможения также не отпускайте педаль тормоза.

    Предупреждение! Прерывистое торможение (отпускание и повторное нажатие педали тормоза) при исправной ABS увеличивает тормозной путь.

    Индикация состояния ABS осуществляется сигнализатором «ABS». Сигнализатор загорается желтым светом при включении зажигания и после запуска двигателя гаснет (режим самотестирования).

    ВНИМАНИЕ! Во всех других случаях загорание сигнализатора свидетельствует о неисправности ABS, устранение которой необходимо проводить только у дилеров.

    При возникновении неисправности ABS работа гидравлического привода тормозов не нарушается, и сохраняется возможность торможения как на автомобиле без ABS.

    Функция EBD

    Система распределения тормозных усилий — продолжение развития системы ABS. Принципиальное отличие системы от базовой ABS в том, что они помогают водителю управлять автомобилем постоянно, а не только при экстренном торможении.

    EBD обеспечивает оптимальное соотношение тормозных сил передних и задних колес автомобиля при нерегулируемом ABS торможении и при неисправности ABS. Индикация состояния EBD осуществляется сигнализатором «Отказ тормоза». Сигнализатор загорается красным светом при включении зажигания и после запуска двигателя гаснет (режим самотестирования).

    Предупреждение! Одновременное загорание сигнализаторов «ABS» и «Отказ тормоза», за исключением режима самотестирования при включении зажигания, свидетельствует о неисправности ABS и EBD. В этом случае при торможении возможна преждевременная блокировка задних колес и опасный занос автомобиля. Неисправность должна быть устранена у дилеров как можно быстрее.

    Функция BA

    Распознает по высокой скорости нажатия педали тормоза необходимость экстренного торможения и автоматически увеличивает давление в гидравлическом приводе тормозов до уровня, обеспечивающего максимальную эффективность торможения в течение всего времени, пока нажата педаль тормоза.

    Функция ESC и TC

    ESC — электронный контроль устойчивости или динамическая система стабилизации автомобиля — система, позволяющая предотвратить занос посредством управления компьютером момента силы колеса (одновременно одного или нескольких).

    TC — электрогидравлическая система автомобиля, предназначенная для предотвращения потери сцепления колес с дорогой посредством контроля за буксованием ведущих колёс. Оптимизирует пробуксовку колес при трогании и разгоне за счет притормаживания буксующего колеса и, при необходимости, уменьшения крутящего момента двигателя. 

    После пуска двигателя ESC и TC включаются автоматически.

    Для отключения ESC и TC при движении в тяжелых дорожных условиях (грязь, песок, глубокий снег) нажмите и удерживайте в нажатом положении в течение 0,5–1 секунды кнопку выключателя «ESC». Отключение функций действует только при скорости автомобиля менее 50 км/ч. Включение функций производится кратковременным нажатием кнопки выключателя «ESC» или автоматически при достижении скорости 50 км/ч.

    Срабатывание ESC и TC сопровождается характерным шумом исполнительных механизмов. Срабатывание ESC и TC свидетельствует о достижении предела сцепления шин с дорожным покрытием. Во избежание потери управления над автомобилем Вы должны приспособить свой стиль вождения к действительным дорожным условиям.

    Индикация состояния ESC и TC осуществляется сигнализаторами «ESC» и «ESC OFF». Сигнализаторы загораются жёлтым светом при включении зажигания и после запуска двигателя гаснут (режим самотестирования). Срабатывание ESC и TC сопровождается миганием сигнализатора «ESC». При отключённых с помощью выключателя «ESC» функциях сигнализатор «ESC OFF» горит постоянным светом.

    Внимание! Во всех других случаях загорание сигнализатора «ESC» свидетельствует о неисправности ESC и TC, устранение которой необходимо проводить только у дилеров. 

    Внимание! Во избежание ограничения работоспособности ABS, EBD, ESC и TC не устанавливайте на автомобиль шины разной размерности.

    Как работает система курсовой устойчивости автомобиля также показано на видео:

    Функция HHC

    Предотвращает скатывание автомобиля при трогании на подъёме. При остановке на подъёме с уклоном более 4% удерживайте нажатой педаль тормоза с усилием, достаточным для обеспечения неподвижности автомобиля. При последующем отпускании педали тормоза и нажатии педали акселератора функция HHC сохраняет давление в гидравлическом приводе тормозов до момента трогания, но в течение не более 2 секунды, что предотвращает скатывание автомобиля.

    Срабатывание HHC сопровождается характерным шумом исполнительных механизмов. HHC не работает при использовании стояночного тормоза, открыты двери водителя или неисправности ESC.

    Напомним, другие обзоры автомобилей Лада можно найти в этой категории.

    Ключевые слова: безопасность лада гранта | безопасность лада калина | безопасность лада приора | безопасность лада веста | безопасность лада ларгус | безопасность 4х4 | безопасность lada xray | универсальная статья

    Поделиться в социальных сетях:

    Комментарии

    Гости не могут оставлять комментарии в новостях, пожалуйста авторизируйтесь.

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

Система курсовой устойчивости автомобиля

Последнее обновление: 04.03.2022
4 комментария

Содержание:
Что такое система курсовой устойчивости
Как работает система курсовой устойчивости

Система курсовой устойчивости (ее еще называют антизаносной системой или системой динамической стабилизации) предназначена для сохранения устойчивости и управляемости автомобиля за счет заблаговременного определения и устранения критической ситуации.

Что такое система курсовой устойчивости

Другими словами, эта система служит для предотвращения и исправления ошибок водителя в управлении автомобилем, с тем, чтобы сохранять водителю возможность контролировать машину практически в любой дорожной ситуации.

Система курсовой устойчивости позволяет удерживать автомобиль в пределах заданной вами траектории при различных режимах движения.

Например, вы не рассчитали скорость на входе в поворот и вошли в него слишком быстро. Система поможет исправить ошибку, повернет и стабилизирует машину на повороте. В свободном качении, при ускорении, при торможении и на поворотах эта система поможет вести автомобиль по желаемой траектории и в нужном направлении.

Система курсовой устойчивости является системой активной безопасности и включает в себя следующие системы автомобиля:

  • антиблокировочную систему тормозов (ABS),
  • систему распределения тормозных усилий (EBD),
  • электронную блокировку дифференциала (EDS),
  • антипробуксовочную систему (ASR).

В зависимости от производителя системы курсовой устойчивости получили следующие наименования:

  • система ESP (Electronic Stability Programme) на большинстве автомобилей в Европе и Америке;
  • система ESC (Electronic Stability Control) на автомобилях Honda, Kia, Hyundai;
  • система DSC (Dynamic Stability Control) на автомобилях BMW, Jaguar, Rover;
  • система DTSC (Dynamic Stability Traction Control) на автомобилях Volvo;
  • система VSA (Vehicle Stability Assist) на автомобилях Honda, Acura;
  • система VSC (Vehicle Stability Control) на автомобилях Toyota;
  • система VDC (Vehicle Dynamic Control) на автомобилях Infiniti, Nissan, Subaru;
  • система VDIM (Vehicle Dynamics Integrated Management) на автомобилях Toyota.

Принцип действия системы курсовой устойчивости автомобиля на примере самой распространенной системы ESP.

Система ESP представляет собой комплекс, который включает в себя входные датчики, блок управления и гидравлический блок системы ABS/ASR со всеми компонентами.

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.

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 блоком управления системы управления двигателем и блоком управления автоматической коробки передач (если автомобиль оборудован автоматической трансмиссией).

Стабилизация движения автомобиля 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)

В конструкции системы курсовой устойчивости могут быть реализованы следующие дополнительные функции (системы):

  • гидравлический усилитель тормозов;
  • система предотвращения опрокидывания;
  • система предотвращения столкновения;
  • система стабилизации автопоезда;
  • система повышения эффективности тормозов при нагреве;
  • система удаления влаги с тормозных дисков;
  • и др.

Все вышеперечисленные системы, в основном, не имеют своих конструктивных элементов, а являются программным расширением системы ESP.

Как работает система курсовой устойчивости

В общих чертах работу системы можно описать так. Как только какое-то колесо автомобиля начинает проскальзывать, что может привести к сносу или заносу, в то же мгновение система включается и подтормаживает одно из колес, что предотвращает дальнейшее скольжение. Сенсоры позволяют системе выяснить, отклоняется ли машина от курса, заданного водителем.

Происходит это так: при стабилизации автомобиля система анализирует управляющие действия водителя, такие как угол поворота рулевого колеса, положение педалей газа и тормоза, и сопоставляет их с реальным откликом автомобиля на эти действия, в первую очередь со скоростью автомобиля, скоростью изменения и величиной угла разворота автомобиля и величиной боковых ускорений.

Этой информации системе достаточно, чтобы определить начало разворота вокруг вертикальной оси или сноса с желаемой траектории.

Если реальные параметры движения автомобиля будут отличаться от рассчитанных по управляющим действиям водителя (в реальности автомобиль уходит от заданной водителем траектории), то система может вмешаться в процесс управления автомобилем, подтормаживая оба правых или левых колеса автомобиля и изменяя крутящий момент двигателя.

Своим вмешательством система стремится вернуть автомобиль на заданную водителем траекторию.

По сути, система курсовой устойчивости реагирует на критические ситуации, ставя и получая благодаря входным датчикам ответы на два вопроса:

  • куда намерен ехать водитель?
  • куда на самом деле едет автомобиль?

Ответ на первый вопрос система получает от датчиков, определяющих угол поворота рулевого колеса и угловые скорости колес автомобиля. Ответ на второй вопрос дает измерение угла поворота автомобиля вокруг вертикальной оси и величина его поперечного ускорения.

Если датчики выдают разноречивую информацию, т.е. ответы на вопросы не совпадают, то существует вероятность возникновения критической ситуации, при которой необходимо вмешательство системы ESP.

Критическая ситуация на поворотах может проявиться в двух вариантах поведения автомобиля:

1. Недостаточная поворачиваемость автомобиля. Другое название — снос автомобиля, когда скользит передняя ось, и колеса не слушаются руля.

В этом случае система дозировано подтормаживает внутреннее заднее колесо по отношению к повороту, а также воздействует на системы управления работой двигателя и АККП (если автомобиль оборудован автоматической трансмиссией).

В результате добавления тормозной силы к заднему колесу, вектор сил, действующих на автомобиль, поворачивается в сторону поворота, и машина возвращается на заданную траекторию движения, вписываясь в поворот.

2. Избыточная поворачиваемость автомобиля. Другое название — занос, это когда скользит задняя ось, и задок стремится обогнать передок

В этом случае система дозировано подтормаживает переднее внешнее колесо и воздействует на системы управления работой двигателя и АККП (если автомобиль оборудован автоматической трансмиссией).

В результате вектор сил, действующих на автомобиль, поворачивается «наружу» поворота, тем самым предотвращая занос автомобиля и следующее за ним неуправляемое вращение вокруг вертикальной оси.

Еще одной распространенной ситуацией, в которой требуется вмешательство ESP, является объезд неожиданно возникшего на дороге препятствия. В случае если автомобиль не оборудован такой системой, события часто развиваются по следующему сценарию:

  • перед автомобилем неожиданно возникает препятствие;
  • чтобы избежать столкновения с ним, водитель резко поворачивает влево, а затем, чтобы возвратиться на ранее занимаемую полосу – вправо. В результате этих манипуляций возникает занос задних колес, переходящий в неуправляемое вращение автомобиля вокруг вертикальной оси.

Ситуация у автомобиля с системой ESP будет выглядеть несколько иначе. Предположим, что водитель пытается объехать препятствие. Действие ESP будет следующим:

По сигналам датчиков система распознает возникший неустойчивый режим движения автомобиля, производит необходимые вычисления и подтормаживает левое заднее колесо, способствуя тем самым повороту автомобиля.

Пока автомобиль движется по дуге влево, водитель начинает поворачивать рулевое колесо вправо. Чтобы способствовать повороту автомобиля вправо, система подтормаживает правое переднее колесо. Задние колеса при этом вращаются свободно, что препятствует возникновению заноса.

Система курсовой устойчивости может предотвратить возникновение заноса или сноса лучше любого водителя (ее еще называют антизаносной системой), но если при этом грубо не нарушены законы физики, т.е. в разумных пределах.

Законы физики никто не отменял – устойчивость автомобиля определяется сцеплением шин с дорожным покрытием, поэтому если на скользком повороте на большой скорости резко качнуть руль, то никакая система не спасет.

Машину нужно вести аккуратно. Так, как диктует здравый смысл и законы физики движения автомобиля. Для общего представления о движении автомобиля есть смысл ознакомиться с материалом статьи Как автомобиль поворачивает.

Электроника может подправить действия водителя, исправить небольшие ошибки. Но серьезных промахов в управлении, связанных с значительным превышением скорости, ни одна система исправить не сможет. Человеческий фактор всегда остается главным.

Автор: Сергей Довженко
Последняя редакция: 04.03.2022

Если есть желание поделиться прочитанным, ниже кнопки на выбор. Жмем, не стесняемся.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *