Система курсовой устойчивости (ESP) для стабилизации автомобиля

История

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

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.

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:

При недостаточной поворачиваемости система ESP предотвращает увод автомобиля наружу за пределы траектории поворота, подтормаживая заднее внутреннее колесо и изменяя крутящий момент двигателя.

При избыточной поворачиваемости занос автомобиля в повороте предотвращается подтормаживанием переднего наружного колеса и изменением крутящего момента двигателя.

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.

Как завести электронный кошелек: выбор ЭДС

Регистрация электронного кошелька осуществляется в несколько этапов. Первый — выбор оператора электронных денежных средств. Список действующих операторов ЭДС представлен на сайте Банка России.

Оператор ЭДС до заключения договора с клиентом обязан предоставить полную информацию о тарифах, условиях использования и перевода денежных средств.

Условия договора публикуются на сайте банковской организации, экранах платежных терминалов и банкоматов. Стоит учесть, что банк может расценивать определенные действия как согласие на заключение договора. К примеру, первая операция, выполненная с предоплаченной карты.

При нарушении правил использования электронного кошелька банк может приостановить либо полностью прекратить его использование.

Как работает ESP

Траектория автомобиля без ESP

Траектория автомобиля с ESP

Система Electronic Stability Program постоянно анализирует поступающие данные о действиях водителя и сравнивает их с реальным движением автомобиля. Если ESP посчитает, что водитель теряет контроль над машиной, то вмешается в управление.

Корректировка курса автомобиля может достигаться:

• С помощью подтормаживания определенных колес;
• С помощью изменения оборотов двигателя.

Какие колеса тормозить определяет управляющий блок в зависимости от ситуации. Например, при заносе транспортного средства ESP может тормозить наружным передним колесом и при этом менять обороты двигателя. Последнее достигается за счет корректировки подачи топлива. 

Устройство ESP

В состав системы входят устройства, которые до её появления применялись в антиблокировочных системах тормозов, а также ряд новых, работающих только на стабилизацию:

• вся гидравлика системы ABS, включающая быстродействующий насос тормозной жидкости, гидроаккумулятор, систему клапанов;
• электронный блок управления с программой;
• датчики вращения колёс;
• датчик угла поворота руля;
• датчик вращения автомобиля вокруг вертикальной оси;
• датчик ускорения по всем направлениям;
• датчики органов управления, тормозной и акселераторной педали;
• интерфейсные устройства связи с двигателем, усилителем руля и коробкой передач;
• в некоторых дорогих и продвинутых системах могут быть добавлены специальные устройства в трансмиссии, например муфты и управляемые дифференциалы.

Таким образом, инженеры получают в свои руки мощное оборудование, способное серьёзно повлиять на перераспределение векторов тяги и тормозного усилия в любом направлении и под любым углом.

Осталось только разработать алгоритмы управления всей системой и тщательно отработать их миллионами тестовых километров, как и всё, имеющее отношение к безопасности.

Как работает система ESP

Система ESP постоянно в работе, когда заведена машина, в независимости от того, что происходит: разгон, замедление или движение накатом. ESP напрямую связана с антиблокировочной системой ABS, антипробуксовочной системой и блоком управления двигателем, без них она просто не способна функционировать. У системы ESP есть свой электронный блок, он все время считывает сигналы с большого количества различных датчиков и их обрабатывает, причем все время – это до нескольких десятков раз в одну секунду и решение этот блок принимает молниеносно, менее, чем за секунду. Дополнительные данные на блок приходит с датчиков: ABS, рулевого колеса и давления в тормозной системе. А самая нужная, самая необходимая и важная информация приходит только с 2-х специальных датчиков: угловой скорости относительно вертикальной оси и поперечного ускорения (обычно его называют G-сенсор). Эти 2 основных датчика и отслеживают боковое скольжение машины на вертикальной оси, далее оценивают его значимость и посылают сигнал электронному блоку ESP. Система курсовой стабилизации в любое время знает, какая скорость у машины, на сколько градусов повернуто рулевое колесо, какие обороты у мотора, происходит занос или нет, в общем, контролирует машину полностью.

Когда тревожные сигналы приходят с датчиков на блок управления ESP, он сразу сравнивает поведение машины в данный момент со своей программой, и если вдруг данные расходятся, то электронный блок понимает, что это экстремальная ситуация и начинает ее исправлять. Чтобы вернуть машину на правильную траекторию ESP начинает притормаживать одно или два, три, четыре колеса, какое именно колесо или колеса необходимо притормозить система определяет самостоятельно, в зависимости от сложившейся ситуации. Само притормаживание колеса происходит при помощи гидромодулятора ABS, который нагнетает давление в тормозной системе. Так же система может понизить крутящий момент путем подачи меньшего количества топлива, используя блок управления двигателем. Рассмотрим ситуацию, допустим Вы проходите поворот на огромной скорости и, в следствии, скользкого дорожного покрытия машину начинает заносить, что же начинает происходить в этот момент? В этот момент на блок управления двигателем подается команда, что надо уменьшить подачу топлива, для снижения крутящего момента, сказано-сделано, крутящий момент уменьшили, но бывает, что и этого не хватает для стабилизации машины, тут то и происходит подтормаживание колес при помощи ABS. Принцип работы системы ESP, как видите достаточно простой и понятный. Так же, если на автомобиле установлена автоматическая трансмиссия с электронным управлением, то система ESP может переключать передачу вниз или даже включать, так называемый “зимний” режим, если конечно он есть у коробки. На картинке ниже показано, как поведет себя автомобиль на скользком покрытии с системой ESP и без нее во время внезапного объезда какого-либо препятствия на дороге в повороте. В данной ситуации препятствие стали дорожные работы и Вы можете сказать, что такое редко бывает, может это и так, но есть и другие похожие ситуации, например, выбежит лось на дорогу или резко выедет машина, поэтому готовым нужно быть ко всему.

ESP система и шины

Шины от известных производителей, которые относятся к определенной группе автомобилей, характеризуются определенными тяговыми свойствами. Чтобы выяснить, какие большие различия возникают при использовании неправильно выбранных шин, достаточно поменять выделенные, предварительно собранные модели премиум-класса на дешевые копии. И сразу почуствуете негативное влияние на:

• адгезия при ускорении,
• длина тормозного пути,
• скорость в поворотах,
• скорость во время уклончивого маневра.

Замена шин на лучшие, чем предполагает производитель, не приведет к потере производительности, в отличие от замены шин на худшие. Это может привести к недочетам в работе электронных систем, которые могут начать реагировать слишком поздно. Кроме того, система ESP в автомобилях, оснащенных плохо подобранными шинами, может перестать функционировать должным образом – и здесь даже секунды не имеют значения. Система стабилизации будет работать правильно только в определенных технических условиях, в противном случае тяга автомобиля может быть нарушена. Если же мы выберем более дешевый комплект колес, то стоит сделать ставку на ведущих, проверенных другими производителей. Следует помнить, что то, как хорошо мы справляемся со слабыми шинами в хорошую погоду, не означает, что наши навыки передвижения также будут работать в худших, меняющихся условиях и в непредвиденных ситуациях.      

Лучшее решение – выбор шин от надежных производителей.  

Устройство ESP

Немного истории…

Антиблокировочная система тормозов стала толчком для развития активной системы безопасности автомобилей. Как вы понимаете, речь об ABS, которая во время торможения не позволяла блокировать тормоза и следила за тем, чтобы машина не пошла «юзом». Это позволяло и позволяет автомобилистам более эффективно тормозить, не теряя контроль над управлением автомобилем. Но время шло, прогресс не стоял на месте и инженеры, взвесив все полюсы и минусы «АБС», пришли к выводу о том, что одной лишь разблокировки тормозов мало, для того чтобы не допустить занос или потерю контроля над управлением автомобилем. После всех исследований и наработок, ученые совместно с инженерами решили расширить функционал ABS, добавив ей еще одно умение — контроль за тягой и способность притормаживать необходимые для стабилизации движения колеса, благодаря чему автомобиль движется исключительно по заданной траектории.

Основная работа по воплощению в жизнь идеи о создании более эффективной системы чем ABS началась в конце в начале 1990-х, причем одновременно в нескольких частях Земли. В Европе за это взялась BMW и Mercedes-Benz, а в Азии — Mitsubishi. Наиболее успешным стал проект немцев, Mercedes-Benz в сотрудничестве с другой известной компанией (Bosch) в 1992 году уже могли похвастаться первым образцом будущей системы курсовой устойчивости. К тому времени система уже активно проходила испытания на самых разных марках автомобилей. Правда спешки относительно запуска системы в серию не было, немцы с присущей им скрупулезностью и педантичностью проверяли «каждый винтик» для того чтобы система оправдала себя во время эксплуатации. Однако, это, к сожалению, не могло гарантировать 100% гарантии того, что машина не уйдет в занос во время прохождения крутого поворота. Только в 1995 году практически доведенная до совершенства ESP, в подтверждение этого руководство компания разрешила установку системы курсовой устойчивости на несколько серийных автомобилей.

Первым автомобилем, который удостоился чести стать первым в мере автомобилем с ESP стал городской компакт — хетчбэк Mercedes A-Class. Многие удивятся, почему именно этот убогий на первый взгляд автомобиль был выбран? А ответ довольно не простой, я бы даже сказал — хитрый, дело в том, что этот хетчбэк компактных размеров провалил все надежды и практически был «одним колесом на свалке» из-за обнаруженной в нем склонности к перекидыванию во время прохождении поворотов. Учитывая этот факт, а также с целью спасения ситуации и доброго имени бренда Mercedes-Benz, инженеры делают неожиданный ход, вместо того чтобы снять «машинку» с конвейера, они устанавливают на нее новоиспеченную систему курсовой устойчивости. Такое рисковое решение позволило развязать сразу несколько проблем. Компания сберегла свою репутацию и не понесла убытки, которые были бы в случае снятия хетчбэка с конвейера, решала проблему переворачиваемости, Mercedes-Benz наконец-то испытала систему ESP на собственном серийном авто и вместе с тем завоевала право называться первой в мире компанией создавшей первый в мире автомобиль с активной системой безопасности курсовой устойчивости автомобиля ESP. Кроме всего прочего, Мерседес получила всемирное признание, а его автомобили стали ассоциироваться с безопасностью, надежностью и современными технологиями.

Как работает ESP

Полезная информация:

• Как снизить расход бензина на автомобиле
• Что такое вариатор и принцип его работы
• Что такое иммобилайзер
• Кастом авто: что это такое?
• Круиз-контроль — что это такое? Плюсы и минусы.
• Что такое клиренс автомобиля?

Точная работа системы стабилизации движения осуществляется за счет двух датчиков:

• датчик поперечного ускорения (он же G-сенсор);
• датчик измерения угловой скорости от вертикальной оси.

Благодаря работе этих элементов измеряется боковое скольжение, его степень и опасность. Полученные сигналы принимает блок-контроллер и анализирует, соответствуют ли они заданным в программе изначально.

Датчики ESP сообщают системе всю необходимую информацию:

• скорость автомобиля;
• боковое скольжение;
• количество оборотов двигателя в режиме реального времени;
• угол поворота руля;
• прочие характеристики движения.

Как только полученные данные расходятся с программными, блок-контроллер вмешивается в работу автомобиля, чтобы не допустить аварийную ситуацию.

Как контроллер действует:

1. Выбирает, на каком колесе или группе колес запустить частичную систему торможения.
2. Запускает саму систему, в зависимости от ситуации, с помощью гидромодулятора ABS.
3. Подает сигнал к блоку управления двигателем.
4. Сокращается подача топлива.
5. Уменьшается крутящий момент колес.

Таким образом, система работает комплексно, воздействуя на все возможные рычаги управления автомобилем, чтобы выровнять ситуацию на дороге. Невзирая на то, разгоняется автомобиль, тормозит или плавно движется по дороге, система ESP работает. При этом, в зависимости от привода автомобиля, ситуации на дороге и состояния транспортного средства, реакция может быть разной. Так, к примеру, когда датчик углового ускорения фиксирует занос задней оси, блок-котроллер в первую очередь уменьшает подачу топлива через блок управления двигателем. Потом, если ничего не происходит, запускается система ABS, притормаживая одно из передних колес, и т. д.

Обратите внимание: Как преодолеть страх вождения автомобиля

Схема функционирования разработки esp

Работает на стабилизацию такая система по следующему принципу:

1. Происходит постоянная обработка поступающих с датчиков сигналов: деталь специального контроллера будет сравнивать как ведет себя автомобиль с тем, что прописано в программе.
2. Когда машина ведет себя, отличаясь от расчетных показателей, поступит сигнал об опасности ситуации и контроллер начнет исправлять это.
3. С этого момента будет принято решение о выборочном подтормаживании колес (сама технология и определит, какое нужно будет немного приостановить).
4. Гидромудолятор АБС создает необходимые показатели давления уже в самой системе тормозов.
5. Вместе с этим непосредственно на блок, отвечающий за двигатель, придет сигнал по топливному сокращению, а для колес уменьшится крутящийся момент.

Таким образом, получается, что призванная курсовой автомобильной устойчивости система будет задействовать многие из механизмов антиблокировочной. Оно понятно: она является её расширением.

Однако это неточная копия: чтобы достичь курсовой устойчивости, необходимы еще и следующие составляющие:

• акселерометр;
• датчики.

Первые будет определять сиюминутное направление траектории машины, а датчики отвечают за положение у рулевого колеса транспорта. Собственно, при расхождении все и включится. Эти устройства зафиксируют даже малейшее боковое скольжение и дадут соответствующие распоряжения для сохранения курсовой автомобильной устойчивости. Получается, что такая система, предназначенная для стабилизации динамической деятельности автомобиля, работает, в любой момент обладая информацией о скорости машины, угле поворота руля, возможностях чрезвычайных ситуаций.

Схема блока управления у системы, предназначенной для курсовой автомобильной устойчивости. Итак, система, разработанная для стабилизации, структурно выглядит таким образом:

• электронный блок-контроллер;
• датчик скорости, с которой вращаются колеса;
• датчики, определяющие положение рулевого колеса;
• датчик, измеряющий давление в тормозной системе.

Как работает ESP

О чем важно знать

Первопроходцем в плане автомобильных систем безопасности считается ABS. С ее помощью достигается максимальная эффективность торможения, не позволяя колесам заблокироваться.

Чуть позже автопроизводители начали внедрять системы, которые автоматически контролируют тягу и обеспечивают стабилизацию транспортного средства. Если говорить про Россию и Таможенный союз, то с января 2016 года на территории стран ТС, включая РФ, не разрешается сертифицировать для продажи транспортные средства, в которых с завода в базовой комплектации не предусмотрено наличие антиблокировочной системы. Той самой ABS. И это абсолютно верное решение.

Что касается противобуксовочной системы, то она носит различные названия, в зависимости от конкретного автомобиля. Чаще всего можно встретить значения ASR и TCS. Но возможны и другие варианты.

Суть у антибукса одна. Она заключается в том, чтобы не позволить машине активно буксовать. Хотя параллельно иногда пробуксовка становится необходимостью.

Допустим, вы попали в глубокий снег или песок. Чтобы выбраться из этой ловушки, требуется активное вращение колес.

Антипробуксовочная система ASR

Эта система выполняет в автомобиле функцию противодействия пробуксовке колес. Может носить разные названия в зависимости от марки автомобиля (TRC, BAS). Проскальзывание может быть вызвано различными причинами:

• езда по грязной дороге;
• движение по дороге, скользкой от дождя;
• использование транспортного средства в условиях гололедицы;
• маневрирование, увеличившее нагрузку на колеса;
• другое.

ASR отслеживает факт несоответствия скорости, с которой вращаются колеса, и скорости, с которой передвигается автомобиль. При быстром вращении колес может происходить очень медленное перемещение машины. Она может и вовсе стоять на одном месте. Благодаря антипробуксовочной системе происходит замедление вращения колес и блокировка дифференциала.

Система от пробуксовки спасает и в том случае, когда машину заносит при очень быстрой езде. Во избежание пробуксовки колес в результате срабатывания ASR понижаются обороты двигателя.

Отношение водителей к ESP

Кнопка выключения ESP

Оно не всегда однозначное. Многие опытные водители недовольны тем, что в некоторых ситуациях вопреки желанию человека за рулем нажатие на педаль газа не срабатывает. ESP не может оценивать квалификацию водителя или его желание «погонять», ее прерогатива обеспечивать безопасное движение автомобиля в определенных ситуациях.

Для таких водителей производители обычно предусматривают возможность отключения системы ESP, более того при некоторых условиях они даже рекомендуют ее отключать (например, на сыпучем грунте).

В остальных случаях данная система реально нужна. И не только начинающим водителям. Зимой без нее особенно нелегко. А учитывая то, что благодаря распространению данной системы аварийность снизилась примерно на 30%, ее «нужность» не вызывает сомнений. Однако нельзя забывать, что как бы не эффективна была такая помощь, 100% защиты она не обеспечит.

Как устроена система?

Указанная аббревиатура расшифровывается как Electronic Stability Program, что в переводе на русский язык означает «электронная система стабилизации». Следует отметить, что для бюджетных автомобилей данная функция недоступна, а в машины средней ценовой категории устанавливается опционально. Только дорогие авто оснащаются ESP в базовой комплектации, позже вы поймете почему.

Главный элемент схемы – отдельный электронный блок управления (он же – контроллер, ЭБУ), взаимодействующий со следующими датчиками:

• измеритель вращения передних колес;
• то же, для задних колес;
• определитель положения рулевого колеса;
• датчик динамических боковых нагрузок (другое распространенное название – G-сенсор, измеритель углового ускорения).

Кому доводилось разбираться в принципе действия антиблокировочной системы (ABS), наверняка увидит в приведенном списке знакомые детали – измерители вращения колес, передающие информацию контроллеру ABS.

Электронный блок ESP также управляет клапанами гидроцилиндров передних и задних тормозов плюс соединяется с основными «мозгами» автомобиля, ведающими подачей топлива в цилиндры двигателя. В автомобиле с подобным набором электроники отдельный контроллер противоблокировочной системе попросту не нужен, поскольку ABS входит в состав ESP и получает команды от главного ЭБУ.

Для поддержания курсовой устойчивости легковой машины ESP должна взаимодействовать с другими электронными «помощниками» водителя:

• система, предотвращающая пробуксовку ведущих колес (ASR);
• устройства автоматической блокировки свободного дифференциала (EDS);
• система, распределяющая тормозные усилия в зависимости от условий движения (EBD).

Нетрудно догадаться, что в бюджетных авто вышеуказанная электронная «начинка» отсутствует, а в машины средней ценовой категории производители ставят антиблокировку колес и парочку других систем (зависит от марки и комплектации транспортного средства). Вот почему ESP доступна далеко не для каждого нового автомобиля.

Устройство ESP и ESC

Система динамической стабилизации охватывает возможности более простых систем, таких как ABS, TCS, EBD, и EDS. Чтоб лучше разобраться нужно воспользоваться электрической схемой.

Если рассматривать по отдельности, то ABS (антиблокировочная тормозная система) предназначена для предотвращения блокировки тормозной системы. Благодаря ей даже у самого неопытного водителя останется возможность управлять машиной. Даже если водитель начал экстренное торможение, если к примеру неожиданно появилось препятствие на дороге, в таком случае, водитель инстинктивно нажмёт на педаль тормоза, машина при этом не уйдет в занос. Если в автомобиле не предусмотрена система ABS следует практиковать прерывистое торможение.

Схема ESP и ESC

ABS контролирует вращение всех колес, сохраняя требуемое сцепление с дорожным покрытием или асфальтом, когда это требуется.

TCS (система контроля тяги) — предназначена для предотвращения пробуксовки колес машины. TCS работает следующим образом: электронные датчики, контролируют и регистрируют положение колес. Также, контролю подвергается угловая скорость и проскальзывание колес, вернее их степень. Если зафиксирована потеря сцепления с асфальтом или другим дорожным покрытием, или обнаружена пробуксовка, TCS максимально быстро устраняет этот факт.

EBD (электронная система распределения тормозных усилий) — распределяет тормозные усилия в момент торможения. EBD отличается от ABS тем, что способна помогать водителю в постоянном управление автомобилем, не только в моменте резкого, экстренного торможения.

Основными задачами EBD являются: снизить риски и вероятности заноса при непредвиденном торможении, сохранить курсовую устойчивость используя боковые силы, и определить степень проскальзывания колес машины.

EDS (электронная блокировка дифференциала) — предназначена для блокировки дифференциалов при участии электронных датчиков и предотвращает пробуксовку колёс автомобиля. EDS работает в скоростном диапазоне до 80 км/ч. В случае если EDS зафиксировала проскальзывание одного из колес, то происходит притормаживание скользящего колеса. На подтормаживающем колесе увеличивается крутящий момент. Из-за того, что колеса соединены дифференциалом, крутящий момент передаётся на соседнее.

Так можно наверное догадаться EDS построена на базе ABS. Отличие в том, что в EDS есть возможность создания давления в тормозной системе. Создаётся давление самостоятельно.

В систему ESP и ESC также входят следующие компоненты:

• чувствительные сенсоры;
• блок управления;
• гидроблок.

Из чего состоит?