Основное назначение систем курсовой устойчивости (систем динамической стабилизации) — сохранение устойчивости и управляемости автотранспортного средства путем своевременного выявления и устранения критических ситуаций на дороге. Начиная с 2011 года все новые легковые автомобили в США, Канаде и странах Европейского союза обязательно включают в себя систему курсовой устойчивости.
Результатом работы системы является то, что автомобиль сохраняет заданную водителем траекторию во всех режимах движения, будь то разгон, торможение, движение по прямой, поворот или свободное качение.
Системы курсовой устойчивости разных производителей носят различные названия:
- ESP (Electronic Stability Programme) – устанавливаются на подавляющем большинстве машин Европы и Америки;
- ESC (Electronic Stability Control) – установлены на автомобилях марки Honda, Kia, Hyundai;
- DSC (Dynamic Stability Control) — на BMW, Jaguar, Rover;
- DTSC (Dynamic Stability Traction Control) — на Volvo;
- VSA (Vehicle Stability Assist) — на Honda, Acura;
- VSC (Vehicle Stability Control) — на Toyota;
- VDC (Vehicle Dynamic Control) — на Infiniti, Nissan, Subaru.
Самой распространенной системой курсовой устойчивости считается система EPS, устройство и принцип действия которой мы и рассмотрим далее.
Рис. Электронная система стабилизации управления автомобилем:
1 – электрогидравлический блок с контроллером; 2 – датчики частоты вращения колес; 3 – датчик угла поворота рулевого колеса; 4 – датчик линейных и угловых ускорений; 5 – электронный блок управления двигателем
Устройство системы курсовой устойчивости
Система курсовой устойчивости представляет собой систему активной безопасности высокого уровня и в нее входят:
- тормозная антиблокировочная система (ABS)
- система распределения тормозных усилий (EBD)
- электронная блокировка дифференциала (EDS)
- антипробуксовочная система (ASR)
Также система включает в себя датчики, блок управления и гидравлический блок (который является исполнительным устройством).
Схема системы курсовой устойчивости ESP
Параметры автомобиля поступают на датчики системы и трансформируются ими в электрические сигналы. Далее, на основании информации зафиксированной датчиками, система динамической стабилизации дает оценку действиям водителя и параметрам движения автомобиля.
Для оценки сложившейся ситуации на дороге, система использует информацию следующих датчиков:
- угла поворота рулевого колеса
- давления в тормозной системе
- частоты вращения колес
- продольного и поперечного ускорения
- угловой скорости автомобиля
- и др.
Поступившая информация анализируется блоком управления системы ESP, который в последующем подает команды подконтрольным системе активной безопасности исполнительным устройствам:
- впускным и выпускные клапанам системы ABS;
- переключающим и клапанам высокого давления системы ASR;
- контрольным лампам систем ESP и ABS, тормозной системы.
Также блок управления ESP находится во взаимодействии с системой управления двигателем и автоматической коробки передач и при необходимости корректирует их работу.
Принцип работы системы курсовой устойчивости
В результате сопоставления действий водителя и параметров движения транспортного средства, система определяет наступление аварийной ситуации. При отличии фактических параметров движения от нормативных, система ESP считает ситуацию вышедшей из-под контроля и вносит свои коррективы в работу автомобиля.
Система курсовой устойчивости может стабилизировать движение автомобиля следующими способами:
- подтормаживанием одного или нескольких колес;
- изменением крутящего момента двигателя;
- изменением угла поворота передних колес (если в автомобиле имеется система активного рулевого
- управления);
- изменением степени демпфирования амортизаторов (если установлена адаптивная подвеска)
В случае недостаточной поворачиваемости, система ESP препятствует уводу автомобиля наружу за пределы траектории поворота путем подтормаживания заднего внутреннего колеса и изменения крутящего момента двигателя.
В случае избыточной поворачиваемости, система предотвращает занос автомобиля в повороте путем подтормаживания переднего наружного колеса и изменения крутящего момента двигателя.
Для подтормаживания колес в работу включаются соответствующие системы активной безопасности.
Изменение крутящего момента двигателя система ESP осуществляет одним из следующих способов:
- путем изменения положения дроссельной заслонки;
- пропуском впрыска топлива;
- пропуском импульсов зажигания;
- изменением угла опережения зажигания;
- отменой переключения передачи в АКПП;
- перераспределением крутящего момента между осями (если используется полный привод).
Такая система, которая объединяет в себе систему курсовой устойчивости, рулевое управление и подвеску называется интегрированной системой управления динамикой автомобиля.
Дополнительные функции системы курсовой устойчивости
С помощью системы курсовой устойчивости могут быть реализованы такие дополнительные функции как:
- гидравлическое усиление тормозов
- предотвращение опрокидывания
- предотвращение столкновения
- стабилизация автопоезда
- повышение эффективности тормозов при нагреве
- удаление влаги с тормозных дисков
- и др.
Как правило указанные системы не имеют собственных конструктивных элементов и в работу ESP включаются программно.
ROP (Roll Over Prevention) — система предотвращения опрокидывания, которая выполняет свою функцию путем подтормаживания передних колес и снижения крутящего момента двигателя. Дополнительное давление в тормозной системе создает активный усилитель тормозов.
Система предотвращения столкновения (Braking Guard). Для ее работы обязательным является наличие в автомобиле адаптивного круиз-контроля. Предотвращение столкновения достигается визуальными и звуковыми сигналами, а в критических ситуациях — повышением давления в тормозной системе с помощью автоматического включения насоса обратной подачи.
Систему стабилизации автопоезда можно реализовать в автомобиле, оборудованном тягово-сцепным устройством. Рыскание прицепа прекращается путем торможения колес или снижения крутящего момента.
FBS (Fading Brake Support или Over Boost). Задачей системы повышения эффективности тормозов при нагреве является противодействие недостаточному сцеплению тормозных колодок с нагретыми тормозными дисками, что достигается дополнительным увеличением давления в тормозном приводе.
Система удаления влаги с тормозных дисков активируется при 50 и более км/ч, и включенных стеклоочистителях. Испарение влаги достигается кратковременным повышением давления в контуре передних колес, благодаря чему тормозные колодки соприкасаются с дисками.
В прошлом году компания Bosсh праздновала 15-летие ESP (Electronic Stability Program). Систему динамической стабилизации (ещё её называют противозаносной системой) впервые серийно стали устанавливать на Mercedes S600 в 1995-м. 15 лет – немалый срок. Система становится всё популярнее, особенно в развитых странах, а Европе с этого года она и вовсе станет обязательной для всех новых легковушек и грузовиков. Но у нас машины с системой стабилизации покупают с большой неохотой. В 2009 году таких (естественно, новых) автомобилей было куплено всего 19%. Многие просто не представляют или не осознают её необходимость. А ведь сейчас автомобильные эксперты всего мира по эффективности это изобретение ставят на одну ступень с ремнями безопасности. И с этим трудно не согласиться.
Боковые скольжения – вещь опасная и, как правило, неожиданная. Не каждый опытный водитель сможет распознать их начало и вовремя погасить, нужны навыки, которых у многих попросту нет. ESP не панацея, но спасает от многих бед. Она помогает водителю в критических ситуациях – не допускает боковые скольжения, предотвращает срыв в занос и вращение автомобиля вокруг вертикальной оси. То есть, контролируя поперечную динамику, предупреждает потерю управляемости, держит автомобиль на траектории, близкой к заданной, и стабилизирует его.
Современные ESP тесно связаны с антиблокировочной (ABS – Anti-lock brake system) и антипробуксовочной (TCS – Traction control system) системами. Кстати, по сути своей это даже не системы, а функции, которые реализуются единой системой, в которую входят электронный блок управления, датчики частоты вращения колёс, датчик угла поворота рулевого колеса, датчики ускорения и угловой скорости, а также собственно рабочая тормозная система.
Активизируются функции ровно в тех случаях, когда это необходимо: ESP – контролирует поперечную динамику автомобиля во время движения, ABS – работает при торможении, антипробуксовочная система – во время разгона заведует тягой ведущих колёс. Алгоритмы действия различны для разных условий и режимов, они могут быть скомбинированы, но смысл работы «трио» сводится к одному – сохранению курсовой устойчивости и управляемости во время движения.
Как работает система динамической стабилизации. Сигналы датчиков обрабатываются блоком управления с частотой 25 раз в секунду, таким образом, электронный «мозг» всегда в курсе направления движения, скорости и всех ускорений, действующих на автомобиль. Компьютер постоянно следит за тем, чтобы задаваемое водителем направление соответствовало фактическому направлению движения. Если задаваемое водителем направление не соответствует направлению движения, значит, началось скольжение в поперечном направлении, ESP распознает критическую ситуацию и немедленно – в течение 20 мс отреагирует на нее.
Автомобиль «заталкивается» на заданную водителем траекторию благодаря выборочному подтормаживанию одного или нескольких колёс. Система, импульсно замедляя колёса, создаёт необходимую в данный момент противодействующую направлению скольжения силу и момент относительно вертикальной оси вращения автомобиля. Вот и вся хитрость. Таким образом, в пределах законов физики автомобиль в критической ситуации надежно удерживается на заданной траектории. Вдобавок к этому электроника автоматически снижает скорость движения и частично уменьшает подачу топлива. И это логично: ниже скорость – выше эффективность маневрирования.
А что будет, если скорость в вираже будет слишком высокой, а сила сцепления с покрытием слишком маленькой? Например, на льду или мокром асфальте? Увы, чуда не произойдёт. Законы физики отменить невозможно. Автомобиль потеряет управляемость и отправится в скольжение, но ESP (насколько это позволяют сцепные свойства покрытия и скорость) всё равно будет стараться его вернуть на траекторию, которая в данных условиях наиболее близка к траектории, задаваемой водителем.
Заноса (а тем более серии заносов) и вращения автомобиля вокруг вертикальной оси электроника не допустит. ESP будет контролировать ситуацию и ориентировать корпус по курсу до последнего. Автомобиль в процессе движения может частично или полностью потерять управляемость. Вероятнее всего, в реальных условиях он столкнётся с каким-либо препятствием, но столкновение будет фронтальным или кософронтальным. И это здесь самое важное! Поскольку далее в работу вступят другие защитные средства – зона программируемой деформации в передней части кузова, которая наиболее эффективно гасит энергию удара, ремни безопасности, преднатяжители, подушки… Все автомобили спроектированы таким образом, что наибольшую безопасность седоков они обеспечивают именно при фронтальных ударах.
Вы скажете, а зачем переплачивать за систему динамической стабилизации, если скольжения можно погасить самостоятельно? На себя положиться можно и нужно! Но здесь важно действовать немедленно и чётко. А для этого необходим соответствующий опыт. Но даже опытный водитель не всегда готов к действию – отвлёкся, устал, расслаблен больше обычного, оторвал руку от руля, меняет позу в кресле… Да и форму постоянно на пике поддерживать невозможно. Момент, когда нужно начинать активно работать рулём, проворонить проще простого. А дальше всё как снежный ком.
Но даже если у вас есть хороший опыт экстремального управления, максимум, чем вы можете влиять на ситуацию, – поворотами управляемых колёс! И всё. Система стабилизации – это дополнительный инструмент. Бесценный инструмент! Он включается именно тогда, когда вы начинаете резко маневрировать (помните скольжение и несоответствие выбранного и фактического направлений?). Средства у этого инструмента другие, повторюсь, – создание компенсирующих скольжения сил выборочными импульсными подтормаживаниями соответствующих колёс.
С системой стабилизации лучше, чем без. Она упрощает управление автомобилем, уменьшает требования к квалификации водителя и в любом случае обеспечивает больший «запас безопасности». Даже опытным водителям полностью уповать на себя не стоит, вспомните профессиональных гонщиков! Техника пилотирования вещь сложная, и несмотря на опыт и регалии, спортсмены за свою карьеру разбивают по нескольку автомобилей. Наша же задача – между конечными точками передвигаться наиболее безопасно.
Возникло препятствие? Просто объезжайте его, задавайте направление рулём, корректируйте траекторию, система стабилизации сносов и дальнейшей «раскачки» не допустит. Нужно объехать препятствие и одновременно экстренно замедлиться? Долбите, что есть силы, по тормозу и объезжайте – ABS подстрахует. Она не даст колёсам заблокироваться, позволит маневрировать и также не допустит заноса и последующего разворота во время торможения. У водителя нет возможности самостоятельно просчитывать 25 раз в секунду все параметры движения, нет возможности импульсно и точно дозировать усилия на каждое колесо. А ведь сила трения в пятнах контакта может меняться очень сильно, каждое из колёс может катиться по разнородным сменяющим друг друга покрытиям с разным сцеплением – лёд, асфальт, песок. А ещё при маневрировании существенно меняется развесовка по осям и бортам… Электроника выборочно притормаживает колёса наиболее эффективно с учётом всех этих условий, она сделает всё, чтобы «поставить» автомобиль на близкую к заданной вами траекторию и стабилизировать его во время и после манёвра.
Это не означает, что не нужно тренироваться и повышать квалификацию. Нюансов куча. Само собой, в выигрыше – более опытные водители, которые понимают физику происходящего. Повторюсь, ESP не панацея, она работает в пределах сцепных свойств, нивелирует небольшие ошибки, но наиболее эффективна, лишь когда водитель знает, как действовать в экстремальной ситуации. Она позволяет отодвинуть «точку невозврата», и порой весьма далеко. Была бы голова на плечах.
Сегодня система динамической стабилизации доступна практически на всех автомобилях, грузовики и автобусы не исключение. Многие модели премиум-брендов оснащаются системами уже в начальных исполнениях. Но в большинстве своём производители ведут себя весьма бессовестно. На относительно дешёвых автомобилях и автомобилях среднего уровня, где конструктивно предусмотрена ESP, систему практически нельзя заказать в качестве отдельной опции (тоже самое касается ABS и дополнительных подушек). Её, как правило, продают в пакете с другим оборудованием. И это самое гадкое. Допустим, сама по себе ESP стоит 20 тысяч рублей, но в итоге её вам навязывают в пакете с какими-нибудь стеклоподъемниками, складывающимися зеркалами, более продвинутой «музыкой» или ещё какой-нибудь ерундой. В итоге вы вынуждены отдать гораздо большую сумму. Многие, по понятным причинам отказываясь переплачивать, лишаются и «погремушек», и спасающей жизни системы стабилизации… Как-то неправильно.
А что говорит статистика? По данным исследований институтов безопасности стран Евросоюза, Японии и США, а также результатам исследований, проведённых различными автомобильными компаниями, порядка 40% всех ДТП со смертельным исходом происходят в результате заноса. При этом система динамической стабилизации может предотвратить до 80% всех аварий, происходящих из-за заноса. Макроэкономический анализ, проведенный Кёльнским университетом в 2007 году, показал, что в одной только Европе за год можно было бы спасти 4000 жизней, а 100 000 человек смогли бы избежать травм при наличии ESP в каждом автомобиле.
В марте 2009 года Европейский парламент принял постановление об обязательной установке ESP на все новые автомобили. В соответствии с этим постановлением с ноября 2011 года все новые модели легковых и грузовых автомобилей, зарегистрированные в Евросоюзе должны быть оснащены противозаносной системой. В 2007 году Американская Комиссия по безопасности дорожного движения (NHTSA) издала Федеральный стандарт безопасности автомобилей, в котором регламентируется обязательная установка ESP на все новые автомобили со снаряженной массой до 4500 кг, начиная с 2011 года. В NHTSA рассчитали, что включение ESP в базовую комплектацию может спасти до 9600 жизней и помочь избежать травм 238 000 человек. Цифры говорят сами за себя.
Виталий Кабышев
Фото: Виталий Кабышев
Благодарим канал «Авто+» за помощь в подготовке видеоматериалов
Сейчас автомобили комплектуются целым набором систем безопасности, которые относятся к категории активных. В их задачу входит повышение эффективности работы некоторых рабочих систем авто , а также корректировка поведения авто при разных условиях движения и устранение ошибок действий водителя. Одни из этих систем пока доступны только моделям премиум и среднего сегмента, но есть и такие которые стали доступными уже и на бюджетных версиях. К ним относится, и система динамической (курсовой) стабилизации (самая распространенная аббревиатура – ESP).
Система ESP появилась на машинах не так уж и давно, но получила очень быстрое распространение, поскольку она пока считается одним из самых эффективных средств повышения безопасности.
Назначение
Система курсовой стабилизации, как и многие другие, построена на базе ABS. Но при этом она относится к активным системам более высокого уровня. Если в целом посмотреть на ее работу, то скорее ESP можно назвать комплексом, поскольку для выполнения своей работы она задействует многие другие.
Устройство системы ESP
Задача системы курсовой стабилизации – контроль за поперечной динамикой машины и устранение вероятности потери устойчивости и управляемости путем внесения определенных коррекций. Если по-простому рассмотреть ее функционирование, то система ESP предотвращает возможный срыв колес в занос при проезде поворотов на значительной скорости, обеспечивая передвижение авто по установленной водителем траектории.
Конструкция
Поскольку система динамической стабилизации построена на базе ABS, то для своей работы она задействует ее составные элементы – блок управления, колесные датчики и гидромодуль.
Но помимо этого для получения необходимой информации ESP использует и другие датчики:
- положения руля (угла поворота);
- давления в тормозных магистралях;
- включения стоп-сигнала;
- поперечных и продольных ускорений (акселерометр, G-датчик).
Схема системы ESP
Вся получаемая информация дает системе представление о поведении машины и действий водителя. Если установленная водителем траектория не соответствует фактическому движению, то система динамической стабилизации срабатывает и вносит коррективы. В результате авто возвращается на заданную траекторию.
Для достижения своей цели ESP задействует системы:
- Антиблокировочную (ABS);
- Распределения усилий (EBD);
- Электроблокировки дифференциала (EDS);
- Противобуксовочную (ASR).
Помимо этого, ESP вносит коррективы в функционирование некоторых систем силовой установки, чтобы повлиять на крутящий момент. В некоторых моделях, оснащенных автоматической коробкой, она может повлиять и на ее работу.
Чтобы получить требуемый результат ESP может самостоятельно:
- Изменить положения заслонки дросселя;
- Сделать пропуск подачи топлива или искры на свечах зажигания;
- Изменить угол опережения зажигания;
- Отменить в АКПП переход на повышенную передачу.
На премиум-автомобилях ESP также может корректировать работу рулевого управления (изменить угол поворота колес без участия водителя) и активной подвески (поменять жесткость амортизаторов). Но это уже более совершенное средство безопасности, называющееся интегрированной системой управления динамикой.
Принцип работы
Все это направлено на то, чтобы автомобиль не смог изменить траекторию под действием внешних сил. Примечательно, что система динамической стабилизации действует на упреждение, то есть, еще на начальном этапе ухода автомобиля с траектории, ESP включается и устраняет возникшую ситуацию.
ESP срабатывает в двух случаях – при недостаточной и избыточной поворачиваемости. Если проще, то она включается, когда за счет действия сторонних сил сцепление с дорогой теряют передние колеса (авто не вписывается в поворот) или задние колеса (занос из-за резкого угла поворота).
Когда сносить начинает передок, блок управления по сигналам, поступающим от датчиков скорости вращения, угла поворота руля и акселерометра, улавливает это и задействует тормозной механизм заднего колеса, идущего по внутреннему радиусу. За счет притормаживания создается усилие, которое возвращает колеса передней оси на заданную траекторию. При этом ESP снижает крутящий момент двигателя, чтобы восстановить сцепление колес.
В случае начала сноса колес задней оси, ESP задействует тормоз переднего колеса, двигающегося по внешней стороне. В результате этого действия задок авто выравнивается.
Существует еще одна ситуация, при которой ESP включается – пробуксовка всех четырех колес при попадании на скользкий участок дороги. В этом случае она попеременно задействует требуемые тормозные механизмы, чтобы удержать траекторию движения.
Маневрирование автомобиля на скорости
Поскольку основное действие система осуществляет с помощью тормозных механизмов, то понятно, что делается это все гидромодулем ABS.
Достоинства и недостатки
ESP — система с высокой скоростью срабатывания. С момента определения, что движение авто перестало соответствовать заданному и до включения требуемого тормозного механизма проходит всего 20 миллисекунд.
При этом система динамической стабилизации действует полностью самостоятельно и достаточно плавно, поэтому водитель узнает о ее срабатывании только по загорающемуся индикатору. В остальное время, пока машина держит траекторию, система находится в режиме ожидания.
На многих автомобилях предусмотрено принудительное отключение этой системы при помощи клавиши на приборной панели. Но такая функция есть не во всех машинах. На одних функция отключения вообще не предусмотрена, а на других – ESP отключается временно, то есть, она снова активируется через определенный промежуток времени.
При этом стоит понимать, что она – вспомогательная, и в определенных ситуациях она не поможет. При попытке войти в крутой поворот на высокой скорости ESP не справиться и машину просто выкинет с дороги. Поэтому оценивать поведение авто в первую очередь нужно самому водителю, а система уже подкорректирует движение и устранит мелкие промахи и недочеты.
Основным недостатком этой системы является неправильная оценка действий водителя при определенных ситуациях. Так, в некоторых экстремальных случаях, чтобы «вытянуть» авто, необходимо добавить оборотов. ESP же сделать это не позволит.
Также она может помешать вытолкать авто из грязи или сугроба методом раскачки. Проблема не возникнет, если есть функция отключения ESP, которую можно задействовать в любой момент.
Дополнительные функции
Более современные системы ESP обладают повышенной функциональностью, что повышает ее возможности. И делается это с помощью взаимодействия ESP с другими системами авто. Дополнительные функции ESP тоже называются системами, хотя, в целом, они такими не являются, поскольку полностью используют возможности и составные элементы ESP.
Так, функционал системы динамической устойчивости может дополнительно включать в себя такие системы:
- ROP (Предотвращения опрокидывания). В целом принцип срабатывания этой функции мало чем отличается от основной. При определении вероятности опрокидывания, которое характеризуется высоким поперечным ускорением, происходит торможение передка авто с одновременным понижением крутящего момента силовой установки.
- BG (предотвращение столкновения). Здесь ESP работает в паре с круиз-контролем (адаптивным). В случае вероятности столкновения автоматически включаются светозвуковые сигналы авто, при усугублении ситуации происходит торможение с обеспечением повышенного давления в тормозной системе благодаря включению насоса (аварийное торможение);
- Стабилизации автопоезда. Действует при буксировке прицепа. В ее задачу входит устранение «плаванья» по дороге прицепа путем притормаживания авто и понижение тягового усилия двигателя;
- FBS (повышения эффективности работы тормозной системы при нагреве колодок). При сильном нагреве сила трения между колодками и диском уменьшается, поэтому эффективность торможения снижается. Устраняется это путем увеличения силы прижима колодок за счет повышения давления в магистралях;
- Удаления влаги с тормозных механизмов. Здесь ESP работает в паре со стеклоочистителями. Во время дождя, когда очистители стекол включены, ESP кратковременно прижимает колодки к дискам. В результате трения и нагрева капли воды на дисках просто испаряются. Включается она только на скорости выше 50 км/ч.
Поскольку ESP построена на основе ABS и использует ее составные части, то и поломки у них идентичны. Самой распространенной проблемой у них является неисправность и повреждения датчиков скорости вращения колес. В остальном она достаточно надежна.