Система динамической стабилизации

Современный автомобиль представляет собой очень сложный комплекс механических и электронных компонентов, которые призваны помочь водителю в решении разного рода задач, в том числе, возникающих в процессе движения. Устройство динамической стабилизации DSC является одним из таких компонентов.

Система динамической стабилизации

Принцип работы системы

ЭКУ

Разберем принцип работы ESC на примере системы курсовой устойчивости ESP (Electronic Stability Programme) от компании Bosch, которая устанавливается на автомобили с 1995 года.

Самое важное для ESP – это правильно определить момент наступления неконтролируемой (аварийной) ситуации. Во время движения система стабилизации непрерывно сопоставляет параметры движения автомобиля и действия водителя. Система начинает работать, если действия человека за рулем становятся отличными от фактических параметров движения машины. Например, резкий поворот руля на большой угол.

Система активной безопасности может стабилизировать движение автомобиля несколькими способами:

  • притормаживанием определенных колес
  • изменением крутящего момента двигателя
  • изменением угла поворота передних колес (если установлена система активного рулевого управления)
  • изменением степени демпфирования амортизаторов (если установлена адаптивная подвеска)

Система курсовой устойчивости не дает автомобилю уйти за пределы заданной траектории поворота. Если датчиками фиксируется недостаточная поворачиваемость, то ESP осуществляет притормаживание заднего внутреннего колеса, а также меняет крутящий момент двигателя. Если выявлена избыточная поворачиваемость, то система притормаживает переднее наружнее колесо, а также варьирует крутящий момент.

Читайте также:  Устройство и принцип работы вакуумного усилителя тормозов

Чтобы подтормаживать колеса, ESP использует систему ABS, на базе которой она построена. Цикл работы включает три стадии: повышение давления, поддержание давления, сбрасывание давления в тормозной системе.

Крутящий момент двигателя изменяется системой динамической стабилизации следующими способами:

  • отменой переключения передачи в автоматической коробке переключения передач
  • пропуском впрыска топлива
  • изменением угла опережения зажигания
  • изменением угла положения дроссельной заслонки
  • пропуском зажигания
  • перераспределением крутящего момента по осям (на автомобилях с полным приводом)

Устройство и основные компоненты

Система курсовой устойчивости – это совокупность более простых систем: ABS (предотвращает блокировку тормозов), EBD (распределяет тормозные усилия), EDS (блокирует дифференциал с помощью электроники), TCS (предотвращает пробуксовку колес).

Система динамической стабилизации включает в себя набор датчиков, электронный блок управления (ЭБУ) и исполнительное устройство – гидравлический блок.

схема ESC

Датчики отслеживают определенные параметры движения автомобиля и передают их в блок управления. С помощью датчиков ESC оценивает действия человека за рулем, а также параметры движения машины.

Для оценки действий человека за рулем система курсовой устойчивости использует датчики давления в тормозной системе и угла поворота рулевого колеса, а также выключатель стоп-сигнала. Параметры движения автомобиля отслеживают датчики давления в тормозной системе, частоты вращения колес, угловой скорости машины, продольного и поперечного ускорения.

На основании данных, полученных от датчиков, блок управления генерирует управляющие сигналы для исполнительных устройств систем, входящих в состав ESC. Команды от ЭБУ получают:

  • впускные и выпускные клапаны антиблокировочной системы
  • клапаны высокого давления и переключающие клапаны антипробуксовочной системы
  • контрольные лампы ABS, ESP и тормозной системы

При работе ЭБУ взаимодействует с блоком управления автоматической коробки передач, а также с блоком управления двигателем. Блок управления не только принимает сигналы от данных систем, но и формирует для их элементов управляющие воздействия.

Читайте также:  Устройство и принцип работы системы ESS

Отключение системы ESC

отключение системы

Если система динамической стабилизации «мешает» водителю при управлении автомобилем, то ее можно отключить. Обычно для этих целей есть специальная кнопка на приборной панели. ESC рекомендуется отключать в следующих случаях:

  • при использовании малого запасного колеса (докатки)
  • при использовании колес разного диаметра
  • при езде по траве, неоднородному льду, бездорожью, песку
  • при езде с цепями противоскольжения
  • во время раскачки автомобиля, которая застряла в снегу/грязи
  • при испытании машины на динамическом стенде

Преимущества и недостатки системы

Рассмотрим плюсы и минусы использования системы динамической стабилизации. Преимущества ESC:

  • помогает удерживать автомобиль в пределах заданной траектории
  • предотвращает опрокидывание автомобиля
  • стабилизация автопоезда
  • предотвращает столкновения

Недостатки:

  • esc нужно отключать в определенных ситуациях
  • неэффективна на высоких скоростях и при маленьком радиусе поворота

Устройство

Определение

DSC – это аббревиатура английских слов Dynamic Stability Control. Есть и другие системы, которые выполняют ту же самую роль, но называются по-другому. Исторически первой появилось устройство ESP (Electronic Stability Programme).

Как это видно из названия, устройство DSC работает тогда, когда машина движется. Его задачей является выравнивание траектории, предотвращение опрокидывания.

Условия работы

Устройство динамической стабилизации работает эффективно в том случае, если соблюдаются следующие условия:

  • Учитывается максимально полное количество необходимых входных параметров;
  • Точность и своевременность информации;
  • Задействованы органы эффективного управления динамикой;
  • Быстродействие устройства в целом;
  • Оптимальные алгоритмы управления (программа);
  • Технические характеристики автомобиля.

Очень важно, чтобы сбои в работе блока управления были исключены. Технические характеристики каждой машины индивидуальны. Даже разные шины будут иметь неодинаковое сцепление с дорогой. А уж тем более высота их профиля и радиус в целом. Значительно снижает эффективность системы стабилизации разная глубина протектора шин, установленных на машине.

Входные параметры

Система стабилизации учитывает переменные движения автомобиля и сравнивает их с действиями водителя. Входными параметрами являются:

  • Угол поворота передних колёс;
  • Угол поворота руля;
  • Поперечное ускорение автомобиля;
  • Угловая скорость авто;
  • Скорость вращения колёс;
  • Величина тормозного воздействия на каждую пару колодок;
  • Давление в тормозной системе.

В программе системы динамической стабилизации необходимо учитывать угол поворота руля и скорость вращения всех колёс для того, чтобы вычислить предполагаемую траекторию движения.

Ведь по скорости вращения колёс косвенно, с некоторыми допущениями, можно судить о том, насколько быстро движется автомобиль. Угол передних колёс плюс скорость движения при хороших дорожных условиях должны соответствовать определённому угловому ускорению автомобиля.

Все входные параметры поступают в блок управления в виде электрических сигналов, которые участвуют в расчётах программы в качестве переменных.

Выходные воздействия

Управлять динамической стабилизацией можно несколькими способами:

  • Изменением тормозного воздействия;
  • Крутящего момента двигателя;
  • Распределением крутящего момента между колёсами (полный привод);
  • Поворотом передних колёс (в некоторых автомобилях).

Система динамической стабилизации интегрирована с АБС. Это вполне логично, ведь изменения тормозных усилий напрямую связаны с её работой.

С этой целью система стабилизации может открывать впускной и выпускной клапан каждого тормозного привода, тем самым регулируя нужное усилие. Это позволяет притормаживать или приотпускать. Об усилии можно судить по давлению в каждом приводе.

Всем ли нужна ESP?

Тогда, возможно, для каких-то моделей она не так уж и нужна? Да, действительно, в каких-то ситуациях система ESP значительно облегчает управляемость автомобиля и рекомендуется для установки на все типы автомобиля, независимо от их привода и дорожных характеристик, а для кого-то она, как «собаке пятая нога».

И ещё. Если у вас автомобиль б/у, или вы выбрали живую машину в автосалоне, в оснащение которой система динамической стабилизации не вошла, дооснастить автомобиль системой ESP будет уже невозможно, так как это может сильно повлиять на работу центрального блока управления и работу других систем.

ESP устанавливается исключительно на заводе при рождении автомобиля. Если же вы заказываете машину у производителя, то не забудьте включить в комплектацию систему курсовой устойчивости. Причем у некоторых брендов возможен заказ, только опционального пакета, в который, в том числе, входит электронная система динамической стабилизации автомобиля. Иногда стоимость такого пакета доходит до 100 тысяч рублей.

Систем, помогающих в управлении автомобилем, становится всё больше и больше. Поэтому, при выборе автомобиля, надо точно определиться, какие из них вам нужны, а без каких можно обойтись, потому что удовольствие это не из дешевых.

Для полного представления, как работает система ESP, предлагаю посмотреть видеоролик:

Устройство систем ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA

Система курсовой устойчивости представляет собой систему активной безопасности высокого уровня. Она является составной, состоящей из более простых, а именно:

  • ABS;
  • системы распределения тормозных усилий (EBD);
  • электронной блокировки дифференциала (EDS);
  • антипробуксовочной системы (ASR).

Данная система состоит из набора входных датчиков (давления в тормозной системе, угловой скорости колес, ускорения, скорости поворота и угла поворота руля и других), блока управления и гидравлического блока.

Одна группа датчиков применяется для оценки действий водителя (данные об угле поворота рулевого колеса, давлении в тормозной системе), другая помогает анализировать фактические параметры движения машины (оценивается частота вращения колес, поперечное и продольное ускорение, скорость поворота авто, давление в тормозной).

ЭБУ ESP, основываясь на данных, полученных от датчиков, подает соответствующие команды исполнительным устройствам. Помимо систем, входящих в состав самой ESP, ее блок управления взаимодействует с блоком управления двигателем и блоком управления АКПП. От них он также получает необходимую информацию и посылает им управляющие сигналы.

Система динамической стабилизации работает, посредством гидравлического блока ABS.

Принцип работы систем ESC, DSC, ESP, VDC, VSC, VSA

ЭБУ системы курсовой устойчивости работает непрерывно. Получая информацию от датчиков, анализирующих действия водителя, вычисляет желаемые параметры движения автомобиля. Полученные результаты сравниваются с фактическими параметрами, информация о которых поступает от второй группы датчиков. Несовпадение распознается ESP как неконтролируемая ситуация, и она включается в работу.

Стабилизируется движение следующими способами:

  1. подтормаживаются определенные колеса;
  2. изменяется крутящий момент двигателя;
  3. если автомобиль имеет систему активного рулевого управления, изменяется угол поворота передних колес;
  4. если машина имеет адаптивную подвеску, изменяется степень демпфирования амортизаторов.

Крутящий момент мотора изменяется одним из нескольких способов:

  • изменяется положение дроссельной заслонки;
  • пропускается впрыск горючего или импульс зажигания;
  • изменяется угол опережения зажигания;
  • отменяется переключение передачи в АКПП;
  • в случае полного привода осуществляется перераспределение крутящего момента на осях.

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.

элементы 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).

поворачиваемость автоКогда 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.

пример работы системы esp

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.

кнопка отключения espПри 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.

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 (машина в реальности уходит от заданной водителем траектории), то система может вмешаться в процесс управления автомобилем, подтормаживая оба правых или левых колеса автомобиля и изменяя крутящий момент, развиваемый двигателем, стремясь 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

    . 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

    . 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. Водитель пытается объехать препятствие. По сигналам датчиков система распознает возникший неустойчивый режим движения автомобиля, производит необходимые вычисления и подтормаживает левое заднее колесо, способствуя тем самым повороту автомобиля. Пока машина 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 дернуть руль, то никакая система не спасет.

Машину нужно вести аккуратно. Так, как диктует здравый смысл и законы физики движения автомобиля. 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.

система стабилизации автомобиля

Зачем автомобилю система стабилизации? Явно напрашивается ответ в стиле Капитана Очевидность. Однако ESP умеет гораздо больше, нежели чем просто удерживать машину на дороге…

Система стабилизации автомобиля

ESC, DSC, VSC, DSTC, VDC, PTM, CST… Как только сегодня не изгаляются маркетологи автомобильных фирм, придумывая оригинальные обозначения для, в общем-то, одной и той же системы — динамической стабилизации.

А началось всё, кстати, ровно 20 лет назад. Когда в 1995 году компания Bosch начала поставлять инновационную на тот момент электронику марке Mercedes-Benz для комплектации дорогущей двухдверки S 600 Coupe. С тех пор контролем устойчивости обзавелись даже бюджетные малолитражки, а выпуск системы наладили почти два десятка фирм по всему миру. Ещё бы, ведь в Америке и Евросоюзе продажа новых автомобилей без стабилизации в базовом оснащении вот уже несколько лет как запрещена.

система стабилизации автомобилясистема стабилизации автомобиля

Сразу скажу, в официальной терминологии систему поддержания курсовой устойчивости принято называть ESC — Electronic Stability Control. Но для простоты далее по тексту мы будем использовать именно историческое, знакомое всем, бошевское обозначение — ESP, что значит Electronic Stability Program или же (по-немецки) Elektronisches Stabilitätsprogramm. На суть дела это не повлияет.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: