Эволюция тормозных систем: ABS, ESP и TSC. Отличия и преимущества
Самое страшное и опасное для водителя – потерять контроль над движущимся автомобилем. Одна из распространенных причин потери управления – блокировка колес при экстренном торможении на мокрой или скользкой дороге. При этом, как многие помнят из школьного курса физики, к центробежной силе присоединяется действие поперечных сил, возникающих из-за разницы в действиях тормозной системы на разные колеса. Причин неравномерности торможения может быть множество: как субъективные (различный износ протектора и т.п.), так и объективные (различные тормозные свойства участков дороги, находящихся под разными колесами и т.п.). Результат один – автомобиль превращается в неуправляемую железную махину, под воздействием боковых сил произвольно изменяющую направление движения.
Для предотвращения последствий экстренного торможения человечество давно и успешно придумывает и эксплуатирует системы, препятствующие блокировке колес даже на мгновение. Первые ABS (Antilock Brake System – антиблокировочная тормозная система) появилась еще в 70-ых годах прошлого столетья, но принципы их работы используются до сих пор. ABS включает в себя три составляющих элемента: датчики скорости колесного вращения, модулятор давления тормозов и блок управления. Датчики определяют и регистрируют начало процесса блокировки колес. Когда процесс начался, блок управления, получивший данные от датчиков, включает работу модулятора, который понижает давление в тормозной системе. Колесо разблокируется, снова начинает вращаться, давление жидкости в системе возвращается к исходному уровню, тормоза срабатывают. Этот процесс повторяется столько раз, сколько нужно для исчезновения угрозы блокировки. Работу системы ABS водитель ощущает по толчкам, чувствующимся в педали тормоза.
При начале движения с резкими ускорениями, по дороге с разнородными по сцепным свойствам покрытиями, колеса способны начать скользить и пробуксовывать. Для предотвращения таких нежелательных эффектов движения была разработана система TCS (Traction Control System – дословно: система управления тяги), называемая еще ASR, ASC, ETS. В основе этих систем лежит все тот же принцип функционирования ABS. TCS состоит из тех же элементов, только программное обеспечение «мозгов» системы расширено для выполнения дополнительных функций. Блок управления TCS распознает колеса, и отличать ведущие от ведомых. Если ведущие колеса начинают вращаться быстрее ведомых, компьютер расценивает это как пробуксовка, и включает следующие действия: снижает обороты двигателя, с какой силой бы не жал водитель на акселератор, одновременно притормаживаются ведущие колеса. Процесс торможения продолжается до тех пор, пока не закончится пробуксовка, и ведущие колеса прочно не зацепятся за дорогу.
Электроника, научившаяся управлять тягой двигателя и тормозной системой, пошла дальше. Следующим шагом конструкторов стало внедрение программы электронной стабилизации ESP (Electronic Stability Program – дословно: программа устойчивости электронной оболочки). Также ESP успешно имитирует блокировку дифференциала, что стало важным решением для создания полного привода нового типа. ESP – это очень умная ABS с расширенным списком опций. В дополнение к системам ABS, ESP располагает:
- датчиками курсового отклонения;
- датчиками поперечного ускорения;
- датчиками рулевого колеса.
Кроме управления тормозной системой и вращением колес, ESP управляет также вращением руля, боковыми ускорениями и скоростью автомобиля, двигателем и трансмиссией.
В чем отличие ABS от ESP? Нагляднее рассмотреть на конкретном примере. Входящий на большой скорости в поворот автомобиль начинает сносить. Водитель выкручивает руль в сторону заноса, резко тормозит – но усилий ABS оказывается недостаточно. Автомобиль сносится с незаблокированными колесами. Другое дело ESP. В аналогичной ситуации ESP производит целый ряд противоаварийных действий:
- уменьшает подачу топлива, приводя обороты мотора и скорость вращения коленчатого вала, а значит и скорость автомобиля, в соответствие с дорожной ситуацией;
- выбирает оптимальный тормозной режим для каждого колеса, таким образом, чтобы результат усилий всех четырех колес вкупе противодействовал перевороту и развороту автомобиля, удерживал его на оптимальной траектории движения.
При заносе задней оси, система подтормаживает наружное переднее колесо, а если этого недостаточно – еще и заднее внутреннее, помогая водителю вписаться в поворот.Таким образом, функции водителя умного автомобиля сводятся к заданию направления движения и маневра, а еще — к своевременной диагностике «электронных мозгов», профилактике и ремонту в автотехцентре соответствующего уровня оснащения.
В автотехцентре VWS производится компьютерная диагностика тормозных систем любого уровня сложности. При выявлении неисправностей выполняется ремонт и отладка всех функций.
Устройство и принцип действия системы ABS ESP
ESP — Система стабилизации курсовой уствойчивости автомобиля.
В каких дорожных ситуациях работает система ESP BOSCH
Тест драйв автомобиля с системой и без системы ESP BOSCH.
Каким образом происходит обработка информации ЭБУ ESP BOSCH
Принцип действия системы ESP BOSCH
ESP — «система стабилизации курсовой устойчивости автомобиля».
Данная система разработана с целью помочь водителю в сложных дорожных ситуациях, как, например, при внезапном появлении животного на дороге, уменьшить перегрузки и избежать нестабильности в управлении автомобилем. При этом ESP не помогает перехитрить законы природы, открывая, таким образом, дорогу лихачам. . Аккуратный стиль вождения и внимание к другим участникам движения по- прежнему остаются основными задачами водителя. В этой брошюре мы покажем Вам, как ESP работает вместе с уже зарекомендовавшей себя антиблокировочной системой ABS и «родственными» ей ASR, EDS, EBV и MSR и какие варианты систем устанавливаются нами на различных транспортных средствах
Взгляд в прошлое.
С развитием автомобилестроения на рынке появляются все более мощные автомобили. Вследствие чего перед конструкторами встает вопрос, как сделать эту технику управляемой для «нормального», среднестатистического водителя. Выражаясь иначе: какие системы необходимо разработать, чтобы обеспечить оптимальное торможение и избавить водителя от перегрузок? Уже в двадцатые и сороковые годы появились первые механические предшественники системы ABS, которые, вследствие своей повышенной инерционности, не смогли полностью выполнить поставленную задачу. После революции в области электротехники в 60-х годах, системы ABS стали доступнее и продолжили свое развитие уже на основе цифровой техники, так что в настоящее время не только ABS, но и такие системы, как EDS, EBV, ASR и MSR являются обычным оснащением автомобиля. Вершиной развития данных систем является ESP, где инженеры пошли еще дальше.
Что обеспечивает ESP?
Электронно-стабилизационная программа является активным средством безопасности автомобиля. В данной связи можно говорить и о системе динамики. Проще говоря, это антипробуксовочная система. Она распознает опасность пробуксовки и намеренно компенсирует разворот автомобиля.
Преимущества:
- Это не отдельная система, она устанавливается на другие тяговые системы, таким образом, вбирая их лучшие качества.
- С водителя снимается нагрузка.
- Автомобиль остается под контролем.
- Риск несчастного случая вследствие несоразмерной реакции водителя на происходящее уменьшается.
Краткость – сестра таланта
Известно, что большое количество одинаково звучащих сокращений (аббревиатур) может создать определенную путаницу в понимании. Здесь Вы найдете объяснение наиболее употребительных из них.
ABS Антиблокировочная система Препятствует блокировке колес при торможении. Несмотря на высокую эффективность торможения, автомобиль остается стабильным и управляемым.
ASR Система предотвращения буксования ведущих колес Предотвращает проскальзывание ведущих колес, например, на льду или гравии путем воздействия на тормоза или управление двигателем.
EBV Электронное перераспределение тормозной силы Предотвращает перетормаживание задних колес, прежде чем начнет функционировать ABS, или в том случае, если последняя вышла из строя.
EDS Электронная блокировка дифференциала Позволяет начать движение на разных участках дороги путем торможения проскальзывающих колес
ESP Электронно-стабилизационная программа Предотвращает возможную тряску автомобиля с помощью воздействия на тормоза и управление двигателем. Используются также следующие сокращения: ASMS – автоматическая стабилизационная система управления DSC – динамический стабилизационный контроль FDR – регулировка динамики VSA – автомобильное стабилизационное устройство VSC – стабилизационный контроль автомобиля
MSR Контроль момента буксировки Препятствует блокировке ведущих колес в случае торможения двигателем, когда внезапно отпускается педаль газа, либо происходит торможение с включенной передачей.
Физические основы.
Силы и моменты Любое тело подвергается воздействию различных сил и моментов. Если сумма действующих на тело сил и моментов равна нулю, тело находится в состоянии покоя, если она не равна нулю, тело движется в направлении силы, являющейся результатом сложения сил. Наиболее известна сила притяжения. Она действует по направлению к центру Земли. Если тело массой в один килограмм поместить на пружинные весы, чтобы измерить действующие на него силы, будет показано значение силы притяжения в 9,81 ньютона.
Прочие силы, действующие на автомобиль, это: — тяговое усилие (1), — сила торможения (2), которая действует в направлении, противоположном направлению силы тяги — боковые силы (3), которые поддерживают управляемость автомобиля, и — сила сцепления (4), которые, помимо прочего, является следствием трения и притяжения Земли.
Помимо этого на автомобиль действуют: — момент рыскания (I), стремящийся развернуть автомобиль вокруг вертикальной оси, — момент инерции (II), стремящийся сохранить выбранное направление движения, — и прочие силы, как, например, сопротивление воздуха.
Совместное действие нескольких из этих сил легко описать с помощью круга трения. Радиус окружности обуславливается силой сцепления шин с дорожным полотном. Чем меньше сцепление, тем меньше радиус (а), при хорошем сцеплении радиус больше (b). Основу круга трения составляет параллелограмм сил (боковая сила (S), сила торможения или тяговое усиление (В) и результирующая общая сила (G)). Пока общая сила остается внутри круга, автомобиль находится в состоянии стабильности (I). Как только общая сила выходит за границу круга, автомобиль теряет управляемость (II).
Обратимся к схеме взаимодействия сил:
1. Сила торможения и боковая сила рассчитаны таким образом, чтобы результирующая сила оставалась в пределах круга. Автомобиль легко управляем.
2. Увеличим силу торможения. Боковая сила уменьшается.
3. Результирующая сила равна силе торможения. Колесо блокируется. Вследствие отсутствия действия боковой силы автомобиль становится неуправляем. Аналогичная ситуация возникает в отношении тягового усилия и боковой силы. Если значение боковой силы приближается к нулю за счет максимального увеличения тягового усиления, ведущие колеса начинают пробуксовывать.
Чтобы система ESP могла влиять на критические ситуации, она должна распознавать два момента: — куда и с какой скоростью водитель направляет автомобиль? — куда автомобиль едет?
Ответ на первый вопрос система получает от сенсора угла рулевого управления (1) и датчиков числа оборотов на колесах (2).
Ответ на второй вопрос система получает от измерителя степени рыскания (3) и поперечного ускорения (4).
Если поступающая информация по двум пунктам не совпадает, система ESP распознает ситуацию как критическую и вступает в действие.
Критическая ситуация может выражаться в двух возможных манерах вождения:
1. В недостаточности внимания к управлению автомобилем. С помощью направленного действия на задний тормоз на внутренней траектории поворота и воздействия на управление двигателем и коробкой передач система ESP предотвращает вынос автомобиля за пределы поворота.
2. В излишнем внимании к управлению автомобилем. С помощью направленного действия на передний тормоз на внешней траектории поворота и воздействия на управление двигателем и коробкой передач система ESP предотвращает боковой занос автомобиля.
Как Вы уже видели, ESP может противостоять недостаточному или излишнему вниманию к управлению автомобилем. Для этого необходимо изменять направление движения без прямого воздействия на управление.
Основной принцип знаком Вам по гусеничным машинам.
Если машина должна повернуть налево, находящаяся внутри поворота цепь тормозится, а внешней сообщается ускорение.
При возвращении на начальную траекторию бывшая «внутренняя» гусеница ускоряется, а «внешняя» тормозится.
По соответствующему принципу работает и ESP. Для начала рассмотрим пример автомобиля, не оборудованного системой ESP.
Автомобиль должен уклониться от внезапно возникшего препятствия. Водитель сначала резко поворачивает налево, а вслед за этим вновь направо. Создается вибрация, и задняя часть срывается с траектории. Разворот вокруг вертикальной оси уже не может быть предотвращен водителем.
Теперь рассмотрим пример автомобиля, оборудованного системой ESP.
Водитель пытается уклониться от препятствия. По показаниям сенсоров система ESP распознает нестабильное состояние автомобиля. Система рассчитывает необходимые меры: левое заднее колесо тормозится. Таким образом, предотвращается занос автомобиля. Боковая сила, действующая на передние колеса, сохраняется.
В то время как автомобиль совершает левый поворот, водитель поворачивает направо. ESP тормозит переднее правое колесо. Задние колеса вращаются свободно, чтобы обеспечить оптимальное воздействие боковой силы на заднюю ось.
Имевшая место смена полосы может привести к вибрации. Чтобы предотвратить занос задней части автомобиля, тормозится левое переднее колесо. В особо критических ситуациях колесо может практически блокироваться, чтобы ограничить воздействие боковой силы на переднюю ось.
После того, как автомобиль преодолел нестабильность, ESP прекращает воздействие на управление.
Система и ее компоненты Как уже было упомянуто, электронно- стабилизационная система устанавливается на распространенные и употребляемые противопробуксовочные системы. Кроме того, она существенно расширяет их действие. С истема может распознавать и нейтрализовать нестабильные состояния автомобиля, как, например, пробуксовку. Чтобы обеспечить эту процедуру, необходимы некоторые дополнительные детали. Прежде чем рассмотреть строение ESP, ознакомимся с системой в целом.
Наиболее частые неисправности системы ESP
Если лампочка неисправности ABS ESP загорается и тухнет периодически, или горит постоянно, то причина в следующих элементах:
- Неисправность датчика скорости частоты вращения колеса
- Перетертость, разрыв электропроводки жгута датчика
- Загрязнение или износ зубчатого венца датчика
- Износ ступичного подшипника
- Возможно, требуется ремонт электронного блока управления.
Как работают ABS и ESP
ABS и ESP (антиблокировочная система и система курсовой устойчивости) — наиболее востребованные опции автомобиля, повышающие безопасность вождения, особенно в сложных условиях гололеда или дождя.
О принципах действия этих полезных устройств рассказал Михаил Давыдов, который более 15 лет работает в сфере автомобильного рынка столицы. Сейчас он является главой «Залогломбард» — крупного новосибирского автоломбарда, предоставляющего деньги под залог авто и ПТС (nsk.zaloglombard.ru/dengi-pod-pts). Среди российских водителей распространен миф о низкой эффективности торможения с включенной антиблокировочной системой, не имеющий под собой оснований. Еще со школьного курса физики всем известно, что сила трения скольжения меньше силы трения покоя. Соответственно, при полной блокировке колес во время экстренной остановки снижается эффективность торможения: шины начинают скользить по дороге. Одновременно происходит потеря управления и возникает возможность заноса. Антиблокировочная система предотвращает блокировку колес, тем самым обеспечивая управляемость автомобиля и максимальную эффективность торможения. Это реализуется за счет датчиков, считывающих угловую скорость каждого колеса и системы управления давлением в тормозных контурах. Как только колесо блокируется, датчик определяет это по снижению скорости вращения и антиблокировочная система уменьшает давление на тормозные колодки этого колеса. Таким образом, при торможении колеса находятся на грани блокировки и эффективность торможения максимальна. Известным приемом «прерывистого торможения» можно достичь подобного эффекта. Но эффективность будет ниже, чем с ABS: ведь при помощи педали невозможно регулировать усилие на каждом из колес отдельно. Антиблокировочная система не универсальна и не может заменить водителя в любой ситуации. Поэтому и предусмотрена кнопка ее отключения. Отключать ее стоит лишь в одном случае: при использовании шипованной резины. Лишь после полной блокировки колеса шипы включаются в работу, вгрызаясь в снежный наст, лед или грязь. В остальных случаях антиблокировочная система сократит тормозной путь и обеспечит возможность маневрирования. Другой надежный помощник водителя — система курсовой устойчивости. В отличие от ABS, эта система сама притормаживает определенные колеса, не давая машине повернуть по слишком малому радиусу. Датчики скорости, крена, поперечного ускорения и угловой скорости колес помогают системе уловить момент заноса и предотвратить его. Также система курсовой устойчивости помогает удержать автомобиль на дороге, когда неожиданно лопается покрышка одного из передних колес.
Теги: ABS, ESP
Электронные системы торможения и безопасности (ABS, ASR, ESP)
Все большее количество транспортных средств оснащается современными системами безопасности, такими как антиблокировочные тормозные системы (ABS), антипробуксовочные системы (ASR) и электронные системы стабилизации движения (ESP). Системы ABS и ASR предотвращают блокирование и проскальзывание колес. Система ESP стабилизирует автомобиль в критических ситуациях за счет приложения тормозных усилий к соответствующим колесам. Датчики в автомобиле измеряют данные динамики автомобиля и передают их в виде импульсов в электронный блок управления (ЭБУ), который анализирует сигналы и управляет скоростью вращения отдельных колес с помощью приводов.
Для выполнения функциональных испытаний ЭБУ системы ABS/ASR/ESP испытательная система должна имитировать датчики сигналов в нормальных и критических дорожных ситуациях, чтобы обеспечить корректность обратной реакции блока управления на приводах.
Производственные испытания — электронные системы торможения и безопасности
Производственные испытания — электронные системы торможения и безопасности
Контрольно-измерительное решение
Открытая испытательная платформа CompactTSVP — идеальное решение для данной задачи. Платформа CompactTSVP на базе промышленных стандартов может быть расширена модулями измерения, входного воздействия и коммутации от компании Rohde & Schwarz или другими стандартными модулями в зависимости от задачи. Аналоговая измерительная шина платформы CompactTSVP и дополнительный интерфейс беспроводного адаптера снижают затраты на электромонтаж и обеспечивают соответствующее качество измерения и сигналов входного воздействия. Функция самотестирования, поддерживаемая всеми модулями Rohde & Schwarz, предотвращает длительный простой испытательной системы в случае возникновения ошибки. Преимущество прикладного программного обеспечения — использование универсальной библиотеки испытательного ПО (GTSL) (универсального пакета программного обеспечения).
Итоговое системное решение компактно, поэтому особенно подходит как для ручных, так и полностью автоматических испытательных станций ЭБУ.
Применение
Открытая испытательная платформа CompactTSVP состоит из нескольких компонентов. Базовый модуль TS‑PCA3 оснащен системным контроллером TS‑PSCx, но при этом управление им возможно и с внешнего ПК. Базовая конфигурация также включает в себя модули TS‑PSU, TS‑PFG, TS‑PSAM, TS‑PAM, TS-PDFT и TS‑PMB. Модуль электропитания и нагрузки TS-PSU подает электроэнергию на ЭБУ, имитирует нагрузки и измеряет питающие токи в нормальном и резервном режимах. Генератор произвольных сигналов TS‑PFG используется для синхронизированной и вариативной имитации сигналов датчика. ЭБУ реагирует на имитированные сигналы датчика при определенных изменениях на управляющих выходах. Измерительные модули TS-PSAM и TS‑PAM записывают эти изменения.
Модуль TS-PDFT выполняет программирование модуля, имитацию отсутствующих устройств на шине CAN и подключение по шине CAN или K-Line. Дополнительный системный компонент — модуль коммутационной матрицы TS-PMB. При необходимости возможна настройка функций внутрисхемных испытаний (TS‑PICT).