Как работает система стабилизации ESP: victorborisov — LiveJournal

Несмотря на тот факт, что система электронного контроля устойчивости уже более 15 лет устанавливается на автомобили, большинство водителей до сих пор не понимает как она работает. При этом существует две крайности: одни полностью полагаются на электронику не принимая в расчёт законы физики, а другие твёрдо уверены, что электроника им только мешает.

Попробуем вместе в этом разобраться.

Массовое внедрение систем контроля курсовой устойчивости началось в конце 90-х годов прошлого века. В то же время произошёл один из самых скандальных случаев в истории компании Mercedes, когда представленный осенью 1997 года новый А-класс (без системы стабилизации) позорно перевернулся на прохождении «лосиного теста». Именно этот случай в какой-то мере стал толчком к массовому оснащению автомобилей системами электронной стабилизации.

Первое время система предлагалась в качестве опции на автомобилях представительского и бизнес-класса. Затем она стала более доступной и для более компактных бюджетных автомобилей. В настоящее время система электронного контроля устойчивости является обязательной (в Европе, США, Канаде и Австралии) для всех новых легковых автомобилей начиная с осени 2011 года. А с 2014 года абсолютно все продаваемые автомобили должны быть оборудованы системой ESP.

Как работает ESP

Задача системы стабилизации помочь автомобилю двигаться в том направлении, куда повёрнуты передние колёса. В простейшем представлении система состоит из нескольких датчиков, контролирующих положение автомобиля в пространстве, электронного блока управления и насоса с раздельным управлением тормозными магистралями каждого колеса (он же используется для работы антиблокировочной системы ABS).

Четыре датчика на каждом колесе с частотой 25 раз в секунду отслеживают скорости вращения колёс, датчик на рулевой колонке определяет угол поворота рулевого колеса, и еще один датчик расположен максимально близко к осевому центру автомобиля — Yaw sensor, фиксирующий вращение вокруг вертикальной оси (обычно это гироскоп, но в современных системах используются акселерометры).

Электронный блок сопоставляет данные о скорости вращения колёс и боковых ускорений с углом поворота рулевого колеса и если эти данные не совпадают, то происходит вмешательство в систему подачи топлива и тормозные магистрали. Важно понимать, что система стабилизации не знает и не может знать правильную траекторию движения, всё что она делает — пытается направить автомобиль в том направлении, куда водитель повернул руль. При этом система стабилизации способна сделать то, что физически не способен сделать ни один водитель — выборочное притормаживание отдельных колёс автомобиля. А ограничение подачи топлива используется для того, чтобы прекратить ускорение автомобиля и максимально быстро его стабилизировать.

Существует два основных случая отклонения автомобиля с намеченной траектории: снос (потеря сцепления с дорогой и боковое скольжение передних колёс автомобиля) и занос (потеря сцепления с дорогой и боковое скольжение задних колёс автомобиля). Снос возникает в том случае, когда водитель пытается выполнить манёвр на высокой скорости, и передние колёса теряют сцепление с дорогой, автомобиль прекращает реагировать на вращение рулевого колеса и продолжает двигаться прямо. В этом случае система стабилизации затормаживает заднее внутреннее к повороту колесо, тем самым удерживая автомобиль от сноса. Занос обычно возникает уже на выходе из поворота и преимущественно на заднеприводных автомобилях при резком нажатии на педаль газа, когда задняя ось поскальзывается и начинает двигаться наружу поворота. В этом случае система стабилизации затормаживает внешнее переднее колесо, тем самым гася начинающийся занос.

На самом деле для динамической стабилизации автомобиля используется выборочное торможение с различной интенсивностью не только одного колеса. В некоторых случаях используется торможение двух колёс одной стороны одновременно или даже трёх (кроме внешнего переднего).

Некоторые водители считают, что система стабилизации мешает им ездить, однако простейший эксперимент на ледовой трассе со среднестатистическим водителем за рулём показывает, что без системы стабилизации у него гораздо больше шансов вылететь с трассы, не говоря уже о том, что лучшее время он способен показать только при помощи со стороны электроники.

Если вы не имеете титула мастера спорта по авторалли и при этом уверены, что система стабилизации мешает вам ездить — значит вы просто не умеете ездить правильно и совершенно не знакомы с законами физики, балансом автомобиля и техникой управления автомобилем. А на дорогах общего пользования не существует ситуаций, где отсутствие системы стабилизации может помочь избежать аварии. Больше всего претензий к системе стабилизации у водителей, которые не понимают простой истины: Электроника пытается направить автомобиль в том направлении, куда повёрнуты передние колёса.

У разных автопроизводителей разные настройки чувствительности и скорости срабатывания системы стабилизации. Это в том числе связано с массой и габаритами автомобиля. Некоторые системы обладают крайне высокой чувствительностью, это сделано потому, что снос и занос проще всего погасить в самом начале, не дожидаясь критических углов отклонения автомобиля от траектории.

Система стабилизации будет лишней только в двух случаях — либо вы хотите эффектно покружиться волчком, либо вы мастер спорта и на гоночной трассе у вас стоит задача проехать как можно быстрее. В этом случае система стабилизации будет мешать использовать управляемый занос для доворота автомобиля (особенно при использовании техники смены скольжения с одной стороны на другую), а ограничение подачи топлива не позволит ускоряться в боковых скольжениях.

При этом даже включенная система стабилизации в разумных пределах позволяет скользить боком в управляемом заносе. Всё, что для этого нужно — не вращать руль в сторону заноса, т.к. это приведёт к моментальному вмешательству электроники (машина скользит в одну сторону, а поворачивая руль вы направляете её в другую). Если же на выходе из поворота вам надо ускориться, а система стабилизации ограничила подачу топлива, то просто поставьте руль прямо, реальное направление движения автомобиля совпадёт с требуемым и система стабилизации прекратит своё вмешательство. То есть необходимо просто ездить правильно, чтобы передние колёса всегда были направлены туда, куда реально едет автомобиль.

Но учиться правильно управлять автомобилем нужно с выключенной системой стабилизации, иначе у вас не будет навыков чтобы определить начало сноса или заноса, и соответственно правильно рассчитывать скорость при выполнении манёвров. Единственной возможностью в случае, если автопроизводитель не предусмотрел возможность отключения электроники штатными средствами — отключить один из датчиков скорости с любого колеса или предохранитель насоса ABS. При этом следует иметь ввиду, что вы также лишитесь антиблокировочной системы и системы распределения тормозных усилий по осям.

Система стабилизации не в силах изменить законы физики и она эффективна до тех пор, пока не достигнут предел сцепления шин с дорогой. Во всех остальных случаях она является главным элементом активной безопасности любого современного автомобиля.

25 лет электронной системе стабилизации ESP

Четверть века скромного благородства

Даниил Минаев
Фото автора, Bosch и Daimler AG

Уже четверть века спасает жизни и смягчает последствия ДТП привычная сегодня даже в недорогих автомобилях система динамической стабилизации ESP. Вспомним истоки и мысленно поблагодарим создателей, конструкторов, разработчиков, проектировщиков и рядовых инженеров, доводивших до совершенства набор компонентов, без ложной скромности, спасающий жизни.

Напомню классификацию систем безопасности современного автомобиля. Она подразделяется на три вида: активная, пассивная и послеаварийная. Активная безопасность – это комплекс мероприятий, особенностей конструкции, приборов и систем авто, направленный на избежание самого факта ДТП. Среди современной бортовой электроники, в первую очередь, это всем знакомые антиблокировочная система тормозов и система динамической стабилизации ESP (Electronic Stability Program).

Пассивная безопасность направлена на снижение тяжести последствий уже неизбежного ДТП. Это конечно же ремни и подушки безопасности, всевозможные травмобезопасные элементы конструкции, энергопоглощающие зоны удара.

Комплекс мер послеаварийной безопасности направлен на скорейшее извлечение пострадавших из покорёженных машин и создание систем оповещения для немедленного прибытия спасателей.

Крепче за «баранку» держись…

Мокрая дорога и внезапный манёвр ухода от столкновения… Такие манёвры, мягко говоря, не приветствуют ПДД. Подобные истории могут закончиться в овраге или у аварийного отбойника – и нередко со смертельным исходом или тяжёлыми травмами. Но почти 25 лет назад была изобретена электронная система стабилизации, получившая торговую марку ESP.

Это плод работы компании Bosch, а впервые применена эта система была на автомобилях концерна Daimler-Benz (в разные годы Daimler AG менял официальные наименования) на Mercedes-Benz S-класса в 1995 году. С тех пор ESP обеспечивает безопасность транспортных средств, в том числе в критических ситуациях.

Исследователи Bosch в области аварийных ситуаций считают, что за последние 25 лет только в ЕС система стабилизации спасла около 15 000 жизней, а также предотвратила почти полмиллиона несчастных случаев с травмами. Наряду с ремнём и подушкой безопасности система ESP является одним из важнейших спасательных средств в автомобиле.

Несколько цифр

С момента старта производства в 1995 году компания Bosch продолжает совершенствовать свою систему стабилизации и ко второй половине 2020 года произвела более 250 миллионов товарных комплектов систем ESP. Очень быстро эта система распространилась на все виды автомоблильного транспорта и на легковые, и на грузовые. Представить современный автомобиль без этого электронного ангела-хранителя уже сложно. Во всём мире 82% новых автомобилей оснащены ESP, тогда как ещё в 2017 году этот показатель составлял 64%».

ESP может предотвратить до 80% аварий, связанных с заносом. Система электронной стабилизации особенно эффективна в условиях мокрого или обледенелого покрытия в момент ухода от столкновения с неожиданными препятствиями, например, животными (однако, не забываем, что в критической ситуации водитель согласно ПДД маневрировать права не имеет, только экстренно тормозить! – Прим. редакции) или при движении на высокой скорости на поворотах, в случаях, если водитель ошибочно определил их реальную категорию.

Диаграммы моделирования нештатных, но регулярно закономерных ситуаций, в которых предстоит отрабатывать ESP

Как это работает

Электронная система стабилизации непрерывно анализирует динамические показатели движения автомобиля. Алгоритм должен безошибочно определить, движется ли ТС в том направлении, которое задает водитель. Для этого сопоставляются такие данные, как скорость движения, угол поворота рулевого колеса, угловые скорости вращения всех колёс автомобиля и одновременно некоторые параметры работы силового агрегата (в зависимости от конструкции двигателя и КП эта группа параметров может существенно различаться). Если все эти полученные суммарно данные создают несовместимый базис, вмешивается ESP. С первого взгляда это может показаться простым, но на самом деле работа системы представляет сложный процесс. Интеллектуальные датчики сопоставляют угол поворота рулевого колеса и траекторию движения автомобиля 25 раз в секунду. Если показания расходятся, ESP понижает крутящий момент двигателя и тормозит отдельные колёса.

Прорыв после «лосиного теста»

Это достижение имеет долгую историю. Оно началось в 1980-х годах, когда независимо друг от друга Bosch и Daimler-Benz предпринимали усилия по достижению большей устойчивости транспортного средства. С 1992 года и до выхода изоб­ретения на рынок, эксперты двух компаний объединились в одном проектном подразделении. Легендарный «лосиный тест», проведённый в 1997 году, помог совершить настоящий прорыв в разработке системы. В период этих испытаний для шведского автомобильного журнала автомобиль Mercedes-Benz А-класса опрокинулся, уходя от столкновения. В ответ Mercedes-Benz включил ESP в список стандартного оборудования. С тех пор всё больше и больше автомобилей разных автопроизводителей оснащаются системой стабилизации.

Логика законодателей

Меньше аварий, меньше травм, меньше смертельных случаев – законодательные органы также признали преимущества ESP и сделали её обязательной функцией для транспортных средств во многих регионах мира. В ЕС процесс внедрения этой нормы проходил постепенно. С нояб­ря 2011 года требование по обязательному оснащению автомобиля системой ESP стало актуальным для новых легковых автомобилей и коммерческого транспорта. С 1 нояб­ря 2014 к этому списку добавились все вновь зарегистрированные легковые и коммерческие автомобили. В Аргентине, Австралии, Бразилии, Канаде, Китае, Эквадоре, Израиле, Японии, Малайзии, Новой Зеландии, России, Южной Корее, Турции и Соединенных Штатах обязательное использование системы стабилизации либо закреплено юридически, либо имеет форму добровольного обязательства. Европейский опыт показывает, что по мере того, как доля транспортных средств, оснащённых этой системой, возрастает, число аварий уменьшается.

Основа беспилотного вождения и многообразие техники

Сегодня система ESP существует в исполнении для всех типов силовых агрегатов: от двигателей внутреннего сгорания до электродвигателей, а также для транспортных средств всех видов: от компактных легковушек, микроавтобусов до коммерческих автомобилей большой грузоподъёмности и автопоездов. Есть готовые решения и для моторизованных двухколёсных транспортных средств. Пример – система контроля устойчивости мотоцикла MSC, запущенная компанией Bosch в 2013 году.

Базовая технология

ESP является и базовой технологией для многих систем помощи водителю, в том числе для беспилотного вождения, в котором Bosch видит залог реализации концепции «нулевой смертности». Неважно, будет ли находиться человек за рулём или нет, в будущем по-прежнему необходимо и с возрастающей долей ответственности предотвращать несчастные случаи…

Please enable JavaScript to view the comments powered by Disqus.

Что такое электронный контроль устойчивости и как он работает?

Вы ехали на высокой скорости, когда врезались в бордюр. Вы пытались повернуть руль, но ваш автомобиль вместо поворота начал скользить. Из-за этого вы потеряли контроль над своей машиной, но не переживайте; Электронный контроль устойчивости (ESC) поможет вам в безопасности.

Итак, что такое ESC и как она помогает восстановить контроль над автомобилем при поворотах на высокой скорости? Что ж, давайте узнаем.

Что такое электронный контроль устойчивости и зачем он нужен?

Изобретенная Фрэнком Вернером после заноса на обледенелой дороге в Швеции, система ESC является самым значительным изобретением в области безопасности после ремня безопасности. На самом деле, согласно этому PDF-файлу Национальной администрации безопасности дорожного движения (NHTSA), электронный контроль устойчивости спас более 7000 жизней с 2011 по 2015 год.

Система ESC, также известная как система динамического контроля устойчивости, представляет собой функцию безопасности, помогающую водителям восстановить контроль над автомобилем при поворотах на высокой скорости. Вдобавок к этому ESC также предотвращает скольжение при прохождении поворотов на мокром покрытии, но почему скольжение так опасно?

Видите ли, ваш руль может управлять движением вашего автомобиля только тогда, когда колеса вращаются. Как только колеса начинают скользить, ваши усилия руля не влияют на движение автомобиля.

Прежде всего, чтобы понять, почему ваши шины скользят, вам нужно понять первый закон движения. Согласно этому закону, движущееся тело будет оставаться в одном и том же состоянии до тех пор, пока к нему не будет приложена внешняя сила. Следовательно, первый закон движения не позволяет автомобилю изменить свой курс, когда вы пытаетесь повернуть автомобиль, скользящий по прямой. Это потому, что если ваши шины скользят, они не имеют никакого сцепления, поэтому они практически не применяют внешнюю силу, которая повлияет на направление вашего автомобиля.

Чтобы предотвратить эту проблему, электронный контроль устойчивости воздействует на автомобиль извне, задействуя антиблокировочную тормозную систему.

Понимание движущихся частей ESC

Теперь, когда мы знаем, зачем нужен ESC, мы можем рассмотреть компоненты, которые делают его возможным.

• Датчик скорости вращения колес: Каждое колесо вашего автомобиля оснащено датчиком скорости вращения колеса. Этот датчик состоит из перфорированного магнитного кольца и датчика Холла. При вращении колеса магнитное поле, создаваемое кольцом, периодически меняется. Датчик Холла собирает эти данные, позволяя датчику рассчитать скорость вращения колес.
• Датчик скорости рыскания: Датчик скорости рыскания контролирует вращение автомобиля. Для измерения этого вращения в датчике скорости рыскания используется микроэлектромеханический гироскоп. Этот гироскоп измеряет силу Кориолиса, действующую на транспортное средство, чтобы оценить, насколько автомобиль повернулся вокруг своего центра тяжести.
• Датчик угла поворота рулевого колеса: Как следует из названия, датчик угла поворота рулевого колеса определяет угол поворота рулевого колеса. Датчик, установленный на валу рулевого колеса, использует магнитные шестерни и датчик Холла для определения угла поворота.
• ECU: Точно так же, как процессор — это мозг персонального компьютера, ECU — это компьютер, который контролирует критические операции вашего автомобиля. Сюда входят такие задачи, как отслеживание количества топлива и воздуха, поступающего в двигатель, но, в отличие от персональных компьютеров, в автомобиле имеется несколько ЭБУ. Эти вычислительные устройства взаимодействуют друг с другом для включения таких функций, как автоматическое экстренное торможение, системы адаптивного круиз-контроля и помощь в удержании полосы движения.

• Антиблокировочная система тормозов: Несмотря на то, что водитель управляет тормозами с помощью педали тормоза, ABS контролирует величину давления на шины. В аварийных ситуациях ABS управляет гидравлической тормозной системой, чтобы стабилизировать автомобиль.
• Модуль управления двигателем: Также известный как ECM, модуль управления двигателем представляет собой ECU, который контролирует ряд датчиков и исполнительных механизмов в моторном отсеке. Это позволяет ECM контролировать мощность, выдаваемую двигателем.

В дополнение к датчикам и ЭБУ, указанным выше, ESC использует для связи протокол CAN. Эта связь между датчиками и ЭБУ позволяет ESC отслеживать состояние автомобиля в режиме реального времени, что делает систему надежной.

Как работает ESC?

Теперь, когда мы понимаем компоненты, которые делают возможным использование ESC, мы можем посмотреть, как это работает.

Все начинается с датчика угла поворота рулевого колеса, который контролирует угол поворота рулевого колеса. Эти данные и входные данные от датчика скорости рыскания отправляются в ECU. ЭБУ анализирует эти данные, чтобы проверить, поворачивает ли автомобиль в соответствии с вводом пользователя. Если это не так, ЭБУ активирует электронную систему контроля устойчивости.

После включения ESC пытается понять, буксуют ли колеса автомобиля. Для этого он сравнивает данные со всех датчиков скорости вращения колес. Если угловая скорость одного из колес больше по сравнению с другими, ESC делает вывод, что оно пробуксовывает.

Чтобы предотвратить это явление пробуксовки, система ESC включает АБС. Как только ABS включена, она быстро притормаживает скользящее колесо. Это применение тормозов воздействует на автомобиль внешней силой, стабилизируя его.

Помимо снижения скорости колес с помощью ABS, ESC также контролирует мощность, подаваемую на колеса. Для этого ESC связывается с ECM и снижает мощность, выдаваемую двигателем. Это снижение мощности и антиблокировочная тормозная система предотвращают избыточную или недостаточную поворачиваемость автомобиля при прохождении поворотов или поворотах в аварийных ситуациях.

Помимо этого, повышенная устойчивость также защищает такие транспортные средства, как грузовики и тракторы, от опрокидывания при повороте

Все ли ESC на благо?

Электронная система контроля устойчивости состоит из нескольких компонентов, и неисправность одного из датчиков может привести к ненормальному поведению автомобиля.

Несмотря на то, что электронный контроль устойчивости обеспечивает большую безопасность для пользователей, он не позволяет вашему автомобилю достичь своих пределов. Из-за способности ESC ограничивать дроссельную заслонку она снижает мощность, подаваемую на шины, что препятствует быстрому прохождению поворотов. Кроме того, если вы отправляетесь на гоночную трассу и хотите поджечь резину, ESC предотвратит занос автомобиля.

При этом пользователи могут отключить ESC, если они хотят довести свои автомобили до предела.

Делает ли ESC мир безопаснее?

Электронный контроль устойчивости — это функция безопасности, обеспечивающая водителю контроль при прохождении поворотов. Чтобы обеспечить эту стабильность, ESC отслеживает скорость рыскания и датчики рулевого колеса, чтобы обнаружить отсутствие рулевого управления. После обнаружения ESC активирует ABS и ECM, чтобы снизить скорость автомобиля.

Эта система стабилизирует автомобиль, позволяя водителю восстановить контроль над автомобилем при поворотах на высокой скорости. С точки зрения безопасности, ESC может иметь значение между жизнью и смертью. По этой причине NHTSA сделало эту функцию обязательной для всех автомобилей, проданных после 2012 года. Как показывают данные, ESC спасла бесчисленное количество жизней от верной трагедии.

Что означает контроль стабильности?| Sun Auto Service

Электронный контроль устойчивости (ESC) вашего автомобиля имеет разные названия в зависимости от марки автомобиля, которым вы управляете. В некоторых автомобилях это называется системой динамического контроля автомобиля (VDC). В других это называется системой динамического контроля устойчивости (DSC). И, наконец, некоторые из них называются системой контроля устойчивости автомобиля (VSC).

Как бы вы ни назывались, ESC — это компьютерная система вашего автомобиля, которая определяет, когда вы начинаете скользить, и автоматически притормаживает одно или несколько колес по отдельности, помогая вам двигаться в правильном направлении.

Как это работает

Ваш ESC постоянно сравнивает угол поворота рулевого колеса с фактическим направлением движения автомобиля и скоростью движения каждого колеса. Если он обнаруживает боковое скольжение ваших шин, он регулирует тормоза, дифференциал дроссельной заслонки и/или подвеску, чтобы вернуть ваш автомобиль в нужное русло.

Одна из лучших особенностей вашего ESC заключается в том, что он работает как на мокром или обледенелом асфальте, так и на сухом. Поскольку он обнаруживает занос намного быстрее, чем вы, он может исправить его, даже не подозревая, что вы начинаете занос. Вы узнаете, что это произошло, потому что большинство ESC либо мигают лампочкой на приборной панели, либо издают звуковой сигнал.

Что это не так

ESC не повышают производительность и не заменяют ваши собственные методы безопасного вождения. Если вам приходится серьезно корректировать рулевое управление, чтобы избежать встречи с оленем, который вылетает на дорогу перед вами, такой резкий маневр может выйти за пределы возможностей вашего ESC. Если вы столкнулись с экстремальной ситуацией аквапланирования, ваш ESC не сможет вам помочь, если колесо(а), которые он использует для торможения, на самом деле не касается тротуара. Кроме того, ESC не увеличивает тягу и не позволяет быстрее проходить повороты.

Компоненты ESC

Мозг ESC — это электронный блок управления (ECU), который также может управлять другими системами автомобиля, такими как антиблокировочная система, система контроля тяги и система климат-контроля. ESC имеет по крайней мере четыре датчика:

• Датчик угла поворота рулевого колеса, определяющий направление поворота,
• Датчик скорости рыскания, который измеряет, насколько сильно автомобиль фактически поворачивает,
• Датчик поперечного ускорения, измеряющий скорость движения автомобиля вбок и
• Датчик скорости вращения колес, который измеряет скорость вращения колес.

Некоторые системы ESC также оснащены датчиком продольного ускорения, который предоставляет информацию об уклоне дороги, и датчиком скорости крена, улучшающим коррекцию ошибок, обеспечиваемую четырьмя основными датчиками.

Система ESC всегда включена по умолчанию, но в некоторых системах есть переключатель блокировки, поэтому вы можете отключить ее, если вы застряли в сильной грязи или снегу или едете на «бублике» в экстренной ситуации. Однако при следующем запуске автомобиля система ESC активируется снова.

Результаты испытаний на безопасность

Хотя системы контроля устойчивости впервые начали появляться в 1980-х годах, они не стали широко доступными до середины 90-х годов. Даже тогда они часто были послепродажными продуктами. Национальное управление безопасности дорожного движения (NHTSA) потребовало, чтобы все новые легковые автомобили, продаваемые в США с 2012 модельного года, были оснащены ESC.

Еще в 2004 году NHSTA пришла к выводу, что ESC снижают количество автомобильных аварий на 35 процентов, а аварий внедорожников — на 67 процентов.