Введение

Последние десятилетия засвидетельствовали ряд непрерывных продвижений в области безопасности езды и удобства автомобильной подвески. Но непрерывно возрастающая мощность двигателя и растущая интенсивность движения привели к возросшей потребности в усовершенствовании активной безопасности управления автомобилем. Однако для обеспечения надёжной устойчивости в критических ситуациях вождения пришлось ждать появления электронных систем управления.

Постоянно увеличивающееся использование электроники в автомобильных системах привело к появлению высокоточных и миниатюризированных датчиков, которые могут точно определять динамические усилия, создаваемые во время ускорения, торможения и поворота. Такие датчики и соответствующая электронная система управления явились решающей предпосылкой для разработки динамических систем безопасности вождения, которые помогают водителю сохранять управление автомобилем в критических ситуациях.

Несмотря на то, что динамические системы безопасности вождения дают огромное преимущество для безопасности пассажиров, не следует забывать, что увеличенная безопасность вождения не снимает физических ограничений, действующих на все автомобили.

В современных моделях используются и будут описаны в данном учебном руководстве следующие динамические системы безопасности вождения:

- Антиблокировочная система тормозов (Antilock Brake System, ABS)

- Электронная система распределения тормозных сил (Electronic Brakeforce Distribution, EBD)

- Система контроля тягового усилия (Traction Control System, TCS) Регулировка динамической стабильности (Dynamic Stability Control, DSC)
- Помощь при экстренном торможении (Emergency Brake Assist, ЕВА)

Профессиональные навыки, необходимые для диагностики и устранения проблем, связанных с динамической системой управления, требуют всестороннего знания систем, поскольку любая ошибка может привести к неправильной работе тормозной системы и, следовательно, повлиять на безопасность пассажиров.

Основные понятия

Стабильность управления обычным легковым автомобилем определяется различными усилиями, которые постоянно меняются в зависимости от режима езды. Правильно ли передаются эти усилия на дорогу, полностью зависит от четырёх контактных зон шин, каждая из которых имеет размер всего лишь с почтовую открытку. Основой этой передачи являются правильная величина и тип трения между шиной и поверхностью дороги. В случае потери сцепления между шиной и поверхностью дороги из-за того, что воздействующие усилия превысили соответствующий предел, управление автомобилем становится нестабильным.

Динамические системы безопасности вождения отслеживают определённые параметры, которые указывают на приближающуюся потерю сцепления колёс или занос автомобиля. В таких случаях соответствующая система противодействует развитию такой ситуации, изменяя либо давление в тормозной системе и/или крутящий момент двигателя, чтобы сохранить устойчивость автомобиля.

Действующие на автомобиль силы

В процессе езды на автомобиль действует большое число сил. На иллюстрации показаны силы, наиболее важные для понимания системы динамического управления.

Момент поворота вокруг вертикальной оси (Yaw Moment)

Момент поворота вокруг вертикальной оси автомобиля порождается разными продольными силами, действующими на левую и правую сторону автомобиля, либо разными поперечными силами, действующими на передний и задний мост. Моменты поворота вокруг вертикальной оси требуются для выполнения автомобилем поворота. Нежелательные моменты поворота вокруг вертикальной оси могут возникнуть тогда, когда автомобиль слишком сильно поворачивает вокруг вертикальной оси.

Продольная сила

Во время езды, ускорения, замедления и торможения продольная сила действует в направлении движения автомобиля.

Поперечная сила (Lateral Force)

Поперечная сила, которая вызвана ветром или выполнением поворота, действует на автомобиль сбоку.

Вертикальная сила

Вертикальная сила - это вес, который передаётся шиной вертикально. Она зависит от общего веса автомобиля, центра тяжести автомобиля и других динамических воздействий.

Коэффициент трения

Сила трения зависит от коэффициента трения, который определяется материалами трущихся поверхностей.
На иллюстрации показано, что для продвижения большего веса по обледенелому гудронированному покрытию требуется меньшая сила. Можно легко заметить, что требуемая сила намного меньше вертикальной силы, зависящей от общего веса предмета.

Проскальзывание колёс

В зависимости от режимов езды скорость колёс в той или иной степени отличается от действительной скорости автомобиля (что есть теоретическая скорость колёс). Разница между теоретической и действительной скоростью колёс - это проскальзывание колёс.
Скорость вращения ведущего колеса выше скорости автомобиля во время ускорения, причем скорость вращения колеса, на которое воздействует тормоз, меньше скорости автомобиля.

Полностью блокированное колесо во время езды или вращающееся колесо при неподвижном автомобиле имеют проскальзывание 100%, а колесо, вращающееся со скоростью автомобиля, имеет проскальзывание 0%.

Правильное проскальзывание колёс чрезвычайно важно для устойчивости и управляемости автомобиля. Поскольку наибольшее усилие можно передать при проскальзывании колеса примерно 20%, ABS поддерживает величину проскальзывания колёс примерно от 15 до 20%, чтобы получить короткий тормозной путь при сохранении высокой устойчивости езды и управляемости автомобиля.

Окружность Камма

Шина передаёт на поверхность дороги как продольное, так и поперечное усилие. Обе силы образуют результирующую силу, которая должна передаваться шиной.

Полностью блокированное колесо больше не может прилагать никакого поворотного усилия. С другой стороны, автомобиль, который подвергается дополнительному торможению при его приближении к пределу сцепления с дорогой во время выполнения поворота, начнёт скользить.

Зависимость от продольной и поперечной силы показана в так называемой «окружности Камма». До тех пор, пока результирующая сила остаётся в пределах показанной окружности, стабильность езды автомобиля гарантирована. Если результирующая сила выходит за пределы окружности, автомобиль становится неустойчивым и скользит.

Антиблокировочная система тормозов

Несмотря на то, что многие автомобили оборудованы мощными и надёжными тормозными системами, которые обеспечивают прекрасное тормозное усилие даже на высоких скоростях, стандартная тормозная система не может предохранить водителя от излишнего реагирования в аварийной ситуации и приложения слишком большого усилия к педали тормоза (особенно в условиях плохой дороги/погоды или в случае аварийного торможения).

Если водитель приложит слишком большое усилие к педали тормоза, колёса заблокируются и автомобиль может скользить, особенно на неровных дорожных поверхностях.

Даже если автомобиль не заскользит, результатом может стать авария, поскольку водитель не сможет объехать препятствие при заблокированных колёсах.

Регулировка давления в тормозной системе при помощи ABS предотвращает блокировку колёс. Она воздействует нужным давлением тормозной системы на все тормозные суппорты, чтобы сохранить управляемость автомобиля, одновременно добиваясь короткого тормозного пути.

Электронная система распределения тормозных сил

В более старых автомобилях для распределения тормозных сил между передним и задним мостом использовались только механические решения. Один из недостатков состоял в том, что во избежание преждевременной блокировки при любых обстоятельствах (например, из-за влажной или скользкой дороги) подаваемое на задние колёса давление тормозной системы никогда не было оптимальным.

В большинстве случаев доля тормозных сил, прилагаемых к задним колёсам, увеличивается, что обеспечивает оптимальную устойчивость автомобиля при всех условиях. Это уменьшает тормозной путь и тепловую нагрузку на передние тормоза, а также обеспечивает равномерный износ передних и задних тормозных колодок.

Стандартный автомобиль имел такое распределение тормозных сил, что на передние колёса приходилось примерно 80% усилия, а на задние колёса - 20%, распределение тормозных сил автомобилей с EBD меняется примерно до значений 60% и 40% (варьируются).

Система контроля тягового усилия

Критическая ситуация управления автомобилем может возникнуть не только в процессе торможения, но также и во время езды, выполнения поворота, трогания с места и ускорения (особенно на мокрых и скользких дорогах). Такие ситуации могут затруднить для водителя правильную реакцию, а также могут привести к тому, что управление автомобилем станет неустойчивым.

TCS помогает разрешить эти проблемы путём снижения проскальзывания колёс. Это достигается либо уменьшением крутящего момента двигателя (отсылкой соответствующего сигнала в PCM (Powertrain Control Module = модуль управления силовым агрегатом)) и/или приложением тормозных сил к проскальзывающему колесу (колёсам).

TCS объединяется с некоторыми модулями управления гидравлической системой ABS при помощи незначительных изменений в основной системе, а также подключается ко всем системам DSC.

В зависимости от автомобиля, для работы TCS могут применяться разные стратегии. Наиболее распространённая состоит в том, что когда модуль управления определяет, что скорость вращения ведущих колёс превышает скорость других колёс на определённую величину, в РСМ отсылается сигнал уменьшить крутящий момент двигателя. РСМ соответственно уменьшает выходной крутящий момент двигателя, закрывая клапан дроссельной заслонки (только в автомобилях с электронным клапаном дроссельной заслонки), регулируя установку опережения зажигания и/или уменьшая подачу топлива. Если проскальзывание колеса всё же превышает предел или если скорость одного ведущего колеса превышает скорость другого ведущего колеса на определённую величину, то на соответствующее колесо гидравлическим блоком подаётся тормозная сила.

Регулировка динамической стабильности

Из-за таких внешних обстоятельств, как препятствие на дороге, мокрые или скользкие дороги или управление автомобилем на неподходящей скорости, автомобиль может достигнуть критических пределов, когда водитель больше не может управлять автомобилем.

В таких критических обстоятельствах DSC улучшает управляемость и устойчивость автомобиля. Направление движения автомобиля может контролироваться либо поворотом рулевого колеса, либо моментом поворота вокруг вертикальной оси, создаваемым приложением тормозной силы к одному колесу. Для управления направлением движения автомобиля водитель использует рулевое колесо, в то время как DSC использует тормозную систему.

DSC постоянно контролирует движение автомобиля, не только скорость, но и величину поворота вокруг вертикальной оси, поперечное ускорение и угол поворота рулевого управления. Модуль управления рассчитывает направление, в котором хочет ехать водитель, используя угол поворота рулевого управления. Это сравнивается с действительной скоростью автомобиля, углом поворота автомобиля вокруг вертикальной оси и поперечным ускорением. Если обнаруживается критическая ситуация, DSC соответственно прилагает управляемую тормозную силу и посредством РСМ уменьшает, до необходимого уровня выходной крутящий момент двигателя (таким же образом, как для работы TCS), чтобы обеспечить следование автомобиля в желаемом направлении.

DSC использует усовершенствованный модуль управления гидравлической системой ABS и дополнительные датчики.

Помощь при экстренном торможении

Несмотря на то, что многие автомобили оборудованы мощными и надёжными тормозными системами, которые обеспечивают превосходное тормозное усилие даже на высоких скоростях, стандартная тормозная система не может защитить водителя от неправильного реагирования и приложения к педали тормоза меньшего усилия, чем требуется для получения кратчайшего тормозного пути. Особенно, когда педаль тормоза начинает вибрировать из-за работы ABS, многие водители инстинктивно отпускают её или больше не увеличивают прилагаемое усилие, что не позволяет колёсам передать максимально возможную тормозную силу.

ЕВА автоматически обнаруживает аварийные тормозные ситуации по сочетанию скорости и усилия, с которым водитель нажимает на педаль тормоза. Как только такая ситуация обнаружена, ЕВА автоматически подаёт полное давление тормозной системы в оба тормозных контура до тех пор, пока либо водитель не отпустит полностью педаль тормоза и/или автомобиль не остановится (в зависимости от автомобиля). Конечно, автомобиль остаётся управляемым во время включения тормозов, поскольку ABS гарантирует, что ни одно колесо не заблокируется.

ЕВА либо встраивается в модуль управления гидравлической системой ABS и работает с применением электроники, либо эта система работает механически и встроена в усилитель тормозов.


По материалам сайта www.mskjapan.ru

← все статьи