Изучаем систему стабилизации: порог нестабильности
Появление антиблокировочной системы (AБС) дало возможность оптимизировать торможение, что существенно повысило безопасность автомобиля. Расширение влияния электроники на процессы управления оказалось вопросом времени.
ПЕДАЛЬ В ПОЛ
Первой ступенью эволюции стала противобуксовочная система (ASR, TCS, TRC). Ее задача – контроль тягового усилия на ведущих колесах и поддержание курсовой устойчивости. В различных режимах движения колёса то и дело проскальзывают, то есть возникает расхождение между действительной скоростью и окружной скоростью колес. Особенно сильно это проявляется при ускорении (пробуксовка) и замедлении (блокировка). Величина проскальзывания напрямую влияет на сцепление с покрытием и передачу усилий ускорения, замедления и поворота. В условиях замедления при превышении определенного порога AБС начинает контролировать проскальзывание, а при ускорении на помощь приходит противобуксовочная система (ПБС).
Современные ПБС могут воздействовать на пробуксовку ведущих колес двумя способами: уменьшением крутящего момента двигателя и/или подтормаживанием проскальзывающего колеса. Для «удушения» двигателя есть несколько способов: уменьшение подачи топлива, изменение угла опережения зажигания, прикрытие дроссельной заслонки (при наличии электронного дросселя). ПБС только ставит задачу модулю управления двигателем – воздействие на тормозную систему осуществляется ресурсами AБС.
Конструктивно ПБС не что иное, как модернизированная AБС. Тормозные системы современных автомобилей построены по двухконтурной диагональной схеме. К антиблокировочной системе с восемью клапанами (по два на каждое колесо) добавлены два клапана управления тяговым усилием (по одному в каждом контуре). Скорость колес отслеживается датчиками AБС. При необходимости задействовать тормоза ПБС работает в тех же трех режимах, что и AБС: повышение, удержание и снижение давления. Контуры работают сходным образом.
Все схемы открываются в полный размер по клику мышки.
Приведем пример действия системы при пробуксовке переднего правого колеса. С помощью насоса и клапанов давление повышается только в контуре буксующего колеса. Дополнительный клапан ПБС изолирует контур переднего правого и заднего левого колес от главного тормозного цилиндра, иначе рабочаяжидкость уходила бы в цилиндр. Далее клапаны AБС разделяют контуры. При уменьшении пробуксовки изолируется суппорт, а насос отключается. Если проскальзывание продолжает уменьшаться, давление снижается с помощью насоса и клапанов. При необходимости цикл повторяется. У полноприводного автомобиля ПБС работает таким же образом, но дополнительно может отправлять запрос в блок управления полным приводом на перераспределение крутящего момента по осям, чтобы уравнять проскальзывание всех колес.
Пробуксовка ведущих колес опасна во многих ситуациях, особенно зимой. Все видели заднеприводные автомобили, которые поднимаются в горку чуть не боком. А при обычном движении в повороте они могут сорваться в занос. Не лучше обстоят дела и с передним приводом. Для таких машин характерен снос при резком старте или прохождении поворота «на грани». Движение по прямой тоже способно подкинуть сюрприз, если одна сторона машины окажется на льду. Страшно не само попадание на такой участок, а съезд с него: когда проскальзывающее колесо вновь обретет хорошее сцепление, машину может кинуть в сторону. Во всех подобных ситуациях ПБС регулирует проскальзывание ведущих колес.
ИДЕМ ПОД РУКУ
Следующей ступенью эволюции стала система курсовой устойчивости, или система динамической стабилизации (ESP, DSC, VSC). Этот помощник способен поддерживать заданное водителем направление движения в различных условиях. Там, где пасует ПБС, теми же средствами воздействия справится ESP.
При сносе или заносе ESP воздействует на тормоза и/или крутящий момент двигателя в зависимости от ситуации. Если автомобиль не вписывается в левый поворот, ESP подтормозит заднее левое колесо, создав дополнительный момент вращения. В случае возникновения заноса в этом же повороте электронный помощник исправит ситуацию, придержав переднее правое колесо. Направленный вправо противодействующий момент погасит занос.
Система действует на упреждение, пресекая саму возможность неустойчивости. Часто водитель даже не ощущает стороннего вмешательства – лишь индикация системы дает понять, что он где-то ошибся.
АПГРЕЙД
Как же доработали AБС, чтобы получить описанные возможности? В гидроблок помимо двух клапанов ПБС добавили еще два для работы ESP. А саму машину оборудовали дополнительными датчиками. Гидроблок работает в трех режимах. Два клапана (по одному на каждый контур) стоят между главным тормозным цилиндром и стороной всасывания насоса, чтобы пропустить достаточное количество тормозной жидкости при работе ESP. В остальном система работает подобно противобуксовочной, управляя давлением независимо для каждого колеса. Расходные клапаны, показанные на схеме, служат для снижения гидравлического шума тормозной жидкости в случае больших перепадов давления. Они работают механически и иногда встречаются в базовых блоках AБС.
Для определения курса автомобиля ESP использует датчик положения руля. Воздействующие на машину силы отслеживает комбинированный датчик, который оценивает величину поворота вокруг вертикальной оси и поперечные перегрузки. Также ESP определяет скорость – общую и каждого колеса в отдельности – с помощью датчиков AБС. При несоответствии параметров, когда, например, машина не вписывается в вираж (руль повернут, а она движется по прямой), система вмешивается в управление.
Датчик положения руля располагается на колонке в виде отдельного элемента либо его встраивают в комбинированный переключатель света. Существует несколько типов датчиков положения: с элементами Холла, магниторезистивные и фотоэлектрические (самые распространенные). Блок с несколькими фотоэлектрическими датчиками, состоящими из светодиодов и фототранзисторов, считывает диск с прорезями, который вращается вместе с рулем. При вращении диска свет диода воспринимается фототранзистором. Простейший блок имеет две пары датчиков, сигналы которых сдвинуты друг относительно друга. На основании разницы фаз рассчитываются угол и скорость поворота руля, а также нейтральное положение.
Комбинированный сенсор определяет воздействующие на машину силы. Он включает в себя минимум два датчика, которые представляют собой разновидность акселерометра и работают как механически, так и электронным способом. Обычно это устройство располагают под передним пассажирским сиденьем или центральной консолью. Оно очень чувствительно к ударам, при установке его следует точно выверять и затягивать с определенным усилием. Небрежность может сказаться на результатах и нарушить работу ESP.
ВЕРТИКАЛЬ ВЛАСТИ
В состав систем стабилизации иногда входит датчик давления тормозной жидкости. Он нужен системе помощи при экстренном торможении, когда водитель от испуга нажимает на педаль быстро, но недостаточно сильно. «Дожиматель» мгновенно создает максимальное давление в приводе. Такие устройства делятся на механические (функция конструктивно включена в вакуумный насос) и электронные (встроены в систему стабилизации).
В последнее время функции ESP дополняют помощью при спуске с горы или электронной имитацией блокировки дифференциала. Работают они по схожему с описанным выше принципу – оценивая силы, воздействующие на автомобиль, и корректируя тормозами скорость и направление движения.
С момента создания простейшей AБС до появления современных систем стабилизации прошло не так уж много времени, и прогресс в этом направлении продолжается. Но не стоит забывать, что даже самые изощренные электронные помощники не способны отменить законы физики.
ПАЛКИ В КОЛЕСА
У ПБС есть недостатки. В некоторых экстремальных ситуациях, когда спасти положение можно только резким нажатием на газ (например, чтобы вытащить переднеприводный автомобиль из заноса), ПБС не позволит сделать это. Однако отключать систему не стоит – пользы от нее больше, чем вреда.
УЖЕ ПРОХОДИЛИ
Функцию ESP в разных машинах можно отключить полностью либо частично, когда она отодвигает порог срабатывания. Но часто отключение вообще не предусмотрено. Пожалуй, оно оправданно лишь во время гонок, контраварийного обучения и преодоления бездорожья. Во всех остальных случаях ESP окажется полезной даже для опытного водителя.
Неисправности ESP – это в большинстве своем неисправности обычной AБС, о которых мы подробно рассказывали в ЗР, 2013, № 7. Конечно, возможны отказы дополнительных элементов, но чаще всего проблемы кроются в датчиках скорости колес.