Система курсовой устойчивости ESP (ESC) — Описание и принцип работы

Каждая автомобильная компания стремится придумать для этой системы своё название, образуя новые аббревиатуры. Чаще всего используется применяемое Bosch имя ESP, но существует и азиатское ESC, сути дела это не меняет. А по этой сути виртуальное устройство представляет собой программный продукт, использующий существовавшее ранее оборудование антиблокировочной системы тормозов, трекшн-контроля и новые компьютеры с сенсорами увеличенной производительности.

На чём основана работа ESP (ESC)

Система имеет возможность управлять тяговым и тормозным моментами на каждом колесе. А в последнее время её научили вмешиваться даже в самое святое – рулевое управление. Почему бы и нет, если водитель своими неграмотными действиями ставит под угрозу безопасность.

ESP обладает способностью предсказывать будущее. Если имеется информация от датчиков:

• скорости вращения колёс, входящих в состав ABS;
• угла поворота и скорости вращения рулевого колеса;
• угловой скорости и ускорения автомобиля относительно вертикальной оси, проходящей через центр масс;
• режимов работы двигателя и трансмиссии;
• манипуляции водителя с органами управления.

Располагая такими данными, нетрудно предугадать, что может произойти. И тут же, со скоростью, недоступной человеку, принять ответные меры.

Антиблокировочная система тормозов умеет ослаблять давление в гидросистеме каждого из рабочих цилиндров. Но в её состав входит мощный гидравлический насос с системой клапанов и гидроаккумулятором, которым ничего не стоит это давление увеличить при необходимости. То есть подтормозить нужное колесо в оправданной ситуации.

Можно привести пример классического срабатывания системы. При нахождении машины в повороте, а поворотом считается любой изменение траектории, в том числе и на прямой, занос или снос наступят, если превышен уровень сцепления шин с дорогой. Результатом станет закручивание автомобиля в неуправляемое вращение или наоборот, промах мимо поворота со спрямлением траектории. И того и другого можно избежать, если заблаговременно подтормозить нужное колесо, а через дифференциал увеличить крутящий момент на другом.

Тормозной момент прикладывается ко внутреннему по отношению к повороту колесу, автоматически при наличии тяги он увеличивается на внешнем. Машина получает дополнительный угловой вектор, заправляющий её в поворот.

Если система зафиксирует наличие иной опасной ситуации, то она может параллельно с тормозами комплексно отреагировать с помощью прочих исполнительных механизмов:

• изменить текущую картографию двигателя, регулируя крутящий момент;
• подать сигнал водителю через усилитель рулевого управления, или даже самостоятельно провести подруливание передней или задней оси;
• перенастроить характеристику подвесок, увеличив или уменьшив динамическую жёсткость.

Управление тормозами проводится через штатные средства ABS, рулём – с помощью электроусилителя, подвеской – изменением параметров электроуправляемых амортизаторов с клапанами или магниторезистивной жидкостью. Вмешательство в работу двигателя и трансмиссии происходит путём связи по шине данных с блоками управления соответствующими агрегатами:

• удержанием текущей передачи в автоматической коробке;
• изменением передаточного числа бесступенчатой трансмиссии (вариатора);
• перераспределением крутящего момента по колёсам в полноприводной трансмиссии с фрикционными муфтами;
• управлением дроссельной заслонкой двигателя;
• изменением состава смеси или угла опережения зажигания;
• отключением части цилиндров.

Общая математическая модель состояния системы автомобиль-дорога-водитель непрерывно обсчитывается электронным блоком, а поступающие с датчиков данные обрабатываются и обновляются в реальном времени с большой скоростью. Система всегда готова к вмешательству в действия водителя. На многих машинах её невозможно отключить полностью или частично, на других имеется соответствующая кнопка. В спорте или тестировании для полного исключения помощи ESP применяется извлечение предохранителя, после чего вся ответственность перекладывается на водителя.

Состав системы

Формально ESP включает с себя набор датчиков, гидроблок, электронные контроллеры и прочие исполнительные механизмы. Но фактически используются уже имеющиеся приборы иных систем, в частности, ABS, контроля за тягой и автоматического рулевого управления. То есть непосредственно система стабилизации являет собой программу с набором типовых и уникальных алгоритмов.

Внешние связи налажены по общей автомобильной шине данных, различные блоки свободно обмениваются информацией и командами. Такой подход исключает как локализацию системы чётко в памяти одного блока, так и распределение функций. Например, к ESP иногда относят даже совершенно к ней не относящиеся способности оценивать изменение давления в колёсах не по сигналам специализированных датчиков давления, а по изменению эффективного радиуса катящегося колеса. Система это распознает по непонятному отклонению частоты вращения от предсказанного.

Часто чрезмерно внимательный контроль системы стабилизации вынуждает отключать её и при штатной эксплуатации. Это связано с движением в тяжёлых дорожных условиях, когда без нестабильности невозможно проехать, а также при изменении радиуса качения отдельных колёс, например, использовании запасок или цепей противоскольжения.

Плюсы и минусы ESP

Достоинства системы стабилизации настолько превышают наносимый ею вред, что она стала обязательной к применению на новых автомобилях во многих странах:

• система обеспечивает чёткое и стабильное движение автомобиля по заданной траектории вплоть до полного исчерпания сцепных свойств всех колёс;
• выравнивает машину в самом начале заноса или сноса;
• предотвращает развитие курсовых резонансных колебаний;
• эффективно стабилизирует даже в таких кинематически сложных случаях, как полноприводные автомобили и автопоезда;
• сохраняет все функции систем, на основе которых она построена.

К недостаткам можно отнести:

• продолжающееся совершенствование алгоритмов, пока водители ещё вынуждены вручную отключать систему в особых условиях эксплуатации;
• ограничения по скоростям и перегрузкам, обусловленные конечным быстродействием, эти пороги постепенно повышаются;
• вклад в общее повышение цены автомобиля.

Основное, что система ESP внесла в управление автомобилем – это снижение требований к квалификации водителя. Даже начинающие способны управлять в сложных ситуациях на уровне мастеров, а иногда и выше. Ведь никакой самый опытный автогонщик не в состоянии раздельно управлять моментом на колёсах или с такой скоростью реагировать на сложные ситуации. Но если водитель высокой квалификации сможет выйти из любой, в разумных пределах, то для начинающего может всё закончиться сразу в первой. Автоматика сделает всё для удержания автомобиля на дороге, лишь бы хватило способностей шин.