Развитие и доводка технических способностей современного автомобиля дошли до такой степени, что человек уже не в состоянии справиться с его управлением при вождении на пределе. Необязательно в агрессивном стиле, возможны ситуации на дороге, когда автомобиль ещё мог бы избежать неприятностей, задействовав свою управляемость и динамические характеристики, но водитель уже не умеет или не успевает. Стало понятно, часть функций пора перекладывать на точную и быстродействующую программируемую электронику, в частности, ESP, что это такое в машине сейчас уже известно многим.
Этапы внедрения электронных систем помощи водителю
Развитие систем помощи водителю в разных режимах движения шло по пути усложнения и увеличения количества функций. Это связано с прогрессом компьютерных технологий, повышением быстродействия, объёмов памяти и снижением цены бортовых блоков обработки данных, датчиков и исполнительных механизмов. Параллельно отрабатывались алгоритмы работы с использованием опыта лучших водителей (автоспортсменов), заводских испытателей и полученных данных обратной связи от широкого круга сотрудников автомобильной прессы и рядовых водителей. Предусмотреть всё в лабораторных условиях тут в принципе невозможно.
Антиблокировочная система тормозов ABS, как основа всего последующего
Назначение и принцип действия ABS сейчас известны почти всем. Колесо, катящееся на грани срыва в скольжение, способно передать на кузов гораздо большую тормозную силу, чем уже сорвавшееся в юз. Но в данном случае роль ABS состояла в том, что именно она предоставила в распоряжение разработчиков автомобилей целый ряд полезных механизмов для реализации уже других функций:
С таким набором можно было пойти дальше, что и произошло.
Контроль за тягой и управление тормозным моментом
Очень часто крутящий момент двигателя, передаваемый через трансмиссию на ведущие колёса, оказывается чрезмерным или просто ненужным. Через те же датчики ABS это можно определить, рассчитать и выдать нужную обратную связь на контроллер впрыска и зажигания. Образовавшаяся система контроля тяги, или трекшн-контроль, получила разные обозначения, наиболее часто она называется ASR. В работе новая система проявила себя достойно, машины стали гораздо устойчивей. Одновременно была решена задача стабильности и при отрицательном ускорении.
Замедляясь даже при помощи ABS, автомобиль может испытывать курсовые колебания из-за возникновения разворачивающих моментов. Оценивая подобные отклонения в комплексе, а не только по признаку максимального тормозного усилия со стороны каждого колеса, вероятно попавшего в совершенно иные условия относительно всех прочих, инженеры дополнили ABS интеллектом в распределении тормозных сил. Машины приобрели дополнительную устойчивость.
Появление ESP
Объединение функций уже известных систем с дополнением их рядом новых привело к созданию интегрированного помощника водителю в предельных ситуациях. Система курсовой устойчивости ESP (Electronic Stability Program) включает в себя несколько подсистем на основе единого набора исполнительных механизмов:
Кроме того, в распоряжении ESP имеются средства контроля над вращательными курсовыми ускорениями автомобиля, а также активного вмешательства в руление. Наличие векторных и угловых датчиков позволяет оценивать намерения автомобиля лишиться устойчивости в любом направлении.
Даже первые несовершенные ESP проявили себя неплохо, в частности, спасли репутацию самого маленького Мерседеса А-класса, когда оказалось, что он склонен к переворачиванию при типовой имитации объезда препятствия. У компании уже были наработки по стабилизации в старших моделях, быстро проведённая работа по внедрению ESP в штатную базовую комплектацию высокого короткобазного автомобиля скромных габаритов устранила проблему и способствовала широкому распространению системы.
Как работает ESP в различных ситуациях
Управление автомобилем возможно только тогда, когда предел сцепных свойств шин ещё не превышен. Характерной особенностью нового помощника стала способность предвидеть ситуацию и принимать профилактические меры. Система курсовой устойчивости автомобиля знает, что при соблюдении условий по продольному и поперечному ускорению под тягой или тормозными усилиями основной опасностью становятся инерционные эффекты, особенно колебательного резонансного характера. Подобные процессы достаточно легко просчитываются и парируются превентивными действиями векторного управления тягой и торможением.
Предотвращение избыточной и недостаточной поворачиваемости
При недостаточной поворачиваемости в повороте возникает снос передней оси наружу. Работа рулём в ситуации не помогает, поскольку управляемые колёса находятся на грани сцепления или уже скользят. Система ESP по данным своих датчиков заблаговременно чувствует, что автомобиль уже не в состоянии двигаться по заданной траектории и начинает вполне конкретные предупредительные действия, чтобы противостоять полной потере управляемости, когда уже ничто не поможет.
Воздействовать на передние колёса уже бесполезно, поэтому начинается подтормаживание заднего внутреннего по отношению к повороту колеса. Это способствует появлению поворачивающего момента. Одновременно уменьшается тяга, а на усилитель руля подаётся команда выставить сопротивляемость так, чтобы неопытный водитель, даже не знающий, что такое ESP в автомобиле, инстинктивно понял, что от него требуется.
При заносе, то есть начале проявления избыточной управляемости, задняя ось наоборот, начинает «обгонять» автомобиль. Тормозное усилие будет создано на наружном переднем колесе, а тяга снова уменьшена в случае заднеприводного автомобиля или добавлена на переднем приводе. Именно так бы повёл себя в заносе опытный водитель.
Стабилизация автомобиля при возникновении курсовых колебаний
Потеря курсовой устойчивости резонансного колебательного характера требует быстрой и точной опережающей реакции водителя, что начинающий выполнить не в состоянии. Электроника по приведённой выше схеме начинает действовать последовательно на парирование попеременно возникающих сносов и заносов, в результате чего автомобиль будет стабилизирован, если это ещё возможно по условиям сцепления с дорогой и выбору скорости. Сама скорость будет максимально быстро и эффективно погашена без дополнения энергии колебаний курса.
Имитация блокировки дифференциалов
В условиях бездорожья, которым можно считать любую ситуацию на пределе возможностей конкретного автомобиля и его шин, одно из колёс ведущей оси может потерять сцепление, хотя второе ещё способно создавать тягу. Свободный дифференциал всегда распределяет момент поровну между колёсами. То есть близкий к нулю момент на буксующей шине автоматически означает потерю тяги и на противоположной. Электроника это понимает, поэтому система курсовой устойчивости притормозит свободное колесо, а образовавшийся из-за этого момент на втором создаст спасительное тяговое усилие.
То же самое произойдёт не только при застревании, но и в скользком быстром повороте, когда внутреннее колесо вывешивается и теряет связь с покрытием. Момент будет переброшен на наружное, и машина успешно заправится в поворот, поскольку именно оно нагружено силами инерции.
Недостатки ESP и случаи, требующие её отключения
Наличие умной ESP может не только сделать из любого водителя умелого автоспортсмена, но в некоторых ситуациях привести к прямо противоположному эффекту — лишить опытного человека возможности проявить его навыки:
Обычно предусматривается частичное или полное отключение системы. Но с набором скорости она всё равно включится и вмешается, исключением могут быть лишь машины с возможностью спортивного вождения на закрытых трассах. Иногда даже данная функция завязана на навигатор, где такие участки особо отмечены. В любом случае, понимание, ESP что это такое в машине, необходимо как для гражданского управления автомобилем с максимальной безопасностью, так и при экстремальном вождении, когда её вмешательства способны стать нежелательным фактором.