Структура системы активной безопасности автомобиля.

 

Из анализа указанных схем следует однозначный вывод о том, что ядром любой САБ является тормозная система. Тормозная система современного автомобиля, наряду с решением традиционных задач (уменьшение скорости, вплоть до его полной остановки, либо удержание автомобиля на месте), используется системами активной безопасности для обеспечения устойчивости и управляемости путем регулирования параметров сцепления колеса с дорогой, активно взаимодействуя при этом с другими компонентами автомобиля, как в тормозном, так и в тяговом режиме.

 

Таким образом, роль тормозного привода автомобиля качественно меняется — он может выступать и самостоятельной системой управления, и «подсистемой», объектом управления системы более высокого порядка.

Кроме этого, анализ различных классов САБ позволяет сделать ряд других важных выводов:

- произошел четкий переход от использования единичных, одноцелевых систем типа АБС или ПБС к применению интегрированных комплексов, охватывающих, по возможности, различные режимы движения;

- конструктивно в процессе регулирования САБ практически всегда использует управление тормозным приводом, что позволяет наращивать интегрированную систему на базе АБС;

- водитель транспортного средства не исключается из процесса управления движением и является непременным звеном в цепи регулирования САБ;

- функции САБ по выводу автомобиля из критической дорожно-транспортной ситуации дополняются введением новых функций, позволяющих спрогнозировать и упредить развитие таких ситуаций;

- с точки зрения параметров регулирования в современных САБ тяговое и/или тормозное усилие управления регулируется с отслеживанием важнейших характеристик тормозной и тяговой эффективности, управляемости, устойчивости и безопасности движения транспортного средства: продольного и поперечного проскальзывания колеса, углов бокового и курсового увода, дистанции между автомобилями и др.

 

 

 

Рис. 7 - Схемы систем активной безопасности:

а) для тормозного режима; б) для тягового и комбинированных режимов.

V_B — скорость автомобиля, задаваемая водителем;

V_ф — фактическая скорость автомобиля;

∆ — отклонение скорости;

F_упр — усилие управления тормозным приводом;

α_р — воздействие на рулевое управление;

Мт — тормозной момент;

s — параметр регулирования САБ (например, проскальзывание колеса);

σ — управляющий сигнал

 

Таким образом, для управления автомобилем в соответствии с текущей ситуацией все устройства, отвечающие за отдельные аспекты активной безопасности транспортного средства, должны быть интегрированы в единую систему активной безопасности на общей конструктивной и функциональной базе.

Теоретическая основа такого единого комплекса должна быть универсальной для всех возможных режимов движения, чтобы система активной безопасности могла правильно реагировать на любую дорожно-транспортную ситуацию и сверх этого прогнозировать вероятный процесс движения мобильной машины. Вариант структурной схемы такого комплекса показан на рис. 8. Здесь представлены возможные основные параметры. В частных случаях их следует рассматривать применительно к конкретной системе активной безопасности.

Все параметры движения одиночного колеса и автомобиля, участвующие в регулировочном процессе, можно сгруппировать по своему функциональному назначению в четыре блока.

Первый блок определяет измеряемые напрямую величины. Исходя из назначения САБ и современного состояния в области сенсорики, целесообразно получать измерительные сигналы следующих параметров:

- для колеса — давление в исполнительных аппаратах тормозной системы, угловая скорость колеса и ее производная, нормальная нагрузка на колесо, сила в контакте колеса с дорогой;

- для автомобиля — реальная скорость автомобиля и ее производная, угол поворота рулевого колеса, инерционная скорость автомобиля, поперечное ускорение, дистанция до других транспортных средств или препятствий.

 

В следующем блоке представлены основные параметры, характеризующие динамику движения транспортного средства и являющиеся показателями качества регулирования. К ним следует отнести:

- для колеса — проскальзывание колеса в боковом и продольном направлениях, момент сил в контакте колеса с дорогой;

- для автомобиля — линейная скорость движения автомобиля, угол курсового увода автомобиля, инерционный момент автомобиля относительно вертикальной оси.

 

Третьим блоком является блок управляющих воздействий, в который входят давление в тормозном приводе или усилие управления тормозным механизмом и момент двигателя (крутящий момент, подводимый к ведущим колесам).

 

Завершающий блок составляют показатели, оценивающие работу системы активной безопасности. Эффективность САБ целесообразно оценивать по нескольким группам критериев: конструктивным, функциональным, экономическим, эксплуатационным и эргономическим. Исходя из опыта эксплуатации современных систем активной безопасности, первоначально можно выделить следующие конкретные оценочные показатели для их работы:

- в тормозном режиме — достигаемый тормозной путь, среднее значение удельной тормозной силы в процессе регулирования, замедление автомобиля, обеспечиваемое остаточным объемом рабочего тела тормозного привода,

- в тяговом режиме — ускорение при разгоне транспортного средства, максимальная скорость движения, удельная тяговая окружная сила,

- во всех режимах движения — частота работы системы, угол курсового увода, расход рабочего тела, усилие и скорость поворота рулевого колеса, степень реализации сцепления колеса с дорогой, границы устойчивости и управляемости автомобиля

 

Рис. 1.20 Структурные блоки системы активной безопасности

 

СИСТЕМЫ АКТИВНОЙ БЕЗОПАСНОСТИ

Тормозная система

· ABS · BA · DBC · EBS · EBV · HAH · Brake by Wire · EBD · SBC ·

Рулевое управление

· AFS ·

Трансмиссия

· ASR · EDS · ESP · STC · MATC · MASC ·DSTC · DSA · TRACS ·

Подвеска

· Dynamic Drive · EDC ·

Другие системы

· EyeQ · BLIS · APS · PMD · AFIL · Stop&Start · Volvo On Call · LDW · ARP · ACC · ADR · RSC · ROPS · IAQS · SmarTire · Pre-Safe · Pre-Crash Safety System · X-Pressure ·

 

ТОРМОЗНЫЕ СИСТЕМЫ

ABS

Anti-lock Braking System
(AБС – Антиблокировочная система тормозов)

Разработчик: Bosch

История создания «Устройство для предотвращения жесткого торможения колес» немецкая фирма Bosch запатентовала в далеком 1936 году. А начало современной истории АБС было положено в 1964 году, когда дипломированный инженер Гейнц Либер (Heinz Leiber), в то время работавший в компании TELDIX GmbH из Гейдельберга (Heidelberg) разработал фундаментальные основы таких систем. Позже он возглавил отделение электрики и электроники автомобилей в фирме Mercedes-Benz (входящей в холдинг Daimler-Benz, а ныне - DaimlerChrysler) из Штуттгарт-Унтертюркхайма (Stuttgart-Unterturkheim). Уже 9 декабря 1970 профессор Ханс Шеренберг (Hans Scherenberg), один из высших управляющих Daimler-Benz, объявил о создании первых работоспособных образцов антиблокировочной системы. онечно, ни о какой сложной электронике в начале 70-х прошлого века не могло идти и речи, AБС с электронным управлением появились несколько позже и первую такую систему разработала в 1978 году фирма Bosch. Вполне естественно, что впервые устанавливать АБС на серийных автомобилях с 1978 года стала именно фирма Daimler-Benz. Это были автомобили Mercedes-Benz S-класса. С 1 октября 1992 года антиблокировочные системы входят в стандартную комплектацию всех автомобилей Mercedes., а вскоре после этого – BMW 7-ой серии. С момента представления системы ABS на мировой рынок, компания Bosch основательно усовершенствовала и модернизировала технологию электронных тормозных систем. Их функциональная эффективность неуклонно повышается. Вместе с тем проводится и инженерная оптимизация, благодаря которой размеры и вес приборов становятся меньше. В октябре 2001г. компания Bosch выпустила систему ABS 8-го поколения. Ее вес составил 1,6 кг, что в сравнении с 6,9 кг первой системы 1978 года говорит об основательной оптимизации технологии.

Антиблокировочная система тормозов делает то же самое, что и опытный водитель, только быстрее, точнее, эффективнее и без всякого участия человека. Достаточно сказать, что АБС за секунду делает до 25 циклов притормаживания, что абсолютно недостижимо даже для тренированных автоспортсменов.
Конструкция АБС не очень сложна, но требует высокой культуры проектирования, производства и эксплуатации. В состав простейшей АБС входят блок управления (естественно, электронный), завязанный на него гидромодуль, включенный в общую тормозную систему автомобиля, датчик вращения колес и зубчатый диск, установленный на оси колеса и вращающийся вместе с ним.
Система работает следующим образом: при торможении датчик отслеживает скорость вращения колеса по зубчикам диска, и в тот момент, когда колеса блокируются, датчик подает соответствующий сигнал на блок управления, который, в свою очередь, подает команду гидромодулю на снижение давления тормозной жидкости в контурах системы. По мере снижения давления тормозные колодки отпускают колеса, и они начинают вращаться - сцепление колес с дорогой и управляемость при торможении не пострадали. Можно продолжить торможение, повторяя этот цикл многократно до тех пор, пока водитель продолжает удерживать педаль тормоза нажатой. Результат довольно заметен. Тормозной путь автомобиля с АБС на скользкой дороге по сравнению с аналогичным без этой системы уменьшается примерно на 10-15%. Согласитесь, это как раз те 5, а то и 10 метров, которых не хватает, чтобы избежать столкновения. И не будем забывать: автомобиль с АБС в течение всего времени торможения управляем, то есть всегда остается возможность совершить необходимый маневр.
Современные АБС намного сложнее. Как только появилась возможность использовать в качестве электронного блока управления компьютер, функциональность АБС резко повысилась. Установка дополнительных датчиков, например угла поворота передних колес или скорости поворота машины вокруг вертикальной оси, позволяет компьютеру на основе полных данных осуществлять еще более «интеллектуальное» управление тормозами, а на последних моделях автомобилей - еще и тягой. Различное тормозное усилие на передних и задних колесах или, в другом случае, колесах внешних или внутренних по отношению к повороту позволяет сделать движение автомобиля стабильным в различных условиях как прямолинейного движения, так и в поворотах, и предотвратить появление заноса. Подобная система, корректирующая движение в повороте и реализованная в основном программно, получила название ESP.

Поведение автомобиля при экстренном торможении:

Без ABS (слева) и с ABS (справа)

BA

Brake Assist
Она же: BAS, PA или PABS

(Система аварийного торможения)

Электронная система управления давлением в гидравлической системе тормозов, которая в случае необходимости экстренного торможения и недостаточного при этом усилия на педали тормоза самостоятельно повышает давление в тормозной магистрали, делая это во много раз быстрее, чем на то способен человек.
Электроника гидравлического brake assist распознает, произошёл ли процесс аварийного торможения по скорости движения педали и давлению на педаль. В случае аварийного торможения давление в системе тормозного привода в течение миллисекунд автоматически значительно увеличивается, т.е. уменьшается время на срабатывание тормоза машины в ситуациях когда все решают мгновенья.
При этом и у не очень опытных водителей уменьшается время для реакции даже при максимальной задержке на границе блокирования колёс. Электроника берет управление экстренным торможением на себя и останавливает автомобиль в максимально короткий срок значительно сокращая тормозной путь, особенно на высоких скоростях движения.

DBC

Dynamic Brake Control

(Система динамического контроля за торможением)

В экстренной ситуации около 90 процентов всех водителей не в состоянии выполнить экстренное торможение. При этом характерно, что, несмотря на быстрое нажатие педали, они давят на нее с недостаточной силой. "Последующее" увеличение усилия, прикладываемого к педали, лишь незначительно увеличивает тормозную мощность. Тем самым тормозная мощность используется лишь частично, в результате чего в экстренной ситуации может не хватить нескольких ценнейших метров тормозного пути, которые могли бы спасти жизнь.
Система DBC представляет собой дополнение к системе динамического контроля устойчивости (DSC). Система DBC ускоряет и усиливает процесс нарастания давления в приводе тормозов в случае экстренного торможения и обеспечивает - даже при недостаточной силе нажатия педали - минимальный тормозной путь.
В качестве определяющих величин учитываются данные о скорости нарастания давления и усилии, прикладываемом к педали.
Система DBC использует принцип гидравлического усиления, а не вакуумный принцип. Подобная гидравлическая система обеспечивает лучшее и значительно более точное дозирование тормозного усилия в случае экстренного торможения.

EBS

Electronic Braking System

(Электронная система торможения)

Педаль тормоза в EBS не имеет механической связи с тормозной системой (так называемая электронная педаль). Ее перемещение преобразуется в электрический сигнал и подается блоку управления. После анализа информации от различных датчиков (нагрузка, скорость, поперечное ускорение, угол поворота рулевого колеса), электроника самостоятельно дает команду исполнительным механизмам, регулирующим давление в контурах тормозной системы.

EBV

(Система электронного распределение тормозных сил)

Устройство, входящее в состав ABS пятого поколения. Контролирует поведение всех колес по отношению друг к другу и с помощью электроники регулирует тормозное усилие в соответствии со степенью нажатия на педаль тормоза и загрузки автомобиля.
Принцип состоит в том, что тормозное усилие передается на каждое колесо индивидуально и строго дозированно, каждое колесо тормозит индивидуально, а электронные датчики и микропроцессор по многим параметрам оценивают состояние автомобиля в реальном маштабе времени и предотвращают заносы корпуса и обеспечивают наибольшую эффективность торможения при любых дорожных условиях даже при торможении с максимальным усилием нажатия на педаль тормоза.

HAH