ESP - elektronski program stabilnosti

MAŠINSKI FAKULTET BANJA LUKA

ELEKTRONSKI SISTEM ZA STABILIZACIJU VOZILA Seminarski rad

Predmetni nastavnici: Student: Dragan Erceg

Dr. Radivoje Pešić, red.prof.

Predmet: Mehatronika Mehatro nika motora i vozila

Dr. Dragan Taranović, docent

Mehatronika motora i vozila

Seminarski Rad

SADRŽAJ ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ........................... ................. .... 3 1. Uvod ........................... ............................ 4 2. Osnovni zahtjevi i razlozi za sistem za stabilizaciju vozila ............................ 2.1 Podupravljivost Podupravljivost i nadupravljivost nadupravljivost ....................... ..................................... ............................ ...................... ........ 5 ......................................... ........................... ........................... ..................... ....... 8 3. Sistem za stabilizaciju vozila ........................... 3.1 Način 3.1 Način funkcionisanja sistema s istema za stabilizaciju vozila .......................... .............................10 ...10 3.2 Matematički model vozila opremljenog ESP-om ESP -om ........................... ..................................14 .......14 3.3 Osnovne komponente i šema ESP sistema ............................................16 ........................................ ............................ ...........................1 .............188 4. Davači i aktuatori u ESP sistemu .......................... 4.1 Senzor ugla upravljača ........................... ......................................... ............................ ............................ ...................19 .....19 4.2 Senzor ugaone brzine oko vertikalne ose ...............................................19 4.3 Senzor poprečnog ubrzanja .......................... ........................................ ............................ ...........................1 .............199 4.4 Senzor pritiska .......................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ..................20 ....20 4.5 Senzor broja obrtaja ........................... ......................................... ............................ ............................ .......................20 .........20 4.6 ABS sistem ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ......................21 ........21 4.7 ASR sistem ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ......................21 ........21 ........................................ ........................... ..............22 22 5. Elektronska upravljačka jedinica (ECU) ........................... ......................................... ............................ ............................ ............................ ............................ ..............25 25 6. ZAKLJUČAK ........................... ........................................ ............................ ............................ ............................ ............................ ..............26 26 7. LITERATURA ..........................

Dragan Erceg

2


Seminarski Rad

1. Uvod Motorna vozila se kreću na putnim dionicama vrlo složene konfiguracije, pravolinijskim i krivolinijskim putanjama, sa krivinama različitih geometrijskih karatkteristika. Samom tom činjenicom vozilo u pokretu je izloženo mogućnosti djelovanja poremećajnih sila koje mogu da poremete stabilnost vozila. Čest uzrok saobraćajnih nezgoda je gubitak kontrole nad vozilom. Kada se zbog nekog razloga prevaziđu granice stabilnosti vozila, vozilo gubi kontrolu i počinje nekonstrolisano bočno da se kreće ili okreće oko svoje vertikalne ose. Samom vozaču je teško da povrati upravljivost vozila. Većina vozača mogu da reaguju suprotno od onoga što bi im pomoglo da povrate upravljivost. U takvim situacijama može doći do lakih ili teških saobraćajnih nezgoda. Iako je u poslednjih dve decenije povećan broj vozila na globalnom nivou, broj saobraćajnih nezgoda nije srazremno povećan broju vozila. Napretkom saobraćajne infrastrukture, uvođenjem rigoroznijih zakona o bezbednosti saobraćaja, pobošljanjem pasivne i aktivne bezbednosti, doveli su do smanjenja broj saobraćajnih nezgoda. Uvedeni su sigurnosni pojasevi, vazdušni jastuci, sistem protiv blokiranja točkova (ABS), sistemi koji pomažu pri kočenju (BAS – brake assistant system), PRE – SAFE sistem i mnogi drugi sistemi. Jedan od tih sistema je i sistem za stabilnost vozila ESP (Elektronisches Stabilitatsprogramme), čija je funkcija održavanje stabilnosti vozila u različitim uslovima eksploatacije, odnosno zadržavanje željene putanje vozila u ekstremnim i kritičnim situacijama nastalim greškom vozača. U okviru ovog seminarskog rada obrađena je upravo tematika vezana za ovaj sigurnosni sitem motornih vozila, odnosno njegove osnove, princip rada.

Dragan Erceg

3


Seminarski Rad

2. Osnovni zahtjevi i razlozi za sistem za stabilizaciju vozila Elektronski program stabilnosti (u daljem tekstu ESP) je jedan od aktivnih sistema sigurnosti motornih vozila koji nastoji da održi vozilo u stabilnom kretanju pri ekstremnim manevrisanjima vozilom. Stabilnost vozila se može definisati kao sposobnost vozila da se kreće u različitim uslovima eksploatacije po zadatoj putanji bez klizanja jednog ili više točkova i bez prevrtanja. Narušavanje stabilnosti vozila u nekim uslovima kretanja moguće je kako u uzdužnom, tako i u poprečnom pravcu. Uzrok većini saobraća jnih nezgoda je iznenadni gubitak kontrole nad vozilom. U tom slučaju ESP je taj koji umesto vozača održava vozilo na željenoj putanji. S obzirom na efikasnost koju postiže ESP sistem, od 2009. godine ovaj sistem je moguće naći i na motociklima. Godinama se ESP sistem pokazauje kao veoma efikasan sistem za sprečavanje saobraćajnih nezgoda kod mnogih kategorija vozila. Zbog svoje efikasanosti, mnoge auto kompanije su se zainteresovale za ovaj sistem, pa je samim tim od početka njegove upotrebe povećan broj ugradnje ESP sistema na vozilima (slika 1).

Slika 1: Porast broja vozila sa ESP sistemom Pri manevrisanju vozilom kao posljedica inercionih sila koje djeluju u bočnom pravcu vozila javljaju se bočne reakcije podloge. Bočne sile (inercione sile) nastoje ne samo izvesti vozilo iz njegovog pravca kretanja, nego ga i prevrnuti oko dodirne tačke točka i podloge. Bočne sile djeluju u težištu vozila, odnosno na nekoj visini od podloge na kojoj se kreće vozilo, dok se sile reakcije podloge javljaju u ravni podloge. Dragan Erceg

4


Seminarski Rad

Najčešći slučaj u praksi kojim se remeti stabilnost vozila jeste klizanje, odnosno zanošenje jedne osovine, pri čemu je mnogo češće zanošenje zadnje osovine vozile što je ujedno i opasnije od zanošenja prednje osovine sa aspekta sigurnosti kretanja vozila. U cilju izbjegavanja gubitka stabilnosti i obezbjeđivanja sigurnog kretanja vozila kroz krivinu neophodno je smanjiti brzinu prije početka krivine, osobito na vlažnom i klizavom kolovozu. U suprotnom dolazi do gubitka stabilnosti vozila, odnosno pojave podupravljivosti i nadupravljivosti koje su objašnjene u nastavku.

2.1

Podupravljivost i nadupravljivost

Za objašnjenje pojma podupravljivosti koristit će se prikaz vozila na slici 2. Pretpostavimo da se vozilo prikazano na slici kreće pravolinijski. Pod dejstvom bočne sile S u težištu automobila T pojavit će se bočne reakcije tla Y1 - naprijed i Y2 – nazad. Ovo dovodi do odstupanja točkova vozila od svog prvobitnog pravolinijskog pravca. Sa δ1 je označen ugao skretanja prednjih točkova, a sa δ2 ugao skretanja zadnjih točkova. Očigledno je da će se za δ1=δ2=δ vozilo pri kretanju premještati po pravoj koja zaklapa ugao δ u odnosu na prvobitni pravac kretanja.

Slika 2: Uticaj slia na vozilo koje se kreće pravolinijski Za δ2 < δ1, slika 3a. vozilo se kreće po krivoj liniji odstupajući od prvobitnog pravca kretanja u smjeru dejstva bočne sile S.

Dragan Erceg

5


a)

Seminarski Rad

b) Slika 3: Odstupanje od prvobitnog pravca kretanja

Za δ2 > δ1, slika 3b. vozilo će se kretati po krivoj liniji odstupajući od prvobitnog pravolinijskog pravca kretanja u smjeru suprotnom od smjera dejstva bočne sile S. Odstupanje putanje točkova od zadatog pravca kretanja u odnosu na podužnu osu vozila nazivamo skretanje (ili povođenje) vozila. Pri proučavanju zaokretanja vozila najčešće se model vozila sa više tragova zamjenjuje ekvivalentnim modelom vozila sa jednim tragom prema slici 4.

Slika 4: Ekvivalentni model vozila sa jednim tragom Dragan Erceg

6


Seminarski Rad

Srednji ugao zaokretanja upravljačkih točkova označava se sa λ. Položaj centra zaokretanja i veličina poluprečnika R, kod realnog vozila sa elastičnim točkovima zavise kako od veličine ugla λ , tako i od srednjih uglova skretanja prednje osovine δ1 i zadnje osovine δ2. Sa slike 5. se vidi da će usljed dejstva centrifugalne sile pri zaokretanju automobila, doći do skretanja prednje osovine za ugao δ1, odnosno zadnje osovine za ugao δ2. Brzina tačke A (VA) zaklapat će ugao (λ-δ1), dok će brzina tačke B (VB) zaklapati ugao δ2 u odnosu na podužnu osu vozila. Sa slike je očigledno da je trenutni pol zaokretanja P0 pomjeren u odnosu na centar zaokretanja P koji odgovara zadatom srednjem uglu zaokretanja λ upravljačkih točkova vozila sa krutim točkovima. Ako se u ovoj analizi R ograniči samo na normalne - uobičajene slučajeve u kojima se pretpostavlja da su uglovi skretanja δ1 i δ2 pozitivni, razlikovat će se tri karakteristična stanja: 

δ2 < δ1; R > Ro vozilo je nedovoljno zaokretljivo odnosno nastupa podupravljivost. Podupravljivost je termin za ponašanje vozila koje pri kretanju u krivini pravi veći radijus skretanja od radijusa koji bi opisalo vozilo da se kreće u smijeru u kojem su usmjereni upravljački točkovi. Drugim riječima, podupravljivost je stanje kada vozilo ne prati putanju kretanja koje mu nameće vozač pri kretanju u krivini zbog toga što su uglovi klizanja točkova na prednjem kraju vozila veći od onih na zadnjem kraju vozila. Podupravljivost se dešava kada prednji točkovi imaju povećano klizanje pri kretanju vozila u krivini, što uzrokuje da prednji dio vozila ima manje prijanjanje te nije u mogućnosti da prati zadanu putanju kretanja. U ovom slučaju vozač mora da zaokrene upravljačke točkove (točak upravljača) za veći ugao λ od geometrijski potrebnog ugla da bi se kretao po željenom krugu poluprečnika R 0;



δ2=δ1; R=R 0 vozilo je, u pogledu zaokretljivosti neutralno. Poluprečnik zaokretanja pri skretanju vozila jednak je poluprečniku zaokretanja vozila sa krutim točkovima, ali položaj trenutnog pola P odstupa od položaja pola Po;



δ2>δ1 ;R
Dragan Erceg

7


Seminarski Rad

Slika 5: Djelovanje centrifugalne sile pri zakretanju vozila Nadupravljivost je fenomen koji se može pojaviti kod vozila pri kretanju kroz krivinu. Za vozilo se kaže da je nadupravljivo kada zadnji točkovi ne prate kretanje prednjih točkova nego klize prema vanjskoj strani krivine. Pojava nadupravljivosti može dovesti do toga da se vozilo zanese. U ovom slučaju vozač mora da zaokrene upravljačke točkove na manji ugao λ od geometrijski potrebnog ugla da bi se kretao poželjenom krugu poluprečnika R 0.

3. Sistem za stabilizaciju vozila Sistem za stabilizaciju vozila je u pripravnom stanju i prati parametre koji su potrebni za aktiviranje ovog sistema. Jedan od parametara je upoređivanje vozačeve željene putanje preko parametara za merenje ugla volana i stvarnog kretanja vozila (mjereno bočno ubrzanje i rotacije vozila i brzine okretanja točkova). Još jedan parameter ESP sistema je zaokretanja vozila oko vertikalne ose (slika 6). Kada senzori ESP sistema detektuju neželjene promene ovih parametara, senzori šalju podatke ECU (electronic control unit) i on oduzima obrtni moment na pojedinim točkovima (ASR – Anti – slip regulator) da bi se povratila kontrola nad vozilom. Ukoliko je zaokretanje vozila pod velikim uglom, za povratak kontrole nad vozilom je potrebno i kočiti Dragan Erceg

8


Seminarski Rad

nekim od točkova, ne samo oduzimati obrtni moment i zbog toga se aktivira i ABS sistem (anti – block (brake) system). Praktično to znači da, kada na primer dolazi do zaoketanja vozila udesno, prednji levi točak će kočiti i time ispraviti vozilo. Iz ovog možemo zaključiti da su ABS i ASR sistemi sastavni deo ESP sistema.

Slika 6: Slikovito prikazani parametri ESP sistema ESP parametri se menjaju ukoliko dolazi do neželjenog proklizavanja, odnosno naglog zaokretanja volana, kada dolazi do podupravljanja ili nadupravljanja, kada se jedan ili više točkova kreću po klizavoj podlozi i u drugim situacijama. ESP sistem se uključuje i kada vozač svesno prelazi granice proklizavanja vozila. Ovo je često smetalo vozačima koji su skloni sportskom načinu vožnje, te im ESP sistem uskraćuje željeni način vožnje. Zbog toga takvi vozači svesno isključuju ESP sistem radi užitka u sportskom načinu vožnje. Što je često dovodilo do neželjenih posledica i saobraćajnih nezgoda. Međutim, u situacijama kada je ESP sistem uključen, dešava se da se vozači previše opuste, jer se vode činjenicom da će ih ESP izvući iz svih situacija, pa se na pojedinim vozilima ne može potpuno isključiti ESP sistem. Ovo važi uglavnom za vozila visokih performansi. Na primer, kod Mercedesovih AMG modela (konkretno kod W212 AMG), isključivanjem ESP sistema se uključuje ‘’Sport handling mode’’ i ESP sistem se ne može u potpunosti ugasiti, jer se ASR sistem ne gasi potpuno, već samo delimično, reducirajući obrtni moment motora pogonskih točkova, tako da mogu samo delimično da proklizavaju radi boljeg prijanjanja. Dragan Erceg

9


3.1

Seminarski Rad

Način funkcionisanja sistema za stabilizaciju vozila Princip rada ESP – a ćemo objasniti na primjeru kretanja vozila kroz lijevu krivinu što je

pokazano slikom 7. Ako ESP detektuje da je došlo do nadupravljivosti, tada će ECU dati signal za kočenje prednjeg desnog točka. Takvim postupkom se na točku razvija negativna podužna sila te u isto vrijeme smanjuje bočna sila. Oba navedena efekta doprinose smanjenju ugaonog ubrzanja, što je način da se spriječi proklizavanje vozila. Po sličnim principima, ako ESP detektuje da je došlo do podupravljivosti, tada će ECU dati signal za kočenje zadnjeg lijevog točka.

Slika 7: Kretanje vozila kroz lijevu krivinu Slično predhodnom se dešava kada se vozilo kreće po desnoj krivini. Ako ESP detektuje da je došlo do nadupravljivosti, tada će ECU dati signal za kočenje prednjeg lijevog točka. Ako ESP detektuje da je došlo do podupravljivosti, tada će ECU dati signal za kočenje zadnjeg desnog točka. Dragan Erceg

10


Seminarski Rad

Da se ne bi vozači previše opustili u sportskom načinu vožnje i da bi bili sv jesni da su svojim načinom vožnje često forsirali ESP sistem da ih vrati na željenu putanju, odnosno da su prišli granicama upravljivosti svog vozila, ovaj sistem je dizajniran tako da zvučnim ili svjetlosnim signalom upozori vozača da je prešao granicu upravljivosti nad svojim vozilom (slika 8).

Slika 8: Upozorenje da je ESP sistem reagovao Kao što je rečeno do sada, ESP sistem ispravlja vozilo na željenu putanju vozača i aktivira se ukoliko se neki od gore pomenutih parametara promene. Postoji sistem dinamičke kontrole stabilnosti (DSC naziv kod BMW vozila), koji ima istu ulogu kao i ESP sistem, samo što je složeniji i efikasniji sistem od ESP sistema, zbog mnogobrojnih senzora koji šalju više informacija ECU i može da reguliše kočenje pojedinim točkovima u krivini (CBC – cornering brake control) ili oduzimanje obrtnog momenta na pogonskim točkovima. Na slici 9. je predstavljena zavisnost ugla volana i momenta koje vozilo određene mase i krećući se određenom brzinom, pravi pri bočnom klizanju. Prosto rečeno, kada se vozilo bočno zaokrene pod određenim uglom i stvori određenu silu, potrebno je okrenuti volan za određeni ugao u suprotnom pravcu da bi vozilo povratilo kontrolu. Zbog toga je za negativan moment okretanja vozila, pozitivan (suprotan) smer okretanja volana. Dragan Erceg

11


Seminarski Rad

Slika 9: Zavisnost ugla volana i momenta koje pravi vozilo Postoje razni algoritmi upravljanja radom ESP sistemom koji su različiti u detaljima. Svaki proizvođač nastoji da algoritme usavrši te da pri upravljanju ESP – om dobije najbolje rezultate. Proizvođači razvijene algoritme drže u tajnosti, tako da je u ovom radu korišten algoritam upravljanja radom ESP – om koji je prikazan na slici 11. Granice upravljanja su označene sa +ES i –ES . Ako ugaono ubrzanja premaši vrijednost +ES, što znači da je došlo do nadupravljivosti, onda ECU šalje signal za kočenje prednjeg točka. Ako se desi da vrijednost ugaonog ubrzanje vozila oko vertikalne ose dospjedne ispod vrijednosti – ES, što znači da je došlo do podupravljivosti, onda ECU šalje signal za kočenje zadnjeg točka. Da li se koči lijevi ili desni točak zavisi od krivine u kojoj se kreće vozilo. Dragan Erceg

12


Seminarski Rad

Slika 11: Algoritam sistema elektronskog pragrama stabilnosti Napretkom tehnologije ESP sistem se nije razvijao samo kod putničkih i teretnih vozila, već se razvijao i kod motorcikala. Tako da se od 2009. godine ugrađuje i u motorcikle. Sistem za stabilizaciju motorcikala (MSC – motor stability control), koga je razvila Bosch kompanija, radi na sličan način kao i na vozilima. MSC sistem preko ECU motoru reguliše obrtni moment zadnjeg točka. Preko klizavih površina obrtni moment se oduzima, da ne bi pošlo do proklizavanja, usled čega dolazi do gubitka kontrole nad motorom. Sistemu asistira CBC system (cornering brake control), odnosno sistem koji koči pojedine točkove u krivini. CBC sistemu asistira ABS sistem. MSC sistem je razvijen tako da se dobije maksimalno ubrzavanje motorcikla bez podizanje prednjeg točka, regulisaći obrtni moment tako da se šalje dovoljno obrtnog momenta ka zadnjem točku da se postigne maksimalno ubrzavanje, ali nedovoljno obrtnog momenta za proklizavanje zadnjeg točka. Dragan Erceg

13


Seminarski Rad

Slika 10: Ilustracija ESP sistema na motorciklu

3.2

Matematički model vozila opremljenog ESP -om Za matematički model vozila opremljenog ESP sistemom neophodno je postaviti

jednačinu kretanja koja opisuje kretanje vozila te iz koje se može dobiti izraz za brzinu kretanja vozila. Jednačina kretanja vozila ima oblik: Rv+R j+R f +Ru=F o Rv - otpor vazduha, R j - otpor ubrzanja, R f - otpor kotrljanja, Ru - otpor uspona, F o - obodna sila na točku.

Otpor uspona se zanemaruje pošto se posmatra vozilo koje se kreće na putu bez nagiba, tako se dobije jednačina kretanja vozila u sljedećem obliku:



 =  − � +   

Pošto se radi o kretanju vozila kroz krivinu javljaju se i bočne sile. Tako se jednačina kretanja može rastaviti na dvije ose X i Y kako je to predstavljeno slikom. Dragan Erceg

14


Seminarski Rad

Slika 11: Sile koje djeluju na vozilo u toku kretanja gdje je: l1 – udaljenost težišta vozila od prednje osovine, l2 – udaljenost težišta vozila od zadnje osovine, L – međuosovinsko

rastojanje,

t 1 – trag

prednjih točkova,

t 2 – trag

zadnjih točkova,

δ – ugao upravljačkih točkova.

Koristeći drugi Njutnov zakon koji postavimo za dvije ose dobiju se sljedeće jednačine kretanja vozila:

      = � +   +  +  + � +   −     = � +   +  +  − � +   + 

Iz predhodnih jednačina se dobija ubrzanje po pojedinim osama vozila te nakon integracije dobija se brzina po pojedinim osama. Postavljanjem momentne jednačine za težište vozila T (slika 11), dobija se jednačina iz koje se računa ugao zanošenja vozila ψ koja ima oblik: Dragan Erceg

15


Seminarski Rad

 2  1  ∙ 2 = � −   + 1� +   + 1� +   2  1 2 + � +   + ( −  )−1 � +   2

2

Na osnovu promjene ugla zanošenja vozila određuje se da li se radi o podupravljivosti ili nadupravljivosti. Ako pogledamo sliku 11., vidimo da je pozitivan pravac ovog ugla u suprotnom smijeru od smjera obrtanja kazaljke na satu. Tako znamo da se radi o podupravljivosti ako je promjena ovog ugla negativna, a ako je promjena ovog ugla pozitivna o nadupravljivosti. Ovo je važno iz razloga što pri simulaciji kretanja vozila kroz krivinu zavisno od toga da li se radi o podupravljivosti ili nadupravljivosti imamo različite režime regulacije stabilnosti vozila.

3.3

Osnovne komponente i šema ESP sistema U okviru ovog poglavlja upoznati ćemo se sa sastavnim dijelovima ESP sistema kao i

njegovim dizajnom. Sastavni djelovi ESP sistema su: 1. Kompjuter ESP sistema

2 i 7. Senzori obrtaja točkova

3. Merač ubrzanja

4. Davač poprečnog ubrzanja

5. Senzor ugla volana

6. Hidraulična jedinica

Slika 12: Komponente ESP sistema Dragan Erceg

16


Seminarski Rad

Kako bi odredio i znao šta vozač želi te znao njegove namjere po pitanju kretanja vozila ESP sistem koristi nekoliko senzora. Senzori prikupljaju podatke o trenutnom stanju kretanja vozila. Upravljački algoritam upoređuje ulazne podatke o vozačevim namjerama i podatke o stanju kretanja vozila i donosi odluke, kada je to potrebno, o eventualnoj primjeni kočnica, smanjenju vučne sile do vrijednosti izračunate na osnovu jednačina. Upravljački sistem ESP – a može primati podatke od drugih kontrolnih sistema na vozilu i slati im naredbe, kao što su sistem pogona na sva četiri točka. Senzori koji se koriste u ESP – u moraju konstantno slati podatke kako bi se na vrijeme otkrili eventualni nedostaci u stanju kretanja vozila, i moraju biti otporni na moguće oblike smetnji (kiša, rupe na putu, prljavstina itd.). 1. Senzor broja obrtaja

2. Senzor predpritiska

3. Senzor ugla okretanja volana

4. Senzor brzine obrtanja oko ver. ose

5. Senzor bočnog ubrzanja

6. Hidroagregat

7. Upravljanje motorom α – ugao klizanja gume

8. Signali koji ulaze u ESP δR – ugao zaokretanja λSO – željeno klizanje točkova

Slika 13: Šematski prikaz ESP sistema Dragan Erceg

17


Seminarski Rad

Senzori ESP sistema su aktivni kada je vozilo u pokretu i tako otkrivaju kritične situacije kako bi na njih pravovremeno reagovali. Zbog mjesta gdej su ugrađeni moraju biti otporni na vanjske uticaje. Često ESP i ABS sistem koriste iste senzore brzine. Glavni dio ESP sistema čini kontrolna jedinica motora. Obično ista kontrolna jedinica sadrži različite kontrole (ABS, kontrola proklizavanja, kontrola klima uređaja i drugo). Upravo kod ESP sistema sigurnost osoba u vozilu i drugih učesnika u saobraćaju zavisi najprije od pouzdanosti rada senzora. Na osnovu podataka dobijenih iz obimnih probnih vožnji i simulacija definisani su zahtjevi koji se traže od senzora. Veličine koje se prenose moraju za vrijeme cjelokupnog životnog vijeka senzora biti snimljene sa visokom preciznošću i proslijeđene upravljačkoj jedinici. Njihovo brzo očitavanje i precizno reagovanje u svakoj situaciji tokom vožnje i tokom rada vozila moraju biti na visokom stepenu sigurnosti. Kontrolna jedinica ESP – a je preko CAN (Controller Area Network) mreže povezana sa motorom i automatskim mjenjačem i zbog toga može u svakom trenutku dobiti podatke o obrtnom momentu motora, položaju papučice gasa, te o trenutno korištenom stepenu prenosa. Senzori po pravilu pretvaraju fizičke u električne veličine. Za jedan neometan zajednički rad senzora, upravljačke jedinice i izvršnih jedinica (kočnice, svjećice, leptir karburatora itd.) potrebni su sljedeći preduslovi: •

stalno i međusobno kontrolisanje;

•

neosjetljivost prema uticajima okoline i nezavisnost u radu vozila;

•

sigurno funkcionisanje tokom dugog vremenskog perioda.

4. Davači i aktuatori u ESP sistemu Davači ili senzori, daju ulazne informacije koje se obrađuju u kompjuteru ESP sistema. Te informacije se šalju ka aktuatorima, odnosno izvršnim organima ESP sistema, odnosno ASR i ABS sistemima. Sensori prikupljaju informacije o broju obrtaja točkova, o uglu zaokretanja volana, o bočnom ubrzanju, o predpritisku i brzini obrtanja oko vertikalne ose i te informacije se šalju na obradu i obrađeni podatci se šalju ABS i ASR sistemu, gde se određuje sila kočenja pojedinih točkova bez učešća vozača ili oduzimanje obrtnog momenta bez puštanja papučice gasa vozača.

Dragan Erceg

18


4.1

Seminarski Rad

Senzor ugla upravljača Poznavanje ugla upr avljača omogućava izračunavanje potrebnog pravca kretanja vozila.

To znači da pomoću informacija sa senzora upravljača ECU ima informaciju o želji kretanja vozača. Senzori za mjerenje ugla upravljača (slika 14a.) spadaju u grupu pozicionih senzora. Zavisno od zadatka vrši se mjerenje preko dodirnih kontakta (npr. potenciometar) ili bez dodira (npr. Hall – IC). Sa signalom ovih senzora mogu se kalibrisati preostali senzori. Senzor ugla upravljača ima radnu oblast od ±720°.

4.2

Senzor ugaone brzine oko vertikalne ose Senzor ugaone brzine (slika 14b.) mjeri obrtno kretanje vozila oko njegove vertikalne

ose, npr. pri uobičajenoj vožnja u krivini, također, i pri klizanju vozila. Uređaji za mjerenje ugaone brzine vozila oko vertikalne ose nazivaju se žirometri.

4.3

Senzor poprečnog ubrzanja Za mjerenje ubrzanja koristi se fizikalni efekat, a to je da na ubrzavajuće tijelo djeluje

sila. Ukoliko ovo tijelo nije ukočeno već elastično pričvršćeno, ono će se usljed dejstva sile izamaknuti. Izmicanje je u tom slučaju mjera za ubrzanje. Informacija sa senzora poprečnog ubrzanja (slika 14c.) je potrebna zbog računanja inercione sile u poprečnom pravcu na vozilo koja djeluje pri manevrisanju vozilom.

a) ugla upravljača

b) ugaone brzine

c) poprečnog ubrzanja

Slika 14: Senzori u ESP sistemu

Dragan Erceg

19


4.4

Seminarski Rad

Senzor pritiska Kod senzora pritiska (slika 15.) se kao osnova za mjerenje u većini slučajeva primjenjuje

membrana koja se pod uticajem pritiska širi. Mjerenjem širenja membrane može se dobiti pritisak ili odgovarajuća promijena napona ili frekvencije. Za ESP sistem je potreban ovaj senzor da bi se u hidrauličkom sistemu održale vrijednosti pritiska do 350 bara pri velikim temperaturama zbog njegove ugradnje u blizini motora.

Slika 15: Senzor pritiska ESP sistema

4.5

Slika16: Senzori broja obrtaja točka

Senzor broja obrtaja Ovi senzori mjere broj oobrtaja točka odnosno pređeni put ili ugao u jedinici vremena.

Na osnovu signala senzora broja obrtaja, upravljačka jedinica ima podatak o brojevima obrtaja pojedinih točkova. Sa signalima senzora broja obrtaja točka rade najrazličitiji sistemi. Tako na osnovu informacijama o broju obrtaja točka zavisi način rada, kako ABS sistema tako i sistema za regulaciju proklizavanja pogona i elektroničkog programa stabilnosti. Senzori broja obrtaja točka se dijele u tzv. pasivne i aktivne senzore, pri čemu danas u upotrebi preovladavaju aktivni senzori i to zbog svojih tehničkih obilježja kao što su tačnost i mala ugradna veličina. Aktivni senzori za rad trebaju dodatni izvor energije, dok pasivni rade bez dodatnog napajanja.

Tabela 1: Elementi senzora broja obrtaja točka Dragan Erceg

20


4.6

Seminarski Rad

ABS sistem ABS kao jedan od aktuatora, odnosno izvršnih organa ESP sistema, je bitan aktuator jer

koči pojedinim točkovima kada je to potrebno. Zadatak ABS sistema je da ne dozvoli blokiranje točka pri kočenju. Senzori šalju ulaznu informaciju o ugaonoj brzini točkova. Ove informacije se prenose do upravljačke jedinice. Upravljačka jedinica akrivira ventil koji zatvara kočioni pritisak do kočionih klješta na točku vozila. Kada ventil smanji pritisak, pumpa ABS sistema nadoknađuje izgubljeni pritisak.

Slika 17: U pravljačka šema ABS sistema

Slika 18: Senzor i prsten senzora ABS sistema

4.7

ASR sistem Još jedan od aktuatora ESP sistema je ASR sistem. Najprostije rečeno, ASR sistem je

suprotan od ABS sistema. Ukoliko senzori detektuju veću ugaonu brzinu točka od stvarne brzine vozila, senzori šalju informacije ka upravljačkoj jedinici ASR – a i odatle informacije idu ECU i obrtni moment na točkovima koji proklizavaju se smanjuju. Dragan Erceg

21


Seminarski Rad

ASR sistem je pogodan za klizave površine, veće uzbrdice, ako je jedan pogonski točak na klizavijoj površini od drugog itd. Zahvaljujući sprečavanju proklizavanja točkova, elementi sistema za prenos snage (spojnica, menjač, kardansko vratilo i osovine) i točkovi su dodatno zaštićeni od oštećenja, posebno u promenljivim uslovima kvaliteta i stanja puta.

Slika 19: Šema ASR sistema za vazdušno kočenje

5. Elektronska upravljačka jedinica (ECU) Upravljačka jedinica preuzima električne i elektronske signale i sve upravljačke funkcije sistema kao: •

napajanje strujom priključenih senzora;

•

obuhvatanje radnih stanja komponenata;

•

prikupljanje i obrada podataka;

•

izdavanje podataka (izdavanje signala na izvršne jedinice);

•

nadgledanje komponenti;

•

CAN – umrežavanje sa drugim upravljačkim jedinicama. Upravljačke jedinice koje su instalisane u prostoru oko motora moraju ispunjavati visoke

zahtjeve kao što su otpornost na toplotu, vibracije i nečistoće. Elektronske upravljačke jedinice se mogu ugrađivati kao zasebne jedinice ili zajedno sa hidroagregatom. Upravljačka jedinica na Dragan Erceg

22


Seminarski Rad

osnovu signala koje prima od senzora ugla upravljača, opterećenja motora i podataka o vožnji (npr. brzina kretanja vozila) ustanovljava potrebno ponašanje vozila. A na osnovu dobijenih podataka za poprečno ubrzanje i ugaonu brzinu, koje prima od senzora ugaone brzine ustanovljava trenutno ponašanje vozila. Iz ustanovljenog odstupanja mikroračunar računa potrebne korekcione mjere i za to potrebne veličine na izvršnim jedinicama. Nemjerljive veličine (npr. veličina prianjanja između pneumatika i podloge, uzdužna i popečna brzina vozila) se od strane računara usvajaju na osnovu eksprimentalno utvrđenih podataka. Regulacijski proces se stalno kontroliše i po potrebi mijenja, npr. kada se karakteristika površine puta mijenja ili kada vozač vrši određene korekcije. Modulator pritiska izvršava naredbe upravljačke jedinice (ECU) i upravlja preko magnetnih ventila pritiskom u odgovarajućim cilindrima zavisno šta se dešava sa vozilom (u koju stranu je okrenut upravljač te da li je došlo do podupravljivosti ili nadupravljivosti). ESP kao izvršni organ najčešće koristi modulator pritiska od ABS-a.

Slika 20: Elektromagnetni ventil ABS sistema Korištenjem iste mreže ESP sistem može intervenisati odnosno “izdati naloge” sistemima elektronskog upravljanja motorom i elektronici automatskog mjenjača. ESP sistem kostantno upoređuje trenutno ponašanje vozila sa unaprijed unesenim, odnosno programiranim adekvatnim vrijednostima. U trenutku kada se podaci o ponašanju automobila odmaknu od onoga što nudi idealni model, posebno razvijena upravljačka logika aktivira sistem koji vraća vozilo na željeni pravac. To se postiže na dva načina: precizno kontrolisanim kočenjem jednog ili više točkova, ili smanjenjem snage motora. ESP na ovaj način “ispravlja” greške vozača i stabilizuje vozilo u slučaju zanošenja na mokrim, zaleđenim, šljunkovitim ili bilo kakvim drugim lošim podlogama, Dragan Erceg

23


Seminarski Rad

na kojima bi vozači u normalnim okolnostima izgubili mogućnost za održavanje kontrole kočenjem ili okretanjem upravljača. Prednost ESP – a je u tome što vrlo brzo reaguje, odnosno analizira da li je došlo do zanošenja prednjeg dijela ili se zanosi zadnji dio, te se automatska intervencija kočenjem izvršava se u dijelovima sekunde. Ako se uslijed prebrzog ulaska u krivinu zanese zadnji dio vozila, ESP prvo smanjuje snagu motora, čime se povećavaju lateralne sile na zadnjim točkovima. Ako to nije dovoljno za zaustavljanje zanošenja, sistem će aktivirati kočnicu na prednjem vanjskom točku. Takvim kočenjem onemogućava se rotacija vozila i vozilu se “vraća” stabilnost. Stabilizacija vozila je trajan proces koji se stalno prilagođava promjenama situacije i dinamike vozila i to sve dok se mogućnost zanošenja potpuno ne ukloni. Ovakva prilagodljiva kontrola zahtijeva da senzori i ESP sistem (glavni kompjuter) rade izuzetno brzo. Činjenica je da uz pomoć signala iz senzora i bezbrojnih simulacija i ugrađenih modela sistem može otkriti opasnost čak i prije nego što vozač uopšte ima šansu za reakciju. Zbog toga sistem može reagovati vrlo brzo u slučaju opasnosti, znatno brže i u odnosu na najiskusnijeg vozača. Na slici ispod prikazan je način reagovanja vozila sa ugrađenim ESP sistemom i bez ESP sistema.

Slika 21: Način reagovanja vozila sa i bez ESP – sistema

Dragan Erceg

24


Seminarski Rad

6. ZAKLJUČAK Brojne svetske studije o bezbednosti u saobraćaju su nedvosmisleno pokazale da ovaj sistem po efikasnosti ide rame uz rame (slika 22.) sa pronalascima kao što su sigurnosni pojasevi ili vazdušni jastuci. Najveći uzrok nezgoda sa fatalnim posledicama jesu upravo one zbog iznenadnih situacija i proklizavanja automobila.

Slika 22: Veza između pasivnih i aktivnih sistema na vozilu Imajući u vidu veliku kontrolu koju ova elektronika na sebe preuzima, mnogi vozači prevashodno snažnijih, sportskih automobila su se žalili kako nemaju potpunu kontrolu nad kolima i da ESP značajno smanjuje krajnje performanse. Od pre nekoliko godina se nudi kompromis u vidu tastera koji isključuje rad ESP sistema, ili kompjutersko podešavanje uticaja ESP - a u vožnji po želji vozača. Ipak, ovo su ekstremni slučajevi i naravno da je preporučljivo da on stalno ostane uključen, pa tako u većini modela koji nisu namenjeni nekoj bržoj vožnji i nema ove opcije. Dokazano je da ESP čuva živote i definitivno je poželjno imati ga ugrađenog u automobil. Na kraju treba napomenuti da čak i najnapredniji sistem stabilnosti kao što je ESP sistem nije svemoguć, zbog toga je uvijek potrebno poštovati saobraćajne propise i izbjegavati bezobzirno manevrisanj iz razloga sto granice efektivnog dejstva ESP – a, ponovo postavljaju zakoni fizike koje nije moguće pobijediti. Dragan Erceg

25


Seminarski Rad

7. LITERATURA [1] Suada Dacić ŠG 2013/2014, Predavanja iz predmeta „Elementi sigurnosti cestovnih vozila „ Fakultet za saobraćaj i komunikacije, Sarajevo. [2] http://www.motorna-vozila.com/elektronski-program-stabilnosti-esp/ [3] http://www.auto-delovi.org/saveti/kako-radi/esp-elektronska-kontrola-stabilnosti/ [4] http://vesti.mojauto.rs/Aktuelne-vesti/321528/Elektronska-kontrola-stabilnosti [5] http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_stability_control [6] http://sisteminavozilima.wordpress.com/category/sistemi-stabilnosti/ [7] http://www.dba.com.au/wp-content/uploads/2012/07/electronic-stability-control.jpg [8] http://www.masfak.ni.ac.rs/uploads/articles/www2_kocnice__vezbe.pdf

Dragan Erceg

26

ESP - elektronski program stabilnosti

Recommend Documents