Факултет инжењерских наука у Крагујевцу Универзитет у Крагујевцу
Семинарски рад из предмета Безбедност саобраћаја
„Електронска контрола бочне стабилности возила – ESP“
Професор:
Студенти:
Др. Александра Јанковић
Ташовић Иван 29/2010 Ђорђевић Александар 59/2010 Стојановић Надица 107/2010
У Крагујевцу 2013.
Резиме У данашње време ESP се веома често налази код великих возила, попут камиона и аутобуса, тако и код мањих путничких возила. Може се рећи да је овај систем који се развијао временом са развитком возила и до дана данашњег сачувао много живота. Такође, потребно је рећи да овај систем није независтан, већ зависи и од других система попут: ABS, TAC (ASR), BA, EBD. Овај систем функционише на тај начин што кочењем одређених точкова помаже да возило задржи своју путању и на тај начин чува главу возачу и осталих учесника у саобраћају, како у возилу, тако и ван њега. Све у свему ово је систем активне безбедности који је до дана данашњег смањио број несрећа, стим да има и могућност искључења код неких возила по жељи возача, међутим препоручује се да он остане укључен. За крај може се рећи да би најбоље било да не дође до потребе да се овај систем активира, али уколико загусти он је ту.
3
Садржај Поставка .................................................................................................................................... 2 Резиме ........................................................................................................................................ 3 Садржај ...................................................................................................................................... 4 1. Увод ....................................................................................................................................... 5 1.1 Историјски развој ........................................................................................................... 5 1.2 Примена и техничко – експлатационе карактеристике ............................................... 6 2. Електронска контрола бочне стабилности возила - ESP .................................................. 6 2.1 Шематски приказ – ESP ................................................................................................ 6 2.2 Помоћни системи – ESP ................................................................................................ 7 2.2.1 ABS систем ........................................................................................................ 7 2.2.2 TCS систем ......................................................................................................... 8 2.2.3 BA систем ........................................................................................................... 8 2.2.4 EBD систем ........................................................................................................ 9 2.3 Принцип рада – ESP система ........................................................................................ 9 2.4 Шема рада ESP система .............................................................................................. 13 3. Закључак .............................................................................................................................. 14 Литература .............................................................................................................................. 15
4
1. Увод 1.1 Историјски развој Развој данашњих аутомобила сеже из 1886. године када је представљен први аутомобил, који је настао убрзо након настанка мотора са унутрашњим сагоревањем. Временом ова верзија која је представљала, наизглед просто возило развила се у возила данашњице, приказано на слици 1, која је знатно већих снага, са могућношћу развијања веома великих брзина.
Слика 1: Развој Мерцедеса кроз време
Сама снага и брзина довеле су до смањења безбедности при вожњи у саобраћају. Када се каже безбедност првенствено се мисли на то да возило задржи одређен правац, тј. да се не изгуби контрола над возилом. Томе првенствено помажу многобројни електронски системи који имају за улогу да повећају безбедност човека у возило, тако и оних који се налазе ван њега. Један од тих система јесте „Електронска контрола бочне стабилности возила – ESP“ (Electronic Stability Control). У периоду од 1987 – 1992 као плод сарадње између Mercedes – Benz и Bosh-а настао је ESP. Веома брзо светски произвођачи видели су ефикасност овог система и прате тренд, тако што исти систем само са различитим називима, који има исту функцију, уграђују у своја возила. Баш из овог разлога долази до тога да се код различитих произвођача возила срећемо са овим системом под различитим именима дати у табели 1. Audi, Bentley, Holden, Hyundai, Jeep, Electronic Stability Program (ESP) Lamborghini, Mercedes-Benz, Opel, Peugeot Vehicle Stability Assist (VSA) Acura, Honda Dynamic Stability Control (DSC) BMW, Jaguar, Mazda, Land Rover, MINI, Rover Group StabiliTrak Cadillac, Chevrolet Controllo Stability (CST) Ferrari Vehicle Dynamic Control (VDC) Infiniti, Subaru, Fiat Maserati Stability Program (MSP) Maserati AdvanceTrac Mercury Табела 1: Различити називи за ESP 5
Иако га срећемо под различитим именима то је у суштини исти систем који је једноставне конфигурације, али је изузетно сложене механике и електронике, што ће даље бити објашњено.
1.2 Примена и техничко - експлоатационе карактеристике ESP обухвата две веома важне функције и то DSP (Dynamic Stability Program) која представља динамички програм стабилности и ROP (Roll Over Prevention) који представља заштиту од превртања. DSP заправо брине за стабилизацију возила када је вредност трења ниска (на пример када је коловоз влажан, залеђенн или под снегом). ROP има за улогу да смањи опасност од превртања када је вредност трења на сувом коловозу висока. Можемо закључити да се овај систем примењује на местима где постоји ризик да се возило отргне контроли и на тај начин да угрози остале учеснике у саобраћају. Првенствено се користи код камиона, као возила великих габарита, чија је безбедност од кључног значаја при вожњи. Данас се примењује и код путничких возила, стим да се знатно мање примењује код мањих возила.
2. Електронска контрола бочне стабилности возила – ESP 2.1 Шематски приказ – ESP
Слика 2: Шематски приказ – ESP 6
На слици 2 приказанa је шема ESP – а, која се састоји од: 1. Хидро – агрегат са сензором притиска 2. Сензор брзине точка 3. Сензор угла окретања точка управљача 4. Сензор брзине пливања 5. ECU (Electronic Control Unit - електронска управљачка јединица) Хидраулична јединица управља побудом магнетних вентила у три различите фазе током ESP – регулације: успостављање, задржавање и смањење кочионог притиска.
2.2 Помоћни системи – ESP
Стабилност возила регулише се на тај начин што се кочење појединих точкова нарушава кретање и заношење возила. Овај електронски програм стабилности настоји, да одржи возило стабилним у свим условима вожње, поготово у екстремним и критичним ситуацијама. Могућност ESP да исправља грешке возача и да реагује уместо њега у потенцијално опасним ситуацијама на путу. Може се закључити да је примарна намена овог система: одржавање путање возила, тј. спречавање било каквог пролклизавања. То се постиже уклапањем овог система у постојеће системе, као што су ABS (Anti - lock Braking System – систем против блокирања точкова) и TCS (Traction Control System – систем против пролизавања) системи. То показује да ESP није независан систем, већ се састоји из више других система. ESP систему могу се придодати још и BA (Brake Assist – помоћ при кочењу) и EBD (Electronic Brakeforce Distribution – електронска прерасподела силе кочења). Основа свега јесте да ESP контролише рад кочница и мотора возила. Рад кочница се контролише првенствено путем ABS-a, и његових помоћних система.
2.2.1 ABS систем
Слика 3: Изглед ABS
Основна функција ABS система је спречавање блокирања точкова приликом кочења. На точковима постоје давачи сигнала, приказано на слици 3, који непрестално мере брзину сваког точка. Пре него што ће точак заблокирати притисак кочења на датом точку ће се смањити. Када прође опасност од блокирања точка притисак кочења се опет примењује. На тај начиин помаже возачу да задржи контролу над возилом. Када је ABS активан на папучи за кочење возач осећа благо пулсирање. Самим тим и одржавање управљивости и 7
стабилности возила, истовремено обезбеђује краћи пут заустављања на већини путних подлога, у односу на пут заустављања возила чији су точкови блокирани. 2.2.2 TCS систем
Слика 4:Возило без и са TCS
TCS (Traction Control System) или популарније ASR (Anti Slip Regulation) представља систем активне безбедности и то како у путничким возилима, тако и у теретном програму. Овај систем против проклизавања погонских точкова углавном иде уз ABS систем, па се данас може срести код већине аутомобила и то не само у вишим категоријама, већ и код мањих, градских аутомобила.
Када је функционисање у питању, ASR ради на сличном принципу као и ABS систем. Наиме, ASR не дозвољава да приликом наглог стартовања возила, дође до проклизавања погонских точкова, што се види на слици 4. Такође, он се показао као изузетно добар када је у питању савладавање успона по клизавом терену, без обзира да ли је напољу снег, киша, блато или песак. Наиме, сензори детектују да је дошло до проклизавања једног или оба погонска точка, долази до активације кочница на погонским точковима и тиме се зауставља даље проклизавање возила. Све ово дешава се у делићу секунде. Још једна добра страна ASR система уочава се приликом бржег уласка у кривине, јер омогућава да се возило много лакше врати на жељену путању уколико дође до изненадног проклизавања. 2.2.3 BA систем
Приликом кочења у критичним ситуацијама, дошло се до закључка, да возачи не притискају педалу кочнице довољно снажно. Тако да је динзајнирана помоћ возачима при кочењу (слика 5), а то је BA систем. На основу брзине притиска папуче за кочење овај систем уочава потребу за кочењем у критичним ситуацијама.
Слика 5: Возило без и са BA 8
2.2.4 EBD систем
Слика 6: Возило без и са EBD
Зависно од масе возила која се током кочења помера напред или назад, зависно од тога како делује сила инерције, EBD систем одлучује колика ће сила кочења отићи на предњу, а колика на задњу осовину. На тај начин регулише баланс тј. прерасподелу масе на задњу и предњу осовину на возилу. На слици 6 може се видети возило без и са EBD, где возило са EBD има краћи пут кочења.
2.3 Принцип рада – ESP система
Електронска контрола стабилности, дакле, ради на тај начин што упоређује правац којим се возач намерава кретати (тако што мери угао заокретања точка управљача) и стварни правац којим се возило креће (тако што мери попречно убрзање и угао ротације возила). Уколико систем открије да се возило не креће у правцу који је возач задао преко точка управљача, систем реагује тако што прецизно кочи поједине точкове на предњој или задњој осовини, и/или одузима сувишну снагу мотора да би се исправило подуправљање или надуправљање које је настало. Пример за принцип рада ESP може се видети на слици 7. Као што је приказано на слици види се понашање аутомобила у кривини са већом брзином са и без ESP – а. Ако возач уђе у кривину превеликом брзином он деловањем на точак управљача покушава да скрене возило, међутим оно проклизава и наставља кретање унапред. У том тренутку ESP установљава да ово није путања којом се возач желео кретати и примениће кочницу на задњем левом точку, што ће омогућити заокретање возила, и задржавање задате путање уколико брзина возила није била претерано велика. Уколико се испостави да се возило кретало превеликом брзином примени ће се кочница на предњем десном точку како би се извршило још заокретање возила и на тај начин обезбедио сигуран пролазак кроз кривину.
9
Слика 7: Рад система ESP – а Потребно је напоменути да се чак ни са системом ESP – а не могу поништити закони физике којима возило подлеже током вожње. То значи да уколико возач пређе одређену границу овај систем не може помоћи и ипак ће доћи до незгоде. Такође, може се рећи да овај систем може радити на билој којој подлози, од сувог терена до леда. Он реагује и исправља проклизавање возила, много брже и ефикасније од било ког возача, чак често и пре него што возач постане свестан о губитку контроле над возилом. Овакав начин рада овог система довело је до забринутости да би се возачи током вожње могли опустити, због самоуверености и поузданости у сопствене возачке способности, које су засноване на деловању оваквог система. Из тог разлога произвођачи возила средили су да ESP систем обавести возача када је установио грешку да је нарушена стабилност возила. Углавном овакво обавештење се добија као светло на инструмент – табли или у виду неког звука.
Слика 8: Поређење аутомобила са санкама
10
Као пример деловања ESP – а може се упоредити возило са санкама (што се може видети на слици 8) које се крећу низ стрм нагиб прекривеним снегом. Као што је познато, на санкама немамо управљачки точак па се њима мора управљати на сличан начин како реагује овај систем. Да би скренули лево мора се спустити лева рука у снег и на тај начин створити отпор између руке и подлоге што доводи до заокретање санки. Логично за заокретање удесно користи се десна рука и процес је исти као у претходном случају. Тако се практично кочи лево, односно десном страном возила и мења се правац кретања. Тако да на тај начин реагује возило опремљено ESP – ом. На основу великог броја података из различитих сензора он кроз електронску управљачку јединицу одлучује који точак у ком тренутку треба закочити како би возило задржало жељену путању. Даље се могу размотрити три основне ситуације кретања возила, ради бољег разумевања овог система. То су: 1.
Надуправљивост (oversteer) – долази када возило нагло уђе у кривиниу и тада одступа са жељене путање. Као што се на слици 9 види кочи се десни предњи точак и на тај начин заноси задњи део возила што доводи до исправљања возила и на тај начин наставља жељеном путањом.
Слика 9: Надуправљивост 2.
Подуправљивост (understeer) – настаје када услед веће брзине возило не успе да савлада кривину, и као што се види на слици 10 кочи се 11
задњи леви точак, тиме се заноси предњи део возила и враћа на жељену путању.
Слика 10: Подуправљивост 3.
Неутрално стање – праволонијско кретање возила
Што се тиче подуправљања и надуправљања овде су објашњени за кривину улево па је потребно напоменути да би се при кривини удесно кочили супротни точкови, али на истој осовини.
12
2.4 Шема рада ESP система
ESP
Мерење величине угла управљача и угаоних брзина точкова
Жељено понашање возила
Мерење попречне брзине
Мерење угаоне брзине око вертикалне осе
Тенутно (стварно) понашање возила
Прорачун одступања између жељеног и тренутног понашања возила
Решење о интервенцији ESP за сигурно кретање возила
Кочиони импулси на предњој осовини
Кочиони импулси на задњој осовини Слика 11: Шема рада ESP-а
На слици 11 приказана је шема принципа деловања ESP-а. Сензори мере и прикупљају информације о кретању возила, и на основу тих информација дају две врсте понашања возила: 1. Жељено – оно понашање возила које је возач намерио 2. Стварно – онакво какво јесте и зависи од могућности пута Та два стања се упоређују и у случају надуправљања и подуправљања активира се систем који доноси одлуку о даљем кретању возила. Одлука о даљем кретању возила шаље се у облику кочионих сигнала на предњу или задњу осовину, све зависно од путање коју је замислио возач.
13
3. Закључак
Бројне светске студије о безбедности у саобраћају су недвосмислено показале да овај систем по ефикасности иде раме уз раме (слика 12) са проналасцима као што су сигурносни појасеви или ваздушни јастуци. Највећи узрок незгода са фаталним последицама јесу управо оне због изненадних ситуација и проклизавања аутомобила. ESP помаже да се возило одржи на својој путањи, што је конкретно у САД помогло да се годишње спаси преко 7000 живота, што је у процентима око 30% мање несрећа са трагичним исходом! Наравно, имајући у виду велику контролу коју ова електроника на себе преузима, многи возачи превасходно снажнијих, спортских аутомобила су се жалили како немају потпуну контролу над колима и да ESP значајно смањује крајње перформансе. Од пре неколико година се нуди компромис у виду тастера који искључује рад ESP система, или компјутерско подешавање утицаја ESP - а у вожњи по жељи возача. Ипак, ово су екстремни случајеви и наравно да је препоручљиво да он стално остане укључен, па тако у већини модела који нису намењени некој бржој вожњи и нема ове опције. Доказано је да ESP чува животе и дефинитивно је пожељно имати исти уграђен у аутомобил. Можда (и дај Боже) његов рад никад не видите на делу, али у екстремним ситуацијама он свакако пружа велику сигурност возачу и путницима, па се ускоро очекује да буде и законски стандард за све аутомобиле који се буду продавали на тржишту.
Слика 12: Веза између пасивних и активних система на возилу
14
Литература
1. Јанковић А. Симић Д: Безбедност аутомобила, DSP - mecatronic, Крагујевац, Н. Пашић 10-I/3 1996 2. http://www.motorna-vozila.com/elektronski-program-stabilnosti-esp/ 3. http://www.automobilizam.net/elektronski-program-stabilnosti-esp/ 4. http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_stability_control 5. http://www.mercedesbenz.rs/content/serbia/mpc/mpc_serbia_website/rsng/home_mpc/van/home/new_vans/models /vito_639/crewbus_/advantages/safety.0002.html 6. http://auto.howstuffworks.com/car-driving-safety/safety-regulatorydevices/electronic-stability-control2.htm 7. http://sisteminavozilima.wordpress.com/category/sistemi-stabilnosti/ 8. http://rbkwin.bosch.com/hr/hr/safety_comfort/drivingsafety/electronicstabilityprogramesp/index.html 9. http://www.renault.com/en/innovation/au-service-de-lasecurite/documents_without_moderation/safety%20pdf/all%20safety%20datasheets.pdf
15
