Для предотвращения потери управляемости автомобиля при экстренном торможении на современных автомобилях применяется электронная система стабилизации ESP (Electronic Stability Program – электронная программа стабилизации).
Статистика показывает, что электронная система стабилизации существенным образом влияет на безопасность движения. Например, по данным «Даймлер-Крайслер» количество аварий из-за потери водителем контроля над автомобилем снизилось с момента внедрения ESP в серию на 42%. Американская национальная служба безопасности движения NHTSA дает близкий показатель – 35%. Количество смертей в таких ДТП снизилось в США на 30%.
В систему стабилизации управления автомобилем входят:
Конструктивные узлы ESP включает основные конструктивные узлы ABS. Дополнительными являются датчики угловых и поперечных ускорений и сенсор угла поворота рулевого колеса.
Принципиальное отличие ESP от ABS в том, что она непрерывно следит за соответствием ускорений автомобиля по желанию водителя, выраженному в повороте рулевого колеса, в то время как ABS включается только при торможении. Если ESP понимает, что ускорения машины достигли критических (начинается занос), система приступает к подтормаживанию колес, сбросу или прибавлению скорости вращения колес.
Общая компоновка ESP показана на рисунке:
Рис. Электронная система стабилизации управления автомобилем:
1 – электрогидравлический блок с контроллером; 2 – датчики частоты вращения колес; 3 – датчик угла поворота рулевого колеса; 4 – датчик линейных и угловых ускорений; 5 – электронный блок управления двигателем
ESP выбирает тормозные усилия для каждого колеса отдельно таким образом, чтобы результирующая тормозных сил противодействовала моменту, стремящемуся развернуть автомобиль вокруг вертикальной оси, и удерживала его на оптимальной траектории.
Если автомобиль плохо входит в поворот и скользит передними колесами наружу (недостаточная поворачиваемость), ESP притормаживает внутреннее заднее колесо.
В случае, когда автомобиль в результате заноса задней части пытается повернуть круче, чем необходимо (избыточная поворачиваемость), ESP исправляет ошибку притормаживанием наружного переднего колеса.
Чтобы предотвратить занос заднеприводного автомобиля , ESP уменьшает частоту вращения коленчатого вала двигателя. Благодаря этому возникает стабилизирующий момент сил, возвращающий автомобиль на безопасную траекторию движения.
При угрозе опрокидывания автомобиль стабилизируется за счет уменьшения поперечного ускорения, которое достигается достаточно сильным притормаживанием передних колес и одновременным снижением крутящего момента двигателя. Активный усилитель тормозов быстро нагнетает давление на входном трубопроводе насоса обратной подачи, благодаря этому давление в тормозном приводе моментально возрастает.
Функция стабилизации автопоезда используется на автомобилях с тягово-сцепным устройством. Слабое рыскание прицепа при определенных условиях может усилиться до опасных значений. Это происходит, как правило, в скоростном диапазоне от 75 до 120 км/ч. Если прицеп начал рыскать при некоторой критической скорости, то амплитуда рыскания постоянно увеличивается (явление резонанса). Рыскание передается буксиру, который тоже начинает совершать колебательные движения влево и вправо вокруг вертикальной оси. Такие колебательные движения регистрируются датчиком угла рысканья и анализируются блоком управления. При необходимости сначала оказывается регулирующее воздействие то на одно, то на другое переднее колесо. Если этого недостаточно, блок управления посылает сигнал блоку управления двигателя на уменьшение частоты вращения коленчатого вала, чтобы сбросить скорость, при этом одновременно притормаживаются все четыре колеса.
Наличие прицепа, подключенного к электросети автомобиля, распознается блоком управления автоматически. Функция стабилизации автопоезда отключается, потому что поведение автомобиля в условиях бездорожья может быть ошибочно принято за рыскание прицепа.
Современные системы ESP могут притормаживать одновременно до трех колес, причем каждое с разным усилием.
Кроме притормаживания колес ESP может автоматически вмешиваться в рулевое управление, выбирая наиболее оптимальный в данной ситуации угол поворота рулевого колеса, а также изменять характеристики амортизаторов подвески и трансмиссии. Если система ESP выявит склонность водителя к гоночному стилю, порог чувствительности системы снижается, чтобы приспособиться к данному стилю вождения. Система ESP может принудительно отключаться по желанию водителя, но после выключения зажигания ESP вновь активируется.
Электронная блокировка дифференциала EDS применяется для устранения пробуксовки колес при сохранении приемлимых ходовых качеств автомобиля, без вмешательства водителя. Устройство управления блокировкой дифференциала контролирует при помощи датчиков АБС частоту вращения колес.
Если дорожное покрытие под одной стороной автомобиля скользкое, вследствие чего при скорости до 80 км/ч возникает различие в частоте вращения ведущих колес примерно в 100 об/мин, тогда путем притормаживания пробуксовывающего колеса частота вращения колес выравнивается, а на другое колесо посредством действия дифференциала передается повышенное тяговое усилие.
Для того чтобы тормозной механизм приторможенного колеса слишком сильно не нагревался, блокировка дифференциала при больших нагрузках автоматически отключается. Как только тормозной механизм охладится, противобуксовочная система колеса автоматически включается вновь.
При необходимости ESP вмешивается в работу системы управления двигателем и изменяет крутящий момент в соответствии с ситуацией.
Применение электронных систем автоматического управления (ЭСАУ двигателем, трансмиссией, ходовой частью и дополнительным оборудованием) позволяет:
снизить расход топлива;
токсичность отработавших газов,
повысить мощность двигателя,
активную безопасность автомобиля,
улучшить условия труда водителя.
Соблюдение требований ограничивающих токсичность отработавших газов и расход топлива требует поддержания стехиометрического состава горючей смеси, отключения подачи топлива на режиме принудительного ХХ, точного и оптимального регулирования момента зажигания или впрыска топлива.
Выполнения этих требований невозможность без использования ЭСАУ.
Применяемые ЭСАУ двигателем включают системы управления:
топливоподачей,
зажиганием (в бензиновых двигателях),
клапанами цилиндров,
рециркуляцией отработавших газов.
Наибольшее распространение получили первые две системы.
Системы управления клапанами применяются для отключения группы цилиндров с целью экономии топлива и для регулирования фаз газораспределения. Системы управления рециркуляцией отработавших газов обеспечивают возврат во впускной трубопровод потребного количества отработавших газов для смешивания их со свежей горючей смесью.
ЭСАУ облегчает пуск холодного двигателя, уменьшает время прогрева перед движения.
Антиблокировочные системы позволяют уменьшить в 2 раза тормозной путь на скользкой дороге, исключая возникновения заноса.
Электронные системы управления топливоподачей бензиновых двигателей
Применение электронных систем автоматического управления (ЭСАУ) топливоподачей бензиновых двигателей обусловлено необходимостью снижения токсичности отработавших газов и повышения топливной экономичности двигателей внутреннего сгорания. ЭСАУ позволяют в большей степени оптимизировать процесс смесеобразования и делают возможным применение трехкомпонентных нейтрализаторов, эффективно работающих при постоянном коэффициенте избытка воздуха а близком к 1.
Кроме того, ЭСАУ двигателем, позволяют повысить приемистость автомобиля, надежность холодного пуска, ускорить прогрев и увеличить мощность двигателя.
ЭСАУ топливоподачей бензиновых двигателей разделяют на системы впрыска (во впускной трубопровод или непосредственно в камеру сгорания) и карбюраторные системы с электронным управлением.
Принцип действия системы электронного управления карбюратором заключается в согласованном управлении воздушной и дроссельной заслонками.
Так система Ecotronic фирмы Bosch поддерживает на большинстве режимов стехиометрический состав рабочей смеси, обеспечивает необходимое обогащение смеси на режимах пуска и прогрева двигателя. В системе предусмотрены функции отключения подачи топлива на принудительном холостом ходу и поддержания на заданном уровне частоты вращения коленчатого вала на холостом ходу.
Наибольшее распространение получили системы впрыска во впускной трубопровод. Они разделяются на системы с впрыском в зону впускных клапанов и с центральным впрыском (рис. 6.1, где: а - центральный впрыск; б - распределенный впрыск в зону впускных клапанов;в - непосредственный впрыск в цилиндры двигателя; 1 - подача топлива; 2 - подача воздуха; 3 - дроссельная заслонка; 4 - впускной трубопровод; 5 - форсунки; 6 - двигатель).
Система с впрыском в зону впускных клапанов (другое название распределенный или многоточечный впрыск) включает в себя количество форсунок равное числу цилиндров, система с центральным впрыском - одну или две форсунки на весь двигатель. Форсунки в системах с центральным впрыском устанавливаются в специальной смесительной камере, откуда полученная смесь распределяется по цилиндрам. Подача топлива форсунками в системе распределенного впрыска может быть согласована с процессом впуска в каждый цилиндр (фазированный впрыск) и несогласованна - форсунки работают одновременно или группой (нефазированный впрыск).
Системы с непосредственным впрыском из-за сложности конструкции долгое время не применялись на бензиновых двигателях. Однако ужесточение экологических требований к двигателям делает необходимым развитие этих систем.
Современные ЭСАУ двигателем объединяют в себе функции управления впрыском топлива и работой системы зажигания, поскольку принцип управления и входные сигналы (частота вращения, нагрузка, температура двигателя) для этих систем являются общими.
В ЭСАУ двигателем используется программно-адаптивное управление. Для реализации программного управления в ПЗУ блока управления (БУ) записывается зависимость длительности впрыска (количества подаваемого топлива) от нагрузки и частоты вращения коленчатого вала двигателя. На рис. 6.2 представлена обобщенная регулировочная характеристика бензинового двигателя по составу смеси.
Зависимость задается в виде таблицы (характеристической карты) разработанной на основании всесторонних испытаний двигателя. Данные в таблице представлены с определенным шагом, например 5 мин -1 , промежуточные значения БУ получает интерполяцией. Аналогичные таблицы используются и для определения угла опережения зажигания. Выбор данных из готовых таблиц является более быстрым процессом, чем выполнение вычислений.
Непосредственное измерение крутящего момента двигателя на автомобиле связано с большими техническими трудностями, поэтому основным датчиком нагрузки являются датчики расхода воздуха и (или) датчик давления во впускном трубопроводе. Для определения частоты вращения коленчатого вала двигателя обычно используется счетчик импульсов от датчика положения коленчатого вала индукционного типа или от датчика-распределителя системы зажигания.
Полученные по таблицам значения корректируются в зависимости от сигналов датчиков температуры охлаждающей жидкости, положения дроссельной заслонки, температуры воздуха, а также напряжения бортовой сети и других параметров.
Адаптивное управление (управление по обратной связи) используется в системах с датчиком кислорода (λ-зондом). Наличие информации о содержании кислорода в отработавших газах позволяет поддерживать коэффициент избытка воздуха а (λ) близким к 1. При управлении топливоподачей по ОС БУ первоначально определяет длительность импульсов по данным датчиков нагрузки и частоты вращения КВ двигателя, а сигнал от датчика кислорода используется для точной корректировки. Управление впрыском топлива по обратной связи осуществляется только на прогретом двигателе и в определенном диапазоне нагрузки.
Принцип адаптивного управление применяется также для стабилизации частоты вращения коленчатого вала в режиме холостого хода и для управления углом опережения зажигания по пределу детонации.
Современные ЭСАУ топливоподачей бензиновых двигателей имеют функцию самодиагностики. БУ проверяет работу датчиков и исполнительных устройств и идентифицируют неисправности. При обнаружении неисправности БУ заносит в память соответствующий код и включает аварийную лампу CHECK ENGINE на панели приборов.
Диагностический прибор позволяет получать информацию от БУ:
считывать коды неисправностей;
определять текущие значения параметров двигателя,
активизировать исполнительные механизмы.
функции диагностического прибора ограничены возможностями БУ.
Применение ЭСАУ повышает надежность работы двигателя за счет обеспечения возможности его работы в «усеченном» режиме. В случае возникновения неисправности в одном или нескольких датчиках, БУ определяет, что их показания не соответствуют действительности и отключает эти датчики. В «усеченном» режиме работы информация от неисправных датчиков замещается эталонным значением или косвенно рассчитывается по данным от других датчиков. Например, при неисправности датчика положения дроссельной заслонки его показания можно имитировать расчетом по частоте вращения коленчатого вала и расходу воздуха. При выходе из строя одного из исполнительных механизмов используется индивидуальный алгоритм обхода неисправности. При дефекте в цепи зажигания, например, отключается впрыск в соответствующий цилиндр, с целью предотвращения повреждения каталитического нейтрализатора.
При работе двигателя в «усеченном» режиме возможно снижение мощности, ухудшение приемистости, затрудненный пуск холодного двигателя, увеличение расхода топлива и др.
Для компенсации технологического разброса в характеристиках элементов ЭСАУ и двигателя, учета их изменения при эксплуатации в программе БУ предусмотрен алгоритм самообучения. Как упоминалось выше, сигнал от датчика кислорода используется для корректировки значения длительности впрыска полученного по таблице из ПЗУ БУ. Однако при значительных расхождениях такой процесс занимает много времени.
Самообучение заключается в сохранении в памяти БУ значений коэффициента корректировки. Весь диапазон работы двигателя разбивается, как правило, на четыре характерные зоны обучения:
холостой ход, высокая частота вращения при малой нагрузке, частичная нагрузка, высокая нагрузка.
При работе двигателя в любой из зон, происходит корректировка длительности импульсов впрыска до тех пор, пока реальный состав смеси не достигнет оптимального значения. Полученные таким образом коэффициенты корректировки характеризуют конкретный двигатель и участвуют в формировании длительности импульса впрыска на всех режимах его работы. Процесс самообучения применяется также для управления углом опережения зажигания при наличии обратной связи по детонации. Основная проблема функционирования алгоритма самообучения заключается в том, что иногда неправильный сигнал датчика может быть воспринят системой как изменение параметра двигателя. Если ошибка сигнала датчика недостаточно велика, чтобы был зарегистрирован код неисправности, повреждение может остаться необнаруженным. В большинстве систем корректирующие коэффициенты не сохраняются при отключении питания БУ.
При покупке автомобиля все чаще определяющим фактором становится наличие систем помощи водителю. В частности, повысилась значимость систем удерживания автомобиля в выбранной полосе и автоматического экстренного торможения. По оценке компанией Bosch статистики регистрации новых автомобилей, каждый пятый легковой автомобиль оснащен такими системами. При этом в 2013 году системы помощи были установлены только в каждом десятом новом автомобиле. Если бы все автомобили были оснащены системой автоматического экстренного торможения, можно было бы предотвратить до 72% ДТП, в которых пострадали люди, связанных с наездом на автомобиль сзади. Было также выявлено, что система поддержки движения по выбранной полосе может предотвратить до 28% ДТП, в которых по вине водителей, случайно съехавших со своей полосы, пострадали люди.
Технические требования для большинства современных автомобилей
Повышение безопасности, обеспечиваемое системами помощи водителю, является одной из причин их растущей популярности. В частности, автоматическая система экстренного торможения оценивается в рейтингах европейской программы оценки безопасности новых автомобилей Euro NCAP. С 2016 года новые транспортные средства должны оснащаться системой предотвращения столкновения с пешеходом, если автопроизводитель стремится получить высшую оценку в 5 звезд. В связи с изменениями в нормативах испытаний и благодаря постоянному снижению стоимости, все больше современных легковых автомобилей оборудуются датчиками, которые отслеживают параметры окружающего пространства.
Один датчик содействует работе нескольких систем помощи водителю
В основе технологии лежит использование датчика радарной системы - MRR - радара среднего диапазона. Например, такой радар используется в моделях VW Polo и Golf, что свидетельствует о его доступности даже для сегмента небольших и компактных автомобилей. Один датчик может поддерживать работу нескольких систем помощи водителю. Помимо системы экстренного торможения, датчик MRR работает для адаптивного круиз-контроля (ACC). ACC автоматически поддерживает выбранную водителем скорость и запрограммированное безопасное расстояние до идущего впереди автомобиля. В комбинации с системой предупреждения столкновений, АСС может снизить количество экстренных торможений на автомагистралях до 67%. В 2014 году 8% новых автомобилей оснащались АСС, что в два раза больше по сравнению с данными Bosch годом ранее.
Каждый четвертый новый легковой автомобиль умеет определять, когда водитель устал
Количество новых автомобилей, оснащённых системой распознавания дорожных знаков, а также системой распознавания сонливости водителя растет – оба показателя выросли на 2% по сравнению с 2013 годом. Так, шесть процентов всех автомобилей, зарегистрированных в 2014 году, могут распознавать определенные дорожные знаки на дороге с помощью видеокамеры. Далее информация отображается в виде символов на приборной панели, что помогает водителям разобраться в сложностях навигации по дорожным знакам. В 2014 году система, которая определяет степень усталости водителя, была установлена в каждом четвертом новом автомобиле. С помощью датчика угла поворота рулевого колеса и электрического усилителя руля система проводит анализ поведения водителя для выявления первых признаков сонливости. Система сразу же регистрирует резкие маневры руля и, учитывая дополнительные параметры, такие как длительность поездки и время дня, определяет степень сонливости. Прежде чем водитель успевает заснуть, предупреждает его, чтобы он остановился для отдыха.
Системы помощи при парковке являются наиболее распространенными в новых автомобилях
Система управления фарами автоматически включает фары дальнего света при движении за пределами населенных пунктов, пока впереди или по встречной полосе не обнаружится какое-нибудь транспортное средство. Также она постоянно управляет работой передних фар. Системы, которые регулируют только ближний свет, не были включены в последнее исследование, в результате чего количество автомобилей со встроенными системами управления фарами уменьшилось. В 2014 году система была представлена только в 13% новых зарегистрированных автомобилей.
Также в исследования впервые была включена система помощи при парковке. Она задействует ультразвуковые датчики, подающие звуковые сигналы, которые сообщают водителю о расстоянии между транспортным средством и препятствиями при парковке, а также камеры заднего обзора и парковочные помощники. Эти помощники контролируют рулевое управление при парковке, в то время как водитель отвечает только за ускорение и торможение. Так, например, в 2014 году более половины новых зарегистрированных автомобилей (52%) были оснащены системами помощи при парковке, что свидетельствует о наибольшей популярности этих систем в новых автомобилях.
(Исследование Bosch, основанное на статистических данных компании Polk и Немецкого федерального представительства автотранспорта за 2014 год для новых зарегистрированных автомобилей).
(Исследование Bosch, основанное на статистических данных компании Polk и Немецкого федерального представительства автотранспорта за 2014 год для новых зарегистрированных автомобилей).
Основные электронные системы современного автомобиля
Современный автомобиль уже сложно представить без различных электронных систем управляющих и контролирующих работу различных узлов и агрегатов. В настоящее время широкое распространение получили бортовые системы контроля на базе электронных блоков управления (ЭБУ).
Все электронные блоки по функциональному назначению могут быть классифицированы на три основные системы управления: двигателем; трансмиссией и ходовой частью; оборудованием салона и безопасностью автомобиля.
В мире разработано и серийно выпускается большое разнообразие систем управления двигателями. Эти системы по принципу действия имеют много общего, но и существенно отличаются.
Система управления бензиновым двигателем обеспечивает оптимальную его работу путем управления впрыском. топлива, углом опережения зажигания, частотой вращения коленчатого вала двигателя на холостом ходу и проведения диагностики. Система электронного управления дизельным двигателем контролирует количество впрыскиваемого топлива, момент начала впрыска, ток факельной свечи и т.п.
В электронной системе управления трансмиссией объектом регулирования является главным образом автоматическая трансмиссия. На основании сигналов датчиков угла открытия дроссельной заслонки и скорости автомобиля ЭБУ выбирает оптимальные передаточное число трансмиссии и время включения сцепления. Электронная система управления трансмиссией по сравнению с применявшейся ранее гидромеханической системой повышает точность регулирования передаточного числа, упрощает механизм управления, повышает экономичность и управляемость. Управление ходовой частью включает в себя управление процессами движения, изменения траектории и торможения автомобиля. Они воздействуют на подвеску, рулевое управление и тормозную систему, обеспечивают поддержание заданной скорости движения.
Управление оборудованием салона призвано повысить комфортабельность и потребительскую ценность автомобиля. С этой целью используются кондиционер воздуха, электронная панель приборов, мультифункциональная информационная система, компас, фары, стеклоочиститель с прерывистым режимом работы, индикатор перегоревших ламп, устройство обнаружения препятствий при движении задним ходом стеклоподъемники, сиденья с изменяемым положением. Электронные системы безопасности включают в себя: противоугонные устройства, аппаратура связи, центральная блокировка замков дверей, режимы безопасности и т.д.
Каждая электронная система современного автомобиля управляется электронным блоком управления ЭБУ (ECU). Они относятся к тормозам, трансмиссии, подвеске, системе охраны, климатической установке, навигации и прочему. По набору функций ECU подобны друг другу настолько, насколько подобны соответствующие системы управления. Фактические отличия могут быть велики, но вопросы электропитания, взаимодействия с реле и прочими соленоидными нагрузками идентичны для самых разных ECU. Один из самых важных - это блок управления двигателем. Перечень изображенных электронных блоков управления (ЭБУ) определяет разнообразие установленних электронных систем, в даном случае на примере Audi A6
Многообразие ЭБУ в современном автомобиле на примере Audi A6
1. Блок управления автономного отопителя
2. Блок управления АБС тормозов с EDS
3. Блок управления системы поддержания безопасной дистанциии
4. Передатчик системы контроля давления в шинах, передний левый
5. Блок управления бортовой сетью
6. Блок управления в двери водителя
7. Блок управления доступом и старта
8. Блок управления в комбинации приборов
9. Блок управления электронными приборами на рулевой колонке
10. Блок управления телефоном, системой телематик
11. Блок управления двигателем
12. Блок управления Climatronic
13. Блок управления регулировкой сиденья с запоминающим устройством и регулировкой рулевой колонки;;
14. Блок управления регулировкой дорожного просвета; блок управления корректором фар
15. CD-чейнджер; CD-ROM-дисковод
16. Блок управления в задней левой двери
17. Блок управления системой Air-Bag
18. Датчик скорости вращения автомобиля вокруг вертикальной осии
19. Блок управления в двери переднего пассажира
20. Блок управления регулировкой сиденья переднего пассажира с запоминающим устройством
21. Блок управления в задней правой двери
22. Передатчик системы контроля давления в шинах, задний левый
23. Радиоприемник стояночного отопителя
24. Блок управления системой навигации с CD-дисководом; блок управления голосовым вводом;;
25. Передатчик системы контроля давления в шинах, задний правый
26. Блок управления системой облегчения парковки
27. Центральный блок управления системой комфорта
28. Блок управления электрическим стояночным "ручным" тормозом
29. Блок управления энергоснабжением (менеджер батареи)
В настоящее время наиболее важным и экономически оправданным является широкое внедрение электронных систем, позволяющих улучшить характеристики и снизить стоимость эксплуатации двигателя и трансмиссии, а также систем для повышения безопасности.
Сегодня никого уже не удивишь обилием электроники в автомобиле, особенно высокого класса. Количество электронных систем и компонентов в автомобиле столь велико и разнообразно что подчас можно запутаться во всем его изобилии.
Э автомобильной электроннике и диагностике неисправностей автомобилей российского и иностранного производства. Здесь Вы найдете описание, устройство и принципы работы всего многообразия электронных систем современного автомобиляя.
Все материалы и программные средства размещенные на сайте и доступные для скачивания являются некоммерческими, распространяются бесплатно. и не предполагают ответственности за возможный ущерб нанесенный Вам или Вашему автомобилю в результате неумелого или некорректного применения материалов и программ.
Приветствуются поправки, дополнения, по тематике сайта. Если у Вас есть программы, статьи или интересные ссылки большая просьба - присылайте.
Е лектронные системы современного авто на примере Audi A6
http://awtoel.narod.ru
