У 1990-х років ландшафт автомобільної безпеки незворотно змінився. До цього періоду, якщо ви втрачали контроль над автомобілем на мокрому шосе, ваше життя залежало в основному від рефлексів та удачі. Потім виникла система електронної стабілізації (ESC). Це було не просто поновлення; це було фундаментальне переосмислення динаміки автомобіля.
Німецький постачальник Bosch розробив першу версію системи. Вони не просто випустили її на масовий ринок. Вони встановили її в Mercedes-Benz S-Class та BMW 7-ї серії, двох найпрестижніших представницьких седанах того часу. Ці автомобілі першими почали використовувати нові пристрої, що відповідають нормативним вимогам та стандартам безпеки.
Пройшло понад десятиліття з її застосування. Технологія стала повсюдною, але брендинг залишається фрагментованим. Автовиробники люблять свої абревіатури. Audi називає її ESP (Electronic Stability Program). Ford використовує Advance Trac. General Motors маркує свою систему як Stabilitrak. Porsche інтегрує її як Porsche Stability Management.
Незважаючи на маркетингові відмінності, базова архітектура ідентична. Ці системи покладаються на високотехнологічні датчики, центральний комп’ютер автомобіля та точні механічні втручання, щоб утримувати машину на заданому шляху.
Ми часто пов’язуємо нестабільність із високопродуктивними машинами. Ми уявляємо Ferrari, що ковзає боком на трасі. Реальність набагато прозаїчніша і небезпечніша. Будь-який автомобіль може з’їхати з курсу. Це найчастіше відбувається, коли дорожні умови погіршуються. Дощ, крига або пухкий гравій можуть миттєво позбавити зчеплення.
Розуміння двох основних режимів втрати контролю пояснює, чому потрібна система ESC.
Недостатня повертаність виникає, коли передні колеса втрачають зчеплення. Водій повертає кермо, але автомобіль відмовляється слідувати за дугою. Він продовжує рухатись прямо, ігноруючи команди водія. Це часто трапляється через занадто швидкий в’їзд у поворот або рух по поверхні з низьким коефіцієнтом тертя.
Надлишкова повертаність є зворотною ситуацією. Задні колеса втрачають зчеплення, тоді як передні зберігають деяке зчеплення. Задня частина автомобіля виносить назовні. Машина повертає різкіше, ніж планував водій. Якщо не контролювати ситуацію, автомобіль може розгорнути та втратити керування.
Система ESC вирішує ці проблеми. Вона не запобігає втраті зчеплення повністю. Натомість вона виявляє відхилення і діє. Система гальмує окремі колеса і може знизити потужність двигуна відновлення балансу. Вона коригує недостатню повертаність, гальмуючи переднє зовнішнє колесо. Вона виправляє надмірну повертаність, гальмуючи заднє зовнішнє колесо.
Технологія працює безшумно, поки вона вам не потрібна. Потім вона діє за мілісекунди. Для ентузіаста бачити, як автомобіль самостійно коригує замет без втручання водія, може здатися читерством. Але в екстреній ситуації це втручання є різницею між близьким зіткненням та трагедією.
Механіка втручання
Як система розуміє, що ви робите неправильно? Вона порівнює кут повороту керма із фактичним шляхом автомобіля. Якщо датчики виявляють розбіжність – тобто автомобіль рухається не туди, куди направлено кермо – комп’ютер розраховує необхідну корекцію.
Вона використовує датчики швидкості обертання коліс, датчики кутової швидкості нишпорення та датчики бокового прискорення. Ці дані створюють модель динаміки автомобіля у реальному часі. Коли модель передбачає втрату контролю, включається ESC.
Цей процес не обмежується сухою дорогою. Він критично важливий за умов низького зчеплення. Сніг, лід та
ESC не працює в ізоляції. Це командний гравець, який збирає дані з антиблокувальної системи гальм (ABS) та системи контролю тяги, щоб припиняти аварії на корені. Мозок цієї системи? Датчик контролю нишпорення.
Він розташований у геометричному центрі шасі. Зазвичай він прихований під підлогою кузова, прямо між передніми сидіннями. Якщо ви сидите на місці водія, він знаходиться поряд з вашим правим ліктем. Це не випадковість. Це фізика.
Що таке нишпорення?
Забудьте про морську термінологію. Ризик – це обертання навколо вертикальної осі Z. Уявіть собі шпильку, встромлену в центр метелика. Метелик обертається навколо цієї шпильки. Ось це і є нишпорення. Датчик знаходиться саме там, де має бути ця шпилька.
Коли автомобіль починає обертатися дуже різко або недостатньо сильно, датчик це фіксує. Він подає сигнал комп’ютеру. Комп’ютер потім вирішує, які колеса впливати.
Він не просто різко гальмує всі чотири колеса. Це неефективно. Система впливає на конкретні колеса. Те колесо, яке найкраще може стабілізувати автомобіль, отримує найбільше гальмівне зусилля. Також система знижує подачу палива. Уповільнює двигун. Гасить обертання.
Ціль? Просте вирівнювання. Система порівнює кут повороту кермового колеса із фактичним вектором руху автомобіля. Якщо вони не збігаються, комп’ютер примусово приводить їх у відповідність. Примушує автомобіль їхати туди, куди ви вказали, навіть якщо ваші інстинкти говорять про інше.
Щоб збагнути повний масштаб цієї електронної симфонії, нам потрібно розглянути її учасників.
Компоненти системи електронної стабілізації
Датчик нишпорення – це диригент, але йому потрібен оркестр для виконання.
1. Датчик кутової швидкості нишпорення
Це основний вхідний сигнал. Він вимірює кутову швидкість. Наскільки швидко автомобіль обертається довкола вертикальної осі? Якщо ви різко повертаєте кермо вліво, але автомобіль лише повільно зміщується вліво, кутова швидкість нишпорення низька. Система розуміє, що ви недотримуєте траєкторію (недостатня повертаність). Вона фіксує цю розбіжність.
2. Датчик кута повороту кермового колеса
Він повідомляє комп’ютеру, що хоче зробити водій. Ви повертаєте кермо на 30 градусів ліворуч. Датчик передає ці дані. Якщо датчик нишпорення показує, що автомобіль все ще рухається прямо, у вас є проблема. Система тепер розуміє, що ви перевищуєте межу зчеплення передніх шин.
3. Датчики швидкості обертання коліс
Такий датчик є на кожному колесі. Вони контролюють швидкість обертання. Ці дані надходять як ABS, так і в систему контролю тяги, але ESC використовує їх не тільки для запобігання блокування коліс. Вона розраховує кути ковзання. Чи обертається заднє колесо швидше за переднє? Автомобіль надмірно повертає (надлишкова повертаність). Він намагається занести. Система бачить цю невідповідність.
4. Бічний акселерометр
Іноді він об’єднаний із датчиком нишпорення в один модуль. Цей пристрій вимірює навантаження, що діють на вас вправо-вліво. Воно підтверджує дані про нишпорення. Чи дійсно автомобіль змістився убік, чи датчики просто подумали, що це сталося? Надмірність важлива. Якщо бічний акселерометр показує нуль, а датчик нишпорення – високе значення, щось не так. У деяких випадках система довіряє фізичній силі більше, ніж швидкості обертання.
5. Блок керування двигуном (ECM)
Гальм недостатньо. Потрібно знизити момент, що крутить. Блок ESC зв’язується з ECM через CAN шину. Він запитує зниження дросельної заслінки. ECM зменшує подачу палива або прикриває дросельну заслінку. Двигун «чхає».
Як система ESC перехоплює управління гальмами, щоб врятувати ситуацію
Система антиблокування гальм (ABS) раніше вважалася “святим граалем” систем допомоги водієві. До дев’яностих років доводилося вручну накачувати гальма, щоб уникнути блокування коліс і ковзання в дерево. Це була майстерність. Тепер ABS робить це електронно, набагато швидше за людські рефлекси, зберігаючи напрямок руху автомобіля або дозволяючи виконати контрольований замет без повної втрати управління. Система електронної стабілізації (ESC) непросто спостерігає за ABS; вона використовує її як зброю.
ESC контролює бічне обертання автомобіля навколо вертикальної осі. Контроль тяги відповідає за процеси у поздовжньому напрямку. Коли автомобіль починає ковзати, ESC зчитує дані з датчика нишпорення і розуміє, що кут повороту керма не відповідає фактичному шляху руху машини. Саме тоді система виявляє свою «жорсткість». Вона активує ABS на окремих колесах – іноді лише на одному кутку – та знижує подачу палива. Йдеться не про те, щоб зупинити автомобіль. Йдеться про те, щоб змусити машину повернути туди, куди ви хочете, навіть якщо ваші ноги просто не діють, ширяючи над педалями.
Три датчики, що керують процесом
ESC покладається на центральний комп’ютер, який отримує дані від трьох джерел. Якщо один із них дає збій, система відмовляє.
Датчики швидкості обертання коліс розташовані у кожного колеса. Вони вимірюють швидкість обертання та передають ці дані в комп’ютер. ЕБУ порівнює швидкість обертання коліс зі швидкістю двигуна виявлення пробуксовки.
Датчики кута повороту керма знаходяться у рульовій колонці. Вони відстежують наміри водія. Куди ви хочете поїхати? Ці дані є базою визначення того, чи відбувається занесення.
Датчики кутової швидкості (або датчики нишпорення) встановлені поблизу центру тяжіння автомобіля. Вони вимірюють бічне прискорення та обертання. Вони повідомляють комп’ютеру, чи автомобіль виходить з-під контролю.
«Якщо існує різниця між кутом повороту кермового колеса та напрямком, в якому ковзає автомобіль, система ESC буде взаємодіяти з системою контролю тяги для активації ABS на відповідному колесі».
Чому сучасна ESC перевершує старі навички водіння
Ви, можливо, пам’ятаєте, як вчилися контркерувати. Ви, можливо, освоїли перемикання передач з підгазовкою (heel-toe). Але ESC працює швидше. Вона реагує за мілісекунди. Водію, навіть експерту, потрібен час, щоб усвідомити замет, обробити помилку і фізично повернути кермо і натиснути на педаль. ESC виконує всі дії перед тим, як мозок навіть реєструє помилку.
Система активує ABS на потрібній кількості коліс. Одне колесо? Усі чотири? Це залежить від фізики замету. Вона знижує швидкість, одночасно коригуючи траєкторію. Результатом стає автомобіль, який відмовляється їхати туди, куди його не просили.
Реальні сценарії, де ESC рятує життя
Уявіть, що ви наїхали на ділянку чорного льоду на швидкості 60 миль на годину. Ваші шини втрачають зчеплення. Автомобіль починає надмірно повертати (oversteer). Задня частина виносить назовні. У старішій машині вам довелося б боротися з кермом і модулювати подачу палива. В автомобілі з ESC система виявляє швидкість нишпорення, порівнює її з кутом повороту керма і гальмує переднє зовнішнє колесо. Це схоже на невидиму руку, що повертає носа автомобіля в смугу.
Або уявіть вихід із повороту на високій швидкості. Ви надто сильно тиснете на газ. Автомобіль починає недостатню повертаність (understeer), прямуючи до огорожі. Система контролю тяги вимикає потужність. ESC також може загальмувати заднє внутрішнє колесо, щоб повернути автомобіль назад до апексу. Це відбувається непомітно. Ви, можливо, навіть цього не відчуєте. Ви просто доїжджаєте до виходу, не врізавшись.
Чи коштує ESC своїх витрат?
ESC є стандартним обладнанням для більшості нових автомобілів, тому що регулятори вимагали цього. Але переваги полягають у дотриманні нормативних вимог. Вони мають механічний характер. Датчики дешеві. Проведення стандартне. Інтеграція комп’ютера безшовні. Ціна відмови ESC вимірюється життям. Вартість установки дуже мала для виробників.
Але для вас, водія, це питання впевненості. Ви
Чому система ESC не запобігає всім аваріям
Давайте будемо дуже зрозумілі: насправді робить система електронної стабілізації (ESC). Це не магічне силове поле. Вона не врятує вас, якщо ви застрягли в пробці бампер до бампера і хтось врізається у ваш задній бампер. Це зовсім інша ситуація.
Коли ви повільно рухаєтеся в заторі, датчики відстані можуть подавати звукові сигнали. Системи запобігання зіткненням можуть трохи пригальмувати. Але чи система ESC? Вона залишається пасивною. Їй не важливо, наскільки близько ви знаходитесь до машини попереду. Її завдання набагато специфічніше: вона втручається, коли ви втрачаєте зчеплення з дорогою.
Згадайте останній раз, коли ви наїхали на ділянку чорного льоду чи раптову масляну плівку на мокрому шосе. Машина починає ковзати. Ваші дії кермом кажуть «повернути ліворуч», але машина їде прямо або, що ще гірше, йде в замет. Саме в цьому розриві між наміром та реальністю працює система ESC. Вона відстежує швидкість обертання коліс і кутову швидкість нишпорення, порівнюючи те, що ви кажете машині робити, з тим, що вона насправді робить. Якщо дані не збігаються, система втручається. Вона гальмує окремі колеса і знижує потужність двигуна, щоб допомогти вам повернути те саме elusive (elusive — важколовимий/elusive grip) зчеплення.
Цифри не брешуть
Чому регулятори так серйозно поставилися до цієї технології? Тому що статистика смертності була жахливою.
Страховий інститут дорожньої безпеки (IIHS) оцінив, що широке впровадження ESC може запобігти 9 000 смертельних ДТП щороку. Це не похибка у розрахунках. Це тисячі життів.
Національне управління безпеки дорожнього руху (NHTSA) провело детальніший аналіз. Вони з’ясували, що ESC знижує кількість поодиноких аварій на 26 відсотків для звичайних легкових автомобілів. Для позашляховиків? Ця цифра збільшується до 48 відсотків.
Подумайте про це. Позашляховики вищі, важчі та мають більш високий центр тяжіння. Вони перевертаються легше, ніж седани. ESC діє як невидимий трос, утримуючи ці високі машини на асфальті, коли дорога стає слизькою. Вона перетворює потенційно смертельну пастку на керований переляк.
Впровадження було швидким, але не миттєвим
Ці статистичні дані змусили уряд США діяти. Вони не просто радили. Вони запровадили обов’язкову вимогу. До 2012 року ESC стала обов’язковою для всіх нових легкових автомобілів.
Але ринок у деяких сегментах рухався швидше за закон. До 2009 року, за даними Consumer Reports, 73 відсотки всіх автомобілів вже оснащувалися системою ESC як стандартне обладнання. Для позашляховиків цей показник був приголомшливим: 99 відсотків. Ще 11 відсотків пропонували її як опцію для седанів.
Mercedes-Benz мала ранню перевагу, встановлюючи ESC ще 1995 року. Вони не зупинилися на своїх флагманських седанах. Незалежно від того, чи ви керували крихітним Smart або розкішним Maybach, система стабілізації була стандартною. Вони розуміли, що фізика не дбає про ваш значок або цінник.
Підсумок
ESC не замінює гарне ведення. Вам все ще потрібно знижувати швидкість, коли дорога волога. Вам все ще потрібно повертати кермо у бік замету. Але коли ваші рефлекси надто повільні на мілісекунди або шини просто не можуть утримати асфальт, ESC стає різницею між майже аварією та поїздкою на евакуаторі.
Це одна з тих невидимих технологій, яку ви помічаєте лише тоді, коли її немає. І, враховуючи дані, ви, мабуть, не хочете з’ясовувати, як це водити машину без неї.
Статті по темі
- Тест з безпеки автомобіля
- 5 відео краш-тестів
- Топ-5 відео про водіння та безпеку
- Як працюють подушки безпеки
- Як працюють штрафи за порушення правил дорожнього руху
- Як працюють автомобілі з автопаркуванням
- Як працюють камери фіксації проїзду на червоне світло
- Чи може автомобіль бути абсолютно безпечним?
- Чи використовувалися колись живі (або мертві) людські манекени в краш-тестах?
- Як лазерний радар вимірює вашу швидкість?
Джерела
-
ConsumerReports.org. “Electronic stability control to be standard by 2012.” Вересень 2006 р. (10 листопада 2009 р.) http://www.consumerreports.org/cro/cars/new-cars/news/2006/nhtsa-proposal-to-make-esc-standard-on-all-cars-9-06/overview/nhtsa-proposal-to-make-esc-standard-on-all-cars-9-06
-
Dang, Jennifer N. “Попередні результати Analyzing the Effectiveness of Electronic Stability Control (ESC) Systems.” Національне управління безпекою дорожнього руху. Вересень 2004 р. (10 листопада 2009 р.) http://www.nhtsa.dot.gov/cars/rules/regrev/evaluate/809790.html
-
Insurance Institute for Highway Safety. “ESC and how it helps drivers maintain control.” (10 листопада 2009 р.) http://www.iihs.org/ratings/esc/esc_explained.html
-
Insurance Institute for Highway Safety. “Q&As: Electronic Stability Control.” Жовтень 2009 р. (10 листопада 2009 р.) http://www.iihs.org/research/qanda/esc.html
-
Memmer, Scott. “Stability Control: Get Your Yaw-Yaws Out!” Edmunds.com. (10 листопада 2009 р.) http://www.edmunds.com/ownership/safety/articles/45992/article.html
-
National Highway Traffic Safety Administration. “Federal Motor Vehicle Safety Standards; Electronic Stability Control Systems; Controls and Displays.” 5 квітня 2007 р. (10 листопада 2009 р.) http://www.nhtsa.dot.gov/staticfiles/DOT/NHTSA/Rulemaking/Rules/Associated%20Files/ESC_FR_03_2007.pdf
-
Rosenberg, Jeremy. “Electronic Stability Control.” Cars.com. 18 червня 2009 р. (10 листопада 2009 р.) http://www.cars.com/go/advice/Story.jsp?section=safe&story=techStability&subject=safe_tech&referer=
