W połowie lat 90. krajobraz bezpieczeństwa w motoryzacji zmienił się nieodwracalnie. Przed tym okresem, jeśli straciłeś kontrolę nad samochodem na mokrej autostradzie, Twoje życie zależało głównie od refleksu i szczęścia. Potem przyszedł czas na elektroniczną kontrolę stabilności (ESC). To nie była tylko aktualizacja; było to fundamentalne przemyślenie na nowo dynamiki samochodu.
Niemiecki dostawca Bosch opracował pierwszą wersję tego systemu. Nie tylko wypuścili go na rynek masowy. Zainstalowali go w Mercedes-Benz Klasie S i BMW Serii 7, dwóch z najbardziej prestiżowych sedanów klasy executive tamtych czasów. W pojazdach tych jako pierwsze zastosowano nowe urządzenia spełniające normy regulacyjne i bezpieczeństwa.
Od jego wprowadzenia minęła ponad dekada. Technologia stała się wszechobecna, ale branding pozostaje fragmentaryczny. Producenci samochodów uwielbiają swoje akronimy. Audi nazywa to ESP (program stabilności elektronicznej). Ford korzysta z Advance Trac. General Motors nazywa swój system Stabilitrak. Porsche integruje to jako Porsche Stability Management.
Pomimo różnic marketingowych podstawowa architektura jest identyczna. Systemy te opierają się na zaawansowanych technologicznie czujnikach, centralnym komputerze samochodu i precyzyjnych interwencjach mechanicznych, aby utrzymać samochód na właściwej drodze.
Często kojarzymy niestabilność z maszynami o dużej wydajności. Wyobrażamy sobie Ferrari ślizgające się bokiem po torze. Rzeczywistość jest dużo bardziej prozaiczna i niebezpieczna. Każdy samochód może zjechać z kursu. Dzieje się tak najczęściej, gdy warunki na drogach się pogarszają. Deszcz, lód lub luźny żwir mogą natychmiast utracić przyczepność.
Zrozumienie dwóch głównych trybów utraty kontroli wyjaśnia, dlaczego system ESC jest niezbędny.
Podsterowność występuje, gdy przednie koła tracą przyczepność. Kierowca kręci kierownicą, ale samochód nie chce jechać po łuku. Jedzie dalej prosto, ignorując polecenia kierowcy. Dzieje się tak często na skutek zbyt szybkiego wejścia w zakręt lub jazdy po nawierzchni o niskim współczynniku tarcia.
Nadsterowność to sytuacja odwrotna. Tylne koła tracą przyczepność, podczas gdy przednie koła zachowują pewną przyczepność. Tył samochodu jest wykonany. Samochód skręca ostrzej niż zamierzał kierowca. Jeśli nie zapanujesz nad sytuacją, samochód może się obrócić i stracić kontrolę.
System ESC rozwiązuje oba te problemy. Nie zapobiega to całkowicie utracie przyczepności. Zamiast tego wykrywa odchylenie i działa. System hamuje poszczególne koła i może zmniejszyć moc silnika, aby przywrócić równowagę. Koryguje podsterowność poprzez hamowanie przedniego koła zewnętrznego. Koryguje nadsterowność poprzez hamowanie zewnętrznego tylnego koła.
Technologia działa cicho, dopóki jej nie potrzebujesz. Następnie działa w milisekundach. Dla entuzjasty zobaczenie, jak samochód samodzielnie koryguje poślizg bez interwencji kierowcy, może wydawać się oszustwem. Jednak w sytuacji awaryjnej taka interwencja może zadecydować o sytuacji bliskiej kolizji lub tragedii.
Mechanika interwencji
Jak system rozumie, co robisz źle? Porównuje kąt skrętu z rzeczywistym torem pojazdu. Jeżeli czujniki wykryją rozbieżność – czyli samochód nie porusza się w kierunku wskazywanym przez kierownicę – komputer oblicza niezbędną korektę.
Wykorzystuje czujniki prędkości kół, czujniki odchylenia i czujniki przyspieszenia bocznego. Dane te tworzą model dynamiki pojazdu w czasie rzeczywistym. Kiedy model przewiduje utratę kontroli, aktywowany jest ESC.
Proces ten nie ogranicza się do suchych dróg. Ma to kluczowe znaczenie w warunkach słabej przyczepności. Śnieg, lód i
ESC nie działa w izolacji. To gracz zespołowy, który zbiera dane z układu przeciwblokującego (ABS) i kontroli trakcji, aby dusić wypadki w zarodku. Mózg tego systemu? Czujnik kontroli odchylenia.
Znajduje się w geometrycznym środku podwozia. Zwykle jest ukryty pod podłogą nadwozia, tuż pomiędzy przednimi siedzeniami. Jeśli siedzisz na siedzeniu kierowcy, znajduje się ono obok prawego łokcia. To nie jest wypadek. To jest fizyka.
Co to jest odchylenie?
Zapomnij o terminologii morskiej. Odchylenie to obrót wokół pionowej osi Z. Wyobraź sobie szpilkę wbitą w środek motyla. Motyl obraca się wokół tego sworznia. To jest właśnie to. Czujnik jest umiejscowiony dokładnie tam gdzie powinien być ten pin.
Gdy samochód zacznie obracać się zbyt gwałtownie lub za słabo, czujnik to wykrywa. Wysyła sygnał do komputera. Następnie komputer decyduje, na których kołach działać.
Nie tylko mocno hamuje na wszystkich czterech kołach. To nieskuteczne. System wpływa na określone koła. Największą siłę hamowania otrzymuje koło, które najlepiej stabilizuje pojazd. System ogranicza także dopływ paliwa. Spowalnia silnik. Zatrzymuje obrót.
Cel? Łatwe wyrównanie. System porównuje kąt obrotu kierownicy z rzeczywistym wektorem ruchu pojazdu. Jeśli nie pasują, komputer wymusza ich dopasowanie. Sprawia, że samochód jedzie tam, gdzie go wskażesz, nawet jeśli instynkt podpowiada Ci inaczej.
Aby zrozumieć pełen zakres tej elektronicznej symfonii, musimy wziąć pod uwagę jej uczestników.
Elementy elektronicznego układu stabilizacji
Czujnik odchylenia jest przewodnikiem, ale do działania potrzebuje orkiestry.
1. Czujnik odchylenia
To jest główny sygnał wejściowy. Mierzy prędkość kątową. Z jaką prędkością samochód obraca się wokół własnej osi pionowej? Jeśli skręcisz kierownicę ostro w lewo, ale samochód porusza się w lewo tylko powoli, stopień odchylenia jest niski. System rozpoznaje, że jesteś podsterowny (podsterowny). Rejestruje tę rozbieżność.
2. Czujnik kąta skrętu
Mówi komputerowi, co kierowca chce zrobić. Skręcasz kierownicę o 30 stopni w lewo. Czujnik przesyła te dane. Jeśli czujnik odchylenia pokazuje, że samochód nadal jedzie prosto, masz problem. System rozpoznaje teraz, że przekraczasz limit przyczepności przednich opon.
3. Czujniki prędkości kół
Na każdym kole znajduje się taki czujnik. Kontrolują prędkość obrotową. Dane te trafiają do układu ABS i kontroli trakcji, ale ESC wykorzystuje je nie tylko do zapobiegania blokowaniu kół. Oblicza kąty przesuwania. Czy tylne koło kręci się szybciej niż przednie? Pojazd wykazuje nadsterowność (nadsterowność). Próbuje to nieść. System widzi tę rozbieżność.
4. Akcelerometr boczny
Czasami łączy się go z czujnikiem odchylenia w jeden moduł. To urządzenie mierzy siły przeciążenia działające na Ciebie od lewej do prawej. Potwierdza dane dotyczące odchylenia. Czy samochód rzeczywiście przesunął się na bok, czy czujniki po prostu wymyśliły, że tak się stało? Redundancja jest ważna. Jeśli boczny akcelerometr wskazuje zero, a czujnik odchylenia pokazuje wysoką wartość, coś jest nie tak. W niektórych skrajnych przypadkach system bardziej ufa sile fizycznej niż prędkości obrotowej.
5. Moduł sterujący silnika (ECM)
Hamulce nie wystarczą. Należy zmniejszyć moment obrotowy. Jednostka ESC komunikuje się z ECM poprzez magistralę CAN. Żąda zmniejszenia przepustnicy. ECM zmniejsza dostarczanie paliwa lub zamyka przepustnicę. Silnik „kicha”.
Jak ESC przejmuje kontrolę nad hamulcami i ratuje sytuację
Układ przeciwblokujący (ABS) był kiedyś uważany za „świętego Graala” systemów wspomagających kierowcę. Do lat dziewięćdziesiątych trzeba było ręcznie „pompować” hamulce, aby uniknąć zablokowania kół i wsunięcia się w drzewo. To było mistrzostwo. ABS robi to teraz elektronicznie, znacznie szybciej niż ludzkie odruchy, utrzymując kierunek pojazdu lub umożliwiając kontrolowany dryf bez całkowitej utraty kontroli. Elektroniczna kontrola stabilności (ESC) nie tylko monitoruje ABS; używa go jako broni.
ESC steruje bocznym obrotem pojazdu wokół jego osi pionowej. Kontrola trakcji odpowiada za procesy w kierunku wzdłużnym. Kiedy samochód zaczyna się ślizgać, ESC odczytuje czujnik odchylenia skrętu i stwierdza, że kąt skrętu nie odpowiada rzeczywistemu torowi jazdy samochodu. To właśnie wtedy system pokazuje swoją „sztywność”. Aktywuje ABS na poszczególnych kołach – czasem tylko na jednym zakręcie – i ogranicza dostarczanie paliwa. Nie chodzi o to, żeby zatrzymać samochód. Chodzi o to, aby samochód jechał tam, gdzie chcesz, nawet jeśli Twoje stopy stoją na biegu jałowym i unoszą się nad pedałami.
Trzy czujniki kontrolujące proces
ESC korzysta z centralnego komputera, który odbiera dane z trzech różnych źródeł. Jeśli jeden z nich zawiedzie, system ulegnie awarii.
Czujniki prędkości kół znajdują się przy każdym kole. Mierzą prędkość obrotową i przesyłają te dane do komputera. ECU porównuje prędkość koła z prędkością silnika, aby wykryć poślizg koła.
Czujniki kąta skrętu znajdują się w kolumnie kierownicy. Monitorują zamiary kierowcy. Gdzie chcesz iść? Dane te służą jako podstawa do ustalenia, czy występuje poślizg.
Czujniki odchylenia (lub czujniki odchylenia) są instalowane w pobliżu środka ciężkości pojazdu. Mierzą przyspieszenie boczne i obrót. Informują komputer, jeśli samochód wymknął się spod kontroli.
„Jeśli występuje różnica między kątem skrętu kierownicy a kierunkiem, w którym pojazd się ślizga, system ESC współdziała z systemem kontroli trakcji, aby aktywować ABS przy odpowiednim kole.”
Dlaczego nowoczesny ESC jest lepszy od umiejętności prowadzenia pojazdów w starej szkole
Być może pamiętasz, jak uczyłeś się kontratakować. Być może opanowałeś już przesuwanie palców od pięty do palca. Ale ESC jest szybszy. Reaguje w ciągu milisekund. Kierowca, nawet ekspert, potrzebuje czasu, aby zorientować się w poślizgu, przetworzyć błąd, fizycznie obrócić kierownicę i nacisnąć pedał. ESC robi wszystko, zanim mózg w ogóle zarejestruje błąd.
System aktywuje ABS na wymaganej liczbie kół. Jedno koło? Wszystkie cztery? To zależy od fizyki poślizgu. Zmniejsza prędkość, jednocześnie dostosowując trajektorię. Rezultatem jest samochód, który nie chce jechać tam, gdzie go nie prosiłeś.
Scenariusze z życia wzięte, w których ESC ratuje życie
Wyobraź sobie, że wjeżdżasz w kawałek czarnego lodu z prędkością 60 mil na godzinę. Twoje opony tracą przyczepność. Samochód zaczyna nadsterować. Tylna część wychodzi na zewnątrz. W starszym aucie trzeba by walczyć z kierownicą i modulować dozowanie paliwa. W samochodzie wyposażonym w ESC system wykrywa stopień odchylenia pojazdu, porównuje go z kątem skrętu i uruchamia hamulce przedniego koła zewnętrznego. To jak niewidzialna ręka, która kieruje przód samochodu z powrotem na pas ruchu.
Albo wyobraź sobie wyjście z zakrętu z dużą prędkością. Za mocno naciskasz gaz. Samochód zaczyna tracić podsterowność, gdy zbliża się do barierki. Układ kontroli trakcji odcina moc. ESC może również zahamować tylne wewnętrzne koło, aby zawrócić samochód do wierzchołka. Dzieje się to niezauważone. Możesz nawet tego nie czuć. Po prostu dojdziesz do wyjścia bez rozbicia się.
Czy ESC jest warte swojej ceny?
ESC jest standardowym wyposażeniem większości nowych samochodów, ponieważ wymagają tego organy regulacyjne. Ale korzyści nie wynikają tylko z zgodności. Mają charakter mechaniczny. Czujniki są tanie. Okablowanie jest standardowe. Integracja komputera przebiega bezproblemowo. Koszt awarii ESC mierzy się w życiu. Koszt instalacji jest dla producentów znikomy.
Ale dla Ciebie, kierowcy, jest to kwestia pewności. ty
Dlaczego ESC nie zapobiega wszystkim wypadkom
Powiedzmy sobie jasno: to elektroniczny układ stabilizacji toru jazdy (ESC) faktycznie wykonuje całą pracę. To nie jest magiczne pole siłowe. Nie uratuje Cię, jeśli utkniesz w korku zderzak w zderzak i ktoś uderzy w Twój tylny zderzak. To jest zupełnie inna sytuacja.
Gdy powoli poruszasz się w korku, czujniki odległości mogą emitować ostrzeżenia dźwiękowe. Systemy zapobiegania kolizjom mogą nieznacznie włączyć hamulce. Ale system ESC? Pozostaje bierna. Jej nie obchodzi, jak blisko jesteś samochodu z przodu. Jego zadanie jest znacznie bardziej specyficzne: interweniuje, gdy tracisz przyczepność.
Przypomnij sobie, kiedy ostatni raz na mokrej autostradzie natrafiłeś na kawałek czarnego lodu lub nagłą warstwę oleju. Samochód zaczyna się ślizgać. Układ kierowniczy mówi „skręć w lewo”, ale samochód jedzie prosto lub, co gorsza, wpada w poślizg. To właśnie w tej luce pomiędzy intencją a rzeczywistością działa system ESC. Śledzi prędkość kół i stopień odchylenia, porównując to, co każesz samochodowi zrobić, z tym, co faktycznie robi. Jeśli dane się nie zgadzają, system interweniuje. Hamuje poszczególne koła i zmniejsza moc silnika, aby pomóc Ci odzyskać nieuchwytną przyczepność.
Liczby nie kłamią
Dlaczego organy regulacyjne tak poważnie traktują tę technologię? Bo statystyki śmiertelności były przerażające.
Instytut Ubezpieczeń Bezpieczeństwa Drogowego (IIHS) szacuje, że powszechne przyjęcie ESC mogłoby zapobiec nawet 9 000 śmiertelnych wypadków każdego roku. Nie jest to błąd w obliczeniach. To są tysiące istnień ludzkich.
Bardziej szczegółową analizę przeprowadziła Krajowa Administracja Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego (NHTSA). Ustalili, że ESC zmniejszył liczbę pojedynczych wypadków o 26 procent w przypadku konwencjonalnych samochodów osobowych. Do SUV-ów? Liczba ta wzrasta do 48 procent.
Pomyśl o tym. SUV-y są wyższe, cięższe i mają wyżej położony środek ciężkości. Przewracają się łatwiej niż sedany. ESC działa jak niewidzialny kabel, utrzymując wysokie samochody na chodniku, gdy droga staje się śliska. Zamienia potencjalnie śmiertelną pułapkę w kontrolowany strach.
Wdrożenie było szybkie, ale nie natychmiastowe
Statystyki te zmusiły rząd USA do działania. Nie tylko polecili. Wprowadzili obowiązkowy wymóg. Od 2012 roku ESC stał się obowiązkowy we wszystkich nowych samochodach osobowych.
Ale rynek w niektórych segmentach poruszał się szybciej niż prawo. Według Consumer Reports do roku 2009 73 procent wszystkich pojazdów było już standardowo wyposażonych w układ ESC. W przypadku SUV-ów odsetek ten wynosił oszałamiające 99 procent. Kolejne 11 procent oferowało to jako opcję w sedanach.
Mercedes-Benz miał przewagę już na początku, instalując ESC w 1995 roku. Nie poprzestali na swoich flagowych sedanach. Niezależnie od tego, czy jechałeś małym Smartem, czy luksusowym Maybachem, kontrola stabilności była standardem. Rozumieli, że fizyki nie interesuje twoja odznaka ani metka z ceną.
Podsumowanie
ESC nie zastępuje dobrej jazdy. Jeśli droga jest mokra, nadal musisz zwolnić. Nadal musisz obrócić kierownicę w kierunku poślizgu. Kiedy jednak Twój refleks jest zbyt wolny o milisekundy lub opony po prostu nie radzą sobie z chodnikiem, ESC staje się różnicą między groźbą wypadku a jazdą lawetą.
To jedna z tych niewidzialnych technologii, które zauważa się dopiero wtedy, gdy ich nie ma. Biorąc pod uwagę te dane, prawdopodobnie nie chcesz dowiedzieć się, jak to jest prowadzić samochód bez nich.
Powiązane artykuły
- Test bezpieczeństwa samochodu
- 5 filmów z testów zderzeniowych
- 5 najlepszych filmów o prowadzeniu pojazdu i bezpieczeństwie
- Jak działają poduszki powietrzne?
- Jak działają kary za wykroczenia drogowe
- Jak działają samochody z usługą parkingowego?
- Jak działają kamery na czerwonym świetle
- Czy samochód może być całkowicie bezpieczny?
Czy w testach zderzeniowych kiedykolwiek używano żywych (lub martwych) ludzkich manekinów? - W jaki sposób radar laserowy mierzy Twoją prędkość?
Źródła
-
ConsumerReports.org. „Elektroniczna kontrola stabilności stanie się standardem od 2012 roku”. Wrzesień 2006 (10 listopada 2009) 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.htm
-
Dang, Jennifer N. „Wstępne wyniki analizy skuteczności systemów elektronicznej kontroli stabilności (ESC)”. Krajowa Administracja Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego. Wrzesień 2004 (10 listopada 2009) http://www.nhtsa.dot.gov/cars/rules/regrev/evaluate/809790.html
-
Instytut Ubezpieczeń Bezpieczeństwa Drogowego. „ESC i jak pomaga kierowcom zachować kontrolę”. (10 listopada 2009) http://www.iihs.org/ratings/esc/esc_explained.html
-
Instytut Ubezpieczeń Bezpieczeństwa Drogowego. „Pytania i odpowiedzi: elektroniczna kontrola stabilności”. Październik 2009 (10 listopada 2009) http://www.iihs.org/research/qanda/esc.html
-
Memmer, Scott. „Kontrola stabilności: pozbądź się odchyleń!” Edmunds.com. (10 listopada 2009) http://www.edmunds.com/ownership/safety/articles/45992/article.html
-
Krajowa Administracja Bezpieczeństwa Ruchu Drogowego. „Federalne normy bezpieczeństwa pojazdów silnikowych; elektroniczne systemy kontroli stabilności; elementy sterujące i wyświetlacze”. 5 kwietnia 2007 (10 listopada 2009) http://www.nhtsa.dot.gov/staticfiles/DOT/NHTSA/Rulemaking/Rules/Associated%20Files/ESC_FR_03_2007.pdf
-
Rosenberg, Jeremy. „Elektroniczna kontrola stabilności”. Cars.com. 18 czerwca 2009 (10 listopada 2009) http://www.cars.com/go/advice/Story.jsp?section=safe&story=techStability&subject=safe_tech&referer=
