Активная безопасность автомобиля

Датчики ABS настроены таким образом, что эта функция работает только при езде на невысоких скоростях.

Во время движения автомобиля, STC постоянно отслеживает и сравнивает скорость всех

четырех колес. Если одно или оба ведущих колеса начинают терять сцепление с дорогой, например, если автомобиль начинает аквапланировать, система реагирует немедленно (приблизительно через 0,015 секунды).  

Сигнал передается модулю управления двигателем, который  снижает крутящий момент мгновенно  за счет уменьшения количества впрыскиваемого топлива. Это происходит поэтапно до тех пор, пока сцепление с дорогой  не восстановится. Весь процесс занимает только несколько миллисекунд.

На практике это  означает, что начинающееся пробуксовывание колеса прекращается на протяжении полуметра дистанции при движении на скорости 90 км/ч! 

Снижение крутящего  момента продолжается до тех пор, пока не восстановится удовлетворительное сцепление с дорогой, и происходит на всех скоростях начиная приблизительно с 10 км/ч на нижней передаче.

Системой STC оснащаются крупногабаритные модели Volvo - S80, V70, Cross Country и S60. 
 

Для предотвращения заноса используется система DSTC контроля динамической устойчивости и управления тяговым усилием (Dynamic Stability and Traction Control).

Принцип работы: По сравнению  с STC, DSTC представляет собой более продвинутую систему контроля устойчивости. DSTC обеспечивает правильную реакцию автомобиля на команды водителя, возвращая машину на ее курс.

Датчики отслеживают ряд параметров, таких как вращение всех четырех колес, вращение рулевого колеса (угол поворота) и курсовое поведение автомобиля. 

Сигналы обрабатываются процессором DSTC. В случае отклонения от обычных значений, как, например, при начинающемся боковом смещении задних колес, применяется торможение одного или нескольких колес, возвращающее автомобиль на правильный курс. При необходимости тяговое усилие двигателя также будет снижено, как и в случае с STC. 

Технология: Основной блок системы DSTC состоит из датчиков, которые регистрируют: 

- скорость каждого  колеса (датчики ABS)

- вращение рулевого  колеса (используя оптический датчик  на рулевой колонке)

- угол смещения  относительно движения руля (измеряется  гиродатчиком, расположенным в центральной части автомобиля)

- центробежную силу  Средства обеспечения безопасности  в системе DSTC:  

Поскольку эта система  управляет тормозами, Volvo оснащает систему DSTC спаренными датчиками (определяющими угол отклонения от курса и центробежную силу). Системой DSTC оснащаются крупногабаритные модели Volvo - S80, V70, Cross Country и S60. 

Для компактных моделей  компания Volvo использует система DSA поддержки динамической устойчивости (Dynamic Stability Assistance).

DSA – это система контроля вращения колеса, разработанная для компактных моделей Volvo S40 и V40.DSA отслеживает случаи, когда какое-либо из ведущих передних колес начинает вращаться быстрее задних колес. Если это происходит, система немедленно (в течение 25 миллисекунд) понижает крутящий момент двигателя. Это позволяет водителю быстро ускоряться, даже на скользком покрытии, без потери сцепления с дорогой, устойчивости и управляемости. Система DSA задействована во всем диапазоне скоростей автомобиля: от самой малой до максимальной. Автомобили Volvo S40 и V40 могут оборудоваться системой DSA в качестве заводского варианта (за исключением автомобилей с дизельными двигателями или двигателями с рабочим объемом 1,8 л.).

Для того, чтобы облегчить трогание с места на скользком покрытии используется система TRACS управления тяговым усилием (Traction Control System). TRACS – это вспомогательная электронная система, облегчающая трогание с места, которая пришла на смену устаревшему механическому самоблокирующемуся дифференциалу и дифференциальным тормозам. Система использует датчики для отслеживания случаев пробуксовывания какого-либо колеса. Применение торможения для пробуксовывающего колеса увеличивает тяговое усилие на другом колесе той же пары колес. Это облегчает трогание на скользком покрытии и управление на скоростях до 40 км/ч. Модель Volvo Cross Country оборудована системой TRACS, облегчающей трогание с места, на передних и задних колесах. 

Для обеспечения  устойчивости на поворотах при высокой  скорости используется другая система  Roll Stability Control, Volvo XC90. Она является активной системой, которая позволяет совершать крутые повороты на высокой скорости, например, при резком маневрировании. Риск опрокидывания автомобиля при этом уменьшается.  

Система RSC рассчитывает риск опрокидывания. Для определения скорости, с которой автомобиль начинает крениться, в системе используется гиростат. Информация от гиростата используется для расчета конечного крена и, соответственно, риска опрокидывания. Если такой риск существует, срабатывает система контроля тяги для обеспечения курсовой устойчивости (DSTC), которая снижает мощность двигателя и подтормаживает одно или несколько колес с усилием, достаточным для выравнивания автомобиля.  

При срабатывании системы  DSTC, переднее внешнее колесо (при необходимости одновременно с задним внешним колесом) подтормаживаются, в результате чего автомобиль несколько выходит из дуги поворота. Воздействие боковых сил на шины уменьшается, что снижает также силы, способные опрокинуть автомобиль. 
 

Благодаря срабатыванию системы с геометрической точки  зрения радиус поворота несколько увеличивается, что, собственно, и является причиной уменьшения центробежной силы. Для  выравнивания автомобиля необязательно  значительно увеличивать радиус поворота. Например, во время резкого  маневрирования на скорости 80 км/ч при  значительных поворотах рулевого колеса (около 180° в каждом направлении), может оказаться достаточным  увеличить радиус поворота на полметра. 

Внимание!

Система RSC не защитит автомобиль от опрокидывания при слишком высоких угловых скоростях или при ударе колес о бордюр (неровность дороги) одновременно с изменением траектории. Большое количество груза на крыше также увеличивает риск опрокидывания при резком изменении траектории движения. Эффективность системы RSC также снижается при резком торможении, поскольку в этом случае тормозной потенциал уже используется полностью.

Проблема безопасности движения автомобильного транспорта относиться к весьма ограниченному множеству  действительно глобальных проблем, непосредственно затрагивающих  интересы практически всех членов современного общества, и сохраняет мировой  уровень значимости, как в настоящем, так и в обозримом будущем. 

Только в России, с ее весьма скромным по мировым  меркам автопарком порядка 25 млн. автомобилей, в ДТП ежегодно погибает более 35 тысяч человек , более 200 тыс. получают ранения , а ущерб от более, чем 2 млн. регистрируемых ГИБДД ДТП достигает астрономических размеров. 

Ожидать сколь - нибудь заметных позитивных изменений столь катастрофического состояния проблемы можно лишь при сосредоточении усилий общества на всех направлениях ее решения, определяемых по результатам содержательного системного анализа. 

По существу, решение  проблемы безопасности движения сводиться  к решению двух независимых друг от друга задач:

задачи предотвращения столкновений ;

задачи снижения тяжести последствий столкновения, если предотвратить его не удалось. 

Вторая задача решается исключительно с помощью средств  пассивной безопасности, таких как  ремни и подушки безопасности ( фронтальные и боковые) , дуги безопасности , устанавливаемые в салоне автомобиля и применения конструкций кузовов с программируемой деформацией силовых элементов . 

Для решения первой задачи требуется анализ математических условий столкновений, формирование структурированного множества типовых  столкновений, включающего все потенциально возможные столкновения и определение  условий их предотвращения в терминах координат состояния объекта  и их динамических границ. 

Анализ множества  типовых столкновений, содержащего 90 столкновений с препятствиями  и 10 типовых опрокидываний, показывает, что направлениями ее решения  являются: 

строительство односторонних  многополосных дорог магистрального типа, что позволяет исключить  столкновения со встречными и неподвижными препятствиями, а так же с препятствиями , движущимися по пересекающимся направлениям одного уровня; 

информационное оснащение  действующей сети автодорог оперативными сведениями об опасных участках; 

организация эффективного контроля за соблюдением ПДД силами ГИБДД; 

оснащение автомобильного парка многофункциональными системами  активной безопасности.  

Следует отметить, что  создание систем активной безопасности и оснащение ими автопарка  является одним из наиболее перспективных  направлений, сложившихся в ведущих  развитых странах, и представляет собой  актуальную прикладную проблему , решение которой в настоящее время далеко от завершения . Перспективность систем активной безопасности объясняется тем, что их применение потенциально позволяет предотвратить более 70 типовых столкновений из 100, в то время как строительство дорог магистрального типа позволяет предотвратить 60 из 100 типовых столкновений. 

Сложность проблемы в научном аспекте определяется тем, что с позиций современной  теории управления , автомобиль , как объект управления , характеризуемый вектором переменных состояния , является неполностью наблюдаемым и неполностью управляемым в движении , а задача предотвращения столкновений в общем случае относится к алгоритмически неразрешимым из-за непрогнозируемых изменений направления движения препятствий. 

Это обстоятельство создает практически непреодолимые  трудности при построении полнофункциональных  автопилотов для автомобилей  не только в настоящем , но и в обозримом будущем. 

Кроме того, решение  задачи динамической стабилизации координат  состояния, к которой сводиться  задача предотвращения столкновений в  ее наиболее полной алгоритмически разрешимой постановке, характеризуется как  неопределенностью большинства  динамических границ переменных состояния, так и их возможными перекрытиями. 

Сложность проблемы в техническом аспекте определяется отсутствием в мировой практике подавляющего большинства датчиков первичной информации, необходимых  для измерения координат состояния  и их динамических границ, а применение существующих ограничивается их высокой  стоимостью, тяжелыми условиями эксплуатации, высоким энергопотреблением, низкой помехозащищенностью и трудностями  размещения на автомобиле. 

Сложность проблемы в экономическом аспекте определяется тем, что для придания статуса  алгоритмической разрешимости задаче предотвращения столкновений необходимо оснащение многофункциональными системами  активной безопасности всего автопарка, включая старые автомобили низших ценовых  категорий . Учитывая , что стоимость ядра аппаратных средств, включая датчики и исполнительные устройства, наиболее распространенных зарубежных систем стабилизации продольных и поперечных скольжений колес (АБС,ПБС, ESP и VCS ) превышает тысячу долларов, возможность оснащения ими действующего парка автомобилей представляется весьма проблематичной . Отметим, что число предотвращаемых типовых столкновений этими системами не превышает 20 из 100. 

Проведенные исследования показывают, что для решения задачи динамической стабилизации в полном объеме требуется измерение следующего набора переменных и их динамических границ:

дистанций до попутных автомобилей;

дистанции необходимой  для полной остановки;

скоростей и ускорений  колес;

скоростей и ускорений  центра масс автомобиля;

скоростей и ускорений  продольных и поперечных скольжений колес ;

углов поворота и  схождения управляемых колес;

давлений воздуха  в шинах;

износов кордов шин;

температур перегрева  шин , характеризующих интенсивность износа протекторов;

дополнительных углов  развала колес, возникающих при  самопроизвольном или умышленном отворачивании  крепежных болтов. 

Как показывают результаты исследования проблемы, ее решение  лежит в области интеллектуальных систем, которые строятся на принципах  косвенных измерений всех приведенных  выше переменных состояния и их динамических границ в минимально возможной конфигурации датчиков первичной информации. 

Высокоточные косвенные  измерения оказываются возможными лишь с применением оригинальных математических моделей и алгоритмов решения некорректных задач.