Классификация систем активной безопасности

САБ для тормозного режима движения автомобиля

а) Автоматический регулятор тормозных сил (РТС, EBV) — устройство для обеспечения оптимального соотношения тормозных сил на мостах транспортного средства. При торможении происходит перераспределение нагрузок между мостами — задний разгружается, передний нагружается, причем данный процесс имеет нелинейный характер РТС изменяет тормозное давление, подводимое к колесам заднего моста, при изменении нагрузки (как статической, так и динамической)

б) Системы ассистирования при торможении (Brake Assistent, Smart Booster) — системы для изменения скорости подачи рабочего тела к исполнительным аппаратам тормозной системы в зависимости от интенсивности воздействия водителя на тормозную педаль (служебное или экстренное торможение). Они имеют акселерометрический датчик, встроенный в тормозную педаль или усилитель, по сигналу с которого блок управления может определить, что имеет место экстренное торможение, и включать ускорительные аппараты тормозного привода или изменить передаточное отношение усилителя

в) Антиблокировочная система / Antilock Braking System (АБС, ABS) — система для предотвращения блокирования колес при торможении с целью достижения высокой тормозной эффективности и одновременного сохранения устойчивости и управляемости транспортного средства.

АБС представляет собой замкнутую автоматическую систему управления (рис 3). В качестве объекта регулирования АБС выступает колесо, а точнее — область контакта колеса с дорожной поверхностью Исполнительная часть АБС — различные аппараты регулирования давления, например, модуляторы, электромагнитные клапаны. Сенсорная часть АБС — датчики частоты вращения колеса. В общем случае функционирование АБС состоит в циклическом оттормаживании и затормаживании колес по некоторому алгоритму для поддержания их работы в области оптимального сцепления без блокирования.

Рис. 3 - Элементная схема АБС:

1 — главный тормозной цилиндр (тормозной кран),

2 — исполнительная часть АБС,

3 — рабочий тормозной цилиндр (тормозная камера),

4 — регулируемое колесо,

5 — сенсорная часть АБС,

6 — блок управления

На транспортном средстве, оснащенном АБС, допускается не применять регулятор тормозных сил, однако многие производители автомобилей по-прежнему используют оба типа систем в силу ряда эксплуатационных или конструктивных причин.

САБ для тягового режима движения автомобиля

а) «Электронная» педаль акселератора (E-Gas) — электронная система управления рейкой топливного насоса (для дизельных двигателей) или впрыском топлива в цилиндры (для инжекторных двигателей) (рис. 4).

В подобной системе положение педали акселератора (газа) с помощью датчика перемещения преобразуется в электрический сигнал. По нему и с учетом информации о текущих скоростных и температурных характеристиках двигателя, полученной от других датчиков, блок управления устанавливает рабочее напряжение для электродвигателя, который непосредственно вырабатывает управляющие воздействия для топливного насоса, дроссельной заслонки и т.п. Конечной целью такого управления является достижение оптимальных динамических параметров, особенно при переходных процессах и различных режимах движения.

Рис. 4 - Система E-Gas

б) Противобуксовочная система (ПБС, ASR, TCS) — система для предотвращения буксования колес транспортного средства в тяговом режиме с целью достижения наилучшей для текущих условий динамики трогания автомобиля с места и разгона с одновременным обеспечением устойчивости и управляемости. Часто использует систему E-Gas.

В общем случае ПБС обеспечивает циклическое уменьшение и нарастание крутящего момента, подводимого к колесам ведущего моста или мостов, таким образом, чтобы одновременно обеспечить высокую степень использования коэффициента сцепления в стабильной области, а при различных сцепных условиях по бортам автомобиля дополнительно исключить возникновение инерционного момента относительно вертикальной оси автомобиля. Технически это осуществляется различными способами — управлением двигателем, дифференциалом и др.

Комбинированные САБ

а) Интегрированный комплекс АБС/ПБС — система, объединяющая в себе функции антиблокировочной и противобуксовочной систем по регулированию процесса движения транспортного средства и имеющая единую конструктивную базу.

При осуществлении водителем торможения система АБС/ПБС переходит в режим антиблокировочного регулирования в случае обнаружения превышения порога срабатывания по граничному замедлению. В случае трогания с места и разгона на скользкой дороге система АБС/ПБС переходит в режим противобуксовочного регулирования при обнаружении превышения как порога пробуксовывания, так и порога по разности скоростей колес. В

зависимости от этого система производит автоматическое управление двумя способами - путем подачи через дифференциальный клапан и регулирования давления модуляторами АБС в тормозных камерах (цилиндрах) ведущих колес (то есть, используя торможение) для перераспределения через межколесный дифференциал вращающего момента и регулированием оборотов (мощности) двигателя, ограничивая скольжение ведущих колес.

б) Система регулирования динамики движения (СРДД. FDR, ESP, ASC, DSC) — система, учитывающая как продольно-, так и поперечно-динамические характеристики движения транспортного средства и имеющая своей целью обеспечение оптимальной устойчивости, управляемости и эффективности на всех режимах движения. В отличие от системы АБС/ПБС, она может дополнительно использовать подсистемы управления мощностью двигателя, корректировки углов бокового и курсового увода и др.

в) Система регулирования безопасной дистанции — система, оценивающая и поддерживающая безопасную дистанцию для транспортного средства. Требуемая дистанция обеспечивается регулированием скорости движения через изменение крутящего момента двигателя и/или тормозное воздействие. Международный термин для таких устройств — Collision Avoidance System (CAS). Системы CAS принципиально разделяются на два класса — автономные и дорожно-зависимые.

Дорожно-зависимые CAS предполагают, что часть информации для оценки ситуации поступает от датчиков либо других информационных устройств, установленных непосредственно на дороге. Из-за большого числа финансовых и правовых вопросов такие системы представляются весьма отдаленной перспективой.

Автономная CAS , является системой управления для предотвращения столкновений, все элементы которой — как информационные, так и исполнительные — смонтированы на автомобиле. Одними из важнейших компонентов такой системы являются радар или радар и приемник отраженного сигнала, располагаемые в передней части автомобиля. По отраженному сигналу определяется дистанция до объекта, находящегося по пути следования автомобиля, и при превышении безопасной границы отдается сигнал на управление двигателем или тормозной системой для снижения скорости. Главная проблема здесь состоит в правильном распознавании образов. Во первых, система должна разделять неподвижные объекты (например, придорожные столбы и ограждения) и подвижные. Для подвижных объектов дополнительно требуется детектировать на правление их движения, так как алгоритм действий CAS различается от того, разгоняется или тормозит движущийся впереди автомобиль.

Кроме определения дистанции система CAS должна решать еще целый ряд вспомогательных задач, а именно своевременно информировать водителя о дорожной обстановке, уметь правильно определить маневр, совершаемый водителем, найти оптимальное управляющее решение, которое будет удерживать автомобиль в безопасной области, но в то же время не даст водителю потерять «чувство дороги».

Терминология САБ

На основании вышеизложенного можно предложить следующую классификацию САБ.

Кроме упомянутых систем в литературе встречается множество обозначений типов САБ Основные из них приведены в табл. 1.

Таблица 1 - Современные системы активной безопасности

Наименование	Описание функций
AOS Adaptive Getnebesteueamg	Сервофункция для управления двигателем у автомобилей с автоматической коробкой передач
ASС Automatische Stdhilitats Control	Регулирование тягового проскальзывания колес с помощью функции АБС, MSR и блокировки дифференциала
ASMS Automatischcs Stabihtats Management System (ITT)	Оценка критической ситуации и стабилизация автомобиля через индивидуальное управление колесами и деигатечем Компоненты — ABS, ASR, EBV, MSR, GMR
BA Brake Аssistant Bremsassistent	Адаптация функции тормозного привода в зависимости от скорости приложения водителем усилия к тормозной педали
СВС Cornering Brake Control	Поддержка действия АБС при криволинейном торможении
DBC Dynamische Bremsen Control	Управление экстренным торможением
DDE Digitalc Diesel Elektromk	Эпектронное регулирование мощности дизельных двигателей
DSC Dynamische Stabihtats Control	Регулирование устойчивости автомобиля через снижение тягловых сил с помощью тормозной системы или двигателя
ЕВМ Llektromsehe Bremsen Management	Эпектронное регутарование для всех видов торможения. Компоненты — DBC, DME, DDE, AGS, ABS, ASC, MSR, CBC, DSC.
EBS, ELB Electronic Braking System	Интегрированная электро - пневматическая тормозная система
ESP Flektronische Stabilitatsprogramm	Электронное управление устойчивостью тегкового автомобиля. Компоненты — АBS, ASR, MSR
EPS Eieetronic Traction System	Реализация функции предотвращения буксования ведущих колес через электронное управление блокировкой дифференциала
FDR, VDС Fahrdynamikregelung Vehicle Dynamic Control	Система регулирования динамики автомобитн на всех режимах движения
GMR Giermomentregelung	Система стабилизации автомобиля вокруг вертикальной оси
ICС Intelligent Cruise Control	Поддерживание безопасной дистанции до движущегося впереди автомобиля. Регулирование скорости при криволинейном движении
MSR Motorschleppmomentregelung	Регулирование проскальзывания колеса при прекращении нажатия на педаль акселератора
TCS Traction Control System	Противобуксовочная система с дополнительными функциями управления дифференциалом двигателем и т п

Структура системы активной безопасности автомобиля.

Из анализа указанных схем следует однозначный вывод о том, что ядром любой САБ является тормозная система. Тормозная система современного автомобиля, наряду с решением традиционных задач (уменьшение скорости, вплоть до его полной остановки, либо удержание автомобиля на месте), используется системами активной безопасности для обеспечения устойчивости и управляемости путем регулирования параметров сцепления колеса с дорогой, активно взаимодействуя при этом с другими компонентами автомобиля, как в тормозном, так и в тяговом режиме.

Таким образом, роль тормозного привода автомобиля качественно меняется — он может выступать и самостоятельной системой управления, и «подсистемой», объектом управления системы более высокого порядка.

Кроме этого, анализ различных классов САБ позволяет сделать ряд других важных выводов:

• произошел четкий переход от использования единичных, одноцелевых систем типа АБС или ПБС к применению интегрированных комплексов, охватывающих, по возможности, различные режимы движения;

• конструктивно в процессе регулирования САБ практически всегда использует управление тормозным приводом, что позволяет наращивать интегрированную систему на базе АБС;

• водитель транспортного средства не исключается из процесса управления движением и является непременным звеном в цепи регулирования САБ;

• функции САБ по выводу автомобиля из критической дорожно-транспортной ситуации дополняются введением новых функций, позволяющих спрогнозировать и упредить развитие таких ситуаций;

• с точки зрения параметров регулирования в современных САБ тяговое и/или тормозное усилие управления регулируется с отслеживанием важнейших характеристик тормозной и тяговой эффективности, управляемости, устойчивости и безопасности движения транспортного средства: продольного и поперечного проскальзывания колеса, углов бокового и курсового увода, дистанции между автомобилями и др.

Рис. 7 - Схемы систем активной безопасности: