Новейшие малогабаритные авто, даже премиальных брендов, изредка стают одной из основных тем для обсуждения в массовых СМИ. В мировой истории всего несколько таковых примеров, самый свежайший из которых датирован 1997 годом.
Без лося виновные: скандальный переворот Мерседес-Benz A-класса
Тогда, 21 октября, заместитель главреда шведского журнальчика Teknikens Värld (“Мир технологий”) в процессе съемки для телепередачи Trafikmagasinet на площадке близ Стокгольма перевернул новейший Мерседес-Benz A-класса, выполняя “elk test". Это именуемый "лосиный тест" — версия маневра “переставка”, моделирующая резкий объезд препятствия на скорости на 60 км/ч.
Неувязка
Домыслы о том, что на каре стояли некорректные шины, либо скорость была превышена, были развеяны. Заодно сделалось ясно, что шведская "лосиная" переставка короче и резче европейской, по принятому в разработке каров эталону DIN. Наиболее того, для ее выполнения необходимо было вращать руль со скоростью, труднодоступной большинству водителей. Тогда, при совпадении частот колебаний кузова и подвески, появлялся резонанс, отрыв 2-ух колес и риск опрокидывания. На нижних кадрах обошлось без переворота, но в обоих вариантах за рулем были профи.
Страшная черта маневренности А-класса, призванного стать новеньким шагом в развитии германской марки в сторону массового сектора рынка, угрожала пустить по ветру затраченные на разработку модели 2,5 млрд дойчмарок и попортить репутацию Мерседес-Benz. Узнав о случившемся, глава легкового подразделения Daimler Юрген Хубберт срочно вылетел из Стране восходящего солнца с презентации новейшего Maybach. В самолете прямо на полу развернули документацию по А-классу и начали находить решение.
В итоге с помощью собственных профессионалов, инженеров Bosch и маркетингового агентства Springer & Jacoby всего за три месяца в Мерседес-Benz смогли достойно выйти из ситуации.Спустя десятилетия Хубберт, которого глава концерна Дитер Цетше тогда не отпустил в отставку, заставив “разруливать” ситуацию, признался: если б это случилось на данный момент, в эру соцсетей и хейтеров, решить делему было бы нереально. Но в 1997 году это было изготовлено.
Были немедля отозваны все проданные авто (около 13 тыщ), проведена доработку конструкции. Издержки в 300 млн дойчмарок пошли на установку наиболее твердых и маленьких пружин от версии Avantgarde, подмену полого стабилизатора поперечной стойкости поперечником 17,6 мм на 20-миллиметровый пруток.
Из фронтальных амортизаторов убрали пружины ограничения хода отбоя, поставили наиболее низкопрофильные шины (195/50 R15 заместо 175/65 R15), прирастили заднюю колею, добавив проставки меж рычагами и креплением ступицы. Прирастили отрицательный разрушение задних колес. И основное — все авто были оборудованы электрической системой стабилизации (ESP), ранее доступной лишь на наиболее дорогих Мерседес (к цены кара она добавила 1700 дойчмарок, но с клиентов средства не брали).
A-класс с ESP удачно прошел тест по шведской методике с повышением скорости до 65 км/ч. Неотключаемая система Bosch стопроцентно решила делему опрокидывания.
По драматичности судьбы, в первый раз в мире система ESP возникла как раз на каре Мерседес-Benz — а конкретно, S600 Coupe (C140) Вышло это всего за два года до описываемых событий.
Эта история стала поводом для повсеместного внедрения на карах систем ESP, спасшей за эти годы не наименее 15 тыщ жизней лишь в Европе. Где все легковые авто, продаваемые с 1 ноября 2014 года, комплектуются ESP в неотклонимом порядке.
Давайте побеседуем о том, откуда возникла система ESP, кто и как ее сделал и как она работает. Начнем, как обычно, издалека.
1-ые шаги: история возникновения антиблокировочной системы тормозов (ABS)
1-ые системы, способные растормаживать заблокированные колеса, возникли еще сначала прошедшего века. Речь шла не про авто: решение было нужно в жд транспорте и авиации. Опосля высадки, пилоты выжимали до упора педаль тормоза. Это вызывало блокировку колес фронтальной стойки шасси, что время от времени приводило к повреждению шин, либо даже перевороту самолета.
В 20-х годах авиаконструктор Габриэль Вуазен сделал механическое устройство, в каком на одной оси был установлен барабан, крутящийся со скоростью колеса, и маховик, приводящий гидравлический клапан. Как маховик при блокировке колеса начинал вращаться резвее барабана, клапан приоткрывался, пропуская часть тормозной воды в расширительный резервуар в обход головного тормозного цилиндра, тем снижая давление в магистрали, вызывая разблокировку колеса. Это дозволяло уменьшить тормозной путь на третья часть. Пилотам не было надо играться с педалью, можно было сходу давить от всего сердца. В авиации разработка вошла в обиход. Антиблокировочную систему для каров в 1936 году запатентовал германский инженер Роберт Бош, но работающий эталон тогда не был построен.
К началу 50-х годов авто уже были довольно высокоскоростными, а их водители все почаще — непрофессиональными. Было разумеется, что при заблокированных колесах кар теряет маневренность, что увеличивает риск ДТП.
Стирлинг Мосс за рулем Fergusson P99 — вэдового кара F1 с антиблокировочной системой Dunlop Maxaret. 1961 год. Фото: reddit.com
Посреди 60-х годов авиационные механогидравлические системы Dunlop Maxaret были приспособлены для каров. Вспомним вэдовую семейку из Британии: болид F1 Ferguson Project 99 (P99, 1960 год), его предшественника — экспериментальную легковую машину Ferguson R4 (1952 год) и наследника — мелкосерийный спортивный автомобиль Jensen FF (1966). Система была одноканальной — другими словами растормаживала все колеса сразу, работая с частотой 10 герц (10 импульсов за секунду).
Механо-гидравлическая Sure-Trac разработки Kelsey-Hayes в приводе задних тормозов возникла в 1969 модельном году как функция на Lincoln Continental Mark III и Ford Thunderbird. Сначала 70-х возникло сходу нескольких трехканальных систем АБС с элементами электрического управления: на Nissan President, Тойота Crown, Triumph 2500 и Chrysler Imperial.
Тест-драйв системы Sure-Trac на Chrysler Imperial Le Baron. Журнальчик Road Test, сентябрь 1971 года
Предлагаемая за cкромную доплату в $351 (при стоимости авто в $6800) система Sure-Trac второго поколения разработки Bendix сначала представлялась прорывом. Практически шестиметровый Imperial (может быть, самый большенный на тот момент в мире кар с несущим кузовом!) вправду продолжал слушаться руля при торможении в пол и мало уплывал в сторону на миксте.
Совместно с тем, комп системы Sure-Brake по другому как “глупым” не называли. К примеру, в тесте журнальчика Road Test, специалисты хотя и отмечали сокращение тормозного пути и стабильность при критическом торможении, но у их появлялись претензии к особенностям системы. При парковке электроника начинала мыслить, что колеса заблокированы на ходу, и начинала рывками распускать тормоза. {Инструкция} учитывала этот нюанс, и рекомендовала обладателям попрактиковаться перед выездом на дороги.
Иными словами, ни одна из ранешних антиблокировочных систем не была довольно хороша для неопасного движения.
Высококачественный скачок случился в Европе. В 1966 компанией Teldix GmbH из Гейдельберга был разработан проект многоканальной АБС с стопроцентно электрическим управлением. Система получила заглавие ABS 1.
Составляющие системы ABS 1 поколения. 1. Датчики скорости фронтальных колес. 2. Гидравлический блок. 3. Электрический блок управления. 4. Датчики скорости задних колес. Фото: Мерседес-Benz
Презентация системы, способной регулировать давление в определенных тормозных механизмах, прошла на испытательном полигоне Daimler в Унтертюркхайме.
Работа системы ABS 1 поколения. При торможении в повороте кар без ABS улетает с дороги, снося все на собственном пути. Фото: Мерседес-Benz
Способности были перспективными, но реализация — недостаточно надежной. Но разработка направила на себя внимание компании Bosch, которая с 1969 года сама разрабатывала АБС с внедрением полупроводников. Сделалось разумеется, что вкупе компании способны предоставить вправду революционный продукт.
Составляющие системы ABS 2. Фото: Bosch
В 1973 году Teldix стал частью Bosch. Работы с Daimler продолжились. В 1978 году была представлена система ABS 2 — 1-ая реальная электрическая трехканальная АБС. От Daimler за проект отвечал инженер Юрген Пауль, ставший одним из отцов новейшей разработки, наряду со своим сотрудником Хайнцем Либером.
Сейчас мало теории.
Контроллер системы ABS, разработанной Daimler и Bosch. Фото: Мерседес-Benz
Что происходит на каре без ABS? Заблокированные колеса генерируют силы, направленные обратно направлению вращения колес. Изменение угла поворота руля фактически не меняет направление вектора силы. Другими словами у вас нет способности влиять на поперечное вращение кара при торможении.
Демонстрация системы ABS, 1978 год. Разница при торможении в повороте наиболее чем приятная. Фото: Мерседес-Benz
Электрическая ABS обеспечивает возможность управления при торможении. Используя электромагнитные клапаны для исполнительных тормозных устройств, она понижает давление в тормозных цилиндрах ниже уровня, установленного водителем.
Симулятор системы ABS. Фото: Мерседес-Benz
Основная задачка управляющего метода — поддержание очень вероятного уровня тормозного усилия с одновременным сохранением генерации значимого уровня поперечных сил с помощью руля. Спектр конфигурации тормозного усилия рассчитывается с помощью датчиков скорости вращения колес. Если колесо замедляется очень стремительно, то давление понижается, и опять ступенчато возрастает при разгоне колеса.
S-класс в 116 кузове стал первым каром с современной системой ABS. На фото — объезд препятствия на карах с системой и без нее. Фото: Мерседес-Benz
“Первенцем” стал престижный седан Мерседес-Benz W116. Стоимость ABS как функции составляла впечатляющие DM 2,217.60. К 1980 году доработанная — уже четырехканальная — система в виде стала предлагаться на всех карах марки, включая коммерческие, войдя в базисное оснащение к декабрю 1992 года. К тому моменту большая часть продаваемых в Европе каров класса предлагалось с ABS только в качестве функции.
Регистрация коммерческих каров массой наиболее 3,5 тонн и автобусов без АБС была запрещена еще в 1991 году, легковых — только посреди нулевых.
На нижнем снимке кара без АБС отлично видно, что он скользит прямо на повернутых заблокированных колесах. Фото: Мерседес-Benz
Система ABS стала первым шагом в совершенствовании систем активной сохранности кара — возникновении электрических систем контроля тяги (TCS/ASR) и стабилизации (ESP/ESC/VDC/FDR)
Новейшие способности электроники. Антон ван Зантен, Yaw-сенсор и рождение системы ESP.
Воздействие разворачивающего момента на движение кара при торможении на заблокированных колесах сделалось предпосылкой для возникновения АБС. Но утрата маневренности наблюдалась и во огромном количестве остальных случаев — во время скольжения фронтальных колес при повороте руля на очень большенный угол, при активной пробуксовке ведущих колес, превышении скорости входа в поворот, недостаточной/лишней скорости либо неверном направлении вращения руля и так дальше. Может быть ли взять все эти причины под контроль?
Заручившись рыночным фуррором, Bosch и Daimler продолжили разработки. Фаворитом направления стал голландский инженер Антон ван Зантен. В 1973 году он закончил престижный Корнелльский институт в США, и в 1977 году был принят в Bosch. Профессиональный ученый был вдохновлен мыслью АБС, но осознавал, что электроника способна на большее.
Антон ван Зантен держит в руках блок ESP. Фото: Bosch
Для начала инженеры разобрались с потерей маневренности при пробуксовке ведущих колес. Так возникли системы трекшн-контроля, сохраняющие маневренность при высочайшем уровне вращающего момента за счет контроля пробуксовки колес.
Внедрение концепции работы, аналогичной ABS, не подошло, в связи с высочайшей инерцией связанных с движком коробкой крутящихся колес и нелинейной зависимостью скорости вращения колес от скорости вращения коленвала мотора. На моноприводных карах неувязка отважилась просто — методом сопоставления скорости вращения ведущих и не ведущих колес; для вэдовых машин было принято употреблять наиболее сложную математическую модель, учитывающую распределение вращающего момента меж осями. Понижение проскальзывания колес до уровня заслуги зацепа достигалось при помощи ограничения тяги мотора и использования тормозных устройств. В 1986 году в Bosch была выпущена в серию система TCS (ASR) — очередной из принципиальных помощников для водителя.
Демонстрация совместных способностей ABS и ASR. Фото: Bosch
Но основным достижением инженеров Bosch стала система ESP.
Сердечком новейшей системы стал новейший датчик — Yaw-сенсор. Если перевести впрямую, то это датчик рыскания — но это авиационный термин. А речь здесь идет о измерении скорости и убыстрения поперечного вращения кара, либо его разворачивающего момента. Можно употреблять формулировку — датчик угловой скорости относительно вертикальной оси.
Ранее, в рамках систем ABS и TCS, ни угол поворота руля, ни значение разворачивающего момента не были известны компу, и надзирать маневренность за счет управления тормозами либо тягой было нереально.
Совместно с тем, проведенные исследования о воздействии угла скольжения кара на его маневренность подтвердили, что значение разворачивающего момента изменяется по мере того, как угол поворота управляющего колеса миниатюризируется, а угол скольжения — возрастает. На сухих покрытиях, утрата маневренности отмечалась при значениях угла скольжения кара больше 15°, в то время как на утрамбованном снегу это значение составляло около 4°. При огромных углах поворота руля "зона стабильности" становилась фактически нулевой для всех композиций угла и угловой скорости скольжения.
Испытания прототипов системы ESP. 1984 год. Фото: Bosch
Поведение в критичных ситуациях обыденных водителей также оказалось совершенно не таковым, как у проф водителей-испытателей. Большая часть (90%) обыденных “драйверов” в потенциально аварийной ситуации совершала ошибки управления, не дозволяющие избежать ДТП.
Система ESP, разработанная Антоном ван Зантеном, дозволила достигнуть контроля за разворачивающим моментом кара, регулируя значение проскальзывания всякого определенного колеса. Эта теория в первый раз позволяла управлять продольными и поперечными силами, действующими на кар методом корректировки его разворачивающего момента в каждой определенной ситуации. Главную роль в иерархии системы занимал комп, позволяющий с высочайшей скоростью рассматривать показания с 4 новейших датчиков: угла поворота управляющего колеса, давления в тормозной системе, разворачивающего момента (yaw-сенсор) и поперечного убыстрения (g-сенсор).
Так как загаданная водителем линия движения движения системе неведома, компу предстояло учесть огромное количество переменных — не только лишь сигналы от управляющего колеса, да и вращающий момент мотора (как дериватив от положения педали акселератора) вместе с давлением в тормозной системе. И, используя все эти данные, надзирать крутящий момент кара. Главный задачей системы сделалось увеличение уровня активной сохранности, а именно, минимизации угла скольжения кара. Как вы уже додумались, задачку по контролю уровня проскальзывания колес возложили на тормозные механизмы (ABS) и ограничение тяги мотора (TCS). Выборочно подтормаживая колеса с помощью гидромодулятора ABS, и ограничивая подачу горючего, система ESP дозволила добиваться стабильности кара в хоть какой ситуации — будь то разгон, поворот либо торможение.
На этих схемах показано, как авто без ESP и ASP ведут себя в обычных ситуациях, ведущих к утрату контроля.
На первой картинке — снос, либо так именуемый андерстир.Это ситуация возникает при значимом превышении скорости входа в поворот на большинстве современных каров.
Кар слева — без ESP, на повернутых колесах улетает с дороги. Справа — кар с ESP. Системаподтормаживает внутреннее заднее колесо, доворачивая кар по часовой стрелке и позволяя ему остаться на дуге.
2-ая картина — ситуация с оверстиром, другими словами когда в резвом повороте у вас развивается занос задней оси. На каре без ABS (слева) для вас в данной для нас ситуации нужно биться с заносом.
Определив занос с помощью датчиков, система стабилизации на каре с ESP притормаживает левое наружное колесо, разворачивая кар против часовой стрелки, и вы остаетесь на линии движения.
Естественно, все произнесенное выше про методы — огромное упрощение. Ван Зантен с сотрудниками издержали годы, совершенствуя компьютерную модель и методы системы. В процессе тестов, проходивших в самых различных дорожных и погодных критериях, было в том числе установлено, что эффективность систем ESP очень зависит от шин, которые также должны особенным образом проектироваться для каров, снаряженных электрическими помощниками.
Тестовый кар — универсал W123. В иной макет системы ESP и измерительное оборудование просто не влезли бы в 1984 году. Фото: Bosch
Разработка системы ESP была долгой и дорогостоящей, и частично это упиралось в технологические способности. Макеты системы добивались компа массой в 35 кг и генератора на 220 В, они занимали весь большой багажник (со сложенными сиденьями второго ряда) универсала Мерседес-Benz W123.
Составляющие первой серийной системы ESP. Фото: Мерседес-Benz
Блок системы ESP 1 поколения в разрезе. Фото: Мерседес-Benz
Блок системы ESP 1 поколения в разрезе. Фото: Мерседес-Benz
Наиболее малогабаритная, стопроцентно работоспособная система ESP, считывающая показания с датчиков 25 раз за секунду, была разработана в 1987 году. Ее доводка, тестирование и внедрение востребовали еще пары лет.
Тесты системы на закамуфлированном макете. Фото: Bosch
Еще бы, ведь ее собирались поставить на один из самых дорогих из каров тех пор — Мерседес-Benz S600 Coupe (C140).
Демонстрация системы ESP на C140. На левом авто система отключена. 1995 год. Фото: Bosch
Авто с движками V12, уже в базе снаряженные ESP (FDR), поступили в продажу в марте 1995 года, за ними последовали седаны S600. В январе 1996 года система стала доступна в качестве функции для S- и SL-классов с моторами V8, как и для E420 W210.
Система ESP уверенно показывала свое приемущество: используя тормозные механизмы и контроль тяги, она была способна биться и со сносом, и с заносом.
Слева W140 без ESP, кар уходит с линии движения. С ESP все непревзойденно. Фото: Bosch
Описанный сначала поста инцидент с переворотом А-класса стал для Мерседес-Benz поворотной точкой в принятии решения о оснащении всех выпускаемых каров системой ESP. Тем наиболее, что в 1998 году были представлены новейшие микромеханические yaw-сенсоры от Bosch — наиболее четкие и малогабаритные, по сопоставлению с прежними пьезоэлектрическими.
Система ESP в действии. Выборочная активация тормозных устройств и контроль тяги разрешают избежать заноса либо сноса. Водителю необходимо лишь поворачивать руль. Фото: Bosch
К 1999 году компания Мерседес-Benz стала первым в мире производителем, все легковые авто которого уже в базе оснащались ESP. Это сделалось сигналом для всей промышленности. На данный момент выпускается уже девятое поколение систем ESP, которые в рамках поколения также различаются меж собой по классам — к примеру, шестипоршневые системы для премиальных каров имеют больший функционал и эффективность, чем двухпоршневые системы на массовых каров.
По данным на 2018 год, компанией Bosch — мировым фаворитом в данной для нас области — выпущено выше 250 миллионов систем ESP разных поколений, установленных на 82% выпускаемых каров. Это позволило предупредить сотки тыщ ДТП и спасти огромное количество жизней.
Очередной увлекательный факт: Улучшение тормозных систем в части возникновения ABS сопровождалось разработкой новейшего класса сравнимо маловязких тормозных жидкостей с высочайшей температурой кипения — так в свое время возник эталон “тормозухи” DOT4 Class 4, а потом Class 6, и DOT5.1. Предстоящее развитие ESP сделало требования к тормозной воды еще жестче. Разработанная Bosch новая ТЖ ENV6 — новейший эталон для первичной комплектации премиальных каров.
Если сопоставить с DOT4, то сухая точка кипения 270 градусов заместо 230 градусов, мокроватая точка кипения 185 против 155, вязкость при 40 градусах — наименее 670 мм2/сек, против 750 (у маловязкой версии DOT4, у обычной этот показатель равен 1500). Новейший класс воды обеспечивает наиболее надежную работу тормозов в горячих климатах, при эксплуатации в горных местностях, в особенности при затяжных торможениях на спусках. Принципиально отметить “скорострельность” работы ESP при низких температурах, эффективную смазку и защиту от коррозии компонент ABS и ESP, понижает шум работы систем, не вызывает повреждения резиновых компонент. Совокупа всех параметров ENV6 добавила очередной положительный фактор: поменять ее можно минимум каждые три года, заместо обычных 2-ух. Что, вообщем, не отменяет необходимость постоянной проверки ТЖ с помощью «эбулиоскопического» тестера на температуру кипения. Пользующаяся популярностью проверка "пальчиковыми" тестерами типо на процент содержания воды в тормозухе — не наиболее чем проверка электропроводности. К огорчению, она не показательна. Но это несколько отдельная и непростая тема, потому не будем далековато отходить в сторону.
Антон ван Зантен получил наиболее 180 патентов, из их несколько 10-ов — в области систем ESP. В 2016 году он был награжден престижной европейской премией “Изобретатель года” в номинации “дело жизни”.
Антон ван Зантен — изобретатель ESP. Фото изготовлено в 2016 году. Фото: Bosch
Его команда продолжила улучшение системы, которая с течением времени научилась стабилизировать автобусы, прицепы и байки.
Инженер Франк-Вернер Мон — один из участников проекта по созданию ESP со стороны концерна Daimler. Он держит в руках модуль системы ESP первого поколения. Снимок изготовлен в 2018 году. Фото: Мерседес-Benz
Развитие систем ESP. Новейшие способности и путь к автономному вождению
Возникновение систем активного управляющего управления и активной подвески расширило способности систем стабилизации. ESP научилась подруливать и динамически поменять твердость стабилизаторов поперечной стойкости, корректируя разворачивающий момент кара в определенный момент.
Очередной шаг на пути к наиболее неопасному движению — электрогидравлическая тормозная система (EHB, SBC), в какой управляющий сигнал к исполнительным гидравлическим тормозным механизмам передается по проводам; давление в их устанавливается с помощью пропорциональных клапанов соответственно давлению в в основном тормозном цилиндре. Более принципиальное исходя из убеждений интеграции с ESP здесь то, что давление в любом механизме сейчас не рассчитывается условно, а буквально измеряется, и быть может мгновенно увеличено по команде электроники.
Из-за этого, оценка скольжения всякого из колес осуществляется наиболее буквально, и система ESP может срабатывать ранее, что наиболее уютно для водителя. Практически, скорость срабатывания ESP в таком случае ограничена лишь самой концепцией системы, направленной на сохранность. В электронику заложена необходимость колебаться в достоверности сигналов, потому поначалу ей необходимо убедиться в согласовании показаний датчиков данным с yaw-сенсора. Основная мысль в этом случае — лучше не мешать водителю, чем неприятно изумить его резкой реакцией в случае неправильного сигнала с датчика.
Тесты систем автономного вождения. Фото: Bosch
Работая вместе с активным управляющим управлением, электрогидравлическая тормозная система способна обеспечивать очень действенное воздействие на стабилизацию кара. Пока на большинстве каров система EHB плавненько внедряется в формате электрического стояночного тормоза, но все почаще новейшие электромобили получают тормозную систему типа brake-by-wire.
В истинное время системы ESP работают как часть одного комплекса со всеми иными ассистентами водителя — системами удержания в полосе, автоматического торможения, контроля мертвых зон помощи при спуске, и естественно же, автономного вождения. И это тоже большая отдельная тема, о которой побеседуем в одной из последующих публикаций.
Друзья, надеюсь, материал был вам увлекательным. Буду рад вашим репостам, дополнениям и комментариям! Также рассказывайте о вариантах, когда вас выручала система ESP!
Источник: