ESP - elektronski program stabilnosti

MAINSKI FAKULTET BANJA LUKA

ELEKTRONSKI SISTEM ZA STABILIZACIJU

VOZILA Seminarski rad

Predmetni nastavnici:

Student: Dragan Erceg Dr. Radivoje Pei, red.prof.

Predmet: Mehatronika motora i vozila Dr. Dragan Taranovi, docent

Mehatronika motora i vozila Seminarski Rad

SADRAJ

1. Uvod .................................................................................................................. 3

2. Osnovni zahtjevi i razlozi za sistem za stabilizaciju vozila ............................ 4

2.1 Podupravljivost i nadupravljivost ........................................................... 5

3. Sistem za stabilizaciju vozila ........................................................................... 8

3.1 Nain funkcionisanja sistema za stabilizaciju vozila .............................10

3.2 Matematiki model vozila opremljenog ESP-om ..................................14

3.3 Osnovne komponente i ema ESP sistema ............................................16

4. Davai i aktuatori u ESP sistemu ...................................................................18

4.1 Senzor ugla upravljaa ..........................................................................19

4.2 Senzor ugaone brzine oko vertikalne ose ...............................................19

4.3 Senzor poprenog ubrzanja ...................................................................19

4.4 Senzor pritiska ......................................................................................20

4.5 Senzor broja obrtaja ..............................................................................20

4.6 ABS sistem ...........................................................................................21

4.7 ASR sistem ...........................................................................................21

5. Elektronska upravljaka jedinica (ECU) ......................................................22

6. ZAKLJUAK .................................................................................................25

7. LITERATURA ................................................................................................26

Dragan Erceg 2


1. Uvod

Motorna vozila se kreu na putnim dionicama vrlo sloene konfiguracije, pravolinijskim

i krivolinijskim putanjama, sa krivinama razliitih geometrijskih karatkteristika. Samom tom

injenicom vozilo u pokretu je izloeno mogunosti djelovanja poremeajnih sila koje mogu da

poremete stabilnost vozila. est uzrok saobraajnih nezgoda je gubitak kontrole nad vozilom.

Kada se zbog nekog razloga prevaziu granice stabilnosti vozila, vozilo gubi kontrolu i poinje

nekonstrolisano bono da se kree ili okree oko svoje vertikalne ose. Samom vozau je teko da

povrati upravljivost vozila. Veina vozaa mogu da reaguju suprotno od onoga to bi im

pomoglo da povrate upravljivost. U takvim situacijama moe doi do lakih ili tekih

saobraajnih nezgoda.

Iako je u poslednjih dve decenije povean broj vozila na globalnom nivou, broj

saobraajnih nezgoda nije srazremno povean broju vozila. Napretkom saobraajne

infrastrukture, uvoenjem rigoroznijih zakona o bezbednosti saobraaja, poboljanjem pasivne i

aktivne bezbednosti, doveli su do smanjenja broj saobraajnih nezgoda. Uvedeni su sigurnosni

pojasevi, vazduni jastuci, sistem protiv blokiranja tokova (ABS), sistemi koji pomau pri

koenju (BAS brake assistant system), PRE SAFE sistem i mnogi drugi sistemi. Jedan od tih

sistema je i sistem za stabilnost vozila ESP (Elektronisches Stabilitatsprogramme), ija je

funkcija odravanje stabilnosti vozila u razliitim uslovima eksploatacije, odnosno zadravanje

eljene putanje vozila u ekstremnim i kritinim situacijama nastalim grekom vozaa.

U okviru ovog seminarskog rada obraena je upravo tematika vezana za ovaj sigurnosni

sitem motornih vozila, odnosno njegove osnove, princip rada.

Dragan Erceg 3


2. Osnovni zahtjevi i razlozi za sistem za stabilizaciju vozila

Elektronski program stabilnosti (u daljem tekstu ESP) je jedan od aktivnih sistema

sigurnosti motornih vozila koji nastoji da odri vozilo u stabilnom kretanju pri ekstremnim

manevrisanjima vozilom. Stabilnost vozila se moe definisati kao sposobnost vozila da se kree

u razliitim uslovima eksploatacije po zadatoj putanji bez klizanja jednog ili vie tokova i bez

prevrtanja. Naruavanje stabilnosti vozila u nekim uslovima kretanja mogue je kako u

uzdunom, tako i u poprenom pravcu.

Uzrok veini saobraajnih nezgoda je iznenadni gubitak kontrole nad vozilom. U tom

sluaju ESP je taj koji umesto vozaa odrava vozilo na eljenoj putanji. S obzirom na efikasnost

koju postie ESP sistem, od 2009. godine ovaj sistem je mogue nai i na motociklima.

Godinama se ESP sistem pokazauje kao veoma efikasan sistem za spreavanje saobraajnih

nezgoda kod mnogih kategorija vozila. Zbog svoje efikasanosti, mnoge auto kompanije su se

zainteresovale za ovaj sistem, pa je samim tim od poetka njegove upotrebe povean broj

ugradnje ESP sistema na vozilima (slika 1).

Slika 1: Porast broja vozila sa ESP sistemom

Pri manevrisanju vozilom kao posljedica inercionih sila koje djeluju u bonom pravcu

vozila javljaju se bone reakcije podloge. Bone sile (inercione sile) nastoje ne samo izvesti

vozilo iz njegovog pravca kretanja, nego ga i prevrnuti oko dodirne take toka i podloge. Bone

sile djeluju u teitu vozila, odnosno na nekoj visini od podloge na kojoj se kree vozilo, dok se

sile reakcije podloge javljaju u ravni podloge.

Dragan Erceg 4


Najei sluaj u praksi kojim se remeti stabilnost vozila jeste klizanje, odnosno

zanoenje jedne osovine, pri emu je mnogo ee zanoenje zadnje osovine vozile to je ujedno

i opasnije od zanoenja prednje osovine sa aspekta sigurnosti kretanja vozila. U cilju

izbjegavanja gubitka stabilnosti i obezbjeivanja sigurnog kretanja vozila kroz krivinu

neophodno je smanjiti brzinu prije poetka krivine, osobito na vlanom i klizavom kolovozu. U

suprotnom dolazi do gubitka stabilnosti vozila, odnosno pojave podupravljivosti i

nadupravljivosti koje su objanjene u nastavku.

2.1 Podupravljivost i nadupravljivost

Za objanjenje pojma podupravljivosti koristit e se prikaz vozila na slici 2. Pretpostavimo da se vozilo prikazano na slici kree pravolinijski. Pod dejstvom bone sile S u teitu automobila T pojavit e se bone reakcije tla Y1 - naprijed i Y2 nazad. Ovo dovodi do odstupanja tokova vozila od svog prvobitnog pravolinijskog pravca.

Sa 1 je oznaen ugao skretanja prednjih tokova, a sa 2 ugao skretanja zadnjih tokova.

Oigledno je da e se za 1=2= vozilo pri kretanju premjetati po pravoj koja zaklapa ugao u odnosu na prvobitni pravac kretanja.

Slika 2: Uticaj slia na vozilo koje se kree pravolinijski

Za 2 < 1, slika 3a. vozilo se kree po krivoj liniji odstupajui od prvobitnog pravca

kretanja u smjeru dejstva bone sile S.

Dragan Erceg 5


a) b)

Slika 3: Odstupanje od prvobitnog pravca kretanja

Za 2 > 1, slika 3b. vozilo e se kretati po krivoj liniji odstupajui od prvobitnog

pravolinijskog pravca kretanja u smjeru suprotnom od smjera dejstva bone sile S.

Odstupanje putanje tokova od zadatog pravca kretanja u odnosu na podunu osu vozila

nazivamo skretanje (ili povoenje) vozila. Pri prouavanju zaokretanja vozila najee se model

vozila sa vie tragova zamjenjuje ekvivalentnim modelom vozila sa jednim tragom prema slici 4.

Slika 4: Ekvivalentni model vozila sa jednim tragom

Dragan Erceg 6


Srednji ugao zaokretanja upravljakih tokova oznaava se sa . Poloaj centra

zaokretanja i veliina poluprenika R, kod realnog vozila sa elastinim tokovima zavise kako od

veliine ugla , tako i od srednjih uglova skretanja prednje osovine 1 i zadnje osovine 2.

Sa slike 5. se vidi da e usljed dejstva centrifugalne sile pri zaokretanju automobila, doi

do skretanja prednje osovine za ugao 1, odnosno zadnje osovine za ugao 2. Brzina take A

(VA) zaklapat e ugao (-1), dok e brzina take B (VB) zaklapati ugao 2 u odnosu na podunu

osu vozila. Sa slike je oigledno da je trenutni pol zaokretanja P0 pomjeren u odnosu na centar

zaokretanja P koji odgovara zadatom srednjem uglu zaokretanja upravljakih tokova vozila sa

krutim tokovima. Ako se u ovoj analizi R ogranii samo na normalne - uobiajene sluajeve u

kojima se pretpostavlja da su uglovi skretanja 1 i 2 pozitivni, razlikovat e se tri karakteristina

stanja:

2 < 1; R > Ro vozilo je nedovoljno zaokretljivo odnosno nastupa podupravljivost. Podupravljivost je termin za ponaanje vozila koje pri kretanju u krivini pravi vei radijus

skretanja od radijusa koji bi opisalo vozilo da se kree u smijeru u kojem su usmjereni

upravljaki tokovi. Drugim rijeima, podupravljivost je stanje kada vozilo ne prati

putanju kretanja koje mu namee voza pri kretanju u krivini zbog toga to su uglovi

klizanja tokova na prednjem kraju vozila vei od onih na zadnjem kraju vozila.

Podupravljivost se deava kada prednji tokovi imaju poveano klizanje pri kretanju

vozila u krivini, to uzrokuje da prednji dio vozila ima manje prijanjanje te nije u

mogunosti da prati zadanu putanju kretanja. U ovom sluaju voza mora da zaokrene

upravljake tokove (toak upravljaa) za vei ugao od geometrijski potrebnog ugla da

bi se kretao po eljenom krugu poluprenika R0;

2=1; R=R0 vozilo je, u pogledu zaokretljivosti neutralno. Poluprenik zaokretanja pri skretanju vozila jednak je polupreniku zaokretanja vozila sa krutim tokovima, ali

poloaj trenutnog pola P odstupa od poloaja pola Po; 2>1 ;R


Slika 5: Djelovanje centrifugalne sile pri zakretanju vozila

Nadupravljivost je fenomen koji se moe pojaviti kod vozila pri kretanju kroz krivinu. Za

vozilo se kae da je nadupravljivo kada zadnji tokovi ne prate kretanje prednjih tokova nego

klize prema vanjskoj strani krivine. Pojava nadupravljivosti moe dovesti do toga da se vozilo

zanese. U ovom sluaju voza mora da zaokrene upravljake tokove na manji ugao od

geometrijski potrebnog ugla da bi se kretao poeljenom krugu poluprenika R0.

3. Sistem za stabilizaciju vozila

Sistem za stabilizaciju vozila je u pripravnom stanju i prati parametre koji su potrebni za

aktiviranje ovog sistema. Jedan od parametara je uporeivanje vozaeve eljene putanje preko

parametara za merenje ugla volana i stvarnog kretanja vozila (mjereno bono ubrzanje i rotacije

vozila i brzine okretanja tokova). Jo jedan parameter ESP sistema je zaokretanja vozila oko

vertikalne ose (slika 6). Kada senzori ESP sistema detektuju neeljene promene ovih parametara,

senzori alju podatke ECU (electronic control unit) i on oduzima obrtni moment na pojedinim

tokovima (ASR Anti slip regulator) da bi se povratila kontrola nad vozilom. Ukoliko je

zaokretanje vozila pod velikim uglom, za povratak kontrole nad vozilom je potrebno i koiti

Dragan Erceg 8

Mehatronika motora i vozila Seminarski Rad nekim od tokova, ne samo oduzimati obrtni moment i zbog toga se aktivira i ABS sistem (anti

block (brake) system). Praktino to znai da, kada na primer dolazi do zaoketanja vozila udesno,

prednji levi toak e koiti i time ispraviti vozilo. Iz ovog moemo zakljuiti da su ABS i ASR

sistemi sastavni deo ESP sistema.

Slika 6: Slikovito prikazani parametri ESP sistema

ESP parametri se menjaju ukoliko dolazi do neeljenog proklizavanja, odnosno naglog

zaokretanja volana, kada dolazi do podupravljanja ili nadupravljanja, kada se jedan ili vie

tokova kreu po klizavoj podlozi i u drugim situacijama. ESP sistem se ukljuuje i kada voza

svesno prelazi granice proklizavanja vozila. Ovo je esto smetalo vozaima koji su skloni

sportskom nainu vonje, te im ESP sistem uskrauje eljeni nain vonje. Zbog toga takvi

vozai svesno iskljuuju ESP sistem radi uitka u sportskom nainu vonje. to je esto dovodilo

do neeljenih posledica i saobraajnih nezgoda. Meutim, u situacijama kada je ESP sistem

ukljuen, deava se da se vozai previe opuste, jer se vode injenicom da e ih ESP izvui iz

svih situacija, pa se na pojedinim vozilima ne moe potpuno iskljuiti ESP sistem. Ovo vai

uglavnom za vozila visokih performansi. Na primer, kod Mercedesovih AMG modela

(konkretno kod W212 AMG), iskljuivanjem ESP sistema se ukljuuje Sport handling mode i

ESP sistem se ne moe u potpunosti ugasiti, jer se ASR sistem ne gasi potpuno, ve samo

delimino, reducirajui obrtni moment motora pogonskih tokova, tako da mogu samo delimino

da proklizavaju radi boljeg prijanjanja.

Dragan Erceg 9


3.1 Nain funkcionisanja sistema za stabilizaciju vozila

Princip rada ESP a emo objasniti na primjeru kretanja vozila kroz lijevu krivinu to je

pokazano slikom 7. Ako ESP detektuje da je dolo do nadupravljivosti, tada e ECU dati signal

za koenje prednjeg desnog toka. Takvim postupkom se na toku razvija negativna poduna

sila te u isto vrijeme smanjuje bona sila. Oba navedena efekta doprinose smanjenju ugaonog

ubrzanja, to je nain da se sprijei proklizavanje vozila. Po slinim principima, ako ESP

detektuje da je dolo do podupravljivosti, tada e ECU dati signal za koenje zadnjeg lijevog

toka.

Slika 7: Kretanje vozila kroz lijevu krivinu

Slino predhodnom se deava kada se vozilo kree po desnoj krivini. Ako ESP detektuje

da je dolo do nadupravljivosti, tada e ECU dati signal za koenje prednjeg lijevog toka. Ako

ESP detektuje da je dolo do podupravljivosti, tada e ECU dati signal za koenje zadnjeg

desnog toka.

Dragan Erceg 10


Da se ne bi vozai previe opustili u sportskom nainu vonje i da bi bili svjesni da su

svojim nainom vonje esto forsirali ESP sistem da ih vrati na eljenu putanju, odnosno da su

prili granicama upravljivosti svog vozila, ovaj sistem je dizajniran tako da zvunim ili

svjetlosnim signalom upozori vozaa da je preao granicu upravljivosti nad svojim vozilom

(slika 8).

Slika 8: Upozorenje da je ESP sistem reagovao

Kao to je reeno do sada, ESP sistem ispravlja vozilo na eljenu putanju vozaa i

aktivira se ukoliko se neki od gore pomenutih parametara promene. Postoji sistem dinamike

kontrole stabilnosti (DSC naziv kod BMW vozila), koji ima istu ulogu kao i ESP sistem, samo

to je sloeniji i efikasniji sistem od ESP sistema, zbog mnogobrojnih senzora koji alju vie

informacija ECU i moe da regulie koenje pojedinim tokovima u krivini (CBC cornering

brake control) ili oduzimanje obrtnog momenta na pogonskim tokovima.

Na slici 9. je predstavljena zavisnost ugla volana i momenta koje vozilo odreene mase i

kreui se odreenom brzinom, pravi pri bonom klizanju. Prosto reeno, kada se vozilo bono

zaokrene pod odreenim uglom i stvori odreenu silu, potrebno je okrenuti volan za odreeni

ugao u suprotnom pravcu da bi vozilo povratilo kontrolu. Zbog toga je za negativan moment

okretanja vozila, pozitivan (suprotan) smer okretanja volana.

Dragan Erceg 11


Slika 9: Zavisnost ugla volana i momenta koje pravi vozilo

Postoje razni algoritmi upravljanja radom ESP sistemom koji su razliiti u detaljima.

Svaki proizvoa nastoji da algoritme usavri te da pri upravljanju ESP om dobije najbolje

rezultate. Proizvoai razvijene algoritme dre u tajnosti, tako da je u ovom radu koriten

algoritam upravljanja radom ESP om koji je prikazan na slici 11.

Granice upravljanja su oznaene sa +ES i ES. Ako ugaono ubrzanja premai vrijednost

+ES, to znai da je dolo do nadupravljivosti, onda ECU alje signal za koenje prednjeg toka.

Ako se desi da vrijednost ugaonog ubrzanje vozila oko vertikalne ose dospjedne ispod

vrijednosti ES, to znai da je dolo do podupravljivosti, onda ECU alje signal za koenje

zadnjeg toka. Da li se koi lijevi ili desni toak zavisi od krivine u kojoj se kree vozilo.

Dragan Erceg 12


Slika 11: Algoritam sistema elektronskog pragrama stabilnosti

Napretkom tehnologije ESP sistem se nije razvijao samo kod putnikih i teretnih vozila,

ve se razvijao i kod motorcikala. Tako da se od 2009. godine ugrauje i u motorcikle. Sistem za

stabilizaciju motorcikala (MSC motor stability control), koga je razvila Bosch kompanija, radi

na slian nain kao i na vozilima. MSC sistem preko ECU motoru regulie obrtni moment

zadnjeg toka. Preko klizavih povrina obrtni moment se oduzima, da ne bi polo do

proklizavanja, usled ega dolazi do gubitka kontrole nad motorom. Sistemu asistira CBC system

(cornering brake control), odnosno sistem koji koi pojedine tokove u krivini. CBC sistemu

asistira ABS sistem. MSC sistem je razvijen tako da se dobije maksimalno ubrzavanje

motorcikla bez podizanje prednjeg toka, regulisai obrtni moment tako da se alje dovoljno

obrtnog momenta ka zadnjem toku da se postigne maksimalno ubrzavanje, ali nedovoljno

obrtnog momenta za proklizavanje zadnjeg toka.

Dragan Erceg 13


Slika 10: Ilustracija ESP sistema na motorciklu

3.2 Matematiki model vozila opremljenog ESP-om

Za matematiki model vozila opremljenog ESP sistemom neophodno je postaviti

jednainu kretanja koja opisuje kretanje vozila te iz koje se moe dobiti izraz za brzinu kretanja

vozila. Jednaina kretanja vozila ima oblik:

Rv+Rj+Rf+Ru=Fo Rv - otpor vazduha, Rj - otpor ubrzanja, Rf - otpor kotrljanja, Ru - otpor uspona, Fo - obodna sila na toku.

Otpor uspona se zanemaruje poto se posmatra vozilo koje se kree na putu bez

nagiba, tako se dobije jednaina kretanja vozila u sljedeem obliku:

= +

Poto se radi o kretanju vozila kroz krivinu javljaju se i bone sile. Tako se jednaina

kretanja moe rastaviti na dvije ose X i Y kako je to predstavljeno slikom.

Dragan Erceg 14


Slika 11: Sile koje djeluju na vozilo u toku kretanja

gdje je:

l1 udaljenost teita vozila od prednje osovine,

l2 udaljenost teita vozila od zadnje osovine,

L meuosovinsko rastojanje,

t1 trag prednjih tokova, t2 trag zadnjih tokova, ugao upravljakih tokova.

Koristei drugi Njutnov zakon koji postavimo za dvije ose dobiju se sljedee jednaine

kretanja vozila:

= + + + + + = + + + + +

Iz predhodnih jednaina se dobija ubrzanje po pojedinim osama vozila te nakon

integracije dobija se brzina po pojedinim osama. Postavljanjem momentne jednaine za teite

vozila T (slika 11), dobija se jednaina iz koje se rauna ugao zanoenja vozila koja ima oblik:

Dragan Erceg 15


2

2= 12 + 1 + + 1 + + 12 + + 22 ( )1 +

Na osnovu promjene ugla zanoenja vozila odreuje se da li se radi o podupravljivosti ili

nadupravljivosti. Ako pogledamo sliku 11., vidimo da je pozitivan pravac ovog ugla u suprotnom

smijeru od smjera obrtanja kazaljke na satu. Tako znamo da se radi o podupravljivosti ako je

promjena ovog ugla negativna, a ako je promjena ovog ugla pozitivna o nadupravljivosti. Ovo je

vano iz razloga to pri simulaciji kretanja vozila kroz krivinu zavisno od toga da li se radi o

podupravljivosti ili nadupravljivosti imamo razliite reime regulacije stabilnosti vozila.

3.3 Osnovne komponente i ema ESP sistema

U okviru ovog poglavlja upoznati emo se sa sastavnim dijelovima ESP sistema kao i

njegovim dizajnom. Sastavni djelovi ESP sistema su:

1. Kompjuter ESP sistema 2 i 7. Senzori obrtaja tokova 3. Mera ubrzanja 4. Dava poprenog ubrzanja 5. Senzor ugla volana 6. Hidraulina jedinica

Slika 12: Komponente ESP sistema

Dragan Erceg 16


Kako bi odredio i znao ta voza eli te znao njegove namjere po pitanju kretanja vozila

ESP sistem koristi nekoliko senzora. Senzori prikupljaju podatke o trenutnom stanju kretanja

vozila. Upravljaki algoritam uporeuje ulazne podatke o vozaevim namjerama i podatke o

stanju kretanja vozila i donosi odluke, kada je to potrebno, o eventualnoj primjeni konica,

smanjenju vune sile do vrijednosti izraunate na osnovu jednaina. Upravljaki sistem ESP a

moe primati podatke od drugih kontrolnih sistema na vozilu i slati im naredbe, kao to su sistem

pogona na sva etiri toka. Senzori koji se koriste u ESP u moraju konstantno slati podatke

kako bi se na vrijeme otkrili eventualni nedostaci u stanju kretanja vozila, i moraju biti otporni

na mogue oblike smetnji (kia, rupe na putu, prljavstina itd.).

1. Senzor broja obrtaja 2. Senzor predpritiska

3. Senzor ugla okretanja volana 4. Senzor brzine obrtanja oko ver. ose

5. Senzor bonog ubrzanja 6. Hidroagregat

7. Upravljanje motorom 8. Signali koji ulaze u ESP

ugao klizanja gume R ugao zaokretanja SO eljeno klizanje tokova

Slika 13: ematski prikaz ESP sistema

Dragan Erceg 17


Senzori ESP sistema su aktivni kada je vozilo u pokretu i tako otkrivaju kritine situacije

kako bi na njih pravovremeno reagovali. Zbog mjesta gdej su ugraeni moraju biti otporni na

vanjske uticaje. esto ESP i ABS sistem koriste iste senzore brzine. Glavni dio ESP sistema ini

kontrolna jedinica motora. Obino ista kontrolna jedinica sadri razliite kontrole (ABS,

kontrola proklizavanja, kontrola klima ureaja i drugo). Upravo kod ESP sistema sigurnost

osoba u vozilu i drugih uesnika u saobraaju zavisi najprije od pouzdanosti rada senzora. Na

osnovu podataka dobijenih iz obimnih probnih vonji i simulacija definisani su zahtjevi koji se

trae od senzora. Veliine koje se prenose moraju za vrijeme cjelokupnog ivotnog vijeka

senzora biti snimljene sa visokom preciznou i proslijeene upravljakoj jedinici. Njihovo brzo

oitavanje i precizno reagovanje u svakoj situaciji tokom vonje i tokom rada vozila moraju biti

na visokom stepenu sigurnosti.

Kontrolna jedinica ESP a je preko CAN (Controller Area Network) mree povezana sa

motorom i automatskim mjenjaem i zbog toga moe u svakom trenutku dobiti podatke o

obrtnom momentu motora, poloaju papuice gasa, te o trenutno koritenom stepenu prenosa.

Senzori po pravilu pretvaraju fizike u elektrine veliine. Za jedan neometan zajedniki rad

senzora, upravljake jedinice i izvrnih jedinica (konice, svjeice, leptir karburatora itd.)

potrebni su sljedei preduslovi:

stalno i meusobno kontrolisanje;

neosjetljivost prema uticajima okoline i nezavisnost u radu vozila;

sigurno funkcionisanje tokom dugog vremenskog perioda.

4. Davai i aktuatori u ESP sistemu

Davai ili senzori, daju ulazne informacije koje se obrauju u kompjuteru ESP sistema.

Te informacije se alju ka aktuatorima, odnosno izvrnim organima ESP sistema, odnosno ASR i

ABS sistemima. Sensori prikupljaju informacije o broju obrtaja tokova, o uglu zaokretanja

volana, o bonom ubrzanju, o predpritisku i brzini obrtanja oko vertikalne ose i te informacije se

alju na obradu i obraeni podatci se alju ABS i ASR sistemu, gde se odreuje sila koenja

pojedinih tokova bez uea vozaa ili oduzimanje obrtnog momenta bez putanja papuice

gasa vozaa.

Dragan Erceg 18


4.1 Senzor ugla upravljaa

Poznavanje ugla upravljaa omoguava izraunavanje potrebnog pravca kretanja vozila.

To znai da pomou informacija sa senzora upravljaa ECU ima informaciju o elji kretanja

vozaa. Senzori za mjerenje ugla upravljaa (slika 14a.) spadaju u grupu pozicionih senzora.

Zavisno od zadatka vri se mjerenje preko dodirnih kontakta (npr. potenciometar) ili bez dodira

(npr. Hall IC). Sa signalom ovih senzora mogu se kalibrisati preostali senzori. Senzor ugla

upravljaa ima radnu oblast od 720.

4.2 Senzor ugaone brzine oko vertikalne ose

Senzor ugaone brzine (slika 14b.) mjeri obrtno kretanje vozila oko njegove vertikalne

ose, npr. pri uobiajenoj vonja u krivini, takoer, i pri klizanju vozila. Ureaji za mjerenje

ugaone brzine vozila oko vertikalne ose nazivaju se irometri.

4.3 Senzor poprenog ubrzanja

Za mjerenje ubrzanja koristi se fizikalni efekat, a to je da na ubrzavajue tijelo djeluje

sila. Ukoliko ovo tijelo nije ukoeno ve elastino privreno, ono e se usljed dejstva sile

izamaknuti. Izmicanje je u tom sluaju mjera za ubrzanje. Informacija sa senzora poprenog

ubrzanja (slika 14c.) je potrebna zbog raunanja inercione sile u poprenom pravcu na vozilo

koja djeluje pri manevrisanju vozilom.

a) ugla upravljaa b) ugaone brzine c) poprenog ubrzanja

Slika 14: Senzori u ESP sistemu

Dragan Erceg 19


4.4 Senzor pritiska

Kod senzora pritiska (slika 15.) se kao osnova za mjerenje u veini sluajeva primjenjuje

membrana koja se pod uticajem pritiska iri. Mjerenjem irenja membrane moe se dobiti

pritisak ili odgovarajua promijena napona ili frekvencije. Za ESP sistem je potreban ovaj senzor

da bi se u hidraulikom sistemu odrale vrijednosti pritiska do 350 bara pri velikim

temperaturama zbog njegove ugradnje u blizini motora.

Slika 15: Senzor pritiska ESP sistema Slika16: Senzori broja obrtaja toka

4.5 Senzor broja obrtaja

Ovi senzori mjere broj oobrtaja toka odnosno preeni put ili ugao u jedinici vremena.

Na osnovu signala senzora broja obrtaja, upravljaka jedinica ima podatak o brojevima obrtaja

pojedinih tokova. Sa signalima senzora broja obrtaja toka rade najrazliitiji sistemi. Tako na

osnovu informacijama o broju obrtaja toka zavisi nain rada, kako ABS sistema tako i sistema

za regulaciju proklizavanja pogona i elektronikog programa stabilnosti.

Senzori broja obrtaja toka se dijele u tzv. pasivne i aktivne senzore, pri emu danas u

upotrebi preovladavaju aktivni senzori i to zbog svojih tehnikih obiljeja kao to su tanost i

mala ugradna veliina. Aktivni senzori za rad trebaju dodatni izvor energije, dok pasivni rade

bez dodatnog napajanja.

Tabela 1: Elementi senzora broja obrtaja toka

Dragan Erceg 20


4.6 ABS sistem

ABS kao jedan od aktuatora, odnosno izvrnih organa ESP sistema, je bitan aktuator jer

koi pojedinim tokovima kada je to potrebno. Zadatak ABS sistema je da ne dozvoli blokiranje

toka pri koenju. Senzori alju ulaznu informaciju o ugaonoj brzini tokova. Ove informacije se

prenose do upravljake jedinice. Upravljaka jedinica akrivira ventil koji zatvara koioni pritisak

do koionih kljeta na toku vozila. Kada ventil smanji pritisak, pumpa ABS sistema

nadoknauje izgubljeni pritisak.

Slika 17: Upravljaka ema ABS sistema

Slika 18: Senzor i prsten senzora ABS sistema

4.7 ASR sistem

Jo jedan od aktuatora ESP sistema je ASR sistem. Najprostije reeno, ASR sistem je

suprotan od ABS sistema. Ukoliko senzori detektuju veu ugaonu brzinu toka od stvarne brzine

vozila, senzori alju informacije ka upravljakoj jedinici ASR a i odatle informacije idu ECU i

obrtni moment na tokovima koji proklizavaju se smanjuju.

Dragan Erceg 21


ASR sistem je pogodan za klizave povrine, vee uzbrdice, ako je jedan pogonski toak

na klizavijoj povrini od drugog itd. Zahvaljujui spreavanju proklizavanja tokova, elementi

sistema za prenos snage (spojnica, menja, kardansko vratilo i osovine) i tokovi su dodatno

zatieni od oteenja, posebno u promenljivim uslovima kvaliteta i stanja puta.

Slika 19: ema ASR sistema za vazduno koenje

5. Elektronska upravljaka jedinica (ECU)

Upravljaka jedinica preuzima elektrine i elektronske signale i sve upravljake funkcije

sistema kao:

napajanje strujom prikljuenih senzora;

obuhvatanje radnih stanja komponenata;

prikupljanje i obrada podataka;

izdavanje podataka (izdavanje signala na izvrne jedinice);

nadgledanje komponenti;

CAN umreavanje sa drugim upravljakim jedinicama.

Upravljake jedinice koje su instalisane u prostoru oko motora moraju ispunjavati visoke

zahtjeve kao to su otpornost na toplotu, vibracije i neistoe. Elektronske upravljake jedinice

se mogu ugraivati kao zasebne jedinice ili zajedno sa hidroagregatom. Upravljaka jedinica na

Dragan Erceg 22

Mehatronika motora i vozila Seminarski Rad osnovu signala koje prima od senzora ugla upravljaa, optereenja motora i podataka o vonji

(npr. brzina kretanja vozila) ustanovljava potrebno ponaanje vozila. A na osnovu dobijenih

podataka za popreno ubrzanje i ugaonu brzinu, koje prima od senzora ugaone brzine

ustanovljava trenutno ponaanje vozila. Iz ustanovljenog odstupanja mikroraunar rauna

potrebne korekcione mjere i za to potrebne veliine na izvrnim jedinicama. Nemjerljive veliine

(npr. veliina prianjanja izmeu pneumatika i podloge, uzduna i popena brzina vozila) se od

strane raunara usvajaju na osnovu eksprimentalno utvrenih podataka. Regulacijski proces se

stalno kontrolie i po potrebi mijenja, npr. kada se karakteristika povrine puta mijenja ili kada

voza vri odreene korekcije.

Modulator pritiska izvrava naredbe upravljake jedinice (ECU) i upravlja preko

magnetnih ventila pritiskom u odgovarajuim cilindrima zavisno ta se deava sa vozilom

(u koju stranu je okrenut upravlja te da li je dolo do podupravljivosti ili nadupravljivosti). ESP

kao izvrni organ najee koristi modulator pritiska od ABS-a.

Slika 20: Elektromagnetni ventil ABS sistema

Koritenjem iste mree ESP sistem moe intervenisati odnosno izdati naloge sistemima

elektronskog upravljanja motorom i elektronici automatskog mjenjaa. ESP sistem kostantno

uporeuje trenutno ponaanje vozila sa unaprijed unesenim, odnosno programiranim adekvatnim

vrijednostima. U trenutku kada se podaci o ponaanju automobila odmaknu od onoga to nudi

idealni model, posebno razvijena upravljaka logika aktivira sistem koji vraa vozilo na eljeni

pravac. To se postie na dva naina: precizno kontrolisanim koenjem jednog ili vie tokova, ili

smanjenjem snage motora. ESP na ovaj nain ispravlja greke vozaa i stabilizuje vozilo u

sluaju zanoenja na mokrim, zaleenim, ljunkovitim ili bilo kakvim drugim loim podlogama,

Dragan Erceg 23

Mehatronika motora i vozila Seminarski Rad na kojima bi vozai u normalnim okolnostima izgubili mogunost za odravanje kontrole

koenjem ili okretanjem upravljaa. Prednost ESP a je u tome to vrlo brzo reaguje, odnosno

analizira da li je dolo do zanoenja prednjeg dijela ili se zanosi zadnji dio, te se automatska

intervencija koenjem izvrava se u dijelovima sekunde.

Ako se uslijed prebrzog ulaska u krivinu zanese zadnji dio vozila, ESP prvo smanjuje

snagu motora, ime se poveavaju lateralne sile na zadnjim tokovima. Ako to nije dovoljno za

zaustavljanje zanoenja, sistem e aktivirati konicu na prednjem vanjskom toku. Takvim

koenjem onemoguava se rotacija vozila i vozilu se vraa stabilnost. Stabilizacija vozila je

trajan proces koji se stalno prilagoava promjenama situacije i dinamike vozila i to sve dok se

mogunost zanoenja potpuno ne ukloni. Ovakva prilagodljiva kontrola zahtijeva da senzori i

ESP sistem (glavni kompjuter) rade izuzetno brzo. injenica je da uz pomo signala iz senzora i

bezbrojnih simulacija i ugraenih modela sistem moe otkriti opasnost ak i prije nego to voza

uopte ima ansu za reakciju. Zbog toga sistem moe reagovati vrlo brzo u sluaju opasnosti,

znatno bre i u odnosu na najiskusnijeg vozaa. Na slici ispod prikazan je nain reagovanja

vozila sa ugraenim ESP sistemom i bez ESP sistema.

Slika 21: Nain reagovanja vozila sa i bez ESP sistema

Dragan Erceg 24


6. ZAKLJUAK Brojne svetske studije o bezbednosti u saobraaju su nedvosmisleno pokazale da ovaj

sistem po efikasnosti ide rame uz rame (slika 22.) sa pronalascima kao to su sigurnosni pojasevi

ili vazduni jastuci. Najvei uzrok nezgoda sa fatalnim posledicama jesu upravo one zbog

iznenadnih situacija i proklizavanja automobila.

Slika 22: Veza izmeu pasivnih i aktivnih sistema na vozilu

Imajui u vidu veliku kontrolu koju ova elektronika na sebe preuzima, mnogi vozai

prevashodno snanijih, sportskih automobila su se alili kako nemaju potpunu kontrolu nad

kolima i da ESP znaajno smanjuje krajnje performanse. Od pre nekoliko godina se nudi

kompromis u vidu tastera koji iskljuuje rad ESP sistema, ili kompjutersko podeavanje uticaja

ESP - a u vonji po elji vozaa. Ipak, ovo su ekstremni sluajevi i naravno da je preporuljivo

da on stalno ostane ukljuen, pa tako u veini modela koji nisu namenjeni nekoj broj vonji i

nema ove opcije. Dokazano je da ESP uva ivote i definitivno je poeljno imati ga ugraenog u

automobil.

Na kraju treba napomenuti da ak i najnapredniji sistem stabilnosti kao to je ESP sistem nije svemogu, zbog toga je uvijek potrebno potovati saobraajne propise i izbjegavati

bezobzirno manevrisanj iz razloga sto granice efektivnog dejstva ESP a, ponovo postavljaju zakoni fizike koje nije mogue pobijediti.

Dragan Erceg 25


7. LITERATURA

[1] Suada Daci G 2013/2014, Predavanja iz predmeta Elementi sigurnosti cestovnih

vozila Fakultet za saobraaj i komunikacije, Sarajevo.

[2] http://www.motorna-vozila.com/elektronski-program-stabilnosti-esp/

[3] http://www.auto-delovi.org/saveti/kako-radi/esp-elektronska-kontrola-stabilnosti/

[4] http://vesti.mojauto.rs/Aktuelne-vesti/321528/Elektronska-kontrola-stabilnosti

[5] http://en.wikipedia.org/wiki/Electronic_stability_control

[6] http://sisteminavozilima.wordpress.com/category/sistemi-stabilnosti/

[7] http://www.dba.com.au/wp-content/uploads/2012/07/electronic-stability-control.jpg

[8] http://www.masfak.ni.ac.rs/uploads/articles/www2_kocnice__vezbe.pdf

Dragan Erceg 26

1. Uvod2. Osnovni zahtjevi i razlozi za sistem za stabilizaciju vozila2.1 Podupravljivost i nadupravljivost

3. Sistem za stabilizaciju vozila3.1 Nain funkcionisanja sistema za stabilizaciju vozila3.2 Matematiki model vozila opremljenog ESP-om3.3 Osnovne komponente i ema ESP sistema

4. Davai i aktuatori u ESP sistemu4.1 Senzor ugla upravljaa4.2 Senzor ugaone brzine oko vertikalne ose4.3 Senzor poprenog ubrzanja4.4 Senzor pritiska4.5 Senzor broja obrtaja4.6 ABS sistem4.7 ASR sistem

5. Elektronska upravljaka jedinica (ECU)6. ZAKLJUAK7. LITERATURA

Documents

ESP - elektronski program stabilnosti