Univerzitet u KragujevcuFAKULTET INŽENJERSKIH

NAUKA U KRAGUJEVCU

University of Kragujevac FACULTY OF

ENGINEERING IN KRAGUJEVAC

Seminarski rad

iz predmeta:

Mehatronika

tema rada:

Sistem za stabilizaciju vozila

Kragujevac, 2013.

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Sadržaj:

1.0 Uvod..........................................................................................................................................4

2.0 Istorija razvoja ESP sistema...................................................................................................4

3.0 Osnovni zahtevi i razlozi za ESP sisteme...............................................................................6

4.0 Sistem za stabilizaciju vozila...................................................................................................7

4.1 Način funkcionisanja sistema za stabilizaciju vozila.............................................................7

4.2 Osnovne komponente i šema ESP sistema..........................................................................12

4.3 Davači i aktuatori u ESP sistemu.........................................................................................15

5.0 Zaključak................................................................................................................................18

6.0 Literatura...............................................................................................................................19

2

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Rezime:

U ovom seminarskom radu rečeno je o istoriji sistema za stabilizaciju vozila (ESP). Opisani su osnovni zahtevi i razlozi za sistem za stabilizaciju vozila. Prikazana je šema ESP sistema, osnovne komponente i način fukncionisanja ESP sistema. Opisana je konstrukcija i način funkcionisanja davača u sistemu ESP sistema kao i aktuatora tog sistema.

Ključne reči: elektronski sistem za stabilizaciju vozila, ESP, aktuatori ESP sistema, davači ESP sistema.

Abstract:

In the essays were told about the history of the system for stability vehicle (ESP). Described the basic requirements and the reasons for the system for stability vehicle. It’s show the scheme of ESP system and basic components and how the ESP system works. It's described the construction and operation of the encoder system ESP and as the actuators of the system.

Keywords: electronic system for stability vehicle, ESP, Actuators of ESP system, Encoders of ESP system.

3

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

1.0 Uvod

Čest uzrok saobraćajnih nezgoda je gubitak kontrole nad vozilom. Kada se zbog nekog razloga prevaziđu granice stabilnosti jednog vozila, vozilo gubi kontrolu i počinje nekonstrolisano bočno da se kreće ili okreće oko svoje vertikalne ose. Samom vozaču je teško da povrati upravljivost vozila. Većina vozača mogu da reaguju suprotno od onoga što bi im pomoglo da povrate upravljivost. U takvim situacijama može doći do lakih ili teških saobraćajnih nezgoda.

Iako je u poslednjih dve decenije povećan broj vozila na globalnom nivou, broj saobraćajnih nezgoda nije srazremno povećan broju vozila. Napretkom saobraćajne infrastrukture, uvođenjem rigoroznijih zakona o bezbednosti saobraćaja, pobošljanjem pasivne i aktivne bezbednosti, rezultat su smanjeni broj saobraćajnih nezgoda. Uvedeni su sigurnosni pojasevi, vazdušni jastuci, sistem protiv blokiranja točkova (ABS), sistemi koji pomažu pri kočenju (BAS – brake assistant system), PRE – SAFE sistem i mnogi drugi sistemi, među kojima i je sistem koji je zadužen za stabilnost vozila u određenim situacijama, ESP (Elektronisches Stabilitatsprogramme).

2.0 Istorija razvoja ESP sistema

Mercedes – Benz i BMW su 1987. godine predstavili sistem protiv proklizavanja pogonskih točkova, TCS (traction control system). TCS sistem je dizajniran da poboljša prijanjanje, odnosno trakciju pogonskih točkova. Nedostatak ovog sistema je to što ne pomaže pri upravljanju vozila. ASR sistem je bio uvod za razvijanje ESP sistema, kojeg su razvijali preko pet godina. Inženjeri Mercedes – Benz grupacije su razvili i predstavili ESP sistem 1995. godine u modelu S klase, odnosno W140 (prvobitno verzija sa dvoje vrata sa oznakom C140, slika 1).[1]

4

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Slika 1: Mercedes – Benz C140 [2]

U narednih nekoliko godina veliki broj automobilskih kompanija su prihvatile ovu inovaciju i ugrađivale kao serijsku ili dodatnu opremu u svoja vozila. Neke od kompanija su dale drugi naziv ESP sistemima, ali u osnovi princip rada je ostao isti. Tako je Volvo počeo sa ugrađnjom ESP sistema u model S80 pod nazivom DSC (Dynamic Stability Control), GM za vanevropsko tržište ‘’StabiliTrak’’, a za evropsko tržište ESP, Ford je ESP nazivao ‘’AdvanceTrac’’ i drugo (Slika 2).

Slika 2: komanda za ESP [3]

Tokom prezentacije modela ‘’A klase’’ Mercedesovog vozila, na testu izbegavanja prepreka pri brzini od 78 km/h, testni vozač je prevrnuo automobil (slika 3). Zbog toga je Mercedes povukao sve, do tada prodate, ‘’A klase’’ bez ESP sistema i naknadno ugradio da bi povećao bezbednost ovog vozila. Od tada je ESP standardna opcija kod njihovih vozila. Donešen je zakon da vozila proizvedena od novembra 2014. godine moraju imati ESP sistem kao standardnu opciju.

5

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Slika 3: Prevrtanje Mercedes – Benz ‘’A klase’’ bez ESP sistema tokom prezentacije [4]

3.0 Osnovni zahtevi i razlozi za ESP sisteme

Jedan od osnovnih razloga postojanja ESP sistema jeste preventivno sprečavanje zaokretanja vozila u određenim uslovima vožnje, odnosno održavanje stabilnosti vozila u svim kritičnim situacijama. Kao i većina drugih elektronskih sistema na vozilu, tako i ESP sistem služi da ispravi greške vozača. ESP sistem spada u aktivnu bezbednost, pa se on smatra jednako korisnim kao i pojas za vezivanje ili vazdušni jastuk u vozilu.

Uzrok većini saobraćajnih nezgoda je iznenadni gubitak kontrole nad vozilom. U tom slučaju ESP je taj koji umesto vozača održava vozilo na planiranoj putanji. S obzirom na efikasnost koju postiže ESP sistem, od 2009. godine ovaj sistem je moguće naći i na motorciklima.

Kamioni sa prikolicama koja koriste duple pneumatike umesto dva zasebna, moraju imati ESP sisteme po zakonu. Godinama se ESP sistem pokazao kao veoma efikasan sistem za sprečavanje saobraćajnih nezgoda kod mnogih kategorija vozila. Kada se ovaj sistem pokazao kao efikasan, mnoge auto kompanije su se zainteresovale za ovaj sistem, pa je samim tim od početka njegove upotrebe povećan broj na vozilima (slika 4).

Slika 4: Porast broja vozila sa ESP sistemom [5]

Postoje i drugi savremeni sistemi za bezbednost vozila:

Pre Safe system (automatsko kočenje pred preprekom ukoliko vozač ne reaguje), Blind spot assist (senzori koji detektuju vozila u ‘mrtvoj tački’)

6

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Distronic system attention system (automatsko usporavanje i ubrzavanje vozila u odnosu na prepreku ispred)

Active lane keeping assist (držanje između dveju traka na kolovozu) i drugo.

4.0 Sistem za stabilizaciju vozila

4.1 Način funkcionisanja sistema 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 upoređivanje vozačeve željene putanje preko parametara za merenje ugla volana i stvarnog kretanja vozila (mereno bočno ubrzanje i rotacije vozila i brzine okretanja točkova). Još jedan parameter ESP sistema je zaokretanja vozila oko vertikalne ose (slika 5). Kada senzori ESP sistema detektuju neželjene promene ovih parametara, senzori šalju podatke ECU (electronic control unit) i on oduzima obrtni moment na pojedinim točkovima (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 kočiti nekim od točkova, ne samo oduzimati obrtni moment i zbog toga se aktivira i ABS sistem (anti – block (brake) system). Praktično to znači da, kada na primer dolazi do zaoketanja vozila udesno, prednji levi točak će kočiti i time ispraviti vozilo. Iz ovog možemo zaključiti da su ABS i ASR sistemi sastavni deo ESP sistema.

7

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Slika 5: Slikovito prikazani parametri ESP sistema [6]

ESP parametri se menjaju ukoliko dolazi do neželjenog proklizavanja, odnosno naglog zaokretanja volana, kada dolazi do podupravljanja ili nadupravljanja, kada se jedan ili više točkova kreću po klizavoj podlozi i u drugim situacijama. ESP sistem se uključuje i kada vozač svesno prelazi granice proklizavanja vozila. Ovo je često smetalo vozačima koji su skloni sportskom načinu vožnje, te im ESP sistem uskraćuje željeni način vožnje. Zbog toga takvi vozači svesno isključuju ESP sistem radi užitka u sportskom načinu vožnje. Ovo je često dovelo do neželjenih posledica i saobraćajnih nezgoda. Međutim, u situacijama kada je ESP sistem uključen, dešava se da se vozači previše opuste, jer se vode činjenicom da će ih ESP izvući iz svih situacija, pa se na pojedinim vozilima ne može potpuno isključiti ESP sistem. Ovo važi uglavnom za vozila visokih performansi. Na primer, kod Mercedesovih AMG modela (konkretno kod W212 AMG), isključivanjem ESP sistema se uključuje ‘’Sport handling mode’’ i ESP sistem se ne može u potpunosti ugasiti, jer se ASR sistem ne gasi potpuno, već samo delimično, reducirajući obrtni moment motora pogonskih točkova, tako da mogu samo delimično da proklizavaju radi boljeg prijanjanja.

Postoje vozila na kome se mogu isključiti i drugi sistemi koji su direktno povezani sa upravljivošću vozila (ABS, ASR itd). Zbog bezbednije vožnje je na nekim vozilima teže isključiti ESP sistem, odnosno ne postoji fizički dugme za ESP u vozilu, Mercedes – Benz je na modelu W212 (osim AMG modela) pre ‘’facelifta’’ (redizajna) ostavio mogućnost da se ESP sistem isključi preko board kompjutera na displeju preko komandi na volanu u meniju Assist/ESP (slika 6). Gašenjem motora i ponovnim startovanjem motora, ESP sistem se opet uključuje. Ovo ne važi za kada je auto u ECO (economy) modu i kada se motor automatski gasi i startuje pri dužoj stagnaciji vozila u mestu.

8

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Slika 6: Mercedes W212, opcija za isključivanje/uključivanje ESP sistema

Međutim, tu tradiciju težeg isključivanja ESP sistema Mercedes je prekinuo sa ‘’facelift’’ modelom W212, jer se vlasnicima nije dopalo taj teži način isključivanja ESP sistema, te su se vratili na tradicionalno isključivanje ESP sistema: na dugme (slika 7). Taj pokušaj odgovaranja vlasnika da isključuju ESP sistem je bio neuspešan i zato im ostaje da ESP i dalje usavršavaju i da ga dizajniraju tako da se ne može potpuno isključiti.

Slika 7: Komanda za isključivanje/uključivanje ESP sistema [7]

9

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Da se ne bi vozači previše opustili u sportskom načinu vožnje i da bi bili svesni da su svojim načinom vožnje često forsirali ESP sistem da ih vrati na željenu trasu, odnosno da su prišli granicama upravljivosti svog vozila, ovaj sistem je dizajniran tako da zvučnim ili svetlosnim signalom upozori vozača da je prešao granicu upravljivosti nad svojim vozilom (slika 8).

Slika 8: Upozorenje da je ESP sistem reagovao

Kao što je rečeno do sada, ESP sistem ispravlja vozilo na željenu putanju vozača i aktivira se ukoliko se neki od pomenutih, gore pomenutih, parametara promene. Postoji sistem dinamičke kontrole stabilnosti (DSC naziv kod BMW vozila), koji ima istu ulogu kao i ESP sistem, samo što je složeniji i efikasniji sistem od ESP sistema, zbog mnogobrojnih senzora koji šalju više informacija ECU i može da reguliše kočenje pojedinim točkovima u krivini (CBC – cornering brake control) ili oduzimanje obrtnog momenta na pogonskim točkovima.

10

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Slika 9: Zavisnost ugla volana i momenta koje pravi vozilo

Grafik predstavlja zavisnost ugla volana i momenta koje vozilo određene mase i krećući se određenom brzinom, pravi pri bočnom klizanju. Prosto rečeno, kada se vozilo bočno zaokrene pod određenim uglom i stvori određenu silu, potrebno je okrenuti volan za određeni ugao u suprotnom pravcu da bi vozilo povratilo kontrolu. Zbog toga je za negativan moment okretanja vozila, pozitivan (suprotan) smer okretanja volana.

11

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Napretkom tehnologije ESP sistema se nije stalno samo kod putničkih i teretnih vozila, već se razvijao ESP i kod motorcikala. Od 2009. godine se ugrađuje u motorcikle.

Slika 10: ilustracija ESP sistema na motorciklu [8]

Sistem za stabilizaciju motorcikala (MSC – motor stability control), koga je razvila Bosch kompanija, radi na sličan način kao i na vozilima. MSC sistem preko ECU motora reguliše obrtni moment zadnjeg točka. Preko klizavih površina obrtni moment se oduzima, da ne bi pošlo do proklizavanja, usled čega dolazi do gubitka kontrole nad motorom. Sistemu asistira CBC system (cornering brake control), odnosno sistem koji koči pojedine točkove u krivini. CBC sistemu asistira ABS sistem. MSC sistem je razvijen tako da se dobije maksimalno ubrzavanje motorcikla bez podizanje prednjeg točka, regulisaći obrtni moment tako da se šalje dovoljno obrtnog momenta ka zadnjem točku da se postigne maksimalno ubrzavanje, ali nedovoljno obrtnog momenta za proklizavanje zadnjeg točka.

4.2 Osnovne komponente i šema ESP sistema

12

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Slika 11: komponente ESP sistema

1 Kompjuter ESP sistema 2 i 7 Senzori obrtaja točkova

3 Merač ubrzanja 4 Davač poprečnog ubrzanja

5 Senzor ugla volana 6 Hidraulična jedinica

13

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Slika 12: šematski prikaz ESP sistema [9]

1. Senzor broja obrtaja 2. Senzor predpritiska

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

5. Senzor bočnog ubrzanja 6. Hidroagregat

7. Upravljanje motorom 8. Signali koji ulaze u ESP

α – ugao klizanja gume δR – ugao zaokretanja λSO – željeno klizanje točkova

14

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

4.3 Davači i aktuatori u ESP sistemu

Davači ili senzori, daju ulazne informacije koje se obrađuju u kompjuteru ESP sistema. Te informacije se šalju ka aktuatorima, odnosno izvršnim organima ESP sistema, odnosno ASR i ABS sistemi. Sensori prikupljaju informacije o broju obrtaja točkova, o uglu zaokretanja volana, o bočnom ubrzanju, o predpritisku i brzini obrtanja oko vertikalne ose i te informacije se šalju na obradu i obrađene podatke se šalju ABS i ASR sistemu, gde se određuje sila kočenja pojedinih točkova bez učešća vozača ili oduzimanje obrtnog momenta bez puštanja papučice gasa vozača.

Slika 13: Senzor pritiska ESP sistema

Slika 14: Elektromagnetni ventil ABS sistema [10]

15

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

ABS, kao jedan od aktuatora, odnosno izvršnog organa ESP sistema, je bitan aktuator, jer koči pojedinim točkovima kada je to potrebno. Zadatak ABS sistema je da ne dozvoli blokiranje točka pri kočenju. Senzori šalju ulaznu informaciju o ugaonoj brzini točkova gde su postavljeni senzori. Ove informacije se prenose do upravljačke jedinice. Upravljačka jedinica akrivira ventil koji zatvara kočioni pritisak do kočionih klješta na točku vozila. Kada ventil smanji pritisak, pumpa ABS sistema nadoknađuje izgubljeni pritisak.

Slika 15: upravljačka šema ABS sistema

Slika 16: Senzor i prsten senzora ABS sistema

16

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

Još jedan od aktuatora ESP sistema je ASR sistem. Najprostije rečeno, ASR sistem je suprotan od ABS sistema. Ukoliko senzori detektuju veću ugaonu brzinu točka od stvarne brzine vozila, senzori šalju informacije ka upravljačkoj jedinici ASR – a i odatle informacije idu ECU i obrtni moment na točkovima koji proklizavaju se smanjuju.

ASR sistem je pogodan za klizave površine, veće uzbrdice, ako je jedan pogonski točak na klizavijoj površini od drugog itd. Zahvaljujući sprečavanju proklizavanja točkova, elementi sistema za prenos snage (spojnica, menjač, kardansko vratilo i osovine) i točkovi su dodatno zaštićeni od oštećenja, posebno u promenljivim uslovima kvaliteta i stanja kolovoza.

Slika 17: šema ASR sistema za vazdušno kočenje [11]

17

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

5.0 Zaključak

Najbitniji senzor i aktuator je vozač vozila. Vozač je odgovoran da prikuplja informacije sa puta i obradi informacije i prema tome da deluje i spreči saobraćajnu nezgodu. Svi sistemi zaštite su upravo izmišljeni zbog zaštite vozača i putnika, jer su vozači u skoro stoprocentnom slučaju krivi za saobraćajne nezgode. Iako je potrošeno na milijarde eura uz desetine godine truda na hiljade inženjera raznih oblasti, nije napravljen konvencionalni sistem koji će u potpunosti zameniti vozača i njegovih grešaka.

Nijedan sistem ne može potpuno da pobošlja vozačeve vozne karakteristike. Osim tehnološkog napretka, kao i napretka u infrastrukturi i zakonskim odredbama, potrebno je dopuniti čovekovu svest i pobošljati način vožnje vozača uz mnogobrojne promene pri samoj obuci vozača pri polaganju za vozački ispit. S obzirom da se razni sistemi za bezbednost vozila razvijaju mnogo brže nego savest i umeće vozača u vožnji, bitku će dobiti sistemi koji će u bliskoj budućnosti potpuno preuzeti kontrolu nad vozilom.

18

Šmigić Damnjan 322/2011 Fakultet inženjerskih nauka

6.0 Literatura

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

[2] http://www.automobilesdeluxe.tv/and-now-your-automotive-moment-of-zen-xxi/

[3] http://www.chooseesc.eu/en/news/events/events.htm

[4]http://beta.images.theglobeandmail.com/062/migration_catalog/Report_on_Business/article3952267.ece/ALTERNATES/w620/Mercedes-Benz+A-class

[5] http://www.can-cia.org/index.php?id=1615

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

[7]http://www.mbusa.com/mercedes/vehicles/build/standard_features/modal/class-M/model-ML350BTC/allStandardFeatures-true

[8]http://www.zigwheels.com/news-features/auto-insight/bosch-invents-motorcycle-stability-control/14842/2

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

[10] http://vie.gmc.globalmarket.com/products/details/a-b-s-solenoid-valve-658233.html

[11] http://inform.wabco-auto.com/intl/pdf/815/01/94/8150101943.pdf

19