Датчик продольного ускорения для чего нужен

Принцип работы системы курсовой устойчивости автомобиля

Швалёв, С. Г. Принцип работы системы курсовой устойчивости автомобиля / С. Г. Швалёв. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2017. — № 2 (136). — С. 213-216. — URL: https://moluch.ru/archive/136/38240/ (дата обращения: 08.12.2023).

Учитывая всю непостоянность погодных условий при эксплуатации автомобилей, актуальным становится вопрос курсовой устойчивости автомобиля.

Ключевые слова: ESP, датчик, безопасность, курсовая устойчивость

ESP — активная система безопасности автомобиля, позволяющая предотвратить занос посредством управления компьютером момента силы колеса (одновременно одного или нескольких).

Основной задачей системы электронной стабилизации ESP является выравнивание автомобиля в ту сторону, куда направлены передние колеса. На автомобиле установлены датчики продольного и поперечного ускорения кузова, датчики угловых скоростей всех четырех колес, датчик положения педали тормоза, датчик положения рулевого колеса, датчик давления в главном тормозной цилиндре, насос с разделенной системой управления тормозными магистралями колес и электронным блоком управления всем этим.

Рис. 1. Принцип работы датчика скорости колёс

Рис. 2. Активный датчик частоты вращения колеса

Блок управления делает опрос 4-х датчиков вращения колес. Опрашивается также положения рулевого колеса и датчик продольного и поперечного ускорения автомобиля.

Рис. 3. Датчики ускорения

Все данные обрабатываются электронным блоком управления, как только данные с одного или нескольких датчиков превысят критические значения, записанные в базе данных блока управления, программа согласно заданному алгоритму действий начнет выправлять траекторию автомобиля посредствам управления тормозной системой (изменение скоростей колес) и системой подачи топлива, что приводит к выравниванию автомобиля в направлении колес.

Рис. 4. Управление торможением колес и моментом привода

Подтормаживанием отдельных колес ESP создаёт разворачивающий момент. Этот момент направлен противоположно нежелательному разворачивающему моменту и стабилизирует его движение по заданному курсу (курс определяется датчиком положения рулевого колеса). При условии невозможности коррекции только с помощью направленного торможения — изменяется крутящий момент двигателя.

Рис. 5. Подтормаживание отдельных колес

С применением системы курсовой устойчивости значительно повышается безопасность автомобиля. Эксперты называют систему ESP самым важным изобретением в сфере автомобильной безопасности после ремней безопасности. Она обеспечивает водителю лучший контроль над поведением автомобиля, следя за тем, чтобы он перемещался в том направлении, куда указывает поворот руля. По данным американского Страхового института дорожной безопасности (IIHS) и Национального управления безопасностью движения на трассах NHTSA (США), примерно одна треть смертельных аварий могла бы быть предотвращена системой ESP, если бы ей были оснащены все автомобили.

1. VOLKSWAGEN TECHNICAL SITE [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.vwts.ru — (Дата обращения 14.04.16);
2. Безопасность автомобиля [Электронный ресурс] — Режим доступа: http://www.systemsauto.ru — (Дата обращения 14.04.16);
3. За рулем [Электронный ресур] — Режим доступа: httt://www.zr.ru — (Дата обращения 14.04.16)

Основные термины (генерируются автоматически): ESP, рулевое колесо, IIHS, NHTSA, выравнивание автомобиля, датчик, датчик положения, колесо, курсовая устойчивость, электронный блок управления.

Датчики ускорения и вибрации

Датчики ускорения и вибрации могут использоваться для вклю­чения системы пассивной защиты автомо­биля, выявления детонации и управления работой двигателя, а также контроля по­перечных ускорений и изменений скорости полноприводных автомобилей с ABS. Вот о том, какими бывают датчики ускорения и вибрации, мы и поговорим в этой статье.

1. Принципы измерения датчиков ускорения
   • Примеры типичных значений ускорений в автомобиле
2. Применение датчиков ускорения
   • Пьезоэлектрические датчики
   • Емкостные кремниевые датчики ускорения

Что измеряют датчики ускорения

Все датчики ускорения измеряют силы, воз­действующие на (инертные) массы m путем ускорения а согласно основному закону механики:

F=m·a

Как и в случае с измерением силы, существуют системы для измерения и положения и ме­ханического напряжения. Первые особенно широко используются в области малых уско­рений. Системы измерения положения также позволяют использовать компенсационный метод, в котором вызванное ускорением системное отклонение компенсируется эк­вивалентной восстанавливающей силой, так что в идеале система практически всегда работает очень близко к нулевой точке (высокая линейность, минимальная перекрестная чувствительность, стойкость к высоким тем­пературам). Эти системы с управлением по положению также имеют большую жесткость и частоту отсечки, чем системы перемеще­ния того же типа. Здесь можно электронно создать любой недостаток механической амортизации.

Примеры типичных значений ускорений в автомобиле

Все датчики ускорения крепятся через пру­жины прямо к гравитационному маятнику (см. рис. «Датчики ускорения, измеряющие смещение«). Иными словами, инертная масса эластично соединяется с кузовом, ускорение которого требуется измерить. Это означает, что в ста­тическом случае сила ускорения находится в равновесии с восстанавливающей силой, воздействующей на пружину, отклоненную на х:

где с — постоянная пружины.

Следовательно, чувствительность измерения S будет равна:

Зачем нужна и как устроена ESP

В 90-х годах, когда началось массовое внедрение ESP на серийных автомобилях, ее считали системой нового поколения, гораздо более сложной и совершенной, нежели ABS и EBD. В своей работе система курсовой устойчивости опирается на данные от множества датчиков и значительный объем вычислений, вся суть которых сводится к решению одной задачи: приведению реальной траектории автомобиля к выбранной водителем.

Во время движения на автомобиль действует множество разнонаправленных сил, суммарный вектор которых далеко не всегда совпадает с желаемой траекторией движения. Пожалуй, наиболее распространенный пример – недостаточная и избыточная поворачиваемость, когда в результате «перегазовки» переднеприводный автомобиль сносит наружу поворота, а заднеприводный – заносит. Или, скажем, резкое перераспределение веса между осями при торможении во время переставки, когда задние колеса оказываются разгружены и теряют сцепление с асфальтом. Именно система стабилизации помогает водителю справиться с угрожающей ситуацией и не отправиться в полет на обочину.

ESP сравнивает актуальные параметры движения с данными от органов управления и в случае необходимости корректирует траекторию. В ее основе – два акселерометра (датчики продольного и поперечного ускорения) и датчик угловой скорости автомобиля, считывающий скорость поворота вокруг вертикальной оси. Вместе с системой АБС они предоставляют необходимую информацию о том, куда и с какой скоростью автомобиль едет в текущий момент. Затем эта информация сравнивается с данными от датчиков поворота руля, педалей газа и тормоза. И если, например, угловая скорость превышает расчетную, система регистрирует избыточную поворачиваемость и приступает к корректировке.

Воздействие на траекторию автомобиля осуществляется избирательным подтормаживанием одного из колес (переднее наружное в случае заноса) и «удушением» мотора: ESP взаимодействует с блоком управления двигателем и выдает инструкцию на изменение положения дроссельной заслонки, либо пропуск впрыска/зажигания. В современных автомобилях система стабилизации может влиять на распределение крутящего момента между осями и отдельными колесами – в случае, если установлен активный дифференциал.

Помимо корректирования движения автомобиля, на ESP могут быть возложены функции предотвращения опрокидывания, стабилизации прицепа, повышения давления тормозов при нагреве и т.п. С 2014 года все автомобили, продающиеся в ЕС, в обязательном порядке должны быть оснащены этой системой, может отличаться только название: BMW и JLR свою систему стабилизации называют DSC, Volvo – DTSC, Honda, Hyundai и Kia – ESC, Toyota – VSC, Nissan и Subaru – VDS.

Изучаем датчики ускорения: традиционная ориентация

Точная оценка ускорения либо замедления автомобиля для систем активной и пассивной безопасности или навигации так же важна, как вестибулярный аппарат – для человека. Эти силы имеют несколько направлений, поэтому применяют датчики различных конструкций.

КРУТИТСЯ-ВЕРТИТСЯ

Поворот автомобиля вокруг вертикальной оси обычно измеряют гиродатчики. Сейчас наиболее распространены датчики вибрационного типа. По сравнению с привычными роторными гироскопами они более просты и дешевы, но при этом точность у них сопоставимая.

В системах курсовой устойчивости и навигации используют датчики на пьезоэлектрическом эффекте. Пьезокристаллы могут деформироваться под действием электрического напряжения (топливные пьезофорсунки) и, наоборот, создавать напряжение при деформации (датчики детонации). В гиродатчиках использованы оба этих свойства.

Гиродатчик навигации состоит из треугольной стойки и расположенных на каждой грани пьезодатчиков: одного возбуждающего и двух приемных. При подаче напряжения на возбуждающий датчик он заставляет вибрировать всю стойку. Приемные датчики преобразуют эту вибрацию в выходное напряжение. Первоначальная вибрация необходима для калибровки и снижения искажений сигналов, дополнительно обеспечивая постоянный выходной сигнал от гиродатчика. Под действием сил при повороте автомобиля приемные стороны стойки деформируются. Два приемных пьезодатчика преобразуют деформацию в электрические сигналы для определения угла поворота.

В системе курсовой устойчивости (ESP) применяют гиродатчик камертонного типа, в котором тоже использован пьезоэлектрический эффект. Двойной камертон изготовлен из пьезокристалла и состоит из трех частей (рис. А): средней, возбуждающей и измерительной. Средняя часть закреплена внутри датчика. Камертон возбуждения при подводе напряжения создает первоначальную вибрацию (рис. В). Измерительный камертон под воздействием сил при повороте деформируется. Его скручивание меняет распределение заряда, и это фиксируется электроникой датчика (рис. С) для определения момента вращения автомобиля вокруг вертикальной оси.

В ПРОФИЛЬ И АНФАС

Датчики продольного и поперечного ускорений применяются для систем курсовой устойчивости и пассивной безопасности. Устроены они по одному принципу: в зависимости от способа установки один и тот же датчик способен измерять ускорения в разных направлениях.

Ускорение или замедление определяют по перемещению подвижно закрепленной массы внутри датчика. В пьезодатчиках изгибается упругая пьезопластина, а в механических датчиках дополнительный элемент (датчик Холла) отслеживает перемещение подпружиненного груза. Другим видом стал аналог, в котором механическая часть выполнена из кремния. Все эти датчики имеют внутреннюю схему измерений и передают уже обработанный сигнал.

Проще устроен емкостный датчик ускорения. Он состоит из двух одноименно заряженных пластин и подвижно закрепленной между ними пластины с противоположным зарядом, которая перемещается при ускорении/замедлении автомобиля. Работа датчика основана на зависимости емкости конденсатора от расстояния между пластинами. Одновременно это расстояние

соответствует разности потенциалов между пластинами: чем ближе пластины друг к другу, тем больше напряжение. По его изменению определяется перемещение подвижной части датчика.