Fot. Bosch

Od listopada 2011 roku na obszarze UE wszystkie nowe samochody osobowe i dostawcze muszą być seryjnie wyposażane w systemy ESP. Ma to przynieść znaczną poprawę bezpieczeństwa ruchu drogowego.

Od czasów pierwszego samochodu Karla Benza wiadomo, iż umiejętności kierowcy mogą w pewnym stopniu kompensować techniczną niedoskonałość konstrukcji pojazdu i drogi, lecz w warunkach masowej motoryzacji nie każdy posiadacz prawa jazdy jest mistrzem kierownicy, a i mistrzowie miewają swe gorsze okresy. Dlatego już od kilku dziesięcioleci tworzone są rozwiązania nazywane ogólnie systemami bezpieczeństwa czynnego, których zadaniem jest zapobiegać skutkom niedostatecznych kwalifikacji kierowców. Światowym pionierem i liderem w tej dziedzinie pozostaje niezmiennie firma Bosch.

Od ABS do ESP

Pierwszą taką koncepcją był układ ABS. Miał on, co prawda, różnych wcześniejszych prekursorów, lecz do techniczno-produkcyjnej dojrzałości doprowadzili go dopiero konstruktorzy Boscha pod koniec lat siedemdziesiątych zeszłego stulecia. Dziś jest tak rozpowszechniony, że sposobu jego działania nie ma potrzeby tłumaczyć. Dość powiedzieć, że zapobiega on wypadkom powodowanym przez kiepskich kierowców, rozpaczliwie cisnących na pedał hamulca po całkowitym zablokowaniu kół.

Bosch konsekwentnie rozwija aktywne systemy bezpieczeństwa

Czujniki i mikroprocesorowy sterownik ABS rozpoznawały szybciej niż najlepszy kierowca, które z kół zostały zablokowane, nie czekając aż zablokują się wszystkie, ponieważ prędkość obrotowa każdego z nich mierzona była osobno. Dzięki temu ciśnienie hydrauliczne w poszczególnych hamulcach można było odpowiednio zmniejszać lub zwiększać. To z kolei pozwoliło wykorzystać wspomniane elementy ABS do stworzenia systemu ASR zapobiegającego ślizganiu się kół napędowych na skutek np. zbyt intensywnego przyspieszania ich obrotów. Sterownik przystosowany do tej funkcji rozpoznawał i lokalizował te nadmierne prędkości, by je zredukować poprzez zmniejszenie mocy silnika lub samoczynne włączenie hamulca zbyt szybko obracającego się koła.

ESP ocenia ryzyko niekontrolowanego poślizgu lub przewrócenia pojazdu i aktywnie temu zapobiega, zachowując właściwy Tor jazdy

Następnym etapem rozwojowym było wykorzystanie możliwości takiego selektywnego użycia hamulców, czyli stworzenie układu stabilizacji toru jazdy (electronic stability program), w skrócie ESP. System gotowy był do seryjnej produkcji już na początku ostatniej dekady ubiegłego wieku, lecz producenci samochodów nie spieszyli się z jego wprowadzaniem do swych nowych modeli. Szybko jednak zmienili zdanie, gdy podczas tzw. testu łosia (wykonanie szybkiego slalomu o bardzo ciasnych zakrętach) wywróciły się prototypowe egzemplarze Mercedesa A i Smarta. Oba te popularne do dziś modele uratowało przed trwałą kompromitacją zastosowanie w nich ESP. Związane z tym jego masowe wytwarzanie przez zakłady Boscha rozpoczęło się w 1995 roku. Łączna wielkość produkcji przekroczyła już 50 milionów, a w 2010 r. zastosowano ten system aż w 41% nowych samochodów osobowych i dostawczych.

Przykłady systemów bezpieczeństwa czynnego opracowanych przez firmę Bosch

Działanie systemu

Integralną częścią ESP, nazywanego przez niektórych producentów samochodów DSC (dynamic stability control), VSA (vehicle stability assist) lub VSC (vehicle stability control), są dwa wspomniane już uprzednio aktywne systemy bezpieczeństwa: ABS oraz ASR, występujący także pod nazwą TCS (traction control system – system kontroli napędu). Z nich wspólny dla wszystkich trzech funkcji komputerowy sterownik czerpie informacje o prędkościach obrotowych poszczególnych kół i możliwość selektywnego oddziaływania na ich hamulce oraz na wartość momentu obrotowego silnika.

Elementy składowe systemu EPS

Dla skutecznego zapobiegania opuszczaniu drogi lub wywracaniu się pojazdów na zakrętach niezbędne są również sygnały dodatkowe, dostarczane przez czujniki: kąta skrętu koła kierownicy oraz prędkości kątowej nadwozia (w wyniku jego poziomego obrotu wokół pionowej osi geometrycznej, przechodzącej przez środek ciężkości) oraz przyspieszenia poprzecznego, czyli działającej na nadwozie siły odśrodkowej.

Dzięki swemu specjalnemu oprogramowaniu sterownik ESP analizuje sygnały wszystkich wymienionych czujników

25 razy na sekundę. Na tej podstawie podczas jazdy prostymi odcinkami drogi aktywuje w razie potrzeby układy ABS i ASR. Na zakrętach natomiast sprawdza, czy skręt kierownicy odpowiada rzeczywistemu torowi ruchu pojazdu (wyliczanemu według prędkości kątowej i przyspieszenia poprzecznego). Jeśli z analizy wynika, iż samochód nie jest w stanie utrzymać wyznaczanego kierownicą toru jazdy, czyli grozi mu utrata stabilności, sterownik ESP ingeruje za pomocą odpowiednich impulsów wykonawczych. Najpierw obniża moment obrotowy silnika, a jeśli to nie wystarcza, uruchamia selektywnie hamulce poszczególnych kół tak, aby ich działanie korygowało niewłaściwy kierunek ruchu pojazdu. Jednocześnie swoje ewentualne dodatkowe korekty wprowadzają systemy ABS i ASR.

W ramach doskonalenia kolejnych generacji ESP czujniki prędkości kątowej oraz przyspieszenia poprzecznego zostały zintegrowane z głównym sterownikiem, co obniżyło koszty produkcji i ułatwiło montaż systemów w pojazdach. Następne kroki to rozszerzenie funkcji systemu umożliwiające jego współpracę z:

• automatycznymi skrzyniami biegów (efektem są istotne oszczędności paliwa);
• elektronicznymi układami aktywnego wspomagania kierownicy typu DSR (dynamic steering response) dla niezależnego od kierowcy korygowania kąta skrętu kół;
• amortyzatorami o sterowanych elektronicznie zmianach charakterystyki tłumienia w celu ograniczenia bocznych przechyłów nadwozia;
• innymi systemami wspomagania kierowcy korygującymi za pomocą radarów lub kamer np. dystans między kolejnymi pojazdami poruszającymi się w kolumnie bądź niezamierzone zmiany pasa jezdni.

Wspomniany system DSR jest szczególnie pożyteczny, gdy podczas intensywnego hamowania lewe i prawe koła znajdują się na nawierzchniach o różnej przyczepności. Działanie samego ABS sprawia wówczas, iż siły hamowania rozkładają się asymetrycznie, a ingerencja ESP powoduje ograniczenie ciśnienia hydraulicznego w hamulcach kół współpracujących z nawierzchnią bardziej przyczepną, co w sumie wydłuża drogę hamowania. Odpowiednia zmiana kąta skrętu kół kierowanych przez DSR też stabilizuje tor jazdy, lecz pozwala na hamowanie bardziej efektywne.

Globalne korzyści

Wprowadzając obowiązkowe stosowanie od 1 listopada 2011 roku układów stabilizacji toru jazdy ESP we wszystkich nowych samochodach osobowych i dostawczych o masie całkowitej poniżej 6 ton (a pozostałych od 31 października 2014), Komisja Europejska zamierza poprawić bezpieczeństwo ruchu drogowego na terenie Unii. Równocześnie Organizacja Narodów Zjednoczonych ogłosiła swój program o nazwie „Dekada bezpieczeństwa w ruchu drogowym 2011-2020”, którego efektem ma być obniżenie aż o połowę światowej liczby ofiar śmiertelnych wypadków drogowych do roku 2020. Obecnie wynosi ona ok. 1,3 mln osób rocznie. Z analizy danych statystycznych i komputerowych symulacji wynika, iż układ ESP może zapobiec nawet 80 proc. wypadków spowodowanych poślizgiem kół pojazdów. W Europie samochody osobowe i użytkowe z ESP stanowią już teraz 63 proc. całej floty pojazdów. Światowe dane są mniej korzystne, gdyż według nich w roku 2013 tylko co drugi nowy samochód będzie mieć takie wyposażenie. Dlatego Bosch pracuje obecnie nad tym, by system ten mógł stać się globalnym standardem dzięki znacznemu obniżeniu kosztów jego produkcji.

W nowych wersjach ESP integracja czujników poziomych przemieszczeń nadwozia z elektronicznym sterownikiem systemu zmniejsza wymiary i łączną masę tych elementów oraz ułatwia ich montaż	Doskonalenie modułów elektrohydraulicznych dla potrzeb ABS i ESP stworzyło podstawy przyszłościowej koncepcji EHB (electro hydraulic brake), czyli hamulców bez tradycyjnej nożnej pompy

Tweet

Redakcja Miesięcznika Branżowego Autonaprawa