Системы помощи при спуске и подъеме автомобиля

Система помощи при спуске

Система помощи при спуске предназначена для предотвращения ускорения автомобиля при движении по горным дорогам. Наличие данной системы на автомобиле повышает удобство управления и безопасность. Система помощи при спуске устанавливается, как правило, на легковые автомобили повышенной проходимости. В зависимости от автопроизводителя система имеет следующие названия:

• Hill Descent Control (HDC) от Volkswagen, BMW и др.;
• Downhill Assist Control (DAC) от Toyota;
• Downhill Drive Support (DDS) от Nissan.

Если автомобиль находится на наклонной плоскости, действующая на него сила тяжести раскладывается по правилу параллелограмма на нормальную и параллельную составляющие (рис. 1). Последняя представляет собой действующую на автомобиль скатывающую силу F_H.

Рис. 1. Схема действия сил при движении автомобиля на спуске: F_A — сила тяги; F_G — сила тяжести (вес автомобиля); F_H — скатывающая сила; F_N — нормальная составляющая силы тяжести

Если на автомобиль действует собственная сила тяги, то она добавляется к скатывающей силе F_H. Скатывающая сила действует на автомобиль постоянно, независимо от его скорости. Вследствие этого автомобиль, скатывающийся по наклонной плоскости, будет все время ускоряться, т.е. двигаться тем быстрее, чем дольше он скатывается. Чтобы удерживать постоянной скорость автомобиля без ассистента движения на спуске, водителю необходимо будет тормозить и (или) включать понижающую передачу, снимая ногу с педали акселератора. Для облегчения действий водителя в этих условиях и обеспечения безопасности при спуске применяется система помощи при спуске, которая задействуется при выполнении следующих условий:

• скорость автомобиля меньше 20 км/ч;
• уклон превышает 20 %;
• двигатель работает;
• педали акселератора и тормоза не нажаты.

При выполнении указанных условий получаемые системой данные о положении педали акселератора, частоте вращения коленчатого вала двигателя и скорости вращения колес (которая слегка превышает скорость пешехода) свидетельствуют об увеличении скорости автомобиля. Система при этом исходит из того, что автомобиль скатывается на спуске и необходимо задействовать тормозную систему. Скорость автомобиля, которую тормозной ассистент должен поддерживать с помощью подтормаживания всех колес, зависит от скорости, с которой было начато движение на спуске, и включенной передачи. В этом случае система помощи при спуске включает насос обратной подачи. Клапаны высокого давления и впускные клапаны ABS открываются, а выпускные клапаны ABS закрываются. В тормозных цилиндрах колес создается тормозное давление, и автомобиль замедляется. Притормаживание колес система осуществляет через гидромодулятор ABS, создающий давление в тормозной системе.

При снижении скорости автомобиля до безопасного значения система помощи при спуске прекращает подтормаживание колес и вновь снижает давление в тормозной системе. Если после этого скорость начинает увеличиваться при ненажатой педали акселератора, система исходит из того, что автомобиль по-прежнему движется по спуску. Таким образом, скорость автомобиля постоянно удерживается в безопасном диапазоне, который легко может управляться и контролироваться водителем.

Система помощи при спуске дезактивируется принудительно (повторным нажатием клавиши) или автоматически при нажатии на педаль газа или тормоза, а также при снижении величины уклона до 12 %.

Система помощи при спуске является программным расширением системы курсовой устойчивости и использует ее конструктивные элементы, поэтому по свой сути является функцией, а не системой.

Система помощи при подъеме

Система помощи при подъеме предназначена для предотвращения откатывания автомобиля при трогании на подъеме (наклонной плоскости). Применение данной системы обеспечивает трогание автомобиля на подъеме, без механического стояночного тормоза, и повышает безопасность. Система устанавливается в качестве опции на некоторые легковые автомобили.

В зависимости от автопроизводителя система имеет следующие названия:

• Hill Hold Control (HHC) от Volkswagen;
• Hill Holder от Subaru, Fiat;
• Hill-Start Assist Control (HAC) от Toyota;
• Uphill Start Support (USS) от Nissan.

Система помощи при подъеме построена на базе системы динамической стабилизации и является программным расширением данной системы, поэтому системой как таковой не является.

При остановке на подъеме на автомобиль действует скатывающая сила F_H (см. рис. 1), т.е. сила, под воздействием которой автомобиль начнет скатываться назад, если отпустить тормоз. При трогании автомобиля после остановки на подъеме его тяговое усилие сначала должно уравновесить скатывающую силу. Если водитель нажмет педаль акселератора слишком слабо или же отпустит педаль тормоза (или стояночный тормоз) слишком рано, сила тяги окажется меньше скатывающей силы, и автомобиль, прежде чем тронуться, начнет скатываться назад. Чтобы обеспечить комфортное и безопасное трогание автомобиля, находящегося на подъеме, в некоторых конструкциях автомобилей предусмотрена система помощи при подъеме, которая облегчает трогание на подъеме, позволяя выполнить его, не прибегая к помощи стояночного тормоза. Для этого система при трогании замедляет уменьшение тормозного давления в гидравлической системе, предотвращая скатывание автомобиля назад, пока сила тяги еще недостаточна для компенсации скатывающей силы.

Система задействуется при выполнении следующих условий:

• автомобиль неподвижен,
• подъем превышает 5 %,
• двигатель работает,
• дверь водителя закрыта.

Комплектация системы трогания на подъеме базируется на системе ESP. Блок датчиков ESP дополняется датчиком продольного ускорения, распознающим положение автомобиля.

Работу системы можно подразделить на четыре фазы (рис. 2).

Фаза 1 — создание тормозного давления. Водитель останавливает или удерживает автомобиль нажатием педали тормоза. Клапан высокого давления закрыт.

Рис. 2. Фазы работы системы помощи при подъеме (изменение давления)

Рис. 3. Фазы работы системы помощи при подъеме (действия водителя)

Впускной клапан открыт, в тормозном цилиндре создается необходимое давление. Выпускной клапан закрыт. Тормозной момент достаточен для удержания автомобиля от скатывания.

Фаза 2 — удержание тормозного давления. Водитель снимает ногу с педали тормоза, чтобы перенести ее на педаль акселератора. Система трогания на подъеме в течение 2 с сохраняет тормозное давление на том же уровне, чтобы предотвратить скатывание автомобиля назад. В контурах колес удерживается тормозное давление. Таким образом предотвращается преждевременное снижение давления.

Фаза 3 — дозированное уменьшение тормозного давления. Автомобиль все еще неподвижен. Водитель нажимает педаль акселератора. По мере того как двигатель увеличивает передаваемый к колесам крутящий момент (момент тяги), система трогания уменьшает тормозной момент так, что автомобиль не скатывается назад, но и не оказывается заторможенным при последующем трогании. Впускной клапан открыт.

Фаза 4 — сброс тормозного давления. Автомобиль трогается.

Момент тяги достаточен для трогания и последующего ускорения автомобиля. Система помощи при подъеме уменьшает тормозное давление до нуля.

Необходимо отметить, что система работает всегда на подъем, независимо от направления движения, что актуально для трогания на подъеме задним ходом.

В качестве системы помощи при подъеме может использоваться электромеханический стояночный тормоз (рис. 4).

Рис. 4. Общая компоновка стояночного тормоза с электроприводом: 1 — тормозной диск; 2 — тормозная колодка; 3 — подвижная скоба; 4 — редуктор; 5 — электродвигатель; 6 — подвод электроэнергии; 7 — шестерня электродвигателя; 8 — корпус привода; 9 — ведущая шестерня привода; 10 — качающаяся шестерня; 11 — ведомая шестерня электропривода

Включается и выключается стояночный тормоз посредством специального выключателя. Снятие с тормоза производится нажатием движка выключателя при одновременном воздействии на педаль тормоза или акселератора.

Стояночный тормоз можно привести в действие также при выключенном зажигании, если потянуть на себя движок его выключателя. Снятие автомобиля с тормоза осуществляется только при включенном зажигании.

Для выполнения основной функции стояночного тормоза необходимо преобразовать вращение вала электродвигателя в небольшое поступательное движение поршня тормозного механизма. Это достигается применением редуктора с качающейся шестерней или планетарного редуктора в сочетании с винтовой передачей.

Вращательное движение преобразуется в поступательное посредством ходового винта 3, связанного с поршнем 5 тормозного механизма (рис. 5). Ходовой винт приводится непосредственно от редуктора с качающейся шестерней. В полости поршня тормоза расположен цилиндр 6. В утолщение головной части цилиндра запрессована нажимная гайка 2. Нажимная гайка и связанный с ней цилиндр могут свободно скользить вдоль поршня тормозного механизма, не вращаясь относительно него. Вращение гайки невозможно ввиду специальной формы внутренней поверхности поршня, взаимодействующей с фигурной поверхностью нажимной гайки.

Рис. 5. Схема работы стояночного тормозного механизма с электроприводом: а — затяжка тормоза; б — снятие с тормоза; 1 — тормозной диск; 2 — нажимная гайка; 3 — ходовой винт; 4 — редуктор; 5 — поршень тормозного механизма; 6 — цилиндр; 7 — уплотнительное кольцо

Число оборотов вала электродвигателя определяется посредством датчика Холла. Благодаря этому БУ может вычислить ход поршня.

При затяжке стояночного тормоза вращение ходового винта 3 преобразуется в поступательное движение нажимной гайки, связанной с цилиндром 6, который упирается в поршень тормозного механизма и прижимает через него колодки к тормозному диску (рис. 5, а). При этом происходит деформация уплотнительного кольца 7 поршня в направлении к колодкам. По мере повышения усилия прижима колодок к тормозному диску возрастает потребление тока электродвигателем. Блок управления электромеханическим стояночным тормозом контролирует в течение всего процесса затяжки тормоза величину потребляемого тока и при достижении этим током определенной величины выключает электродвигатели. Резьба винта является самотормозящей. Благодаря этому после сведения тормозных колодок и прекращения подачи напряжения на электромотор тормоз остается затянутым.

При снятии с тормоза (рис. 5, б) гайка перемещается по ходовому винту назад вследствие вращения ходового винта в обратном направлении. Давление на цилиндр прекращается. Поршень отходит от тормозного диска под действием упругих сил уплотнения уплотнительного кольца 7, стремящегося занять исходное положение, и биения тормозного диска. При этом колодки также отходят от тормозного диска.

Автомобиль неподвижен. Электромеханический стояночный тормоз включен. Водитель решает трогаться, включает первую передачу и нажимает педаль акселератора. Динамическая система трогания проверяет все существенные для определения момента выключения стояночного тормоза данные:

• угол наклона (определяется датчиком продольного ускорения);
• крутящий момент двигателя;
• положение педали акселератора;
• положение педали сцепления (на ТС с МКПП используется сигнал датчика положения педали сцепления, на ТС с АКПП — запрашивается текущее значение включенной передачи);
• желаемое направление движения (на ТС с АКПП устанавливается по выбранному направлению движения, на ТС с МКПП — по сигналу выключателя фонарей заднего хода).

На основании этих данных БУ вычисляет действующее на автомобиль скатывающее усилие и оптимальный момент выключения электромеханического стояночного тормоза, так чтобы автомобиль мог тронуться без скатывания назад. Когда момент тяги автомобиля становится больше, чем рассчитанное БУ значение скатывающей силы, БУ подает управляющий сигнал на оба исполнительных электродвигателя тормозов задних колес. Действующий на задние колеса стояночный тормоз выключается электромеханически. Автомобиль трогается без скатывания назад. Система помощи при подъеме выполняет свои функции, не задействуя при этом гидравлические тормозные механизмы, он всего лишь использует информацию, предоставляемую датчиками системы ESP.

При температуре выше 10 °C функция реализуется АКПП. Когда блок управления АКПП распознает (по сопротивлению движению) подъем и одновременно с этим распознает нулевую скорость движения, в коробке передач включается вторая передача, на которой скатывание автомобиля назад невозможно, так как коронной шестерне двойного планетарного ряда пришлось бы в этом случае вращаться в направлении, блокируемом муфтой свободного хода. После того как момент тяги двигателя превысит момент скатывания, муфта разблокируется и автомобиль тронется с места без скатывания назад.