Системы помощи при спуске и подъеме автомобиля

Современные автомобили всё чаще оснащаются системами активной помощи водителю, предназначенными для повышения безопасности и комфорта при эксплуатации транспортного средства в сложных дорожных условиях. Одними из таких инновационных решений являются системы помощи при подъеме (Hill Start Assist) и спуске (Hill Descent Control), которые автоматически предотвращают нежелательное скатывание автомобиля назад или его чрезмерное ускорение при движении под уклон. Эти функции особенно актуальны при движении по пересечённой местности, в условиях горных дорог или при вождении в городах с крутыми улицами. Рассмотрим более подробно принципы работы, условия активации и конструктивные особенности данных систем, обеспечивающих уверенное трогание и безопасное торможение автомобиля в критических ситуациях.

Появление систем помощи при движении на уклонах связано с общим развитием технологий активной безопасности, таких как ABS, ESP и TCS. Первые варианты аналогичной функциональности начали появляться в конце 1990-х годов на внедорожниках премиум-класса, где при движении в горной местности возникала особая потребность в управляемом спуске и предотвращении отката при старте. Одним из пионеров стала компания Land Rover, которая в 2003 году представила Hill Descent Control (HDC) на модели Freelander. Со временем технологии распространились и на легковые автомобили. Сегодня функции HHC и HDC доступны не только в дорогих внедорожниках, но и в компактных городских авто. В основе развития этих систем лежат более ранние наработки по электронному управлению тормозами и интеграции различных датчиков ускорения, крена и давления.

Система помощи при спуске

Система, предназначенная для поддержки водителя при движении автомобиля вниз по склону, обеспечивает предотвращение самопроизвольного увеличения скорости транспортного средства. Ее наличие особенно актуально при передвижении по горной местности, повышая как управляемость, так и уровень безопасности. Подобные системы чаще всего применяются на автомобилях с улучшенной проходимостью. В зависимости от марки машины, производители называют эту функцию по-разному:

• Hill Descent Control (HDC) — используется брендами Volkswagen, BMW и другими;
• Downhill Assist Control (DAC) — применяется компанией Toyota;
• Downhill Drive Support (DDS) — фирменное название системы у Nissan.

На наклонной поверхности на автомобиль действует сила тяжести, которая разлагается на две составляющие: перпендикулярную поверхности и направленную вдоль склона (см. рис. 1). Последняя — это сила, стремящаяся заставить машину скатиться вниз, обозначаемая F_H.

Рис. 1. Силовая схема автомобиля при движении по склону: F_A — тяговая сила; F_G — масса, действующая вниз (вес машины); F_H — сила, заставляющая автомобиль катиться; F_N — перпендикулярная составляющая массы

В случае, если при движении вниз дополнительно действует и собственная тяговая сила F_A, она суммируется с компонентом F_H, увеличивая общее ускорение автомобиля. Важно понимать, что скатывающая сила присутствует вне зависимости от скорости машины, из-за чего без дополнительных мер машина будет разгоняться, чем дольше длится спуск. Чтобы избежать неконтролируемого ускорения, водителю приходится вручную задействовать тормоз или включать пониженную передачу, убрав ногу с педали газа.

Система помощи при движении вниз активируется только при соблюдении определённых условий:

• скорость движения автомобиля составляет менее 20 км/ч;
• угол наклона поверхности превышает 20 %;
• двигатель запущен и работает стабильно;
• педали тормоза и акселератора не нажаты водителем.

Если все вышеперечисленные параметры выполняются, система анализирует текущую ситуацию, ориентируясь на частоту вращения двигателя, скорость колес и положение педали акселератора. Если скорость превышает допустимую для безопасного спуска, система делает вывод о движении вниз по наклонной и активирует тормозную систему. Поддержка стабильной скорости обеспечивается за счет автоматического подтормаживания, уровень которого зависит от начальных условий начала движения и выбранной передачи.

Для торможения в работу вступает насос обратной подачи, а компоненты ABS переходят в активный режим: открываются впускные и клапаны высокого давления, одновременно с этим выпускные клапаны ABS закрываются. Это приводит к созданию давления в тормозных цилиндрах колес. Все эти действия реализуются через гидромодулятор, отвечающий за формирование нужного уровня тормозного усилия.

Как только автомобиль замедляется до безопасной скорости, система снижает давление в контуре и временно отключает торможение. Однако если движение по наклону продолжается без нажатия на педаль газа, ассистент вновь начинает вмешательство. Таким образом, обеспечивается стабильное движение в пределах контролируемой и безопасной скорости, что делает управление на спуске значительно проще и надежнее.

Прекращение работы системы происходит либо вручную (повторным нажатием на кнопку активации), либо автоматически. Автоматическое отключение срабатывает при нажатии на любую из педалей — газа или тормоза, либо при уменьшении уклона дороги до значения менее 12 %.

Хотя по функциональности это выглядит как отдельная система, на самом деле это программное дополнение к уже существующей системе стабилизации курсового движения. Функция использует те же технические компоненты, и потому по своей структуре представляет собой не автономную систему, а дополнительную программную опцию.

Система помощи при подъеме

Функция помощи при старте на наклонной поверхности разработана с целью предотвращения непроизвольного движения автомобиля назад при начале движения на уклоне. Она делает возможным плавный старт на подъеме без необходимости задействовать стояночный тормоз, тем самым улучшая уровень безопасности и упрощая управление автомобилем. Такая система устанавливается в качестве дополнительной опции на ряд моделей легковых автомобилей.

У различных производителей эта система получила собственные фирменные наименования:

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

Основой работы является электронная система стабилизации движения, на базе которой данная функция реализуется программно. Отдельной физической системой она при этом не является.

Когда автомобиль остановлен на уклоне, на него действует сила, стремящаяся сдвинуть его вниз по наклонной плоскости — F_H (см. рис. 1). Если в этот момент отпустить тормоз, автомобиль начнет движение назад. Для компенсации этой силы необходимо создать соответствующее тяговое усилие. При недостаточном нажатии на педаль акселератора или преждевременном отпускании тормоза автомобиль может покатиться вниз до того, как начнет двигаться вперед. Для таких случаев и предназначена система, временно сохраняющая давление в тормозной системе, чтобы избежать скатывания до тех пор, пока тяговое усилие двигателя не станет достаточным для противодействия силе отката.

Включение системы осуществляется при соблюдении следующих условий:

• автомобиль стоит на месте,
• уклон дороги превышает 5 %,
• двигатель заведен,
• дверь водителя закрыта.

Базовой платформой для этой функции является система ESP, к которой добавлен датчик продольного ускорения, позволяющий точно определить пространственное положение автомобиля.

Алгоритм работы функции делится на четыре этапа, представленных на рисунке 2.

Фаза 1 — создание давления в тормозной системе. Водитель тормозит, удерживая автомобиль на подъеме. Система закрывает клапан высокого давления, впускной клапан открыт, и в цилиндре создается давление, достаточное для удержания авто. Выпускной клапан при этом остается закрытым.

Рис. 2. Фазы функционирования системы помощи при трогании на подъеме (график давления)

Рис. 3. Действия водителя в каждой фазе работы системы

Фаза 2 — сохранение давления. При отпускании тормоза водитель переносит ногу на акселератор. Система удерживает тормозное давление в течение примерно двух секунд, что предотвращает откат назад. Давление в колесных цилиндрах сохраняется, исключая преждевременное ослабление тормозного действия.

Фаза 3 — плавное уменьшение давления. Автомобиль пока не движется. Нажатие на акселератор инициирует рост тягового момента, и система синхронно снижает тормозное усилие, позволяя автомобилю стартовать без рывка и без отката назад. В этот момент впускной клапан снова открыт.

Фаза 4 — полный сброс давления. Как только развиваемая тяга становится достаточной для уверенного трогания и ускорения, тормозное давление полностью исчезает, и автомобиль продолжает движение самостоятельно.

Важно учитывать, что функция активна независимо от направления движения: она эффективна как при старте передним, так и задним ходом при движении вверх по склону.

Некоторые производители интегрируют в систему помощи при старте электромеханический стояночный тормоз, изображённый на рис. 4.

Рис. 4. Конструкция электромеханического стояночного тормоза: 1 — тормозной диск; 2 — колодка; 3 — скоба; 4 — редукторный механизм; 5 — электродвигатель; 6 — подвод питания; 7 — ведущая шестерня; 8 — корпус привода; 9 — приводная шестерня; 10 — качающаяся передача; 11 — ведомая шестерня

Управление стояночным тормозом производится через специальный переключатель. Для снятия тормоза требуется нажать переключатель при одновременном нажатии на педаль акселератора или тормоза. При включенном зажигании также возможно снятие стояночного тормоза. Включение тормоза допускается даже при выключенном зажигании, если потянуть переключатель на себя.

Чтобы реализовать тормозное усилие, необходимо преобразовать вращательное движение электродвигателя в осевое перемещение поршня тормозного узла. Это достигается через механизм винт-гайка и редуктор с качающейся шестерней или с планетарной передачей.

Передача движения осуществляется с помощью ходового винта 3, который сопряжён с поршнем 5 тормозного устройства (см. рис. 5). Редуктор напрямую приводит винт во вращение. Внутри поршня расположен цилиндр 6, в котором установлена нажимная гайка 2. Эта гайка и цилиндр могут скользить внутри поршня, но не вращаться, благодаря особенностям их соединения.

Рис. 5. Рабочий процесс тормозного механизма с электроприводом: а — включение тормоза; б — отпускание тормоза; 1 — тормозной диск; 2 — нажимная гайка; 3 — винт; 4 — редуктор; 5 — поршень; 6 — цилиндр; 7 — кольцо уплотнения

Количество оборотов двигателя отслеживается датчиком Холла, по которому электронный блок управления рассчитывает положение поршня.

В момент активации тормоза вращение винта 3 приводит к осевому перемещению нажимной гайки и цилиндра 6, который передает усилие на поршень, прижимая колодки к диску (рис. 5, а). В это же время уплотнительное кольцо 7 сжимается в сторону диска. По мере увеличения давления на колодки растет ток, потребляемый мотором. Блок управления отслеживает этот параметр и при достижении заданного порога отключает питание. За счёт самотормозящейся конструкции резьбы фиксация тормоза сохраняется и после отключения питания.

Когда происходит снятие автомобиля с тормоза (рис. 5, б), вращение ходового винта начинается в обратную сторону. Вследствие этого гайка перемещается по винту назад, и давление на цилиндр прекращается. Воздействие на поршень ослабевает, и он отходит от тормозного диска. Это обеспечивается как упругими свойствами уплотнительного кольца 7, которое возвращается в своё первоначальное положение, так и минимальным биением самого диска. Вслед за поршнем тормозные колодки также освобождаются от диска.

Когда транспортное средство находится в состоянии покоя, а электромеханический стояночный тормоз уже активирован, водитель, желая начать движение, включает первую передачу и нажимает на акселератор. В этот момент интеллектуальная система помощи при старте анализирует совокупность ключевых параметров, необходимых для определения оптимального момента отключения стояночного тормоза.

• показания датчика продольного ускорения, которые используются для оценки угла наклона дороги;
• значение крутящего момента двигателя в текущий момент;
• уровень нажатия на педаль акселератора;
• состояние педали сцепления: для автомобилей с МКПП используется информация от соответствующего датчика, а для машин с АКПП определяется включенная передача;
• предполагаемое направление движения: в случае АКПП оно выбирается в зависимости от текущего положения селектора, а на автомобилях с МКПП определяется по сигналу от датчика включения фонарей заднего хода.

На основе перечисленных данных электронный блок управления рассчитывает величину силы, с которой автомобиль будет скатываться, и момент времени, когда можно безопасно отключить стояночный тормоз без риска отката назад. Как только значение создаваемого двигателем крутящего момента превышает рассчитанное сопротивление откату, блок управления активирует исполнительные электромоторы, установленные на тормозных механизмах задних колес.

После подачи управляющего сигнала с блока управления, электромеханический тормоз автоматически отпускается. Это обеспечивает плавное и уверенное начало движения автомобиля без откатывания назад. Следует отметить, что в данном случае вся процедура выполняется без участия гидравлической тормозной системы. Система помощи на подъеме функционирует исключительно на основе информации от датчиков, входящих в состав ESP.

Если температура окружающей среды превышает 10 °C, то работа по предотвращению отката реализуется средствами автоматической коробки передач. Как только блок управления АКПП фиксирует остановку автомобиля на уклоне — по комбинации параметров нулевой скорости и сопротивления движению — коробка передач автоматически переключается на вторую передачу. При этом предотвращается откат автомобиля, так как коронная шестерня двойного планетарного ряда не может начать вращение в обратную сторону, поскольку это движение блокируется установленной муфтой свободного хода.

Когда двигатель создаёт достаточную силу, превышающую сопротивление скатыванию, муфта автоматически разблокируется, что позволяет автомобилю плавно тронуться с места, не двигаясь назад даже на уклоне. Этот процесс происходит без участия водителя, полностью под контролем электронных систем автомобиля.

Заключение

Интересные факты:

• Системы помощи при спуске используют не только информацию от ABS, но и данные от продольных акселерометров, чтобы точно оценивать положение автомобиля на уклоне.

• Некоторые современные автомобили позволяют регулировать скорость спуска с помощью системы HDC, используя кнопки круиз-контроля.

• Электромеханический стояночный тормоз, применяемый в качестве системы трогания на подъеме, может удерживать автомобиль на уклоне даже при выключенном двигателе, если активирован вручную.

• Система HHC работает не только при движении вперед: на многих моделях она поддерживает и безопасное трогание задним ходом на подъеме.

• В условиях экстремального бездорожья системы помощи на уклонах могут работать в паре с системой распределения крутящего момента, обеспечивая уверенное преодоление склонов при минимальном участии водителя.

Системы помощи при спуске и подъеме стали важными элементами современной концепции активной безопасности, минимизируя риски, связанные с человеческим фактором в условиях уклонов. Их внедрение позволило упростить управление автомобилем в сложных дорожных ситуациях, повысить устойчивость транспортного средства на склонах и обеспечить комфортную эксплуатацию даже для неопытных водителей. Будучи логичным развитием электронных систем стабилизации и торможения, эти функции сегодня активно развиваются и дополняются новыми возможностями, такими как автоматическая регулировка скорости спуска и интеллектуальное предсказание момента трогания. Развитие систем помощи при движении на уклонах подтверждает неуклонный курс автомобилестроения в сторону автономности, безопасности и технологичности.

• Об авторе
• Недавние публикации

Александр Лавриненко

Ведущий инженер-технолог и эксперт по производственной оптимизации в НПФ 'Современные технологии производства'

Александр Лавриненко — инженер-технолог с более чем 25-летним опытом в машиностроении, энергетике, строительстве и автоматизации производства. Получил степень магистра в области металлургии в МГТУ, специализируясь на современных методах обработки металлов и аддитивных технологиях. Работал над проектами по внедрению комплексных решений для диагностики и оптимизации работы металлорежущих станков.
Регулярно публикую материалы о передовых методах резки, наплавки и покрытий, а также освещаю новинки в сфере литейного производства и композиционных материалов — включая технологии формования и сварку.

Александр Лавриненко недавно публиковал (посмотреть все)

• Червячные передачи: устройство, сборка и контроль - 28.06.2025
• Зубчатые передачи: виды, устройство, сборка и контроль - 28.06.2025
• Цепные передачи: устройство, сборка и регулирование - 28.06.2025