نظام التحكم الديناميكي بالمكابح ESP

2-2-1 مقدمة

–         اخترع نظام ال ESP ووضع في سلسلة حديثاً منتجات Robert Bosch GmbH و التي هي الآن الشركة الأولى عالميّاً في أنظمة الكبح  Bosch .

–         يزيد هذا النظام من ثبات المركبة إذا انزلقت ويساعد السائق في الحفاظ على المركبة في أن تكون دوماً في الاتجاه المطلوب .

–          إذا كانت السيارة في موقف حرج أو بشكل عادي يساعد الـ ESP المركبة على السير في المسلك الصحيح بكبح أحد العجلات أو عدة عجلات معاً .

–          اليوم أصبح ال ESP  أكثر فأكثر أداة أساسية في العديد من البلدان ، في أمريكا يجب على كل المنتجات الحديثة  أن تكون مزودة  بنظام ESP في عام 2012 .

–         كما أكدت دراسات جامعة Cologne أن 4.000 شخص يمكن إنقاذه و 100.000 حادث يمكن تجنبه كل عام إذا كل السيارات في أوروبا مزودة بنظام ESP .

–         بيانات من شركة Mercedes تظهر أن المركبات المزودة بنظام ESP تؤدي إلى تخفيف تحطم المركبة بنسبة 29 بالمائة في مركبة وحيدة و 15 بالمائة في المركبات بشكل عام .

–         بالاعتماد على هذه الاكتشافات , إذا كان نظام الـ ESP مزود في السيارات بشكل أساسي في الولايات المتحدة فإنه يمكن حماية أكثر من 5,000 شخص وقرابة الـ 35 بليون دولار في الاقتصاد كل عام .

2-2-2 الهدف من الدراسة

–         الهدف هو إنشاء محاكي لنظام ESP يمكن تنفيذه واختباره في محاكاة السيارات على أرض الواقع  اعتمادا على  معطيات حركة السيارة و الوسط المحيط بها كالسطح ، و معامل الاحتكاك الذي يختلف من الإسفلت إلى الجليد .

–         في ضوء هذه الشروط يجب على الـ ESP  أن يكون لديه رد فعل مختلف في شروط الاحتكاك المختلفة .

–         ضمن هذه الفرضيات فقد تمّ تقديم محاكاة النظام على كل سطح ، و سنعرض بشكل سريع معاملات الاحتكاك لكل سطح و الانزلاق الناتج عن كل منها .

2-2-3 نظام الـ ESP و تعدد الأسطح

• الجليد : انزلاق معدوم , دوران عجلات معدوم .
• الثلج : انزلاق بسيط , دوران عجلات بسيط .
• سباق : انزلاق معتدل , دوران عجلات معتدل .
• متوقف off : لا يتدخل نظام ال ESP .

2-2-4 بنية ومهمة نظام الـ ESP

–         يمكن أن يولد الكثير من انزلاق جسم السيارة تدخل قوي من نظام ESP  و ذلك لمنع الفقدان الكامل للتحكم الذي يمكن أن يكون مشكلة عسيرة الحل ، هذا يمكن أن يكتشف على مدى الفرضيات التي سنعرضها في هذا التقرير .

–         أحد المشاكل هي أن النظام ESP يسبب في ارتفاع درجة حرارة الفرامل إذا كان السائق يدفع دواسة الكبح بأقصى درجة للحد من السرعة (كما يحدث بدورة بعد الأخرى في سباق) .

–         يمكن للـ ESP جعل الفرامل تذوب تقريبا بسبب الحرارة. هذا يمكن أن يؤدي إلى عطل في الفرامل ، ففي هذه الحالة يمكن لبرامج الأمان ESP أن يصبح خطراً .

–         إذا سمح الـ ESP ببعض الانزلاق إضافي و أتاح ليونة في التدخل ، فهذا من شأنه أن يتيح للسائق تحكم أفضل للسيارة وحفظ الفرامل من التلف.

–         المهام الرئيسية للـ ESP هي تحسين الاستقرار والحفاظ على اتجاه مركبة و وجودها دوماً على المسار في ظل جميع ظروف التشغيل . فقد تم بناء نظام ESP ضمن نظام الفرامل في السيارة.

–         يرتبط المغير الهيدروليكي “Hydraulic Modulator” باسطوانة الفرامل الرئيسية … حيث يعمل كالعنصر المركزي المتحكم بأنظمة الفرامل الالكترونية.

–         تُحَوَّل أوامر التحكم من وحدة التحكم الإلكترونية (ECU) من قبل المغير الهيدروليكي “Hydraulic Modulator” و الملف اللولبي “Solenoid” الذي يغلق و يفتح لضمان السيطرة على نسبة ضغط مناسبة على فرامل السيارة .

–         بواسطة كبح عجلات معينة يحافظ الـESP  على ثبات السيارة على النحو المرغوب فيه ، والحفاظ عليها في الاتجاه المرغوب .

2-2-5 أجزاء نظام الـ ESP \ ABS

–         إن أجزاء نظام الـ ESP تربتط بأجزاء نظام الـABS  نفسها و تضيف إليها غيرها …

1.      مُعَدِّل هيدروليكي و وحدة تحكم إلكترونية (ECU)

2.      فرامل العجلات وحساس سرعة العجلات

3.      حساس  زاوية انعطاف المقود

4.       حساس التمايل (YAW) مع حساس التسارع

5.      وحدة التحكم بالمحرك

6.      اسطوانة فرامل الرئيسية

2-2-6 آلية عمل نظام ESP  ( محاكاة النظام )

–         يمكن أن يولد الكثير من انزلاق جسم السيارة تدخل قوي من نظام ESP  و ذلك لمنع الفقدان الكامل للتحكم الذي يمكن أن يكون مشكلة عسيرة الحل ، هذا يمكن أن يكتشف على مدى الفرضيات التي سنعرضها في هذا التقرير .

–         أحد المشاكل هي أن النظام ESP يسبب في ارتفاع درجة حرارة الفرامل إذا كان السائق يدفع دواسة الكبح بأقصى درجة للحد من السرعة (كما يحدث بدورة بعد الأخرى في سباق) .

–         يمكن للبرنامج جعل الفرامل تذوب تقريبا بسبب الحرارة. هذا يمكن أن يؤدي إلى عطل في الفرامل ، ففي هذه الحالة يمكن لبرامج الأمان ESP أن يصبح خطراً .

–          إذا تسامح الـ ESP ببعض الانزلاق إضافي و أتاح ليونة في التدخل ، فهذا من شأنه أن يتيح للسائق تحكم أفضل للسيارة وحفظ الفرامل من التلف.

–          سوف نشرح هنا كيفية تأثير القوى الفيزيائية على السيارة و ما يلحقها من تغيرات في مدخلات النظام التي تقتضي عندئذ “تصرف ما” للنظام يكافئ مدخلاته .

–          لمعالجة التحكم في السيارة و الحفاظ على اتزانها هناك أمرين أساسيين :

o       السيطرة على اتجاه الحركة للسيارة

o       تحقيق الاستقرار في اتجاه حركة السيارة ضد الاضطرابات الخارجية التي تحيط بها.

–          و لفهم ديناميكية حركة السيارة لا بد من معرفة ما هي القوى التي تؤثر عليها فعند التسارع أو الكبح أو الانعطاف بالسيارة .. حيث يوجد للسيارة ستة درجات من الحرية حيث تكون تحت تأثير قوى على :

–          المحور الطولي “Longitudinal”

–          العرضي “Traversal”

–          العمودي الرأسي “Vertical”

–          و أيضاً الدورانات Rotations الثلاث الملحقة بكل محور.

2-2-7 مدخلات نظام الـ ESP ( بالتضامن مع الـ ABS )

–      السرعة الطولية

–      التسارع الجانبي

–     معدل الانعراج

–         نسبة الضغط على الفرامل %

–         موضع دواسة الوقود %

–         زاوية انحراف المقود 𝛿𝑓

2-2-8 كيفية عمل النظام

–          عمل نظام الـ ESP  بالشكل المبسط التالي :

o       إذا كانت السيارة تحت تأثير ضغط خلفي

§        كبح العجلة الأمامية الخارجية

o       إذا كانت السيارة تحت تأثير ضغط أمامي

§        كبح العجلة الخلفية الداخلية

2-2-9 دراسة نظام الـ ESP  عن طريق نموذج عجلتي الدوران  Two Wheel bicycle  model

–          تم عن طريقه دراسة كل المتحولات المرتبطة بعمل نظام الـ ESP  كما رأينا ضمن الدراسة الفيزيائية لحركة السيارة ، حيث تم دراسة الظواهر كافة التي يحتاج لأن يعالجها نظام الـ ESP كالـ Understeer , Oversteer  من قبل و لم يبق إلا طريقة معاجلة الـ ESP  لهذه الظواهر التي نوضح كيفية معالجتها بالخوارزميات كالآتي ..

2-2- 10 مدخلات نظام الـ ESP و طريقة عمله خوارزميّاً

–          يقيس نظام الـ ESP زاوية انحراف المقود ، التسارع الجانبي ، و مقدار الانعراج … و يقرر بناءً على هذه المدخلات جهة انحراف السيارة و تصرفها .. و بفرض يجب أن يتدخل النظام ، لحادثة ضغط أمامي أو خلفي فإن يتم كبح عجلة واحدة أو أكثر لتصحيح اتجاه سير السيارة و العودة للوضع المثالي ..

 

 

2-2- 12 جدول بالمتحولات المستخدمة في نموذج نظام الـ Car \ ESP

	الوصف	Description
	التسارع الجانبي	Lateral acceleration
	التسارع الطولي	Longitudinal acceleration
	زاوية انزلاق الإطارات الأمامية	Side slip angle front tire
	زاوية انزلاق الإطارات الخلفية	Side slip angle rear tire
	زاوية انزلاق جسم السيارة	Body slip angle
	ثابت صلابة الإطارات الأمامية عند الانعطاف	Front tire cornering stiffness
	ثابت صلابة الإطارات الخلفية عند الانعطاف	Rear tire cornering stiffness
	زاوية الانعطاف	Cornering Angle
	القوة الطولية المؤثرة على الإطارات الأمامية	Front tire longitudinal force
	القوة الطولية المؤثرة على الإطارات الخلفية	Rear tire longitudinal force
	القوة الجانبية المؤثرة على الإطارات الأمامية	Front tire lateral force
	القوة الجانبية المؤثرة على الإطارات االخلفية	Rear tire lateral force
	ثابت الجاذبية	Gravity
	ثابت الضغط الأمامي Understeer	Understeer coefficient
	طول قاعدة العجلات	Wheelbase
	المسافة بين مركز ثقل جاذبية السيارة و المحور أمامي	Distance from CoG to front axle
	المسافة بين مركز ثقل جاذبية السيارة و المحور الخلفي	Distance from CoG to rear axle
	وزن السيارة الإجمالي	Total vehicle weight
	وزن المحور الأمامي	Weight front axle
	وزن المحور الخلفي	Weight rear axle
	نصف قطر الانعطاف	Turning radius
	سرعة العجلات	Wheel speed
	سرعة السيارة	Vehicle speed
	السرعة الجانبية للسيارة	Lateral vehicle speed
	السرعة الطولية للسيارة	Vehicle longitudinal speed
	معدل الانعراج “Yaw”	Yaw rate