Введение
Функция электронного контроля стабильности на серийных автомобилях
Система контроля тяги (TCS) обычно (но не обязательно) является вторичной функцией электронного контроля стабильности (ESC) на серийных автомобилях, предназначенной для предотвращения потери тягового усилия (т.е. пробуксовки) ведущих колес. TCS активируется при несоответствии между положением дроссельной заслонки, мощностью и крутящим моментом двигателя и состоянием дорожного покрытия. Вмешательство заключается в одном или нескольких из следующих действий:
Приложение тормозного усилия к одному или нескольким колесам
Сокращение или подавление искрообразования в одном или нескольких цилиндрах
Сокращение подачи топлива в один или несколько цилиндров
Закрытие дроссельной заслонки, если автомобиль оснащен системой управления дросселем по проводам
В автомобилях с турбонаддувом соленоид управления наддувом активируется для снижения наддува и, следовательно, мощности двигателя. Как правило, системы контроля тяги используют электрогидравлический тормозной привод (который не использует обычный главный тормозной цилиндр и вакуумный усилитель) и датчики скорости вращения колес, общие с ABS. Основная идея, лежащая в основе необходимости системы контроля тяги, заключается в том, что потеря сцепления с дорогой может ухудшить управляемость и устойчивость автомобиля. Это происходит из-за разницы в тяговом усилии ведущих колес. Разница в пробуксовке может возникать из-за поворота автомобиля или различных дорожных условий для разных колес. При повороте автомобиля его внешние и внутренние колеса вращаются с разной скоростью; это обычно контролируется дифференциалом. Дальнейшее усовершенствование дифференциала – использование активного дифференциала, который может изменять количество передаваемой мощности на внешние и внутренние колеса по мере необходимости. Например, если при повороте обнаруживается пробуксовка внешнего колеса, активный дифференциал может передавать больше мощности на это колесо, чтобы минимизировать рыскание (по сути, степень разворота автомобиля относительно его продольной оси). Активный дифференциал, в свою очередь, управляется комплексом электромеханических датчиков, взаимодействующих с блоком управления системой контроля тяги.
Brake force applied to one or more wheels
Reduction or suppression of spark sequence to one or more cylinders
Reduction of fuel supply to one or more cylinders
Closing the throttle, if the vehicle is fitted with drive by wire throttle
In turbocharged vehicles, a boost control solenoid is actuated to reduce boost and therefore engine power. Typically, traction control systems share the electrohydraulic brake actuator (which does not use the conventional master cylinder and servo) and wheel speed sensors with ABS. The basic idea behind the need for a traction control system is the loss of road grip can compromise steering control and stability of vehicles. This is the result of the difference in traction of the drive wheels. The difference in slip may occur due to the turning of a vehicle or varying road conditions for different wheels. When a car turns, its outer and inner wheels rotate at different speeds; this is conventionally controlled by using a differential. A further enhancement of the differential is to employ an active differential that can vary the amount of power being delivered to outer and inner wheels as needed. For example, if outward slip is sensed while turning, the active differential may deliver more power to the outer wheel in order to minimize the yaw (essentially the degree to which the front and rear wheels of a car are out of line.) Active differential, in turn, is controlled by an assembly of electromechanical sensors collaborating with a traction control unit.
История
Предшественник современных электронных систем контроля тяги можно найти в заднеприводных автомобилях с высоким крутящим моментом и большой мощностью в виде дифференциала повышенного трения. Дифференциал повышенного трения – это чисто механическая система, которая передает относительно небольшую часть мощности колесу с лучшим сцеплением, при этом допуская некоторое проскальзывание колес. В 1971 году Buick представил MaxTrac, который использовал раннюю компьютерную систему для обнаружения пробуксовки задних колес и регулирования мощности двигателя, подаваемой на эти колеса, для обеспечения максимального сцепления. В то время это была эксклюзивная разработка Buick и предлагалась как опция на всех полноразмерных моделях, включая Riviera, Estate Wagon, Electra 225, Centurion и LeSabre. В 1979 году Cadillac представила систему контроля тяги (TMS) на обновленной модели Eldorado.
Операция
Когда компьютер системы контроля тяги (часто встроенный в другой блок управления, например, в модуль ABS) обнаруживает, что одно или несколько ведущих колес вращаются значительно быстрее, чем другие, он активирует электронный блок управления ABS для создания тормозного усилия на колесах с недостаточным сцеплением. Торможение буксующего колеса (колес) приводит к передаче мощности на колеса с хорошим сцеплением благодаря механическому действию в дифференциале. Транспортные средства с полным приводом (AWD) часто оснащены электронно-управляемой муфтой в раздаточной коробке или трансмиссии, которая включается (активный полный привод с частичным подключением) или блокируется более жестко (в системе постоянного полного привода, передающей мощность на все колеса постоянно), чтобы обеспечить нескользящим колесам крутящий момент. Это часто происходит одновременно с уменьшением доступного крутящего момента двигателя компьютером силовой установки путем электронного ограничения открытия дроссельной заслонки и/или подачи топлива, задержки угла опережения зажигания, полного отключения цилиндров двигателя и другими методами, в зависимости от конструкции автомобиля и уровня используемых технологий управления двигателем и трансмиссией. Существуют ситуации, когда контроль тяги нежелателен, например, при попытке выехать из снега или грязи. Разрешение одному колесу буксовать может обеспечить достаточное продвижение автомобиля вперед, чтобы выбраться, в то время как одновременное ограничение мощности на обоих колесах не даст такого же эффекта. Многие автомобили оснащены выключателем отключения системы контроля тяги для подобных случаев.
Компоненты прибора управления тягой
В целом, основное аппаратное обеспечение для систем контроля тяги и ABS в большинстве случаев одинаково. Во многих автомобилях контроль тяги предлагается как дополнительная опция к ABS. Каждое колесо оснащено датчиком, который фиксирует изменение его скорости при потере сцепления с дорогой. Информация о скорости отдельных колес передается в электронный блок управления (ECU). ECU обрабатывает эти данные и посредством кабеля, подключенного к клапану автоматического контроля тяги (ATC), осуществляет торможение на колесах, потерявших сцепление. Во всех автомобилях система контроля тяги автоматически активируется при обнаружении датчиками потери сцепления хотя бы одного из колес.
Использование прицепа
В дорожных автомобилях: контроль тяги традиционно являлся функцией безопасности в премиальных высокопроизводительных автомобилях, которым в противном случае требуется точное управление дроссельной заслонкой для предотвращения пробуксовки ведущих колес при ускорении, особенно в условиях мокрой, обледенелой или заснеженной дороги. В последние годы системы контроля тяги стали широко доступны в автомобилях не предназначенных для высоких скоростей, минивэнах, легких грузовиках и некоторых малолитражных хэтчбеках. В гоночных автомобилях: контроль тяги используется для повышения производительности, обеспечивая максимальное сцепление при ускорении без пробуксовки колес. При ускорении после поворота система поддерживает оптимальное соотношение скольжения шин. В тяжелых грузовиках: контроль тяги также доступен. Здесь пневматической тормозной системе требуются дополнительные клапаны и логика управления для реализации системы TCS (или иногда называемой ASR). В мотоциклах: контроль тяги для серийных мотоциклов впервые появился на BMW K1 в 1988 году. Honda предлагала систему контроля тяги в качестве опции, вместе с ABS, на ST1100 начиная с 1992 года. К 2009 году контроль тяги был доступен в качестве опции для нескольких моделей BMW и Ducati, Kawasaki Concours 14 (1400GTR) модельного года 2010 и Honda CBR 650R в 2019 году, а также для линейки мотоциклов Triumph "Modern Classic". В внедорожных транспортных средствах: контроль тяги используется вместо или в дополнение к механическому дифференциалу с ограниченным проскальзыванием или блокируемому дифференциалу. Он часто реализуется с помощью электронного дифференциала с ограниченным проскальзыванием, а также других компьютерных систем управления двигателем и трансмиссией. Вращающееся колесо замедляется кратковременными импульсами торможения, перенаправляя больший крутящий момент на колесо, которое не вращается; эта система была впервые применена, например, в Range Rover в 1993 году. Контроль тяги на основе ABS имеет несколько преимуществ по сравнению с дифференциалами с ограниченным проскальзыванием и блокируемыми дифференциалами, таких как более легкое управление автомобилем, что позволяет системе работать непрерывно. Он также снижает нагрузку на компоненты силовой установки и трансмиссии, повышая их долговечность за счет меньшего количества движущихся частей, подверженных износу. При программировании или калибровке для использования в условиях бездорожья, системы контроля тяги, такие как электронный контроль тяги Ford на четыре колеса (ETC), входящий в состав AdvanceTrac, и автоматический дифференциал торможения Porsche на четыре колеса (ABD), могут передавать 100 процентов крутящего момента на одно или несколько колес посредством агрессивной стратегии торможения или "блокировки тормозов", позволяя таким автомобилям, как Expedition и Cayenne, продолжать движение даже при полном отсутствии сцепления двух колес (одного переднего и одного заднего).
Использование в автоспорте
Существуют очень эффективные, но компактные устройства, позволяющие водителю отключить систему контроля тяги после гонки, если это потребуется. В Формуле-1 попытка запретить контроль тяги привела к изменению правил в 2008 году: каждый автомобиль должен быть оснащен стандартным (но с возможностью индивидуальной настройки) блоком управления двигателем (ECU), выпускаемым FIA, который является относительно простым и не имеет функций контроля тяги. В 2003 году Пол Трейси признался, что команды CART использовали контроль тяги в 1990-х годах, устройство, которое было официально разрешено только в 2002 году (хотя переход к единственному поставщику двигателей в 2003 году отменил это разрешение). В 2008 году NASCAR дисквалифицировал водителя, начальника команды и владельца автомобиля из Whelen Modified Tour на одну гонку после обнаружения подозрительной проводки в системе зажигания, которая могла быть использована для реализации контроля тяги.
Контроль тяги в поворотах
Контроль тяги используется не только для улучшения ускорения в условиях недостаточного сцепления. Он также может помочь водителю безопаснее проходить повороты. Если во время поворота подается слишком много газа, ведущие колеса теряют сцепление с дорогой и начинают скользить вбок. Это проявляется как недостаточная поворачиваемость в автомобилях с передним приводом и избыточная поворачиваемость в автомобилях с задним приводом. Система контроля тяги может предотвратить или даже скорректировать недостаточную или избыточную поворачиваемость, ограничивая мощность на перегруженное колесо или колеса. Однако она не может увеличить предел доступного сцепления и используется лишь для уменьшения влияния ошибки водителя или компенсации его недостаточной реакции на пробуксовку колес. Производители автомобилей указывают в руководствах по эксплуатации, что системы контроля тяги не должны стимулировать опасное вождение или вождение в условиях, которые водитель не может контролировать.