سیستم کنترل پایداری الکترونیکی خودرو ESP

به گزارش پایگاه خبری سبقت آزاد، سیستم کنترل پایداری الکترونیکی خودرو ESP (Electronic Stability Control) یا به عبارتی برنامه پایداری الکترونیکی خودرو (Electronic Stability Program) یک سیستم ایمنی هوشمند است که در سالهای اخیر توسط خودروسازان بر روی خودروهای لوکس و نیمه لوکس تعبیه می‌شد و در حال حاضر بر روی اکثر خودروهای امروزی نصب می‌شود.

یکی از سیستم‌های ایمنی که از اواسط دهه 90 میلادی بر روی خودروها نصب می‌گردد، ABS) Anti-block Brake System) یا «سیستم ترمز ضد قفل» است که در هنگام ترمزگیری از چسبیدن لنت به چرخ و قفل شدن آن جلوگیری می‌کند. با استفاده از ABS، فاصله و زمان لازم جهت توقف خودرو نسبت به ترمزهای معمولی که باعث قفل شدن چرخ خودرو می‌شوند، کاهش می‌یابد و از کشیده شدن سطح لاستیک بر روی آسفالت نیز اجتناب می‌گردد.

این سیستم در جاده‌های برفی و یخ زده عملکرد فوق العاده مفیدی دارد که از لیز خوردن خودرو و خطرات ناشی از آن جلوگیری می‌کند و حتی در صورتی که سطح زیرین یک چرخ هم لیز باشد، خودرو به راحتی تحت کنترل راننده در خواهد آمد. سیستم دیگری که طی سالهای اخیر در تکنولوژی خودروجهت ایمنی راننده استفاده می‌شود، سیستم TCS) Traction Control System) یا «سیستم کنترل کشش خودرو» است که در برخی از کمپانی‌های خودروسازی تحت عنوان ASR) Anti Slip Regulation) یا «سیستم تنظیم ضد لغزش خودرو» شناخته می شود.

این سیستم باعث مداخله سریع در سیستم مدیریت موتور می‌گردد تا ترمزها از چرخش لاستیک‌های خودرو جلوگیری به عمل آورند. همچنین این سیستم در زمانی که خودرو در سر پیچها سرعت می‌گیرد، از لغزیدن خودرو جلوگیری می‌کند.

تاریخچه پیشرفت سیستم ESC :
سیستم کنترل الکترونیکی پایداری خودرو در حال حاضر می‌تواند بر روی هر خودرویی از هر کلاس یا گروهی نصب گردد. همچنین این سیستم می‌تواند یکی از موفق‌ترین و جدیدترین پیشرفت‌های تکنولوژی خودرو به حساب بیاید. در زیر به شرح مراحل پیشرفت این سیستم در صنعت خودرو می پردازیم:

1973: در این سال تئوری این تکنولوژی توسط شرکت بوش«Bosch» در آلمان توسعه داده شد.
1984: شرکت بوش در این سال توانست برای اولین بار این طرح را بر روی یک خودرو آزمایش کند.
1992: شرکت دایملر- بنز آ.گ (Daimler-Benz AG) که امروزه به شرکت دایملر آ.گ (Daimler AG) تغییر نام یافته، با همکاری شرکت بوش برای اولین کاربرد تولیدی این سیستم بر روی خودروها فعالیت نمود.

1995: سیستم کنترل الکترونیکی پایداری خودرو (ESC) برای اولین بار در مرسدس بنز کلاس اس(S-Class) معرفی شد.
2009: بر روی بیشتر از 91% خودروهای تولیدی در آلمان، این سیستم به عنوان آپشن(Option) تعبیه می‌گردد.

در نمودار زیر میزان تلفات جانی تصادفات رانندگی در آلمان، نسبت به میزان پیشرفت سیستم‌های ایمنی در خودروهای این کشور مقایسه گردیده است. همانگونه که مشاهده می کنید، در سال 1977 با اجباری شدن بستن کمربند ایمنی برای سرنشینان جلو، میزات تلفات جانی در کشور آلمان از حدود 22000 در سال 1970 به 17000 نفر کاهش پیدا کرده است. همچنین با نصب ایربگهای راننده و سرنشین در سال 1985، میزان تلفات به 10000 نفر تقلیل یافته است و به همین نسبت با معرفی سیستم کمکی ترمز (BA) و سیستم کنترل الکترونیکی پایداری خودرو (ESC) در سال 1995 این میزان تنها به 8000  نفر کاهش یافته است.

در سال 2000 نصب سیستم ESC بر روی خودروهای تولیدی مرسدس بنز به صورت استاندارد درآمد و تا سال 2008 بیشتر از 80% خودروهای آلمانی به این سیستم مجهز شدند و همین امر باعث شده که طبق اعلام دانشگاه کلن (Cologne) در سال 2009 میزان تلفات جانی در تصادفات رانندگی آلمان، تنها به 5000 نفر تقلیل یافته و میزان تصادفات تا میزان 50% با کاهش مواجه بوده است.

همچنین با توسعه این سیستم ایمنی در کشورهای دیگر اروپا، آسیا و آمریکا، میزان تصادفات رانندگی به نحو چشمگیری کاهش داشته است. طبق اعلام سازمان ملی ایمنی ترافیک بزرگراههای آمریکا (NHTSA)، پس از نصب ESP بر روی خودروها، تصادفات منجر به مرگ در آمریکا به میزان 43% کاهش داشته است و در هر سال میزان تلفات رانندگی حدود 9,600 نفر و میزان جراحات ناشی از تصادفات حدود 252,000 نفر کمتر شده است. طبق همین آمارها، میزان خسارات ناشی از تصادفات رانندگی در حدود یازده میلیارد دلار کاهش یافته است

همچنین سازمان بیمه و ایمنی بزرگراههای آمریکا (IIHS) اعلام نموده که پس از نصب این سیستم در خودروهای آمریکایی، میزان واژگون شدن خودروهای شاسی بلند (SUV) در حدود 84% و خودروهای سدان، حدود 71% تقلیل یافته است. سازمان ملی راههای سوئد (SNRA) در گزارشی کاهش 44 درصدی تصادفات مرگبار را در این کشور اعلام نموده و دانشگاه موناش (Monash) در استرالیا این آمار را در حدود 51% کاهش اعلام کرده است.

طبق اعلام شرکت تویوتا پس از معرفی سیستم ESP در کشور ژاپن، میزان مرگهای جاده‌ای در حدود 50% کاهش داشته و در هر سال حدود 400 مورد مرگ و 13,000 مورد جراحت ناشی از تصادفات تقلیل یافته است که نتیجه آن، کاهش خسارات مالی ناشی از تصادفات، به میزان 120میلیارد ین ژاپن در هر سال بوده است. در سال 2012 کمترین میزان نصب سیستم ESP در کشورهای سازنده خودرو متعلق به چین بوده که تنها روی 20% خودروهای خود این سیستم ایمنی را تعبیه نموده است و بیشترین میزان مربوط به استرالیا بوده که حدود 97% از خودروهای خود را به این سیستم مجهز کرده است.

جالب اینکه نصب سیستمهای ایمنی از قبیل ESP، ABS و ایربگ بر روی خودروهای لوکس و نیمه لوکس به میزان 100% بوده است، در حالی که این میزان در خودروهای متوسط حدود 90% ، در خودروهای جمع و جور حدود 80% و در خودروهای کوچک تنها 20% بوده است.

دلایل اهمیت سیستم ESP :
سیستم ESP یا ESC، باعث افزایش پایداری خودرو در انحناهای جاده می‌گردد تا خودرو از مسیر جاده منحرف نشود و همچنین در هنگام افزایش سرعت و شتاب گرفتن خودرو از سرخوردن و یا لغزیدن آن در پیچها و جاده‌های برفی و لیز جلوگیری می کند. در واقع این سیستم با مداخله کردن در سیستم ترمز یا سیستم مدیریت موتور، از موقعیت‌های بحرانی که منجر به تصادفات می شوند، اجتناب می‌نماید و به علت کاهش احتمال لیز خوردن خودرو، تصادفات جانبی خودرو را به حداقل می‌رساند.

سیستم هوشمند ESP  با کشف رفتار دینامیکی طولی و عرضی خودرو و اخذ فرمانهای راننده از قبیل زاویه فرمان، گشتاور موتور و فشار ترمز، به صورت مستمر و پیش فرض، جهت ایمنی خودرو فعال است و در بیشتر موارد قبل از راننده شرایط بحرانی را تشخیص داده و راههای ممکن را برای مداخله در فشار ترمز چرخها و یا سیستم مدیریت موتور در نظر می‌گیرد. دلایل معمول تصادفات شامل سرعت بالا، شرایط نامناسب جاده، انحراف ناگهانی و از دست دادن کنترل خودرو توسط راننده است.

در کشور کانادا حدود 48% از تصادفات جاده‌ای خطرناک به علت از دست دادن کنترل خودرو توسط راننده گزارش شده‌اند و 28% از تصادفاتی که به جراحت راننده یا سرنشینان می‌انجامد، در اثر برخورد مستقیم خودرو با وسیله نقلیه دیگر نبوده و یا در اثر از دست دادن کنترل خودرو به واسطه برخورد با خودروی دیگر بوده که در هر دو صورت برخورد مستقیم، در بروز جراحات دخالتی نداشته است. همچنین مطابق همین گزارش، 60% تصادفاتی که منجر به جراحات منجر به مرگ می گردند، بر اثر برخوردهای جانبی خودروها صورت می گیرند که بر اثر سرخوردن خودرو به علل سرعت بالا، خطاهای رانندگی و یا حرکات اضافه فرمان خودرو رخ می دهند.

اجزای ESP :
قطعاتی که برای فعال کردن سیستم هوشمندESP باید بر روی خودرو نصب گردند، شامل اجزای زیر می باشند:
1)  سنسورهای نمایش حالت دینامیکی خودرو و ورودیهای راننده مانند زاویه فرمان، فشار ترمز و دور موتور
2)  واحد کنترل الکترونیکی(ECU) سیستم پایداری خودرو همراه با ریز پردازنده های مربوطه (Microprocessors)
3)  واحد هیدرولیکی برای پایدار کردن عملکرد ترمز

سنسور انحراف:
وظیفه این سنسور که یک سنسور میکرومکانیکی است، اندازه گیری میزان انحراف و چرخش خودرو، حول محور عمودی آن است که این عمل را با استفاده از اثر شتاب کوریولیس (Coriolis Acceleration) انجام می دهد. شتاب کوریولیس مقدار شتاب یک جسم است که در یک دستگاه مختصات شتابدار در حرکت است.

سنسورهای سرعت چرخها:
این سنسورها به صورت جداگانه و بدون هیچگونه تماس فیزیکی، سرعت هر چرخ را نمایش داده و جهت چرخش هر کدام از چرخها را تشخیص می‌دهند.

نحوه عملکرد سیستم ESP :
سیستم هوشمند ESP در یک موقعیت بحرانی، ابتدا قصد و منظور راننده را تحلیل می‌کند و سپس وضعیت فرمان، سرعت چرخها، وضعیت پدال گاز و فشار ترمز را تحلیل نموده و این اطلاعات به واحد کنترل الکترونیکی (ECU) ارسال می‌گردد تا قصد راننده تشخیص داده شود. از طرفی سیستم ESP نحوه رفتار خودرو، نیروهای جانبی وارده و سرعت انحراف خودرو را اندازه گیری کرده و به ECU انتقال می دهد تا رفتار خودرو مورد تحلیل و محاسبه قرار گیرد.

سپس ESP در عملکرد سیستم ترمز مداخله نموده و ECU مقادیر مورد نیاز را محاسبه می‌نماید. واحد هیدرولیکی در این لحظه سریعا وارد عمل شده و به صورت جداگانه برای هر چرخ، فشار ترمز را تامین می‌کند؛ یعنی به ترتیبی عمل ترمزگیری را به ترتیب برای چرخهای سمت چپ و راست انجام می‌دهد تا خودرو از مسیرش منحرف نگردد و مجددا به مسیر اولیه برگشته و به حالت پایداری اولیه برسد. به علاوه، سیستم ESP می تواند با اتصال به سیستم مدیریت موتور، مقدار گشتاور خروجی موتور را کاهش دهد.

قیمت بین المللی سیستم‌های ایمنی خودرو:
در حال حاضر شرکت‌های زیادی در دنیا سیستم ESP را به خودروسازان ارایه می‌کنند. شرکت بوش در حال حاضر کوچکترین، با کیفیت‌ترین و سبک‌ترین سیستم‌های ایمنی خودرو را می‌سازد و سیستمهای ABS و ESP نسل جدید این شرکت به ترتیب تنها 1.6 و 1.1 کیلوگرم وزن دارند. این شرکت این محصولات خود را به ترتیب با قیمتهای 370 دلار و 120 دلار می‌فروشد، هرچند که ممکن است قیمت خرده فروشی سیستم ESP خودرو تا 250 دلار هم برسد.

شرکتهای دیگری مانند ماندو (Mando) کره جنوبی، دنسو (Denso) ژاپن، دلفی(Delphi) آمریکا، کنتیننتال (Continental)، کندو(Candu)، تی.آر.دبلیو (TRW)، اوتولیو (Autoliv) و . . . سیستم‌های ایمنی خودرو را با کیفیت‌های متفاوت به بازار عرضه می‌کنند.