التحكم في الفرامل عند المنعطفات

قدمت شركة BMW الألمانية لصناعة السيارات نظام التحكم في الكبح التلقائي (CBC) لأول مرة عام 1992 ضمن ميزة التحكم الديناميكي بالثبات الجديدة. وقد أُدرج هذا النظام في طراز 750i لعام 1992 ( سيارة السيدان من الفئة السابعة )، وأضاف ميزة أمان إضافية إلى نظام منع انغلاق المكابح (ABS) ونظام التحكم التلقائي بالثبات (ASC) الموجودين مسبقًا . [ 1 ] ^{وعند وصف هذه} الميزة، ذكرت BMW: "عند الكبح أثناء المنعطفات أو عند الكبح أثناء تغيير المسار، يتحسن ثبات القيادة واستجابة التوجيه بشكل أكبر." ^{[ 8 ]}

بينما كانت شركة BMW أول شركة مصنعة للسيارات تقوم بإنشاء هذه التقنية، فإن التفويضات الفيدرالية من الاتحاد الأوروبي في عام 2009 ^{[ 9 ]} والولايات المتحدة في عام 2011 ^{[ 10 ]} تطلبت تضمين تقنية سلامة الفرامل هذه في المركبات المستقبلية داخل هذه المناطق.

فرضت القوانين الفيدرالية ميزات السلامة الخاصة بنظام التحكم الإلكتروني بالثبات (ESC) في صناعة السيارات، والتي شملت تقنية ووظائف نظام التحكم في الثبات (CBC). ^{[ 11 ]} وقد أدى ذلك إلى قيام شركات تصنيع أخرى بدمج هذه التقنية تحت مسميات مختلفة.

أدخلت شركة مرسيدس-بنز الألمانية لصناعة السيارات هذه التقنية ضمن نظامي ESP Dynamic Cornering Assist و Curve Dynamic Assist. ^{[ 12 ]} كما أدرجتها شركة ميني ، المملوكة لشركة بي إم دبليو، وشركة لاند روفر البريطانية تحت اسم Cornering Brake Control. ^{[ 13 ] [ 14 ]} واستخدمت شركات أخرى تقنية CBC كجزء من نظام ESC، مما جعلها إجراءً أمنيًا أكثر شمولًا. ^{[ 15 ]}

يشكل انغلاق العجلات خطراً جسيماً على السائق أثناء الانعطاف. فهو يحد من فعالية نظام التوجيه نتيجةً لقوة الطرد المركزي (وهي قوة تؤثر على السيارة وتؤدي إلى اختلال توازنها أثناء الانعطاف)، مما يتسبب في اختلالات في ضغط المكابح، وهو ما يمكن لتقنية التحكم في ضغط المكابح (CBC) تنظيمه.

يحلّ نظام التحكم التكيفي في الكبح (CBC) هذه المشكلة باستخدام نظام قوة كبح متكيف لتوزيع الضغط على مكابح السيارة أثناء الانعطاف. ^{[ 3 ] [ 5 ]} ثم يقوم النظام بضبط الضغط بناءً على سرعة السيارة وموقعها بالنسبة للمنعطف، مما يُحسّن ثباتها وتماسكها على الطريق. ^{[ 17 ] [ 18 ]} وهذا يجعل التوجيه والكبح أكثر سلاسة للسائق، ويقلل من احتمالية انغلاق عجلات السيارة.

تعمل تقنية CBC على تثبيت المركبة عند معدل الانعراج المطلوب (الحركة الالتوائية) الذي تتعرض له المركبة أثناء الانعطاف. ^{[ 2 ]} عند الكبح المفاجئ، يسمح تثبيت معدل الانعراج بانخفاض ضغط الفرامل بسهولة. كما يقلل من نسبة الانزلاق ، وهي النسبة التي تحدد السرعة الفعلية للمركبة بعد التحرك ضد الاحتكاك (القوة التي تقاوم الحركة). ^{[ 19 ]} يساعد هذا التغيير التقنية على الاستجابة بدقة لظروف الطريق، حيث ستتطابق السرعة الفعلية للمركبة بدقة مع السرعة الأمامية والزاوية المحسوبة. ^{[ 20 ]} تصل تقنية CBC بسلاسة إلى معدل الانعراج والتسارع الجانبي المطلوبين، مما يزيد من الراحة وأداء القيادة. ^{[ 2 ]}

الصيغة المستخدمة لحساب معدل الانعراج الفعلي هي: ^{[ 21 ]}

${\displaystyle {\displaystyle \psi =V/R}}$

أين

• ${\displaystyle \psi }$معدل الانحراف الفعلي
• ${\displaystyle V}$هي السرعة الأمامية (السرعة التي يتم أخذها في الاتجاه الأمامي للمركبة)
• ${\displaystyle R}$نصف قطر الدوران (المسافة إلى مركز المنحنى)

بحسب ظروف معينة، كطراز المركبة وتصميم الطريق، تُجرى حسابات إضافية لضمان قدرة تقنية التحكم التكيفي بالثبات (CBC) على تثبيت المركبة بفعالية. تستطيع هذه التقنية حساب معدل الانعراج المطلوب، مع مراعاة كل من معدل الانعراج الفعلي والتدخل البشري المطلوب (المقاس بزاوية توجيه المركبة أثناء الانعطاف).

الصيغة المستخدمة لحساب معدل الانعراج المطلوب هي: ^{[ 22 ]}

${\displaystyle \psi ^{*}=\psi +k*d\delta /dt}$

أين

• ${\displaystyle \psi ^{*}}$معدل الانعراج المطلوب
• ${\displaystyle \psi }$معدل الانحراف الفعلي
• ${\displaystyle k}$هو عامل القياس (يتم تحديده حسب نوع وطراز كل مركبة على حدة )
• ${\displaystyle d\delta }$تغيير زاوية التوجيه (${\displaystyle \delta }$) التي التقطتها المركبة أثناء الانعطاف
• ${\displaystyle dt}$هو تغير الزمن (${\displaystyle t}$)

وبذلك يصبح نظام التحكم في الكبح (CBC) قادراً على تطبيق الفرامل جزئياً لتسهيل وصول المركبة إلى معدل الانعطاف المطلوب أثناء الانعطاف. ^{[ 2 ]}

يقلل نظام التحكم في الكبح (CBC) من عزم التوجيه غير المرغوب فيه عند الكبح أثناء الانعطاف. ^{[ 3 ]} وهذا يحد من نصف القطر (${\displaystyle r}$) الموجودة في الصيغة العامة لعزم الدوران، والتي تحدد مدى بُعد السيارة عن داخل المنحنى.

الصيغة المستخدمة لحساب عزم الدوران هي: ^{[ 23 ]}

${\displaystyle \tau =rF\sin \theta }$

أين

• ${\displaystyle \tau }$هو متجه العزم (بمقدار واتجاه )
• ${\displaystyle r}$نصف القطر من نقطة تطبيق القوة إلى نقطة قياس العزم
• ${\displaystyle F}$القوة المطبقة
• ${\displaystyle \theta }$هي الزاوية بين القوة المؤثرة ونصف القطر

يُساعد تغيير نصف القطر على منع السيارة من الانحراف للخارج واحتمالية خروجها عن المسار، مما يُعوض خطأ السائق. ^{[ 24 ]}

قد تُزاح محاور التوجيه في المركبات الحديثة المزودة بنظام التحكم التكيفي في الكبح (CBC) جانبيًا (باتجاه سطح الطريق) في نفس اتجاه نقطة تلامس الإطار مع الطريق. وبذلك، يتمكن نظام توزيع قوة الكبح التكيفي من توزيع الضغط على المكابح من خلال مراعاة قوة تلامس الإطار (القوة المؤثرة على الإطارات)، مما يقلل من عزم توجيه الكبح. ^{[ 3 ]}

كما هو موضح في الصيغة العامة لعزم الدوران، فإن تقليل عزم دوران التوجيه الناتج عن الفرامل سيقلل من نصف قطر الدوران لأن القوة (${\displaystyle F}$) يبقى ثابتاً، مما يمنع السيارة بأمان من الانحراف للخارج.

يُقلل نظام الكبح المتماسك (CBC) مسافة الكبح اللازمة لإيقاف المركبة أثناء الانعطاف. ^{[ 2 ]} كما يُمكنه خفض ضغط الكبح، ومعدل الانعراج، وعزم الدوران في آنٍ واحد للحد من الحركة الجانبية. ^{[ 2 ] [ 25 ]} يُساعد الحد من الحركة الجانبية على تحسين ثبات المركبة أثناء الانعطاف، مما يسمح لنظام الكبح المتماسك (CBC) بالكبح بسلاسة. ^{[ 25 ]} وهذا يُساعد السائق على إيقاف المركبة فورًا عند مواجهة حالة طارئة أمامها.

استُخدم اختبار البرمجيات في الحلقة (SiL) للتحقق من صحة منطق CBC في التجارب. يعتمد هذا الاختبار على بيئة محاكاة لاختبار كود البرنامج في فضاء افتراضي. [26] تضمنت الخوارزمية المستخدمة لاختبار منطق CBC العديد من مكونات المركبة، مثل الإطارات ونظام التعليق والكتلة . [ 5 ] ^{كما قامت الخوارزمية} بنمذجة سلوك السائق المتوقع ، ^{واستخدمت كلاً من} السلوك المتوقع ومكونات المركبة لتحديد مدى صحة منطق CBC.

أظهرت نتائج اختبارات SiL بوضوح أن منطق CBC يساعد في الحفاظ على المركبات ضمن مسارها المقصود، مما يعزز إجراء السلامة التقليدي لنظام ABS . ^{[ 5 ]}