ESP (سیستم کنترل پایداری خودرو) چیست و چگونه کار می‌کند؟

با تدوین استانداردهای جدید خودرویی در سال‌های گذشته در کشورمان، از جمله سیستم‌هایی که وجود آن در خودروهای تولیدی و مونتاژی به صورت اجباری شده است، سیستم ESP بوده که در بین عموم به آن برنامه کنترل پایداری می‌گوییم. سیستم کنترل پایداری خودرو ESP از جمله تکنولوژی و اختراعاتی است که برای افزایش ایمنی حرکتی خودرو طراحی شده تا از انحراف و چپ شدن خودرو تا حد توان و تا حد امکان جلوگیری کند.

آشنایی با سیستم ESP (کنترل پایداری خودرو) و پیدایش آن

سیستم ESP نیز مثل بسیاری از تکنولوژی‌های خودرویی، ریشه‌ای آلمانی دارد و باز از آنجایی که مرسدس بنز و بی ام و در ارائه تکنولوژی‌های مربوط به ایمنی خودرو در دنیا پیشتاز هستند، این سیستم نیز توسط این دو شرکت معتبر آلمانی ساخته شده است. هرچند که سیستم‌هایی مشابه با این کارکرد توسط شرکت‌های دیگری مثل تویوتا نیز در همان سال‌ها معرفی شده بود.

در سال ۱۹۸۷ اولین جرقه‌های ساخت یک سیستم ایمنی برای کمک به راننده در زمان خارج شدن خودرو از کنترل، در ذهن مهندسان مرسدس بنز، تویوتا و بی ام و زده شد. در ابتدا سیستمی شبیه به سیستم TCS یا سیستم کنترل کشش طراحی شده بود تا از بکسوات و هرزگردی خودرو در زمان حرکت جلوگیری کند. هدف از طراحی این سیستم این بود که هم استهلاک تایرها کاهش پیدا کند و هم انحراف خودرو در زمان شتاب گیری و یا حرکت در سطوح لغزنده حفظ شود. ضمن اینکه تا حدودی به کنترل خودرو در زمان حرکت نیز کمک می‌کرد. اما این سیستم با کمک شرکت بوش، توسعه پیدا کرد تا بتواند عملکرد گسترده‌تری داشته باشد و انحراف خودرو را بهتر سنجیده و در صورت نیاز بتواند به راننده در کنترل خودرو نیز کمک کند. از آنجایی که مرسدس‌بنز در سال ۱۹۹۵ سریع‌تر از دیگر شرکت‌های خودرویی این سیستم را معرفی کرد و نام آن را ESP (مخفف: Electronic Stability Program) گذاشت، این تکنولوژی بیشتر با همین نام در دنیا شناخته شد. حال آنکه برخی از شرکت‌ها برای این سیستم، نام مختص به خود را انتخاب کرده‌اند. بی ام و نیز در همان سال، این تکنولوژی را برای خودروهایش معرفی کرد. ضمن اینکه تویوتا نیز تکنولوژی طراحی شده توسط خودش را به نام VSC که مخفف عبارت Vehicle Stability Control است، معرفی کرد. ب ام و نیز بعدها نام سیستم خود را DSC گذاشت. اما اکثر شرکت‌های خودرویی، نام ESP را برای این تکنولوژی انتخاب کرده‌اند.

کمپانی بوش در سال ۲۰۲۲ اعلام کرد که طی تحقیقاتی که انجام داده است، به این نتیجه رسیده که سیستم کنترل پایداری خودرو در ماشین‌های در قاره اروپا توانسته تا جان بیش از ۱۵هزار نفر را از مرگ حتمی در طی ۲۵ سال حضور این سیستم در خودروها، نجات دهد.

آشنایی با سیستم جلوگیری از لغزش خودرو یا ASR

سیستم ASR در خودرو که مخفف عبارت Anti-Slip Regulation هست را گاهی مواقع با نام ASC که مخفف عبارت Anti-Skid Control است، معرفی می‌کنند. این سیستم در سال ۱۹۸۳ و با هدف جلوگیری از لغزش خودرو در شروع حرکت طراحی شد و گفته می‌شود که سیستم ESP و کنترل کشش TCS در واقع توسعه‌یافته سیستم ASR هستند.

در بسیاری از مواقع و خصوصا در زمان حرکت در مسیرهای لغزنده مثل زمین‌های یخی و برفی، محور محرک خودرو به هرزگردی و سرخوردن، تمایل زیادی دارد. در این جا سیستم ASR با سنجش سرعت دورانی چرخ‌های محرک، اگر تشخیص دهد که سرعت دورانی یک چرخ خارج‌ازحد استاندارد از چرخ دیگر بیشتر است، سرعت آنها را متعادل می‌کند تا از سرخوردن و هرزگردی چرخ‌ها جلوگیری کند.

این کار با استفاده از سنسورهای ترمز ضد قفل ABS که در سر چرخ‌ها قرار دارد، انجام می‌شود و جلوگیری از هرزگردی نیز با کمک کاهش قدرت موتور و حتی ترمزگیری در چرخی که سرعت غیرمعمول دارد، رخ خواهد داد. سیستم ASR را می‌توان در مواقعی نیز خاموش کرد و خودروسازان برای این کار یک دکمه روی داشبورد خودرو در نظر گرفته‌اند. چرا که گاهی مواقع لازم است تا چرخ‌های خودرو هرزگردی کنند تا بتوانند از جایی که خودرو گیر کرده، خارج شوند. در این مواقع اگر سیستم ASR جلوی هرزگردی را با ترمزگیری و یا کاهش قدرت موتور بگیرد، خودرو عملا از مهلکه خارج نخواهد شد.

در زمانی که سیستم ASR وارد مدار شده و شروع به کار می‌کند، فعال‌شدن آن با روشن‌شدن چراغ ASR در مجموعه نمایشگر خودرو به راننده اطلاع داده می‌شود. همچنین با خاموش‌کردن این سیستم نیز، چراغ مربوط به خاموشی ASR در پشت آمپر خودرو روشن خواهد شد تا راننده متوجه خاموشی این سیستم شود.

آشنایی با سیستم کنترل کشش یا TCS

اختراع و ابداع سیستم ASR، زمینه ساز معرفی سیستم‌های بعدی شد تا در نهایت به کنترل الکترونیکی پایداری خودرو (ESP) رسید. بعد از ASR، شرکت‌های خودرویی به سمت سیستم کنترل کشش رفتند تا این سیستم جدید نه فقط در مواقع شروع حرکت بلکه در تمام لحظات شتابگیری، کشش تایرها و درگیری آنها را به زمین بررسی کند. این سیستم TCS نام گرفت که مخفف عبارت Traction Control System است. البته باید بدانیم که ASR امروزه بیشتر در خودروهای سنگین دیده می‌شود، در حالی که TCS برای تمام خودروهاست. نکته دیگر اینکه در حالی که یک خودرو دارای سیستم ASR است، می‌تواند سیستم TCS نیز داشته باشد و این در حالی است که می‌توان ASR را زیرمجموعه از TCS بدانیم.

کار کنترل و زیر نظر داشتن سرعت چرخ‌ها در سیستم TCS نیز شبیه به سیستم ASR است. این کار با استفاده از سنسورهای نصب‌شده در هر چرخ که برای ترمز ABS نیز استفاده می‌شوند، صورت می‌گیرد. اگر چرخی سرعت دورانی بیشتری نسبت به دیگر چرخ‌ها پیدا کند که اختلاف این سرعت بیشتر از حد استاندارد باشد، سیستم تشخیص به هرزگردی و ناپایداری چرخ می‌دهد و در نتیجه با ترمزگیری در چرخ‌ها، سرعت آنها را باهم متعادل و برابر می‌کند. این سیستم می‌تواند سرعت دورانی چرخ‌ها را کنترل کرده وآنها را به هم نزدیک کند؛ اما مثل کنترل پایداری قادر نیست زاویه‌های بدنه را در حین ناپایداری تشخیص دهد یا با اعمال ترمز در چرخ‌ها بتواند خودرو را به حالت پایداری برساند. در واقع سیستم TCS فقط هرزگردی چرخ‌ها را زیر نظر دارد. اما نتیجه کار این دو سیستم در شرایطی که چندان بحرانی نباشد، بسیار نزدیک به هم است.

توسعه ASR و TCS تا اختراع ESP

سال ۱۹۹۵ اولین سیستم تجاری‌شده ESP روی مرسدس‌بنز S600 معرفی شد. البته در این سال، بی ام و و تویوتا نیز در حال معرفی تکنولوژی کنترل پایداری خودرو خود بودند. این سامانه جزو دسته سیستم‌های ایمنی فعال خودرو محسوب می‌شود که در تمام اوقات در حال پایش رفتار خودرو است تا در موقع لزوم، وارد مدار شود. البته در بسیاری از خودروها می‌توان این سیستم را خاموش کرد اما در بسیاری از خودروها نیز، حتی با خاموشی دستی ESP، باز هم این سامانه کاملا از مدار خاموش نمی‌شود و در مواقع بحرانی وارد عمل خواهد شد.

به این ترتیب سیستم ESP ابداع و کم‌کم از سال ۲۰۱۱ روی خودروهای فروخته‌شده در منطقه اتحادیه اروپا، نصب شد. تا اینکه از سال ۲۰۱۴ نصب آن به صورت اجباری درآمد تا تمام خودروهایی که در این منطقه فروخته می‌شدند، به کنترل پایداری خودرو مجهز باشند.

اجزای سیستم ESP

سیستم ESP (کنترل الکترونیکی پایداری خودرو) از قسمت‌های مختلفی تشکیل شده است که شامل اجزای مربوط به ترمزگیری چرخ‌ها، کنترل قدرت موتور، سنسورها، سیم‌کشی و واحد پردازش و… می‌شود.

• سنسورهای سرعت در چرخ‌ها که برای سیستم ABS نیز کاربرد دارد، سرعت دورانی هر چرخ را به واحد پردازش ارسال می‌کند. تفاوت فاحش در سرعت چرخش چرخ‌ها به معنی شروع ناپایداری خودرو است.
• میزان زاویه‌گیری فرمان خودرو نیز باید با وضعیت خودرو و سرعت چرخ‌ها متناسب باشد. سنسور قرارگرفته در فرمان این وظیفه را برعهده دارد.

• واحد پردازش، وظیفه دارد تا اطلاعاتی را که از سنسورهای مختلف و همچنین شتاب‌گیری و سرعت خودرو دریافت می‌کند، تحلیل کند تا در صورتی که خودرو در شرایط بحرانی قرار گرفت، سریعا برای پایداری آن اقدام کند.
• کامپیوتر و پردازنده ESP می‌تواند از واحد کنترل موتور بخواهد تا در زمان نیاز، قدرت و گشتاور تولیدی را با یک سری محدودیت‌ها مثل بستن دریچه گاز خودرو، تغییر در جرقه‌زنی و پاشش انژکتورها، کنترل و محدود کند.
• از دیگر بخش‌های مرتبط با سیستم ESP، ترمزها هستند. ترمزهای چرخ‌ها نقش بسیار پررنگی در سیستم کنترل پایداری خودرو دارند. چرا که با ترمزگیری در چرخ‌ها، خودرو به حالت پایداری خودش نزدیک می‌شود. این ترمزگیری می‌تواند در هر چرخ متفاوت از چرخ دیگری باشد.

نحوه عملکرد سیستم ESP

سیستم ESP برای کنترل خودرو از سنسورهای مختلفی که دارد کمک می‌گیرد تا با ترمزگیری و کنترل قدرت موتور، بتواند خودرو را به حالت پایدار برساند. برای این منظور سنسورهای قرار گرفته در سر چرخ‌ها که برای سیستم ABS بوده و در سیستم‌های دیگری مثل کنترل کشش TCS یا کنترل لغزش ASR نیز استفاده می‌شوند، سرعت دورانی هر چرخ را به طور لحظه‌ای به واحد پردازش ارسال می‌کنند. از دیگر اطلاعاتی که برای سیستم ESP نیاز است، مقدار زاویه‌گرفتن و پیچش فرمان خودرو است. یعنی باید مقدار چرخش فرمان نیز مشخص باشد تا با وضعیت خودرو مطابقت داده شده تا اگر خودرو در وضعیت اسپین شدن و دور زدن به دور خود هست، به عنوان شروع ناپایداری تشخیص داده شود.

از دیگر سنسورهایی که در سامانه ESP خودرو وجود دارد، سنسورهای تشخیص وضعیت دو محور Roll و Yaw است که البته سنسور محور Yaw اهمیت بیشتری دارد. این سنسور تشخیص می‌دهد که خودرو در حال دور زدن به دور خود یا همان اسپین شدن است. این همان حالتی است که اصطلاحا در بین عموم مردم گفته می‌شود که عقب خودرو لیز خورده و در رفته است.

حالا وقتی که ESP تشخیص به شروع ناپایداری می‌دهد، وارد عمل شده و با دستور ترمزگیری در چرخ‌ها، به کنترل خودرو توسط راننده کمک می‌کند. برای این کار، ترمز هر چرخ می‌تواند به مقدار خاصی عمل کند تا چرخ که سرعت بیشتری پیدا کرده و در حالت ناپایداری است، کند شده و خودرو دوباره به پایداری برسد. مثلا فرض کنیم خودرو از سمت راننده و از عقب در حال دور زدن به دور خود است. اگر ترمز این سمت عمل کند، دوباره خودرو به حالت مستقیم خود می‌تواند برگردد.

از دیگر اقداماتی که ESP می‌تواند انجام دهد و در برخی از خودروها دیده می‌شود، کنترل قدرت و گشتاور تولیدی موتور است. این کار نیز باعث می‌شود تا اگر چرخ‌ها در حالت هرزگردی هستند که از عوامل اصلی ناپایداری در خودرو است، از سرعت آنها کم شده تا به حالت پایدار برسند. کار کنترل قدرت و گشتاور موتور نیز با کنترل دریچه گاز موتور و تغییر در پاشش سوخت انژکتورها و حتی جرقه‌زنی شمع‌ها انجام می‌شود. البته همان طور که گفته شد، این مرحله از کار سیستم ESP در برخی از خودروهاست.

مزایا و معایب ESP

هر تکنولوژی خودرویی می‌تواند مزایا و معایبی داشته باشد. البته وقتی هدف با ارزشی مثل حفظ سلامت و جان انسان‌ها در میان باشد، معمولا می‌توان از معایب آن گذشت و این همان واقعیتی است که در تمام تکنولوژی‌های خودرویی می‌توان دید.

مزایای ESP

• سیستم ESP با کمکی که به پایداری خودرو می‌کند، نقش بسیار مهمی در کاهش تصادفات خودرویی مثل انحراف از مسیر و چپ کردن خودرو دارد.
• سیستم ESP در شرایط خاص مثل لغزنده بودن جاده، کمک زیادی به مهار و کنترل خودرو می‌کند.
• کنترل پایداری برای افرادی که در رانندگی مبتدی هستند، می‌تواند بسیار مفید باشد.
• وقتی ESP می‌تواند از احتمال و شدت تصادفات بکاهد، هزینه‌های ناشی از تصادفات را نیز به شدت کاهش خواهد داد.
• وجود سیستم کنترل پایداری خودرو می‌تواند باعث افزایش اطمینان خاطر راننده و سرنشینان شود.

معایب کنترل پایداری خودرو

• این سیستم از جمله پیچیده ترین سیستم های ایمنی است که همین پیچیدگی، می تواند باعث دردسرهایی آن در زمان خرابی باشد.
• وجود سیستم ESP باعث افزایش قیمت تمام‌شده خودرو می‌شود.
• برای تعمیر این سیستم نیاز به مهارت خاصی است که در همه جا وجود ندارد.
• وجود سیستم ESP باعث کاهش لذت رانندگی برای افراد می‌شود.

فعال و غیرفعال کردن ESP

در بسیاری از خودروها امکان غیرفعال‌کردن سیستم ESP نیز وجود دارد که با زدن یک دکمه روی داشبرد یا کنسول میانی یا فردا انجام می‌شود.

با این حال این امکان در برخی از خودروها به‌سادگی و با زدن یک دکمه برای غیرفعالسازی ESP ممکن نیست تا راننده نتواند به راحتی خود و خودرو را در معرض چالش‌ها قرار دهد. با خاموش کردن ESP، امکان به چالش کشیدن خودرو وجود خواهد داشت و این برای افرادی که می‌خواهند از رانندگی لذت بیشتری ببرند، وجود دارد. با این حال در برخی از خودروها حتی با خاموشی ESP، این سیستم کاملا از مدار کاری خارج نمی‌شود و اصطلاحا به صورت زیرچشمی و مویرگی هنوز در حال زیرنظر داشتن رفتار راننده و خودرو است تا در آخرین لحظات و بحرانی‌ترین شرایط، وارد عمل شده و به راننده در کنترل خودرو کمک کند.

نکته مهمی که در خصوص عملکرد این سیستم وجود دارد این است که هر خودروسازی یک سری تنظیمات برای این سیستم روی محصول خود پیاده می‌کند و با توجه به همین موارد، عملکرد ESP هر خودرو می‌تواند متفاوت از خودرو دیگر باشد. به این معنی که کیفیت کاری ESP در هر خودرویی منحصربه‌فرد است که به توانایی‌ها و تکنولوژی ساخت آن بستگی خواهد داشت. البته این تفاوت‌ها در لحظات بسیار بحرانی خود را نشان می‌دهند که معمولا سیستم ESP در بسیاری از مواقع اجازه رسیدن به آن شرایط را نمی‌دهد.

تفاوت‌ها و شباهت‌های کنترل پایداری ESP با کنترل کشش TCS

• هر دو سیستم جزو سیستم‌های ایمنی فعال خودرو هستند.
• هر دو سیستم ESP و TCS را می‌توان در زمان نیاز، خاموش کرده و از مدار خارج کرد.
• سیستم‌های ESP و TCS با استفاده از سنسورهای نصب‌شده در سر چرخ‌ها که برای ترمز ABS نیز هستند، کار می‌کنند.
• شباهت کاری ESP و TCS بسیار زیاد است. هر دو سیستم با استفاده از سنجش سرعت دورانی چرخ‌ها و مقایسه آنها با هم، تشخیص می‌دهند که خودرو در حال رفتن به سمت ناپایداری و هرزگردی تایرهاست.
• سیستم ESP در واقع تکامل یافته سیستم TCS است. چرا که ESP می‌تواند علاوه بر مقایسه سرعت سنجش چرخ‌ها، زاویه گرفتن بدنه در دو محور yaw و roll را نیز بررسی کند.
• هم سیستم ESP و هم TCS می‌توانند با استفاده از ترمزگیری در چرخ‌ها به پایداری دوباره خودرو کمک کنند.
• در بعضی از خودروها، سیستم ESP می‌تواند با محدودکردن قدرت و گشتاور تولیدی در موتور با استفاده از کنترل دریچه گاز و حتی پاشش و جرقه زنی سیلندرها، به پایداری دوباره خودرو کمک کنند.
• سیستم ESP حتی می‌تواند مقدار چرخش فرمان و مقدار زاویه yaw و حتی roll خودرو را بررسی کند تا تشخیص دهد که خودرو در مسیر درست خود قرار دارد و یا در حال انحراف و چرخیدن و دور زدن به دور خود یا همان اصطلاحا اسپین شدن است.

اجباری شدن ESP در ایران

از اواخر سال ۱۴۰۲ نصب سیستم ESP در کشورمان به همراه چندین استاندارد اجباری دیگر برای تمام خودروهای سواری و تجاری اجباری شده است. هرچند که خودروسازان در ابتدا با این اجباری شدن مخالفت کردند و در نهایت مهلت‌هایی برای نصب این سیستم گرفتند، اما در نهایت، برای پلاک شدن خودروهای تولیدی جدید، مجبور به اجرای این قانون شده‌اند. از دیگر موارد اجباری برای پلاک شدن خودروهای جدید در کنار نصب سیستم ESP، وجود ترمز هوشمند اضطراری، نمایش فشار باد تایرها، رادار خط خوان، چراغ روشنایی روز، چراغ اتوماتیک، نشانگر تعویض دنده، حمایت از عابر پیاده و استاندارد استحکام کابین است که بسته به گروه خودرو و کاربری آن، متفاوت خواهد بود.

نتیجه‌گیری

تمام سیستم‌های امنیتی خودرو که این روزها در خودروهای مختلف می‌بینیم برای افزایش ایمنی خودرو و حفظ پایداری خودرو در شرایط بحرانی روی کار آمده‌اند. می‌توان گفت که یکی از مهم‌ترین و موثرترین سیستم‌های خودرویی که در افزایش پایداری و فرمان‌پذیری خودرو نقش دارد، سیستم ESP است که تا حد زیادی می‌تواند از انحراف ناگهانی خودرو جلوگیری کند و حتی در صورت ناپایداری و انحراف خودرو، از شدت حادثه بکاهد. اما باید بدانیم که تمام این سیستم‌ها فقط به صورت کمکی هستند و نمی‌توانند به طور کامل و صددرصد از حادثه مثل چپ شدن یا خارج شدن خودرو از مسیر جلوگیری کنند. هر خودرویی اگر به مرحله‌ای از ناپایداری برسد که عملاً از محدوده واقعیت‌های فیزیکی خودرو خارج شود، پایداری آن غیرممکن خواهد بود. اما ESP تا حد زیادی با استفاده از ترمزگیری و حتی کاهش قدرت موتور، می‌تواند به پایداری دوباره خودرو کمک کند. این سیستم را امروزه می‌توان در هر خودرویی از سبک تا سنگین مشاهده کرد.

نویسنده: علیرضا داودی

سوالات متداول

• آیا سیستم ESP می‌تواند خودرو را در هر حالتی به جاده بازگرداند؟

این سیستم کمک زیادی به کنترل خودرو و کاهش آسیب های ناشی از تصادف می کند اما اینکه بتواند در هر حالتی، خودرو را به مسیر خود برگرداند، این‌گونه نیست.

• مهم‌ترین تفاوت سیستم ESP و TCS در چیست؟

سیستم ESP اختیارات و توانایی‌های بیشتری دارد که باعث می‌شود تا خودرو را بیشتر کنترل کند. مثلاً سیستم ESP می‌تواند زاویه فرمان گیری خودرو، پیچش‌های خودرو تحت دو محور عمودی و طولی خودرو را نیز بسنجد و در صورت نیاز به راننده در کنترل خودرو کمک کند. اما سیستم TCS فقط بر اساس تغییر و تفاوت در سرعت چرخش تایرها عمل می‌کند.

• آیا سیستم ESP در قدرت موتور نیز دخالت دارد؟

سیستم ESP مثل سیستم کنترل کشش می‌تواند در زمانی که نیاز است با کنترل قدرت موتور مثل تغییر در پاشش سوخت و یا بستن دریچه گاز، دخالت کند تا خودرو سریع‌تر و راحت‌تر دوباره به کنترل راننده در آید.

• سیستم کنترل پایداری ESP اختراع چه شرکتی است؟

شرکت‌های مختلفی از جمله مرسدس‌بنز، تویوتا و ب‌ام‌و به طور هم زمان روی این سیستم کار کرده‌اند اما گفته می‌شود که مرسدس‌بنز S600 اتاق W140 اولین خودرویی است که به طور رسمی به این تکنولوژی مجهز شده است.