سیستم ABS چیست؟
بسیاری پیشرفتها در صنعت خودروسازی بر اساس نیازهایی که به مرور حین رانندگی احساس میشد به وجود آمد. برای مثال وقتی رانندگی با سرعتهای بالا امکان پذیر شد، خودروها نیاز به سیستمهای پیشرفتهتر ترمز پیدا کردند. چرا که کنترل اتومبیل در زمان ترمزگیری در سرعتهای بالا به راحتی از اختیار راننده خارج و منجر به تصادفهای سهمگین میشد، یا زمان رانندگی در جادههای لغزنده، یخزده و باران خورده، کنترل خودرو و رانندگی بیخطر امری غیر ممکن بود. معمولا در این مواقع یا زمان ترمزگیریهای شدید، چرخهای خودرو روی جاده قفل و در نتیجه حرکت آن به شکلی غیر قابل کنترل و با حالت کشیده شدن روی زمین ادامه پیدا میکرد که خطراتی را در پی داشت.
خب باید سیستمی به وجود میآمد که مانع این مشکل شود. طراحان و مهندسان شرکتهای اتومبیلسازی آستینها را بالا زدند تا اینکه بالاخره ترمز کنترل لغزش چرخها یا ترمز ضد قفل (ABS) به عرصه این صنعت راه پیدا کرد. حالا میتوان گفت که تقریبا تمام خودروهای روز دنیا به ترمز ABS مجهز شدهاند، البته هنوز در تولیدات داخلی کشور ما از این سیستم به عنوان یک آپشن یاد میشود. اگر میخواهید درباره ترمز ضدقفل بیشتر بدانید با ما همراه باشید.
ترمز ضد قفل (ABS) چیست و چه قابلیتی دارد؟
این سیستم که در واقع مانع از قفل ماندن چرخها پس از ترمزگیری میشود یک سیستم ترمز پیشرفته است و به راننده این امکان را میدهد که در عین فشار شدید پدال ترمز، کنترل خودرو را به راحتی در دست داشته باشد. خطری که همواره در رانندگی احساس میشد، قفل شدن چرخها هنگام ترمزگیریهای شدید و همچنین در شرایط لغزندگی جاده بود. در این زمانها، عموما چرخهای قفل شده، روی سطح جاده کشیده میشدند و در حقیقت مسافت ترمز بیش از پیش میبود. بنابراین فرمانپذیری اتومبیلها تا حد زیادی کاهش مییافت و فرمان خودرو قادر به کنترل جهت حرکت اتومبیل نبود. اتفاق معمول در این مواقع، منحرف شدن خودرو از مسیر حرکت و بالا رفتن خطر تصادفها بود. حتی شرایط بدتر از این نیز ممکن بود. قفل شدن چرخهای عقب انحراف کامل خودرو به خصوص در سطوح ناهموار و سراشیبیها را به دنبال داشت.
در گذشته، رانندگان برای جلوگیری از این اتفاق و خطرهای به دنبالش، از روش ترمزگیری تناوبی در شرایط مشابه کمک میگرفتند. یعنی سعی میکردند چند بار پای خود را روی پدال فشار دهند و رها کنند تا به اصطلاح چرخها قفل نکنند. اما امروزه سیستم ترمز ضد قفل این خطر را تقریبا به صفر رسانده است. سیستمی که اثر مشابه ترمز گرفتن تناوبی بر روی پروسه ترمزگیری در جادههای لغزنده و ترمزگیریهای شدید و ناگهانی میگذارد. بنابراین دو کارایی مهم و اصلی ترمز ABS عبارتتد از:
– توقف راحتتر و سریعتر خودرو
– امکان هدایت خودرو در ترمزگیری در شرایط خاص
ترمز ABS امروزه در بیشتر خودروهای تولیدی در جهان دیده میشود و در بسیاری کشورها از شرایط اصلی تستهای تصادف جادهای است که خودروها باید از آن برخوردار باشند. یعنی کارخانههای معظم اتومبیلسازی میدانند برای اینکه محصولاتشان ستارههای ایمنی را دریافت کند، باید ترمز ABS در آنها وجود داشته باشد. این سیستم به ایمنی بیشتر راننده و سرنشینان و کاهش تصادفهای جادهای کمک شایانی میکند. هرچند نمیتوان تاثیر آن را صد در صد دانست.
اجزای سیستم ترمز ABS
ترمز ضد قفل یا همان ترمز ABS یک سیستم کمکی در کنار ترمزهای اصلی خودرو محسوب میشود و در بین تجهیزات ایمنی خودرو قرار میگیرد. این سیستم اجزای مختص خود را دارد. یعنی میتوان به شکل مجزا به معرفی این اجزا پرداخت. این اجزا عبارتند از؛
۱. سنسورهای سرعت
ترمز ضد قفل باید زمانی شروع به فعالیت کند که خطر و احتمال قفل شدن ترمزها وجود داشته باشد. بنابراین باید اطلاعات کافی و درست و دقیق از شرایط چرخها و حرکتشان و وضعیت ترمزها داشته باشند. سیستم ترمز ABS این اطلاعات را از طریق حسگرهای سرعت دریافت میکند. حسگرها دائما دور چرخها و سرعت حرکت آنها را بررسی کرده و در مواقع کاهش سرعت، اطلاعات لازم را به واحد پردازش سیستم ارسال میکنند. محل قرارگیری این سنسورها در اتومبیلهای مختلف متفاوت است. سنسورهای سرعت سیستم ABS گاهی در هر چهار چرخ و گاهی در دیفرانسیل نصب می شوند.
۲. کنترل کننده
تنظیم عملکرد سوپاپها و پمپها که با تجزیه اطلاعات دریافتی از حسگرها ممکن میشود به عهده بخش کنترل کننده ABS است. وظیفه این واحد کنترلکننده که از نوع هیدرولیکی است در موارد زیر خلاصه میشود؛
– تنظیم عملکرد سیستم از طریق کنترل اطلاعات حسگرها و پردازش آنها
– کنترل وضعیت دیگر اجزای سیستم ABS و فعالیت آنها در زمان فعال بودن سیستم
– کمک به پیدا کردن مشکلات و نواقص فنی هنگام سرویسهای دورهای و در تعمیرگاه
بخش کنترل کننده سیستم خود به دو قسمت کوچکتر تقسیم میشود که عبارتند از:
-
واحد کنترل الکترونیکی (ECU)
ECU موظف به بررسی سرعت چرخها به صورت مداوم است. یعنی پردازش اطلاعات دریافتی از حسگرها را انجام میدهد. از این طریق زمان کاهش سرعت چرخها و زمینه لغزش آنها را تشخیص داده و شرایط سوپاپهای ترمز را متناسب با وضعیت چرخها تنظیم کرده و همچنین فشار روغن ترمز را برای ترمزگیری بهتر تنظیم میکند. این واحد وظیفه خود را تا پایان شرایطی که احتمال لغزش وجود داشته باشد ادامه میدهد. همچنین گزارش نقص و خرابی سیستم نیز برعهده ECU است.
-
واحد کنترل هیدرولیکی (HCU)
این بخش از کنترل کننده سیستم ABS در محفظه موتور تعبیه میشود و وضعیت روغن موتور را در مدارهای هیدرولیکی (لولههای ترمز) چرخها کنترل میکند. HCU ضمن کنترل فشار روغن در این مدارها در شرایط عادی ترمزگیری، نیروی آنها را از طریق سوپاپها در زمانهای فعال شدن ABS تنظیم میکند. در واقع این واحد اطلاعات دریافتی و پردازش شده را از ECU دریافت و در سوپاپها پیاده مینماید.
۳. سوپاپها یا الکترو موتور پمپها
سیستم ترمز خودرو لولههایی موسوم به لوله ترمز یا کانالهای ترمز دارد که برای هر چرخ به صورت مجزا تعبیه میشود. درون این لولهها، سوپاپهایی مربوط به ترمز ABS قرار دارد. این سوپاپها یا الکترو موتور پمپها خود از اجزای HCU یا واحد کنترل هیدرولیکی محسوب میشوند. در واقع این HCU است که دستور قرار گرفتن در حالتهای مناسب برای کنترل فشار روغن و در نتیجه ترمزگیری بهتر را به سوپاپها میدهد. سوپاپها با قرار گرفتن در وضعیت مناسبی که HCU به آنها دیکته میکند فشار روغن را در مواقع ترمزگیری شدید یا مواردی که احتمال لغزش چرخها وجود دارد به صورت ثابت نگه میدارند و از این طریق ترمزگیری را تصحیح میکنند. سوپاپهای ABS به دو دسته خروجی و ورودی تقسیم میشوند. همچنین این سوپاپها دارای سه حالت عملکردی هستند.
-
نگهداری و فشار
حالتی که سوپاپ ارتباط بین سیلندر اصلی و لوله ترمز را میبندد و زمانی که راننده پدال ترمز را تا انتها فشار داده، از وارد آمدن نیروی ناگهانی و بیش از حد روغن هیدرولیکی به ترمزها جلوگیری میکند. در این حالت ECU احتمال لغزش چرخها را تشخیص داد و منجر میشود که HCU تمام سوپاپهای ورودی و خروجی روغن را بسته نگه دارد تا امکان ثابت نگه داشتن کنترل روغن هیدرولیکی و انجام فرایند ترمزگیری به صورت عادی اتفاق افتد.
-
اعمال فشار
حالتی که سوپاپ نقش دافع فشار بیش از حد را بازی و ترمزها را کنترل میکند. این حالت زمانی فعال میشود که با وجود بسته بودن سوپاپها، ECU تشخیص دهد که همچنان احتمال لغزش وجود دارد، در این زمان عمل دفع و کنترل همزمان اتفاق میافتد. سوپاپهای ورودی همچنان بسته اما سوپاپهای خروجی باز میشوند و فشار مازاد و روغن هیدرولیکی موجود ناشی از آن را در بخش ذخیره سازی HCU جمع میکنند.
-
رهاسازی فشار
حالتی که سوپاپ باز است. در این حالت فشار روغن مستقیما از سیلندر اصلی به ترمز میرسد. این حالت زمانی اتفاق میافتد که ECU احتمال لغزش را کمتر ببیند. در این صورت فشار روغن هیدرولیکی ذخیره شده را که از طریق پمپ اصلی به مدار بازگشته به سمت چرخهایی که به این فشار نیاز دارند هدایت میکند. در این حالت سوپاپهای ورودی باز و سوپاپهای خروجی بسته میشوند.
این سه حالت به صورت پیوسته و پشت هم اتفاق میافتند و عملکرد سیستم ABS را در کنار هم تکمیل میکنند. سرعت انجام آنها بسیار زیاد است و روند آنها تنها به صورت ضرباتی هنگام ترمزگیری احساس میشود.
۴. پمپ یا شیرهای برقی (سلونوئید)
نقش بازگرداننده نیرویی که توسط سوپاپ کاهش یافته را دارد. از آنجا که سوپاپها هریک به طریقی فشار را کم میکنند پمپ مجدد این فشار از دست رفته را به سیستم بازمیگرداند. پمپها نیز از زیرمجموعههای واحد کنترل هیدرولیک محسوب میشوند و در حین فعالیت خود، مقدار روغن خروجی را نیز تنظیم میکنند. اساس کار آنها الکترومغناطیس است. میدان الکترومغناطیس لازم برای کار آنها نیز با عبور جریان برق از سیملولههای اطرافشان ایجاد میشود.
۵. اکولوماتورها
این بخش محل ذخیره روغن (سیال) مازاد تحت فشار ترمز، به کنترل فشار آن کمک میکند. این روغن هیدرولیکی در مرحله پایانی فعالیت ABS توسط پمپها به سیلندر اصلی بازگردانده میشود. خودروهایی که در جلو و عقب سیستم ترمز جداگانه دارند برای هر سیستم یک مخزن ذخیره در نظر گرفتهاند.
۶. تقسیم دینامیکی عقب
زمانی که ترمزگیری شدید و ناگهانی صورت میگیرد وزن خودرو ناخواسته به سمت جلو سنگینی میکند، این مساله ضمن برهم زدن تعادل وزنی، قدرت ترمزگیری چرخهای عقب را کمتر و در نتیجه احتمال انحراف شدید خودرو را بیشتر میکند. در این زمان سیستم دینامیکی عقب، از سوپاپهای ورودی و خروجی ABS کمک گرفته و فشار ترمزگیری چرخهای عقب را با چرخهای جلو متناسب میسازد.
نحوه کار ترمز ABS
ترمزهای ABS امروزه از سیستمهای مختلف و پیچیدهای تشکیل میشوند. برندهای معظم خودروساز هر یک سیستم ABS خود را دارند و تکنولوژیها اختصاصیشان را در آنها پیاده میکنند. اما سادهترین نوع ABS همانطور که گفته شد با کنترل مداوم سرعت چرخها از طریق حسگرها فعالیت خود را آغاز میکند. در شرایط معمول جادهها، هنگام ترمزگیری ۵ ثانیه زمان لازم است که یک خودرو از سرعت ۱۰۰ کیلومتر در ساعت به صفر برسد این فرایند با کاهش تدریجی دور چرخها صورت میگیرد.
اما در حالت لغزنده و ترمزگیری شدید در فاصله یک ثانیه چرخها قفل شده و از حرکت میایستند و این منجر به کشیده شدن خودرو روی جاده میشود. یعنی به جای ۵ ثانیه، زمان خیلی بیشتری طول میکشد تا اتومبیل به طور کامل متوقف شود. ABS در این زمان عملی شبیه به ترمزگیری تناوبی را با سرعت خیلی بالا پیادهسازی میکند. به این ترتیب که فشار روغن را در مسیر لولههای ترمز به کرات کنترل و رها میکند تا کاهش دور و شتاب چرخها به تدریج اتفاق افتد. این کاهش تدریجی در هر بار آزادسازی فشار به صورت یکسان اتفاق میافتد، بنابراین کاهش سرعت خودرو نیز به صورت ثابت انجام میشود. این دو به این معنا است که روند کاهش دور چرخها با روند کاهش سرعت خودرو به صورت متناسب انجام میشود. ABS همچنین دور چرخها را با یکدیگر متناسب کرده و از چرخیدن سریعتر یکی نسبت به دیگری در مواقعی که نیاز نباشد جلوگیری میکند. همانطور که گفته شد این سادهترین اصول کارکرد سیستم ABS است و امروزه این سیستم در اتومبیلهای مدرن، پیچیدهتر شده است.
انواع مختلف سیستم ABS
همانطور که گفتیم امروزه تکنولوژیها و الگوریتمهای متفاوتی برای ساخت انواع سیستم ABS وجود دارد. عوامل مختلفی نیز در سطح کیفیت عملکرد آنها تاثیر دارند. از دقت واحد کنترل و سرعت پردازش و واکنش آن تا حساسیت حسگرها، همه عوامل تعیین کننده در کیفیت عملکرد سیستم ABS در یک خودرو هستند. اما به طور کلی انواع ABS معمولا به غیر از نوع پردازنده و واحد کنترل، در تعداد سوپاپها و سنسورها هم متفاوت هستند. انواع آنها را از این نظر بررسی میکنیم.
-
چهار کاناله با چهار سنسور (چهار گانه)
در این نوع سیستم هر چرخ سنسور و سوپاپ خود را به صورت مستقل دارد. این سیستم که دقیقترین حالت ABS و بهترین عملکرد آن را به نمایش میگذارد سرعت هر چرخ را به صورت جداگانه توسط حسگرها بررسی و به ECU گزارش میکند. در نتیجه زمان عملکرد ABS سرعت هر چرخ به صورت مجزا و بنا بر نیاز خودرو تنظیم شده و متناسب با شرایط کاهش مییابد. عنوان ایمنترین سیستم ABS را باید به همین مدل چهار کاناله با چهار سنسور داد.
-
سه کاناله با سه سنسور (سه گانه)
در این نوع، سوپاپها و کانالها به همراه سنسورها برای چرخهای جلو به صورت مجزا تعبیه میشوند، اما برای چرخهای عقب یک سری کانال و سوپاپ و حسگر در نظر گرفته میشود که روی اکسل عقب قرار دارند و روی هر دو چرخ عقب به صورت مشترک فعال هستند. این سیستم که نسبت به سیستم چهارگانه دقت و حساسیت کمتری دارد سرعت چرخهای جلو را به صورت مجزا و سرعت چرخهای عقب را به همراه هم تنظیم میکند. بنابراین امکان قفل شدن یکی از چرخهای عقب در هنگام ترمزگیریهای شدید وجود دارد.
-
یک کاناله با یک سنسور (تک کاناله)
