مقدمه
متوقف ساختن خودرو مهم تر از به حرکت در آوردن آن است .
خودرویی که روشن نشود ممکن است راننده اش را خشمگین سازد ولی وقتی براه افتاد و در مسیر عبور و مرور قرار گرفت ، اگر ترمز آن معیوب بوده و یا راننده نتواند بدرستی از ترمز آن استفاده نماید ، چه بسا ممکن است بصورت دام مرگ درآید ..
ترمز ناگهانی و قفل شدن چرخها مهمترین خطریست که خودرو را تهدید مینماید .
قفل شدن چرخها از دو جهت برای خودرو خطرناک است ، این وضعیت در بسیاری از مواقع فاصله ترمزگیری را افزایش داده و مهمتر از آن کنترل فرمان چرخها نیز از اختیار خارج می شود ، خصوصاً در جاده های خیس و برفی یا یخ زده که خطر قفل شدن چرخها بیشتر وجود دارد ، نیاز به سیستمی که بتواند ترمز چرخها را کنترل کرده و از لیز خوردن چرخها جلوگیری نماید ، بیش از پیش احساس می شود .
تاریخچه سیستم ABS
در ابتدای دهه 1970 کمپانی دایملر بنز ، گروهی از مهندسین و کارشناسان خود را مامور بررسی و آزمایش سیستمی نمود که از سال 1959 پیشنهاد گردیده و بطور قطعی بر روی آن کار شده بود .
گروه مهندسی دایملر بنز برای پیشبرد کار خود با کمپانی تلدیکس وارد عمل شد و مدتها بر روی آن کار شد اما نتیجه مطلوبی نداد و گروه مهندسی مجبور گشتند قرارداد خود را با کمپانی فوق لغو کرده و یک قرارداد جدید با کمپانی بوش ببندند .
این گروه پس از ماهها فعالیت موفق گردیدند سیستم ضد بلوکه ترمز (ABS) را در اواسط دهه هفتاد عرضه کنند .
بدین ترتیب کمپانی دایملر بنز اولین کمپانی بود که توانست این سیستم را به صورت گسترده در خودروهای خود بکار گیرد.
کمپانیهای بی‌ام و و تویوتا در ادامه ، فعالیت خود را در این زمینه آغاز کردند .
از اواسط دهه هشتاد تعداد بیشتری از کمپانی های سازنده شروع به نصب سیستم ضد بلوکه ترمز نمودند ، مثل کمپانیهای پژو ، رنو ، سیتروئن ، لانچیا و خصوصاً هوندا که موفق گردید سیستو ضد بلوکه پیشرفته‌تری نسبت به سایر کمپانیها به روی خودروهایش نصب نماید.
سیستمهای اولیه ABS فقط چرخهای عقب را کنترل می کردند ، با این هدف که پایداری خودرو در هنگام عمل ترمزگیری بر روی سطوح لغزنده حفظ شده و خودرو ثبات بیشتری داشته باشد .
به تدریج این سیستم پیشرفته‌تر شد به شکلی که در دهه هشتاد سیستمهای ABS که ترمز چهار چرخ را کنترل میکردند بر روی خودروها نصب گردید.
سیستم ABS امروزه در اکثر تولیدات کمپانیهای بزرگ خودروساز بصورت استاندارد بر روی خودروهای شخصی و کامیونهای سبک نصب می شود و یا در برخی از خودروها بصورت انتخاب برای مشتری قرار داده می شود .
سیستم ABS چیست ؟
ترمزهای معمولی با ایجاد این دو نوع مقاومت باعث توقف و یا کاهش سرعت خودرو می شوند .
یک مقاومت ناشی از اصطکاک بین صفحات لنت و دیسک (و یا لنت های کفشکی و کاسه چرخ) و مقاومت دیگر ناشی از اصطکاک بین تایرهای خودرو و سطح جاده می باشد .
عمل ترمزگیری در صورتی با ثبات و کنترل شده انجام می شود که رابطه زیر بین مقاومت ایجاد شده توسط سیستم ترمز و مقاومت ایجاد شده توسط تایرها و سطح جاده برقرار باشد :
مقاومت بین سطح جاده و تایرها < مقاومت="" سیستم="">
با این وصف اگر رابطه قبل عکس شود ، چرخها قفل شده و خودرو شروع به سرخوردن می کند :
نیروی اصطکاک بین تایرها و سطح جاده > مقاومت سیستم ترمز
در نتیجه اگر چرخهای جلوی خودرو قفل شوند ، کنترل فرمان خودرو از دست خارج می شود ، و اگر چرخهای عقب قفل شوند ، باعث می شود که خودرو روی جاده سر خورده و دور خود بچرخد .
سیستم ABS ، فشار هیدرولیکی را که به سیلندر چرخها وارد می شود به گونه ای کنترل می کند که از قفل شدن چرخها در روی جاده های لغزنده و یا هنگام ترمزهای شدید جلوگیری شود .
همچنین پایداری کنترل فرمان خودرو هنگام ترمز گرفتن حفظ شود .
در یک سیستم ترمز معمولی (بدون سیستم ABS) اگر عمل ترمز گیری در یک جاده لغزنده صورت گیرد ، راننده برای جلوگیری از عدم کنترل خودرو ، می بایست به صوورت تلمبه زدن (فشار دادن و رها کردن متناوب پدال ترمز) پدال ترمز را فشار دهد تا خودرو متوقف شود .
در خودروهایی که مجهز به سیستم ABS هستند این عمل به طور اتوماتیک انجام می شود ، با این تفاوت که کنترل ترمز در این حالت بسیار دقیقتر و صحیح تر می باشد .
اصول کارکرد سیستم ABS
وقتی که یک خودرو با سرعت ثابت حرکت می کند ، سرعت حرکت خودرو با سرعت چرخهای آن متناسب است ، به عبارت دیگر لغزش تایرها وجود ندارد .
اما وقتی راننده به منظور کم کردن سرعت خودرو ، بر روی پدال ترمز فشار می آورد ، سرعت چرخها به تدریج کم شده و تناسب چرخها با بدنه خودرو نیز از بین می رود ، باید توجه داشت که بدنه خودرو به سبب نیروی اینرسی تمایل به حرکت دارد ، در این حالت یک لغزش کوچک بین چرخها و سطح جاده ایجاد می شود .
اختلاف بین سرعت بدنه خودرو و سرعت چرخها توسط نرخ لغزش شناخته می شود .
نرخ لغزش توسط عبارت زیر محاسبه می گردد :
100% =
سرعت چرخ سرعت خودرو
= نرخ لغزش
سرعت خودرو
نرخ لغزش حالتی را نشان می دهد که چرخ به طور آزاد حرکت کرده و با هیچ نوع مقاومتی مواجه نیست .
همچنین نرخ لغزش 100% نیز مبین است که چرخ کاملاً قفل شده است و تایر کاملا بر روی جاده می لغزد .
وقتی اختلاف بین سرعت چرخ و سرعت خودرو زیاد می شود ، لغزش بین تایر و سطح جاده زیاد شده و این خود باعث ایجاد اصطکاک شده که نیروی ترمزی را تولید می کند و نهایتاً سرعت خودرو کم می شود .
ارتباط بین نیروی ترمزی و نرخ لغزش در نمودار زیر نشان داده شده است .
نیروی ترمزی ضرور تا با نرخ لغزش همیشه مرتبط نیست ، اما بیشترین مقدار نیروی ترمزی اتفاق می افتد که نرخ لغزش بین 10% تا 30% شود و نیروی ترمزی در نرخ لغزش بالاتر از 30% به تدریج کاهش می یابد ، بنابرایی به منظور در اختیار داشتن ماکزیمم نیروی ترمزی در تمام مواقع ، همواره لازم است که نرخ لغزش بین 10% تا 30% قرار داشته باشد .
به علاوه لازم است که پایداری خودرو در بیشترین سطح خود در حالت ترمزگیری حفظ گردد .
به این منظور نرخ لغزش در حد 30% 10% برای ایجاد بیشترین کارآیی ترمز بدون توجه به وضعیت سطح جاده قرار داشته ، ضمن اینکه پایداری فرمان پذیری خودرو در این حالت حفظ شده و مشکلی برای آن به وجود نخواهد آمد .
به علاوه لازم است که پایداری خودرو در بیشترین سطح خود در حالت ترمزگیری حفظ گردد .
به این منظور نرخ لغزش در حد 30% ـ 10% برای ایجاد بیشترین کارآیی ترمز بدون توجه به وضعیت سطح جاده قرار داشته ، ضمن اینکه پایداری فرمان پذیری خودرو در این حالت حفظ شده و مشکلی برای آن به وجود نخواهد آمد .
توجه : 1- در جاده هایی با سطح لغزنده که ضریب اصطکاک ( µ )پایینی دارند ، فاصله ترمزگیری در مقایسه با سطوح جاده با ضریب اصطکاک بالا ، افزایش می یابد .
حتی در صورت فعال بودن سیستم ترمز ABS ، به همین دلیل با وجود سیستم ترمز ضد قفل ، اکیداً توصیه می شود که بر روی جاده های لغزنده با سرعت پایین رانندگی شود .
2- در جاده های شنی ، یخی و یا پوشیده از برف که سطح جاده به شدت لغزنده می باشد ، وجود سیستم ABS باعث می شود که فاصله ترمزگیری نسبت به ترمز عادی بیشتر گردد .
عملکرد کلی سیستم ABS سنسورهای سرعت با تشخیص سرعت چرخش چرخها ، اطلاعات مربوطه را به صورت سیگنال به ECU مربوط به ترمز ABS ارسال می نمایند ECU وضعیت چرخها را (با محاسباتی که اطلاعات اولیه آن را سرعت خودرو و تغییرات سرعت چرخشی چرخها تشکیل میدهد) به دست می آورد .
در وضعیت ترمزگیری شدید ، ECU به گونه ای به فعال کننده سیستم فرمان می دهد که فشار بهینه را بر هر کدام از ترمزها اعمال نماید .
واحدهای کنترل فشار هیدرولیک ترمز براساس فرمانی که از ECU می گیرد ، فشار هیدرولیک را کاهش یا افزایش داده و یا فشار هیدرولیک را براساس نیاز ثابت نگه می دارد ، تا اینکه نرخ لغزش مورد نیاز (30% ـ 10%) برای جلوگیری از قفل شدن چرخها ایجاد شود .
سنسورهای سرعت چرخ سنسورهای سرعت چرخ های عقب و جلو شامل یک آهنربای دائم ، کویل و یک هسته می باشند .محل نصب سنسورهای سرعت و نیز روتور سنسور همانند تعداد دنده های روتور سنسور بسته به مدلهای مختلف خودرو متفاوت است .
عملکرد سنسور سرعت چرخ دنده هایی که دور تا دور روتور قرار گرفته اند ، هنگام چرخش روتور یک ولتاژ AC را که فرکانس آن با سرعت چرخشی روتور متناسب است ، تولید می کنند .
این ولتاژ AC در ECU برای دریافت اطلاعات مورد نیاز سرعت چرخها مورد استفاده قرار می گیرد .
سنسور شتاب استفاده از سنسور شتاب ECU سیستم ABS را قادر می سازد تا مقدار شتاب منفی خودرو (شتاب هنگام توقف یا کم شدن سرعت) را اندازه گیری کرده و بدین ترتیب از شرایط و وضعیت سطح جاده بهتر مطلع شود ، در نتیجه دقت ترمزگیری برای جلوگیری از قفل شدن چرخها افزایش می یابد .
به سنسور شتاب ، سنسور G نیز گفته می شود .
ساختار سنسور شتاب سنسور شتاب از دو دیود نوری ، یک صفحه شکاف دار و یک مدار تبدیل سیگنال تشکیل شده است .
سنسور شتاب نرخ شتاب خودرو را حس کرده و آن را به صورت سیگنال به ECU میفرستد .
ECU با استفاده از این سیگنال ها وضعیت و مشخصات دقیقتر سطح جاده را برای تصمیم گیری مناسب تر به دست می آورد .
در بعضی از خودروها ، شتاب جانبی خودرو نیز تشخیص داده شده تا مشخص گردد آیا خودرو در سر پیچ جاده در حال گردش است یا خیر .
در حین گردش ، چرخهای داخلی (نزدیک به مرکز گردش) تمایل به هرز چرخیدن داشته در حالیکه چرخهای داخلی به سبب نیروی جانب مرکز ، محکم به سطح جاده فشرده می شوند ، به عبارت دیگر ، چرخهای داخلی در حین گردش خودرو براحتی قابل قفل شدن بوده ، در حالیکه چرخهای خروجی در برابر قفل شده مقاوم میباشند .
در سیستم کنترل شتاب جانبی ، پس از تععین اینکه خودرو در حال گردش است یا خیر ، فشار هیدرولیک وارد بر چرخ عقب و خارجی مسیر گردش نسبت به چرخ داخلی افزایش پیدا می کند .
یک سنسور ترانزیستوری نوری (مشابه آنچه در قبل توضیح داده شده) بصورت جانبی نصب شده است ، که شتاب جانبی را تعیین می کند .
سنسور دیگری که برای تعیین شتاب جانبی کاربرد دارد ، سنسور نوع نیمه هادی می باشد .
مزیتی که این نوع سنسور نسبت به سنسور ترانزیستوری نوری دارد این است که با یک واحد از این نوع سنسور شتاب سنج ، هم شتاب منفی خطی خودرو و هم شتاب جانبی تشخیص داده می شود .
عملکرد سنسور شتاب وقتی نرخ شتاب خودرو تغییر می کند ، صفحه شکاف دار مربوطه در جهت شتاب منفی خودرو و متناسب با نرخ شتاب حول محور خود می چرخد .
با چرخیدن صفحه ، شیارها از مقابل دیود نوری عبور نموده و باعث قطع شدن نور دیود می شوند ، در نتیجه ترانزیستور گیرنده نیز با قطع و وصل شدن نور دیود ، از حالت روشن به حالت خاموش تغییر وضعیت می دهد .
اگر در یک شتاب سنج دو جفت دیود نوری و ترانزیستور استفاده شود ، با حرکت صفحه شکاف دار چهار حالت برای خاموش و روشن شدن گیرنده نوری ایجاد میشود ، که با این وصف نرخ شتاب به چهار مقدار تقسیم شده و به صورت سیگنال برای ECU فرستاده می شود .
فعال کننده ABS (ABS ACTUATOR) فعال کننده ABS با توجه به سیگنالهای ارتباطی که از ECU دریافت می کند ، به شکلی فشار روغن هیدرولیک هر کدام از ترمزها را کنترل می کند تا مقدار بهینه فشار روغن بر هر کدام از ترمزها اعمال شود .
بطور خلاصه یک سیستم فعال کننده را می توان به دو بخش مجزا تقسیم بندی نمود : عملکرد فعال کننده ECU (عملکردی