ترمز ABS

سیستم ترمز ABS یکی از تکنولوژی‌های برتر در صنعت خودرو می‌باشد و جان بسیاری از انسان‌ها را نجات داده است. سیستم ترمز ضدقفل (Anti-lock braking systems) در طی سالیان به تکامل رسیده و برای اولین‌بار در سال ۱۹۳۰ در هواپیما به‌شکل مکانیکی مورد استفاده قرار گرفت. در همان زمان تحولات زیادی در توسعه این سیستم در صنعت هوانوردی بوجود آمد، اما جالب بود که بررسی این سیستم برای چندین سال متوقف شد تا اینکه در سال ۱۹۷۵ تا ۱۹۷۶ برای اولین‌بار این سیستم در کامیون‌های سنگین در آمریکا برای کاهش تصادفات به خاطر از دست دادن پایداری کامیون در جاده‌ها مخصوصا جاده‌های لغزنده مورد استفاده قرار گرفت. در سال ۱۹۸۰ در تکنولوژی ایمنی خودرو تحول عظیمی رخ داد و سیستم ABS به شکل امروزی (الکترونیکی) در خودروهای سواری مورد استفاده واقع شد.

ترمزهای ضد قفل (ترمز ABS):
نگه داشتن ناگهانی یک اتومبیل در جاده‌ی لغزنده می‌تواند بسیار خطرناک باشد. ترمزهای ضد قفل خطرهای این واقعه‌ی ترسناک را کاهش می‌دهد. درواقع روی سطوح لغزنده حتی راننده‌های حرفه‌ای بدون ترمز ضد قفل نمی‌توانند به‌خوبی یک راننده‌ی معمولی با ترمزهای ضد قفل ترمز کنند.

مفهوم کلی ترمزهای ضد قفل:
تئوری ترمزهای ضد قفل بسیار ساده است. یک چرخ در حال لیز خوردن (به‌طوری که سطح تماس تایر نسبت به زمین سر بخورد) نسبت به چرخی که لیز نمی‌خورد نیروی اصطکاک کمتری دارد. اگر با اتومبیل خود در یخ گیر کرده باشید می‌دانید که اگر چرخ‌ها بچرنخد هیچ نیروی جلوبری به اتومبیل وارد نمی‌شود زیرا سطح تماس چرخ نسبت به یخ لیز می‌خورد.
ترمزهای ضد قفل با جلوگیری کردن از سر خوردن چرخ‌ها در هنگام ترمز کردن، دو مزیت را بوجود می‌آورند.

نحوه پیاده‌سازی ABS:
برای مشخص شدن نحوه پیاده‌سازی سیستم ABS باید بررسی کرد که چگونه می‌توان از قفل شدن چرخ‌ها جلوگیری کرد. به‌طور کلی با توجه به نحوه طراحی سیستم انتقال نیرو خودرو در شرایط ترمزگیری، اگر یکی از چرخ‌های خودرو نسبت به سایر چرخ‌ها دارای سرعت دوران بیشتر یا کمتر باشد ممکن است آن چرخ قفل شود. پس اولین گام، بررسی شرایط هر چرخ در حالت ترمزگیری است. برای این منظور مهندسین خودرو به سراغ علم الکترونیک رفته و با استفاده از سنسور قراگرفته بر روی هر چرخ شرایط هر چرخ را بررسی می‌کنند.
در مرحله بعد مهندسین با تغییر نیروی وارده از ترمز، چرخ را از حالت بحرانی خارج می‌کنند. یعنی اگر چرخی نسبت به سایر چرخ‌های خودرو در حالت ترمزگیری با سرعت کمتر دوران کند، با کم کردن نیروی ترمز بر روی این چرخ، سرعت دوران آن افزایش می‌یابد و چرخ از حالت بحرانی خارج می‌شود. در حالت دیگر نیز اگر چرخی نسبت به سایر چرخ‌های خودرو در حالت ترمزگیری با سرعت بیشتری دوران کند می‌توان با زیاد کردن نیروی ترمز روی آن چرخ، سرعت دوران آن‌را کم کرد تا چرخ از حالت بحرانی خارج شود.
برای پیاده‌سازی این سیستم باید نگاهی کلی به سیستم ترمز خودروها بیندازیم. سیستم ترمز رایج هیدرولیکی است، به این معنی که از یک سیلندر و پیستون برای اعمال فشار به لنت ترمز استفاده می‌شود. حال اگر فشار درون سیلندر کم یا زیاد شود، نیروی ترمز تغییر می‌کند. برای پیاده‌سازی ترمز ضد قفل، سوپاپ ورودی سیلندر ترمز را با همنوع الکتریکی آن جایگزین کرده‌اند تا بتوان به‌وسیله پردازنده مرکزی خودرو میزان فشار درون سیلندر را تغییر داد. لازم به ذکر است که برای تامین فشار سیلندرها هم از پمپ استفاده می‌شود.

روند کار سیستم ترمز ABS:
پردازنده مرکزی خودرو با کمک سنسورهای موجود در هر چرخ، سرعت دوران چرخ‌ها را در حالت ترمزگیری بررسی می‌کند. در صورتی که سرعت دوران یکی از چرخ‌ها نسبت به سایر چرخ‌ها متفاوت باشد، پردازنده با فرمان لازم به سوپاپ الکتریکی سیلندر ترمز، میزان فشار درون سیلندر را تغییر می‌دهد که با این کار میزان نیروی ترمز وارده به چرخ تغییر می‌کند و چرخ از حالت بحرانی خارج می‌شود. پس احتمال قفل شدن آن نیز کم می‌شود. روند بالا به صورت مداوم و با سرعت زیاد انجام می‌شود، به‌طوری که در هر دقیقه بین 15 تا 20 مرتبه این روند تکرار می‌شود.
عملکرد پایه‌ای سیستم ABS به صورت بالا است که البته عملکردهای دیگری مانند EBD نیز به این سیستم اضافه شده است.

حسگرهای سرعت:
سیستم ترمز ضد قفل باید بداند چه‌موقع چرخ در حال قفل کردن است، حسگرهای سرعت که در هر چرخ یا در بعضی مواقع در دیفرانسیل قرار گرفته‌اند این اطلاعات را فراهم می‌کنند.

سوپاپ‌ها:
در هر لوله‌ی ترمز که به هر ترمز می‌رود یک سوپاپ وجود دارد که با کنترل‌کننده کنترل می‌شود. در بعضی از سیستم‌ها سوپاپ سه حالت دارد:
در حالت اول سوپاپ باز است و فشار از سیلندر اصلی مستقیما به ترمز می‌رسد
در حالت دوم سوپاپ، لوله‌ی ترمز را می‌بندد و ترمز را از سیلندر اصلی جدا می‌کند. این حالت از افزایش بیش از حد فشار ترمز وقتی راننده روی پدال فشار می‌آورد، جلوگیری می‌کند
در حالت سوم سوپاپ مقداری از فشار ترمز را کم می‌کند

پمپ:
چون سوپاپ می‌تواند فشار ترمز را کم کند باید به طریقی این فشار از دست رفته را جبران کرد و این کاری است که پمپ انجام می‌دهد. بعد از اینکه سوپاپ فشار را در یک ترمز کم کرد پمپ دوباره فشار را ایجاد می‌کند.

کنترل‌کننده:
کنترل‌کننده یک پردازنده است که با توجه به حسگرهای سرعت، سوپاپ‌ها را کنترل می‌کند.

انواع ترمزهای ضد قفل:
ترمزهای ضد قفل طراحی‌های مختلفی دارند که به نوع ترمز بکار رفته بستگی دارد. ما به آنها بر اساس تعداد کانال‌ها (تعداد سوپاپ‌هایی که به‌طور جداگانه کنترل می‌شوند) و تعداد حسگرهای سرعت اشاره می‌کنیم:

ترمز ضد قفل با چهار کانال و چهار حسگر سرعت:
این بهترین طراحی است که در آن برای هر چرخ حسگر و سوپاپ جداگانه‌ای وجود دارد. با این روش، کنترل‌گر هر چرخ را به‌طور مجزا بررسی می‌کند تا به هر چرخ بیشترین نیروی اصطکاک وارد شود.

سه کانال و سه حسگر:
این روش بیشتر در وانت‌ها و کامیون‌ها با چهار چرخ ضد قفل استفاده می‌شود و در آن برای هر چرخ جلو یک حسگر و یک سوپاپ وجود دارد اما برای دو چرخ عقب فقط یک حسگر و یک سوپاپ وجود دارد. حسگر سرعت چرخ‌های عقب روی محور عقب قرار دارد. در این حالت برای هر چرخ جلو کنترل جداگانه وجود دارد. بنابراین چرخ‌های جلو به بیشترین نیروی ترمزی می‌رسند. چرخ‎های عقب قبل از فعال شدن سیستم ضد قفل، قفل می‎کنند. با این سیستم ممکن است یکی از چرخ‌های عقب هنگام ترمز کردن قفل کند که نسبت به حالت چهار کاناله باعث کاهش کارایی ترمز می‌شود.

یک کانال و یک حسگر:
این سیستم در وانت‌ها و کامیون‌ها با محور عقب ضد قفل وجود دارد که یک سوپاپ برای کنترل هر دو چرخ عقب و یک حسگر سرعت واقع در محور عقب دارد. این سیستم مشابه قسمت عقب سه کاناله عمل می‌کند. دو چرخ عقب با هم کنترل می‌شوند و قبل از فعال شدن سیستم ضد قفل، هر دو قفل می‌کنند. در این روش هم ممکن است یکی از چرخ‌های عقب هنگام ترمز کردن قفل کند که باز هم باعث کاهش کارایی ترمز می‌شود. این سیستم به سادگی قابل تشخیص است. معمولا یک لوله‌ی ترمز وجود دارد که با یک اتصال T شکل به دو چرخ عقب وصل می‌شود. شما می‌توانید حسگرهای سرعت را با مشاهده‌ی اتصالات الکتریکی نزدیک دیفرانسیل در محورعقب پیدا کنید.

آیا ترمزهای ضد قفل واقعا کار می‌کنند؟
ترمزهای ضدقفل واقعا کمک می‌کنند تا بهتر توقف کنید. آنها از قفل شدن چرخ‌ها جلوگیری می‌کنند و کوتاهترین فاصله توقف را روی سطوح لغزنده فراهم می‏‎آورند. اما آیا واقعا آنها از وقوع تصادفات جلوگیری می‌کنند؟ این معیاری درست برای کارایی سیستم های ABS است.
موسسه بیمه برای ایمنی بزرگراه‌ها چندین مطالعه‌ای انجام داده است جهت تلاش برای تعیین اینکه آیا وسایل نقلیه به ABS تجهیز شوند دچار حوادث مرگبار بیشتر یا کمتر می‌شوند. در مطالعه‌ای که در سال ۱۹۹۶ صورت گرفته بود وسایل نقیله تجهیز شده با سیستم ABS هیچ کاهش احتمالی را در حوادث مرگبار نسبت به وسایل نقلیه عادی نشان ندادند.
تفکر و تعمق بیشتری درباره دلیل آن انجام شد. بعضی افراد فکر می‌کنند که رانندگان از خودروهای مجهز به سیستم ترمز ABS به‌طور صحیح استفاده نمی‌کنند. بعضی افراد نیز اظهار می‌کنند که چون سیستم‌های ABS امکان می‌دهند تا آن‌را در موقعیت توقف خطرناک تحت کنترل داشته باشند افراد بیشتری با احساس اطمینانی که دارند از جاده خارج می‌شوند و دچار تصادف می‌شوند.
بعضی داده های اخیر حتی ممکن است نشان دهد که میزان تصادف خودروهای ABSدار در حال افزایش است ولی هیچ مدرکی دال بر این وجود ندارد که ABS ایمنی کل را بهبود داده است.