همه آنچه که باید از ترمز ABS بدانید
باشگاه خبرنگاران/ ترمز ضد قفل يا (ABS) يک سامانهٔ ايمني براي ترمز در خودروها است که مانع قفل شدن چرخهاي اتوموبيل در هنگام ترمز گرفتن توسط راننده ميشود. اگر با خودرو سروکار داشته باشيد حتما ترمز ABS به گوشتان آشناست، يک سامانه ايمني براي سيستم ترمز اتومبيل که اجازه قفل شدن چرخهاي خودرو را نميدهد، اما آيا اين ترمزها واقعا کار ميکنند؟ و يا اصلا چه تاريخچهاي در پشت ساخت و گسترش اين ترمزها قرار دارد؟، اينها سوالاتي است که قصد داريم به آن بپردازيم. ترمز ABS چيست؟ ترمز ضد قفل يا ايبياس (ABS) يک سامانهٔ ايمني براي ترمز در خودروها است که مانع قفل شدن چرخهاي اتوموبيل در هنگام ترمز گرفتن توسط راننده ميشود. عنوان ترمز ضد قفل از ديدگاهي يک عنوان اشتباه است، زيرا اين سامانه مانع قفل شدن چرخها نميگردد بلکه تنها از قفل ماندن چرخها جلوگيري ميکند. از همين رو انجمن مهندسان خودرو در ابتدا عنوان سامانهٔ کنترل لغزش چرخ را براي آن برگزيده بود. قفل نشدن ترمزها باعث ميشود راننده بتواند حتي در حالي که پدال ترمز را تا آخرين حد فشرده است، بدون از دست دادن کنترل خودرو، موانع را با فرماندادن دور بزند و از محدودهٔ خطر خارج شود. تاريخچه ترمز ABS ايدهٔ اصلي سيستم ترمز ضد قفل در ابتدا با نام سيستم ترمز ضد لغزش شناخته ميشد و نخستين بار در خطوط راهآهن آمريکا توسط شرکت ترمز هوايي وستينگهاوس مورد استفاده قرار گرفت. همين شرکت بعدها متوجه کاربرد اين روش براي هواپيماها جهت کاهش ميزان ساييدگي چرخها و در شرايط بدتر ترکيدگي شد و در اواخر دههٔ ۱۹۴۰ ميلادي تقاضاي زيادي را در اين زمينه دريافت کرد. در اوايل دههٔ ۱۹۵۰ ميلادي شرکت دانلوپ ماکسارت نيز به اين بازار پيوست و توانست اين فناوري را وارد بازار خودروهاي شهري کند. با اين وجود بايد توجه داشت که هدف به کارگيري اين سيستم در خودرو متفاوت بود، زيرا در چرخ وسايل نقيه ميزان فشارهاي وارده به لاستيک در حالت قفلشدن بسيار کمتر از يک هواپيما است و آنچه در درجهٔ اول اهميت قرار دارد حفظ کنترل جهت خودرو و پايداري آن است. دانلوپ ماکسارت توانست در سال ۱۹۶۶ ميلادي اصول اين فناوري را روي خودروي جنسن افاف پيادهسازي و روانهٔ بازار کند. اما آنچه امروزه سامانهٔ ايبياس شناخته ميشود در سال ۱۹۷۸ ميلادي و پس از از ظهور سامانههاي کنترلي الکترونيکي و حسگرهاي مغناطيسي توسط رابرت بوش در همکارياش با شرکت مرسدس بنز به معرفي شد. سامانهٔ ترمز ايبياس از سال ۲۰۰۴ به عنوان استاندارد در خودروهاي مسافربري اروپا مورد استفاده قرار ميگيرد و چگونگي عملکرد آن در مقررات مشخص شده است. مفهوم کلي ترمزهاي ضد قفل تئوري ترمزهاي ضد قفل بسيار ساده است. يک چرخ در حال ليز خوردن (بهطوري که سطح تماس تاير نسبت به زمين سر بخورد) نسبت به چرخي که ليز نميخورد نيروي اصطکاک کمتري دارد. اگر با اتومبيل خود در يخ گير کرده باشيد ميدانيد که اگر چرخها بچرنخد هيچ نيروي جلوبري به اتومبيل وارد نميشود، زيرا سطح تماس چرخ نسبت به يخ ليز ميخورد. ترمزهاي ضد قفل با جلوگيري کردن از سر خوردن چرخها در هنگام ترمز کردن، دو مزيت را به وجود ميآورند: خودرو زودتر متوقف ميشود ميتوان خودرو را هنگام ترمز کردن نيز هدايت کرد نحوه پيادهسازي ABS براي مشخص شدن نحوه پيادهسازي سيستم ABS بايد بررسي کرد که چگونه ميتوان از قفل شدن چرخها جلوگيري کرد. بهطور کلي با توجه به نحوه طراحي سيستم انتقال نيرو خودرو در شرايط ترمزگيري، اگر يکي از چرخهاي خودرو نسبت به ساير چرخها داراي سرعت دوران بيشتر يا کمتر باشد ممکن است آن چرخ قفل شود. پس اولين گام، بررسي شرايط هر چرخ در حالت ترمزگيري است. براي اين منظور مهندسين خودرو به سراغ علم الکترونيک رفته و با استفاده از سنسور قراگرفته بر روي هر چرخ شرايط هر چرخ را بررسي ميکنند. در مرحله بعد مهندسين با تغيير نيروي وارده از ترمز، چرخ را از حالت بحراني خارج ميکنند. يعني اگر چرخي نسبت به ساير چرخهاي خودرو در حالت ترمزگيري با سرعت کمتر دوران کند، با کم کردن نيروي ترمز بر روي اين چرخ، سرعت دوران آن افزايش مييابد و چرخ از حالت بحراني خارج ميشود. در حالت ديگر نيز اگر چرخي نسبت به ساير چرخهاي خودرو در حالت ترمزگيري با سرعت بيشتري دوران کند ميتوان با زياد کردن نيروي ترمز روي آن چرخ، سرعت دوران آنرا کم کرد تا چرخ از حالت بحراني خارج شود. براي پيادهسازي اين سيستم بايد نگاهي کلي به سيستم ترمز خودروها بيندازيم. سيستم ترمز رايج هيدروليکي است، به اين معني که از يک سيلندر و پيستون براي اعمال فشار به لنت ترمز استفاده ميشود. حال اگر فشار درون سيلندر کم يا زياد شود، نيروي ترمز تغيير ميکند. براي پيادهسازي ترمز ضد قفل، سوپاپ ورودي سيلندر ترمز را با همنوع الکتريکي آن جايگزين کردهاند تا بتوان بهوسيله پردازنده مرکزي خودرو ميزان فشار درون سيلندر را تغيير داد. لازم به ذکر است که براي تامين فشار سيلندرها هم از پمپ استفاده ميشود. روند کار سيستم ترمز ABS پردازنده مرکزي خودرو با کمک سنسورهاي موجود در هر چرخ، سرعت دوران چرخها را در حالت ترمزگيري بررسي ميکند. در صورتي که سرعت دوران يکي از چرخها نسبت به ساير چرخها متفاوت باشد، پردازنده با فرمان لازم به سوپاپ الکتريکي سيلندر ترمز، ميزان فشار درون سيلندر را تغيير ميدهد که با اين کار ميزان نيروي ترمز وارده به چرخ تغيير ميکند و چرخ از حالت بحراني خارج ميشود. پس احتمال قفل شدن آن نيز کم ميشود. روند بالا به صورت مداوم و با سرعت زياد انجام ميشود، بهطوري که در هر دقيقه بين ۱۵ تا ۲۰ مرتبه اين روند تکرار ميشود. عملکرد پايهاي سيستم ABS به صورت بالا است که البته عملکردهاي ديگري مانند EBD نيز به اين سيستم اضافه شده است. اجزا ترمزهاي ضد قفل حسگرهاي سرعت سيستم ترمز ضد قفل بايد بداند چهموقع چرخ در حال قفل کردن است، حسگرهاي سرعت که در هر چرخ يا در بعضي مواقع در ديفرانسيل قرار گرفتهاند اين اطلاعات را فراهم ميکنند. سوپاپها در هر لولهي ترمز که به هر ترمز ميرود يک سوپاپ وجود دارد که با کنترلکننده کنترل ميشود. در بعضي از سيستمها سوپاپ سه حالت دارد: در حالت اول سوپاپ باز است و فشار از سيلندر اصلي مستقيما به ترمز ميرسد در حالت دوم سوپاپ، لولهي ترمز را ميبندد و ترمز را از سيلندر اصلي جدا ميکند. اين حالت از افزايش بيش از حد فشار ترمز وقتي راننده روي پدال فشار ميآورد، جلوگيري ميکند در حالت سوم سوپاپ مقداري از فشار ترمز را کم ميکند پمپ چون سوپاپ ميتواند فشار ترمز را کم کند بايد به طريقي اين فشار از دست رفته را جبران کرد و اين کاري است که پمپ انجام ميدهد. بعد از اينکه سوپاپ فشار را در يک ترمز کم کرد پمپ دوباره فشار را ايجاد ميکند. کنترلکننده کنترلکننده يک پردازنده است که با توجه به حسگرهاي سرعت، سوپاپها را کنترل ميکند. انواع ترمزهاي ضد قفل ترمزهاي ضد قفل طراحيهاي مختلفي دارند که به نوع ترمز بکار رفته بستگي دارد. ما به آنها بر اساس تعداد کانالها (تعداد سوپاپهايي که بهطور جداگانه کنترل ميشوند) و تعداد حسگرهاي سرعت اشاره ميکنيم: ترمز ضد قفل با چهار کانال و چهار حسگر سرعت اين بهترين طراحي است که در آن براي هر چرخ حسگر و سوپاپ جداگانهاي وجود دارد. با اين روش، کنترلگر هر چرخ را بهطور مجزا بررسي ميکند تا به هر چرخ بيشترين نيروي اصطکاک وارد شود. سه کانال و سه حسگر اين روش بيشتر در وانتها و کاميونها با چهار چرخ ضد قفل استفاده ميشود و در آن براي هر چرخ جلو يک حسگر و يک سوپاپ وجود دارد، اما براي دو چرخ عقب فقط يک حسگر و يک سوپاپ وجود دارد. حسگر سرعت چرخهاي عقب روي محور عقب قرار دارد. در اين حالت براي هر چرخ جلو کنترل جداگانه وجود دارد؛ بنابراين چرخهاي جلو به بيشترين نيروي ترمزي ميرسند. چرخهاي عقب قبل از فعال شدن سيستم ضد قفل، قفل ميکنند. با اين سيستم ممکن است يکي از چرخهاي عقب هنگام ترمز کردن قفل کند که نسبت به حالت چهار کاناله باعث کاهش کارايي ترمز ميشود. يک کانال و يک حسگر اين سيستم در وانتها و کاميونها با محور عقب ضد قفل وجود دارد که يک سوپاپ براي کنترل هر دو چرخ عقب و يک حسگر سرعت واقع در محور عقب دارد. اين سيستم مشابه قسمت عقب سه کاناله عمل ميکند. دو چرخ عقب با هم کنترل ميشوند و قبل از فعال شدن سيستم ضد قفل، هر دو قفل ميکنند. در اين روش هم ممکن است يکي از چرخهاي عقب هنگام ترمز کردن قفل کند که باز هم باعث کاهش کارايي ترمز ميشود. اين سيستم به سادگي قابل تشخيص است. معمولا يک لولهي ترمز وجود دارد که با يک اتصال T شکل به دو چرخ عقب وصل ميشود. شما ميتوانيد حسگرهاي سرعت را با مشاهدهي اتصالات الکتريکي نزديک ديفرانسيل در محورعقب پيدا کنيد. آيا ترمزهاي ضد قفل واقعا کار ميکنند؟ ترمزهاي ضدقفل واقعا کمک ميکنند تا بهتر توقف کنيد. آنها از قفل شدن چرخها جلوگيري ميکنند و کوتاهترين فاصله توقف را روي سطوح لغزنده فراهم ميآورند. اما آيا واقعا آنها از وقوع تصادفات جلوگيري ميکنند؟ اين معياري درست براي کارايي سيستمهاي ABS است. موسسه بيمه براي ايمني بزرگراهها چندين مطالعهاي انجام داده است جهت تلاش براي تعيين اينکه آيا وسايل نقليه به ABS تجهيز شوند دچار حوادث مرگبار بيشتر يا کمتر ميشوند. در مطالعهاي که در سال ۱۹۹۶ صورت گرفته بود وسايل نقيله تجهيز شده با سيستم ABS هيچ کاهش احتمالي را در حوادث مرگبار نسبت به وسايل نقليه عادي نشان ندادند. تفکر و تعمق بيشتري درباره دليل آن انجام شد. بعضي افراد فکر ميکنند که رانندگان از خودروهاي مجهز به سيستم ترمز ABS بهطور صحيح استفاده نميکنند. بعضي افراد نيز اظهار ميکنند که، چون سيستمهاي ABS امکان ميدهند تا آنرا در موقعيت توقف خطرناک تحت کنترل داشته باشند افراد بيشتري با احساس اطميناني که دارند از جاده خارج ميشوند و دچار تصادف ميشوند. بعضي دادههاي اخير حتي ممکن است نشان دهد که ميزان تصادف خودروهاي ABS دار در حال افزايش است، ولي هيچ مدرکي دال بر اين وجود ندارد که ABS ايمني کل را بهبود داده است.