تحقیق سيستم ترمز ضد قفل ABS

مقدمه

متوقف ساختن خودرو مهم تر از به حركت در آوردن آن است. خودرويي كه روشن نشود ممكن است راننده اش را خشمگين سازد ولي وقتي براه افتاد و در مسير عبورو مرور فرا گرفت، اگر ترمز آن معيوب بوده و يا راننده نتواند بدرستي از ترمز آن استفاده نمايد، چه بسا ممكن است بصورت دام مرگ در آيد.

ترمز ناگهاني و قفل شدن چرخها مهمترين خطريست كه خودرو را تهديد مي‌نمايد. قفل شدن چرخها از دو جهت براي خودرو خطرناك است، اين وضعيت در بسياري از مواقع فاصله ترمزگيري را افزايش داده و مهمتر از آن كنترل فرمان چرخها نيز از اختيار خارج مي شود، خصوصاً در جاده هاي خيس و برفي يا يخزده كه خطر قفل شدن چرخها بيشتر وجود دارد، نياز به سيستمي كه بتواند ترمز چرخها را كنترل كرده و از ليز خوردن چرخها جلوگيري نمايد، بيش از پيش احساس مي شود.

تاريخچه سيستم ABS

در ابتداي دهه 1970 كمپاني دايملر بنز، گروهي از مهندسين و كارشناسان فني خود را مامور بررسي و آزمايش سيستمي نمود كه از سال 1959 پيشنهاد گرديده و بطور مقطعي بر روي آن كار شده بود.

گروه مهندسي دايملر بنز براي پيشبرد كار خود با كمپاني تلديكس وارد عمل شد و مدتها بر روي آن كار شد اما نتيجه مطلوبي نداد و گروه مهندسي مجبور گشتند قرارداد خود را با كمپاني فوق لغو كرده و يك قرارداد جديد با كمپاني بوش ببندند. اين گروه پس از ماهها فعاليت موفق گرديدند سيستم ضد بلو كه ترمز (ABS) را در اواسط دهه هفتاد عرضه كنند. بدين ترتيب كمپاني دايملر بنز اولين كمپاني بود كه توانست اين سيستم را به صورت گسترده در خودروهاي خود بكار گيرد.

كمپانيهاي بي ام و تويوتا در ادامه، فعاليت خود را در اين زمينه آغاز كردند. از اواسط دهه هشتاد تعداد بيشتري از كمپانيهاي سازنده شروع به نصب سيستم ضد بلو كه ترمز نمودند، مثل كمپانيهاي پژو، رنو، سيتروئن، لانچيا و خصوصاً هندا كه موفق گرديد سيستو ضد بلو كه پيشرفته تري نسبت به ساير كمپانيها به روي خودروهايش نصب نمايد.

سيستمهاي اوليه ABS فقط چرخهاي عقب را كنترل مي كردند، با اين هدف كه پايداري خودرو در هنگام عمل ترمزگيري بر روي سطوح لغزنده حفظ شده و خودرو ثبات بيشتري داشته باشد. به تدريج اين سيستم پيشرفته تر شد به شكلي كه در دهه هشتاد سيستمهاي ABS كه ترمز چهار چرخ را كنترل مي كردند بر روي خودروها نصب گرديد.

سيستم ABS امروزه در اكثر توليدات كمپانيهاي بزرگ خودروساز بصورت استاندارد بر روي خودروهاي شخصي و كاميونهاي سبك نصب مي شود و يا در برخي از خودروها بصورت انتخاب براي مشتري قرار داده مي شود.

سيستم ABS چيست؟

ترمزهاي معمولي با ايجاد دو نوع مقاومت باعث توقف و يا كاهش سرعت خودرو مي‌شوند. يك مقاومت ناشي از اصطكاك بين صفحات لنت و ديسك (و يا لنت هاي كفشكي و كاسه چرخ) و مقاومت ديگر ناشي از اصطكاك بين تايرهاي خودرو و سطح جاده مي باشد.

عمل ترمزگيري در صورتي با ثبات و كنترل شده انجام مي شود كه رابطه زير بين مقاومت ايجاد شده توسط سيستم ترمز و مقاومت ايجاد شده توسط تايرها و سطح جاده برقرار باشد:

مقاومت بين سطح جاده و تايرها < مقاومت سيستم ترمز

با اين وصف اگر رابطه قبل عكس شود، چرخها قفل شده و خودرو شروع به سرخوردن مي كند:

نيروي اصطكاك بين تايرها و سطح جاده > مقاومت سيستم ترمز

در نتيجه اگر چرخهاي جلوي خودرو قفل شوند، كنترل فرمان خودرو از دست خارج مي شود، و اگر چرخهاي عقب قفل شوند، باعث مي شود كه خودرو روي جاده سر خورده و دور خود بچرخد.

سيستم ABS، فشار هيدروليكي را كه به سيلندر چرخها وارد مي شود به گونه اي كنترل مي‌كند كه از قفل شدن چرخها در روي جاده هاي لغزنده و يا هنگام ترمزهاي شديد جلوگيري شود. همچنين پايداري كنترل فرمان خودرو هنگام ترمز گرفتن حفظ شود.

در يك سيستم ترمز معمولي (بدون سيستم ABS) اگر عمل ترمزگيري در يك جاده لغزنده صورت گيرد، راننده براي جلوگيري از عدم كنترل خودرو، مي بايست به صورت تلمبه زدن (فشار دادن و رها كردن متناوب پدال ترمز) پدال ترمز را فشار دهد تا خودرو متوقف شود. در خودروهايي كه مجهز به سيستم ABS هستند اين عمل به طور اتوماتيك انجام مي شود، با اين تفاوت كه كنترل ترمز در اين حالت بسيار دقيقتر و صحيح تر مي باشد.

اصول كاركرد سيستم ABS

وقتي يك خودرو با سرعت ثابت حركت مي كند، سرعت حركت خودرو با سرعت چرخهاي آن متناسب است، به عبارت ديگر لغزش تايرها وجود ندارد. اما وقتي راننده به منظور كم كردن سرعت خودرو، بر روي پدال ترمز فشار مي آورد، سرعت چرخها به تدريج كم شده و تناسب چرخها با بدنه خودرو نيز از بين مي رود، بايد توجه داشت كه بدنه خوردرو به سبب نيروي اينرسي تمايل به حركت دارد، در اين حالت يك لغزش كوچك بين چرخها و سطح جاده ايجاد مي شود.

اختلاف بين سرعت بدنه خودرو و سرعت چرخها توسط نرخ لغزش شناخته مي‌شود. نرخ لغزش توسط عبارت زير محاسبه مي گردد:

نرخ لغزش 0% حالتي را نشان مي دهد كه چرخ به طور آزاد حركت كرده و با هيچ نوع مقاومتي مواجه نيست. همچنين نرخ لغزش 100% نيز مبين حالتي است كه چرخ كاملاً قفل شده است و تاير كاملاً بر روي جاده مي لغزد.

وقتي اختلاف بين سرعت چرخ و سرعت خودرو زياد مي شود، لغزش بين تاير و سطح جاده زياد شده و اين خود باعث ايجاد اصطكاك شده كه نيروي ترمزي را توليد مي كند و نهايتاً سرعت خودرو كم مي شود.

ارتباط بين نيروي ترمزي و نرخ لغزش در نمودار زير نشان داده شده است. نيروي ترمزي ضرورتاً با نرخ لغزش هميشه مرتبط نيست، اما بيشترين مقدار نيروي ترمزي وقتي اتفاق مي افتد كه نرخ لغزش بين 10% تا 30% شود و نيروي ترمزي در نرخ لغزش بالاتر از 30% به تدريج كاهش مي يابد، بنابراين به منظور در اختيار داشتن ماكزيمم نيروي ترمزي در تمام مواقع، همواره لازم است كه نرخ لغزش بين 10% تا 30% قرار داشته باشد.

به علاوه لازم است كه پايداري خودرو در بيشترين سطح خود در حالت ترمز گيري حفظ گردد. به اين منظور نرخ لغزش در حد 30%-10% براي ايجاد بيشترين كارآيي ترمز بدون توجه به وضعيت سطح جاده قرار داشته، ضمن اينكه پايداري فرمان پذيري خودرو در اين حالت حفظ شده و مشكلي براي آن به وجود نخواهد آمد.

توجه:

1- در جاده هايي با سطح لغزنده كه ضريب اصطكاك  پاييني دارند، فاصله ترمزگيري در مقايسه با سطوح جاده با ضريب اصطكاك بالا، افزايش مي يابد. حتي در صورت فعال بودن سيستم ترمز ABS، به همين دليل با وجود سيستم ترمز ضد قفل، اكيداً توصيه مي شود كه بر روي جاده‌هاي لغزنده با سرعت پايين رانندگي شود.

2- در جاده هاي شني، يخي و يا پوشيده از برف كه سطح جاده به شدت لغزنده مي‌باشد، وجود سيستم ABS باعث ميشود كه فاصله ترمزگيري نسبت به ترمز عادي بيشتر گردد. (به نمودار قبل توجه شود.)

عملكرد كلي سيستم ABS

• سنسورهاي سرعت با تشخيص سرعت چرخش چرخها، اطلاعات مربوطه را به صورت سيگنال به ECU مربوط به ترمز ABS ارسال مي نمايند.
• ECU وضعيت چرخها را (با محاسباتي كه اطلاعات اوليه آن را سرعت خودرو تغييرات سرعت چرخشي چرخها تشكيل مي دهد) به دست مي آورد.
• در وضعيت ترمزگيري شديد، ECU به گونه اي به فعال كننده سيستم فرمان مي‌دهد كه فشار بهينه را بر هر كدام از ترمزها اعمال نمايد.
• واحدهاي كنترل فشار هيدروليك ترمز براساس فرماني كه از ECU مي گيرد، فشار هيدروليك را كاهش يا افزايش داده و يا فشار هيدروليك را براساس نياز ثابت نگه مي‌دارد، تا اينكه نرخ لغزش مورد نياز (30%-10%) براي جلوگيري از قفل شدن چرخها ايجاد شود.

فهرست مطالب

عنوان                                                      صفحه

مقدمه…………………………………

تاريخچه سيستم ABS………………………

سيستم ABS چيست…………………………

اصول كاركرد سيستم ABS…………………..

عملكرد كلي سيستم ABS……………………

اجزاء سيستم ABS………………………..

سنسورهاي سرعت چرخش……………………..

عملكرد سنسور سرعت چرخش………………….

سنسور شتاب…………………………….

ساختار سنسور شتاب………………………

عملكرد سنسور شتاب………………………

فعال كننده ABS…………………………

دياگرام سيستم ABS………………………

عملكرد فعال كننده ABS…………………..

فعال كننده ABS با شير سلونوئيدي دو وضعيته…

ECU ABS………………………………..

كنترل سرعت چرخها……………………….