تحقیق سيستم ترمز ABS و نقش آن در جلوگيري از تصادفات

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 عبور و مرور قرار گرفت ، اگر ترمز آن معيوب بوده و يا راننده نتواند بدرستي از ترمز آن استفاده نمايد ، چه بسا ممكن است بصورت دام مرگ درآيد ..

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 يخ زده 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 خود را مامور بررسي و آزمايش سيستمي نمود كه از سال 1959 پيشنهاد گرديده و بطور قطعي 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 بلوكه 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 بي‌ام و و تويوتا در ادامه ، فعاليت خود را در اين زمينه آغاز كردند . از اواسط دهه هشتاد تعداد بيشتري از كمپاني هاي سازنده شروع به نصب سيستم ضد بلوكه ترمز نمودند ، مثل كمپانيهاي پژو ، رنو ، سيتروئن ، لانچيا و خصوصاً هوندا كه موفق گرديد سيستو ضد بلوكه پيشرفته‌تري 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 پيشرفته‌تر شد به شكلي كه در دهه هشتاد سيستمهاي ABS‌ كه ترمز چهار چرخ را كنترل ميكردند 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 اين دو نوع مقاومت باعث توقف و يا كاهش سرعت خودرو مي شوند . 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 مي كند 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 ترمز گيري در يك جاده لغزنده صورت گيرد ، راننده براي جلوگيري از عدم كنترل خودرو ، مي بايست به صوورت 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 كه 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 خودرو 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 مي شود . نرخ لغزش توسط عبارت زير محاسبه مي گردد :

نرخ لغزش 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 است كه چرخ كاملاً قفل شده است و تاير كاملا 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 ضرور تا با نرخ لغزش هميشه مرتبط نيست ، اما بيشترين مقدار نيروي ترمزي 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 ، بنابرايي 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 ترمزگيري حفظ گردد . به اين منظور نرخ لغزش در حد 30% ـ 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 ( µ )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 جاده هاي لغزنده با سرعت پايين رانندگي شود .

2- در جاده هاي شني ، يخي و يا پوشيده از برف كه سطح جاده به شدت لغزنده مي باشد ، وجود سيستم ABS باعث مي شود كه فاصله ترمزگيري نسبت به ترمز عادي بيشتر گردد .

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 و تغييرات سرعت چرخشي چرخها تشكيل ميدهد) به دست        مي آورد .
• در وضعيت ترمزگيري شديد ، ECU به گونه اي به  فعال كننده سيستم فرمان مي دهد 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 مي دارد ، تا اينكه نرخ لغزش مورد نياز (30% ـ 10%) براي جلوگيري از قفل شدن چرخها ايجاد شود .

سنسورهاي سرعت چرخ

سنسورهاي سرعت چرخ هاي عقب و جلو شامل يك آهنرباي دائم ، كويل و يك هسته مي باشند .محل نصب سنسورهاي سرعت و نيز روتور سنسور همانند تعداد دنده هاي روتور سنسور بسته به مدلهاي مختلف خودرو متفاوت است .

عملكرد سنسور سرعت چرخ

دنده هايي كه دور تا دور روتور قرار گرفته اند ، هنگام چرخش روتور يك ولتاژ AC را كه فركانس آن با سرعت چرخشي روتور متناسب است ، توليد مي كنند . اين ولتاژ AC در ECU  براي دريافت اطلاعات مورد نياز سرعت چرخها مورد استفاده قرار   مي گيرد .

سنسور شتاب

استفاده از سنسور شتاب ECU سيستم ABS را قادر مي سازد تا مقدار شتاب منفي خودرو (شتاب هنگام توقف يا كم شدن سرعت) را اندازه گيري كرده و بدين ترتيب از شرايط و وضعيت سطح جاده بهتر مطلع شود ، در نتيجه دقت ترمزگيري براي جلوگيري از قفل شدن چرخها افزايش مي يابد . به سنسور شتاب ، سنسور G نيز گفته مي شود .

ساختار سنسور شتاب

سنسور شتاب از دو ديود نوري ، يك صفحه شكاف دار و يك مدار تبديل سيگنال تشكيل شده است . سنسور شتاب نرخ شتاب خودرو را حس كرده و آن را به صورت سيگنال به ECU ميفرستد .

ECU با استفاده از اين سيگنال ها وضعيت و مشخصات دقيقتر سطح جاده را براي تصميم گيري مناسب تر به دست مي آورد .

در بعضي از خودروها ، شتاب جانبي خودرو نيز تشخيص داده شده تا مشخص گردد آيا خودرو در سر پيچ جاده در حال گردش است يا خير .