سیستم ترمز ABS

خودرو از سیستم‌های مختلفی تشکیل شده است. نقش برخی سیستم‌ها حیاتی‌تر است. سیستم‌هایی که به ایمنی ارتباط دارند از این مجموعه به شمار می‌روند. مجموعه ترمز یکی از سیستم‌های ایمنی در خودرو به شمار می‌رود. سیستم ترمز انواع مختلفی دارد، ترمز ABS یکی از معروف‌ترین سیستم‌های ترمزی است. طی سلسله مقالاتی به معرفی اجزا و عملکرد این سیستم می پرداریم و در نهایت آثار خرابی و روش عیب‌یابی کلی و جزءبه‌جزء آن خواهیم پرداخت.

سیستم ترمز ABS به چه معنی است ؟

ترمز ABS از عبارت Anti Brake System استخراج شده است. ترجمه فارسی آن سیستم ترمز ضد قفل است. البته در بازار کمتر نام فارسی آن استفاده می‌شود و همه آن را به نام ترمز ABS می‌شناسند. نماد سیستم ترمز ABS در شکل 1 نشان‌داده‌شده است.

شکل 1- نماد سیستم ترمز ABS

تاریخچه
سیستم‌های زیادی برای کنترل ترمز ایجاد شدند؛ اما اولین ایده نزدیک به ایده ABS موجود توسط یک مهندس المانی به نام کارل واسل (Karl wassel) تحت عنوان سیستم تقویت ترمز ثبت شد. البته این ایده در حد ثبت طرح باقی ماند و نمونه واقعی آن هیچگاه تولید نشد. 8 سال بعد شرکت بوش اولین نمونه طرح مربوط را تولید کرد. اما هنوز روی خودروی سواری استفاده نشد. سیستم‌های مدیریت ترمز در این دهه عموماً روی خودروهای ریلی مورداستفاده قرار گرفتند.
اولین خودروی سواری که سیستمی مدیریت ترمزی نزدیک به سیستم امروزی را استفاده کرد خودرو Maxaret محصول شرکت donlop بود. این خودرو در دهه 1950 معرفی شد. شکل 2 این خودرو را نشان می‌دهد.

شکل 2- خودرو Maxaret اولین خودرو ABS – 1950

این خودرو از همان سیستم مدیریت لغزش ترمزی که در هواپیماهای َAvro Volcan و Handly بکار برده شده بود استفاده کرد. در سال 1958 اولین آزمایش‌ها روی ترمز موتورسیکلت‌ها نیز انجام شد. بعدها طرح تکمیل شده آن در ماشین‌های مسابقه‌ای نیز در دهه 1960 استفاده شد. (شکل 3)

شکل 3- خودرو Ferguson P99 مسابقات فرمول 1 – دهه 1960

یکی از بزرگ‌ترین تفاوت‌های این سیستم‌ها با سیستم‌های امروزی، مکانیکی بودن آنها بود. به عبارت ساده به دلیل عدم وجود کنترل‌های الکترونیکی از سیستم‌های مکانیکی برای کنترل استفاده می‌شد. در دهه 1970 با ورود کنترل‌های الکترونیکی به سیستم‌های خودرو شرکت‌های مختلف برای بهینه‌سازی سیستم‌ها از جمله سیستم ترمز استفاده کردند. در سال 1971 شرکت فیات اولین سیستم ترمز ضدلغزش با مدیریت الکترونیکی را به بازار معرفی کردند. این سیستم در ابتدا Antiskid نامیده شده بود . شرکت بوش طرح را خریداری کرده نام آن را به ABS تغییر داد. هم زمان در آمریکا شرکت کرایسلر روی مدل معروف Imperial سیستم ترمز ضدلغزش را با یک کنترل یونیت و چهار سنسور معرفی کرد. می‌توان گفت سیستم شرکت بوش و کرایسلر اساس عملکرد تمامی سیستم‌های ABS امروزی است.

هدف سیستم ABS چیست؟

هنگامی که پدال ترمز فشرده میشد نیروی ترمزی توسط لنت ها به دیسک یا کاسه چرخ منتقل میشود. ( برای مشاهده عملکرد ترمز دیسکی یا کفشکی به مقاله انواع سیستم ترمز بخش 1 و بخش 2 مراجعه کنید.). در هنگام ترمز گیری ، نیروی اصطکاک لنت ها جلو حرکت چرخ ها را میگیرد و چرخ ها کاملا بی حرکت خواهند شد اما متناسب با سرعت خودرو، ممکن است هنوز سرعت خودرو صفر نشده باشد. از این لحظه به بعد تایر روی زمین سر خواهد خورد.سر خوردن تایر سبب ناپایداری خودرو خواهد بود چون شرایط سر خوردن به میزان عواملی که شاید در اختیار راننده نباشد( مانند جنس کف جاده) ربط داشته باشد. فیلم 1 نحوه عملکرد ترمز و سر خوردن تایر روی سطح جاده را بدون حالت ABS نشان میدهد.

همانطور که در فیلم مشاهده می‌شود. به‌محض ترمزگرفتن چرخ‌ها در اثر نیروی ترمزی لنت‌ها کاملاً قفل می‌شوند. از لحظه‌ای که چرخ‌ها قفل می‌شوند، روی جاده سر می‌خورند.
به‌صورت بسیار ساده، سیستم ترمز ABS همانطور که از نامش پیداست، به‌محض اینکه متوجه می‌شود چرخ‌ها بجای اینکه روی جاده بچرخند در حال لغزش (سرخوردن) هستند. فشار ترمزی را کاهش می‌دهند تاحدی‌که چرخ‌ها سر نخورند. فیلم 2 این حالت را نشان می‌دهد.

همانطور که در فیلم مشاهده می‌شود سیستم ترمز ABS طوری لنت‌های ترمز را فعال و غیرفعال می‌کند که تا وقتی که سرعت خودرو صفر نشده است سرعت زاویه‌ای چرخ نیز صفر نشود به عبارت ساده چرخ به غلتش خود ادامه دهد.

اجزا سیستم ترمز ضد قفل (ترمز ABS)

تمامی سیستم‌های ضد قفل اجزا عمومی ترمز مانند، پدال ترمز، بوستر ترمز، پمپ اصلی ترمز، مایع هیدرولیک ترمز، لوله‌کشی‌های انتقال مایع، ترمزهای چرخ (دیسکی) را دارند. شکل 4 تجهیزات اضافی که نسبت به سیستم ترمز معمولی دارند را معرفی می‌کند.

شکل 4- تجهیزات اضافی در سیستم ترمز ABS نسبت به ترمز معمولی

انواع سیستم ABS
همانطور که در مقاله‌های دیگربارها اشاره شد یک سیستم را می‌توان به چند روش دسته‌بندی کرد آنچه در شکل 5 می‌آید نیز یک روش برای دسته‌بندی سیستم‌های ترمز ضد قفل است.

شکل 5- انواع دسته‌بندی سیستم ترمز ABS

دسته‌بندی از نظر ساختار

سیستم ترمز ABS یکپارچه (Integrated ABS System ):در ترمزهای ABS یکپارچه واحد مخزن، پمپ اصلی، بوستر و یونیت هیدرولیک به‌صورت یکپارچه قرار گرفته‌اند. شکل 6 نمونه‌ای از این مدل را نشان می‌دهد.

1- در مخزن مایع ترمز 2- مخزن 3- کانکتور یونیت 4- یونیت هیدرولیک 5- میل فشاری
شکل 6- سیستم ترمز ABS با تجهیزات یکپارچه

سیستم ترمز ABS غیر یک‌پارچه (Non Integrated ABS system): تقریباً بیشتر خودرو های که در بازار ایران وجود دارد از نوع غیر یک‌پارچه هستند. یعنی واحد پمپ اصلی و بوستر و واحد یونیت هیدرولیک به‌صورت مجزا در خودرو مشاهده می‌شود.

دسته‌بندی از نظر نوع سنسور مورداستفاده

از بین سنسور های تعیین دور ، دو نوع سنسور القایی و اثر هال از معروف ترین سنسور ها هستند. در مقاله‌های سیستم جرقه با سنسور القایی و سیستم جرقه اثر هال در مورد ساختار این دو نوع سنسور اطلاعاتی ارایه شد. برای انداره گیری سرعت چرخ از یکی از این دو نوع سنسور استفاده میشود. شکل 7 نمونه ای از این دو نوع سنسور را نشان میدهد.

شکل 7- دو نمونه سنسور مورداستفاده در سیستم ABS

معمولاً سنسورهای اثر هال سه سیم دارند و سنسورهای القایی معمولاً دارای دو سیم هستند. اما متناسب با نحوه منفی دارد در سنسور می‌تواند تعداد سیم‌ها را متفاوت مشاهده کرد.

دسته‌بندی از نظر کانال کنترل فشار هیدرولیک

در حالت ایدئال برای بهترین عملکرد سیستم ABS برای هر چرخ به یک کانال مدار هیدرولیک نیاز است؛ بنابراین بهترین حالت 4 کانال برای چهارچرخ خودرو است. اما گاهی برای کاهش هزینه تعداد کانال‌ها را کم می‌کند؛ بنابراین به ماژول هیدرولیک ساده‌تری نیاز دارند. شکل 8 حالت‌های موجود را نشان می‌دهد.

A: سیستم چهارکاناله B: سیستم سه‌کاناله C: سیستم یک کاناله
شکل 8- دسته‌بندی سیستم ABS از نظر تعداد کانال‌ها هیدرولیک

همانطور که مشاهده می‌شود غیر از حالت چهارکاناله، نوع سه‌کاناله و تک‌کاناله نیز وجود دارد. در نوع سه‌کاناله دو کانال مجزا برای چرخ‌های جلو سمت چپ و راست در نظر گرفته می‌شود. در نوع تک‌کاناله فقط یک کانال مشترک برای چرخ‌های عقب استفاده می‌شود. قطعاً در نوع آخر در خودرو های محرک عقب کاربرد بیشتری دارد؛ اما به‌هرحال کمترین کارایی را نسبت به دو حالت قبلی خواهد داشت.

دسته‌بندی از نظر تعداد سنسور مورداستفاده

کیفیت عملکرد سیستم ترمز ضد قفل بر اساس اطلاع دقیق از سرعت چرخ و مقایسه آن با سر چرخ‌ها و سرعت خودرو حاصل می‌شود؛ بنابراین دقیق‌ترین حالت وجود یک سنسور برای هر چرخ است. اما همانطور که برای کاهش هزینه تعداد کانال‌ها را کاهش می‌دهند. تعداد سنسورها را نیز می‌توانند کاهش دهند. شکل 9 محل استقرار سنسورهای سرعت چرخ را در سیستم‌های مختلف ABS نشان می‌دهد.

A: یک سنسور B: سه سنسور C: چهار سنسور
شکل 9- دسته‌بندی سیستم ABS از نظر تعداد سنسور چرخ

معمولاً نوع تک سنسور در خودرو های وانت محرک عقب (Pickup Truck)مشاهده می‌شود
در این مقاله تاریخچه و انواع و اجزا اصلی سیستم ترمز ABS معرفی شدند. در مقاله‌های بعدی به عملکرد اجزا مختلف تشریح خواهد شد.

نویسنده: مهندس بهروز خطیبی