صنعت خودروسازی همواره در حال پیشرفت است و این پیشرفت‌ها بیشتر بر اساس نیازهای جدید رانندگان در شرایط مختلف جاده‌ای شکل می‌گیرند. یکی از مهم‌ترین نیازهای صنعت خودرو، بهبود سیستم‌های ترمز به‌خصوص در سرعت‌های بالا و شرایط لغزنده جاده است. در گذشته، هنگام رانندگی در شرایط دشوار مانند جاده‌های بارانی، یخ‌زده یا لغزنده، یا در هنگام ترمزگیری‌های شدید در سرعت‌های بالا، کنترل خودرو به‌راحتی از دست راننده خارج می‌شد و این می‌توانست منجر به تصادفات خطرناک و جراحات شدید گردد. در این شرایط، چرخ‌های خودرو ممکن بود قفل شوند و حرکت خودرو بدون کنترل ادامه یابد که خطراتی همچون انحراف از مسیر و تصادفات شدید را به دنبال داشت.
برای مقابله با این مشکل، نیاز به یک سیستم پیشرفته‌تر احساس شد. این نیاز باعث شد که مهندسان و طراحان خودرو سیستم ترمز ضدقفل یا ABS را طراحی کنند که این روزها تقریباً در تمام خودروهای مدرن به‌عنوان یک ویژگی استاندارد در نظر گرفته می‌شود. در برخی از خودروهای تولید داخل، این سیستم هنوز به‌عنوان یک آپشن قابل انتخاب است. در این مقاله، به بررسی سیستم ABS، انواع آن و نحوه عملکرد آن خواهیم پرداخت.
ترمز ABS چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟
ترمز ضدقفل (ABS) به‌طور خاص برای جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها در هنگام ترمزگیری‌های شدید طراحی شده است. این سیستم به راننده این امکان را می‌دهد که حتی هنگام فشار شدید بر روی پدال ترمز، کنترل خودرو را حفظ کند. یکی از مهم‌ترین مشکلاتی که در گذشته وجود داشت، قفل شدن چرخ‌ها در شرایط ترمزگیری‌های شدید بود. در این مواقع، چرخ‌ها روی سطح جاده کشیده می‌شدند و مسافت ترمز افزایش می‌یافت. همچنین، فرمان‌پذیری خودرو کاهش پیدا کرده و گاهاً خودرو از مسیر خود منحرف می‌شد. در شرایطی بدتر، قفل شدن چرخ‌های عقب می‌توانست منجر به انحراف کامل خودرو به خصوص در جاده‌های ناهموار یا سراشیبی‌ها شود.
در گذشته، رانندگان برای جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها در چنین شرایطی از تکنیک ترمزگیری تناوبی استفاده می‌کردند، که در آن راننده چندین بار پدال ترمز را فشار می‌داد و رها می‌کرد. اما امروز سیستم ABS این مشکل را به حداقل رسانده است. این سیستم به‌طور خودکار و مداوم با توجه به شرایط جاده و وضعیت چرخ‌ها، فرآیند ترمزگیری را تنظیم کرده و از قفل شدن چرخ‌ها جلوگیری می‌کند. بنابراین، دو عملکرد اصلی و مهم سیستم ABS عبارتند از:
- توقف سریع‌تر و مطمئن‌تر خودرو
- امکان هدایت خودرو در شرایط خاص ترمزگیری، حتی در جاده‌های لغزنده و ترمزگیری‌های ناگهانی
سیستم ترمز ABS در بیشتر خودروهای مدرن به‌عنوان یک ویژگی استاندارد نصب می‌شود و در بسیاری از کشورها، وجود آن برای دریافت گواهی ایمنی خودرو الزامی است. این سیستم نه‌تنها به ایمنی بیشتر راننده و سرنشینان کمک می‌کند، بلکه در کاهش تصادفات نیز نقش مؤثری دارد، هرچند نمی‌توان گفت که به‌طور کامل از وقوع تصادفات جلوگیری می‌کند.
اجزای سیستم ترمز ABS
سیستم ABS یک سیستم کمکی است که در کنار سیستم ترمز اصلی خودرو فعالیت می‌کند و به‌عنوان یکی از اجزای مهم ایمنی خودرو شناخته می‌شود. این سیستم شامل اجزای مختلفی است که به‌طور هماهنگ با یکدیگر عمل می‌کنند. اجزای اصلی سیستم ABS عبارتند از:
- سنسورهای سرعت
سنسورهای سرعت، اولین بخش از سیستم ABS هستند که اطلاعات مربوط به سرعت چرخ‌ها و حرکت آنها را جمع‌آوری می‌کنند. این سنسورها به‌طور مداوم چرخ‌ها را نظارت می‌کنند و در صورتی که سرعت چرخ‌ها کاهش یابد یا به‌طور غیرعادی تغییر کند، اطلاعات لازم را به واحد پردازش سیستم ارسال می‌کنند. سنسورهای سرعت معمولاً در هر چهار چرخ خودرو و در برخی موارد در دیفرانسیل‌ها نصب می‌شوند.
- کنترل‌کننده
بخش کنترل‌کننده وظیفه تنظیم عملکرد سیستم را به‌عهده دارد. این بخش اطلاعات دریافتی از سنسورها را پردازش کرده و در نتیجه، عملکرد سیستم ترمز و سوپاپ‌ها را تنظیم می‌کند. کنترل‌کننده سیستم ABS به‌طور معمول شامل دو واحد مجزا است:
- واحد کنترل الکترونیکی (ECU): این واحد وظیفه پردازش اطلاعات دریافتی از سنسورها را بر عهده دارد. ECU اطلاعات مربوط به سرعت چرخ‌ها را بررسی کرده و در صورت کاهش سرعت یا لغزش چرخ‌ها، فشار روغن ترمز را تنظیم می‌کند و در نتیجه به کاهش فاصله ترمز کمک می‌کند. این واحد همچنین گزارش خرابی‌ها و مشکلات سیستم را ارائه می‌دهد.
- واحد کنترل هیدرولیکی (HCU): این بخش در محفظه موتور نصب می‌شود و وظیفه کنترل فشار روغن ترمز در مدارهای هیدرولیکی را دارد. HCU فشار روغن در سیستم ترمز را تنظیم می‌کند تا بتواند در مواقع لازم نیروی ترمز مناسب را اعمال کند و عملکرد سیستم ABS را به‌طور مؤثر فعال سازد.
۳. سوپاپ‌ها یا الکترو موتور پمپ‌ها
سیستم ترمز خودرو به لوله‌هایی به نام لوله‌های ترمز یا کانال‌های ترمز مجهز است که برای هر چرخ به طور مجزا طراحی شده‌اند. در داخل این لوله‌ها، سوپاپ‌هایی مخصوص سیستم ترمز ABS قرار دارد. این سوپاپ‌ها که گاهی با نام الکترو موتور پمپ‌ها شناخته می‌شوند، از اجزای اصلی واحد کنترل هیدرولیکی (HCU) به شمار می‌آیند. واحد کنترل هیدرولیکی (HCU) وظیفه هدایت و مدیریت وضعیت سوپاپ‌ها را بر عهده دارد. این سیستم با ارسال دستورات به سوپاپ‌ها، فشار روغن را تنظیم می‌کند تا عملکرد بهینه‌تر و ترمزگیری بهتری حاصل شود. به‌طور خاص، هنگامی که سیستم نیاز به کنترل دقیق‌تر فشار روغن در شرایط خاص ترمزگیری مانند ترمزهای شدید یا شرایط لغزنده باشد، سوپاپ‌ها به وضعیت‌های مختلف منتقل می‌شوند و به این ترتیب، فرآیند ترمزگیری به صورت دقیق‌تری انجام می‌شود.
سوپاپ‌های ABS به دو دسته ورودی و خروجی تقسیم می‌شوند و هرکدام در سه حالت مختلف عملکردی عمل می‌کنند:
۱. نگهداری و فشار
در این حالت، سوپاپ ارتباط بین سیلندر اصلی و لوله ترمز را مسدود می‌کند. زمانی که راننده پدال ترمز را به طور کامل فشار می‌دهد، این سوپاپ‌ها از وارد شدن فشار بیش از حد و ناگهانی روغن هیدرولیک به سیستم جلوگیری می‌کنند. در این زمان، ECU (واحد کنترل الکترونیکی) احتمال لغزش چرخ‌ها را تشخیص داده و باعث می‌شود که HCU تمام سوپاپ‌های ورودی و خروجی را بسته نگه دارد. این کار به حفظ فشار روغن هیدرولیکی در سیستم ترمز و انجام فرایند ترمزگیری به صورت نرمال کمک می‌کند.
۲. اعمال فشار
در این حالت، سوپاپ‌ها به گونه‌ای عمل می‌کنند که فشار اضافی را از سیستم خارج کرده و آن را تنظیم می‌کنند. این حالت زمانی فعال می‌شود که با وجود بسته بودن سوپاپ‌ها، ECU تشخیص دهد که احتمال لغزش چرخ‌ها هنوز وجود دارد. در این شرایط، سوپاپ‌های ورودی بسته باقی می‌مانند، اما سوپاپ‌های خروجی باز می‌شوند تا فشار اضافی و روغن هیدرولیک اضافی را به بخش ذخیره‌سازی HCU منتقل کنند.
۳. رهاسازی فشار
در این حالت، سوپاپ‌ها به گونه‌ای تنظیم می‌شوند که فشار روغن هیدرولیکی مستقیماً از سیلندر اصلی به ترمزها منتقل شود. این حالت زمانی اتفاق می‌افتد که ECU احتمال لغزش را کاهش دهد. فشار روغن هیدرولیک ذخیره‌شده از طریق پمپ اصلی به مدار باز می‌گردد و به سمت چرخ‌هایی که به این فشار نیاز دارند هدایت می‌شود. در این زمان، سوپاپ‌های ورودی باز شده و سوپاپ‌های خروجی بسته می‌شوند.
این سه حالت عملکردی به طور پیوسته و پشت سر هم انجام می‌شوند و در نهایت به عملکرد دقیق و بهینه سیستم ABS کمک می‌کنند. سرعت انجام این فرآیندها بسیار بالاست و در هنگام ترمزگیری به صورت ضرباتی احساس می‌شود که نشان‌دهنده تغییرات سریع در وضعیت ترمزها است.
۴. پمپ‌ها یا شیرهای برقی (سلونوئید)
پمپ‌ها یا شیرهای برقی مسئول بازگرداندن نیرویی هستند که توسط سوپاپ‌ها کاهش یافته است. به عبارت دیگر، زمانی که سوپاپ‌ها فشار را کاهش می‌دهند، پمپ‌ها فشار از دست رفته را به سیستم باز می‌گردانند. این پمپ‌ها که از زیرمجموعه‌های واحد کنترل هیدرولیکی هستند، در طول فعالیت خود میزان روغن خروجی را نیز تنظیم می‌کنند. این پمپ‌ها بر اساس اصول الکترومغناطیسی عمل می‌کنند و میدان الکترومغناطیسی مورد نیاز برای عملکرد آنها توسط جریان الکتریکی که از سیم‌لوله‌های اطرافشان عبور می‌کند، ایجاد می‌شود.
۵. اکولوماتورها
اکولوماتورها به عنوان مخازن ذخیره‌سازی روغن تحت فشار عمل می‌کنند و فشار آن را کنترل می‌کنند. این روغن هیدرولیکی در پایان فرآیند ABS توسط پمپ‌ها به سیلندر اصلی بازگردانده می‌شود. در خودروهایی که دارای سیستم ترمز جداگانه برای جلو و عقب هستند، برای هر سیستم یک مخزن ذخیره‌سازی مجزا در نظر گرفته شده است.
۶. تقسیم دینامیکی عقب
در حین ترمزگیری شدید و ناگهانی، وزن خودرو به سمت جلو منتقل می‌شود، که می‌تواند باعث کاهش قدرت ترمزگیری چرخ‌های عقب و در نتیجه افزایش خطر انحراف خودرو شود. در این شرایط، سیستم دینامیکی عقب از سوپاپ‌های ورودی و خروجی ABS برای تنظیم فشار ترمز چرخ‌های عقب به‌طور متناسب با فشار چرخ‌های جلو استفاده می‌کند. این عمل باعث می‌شود که تعادل خودرو در هنگام ترمزگیری حفظ شود.
نحوه کار ترمز ABS
سیستم ترمز ABS امروزه به مجموعه‌ای پیچیده از تکنولوژی‌ها و سیستم‌های مختلف تبدیل شده است. خودروسازان بزرگ هر کدام سیستم ABS مخصوص به خود را توسعه داده‌اند و تکنولوژی‌های خاص خود را در آن به کار گرفته‌اند. ساده‌ترین نوع ABS که به طور معمول در خودروها استفاده می‌شود، کنترل مداوم سرعت چرخ‌ها از طریق حسگرها است. در شرایط عادی جاده، زمانی که راننده پدال ترمز را می‌فشارد، فرایند ترمزگیری طی پنج ثانیه انجام می‌شود و خودرو از سرعت ۱۰۰ کیلومتر بر ساعت به صفر می‌رسد.
اما در شرایط لغزنده یا ترمزگیری شدید، چرخ‌ها به سرعت قفل می‌شوند و خودرو در کمتر از یک ثانیه از حرکت می‌ایستد. در این وضعیت، سیستم ABS به صورت تناوبی فشار روغن را در لوله‌های ترمز کنترل و رها می‌کند تا سرعت چرخ‌ها به‌طور تدریجی کاهش یابد. این فرآیند با سرعت بسیار بالا انجام می‌شود و به گونه‌ای طراحی شده که همیشه کاهش دور چرخ‌ها به تدریج و به صورت یکنواخت انجام گیرد. این ویژگی باعث می‌شود که خودرو به طور هماهنگ‌تر و ایمن‌تر متوقف شود.
سیستم ABS همچنین از چرخش سریع‌تر یکی از چرخ‌ها نسبت به دیگری جلوگیری می‌کند و تمام چرخ‌ها را در سرعت‌های مشابه نگه می‌دارد. این ویژگی‌ها از جمله اساسی‌ترین اصول عملکرد سیستم ABS هستند، اما امروزه این سیستم‌ها پیچیده‌تر و کارآمدتر شده‌اند.
انواع مختلف سیستم ABS
همانطور که اشاره شد، امروزه سیستم‌های ABS با استفاده از تکنولوژی‌های متفاوت و الگوریتم‌های پیچیده‌تری توسعه یافته‌اند. کیفیت عملکرد هر سیستم ABS بستگی به عوامل مختلفی دارد، از جمله دقت واحد کنترل و سرعت پردازش و واکنش آن، حساسیت حسگرها و دیگر ویژگی‌ها. به طور کلی، انواع مختلف سیستم‌های ABS به غیر از تفاوت در نوع پردازنده و واحد کنترل، از نظر تعداد سوپاپ‌ها و سنسورها نیز تفاوت دارند. این تفاوت‌ها در کیفیت و عملکرد سیستم ABS تأثیرات قابل توجهی دارند.
چهار کاناله با چهار سنسور (چهارگانه)
در سیستم‌های چهار کاناله، هر چرخ به طور مستقل دارای سنسور و سوپاپ اختصاصی خود است. این سیستم که به عنوان دقیق‌ترین و کارآمدترین نوع ABS شناخته می‌شود، سرعت هر چرخ را به طور جداگانه توسط حسگرها اندازه‌گیری کرده و به واحد کنترل الکترونیکی (ECU) ارسال می‌کند. سپس ECU با توجه به اطلاعات دریافتی، زمان فعال‌سازی سیستم ABS را برای هر چرخ به طور مجزا تنظیم می‌کند. به این ترتیب، عمل ترمزگیری به‌طور دقیق‌تر و هماهنگ‌تر انجام می‌شود. این ویژگی باعث می‌شود که خودرو در شرایط بحرانی به‌طور کامل کنترل‌پذیر باقی بماند و از قفل شدن چرخ‌ها جلوگیری شود. می‌توان گفت که این نوع سیستم، ایمن‌ترین و بهینه‌ترین نوع ABS محسوب می‌شود.
سه کاناله با سه سنسور (سه‌گانه)
در سیستم‌های سه کاناله، سوپاپ‌ها و سنسورها به طور جداگانه برای چرخ‌های جلو تعبیه می‌شوند، اما برای چرخ‌های عقب، یک مجموعه مشترک از سنسور و سوپاپ روی اکسل عقب نصب می‌شود. در این سیستم، سرعت چرخ‌های جلو به‌طور مجزا تنظیم می‌شود، اما سرعت چرخ‌های عقب به‌طور همزمان تنظیم می‌شود. این به این معناست که ممکن است یکی از چرخ‌های عقب در مواقع ترمزگیری‌های شدید قفل شود. این نوع سیستم نسبت به سیستم چهار کاناله از دقت کمتری برخوردار است و ممکن است در شرایط خاص عملکرد بهینه‌تری نداشته باشد.
یک کاناله با یک سنسور (تک کاناله)
این سیستم معمولاً در خودروهای سنگین استفاده می‌شود و تنها از یک سنسور، کانال و سوپاپ برای کنترل و تنظیم سرعت چرخ‌های عقب بهره می‌برد. در این سیستم، وقتی خودرو به‌طور ناگهانی ترمز می‌کند، وزن خودرو به سمت جلو منتقل می‌شود و احتمال قفل شدن چرخ‌های عقب افزایش می‌یابد. این سیستم در شرایط بحرانی ممکن است عملکرد بهینه‌ای نداشته باشد، زیرا تنها یک سنسور برای هر دو چرخ عقب در نظر گرفته شده است.
عیب‌یابی سیستم ABS:
از آن‌جا که سیستم ABS نقش حیاتی در حفظ امنیت خودرو دارد، عیب‌یابی و سرویس به‌موقع این سیستم بسیار مهم است. سیستم ABS دارای واحد کنترل الکترونیکی (ECU) است که به‌طور مداوم وضعیت و سلامت بخش‌های مختلف سیستم را نظارت می‌کند. در صورتی که مشکلی در اجزای سیستم شناسایی شود، این مشکل از طریق روشن شدن چراغ هشدار ABS در داشبورد به راننده اطلاع داده می‌شود. به عنوان مثال، در صورتی که یکی از سنسورها یا سوپاپ‌ها دچار خرابی شود، چراغ ABS روشن خواهد شد و در صورت صحت عملکرد، خاموش نمی‌شود. همچنین، در صورتی که سیستم به‌درستی کار نکند، باید بلافاصله برای تعمیر و سرویس اقدام کرد.
دلایل روشن شدن چراغ هشدار ABS عبارتند از:
- خرابی سنسورها، که ممکن است شامل آلودگی یا خرابی فیزیکی آنها باشد.
- خرابی‌های الکتریکی مانند قطعی در اتصالات یا سوختن فیوزها.
- خرابی پمپ‌ها و سوپاپ‌ها که در برخی موارد ممکن است نیاز به تعویض داشته باشد.
- خرابی واحد کنترل که معمولاً نیاز به تعویض ECU یا HCU دارد و تعمیر آن امکان‌پذیر نیست.
معایب سیستم ABS:
گرچه سیستم ABS مزایای زیادی دارد و به‌طور کلی عملکرد ترمزگیری را بهبود می‌بخشد، اما معایبی نیز دارد. یکی از مشکلات رایج در سیستم‌های قدیمی‌تر، توقف بی‌دلیل خودرو در سرعت‌های پایین است. این مشکل ناشی از بالابودن ضریب خطا در پردازشگر ECU است که باعث می‌شود ترمزگیری در شرایط خاص اشتباه تفسیر شود و منجر به توقف خودرو گردد. همچنین، سیستم‌های جدیدتر با وجود کارایی بیشتر، هزینه نگهداری بالایی دارند و حساسیت قطعات آنها باعث افزایش هزینه‌های تعمیر و نگهداری می‌شود.
نکاتی که باید درباره ABS بدانید:
- درصد کارایی ABS:
سیستم ABS به‌طور قابل توجهی عملکرد ترمز را بهبود می‌بخشد و از قفل شدن چرخ‌ها جلوگیری می‌کند. با این حال، پژوهش‌ها نشان داده‌اند که این سیستم تأثیر زیادی در کاهش تصادفات منجر به صدمات جسمی ندارد. بنابراین، راننده‌ها باید از داشتن اطمینان کاذب از عملکرد سیستم جلوگیری کنند و همچنان احتیاط‌های لازم را در شرایط بحرانی رعایت کنند. - نحوه صحیح ترمزگیری با ABS:
برخلاف تصور رایج، در خودروهای مجهز به ABS نیازی به فشردن پدال ترمز به‌طور پی‌در‌پی نیست. رانندگان باید فقط پدال ترمز را فشار داده و آن را نگه دارند تا سیستم ABS به‌طور خودکار عمل توقف ایمن را انجام دهد. - صدای سیستم ABS:
در هنگام ترمزگیری در سرعت‌های بالا، ممکن است صدای مشابه خرد شدن قطعاتی مانند دیسک ترمز شنیده شود. این صدا ناشی از عملکرد سیستم ABS است و هیچ دلیلی برای نگرانی ندارد. این صدا نشان‌دهنده عملکرد صحیح سیستم و اجزای آن است و به معنای وجود نقص در سیستم ترمز خودرو نیست.
در پایان
سیستم ABS یکی از نوآوری‌های برجسته در صنعت خودروسازی است که با فراهم کردن امنیت بیشتر در زمان ترمزگیری، به رانندگان کمک می‌کند تا در شرایط بحرانی کنترل بیشتری روی خودرو داشته باشند. اما مانند هر سیستم دیگری، نیاز به نگهداری منظم و عیب‌یابی به‌موقع دارد تا عملکرد بهینه خود را حفظ کند.