ترمز ضد قفل (ترمز ABS) چیست؟ معرفی انواع سیستم ABS

سیستم ترمز، یکی از مهم ترین اجزای خودرو و به طور کلی هر وسیله نقلیه ای است که تاثیر مستقیم روی ایمنی هنگام رانندگی دارد و خودروسازان همواره در تلاش اند تا با تقویت سیستم ترمز خودرو ها به امنیت بیشتر رانندگان و کاهش حوادث رانندگی کمک کنند.

یکی از اتفاقاتی که همواره هنگام رانندگی می تواند حادثه آفرین باشد قفل شدن چرخ های خودرو در اثر ترمز شدید است، این اتفاق معمولا زمانی رخ می دهد که سطح زمین لغزنده بوده و یا کیفیت لاستیک پایین باشد. در این حالت خط ترمز افزایش یافته و به غیر از آن، خودرو قابلیت فرمان پذیری را از دست می دهد و احتمال وقوع تصادف بشدت افزایش پیدا می کند. اما راهکار حل این مشکل چیست؟ پاسخ ترمز ABS است.

• ترمز ABS چیست؟

سیستم ترمز ضد قفل یا همان Anti-Lock Braking System که به طور مختصر ABS نامیده می شود یک سیستم کمکی ترمز است که وظیفه آن جلوگیری از قفل شدن چرخ ها در ترمز گیری های شدید و سطوح لغزنده است.

زمانی که ترمز های ABS هنوز فراگیر نشده بودند، رانندگان حرفه ای در شرایط قفل شدن چرخ های خودرو با انجام مکرر عمل برداشتن پا از روی پدال ترمز و فشردن دوباره آن تلاش می کردند تا مانع قفل شدن چرخ ها شوند و از بوجود آمدن تصادف جلوگیری کنند.

مهندسان برای حل این مشکل سیستمی را اختراع کردند که این عمل را به صورت خودکار و با سرعت بیشتری انجام دهد تا کارایی این عمل و ایمنی راننده افزایش پیدا کند. ترمز ABS همواره با جلوگیری از قفل شدن چرخ ها باعث کوتاه تر شدن خط ترمز شده (در اکثر مواقع) و قابلیت فرمان پذیری خودرو را در شرایط ترمز گیری شدید حفظ می کند. نتیجه این اتفاق، کاهش تصادفات و حوادث رانندگی است.

• تاریخچه ترمز ABS

ایده ساخت ترمز ضد قفل مربوط به یک قرن پیش است. اولین سیستم ضد قفل در سال 1908 برای قطار های ریلی معرفی شد و پس از آن عمده پیشرفت های این سیستم در صنعت هوانوردی رخ داد. در دهه 20 میلادی یک مهندس فرانسوی سیستمی را برای استفاده در هواپیما اختراع کرد که فشار هیدرولیک روغن ترمز در چرخ های های هواپیما را تعدیل می کرد تا از لغزش لاستیک ها جلوگیری کند، این سیستم باعث شد تا عملکرد ترمز ها در هواپیما 30% بهبود پیدا کند. یک مهندس آلمانی نیز در سال 1928 به طور رسمی یک سیستم ABS را ثبت اختراع کرد اما سیستم او هیچگاه نتوانست به کارآمدی برسد.

در اوایل دهه 50 میلادی شرکت Dunlop Maxaret یک سیستم ترمز ضد قفل برای استفاده در هواپیما ها طراحی کرد که از آن به طور گسترده در ناوگان هواپیمایی بریتانیا استفاده شد. این سیستم در شرایط آب و هوایی بارانی یا یخبندان خط ترمز را تا 30% کاهش می داد و تاثیر زیادی در افزایش عمر لاستیک های هواپیما داشت. هواپیما های مجهز به این سیستم قادر به تیک آف و فرود آمدن در شرایطی از آب و هوا بودند که در آن به سایر هواپیما ها اجازه پرواز داده نمی شد. سیستم ترمز ضد قفل دانلوپ مکسارت در سال 1958 بر روی یک موتور سیکلت نیز آزمایش شد و نتایج خوبی را به همراه آورد اما هیچگاه به مرحله تولید نرسید.

اولین استفاده ABS در خودرو ها مربوط به دهه 60 میلادی بود، یک سیستم ABS کاملا مکانیکی روی خودرو های مسابقه ای فرگوسن P99 و ینسن FF استفاده شد اما به علت گرانی و غیر قابل اعتماد بودن استفاده از آن ادامه پیدا نکرد. نخستین سیستم ABS مدرن در سال 1971 توسط یک مهندس ایتالیایی به نام ماریو پالازتی در مرکز تحقیقات فیات ساخته شد که به "Mister ABS" معروف شد و هم اکنون در تمام خودرو های جهان استفاده می شود. فیات طرح این سیستم را به کمپانی بوش فروخت و بوش برای اولین بار این سیستم را ABS نامگذاری کرد.

پس از ساخته شدن سیستم مدرن ABS در سال 1971، این سیستم به سرعت توسط خودروسازان مختلف مورد استفاده قرار گرفت. به طور مثال، تویوتا کراون، نیسان پرزیدنت، ترایومف 2500، کرایسلر امپریال، لینکلن کانتیننتال مارک 3 و فورد تاندربرد اولین خودرو هایی بودند که به سیستم ABS مدرن مجهز شدند.

البته این سیستم در ابتدا به صورت آپشن بر روی این خودرو ها عرضه می شد و بعدها تبدیل به یک استاندارد شد. مرسدس بنز نیز برای اولین بار در سال 1978 در S کلاس اتاق W116 از سیستم ABS چهار کاناله الکترونیکی شرکت بوش استفاده کرد. ترمز ABS امروزه تبدیل به یک اجبار در صنعت خودروسازی شده و تمامی خودروسازان موظف به استفاده از این سیستم در محصولات خود هستند.

• اجزای ترمز ABS

مجموعه ترمز ABS از 4 عضو اصلی تشکیل شده است که عبارتند از سنسور های چرخ، سوپاپ ها، پمپ ABS و یونیت کنترل.

سنسور چرخ: روی هر چرخ یک سنسور سرعت قرار گرفته که می تواند سرعت آن چرخ را به طور جداگانه اندازه بگیرد. سنسور چرخ در هر ثانیه 25 بار سرعت چرخ ها را اندازه گرفته و آن را به ECU ارسال می کند تا ECU بتواند با دقت و سرعت کافی قفل شدن یک چرخ را متوجه شود.

سوپاپ ها: روی لوله های روغن ترمز هر چرخ یک سوپاپ وجود دارد که فشار روغن ترمز در آن چرخ را کنترل می کند. این سوپاپ ها معمولا 3 حالت دارد.

در حالت اول سوپاپ باز بوده و فشار ترمز به طور مستقیم روی چرخ ها اعمال می شود.

در حالت دوم سوپاپ بسته بوده و از اعمال نیروی ترمز روی چرخ جلوگیری می کند. در این حالت راننده هر چقدر پدال ترمز را محکم تر فشار دهد، افزایش فشار بر روی ترمز چرخ اتفاق نمی افتد.

در حالت سوم سوپاپ نیمه باز بوده و تا حدی که لازم باشد فشار ترمز را به سوی چرخ ها عبور می دهد.

پمپ ترمز: این قطعه وظیفه بازیابی فشار روغن ترمز را دارد که توسط سوپاپ های کنترل کننده از دست رفته.

کنترل کننده: واحد کنترل کننده ABS نقش فرمانده این مجموعه را دارد و با دریافت اطلاعات از سنسور های چرخ، احتمال قفل شدن هر چرخ را بررسی کرده و مقدار فشار ترمز هر چرخ را توسط سوپاپ روغن ترمز آن چرخ کنترل می کند.

• نحوه عملکرد ترمز ABS

در پاراگراف بالا اجزای اصلی سیستم ترمز ABS را معرفی کرده و وظیفه آن ها را شرح دادیم؛ اما این سیستم چگونه کار می کند؟ همانطور که گفته شد سنسور های چرخ در هر ثانیه 25 بار اطلاعات سرعت چرخ ها را به ECU می فرستند و ECU با بررسی اطلاعات این سنسور ها وضعیت چرخش چرخ ها را می سنجد. اگر ECU تشخیص دهد که در هنگام ترمزگیری سرعت یک چرخ کندتر از سایر چرخ ها است به این نتیجه می رسد که این چرخ در حال قفل شدن بوده و دستور کاهش نیروی ترمز چرخ مذکور را صادر می کند که این عمل از طریق بسته شدن سوپاپ ترمز آن چرخ انجام می شود.

اگر ECU تشخیص دهد که سرعت یک چرخ بیشتر از سایرین است، با افزایش فشار روغن ترمز از طریق سوپاپ چرخ اقدام به کاهش سرعت آن می کند. این فرایند به طور مداوم انجام شده و ترمز یک چرخ در هر ثانیه 15 بار درگیر و آزاد می شود. نتیجه این فرایند، جلوگیری از قفل شدن چرخ ها در هنگام ترمزگیری شدید است و نشانه آن، لرزش پدال ترمز زیر پای راننده بوده که فعالیت سیستم ABS را نشان می دهد.

انواع ترمز ABS

ترمز های ABS انواع مختلفی دارند که بر اساس تعداد کانال ها و سنسور ها دسته بندی می شوند.

• ترمز ABS چهار کاناله چهار سنسور

در این سیستم هر چرخ یک سنسور و یک سوپاپ جداگانه دارد. در این سیستم، کنترلر به طور جداگانه بر روی هر چرخ نظارت می کند و در نتیجه حداکثر ایمنی و کارآمدی در این سیستم به دست می آید.

• ترمز ABS سه کاناله با چهار سنسور

در این سیستم هر چرخ یک سنسور دارد و در محور جلو چرخ ها هر کدام سوپاپ مختص به خودشان را دارند. اما در محور عقب یک تنها یک سوپاپ وظیفه کنترل کردن نیروی هر دو چرخ را بر عهده دارد. این سیستم معمولا در خودرو های سواری قدیمی تر که از ABS در هر چهار چرخ استفاده می کردند دیده می شود.

• ترمز ABS سه کاناله با سه سنسور

در این سیستم چرخ های جلو هر کدام یک سنسور و یک سوپاپ دارند اما در محور عقب تنها یک سنسور و یک سوپاپ برای در دو چرخ در نظر گرفته شده. در این سیستم برای درگیر شدن ABS چرخ های عقب نیاز است تا هر دو چرخ عقب قفل شده باشند بنابراین این احتمال وجود دارد که در خودرویی با ABS سه کاناله یکی از چرخ های عقب در حین ترمز گیری قفل کند. این سیستم معمولا در وانت ها استفاده می شود.

• ترمز ABS دو کاناله با چهار سنسور

در این سیستم هر چرخ یک سنسور جداگانه دارد اما تنها دو سوپاپ یکی برای محور جلو و یکی برای محور عقب به کار گرفته شده. این سیستم معمولا در خودرو های سواری دهه 80 و 90 میلادی یافت می شود.

• ترمز ABS تک کاناله با یک سنسور

این سیستم نا کارآمد ترین سیستم ABS است. در این سیستم تنها یک سنسور و یک سوپاپ در محور عقب وجود دارد. خودرو هایی که از این سیستم استفاده می کنند معمولا ون ها، وانت ها و شاسی بلند هایی هستند که تنها در محور عقب ABS دارند.

• نکات نگهداری از سیستم ترمز ABS

سیستم ترمز ABS نیاز به نگهداری خاصی ندارد. اما در صورت بروز خرابی یا هر مشکلی در این سیستم، یک چراغ زرد رنگ با نوشته ABS در صفحه کیلومتر خودرو روشن می شود و به شما اخطار می دهد که سیستم ABS خودرو دچار خرابی شده است. خرابی های سیستم ABS خودرو معمولا بیش از چند مورد خاص نیستند؛ شامل خرابی سنسور ها، پمپ، سوپاپ ها و کنترلر. البته ممکن است خرابی های برقی نیز به این مجموعه اضافه شوند. توصیه می شود در صورت بروز خرابی در مجموعه ترمز ABS در اسرع وقت اقدام به حل مشکل کنید تا دچار حادثه نشوید.

• ترمز ABS، بستر توسعه سیستم های کنترل پایداری و کمک راننده

همانطور که در ابتدای مقاله اشاره کردیم، مدت ها است که ترمز ABS به یکی از امکانات پیش پا افتاده و تقریبا همیشگی خودروسازان معتبر تبدیل شده، اما در کنار ترمز ضد قفل، این روزها شاهد معرفی و همه گیر شدن سیستم های ایمنی دیگری نظیر سیستم کنترل پایداری ESP، سیستم کنترل کشش (ترکشن کنترل) و…. نیز هستیم که همه این سیستم ها با استفاده از داده های سیستم ترمز ABS و توسعه آن ها به افزایش ایمنی خودروها کمک شایانی می کنند، در واقع ترمز ABS را می توان سیستم مادر تمامی سیستم های افزایش ایمنی و پایداری خودروها دانست.

• دانستنی های دیگر درباره ABS

یک مطالعه در سال 2004 نشان داده که ABS خطر تصادفات را 18 درصد کاهش می دهد. البته علت این موضوع از بین رفتن خطر قفل شدن چرخ ها و جلوگیری از لیز خوردن خودرو است که باعث می شود در سطوح لغزنده خط ترمز کاهش یافته و فرمان پذیری خودرو از دست نرود. اما نکته ای که در اینجا باید به آن توجه کرد این است که سیستم ABS باعث افزایش قدرت ترمز گیری نمی شود و تنها از قفل شدن چرخ ها جلوگیری می کند. بنابراین می توان گفت اگر قدرت ترمز یک خودرو ضعیف است، اضافه کردن ABS نیز بهبود خاصی در آن بوجود نمی آورد!

نکته جالب دیگر در مورد ترمز های ABS این است که بر خلاف سطوح معمولی مانند آسفالت، خودرو های مجهز به ABS در سطوح خاکی و یا برف های عمیق خط ترمز طولانی تری نسبت به حالت عادی دارند. این مسئله به این دلیل اتفاق می افتد که در این سطح با گرفتن ترمز و قفل شدن چرخ، خاک یا برف جلوی لاستیک جمع شده و خود مانند یک ترمز خارجی عمل می کنند که جلوی حرکت خودرو را می گیرند. اما در خودروی مجهز به ABS به علت قفل نشدن چرخ ها این اتفاق رخ نمی دهد.

آخرین نکته ای که در مورد ترمز های ABS باید مورد توجه قرار بگیرد سر و صدای این ترمز ها است. در ترمز گیری شدید هنگامی که ABS وارد مدار می شود پدال ترمز زیر پای راننده شروع به لرزش کرده و صدای خر خر از سوی ترمز ها به گوش می رسد. در این حالت اگر راننده با نحوه عملکرد ترمز ABS خودروی خود آشنا نباشد ممکن است تصور کند که ترمز ها خراب شده یا در حال خورد شدن هستند. در حالی که این صدا ناشی از عملکرد سوپاپ ها و قطع و وصل شدن پیاپی نیروی ترمز برای جلوگیری از قفل شدن چرخ ها است.