تحقیق سیستم ترمز ضد قفل ABS

مقدمه

متوقف ساختن خودرو مهم تر از به حرکت در آوردن آن است. خودرویی که روشن نشود ممکن است راننده اش را خشمگین سازد ولی وقتی براه افتاد و در مسیر عبورو مرور فرا گرفت، اگر ترمز آن معیوب بوده و یا راننده نتواند بدرستی از ترمز آن استفاده نماید، چه بسا ممکن است بصورت دام مرگ در آید. ترمز ناگهانی و قفل شدن چرخها مهمترین خطریست که خودرو را تهدید می‌نماید. قفل شدن چرخها از دو جهت برای خودرو خطرناک است، این وضعیت در بسیاری از مواقع فاصله ترمزگیری را افزایش داده و مهمتر از آن کنترل فرمان چرخها نیز از اختیار خارج می شود، خصوصاً در جاده های خیس و برفی یا یخزده که خطر قفل شدن چرخها بیشتر وجود دارد، نیاز به سیستمی که بتواند ترمز چرخها را کنترل کرده و از لیز خوردن چرخها جلوگیری نماید، بیش از پیش احساس می شود.

تاریخچه سیستم ABS

در ابتدای دهه 1970 کمپانی دایملر بنز، گروهی از مهندسین و کارشناسان فنی خود را مامور بررسی و آزمایش سیستمی نمود که از سال 1959 پیشنهاد گردیده و بطور مقطعی بر روی آن کار شده بود. گروه مهندسی دایملر بنز برای پیشبرد کار خود با کمپانی تلدیکس وارد عمل شد و مدتها بر روی آن کار شد اما نتیجه مطلوبی نداد و گروه مهندسی مجبور گشتند قرارداد خود را با کمپانی فوق لغو کرده و یک قرارداد جدید با کمپانی بوش ببندند. این گروه پس از ماهها فعالیت موفق گردیدند سیستم ضد بلو که ترمز (ABS) را در اواسط دهه هفتاد عرضه کنند. بدین ترتیب کمپانی دایملر بنز اولین کمپانی بود که توانست این سیستم را به صورت گسترده در خودروهای خود بکار گیرد. کمپانیهای بی ام و تویوتا در ادامه، فعالیت خود را در این زمینه آغاز کردند. از اواسط دهه هشتاد تعداد بیشتری از کمپانیهای سازنده شروع به نصب سیستم ضد بلو که ترمز نمودند، مثل کمپانیهای پژو، رنو، سیتروئن، لانچیا و خصوصاً هندا که موفق گردید سیستو ضد بلو که پیشرفته تری نسبت به سایر کمپانیها به روی خودروهایش نصب نماید. سیستمهای اولیه ABS فقط چرخهای عقب را کنترل می کردند، با این هدف که پایداری خودرو در هنگام عمل ترمزگیری بر روی سطوح لغزنده حفظ شده و خودرو ثبات بیشتری داشته باشد. به تدریج این سیستم پیشرفته تر شد به شکلی که در دهه هشتاد سیستمهای ABS که ترمز چهار چرخ را کنترل می کردند بر روی خودروها نصب گردید. سیستم ABS امروزه در اکثر تولیدات کمپانیهای بزرگ خودروساز بصورت استاندارد بر روی خودروهای شخصی و کامیونهای سبک نصب می شود و یا در برخی از خودروها بصورت انتخاب برای مشتری قرار داده می شود.  

سیستم ABS چیست؟

ترمزهای معمولی با ایجاد دو نوع مقاومت باعث توقف و یا کاهش سرعت خودرو می‌شوند. یک مقاومت ناشی از اصطکاک بین صفحات لنت و دیسک (و یا لنت های کفشکی و کاسه چرخ) و مقاومت دیگر ناشی از اصطکاک بین تایرهای خودرو و سطح جاده می باشد. عمل ترمزگیری در صورتی با ثبات و کنترل شده انجام می شود که رابطه زیر بین مقاومت ایجاد شده توسط سیستم ترمز و مقاومت ایجاد شده توسط تایرها و سطح جاده برقرار باشد:   مقاومت بین سطح جاده و تایرها < مقاومت سیستم ترمز

با این وصف اگر رابطه قبل عکس شود، چرخها قفل شده و خودرو شروع به سرخوردن می کند: نیروی اصطکاک بین تایرها و سطح جاده > مقاومت سیستم ترمز در نتیجه اگر چرخهای جلوی خودرو قفل شوند، کنترل فرمان خودرو از دست خارج می شود، و اگر چرخهای عقب قفل شوند، باعث می شود که خودرو روی جاده سر خورده و دور خود بچرخد.   سیستم ABS، فشار هیدرولیکی را که به سیلندر چرخها وارد می شود به گونه ای کنترل می‌کند که از قفل شدن چرخها در روی جاده های لغزنده و یا هنگام ترمزهای شدید جلوگیری شود. همچنین پایداری کنترل فرمان خودرو هنگام ترمز گرفتن حفظ شود.   در یک سیستم ترمز معمولی (بدون سیستم ABS) اگر عمل ترمزگیری در یک جاده لغزنده صورت گیرد، راننده برای جلوگیری از عدم کنترل خودرو، می بایست به صورت تلمبه زدن (فشار دادن و رها کردن متناوب پدال ترمز) پدال ترمز را فشار دهد تا خودرو متوقف شود. در خودروهایی که مجهز به سیستم ABS هستند این عمل به طور اتوماتیک انجام می شود، با این تفاوت که کنترل ترمز در این حالت بسیار دقیقتر و صحیح تر می باشد.

اصول کارکرد سیستم ABS

وقتی یک خودرو با سرعت ثابت حرکت می کند، سرعت حرکت خودرو با سرعت چرخهای آن متناسب است، به عبارت دیگر لغزش تایرها وجود ندارد. اما وقتی راننده به منظور کم کردن سرعت خودرو، بر روی پدال ترمز فشار می آورد، سرعت چرخها به تدریج کم شده و تناسب چرخها با بدنه خودرو نیز از بین می رود، باید توجه داشت که بدنه خوردرو به سبب نیروی اینرسی تمایل به حرکت دارد، در این حالت یک لغزش کوچک بین چرخها و سطح جاده ایجاد می شود. اختلاف بین سرعت بدنه خودرو و سرعت چرخها توسط نرخ لغزش شناخته می‌شود. نرخ لغزش توسط عبارت زیر محاسبه می گردد:  

  نرخ لغزش 0% حالتی را نشان می دهد که چرخ به طور آزاد حرکت کرده و با هیچ نوع مقاومتی مواجه نیست. همچنین نرخ لغزش 100% نیز مبین حالتی است که چرخ کاملاً قفل شده است و تایر کاملاً بر روی جاده می لغزد. وقتی اختلاف بین سرعت چرخ و سرعت خودرو زیاد می شود، لغزش بین تایر و سطح جاده زیاد شده و این خود باعث ایجاد اصطکاک شده که نیروی ترمزی را تولید می کند و نهایتاً سرعت خودرو کم می شود. ارتباط بین نیروی ترمزی و نرخ لغزش در نمودار زیر نشان داده شده است. نیروی ترمزی ضرورتاً با نرخ لغزش همیشه مرتبط نیست، اما بیشترین مقدار نیروی ترمزی وقتی اتفاق می افتد که نرخ لغزش بین 10% تا 30% شود و نیروی ترمزی در نرخ لغزش بالاتر از 30% به تدریج کاهش می یابد، بنابراین به منظور در اختیار داشتن ماکزیمم نیروی ترمزی در تمام مواقع، همواره لازم است که نرخ لغزش بین 10% تا 30% قرار داشته باشد.   به علاوه لازم است که پایداری خودرو در بیشترین سطح خود در حالت ترمز گیری حفظ گردد. به این منظور نرخ لغزش در حد 30%-10% برای ایجاد بیشترین کارآیی ترمز بدون توجه به وضعیت سطح جاده قرار داشته، ضمن اینکه پایداری فرمان پذیری خودرو در این حالت حفظ شده و مشکلی برای آن به وجود نخواهد آمد.

توجه:

1- در جاده هایی با سطح لغزنده که ضریب اصطکاک  پایینی دارند، فاصله ترمزگیری در مقایسه با سطوح جاده با ضریب اصطکاک بالا، افزایش می یابد. حتی در صورت فعال بودن سیستم ترمز ABS، به همین دلیل با وجود سیستم ترمز ضد قفل، اکیداً توصیه می شود که بر روی جاده‌های لغزنده با سرعت پایین رانندگی شود. 2- در جاده های شنی، یخی و یا پوشیده از برف که سطح جاده به شدت لغزنده می‌باشد، وجود سیستم ABS باعث میشود که فاصله ترمزگیری نسبت به ترمز عادی بیشتر گردد. (به نمودار قبل توجه شود.)  

عملکرد کلی سیستم ABS

• سنسورهای سرعت با تشخیص سرعت چرخش چرخها، اطلاعات مربوطه را به صورت سیگنال به ECU مربوط به ترمز ABS ارسال می نمایند.
• ECU وضعیت چرخها را (با محاسباتی که اطلاعات اولیه آن را سرعت خودرو تغییرات سرعت چرخشی چرخها تشکیل می دهد) به دست می آورد.
• در وضعیت ترمزگیری شدید، ECU به گونه ای به فعال کننده سیستم فرمان می‌دهد که فشار بهینه را بر هر کدام از ترمزها اعمال نماید.
• واحدهای کنترل فشار هیدرولیک ترمز براساس فرمانی که از ECU می گیرد، فشار هیدرولیک را کاهش یا افزایش داده و یا فشار هیدرولیک را براساس نیاز ثابت نگه می‌دارد، تا اینکه نرخ لغزش مورد نیاز (30%-10%) برای جلوگیری از قفل شدن چرخها ایجاد شود.

فهرست مطالب

عنوان                                                      صفحه مقدمه....................................... تاریخچه سیستم ABS........................... سیستم ABS چیست.............................. اصول کارکرد سیستم ABS....................... عملکرد کلی سیستم ABS........................ اجزاء سیستم ABS............................. سنسورهای سرعت چرخش.......................... عملکرد سنسور سرعت چرخش...................... سنسور شتاب.................................. ساختار سنسور شتاب........................... عملکرد سنسور شتاب........................... فعال کننده ABS.............................. دیاگرام سیستم ABS........................... عملکرد فعال کننده ABS....................... فعال کننده ABS با شیر سلونوئیدی دو وضعیته... ECU ABS...................................... کنترل سرعت چرخها............................