Bezpieczeństwo czynne pojazdu (ABS)

Dla zwiększenia bezpieczeństwa czynnego pojazdu stosuje się rozwiązania konstrukcyjne polegające na polepszeniu:
– właściwości dynamicznych samochodu:
- układy antypoślizgowe (ASR), układy przeciwdziałające blokowaniu się kół (ABS), zawieszenie aktywne – układy wpływające na zachowanie się pojazdu podczas hamowania (ograniczenie pośliz-gu, utraty kontaktu koła z nawierzchnią, zarzucania);
- sterowanie na cztery koła (4WS), system kontroli bocznego znoszenia opon, niskociśnieniowe ogumienie – rozwiązania wpływające na stateczność poprzeczną, kierunkową i podłużną oraz płynność jazdy;
- napęd na cztery koła (4WD), doładowanie silnika – systemy zwiększające dynamiczność pojazdu przy przyspieszaniu podczas wyprzedzania;
– kierowalności samochodu:
- wspomaganie układu kierowniczego, zmienne przełożenie przekładni kierowniczej, rozmieszczenie elementów sterowania (koła kierownicy, pedałów, przełączników) – układy mające wpływ na sterowanie i manewrowanie;
- aktywne zawieszenie, napęd (4WD) i sterowanie (4WS) na cztery koła, nowoczesne ogumienie – rozwiązania poprawiające płynność ruchu i zabezpieczające przed utratą kontaktu kół z nawierzchnią;
– widoczności i komfortu prowadzenia samochodu:
- światła przeciwmgielne, asymetryczne, lusterka zewnętrzne i wewnętrzne, wycieraczki szyb, klimatyzacja, ergonomiczne fotele – zapewniające właściwą widoczność, oświetlenie i odpowiednie warunki jazdy.
Najbardziej rozpowszechnionym obecnie i najczęściej stosowanym układem wpływającym na bezpieczeństwo czynne pojazdu jest układ przeciwdziałający blokowaniu się kół podczas hamowania ABS (anti lock brake system). Długość drogi hamowania pojazdu zależna jest od współczynnika przyczepności opony do jezdni. Skuteczność hamowania w trudnych warunkach drogowych przy śliskiej nawierzchni jest największa w sytuacji, kiedy użyta jest maksymalna siła hamowania przy zachowaniu warunku jednoczesnego toczenia się kół. Największe niebezpieczeństwo utraty przyczepności koła do nawierzchni występuje podczas jazdy na zakręcie. W sytuacji kiedy samochód jedzie po łuku i następuje zablokowanie koła, czyli utracona zostaje przyczepność koła do nawierzchni siła boczna działająca na koło maleje niemalże do zera. Wówczas kierowca traci częściowo, a najczęściej całkowicie możliwość kierowania samochodem.
Układ ABS stworzony został do tego, aby maksymalnie wykorzystać fakt przyczepności opony do jezdni podczas hamowania i nie dopuścić nawet na ułamek sekundy do utraty tej przyczepności. Zastosowanie ABS umożliwia więc uzyskanie optymalnej drogi hamowania, czyli najkrótszej możliwej do osiągnięcia drogi hamowania, przy jednoczesnym zachowaniu stabilności toru jazdy pojazdu i możliwości kierowania nim. Zasada działania tego układu polega na kontrolowaniu parametrów ruchu każdego koła pojazdu niezależnie, aby w trakcie hamowania nie nastąpiło ich zatrzymanie się (koła podczas hamowania muszą się toczyć). W celu właściwego działania układu ABS niezbędne jest ciągłe dostarczanie informacji do jednostki sterującej układem o następujących parametrach bieżących: prędkość obrotowa koła, prędkość pojazdu i opóźnienie hamowania.
Podstawą zasady działania ABS-u jest jednak ciągły pomiar prędkości obrotowej wszystkich kół. Przy zastosowaniu ABS, w sytuacji niebezpiecznej podczas hamowania, w kołach wirujących szybciej niż pozostałe siła hamowania ulega automatycznie zwiększeniu, natomiast w kołach wirujących wolniej niż pozostałe, czyli z większym poślizgiem siła hamowania jest redukowana, w celu uzyskania przez nie, ponownie pełnej przyczepności do nawierzchni. W przypadku wystąpienia jednoczesnego poślizgu wszystkich kół następuje zmniejszenie siły hamowania poprzez obniżenie ciśnienia w całym układzie hamulcowym, do momentu odblokowania hamulców. Dalej następuje samoczynny wzrost ciśnienia w układzie i powtórna faza maksymalnego hamowania. Funkcje te następują cyklicznie od 2 do 5 razy w ciągu sekundy. Niezbędny jest w tym celu wzrost ciśnienia niezależny od pedału hamulca i pompy akumulatorowej. Do realizacji tych czynności stosowany jest dodatkowy zamknięty zbiornik płynu hamulcowego, w którym wysokie ciśnienie utrzymywane jest w sposób ciągły przez dodatkową pompę hydrauliczną, napędzaną najczęściej przez osobny silnik elektryczny.
Układ ABS od samego początku jego zastosowania był sprzęgnięciem dwóch obwodów: elektronicznego i hydraulicznego. Stosowane były różne rodzaje rozwiązań konstrukcyjnych. Pierwsze konstrukcje ABS-u wykorzystywały tradycyjne układy uruchamiania hamulców, a funkcje sterowania ciśnieniem przeprowadzały zastosowane w układach zespoły siłowników elektrohydraulicznych. Kolejne rozwiązania konstrukcyjne wprowadziły za pompą hydrauliczną i podciśnieniowym mechanizmem wspomagającym sterowany elektronicznie moduł regulacji niezależnej podłączony bezpośrednio do zacisków cylinderków kół. Kolejnym krokiem było zastosowanie pompy elektrycznej wysokiego ciśnienia płynu hamulcowego i hydraulicznego mechanizmu wspomagającego. Aktualne rozwiązania konstrukcyjne, to nowe układy elektronicznego sterowania umożliwiające wiele nowych funkcji niedostępnych we wcześniejszych rozwiązaniach.
Działanie ABS opiera się na ciągłym pomiarze odpowiednich parametrów (prędkości obrotowej wszystkich kół, prędkości pojazdu – poprzez uśrednienie prędkości kół, prędkości odniesienia oraz przyśpieszenia, opóźnienia i poślizgu każdego koła) poprzez układ elektroniczny, analizie tych parametrów oraz odpowiednim sterowaniu ciśnieniem w układzie hydraulicznym.
Układ hydrauliczny może być zintegrowanym agregatem łączącym funkcje
ABS-u, pompy hamulcowej i urządzenia wspomagającego lub podzespołu współ-pracującego z klasyczną pompą dwuobwodową ze wspomaganiem podciśnieniowym. W przypadku pierwszego rozwiązania konstrukcyjnego pompa hamulcowa jest jednosekcyjną pompą główną. Pompa ta obsługuje jedynie hamulce przedniej osi. W drugim rozwiązaniu konstrukcyjnym z pompą dwusekcyjną jej poszczególne sekcje sterują ciśnieniem płynu, osobno w lewym przednim jak i prawym przednim kole. W obydwu rozwiązaniach hamulce tylnej osi obsługiwane są przez hydrauliczny układ wspomagający sterowany ciśnieniem hydraulicznym w obwodach hamulców przednich.
W celu zwiększenia bezpieczeństwa jazdy poprzez jeszcze bardziej efektywne wykorzystania układu hamulcowego w sytuacjach niebezpiecznych opracowano i coraz częściej stosuje się w praktyce urządzenie o nazwie “asystent siły hamowania”. Urządzenie analizując prędkość z jaką kierowca naciska na pedał hamulca rozpoznaje konieczność hamowania z peł-ną siła i realizuje tą czynność. Zastosowanie tego urządzenia wynika z faktu, że większość kierowców w niebezpiecznych sytuacjach nie w pełni wykorzystuje skutecznej drogi hamowania. Z przeprowadzanych badań wynikał fakt, że kierowcy zaczynają wprawdzie, w sytuacji awaryjnego hamowania, bardzo szybko hamować (nawet trzykrotnie szybciej niż przy normalnym hamowaniu), ale niedostatecznie silnie naciskają na pedał hamulca.
Urządzenie wykorzystuje czujnik, który mierzy prędkość, z jaką kierowca naciska na pedał hamulca, analizuje niezależnie od ciśnienia hamowania, czy zachodzi konieczność hamowania awaryjnego i jeśli jest taka potrzeba, za pośrednictwem zaworu elektromagnetycznego w urządzeniu wspomagającym, uruchamia pełną siłę wspomagania hamowania. Urządzenie takie może być zastosowane tylko w pojeździe wyposażonym w ABS, gdyż tylko wówczas zabezpieczony jest w takiej sytuacji przed poślizgiem. Cały mechanizm musi być wyposażony dodatkowo w urządzeniu wspomagającym w wyłącznik maksymalnej siły hamowania, który zadziała w chwili, kiedy kierowca nawet nieznacznie cofnie pedał hamulca. Ma to na celu uniknięcie sytuacji,
w której uruchomienie pełnego hamowania za pomocą tego urządzenia doprowadziłoby do niepożądanego całkowitego zatrzymania się pojazdu.

mgr Andrzej Kowalewski