Bezpieczeństwo czynne pojazdu Układy regulacji poślizgu kół napędowych

Kolejnym układem w samochodzie wpływającym na bezpieczeństwo czynne pojazdu jest układ regulacji poślizgu kół napędowych ASR (Anti Skid Regulation), rzadziej nazywany TCS (Traction Control System). Pogorszenie przyczepności kół do jezdni, a wręcz jej całkowita utrata może wystąpić nie tylko w trakcie hamowania, ale również w momencie przyspieszania oraz ruszania. Występujący na śliskiej nawierzchni poślizg kół napędowych może utrudnić lub uniemożliwić ruszenie pojazdem z miejsca w danej chwili. Znacznie bardziej niebezpieczne może okazać się wystąpienie poślizgu kół napędowych w chwili gwałtownego przyspieszenia samochodu będącego już w ruchu, zwłaszcza podczas jazdy po łuku. Może to spowodować zbyt gwałtowną zmianę toru jazdy i stworzenie sytuacji zagrażającej bezpieczeństwu wszystkich użytkowników drogi. Układ regulacji poślizgu kół napędowych ma duże znaczenie dla kierowcy również przy pokonywaniu wzniesień, a w szczególności na niejednorodnej nawierzchni. Stosowane są dwie metody zapobiegania powstawaniu poślizgu kół napędowych. Pierwsza polega na odpowiednim sterowaniu momentem napędowym silnika. Układy te określane są jako ASC (Automatische Stabilitaets Control). Zapewniają one zachowanie stabilności poruszania się pojazdem w różnorodnych warunkach drogowych. Zadaniem układu ASC jest:
- zapewnienie wykorzystania w pełni przyspieszenia możliwego w danych warunkach;
- zapobieganie poślizgowi kół napędowych przy dowolnej prędkości nacisku pedału przyspieszenia;
- szybkie redukowanie siły obwodowej kół napędowych przy zjeździe z nawierzchni o dobrej przyczepności na nawierzchnię śliską;
- podwyższanie momentu napędowego przy ustalonym położeniu pedału przyspieszenia podczas zjazdu z nawierzchni śliskiej na nawierzchnię o dobrej przyczepności;
- bardzo szybkie reagowanie na wystąpienie warunków powodujących poślizg koła napędowego.
Druga metoda polega na regulacji sił hamujących poprzez odpowiednie oddziaływanie na hamulce poszczególnych kół napędowych pojazdu. Układy te określane są jako ASR (Antriebs Schlupf Regulung). Poza zapewnieniem stabilności poruszania się pojazdu utrzymują w sposób ciągły optymalną wartość siły napędowej. Tak więc poza zadaniami układu ASC układ ASR musi:
- w przypadku jazdy po nawierzchni o różnej przyczepności dla kół lewej i prawej strony zapobiegać utracie tej przyczepności koła współpracującego z nawierzchnią o mniejszym współczynniku tarcia, a jednocześnie zapewniać wykorzystanie w pełni siły napędowej przez pozostałe koła;
- reagować także podczas jazdy po łuku (podczas dynamicznego obciążenia koła).
Obie metody mają wady i zalety.

Sterowanie momentem napędowym jest znacznie korzystniejsze w przypadku utraty przyczepności wszystkich kół napędowych. Ta metoda ograniczania poślizgu kół napędowych jest jednak w wielu wypadkach niewystarczająca ze względu na zbyt dużą bezwładność sterowania silnikiem. Dlatego też w nowoczesnych rozwiązaniach konstrukcyjnych stosuje się jednocześnie obie metody. W celu uzyskania właściwego efektu i wystarczającej skuteczności ograniczenia poślizgu kół napędowych w pierwszym momencie pojawienia się utraty przyczepności kół napędowych uruchomiony zostaje układ hamulcowy, zanim odpowiednio zredukowany zostanie moment napędowy silnika. W drugiej fazie procesu poślizg ograniczany jest poprzez redukcję momentu napędowego silnika. Przewagą ograniczania poślizgu z wykorzystaniem układu hamulcowego jest fakt możliwości regulacji momentu napędowego indywidualnie dla każdego z kół napędowych z osobna (jazda po nawierzchni na której koła prawego i lewego śladu mają różną przyczepność).
Zasada działania układu regulacji poślizgu kół napędowych ASR jest w części analogiczna do układu ABS. Układ śledzi prędkości obrotowe kół. Sposób określenia prędkości względnej kół ma istotny wpływ na działanie całego układu. Stosowane są w praktyce następujące sposoby pomiaru, poprzez porównanie:
- prędkości obrotowej kół osi napędzanej i nienapędzanej po jednej stronie pojazdu;
- prędkości obrotowej koła napędzanego z położonym na przeciwnym końcu przekątnej, nienapędzanym kołem po drugiej stronie pojazdu;
- wartości średniej prędkości obrotowej kół osi napędzanej i nienapędzanej.
W chwili kiedy wykryje, że prędkość obrotowa kół napędowych jest większa od prędkości obrotowej kół nienapędzanych i jednocześnie różnica tych prędkości przekracza założoną wartość (wystąpienie poślizgu kół napędowych), następuje najpierw uruchomienie układu hamulcowego, a następnie zmniejszenie doprowadzanego do nich momentu napędowego. Zadaniem układu ASR jest takie regulowanie poślizgu kół, aby uzyskać maksymalną możliwą dla aktualnych warunków podłoża i przyczepności do niego kół napędowych siłę napędową, a jednocześnie zabezpieczyć przed utratą przyczepności wynikającą z przekroczenia siły napędowej w stosunku do aktualnie panujących warunków nawierzchni.
Istota działania układu ASR polega na uniezależnieniu pracy silnika od sygnałów wydawanych przez kierowcę. W silnikach z zapłonem iskrowym mechanizm sterowany przepustnicą silnika sprzężony z pedałem przyspieszenia musi być zastąpiony przez układ elektroniczny składający się z czujnika położenia pedału przyspieszenia, elektronicznego sterownika i silnika wykonawczego. Dzięki temu układ ASR ma możliwość reagowania niezależnie od sygnałów docierających z pedału przyspieszenia. W silnikach z zapłonem samoczynnym zredukowanie momentu napędowego uzyskuje się poprzez zmniejszenie dawki paliwa podawanego przez pompę. W silnikach z zapłonem iskrowym dodatkową możliwością regulowania momentu obrotowego silnika jest sterowanie układem zapłonowym i (lub) układem wtryskowym, poprzez zastosowanie niezależnego układu sterowania silnikiem. Regulacja w układzie zapłonowym polega na wyłączaniu pojedynczych zapłonów (przy gwałtownej potrzebie ograniczania momentu napędowego) lub zmniejszaniu kąta wyprzedzenia zapłonu (gdy ograniczenie momentu napędowego może odbyć się łagodniej). W przypadku układu wtryskowego redukcję momentu napędowego realizuje się poprzez wyłączenie wtrysków w pojedynczych cylindrach.
W układzie ASR uruchamiającym hamulce bez ingerencji kierowcy, niezbędne jest źródło energii. W samochodach ciężarowych i autobusach wyposażonych w pneumatyczne układy hamulcowe źródłem energii jest sprężone powietrze zmagazynowane w zbiornikach układu hamulcowego. W przypadku samochodów osobowych z układem hydraulicznym konieczne jest zmodyfikowanie hydraulicznego układu ABS w ten sposób, aby pompa mogła tłoczyć płyn do siłowników mechanizmów hamulcowych przy zaistniałej konieczności użycia układu ASR. Najbardziej rozbudowanym pod kątem elektroniki układem regulacji poślizgu kół napędowych jest układ do regulacji stabilności toru jazdy FDR (Fahr-Dynamik-Regelung). Dodatkowymi czujnikami w tym układzie są: czujniki przyspieszeń, położenia koła kierownicy i obrotu względem osi pionowej pojazdu. W układzie tym przekroczenie założonej wartości przyspieszenia kątowego powoduje rozpoczęcie procesu sterowania jednocześnie układem napędowym i hamulcowym (niezależne napędzanie i hamowanie odpowiednich kół), powodującego zmniejszenie przyspieszenia kątowego. Działanie tego układu zapewnia utrzymanie założonego toru jazdy i uniknięcie zarzucenia pojazdem podczas jazdy po łuku.
Mimo coraz doskonalszych konstrukcji stosowanych w pojazdach, trzeba pamiętać, że działanie tego typu układów nie jest rozwiązaniem zapewniającym pełne bezpieczeństwo na drodze w każdych warunkach. Są to przede wszystkim układy wspomagające i służą raczej kierowcy w poprawie tego bezpieczeństwa.

mgr Andrzej Kowalewski