ABS

ABS: Anti-lock Braking System (Auto Express 251, 6/1988)

Συντάκτης: Δημήτρης Χατζηγιαννάκης

Το σύστημα ABS, σήμερα (1988) Θεωρείται εξεζητημένη πολυτέλεια (;) αλλά όλα δείχνουν ότι πολύ σύντομα θα αποτελεί απαραίτητο εξάρτημα κάθε αυτοκινήτου. Η σύγχρονη έρευνα παραδίδει στους οδηγούς την τεχνολογία ABS, τεχνολογία που υπόσχεται να μειώσει δραστικά τα ατυχήματα που καθημερινά συμβαίνουν στους δρόμους.

«Η τεχνολογία και τα μέσα που απαιτεί το ABS για να εγκατασταθεί στα αυτοκίνητα δε φαίνεται να παρουσιάζει ιδιαίτερα προβλήματα και ήδη αναμένεται να καθιερωθεί από όλες τις αυτοκινητοβιομηχανίες».
«Το όνομα ABS προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων (Anti-lock Braking System) και είναι μια διάταξη που επιτρέπει το ασφαλές φρενάρισμα του αυτοκινήτου, χωρίς μπλοκάρισμα των τροχών, ανεξάρτητα από τη δύναμη και τον τρόπο που θα πατήσει το φρένο ο οδηγός».
«Με τη μέθοδο αυτή γίνεται κατορθωτό το βέλτιστο ασφαλές φρενάρισμα, το οποίο κατόπιν ερευνών έχει παρατηρηθεί ότι επιτυγχάνεται όταν επικρατεί μερικό μπλοκάρισμα (διολίσθηση) των τροχών και συγκεκριμένα στα επίπεδα του 25 με 30%».

Την τελευταία δεκαετία η ηλεκτρονική επιστήμη κατόρθωσε να εισβάλει σε όλους σχεδόν τους τομείς της ανθρώπινης δραστηριότητας και έχει να επιδείξει πάμπολλες εντυπωσιακές κατακτήσεις και επιτυχίες. Στο χώρο του αυτοκινήτου, η ηλεκτρονική αποκτά ολοένα και πιο σημαίνουσα θέση, καθώς τώρα επιδρά αποφασιστικά στην όλη σχεδίαση και κατασκευή του αυτοκινήτου. Πέρα από τα ραδιοκασετόφωνα και τους ενισχυτές που μέχρι πριν λίγα χρόνια αποτελούσαν τα μόνα(;) ηλεκτρονικά συστήματα του αυτοκινήτου, σήμερα πάμπολλες εφαρμογές της ηλεκτρονικής παρουσιάζονται και εφαρμόζονται, όπως για παράδειγμα η ηλεκτρονική ανάφλεξη, το ηλεκτρονικά, ελεγχόμενο καρμπιρατέρ, οι ηλεκτρονικά ρυθμιζόμενες αναρτήσεις κ.λπ. Πολλοί πιστεύουν ότι αυτές οι εφαρμογές δεν είναι παρά τα πρώτα δειλά βήματα προς την κατασκευή του «ηλεκτρονικού αυτοκινήτου» που με τη σημερινή εξέλιξη της τεχνολογίας, δε φαίνεται ότι θα αργήσει να γίνει πραγματικότητα.
sx1.jpg
Μια από τις πιο σημαντικές και ίσως πιο εντυπωσιακές εφαρμογές της ηλεκτρονικής στο αυτοκίνητο, αποτελεί το σύστημα που είναι γνωστό με το όνομα ABS. Το όνομα αυτό προέρχεται από τα αρχικά των λέξεων (Anti-lock Breaking System) και είναι μια διάταξη που επιτρέπει το ασφαλές φρενάρισμα του αυτοκινήτου, χωρίς μπλοκάρισμα των τροχών, ανεξάρτητα από τη δύναμη και τον τρόπο που θα πατήσει το φρένο ο οδηγός. Το ABS αποτελεί για πολλούς τη σημαντικότερη εφεύρεση στον τομέα της ασφάλειας του αυτοκινήτου, αμέσως μετά από την εφεύρεση αυτού του ίδιου του φρένου. Οι ειδικοί πιστεύουν ότι αν επιτευχθεί η μαζική χρησιμοποίηση του ABS, από όλες τις αυτοκινητοβιομηχανίες, θα μειωθούν τα δυστυχήματα στους δρόμους κατά ένα σημαντικότατο ποσοστό.
Η διαδικασία της ασφαλούς πέδησης είναι σχετικά δύσκολη και ελάχιστοι οδηγοί γνωρίζουν (και ακόμη πιο λίγοι κατορθώνουν) να την εφαρμόζουν καλά. Με το σύστημα αυτό, δε χρειάζονται αυτές οι γνώσεις καθόσον η διαδικασία αυτή γίνεται αυτόματα. Πολλά αλλάζουν στην οδική συμπεριφορά του αυτοκινήτου και σε λίγα χρόνια θα είναι γεγονός η υψηλή ασφάλεια που θα παρέχει το αυτοκίνητο.
Μόνο οι τροχονόμοι ίσως να είναι τα βασικότερα στοιχεία που διαθέτουν για κάθε αυτοκινητιστικό δυστύχημα, και το οποίο αναφέρεται στο …μήκος του ίχνους του φρεναρίσματος του αυτοκινήτου.
Από το στοιχείο αυτό γίνεται μέχρι σήμερα η εκτίμηση πολλών παραμέτρων που αφορούν ένα δυστύχημα (όπως π.χ. ταχύτητα, κατεύθυνση κ.λπ.). Και η οποία είναι απολύτως λάθος, μια που στην ουσία, εκείνο που μετράται είναι το για πόσα μέτρα ΔΕΝ φρέναρε το αυτοκίνητο.
Στο μέλλον, τα ίχνη φρεναρίσματος στους δρόμους δε θα δείχνουν τίποτε άλλο παρά ένα αυτοκίνητο παλιάς τεχνολογίας χωρίς σύστημα ABS, διότι κάθε αυτοκίνητο που θα φέρει το σύστημα ABS απλώς δε θα είναι σε θέση να αφήσει ίχνος φρεναρίσματος στην άσφαλτο.
Το μπλοκάρισμα (ακινητοποίηση και ολίσθηση) των τροχών είναι ένα πολύ κοινό φαινόμενο που εμφανίζεται όταν για οποιοδήποτε λόγο ένας τροχός (που βρίσκεται σε κατάσταση πέδησης) χάσει την επαφή του με την επιφάνεια του δρόμου. Η απώλεια της επαφής έχει σαν αποτέλεσμα την ελαχιστοποίηση και στη συνέχεια το μηδενισμό της δύναμης της τριβής που αναπτύσσεται μεταξύ του ελαστικού και του δρόμου (σημ.: η δύναμη αυτή κατά το φρενάρισμα, είναι υπεύθυνη για την περιστροφή του τροχού). Με την ελαχιστοποίηση της δύναμης αυτής, ο πεδούμενος τροχός παύει να περιστρέφεται (μπλοκάρει) και δημιουργεί τα προβλήματα, που δυστυχώς οι περισσότεροι γνωρίζουμε, με πιο σημαντική επίπτωση, την αύξηση της απόστασης που διανύει το αυτοκίνητο κατά το φρενάρισμα μέχρι να σταματήσει εντελώς.
Η κατάσταση αυτή δημιουργείται αρκετά συχνά στο αυτοκίνητο και είναι υπεύθυνη για τα περισσότερα ατυχήματα. Συνήθως, η αιτία της απαρχής αυτής της κατάστασης είναι ο τρόπος με τον οποίο οι οδηγοί πατάνε το φρένο σε σχέση, βέβαια, και με την ποιότητα των ελαστικών του αυτοκινήτου τους και του δρόμου.
Όταν ο οδηγός εφαρμόσει μεγαλύτερη πίεση στο φρένο από την απαιτούμενη, τότε ο τροχός μπλοκάρει και χάνεται ο έλεγχος της πέδησης. Για να επανακτηθεί ο έλεγχος, πρέπει ο οδηγός να πάψει να πατάει το φρένο μέχρις ότου αρχίσει να περιστρέφεται και πάλι ο τροχός και στη συνέχεια να το ξαναπατήσει. Η διαδικασία αυτή πρέπει συνήθως να γίνει πολλές φορές, επειδή οι συνθήκες που γέννησαν το πρώτο μπλοκάρισμα συνεχίζουν να επικρατούν και μετά την απεμπλοκή (επαναπεριστροφή) των τροχών, με αποτέλεσμα οι τροχοί να ξαναμπλοκάρουν. Είναι βέβαια προφανές ότι σε συνθήκες αποφυγής μιας σύγκρουσης ή κατάστασης πανικού αυτά είναι πολύ δύσκολο να επιτευχθούν και μόνον ελάχιστοι έμπειροι οδηγοί το κατορθώνουν.
sx2.jpg
Σχήμα 2: Στη φωτογραφία επάνω φαίνεται το μηχανικό σύστημα ABS που ανέπτυξε η Girling (Θυγατρική της Lucas) για τη Φορντ. Το σύστημα δοκιμάστηκε με επιτυχία στα μοντέλα Έσκορτ, υπάρχουν όμως κάποια προβλήματα που προς το παρόν το εμποδίζουν να περάσει στην παραγωγή.
sx3.jpg
Σχήμα 3: Tεχνικός τοποθετεί ένα Θερμόμετρο στα δισκόφρενα μιας Μερτσέντες με ABS.

Το σύστημα ABS αναλαμβάνει να πετύχει αυτή ακριβώς τη διαδικασία αυτόματα, ανεξάρτητα από τον τρόπο με τον οποίο ο οδηγός πάτησε το φρένο. Το ABS είναι ένα τυπικό σύστημα αυτομάτου ελέγχου (ΣΑΕ) και περιλαμβάνει μονάδες αισθητήρων (σένσορες), μονάδες ελεγκτών, συγκριτών κ.λπ. όπως ακριβώς καθορίζει η θεωρία αυτών των συστημάτων.
Η φιλοσοφία της λειτουργίας του συστήματος ABS είναι η εξής: Αρχικά, ο σένσορας ανιχνεύει το μπλοκάρισμα του τροχού στη συνέχεια ένας μηχανισμός μειώνει την πίεση του υγρού που ελέγχει τα φρένα του συγκεκριμένου τροχού, μέχρις ότου ο σένσορας να ανιχνεύσει ότι ο τροχός έχει ξεμπλοκάρει, οπότε ο μηχανισμός αυξάνει και πάλι την πίεση. Η διαδικασία αυτή συνεχίζει μέχρι να σταματήσει να πατάει φρένο ο οδηγός ή να σταματήσει εντελώς το αυτοκίνητο.
Με τη μέθοδο αυτή γίνεται κατορθωτό το βέλτιστο ασφαλές φρενάρισμα, το οποίο κατόπιν ερευνών έχει παρατηρηθεί ότι επιτυγχάνεται όταν επικρατεί μερικό μπλοκάρισμα (διολίσθηση) των τροχών και συγκεκριμένα στα επίπεδα του 25 με 30%. Τότε επιτυγχάνεται ο μέγιστος συντελεστής τριβής μεταξύ τροχών και δρόμου και κατά συνέπεια το βέλτιστο φρενάρισμα. Έχουν γίνει αρκετά πειράματα στο θέμα του φρεναρίσματος από όλες τις αυτοκινητοβιομηχανίες και όλες οι παράμετροι ήταν ήδη γνωστές προτού καν ακόμα συλληφθεί η ιδέα του ABS.
Η ανίχνευση του μπλοκαρίσματος των τροχών επιτυγχάνεται από, ειδικά σένσορς, τα οποία είναι εγκατεστημένα επί των οπισθίων τροχών του αυτοκινήτου. Είναι γνωστό ότι το φαινόμενο του μπλοκαρίσματος συμβαίνει συνήθως στους πίσω τροχούς, καθώς κατά το φρενάρισμα το βάρος του αυτοκινήτου έχει μια φυσική τάση (λόγω αδρανείας) να πέφτει προς τα εμπρός, οπότε «βαραίνει» τους μπροστινούς τροχούς και ταυτόχρονα «ελαφρώνει» τους πίσω, με αποτέλεσμα να είναι μικρή η κατακόρυφη δύναμη των πίσω τροχών προς το δρόμο και ως εκ τούτου να είναι εύκολη η απώλεια επαφής των πίσω τροχών με το δρόμο.
Υπάρχουν δύο τρόποι να ανιχνεύσουμε το μπλοκάρισμα των τροχών και να το διακρίνουμε από την κατάσταση της ακινησίας του αυτοκινήτου (κατά την οποία δεν πρέπει να ενεργοποιείται το ABS). Ο ένας τρόπος αφορά την ανίχνευση του σταματήματος της περιστροφής του ενός τροχού με την ταυτόχρονη ανίχνευση της περιστροφής των άλλων τροχών (π.χ. των μπροστινών). Ο άλλος τρόπος αφορά την ανίχνευση μιας βίαιης επιβράδυνσης της περιστροφής του τροχού που προφανώς εκλαμβάνεται σαν κατάσταση μπλοκαρίσματος.
Οι σένσορς του ABS είναι μικρές ηλεκτρονικές συσκευές, οι οποίες αναλαμβάνουν να πραγματοποιήσουν την ανίχνευση που περιγράψαμε. Και στους δύο τρόπους οι σένσορες βρίσκονται πάνω στους τροχούς (με τον α' τρόπο σε όλους τους τροχούς, ενώ με το β' τρόπο μόνο στους πίσω) και μεταφέρουν την πληροφορία της κατάστασης των τροχών υπό μορφή ηλεκτρικού σήματος στη μονάδα ελέγχου, η οποία αξιολογεί και «αποφασίζει» αν πρόκειται για κατάσταση μπλοκαρίσματος ή όχι.
Αμέσως μετά τη θετική ανίχνευση του μπλοκαρίσματος από τη μονάδα ελέγχου δίνεται εντολή και αναλαμβάνει έργο ο ρυθμιστής πίεσης (Pressure regulating device), ο οποίος μειώνει την πίεση του συστήματος με την απομάκρυνση μιας κατάλληλης ποσότητας υγρού φρένων από το υδραυλικό κύκλωμα του συστήματος πέδησης, την οποία επαναφέρει στη συνέχεια όταν η μονάδα ελέγχου του δώσει εντολή για αύξηση της πίεσης.
Η διαδικασία αυτή ισοδυναμεί με το πάτημα και το άφημα του πεντάλ του φρένου από τον οδηγό. Το εκπληκτικό όμως είναι ότι αυτός ο ρυθμιστής πίεσης κάνει αυτή τη διαδικασία περίπου δέκα φορές το δευτερόλεπτο, πράγμα αδιανόητο για οποιονδήποτε όσο κι αν είναι έμπειρος ο οδηγός. Οι αυξομοιώσεις αυτές της πίεσης, δε γίνονται αισθητές από τους επιβάτες του αυτοκινήτου ακριβώς λόγω αυτής της μεγάλης συχνότητας και δεν έχουν παρατηρηθεί μέχρις στιγμής οι παραμικρές δυσμενείς επιπτώσεις του συστήματος.
Η τεχνολογία και τα μέσα που απαιτεί το ABS για να εγκατασταθεί στα αυτοκίνητα δε φαίνεται να παρουσιάζει ιδιαίτερα προβλήματα και ήδη αναμένεται να καθιερωθεί από όλες τις αυτοκινητοβιομηχανίες και να υιοθετηθεί από τις κυβερνήσεις σαν απαραίτητη κατασκευαστική προδιαγραφή για κάθε αυτοκίνητο.
Ήδη στα ακριβά ή σπορ αυτοκίνητα, το σύστημα ABS τοποθετείται στον στάνταρτ εξοπλισμό. Είναι σίγουρο ότι η «μαζικοποίηση» της παραγωγής θα ρίξει το κόστος, με αποτέλεσμα τα συστήματα αντιμπλοκαρίσματος να «φορεθούν» και στα φτηνότερα καθημερινά αυτοκίνητα. Σ' αυτή την κατεύθυνση ίσως δούμε και παράλληλα μηχανικά κι όχι ηλεκτρονικά συστήματα σαν αυτό που εξελίσσει τα τελευταία χρόνια η Φορντ σε συνεργασία με την Girling.
sx4.jpg sx5.jpg sx6.jpg
Σχήμα 4: Εξαντλητικές οι δοκιμές που γίνονται από τα εργοστάσια πάνω σε διάφορα συστήματα Αντι-μπλόκ. Στόχος, η μεγαλύτερη δυνατή αξιοπιστία και το ελάχιστο κόστος, ώστε να είναι δυνατή η εφαρμογή στα φθηνά καθημερινά αυτοκίνητα.


To ABS σε μικρά αυτοκίνητα (4Τ 203, 8/1987)

Τα συστήματα αντιμπλοκαρίσματος κατακτούν ολοένα και περισσότερο έδαφος. Το μόνο εμπόδιο στην παραπέρα εξάπλωσή τους είναι η σχετικά υψηλή τιμή του συστήματος που το καθιστά απαγορευμένο καρπό για τα μικρά (και φθηνά) αυτοκίνητα. Ο πρώτος κατασκευαστής που περιέλαβε (σαν έξτρα) ένα τέτοιο σύστημα στα «φτηνά» του μοντέλα ήταν η Φορντ που εφοδίασε τα Έσκορτ / Οράιον με το μηχανισμό της Γκέρλινγκ - Λούκας. Γιατί τα συστήματα αυτά είναι τόσο απαραίτητα για τη βελτίωση της ασφάλειας που παρέχει ένα αυτοκίνητο; Όπως γνωρίζουν οι αναγνώστες των 4ΤΡΟΧΩΝ (και δεν βλάπτει να το επαναλάβουμε) και όπως οι ίδιοι θα έχουν διαπιστώσει, δεν είναι καθόλου δύσκολο να μπλοκάρουν κάποιοι από τους τροχούς. Σε μια τέτοια περίπτωση υπάρχουν οι εξής συνέπειες:

  1. Αυξάνεται η απόσταση ακινητοποίησης (εκτός ελάχιστων περιπτώσεων, όπως το μαλακό χιόνι),
  2. Αν μπλοκάρουν οι μπροστινοί τροχοί, χάνεται ολοκληρωτικά η δυνατότητα κατεύθυνσης του αυτοκινήτου,
  3. Αν μπλοκάρουν οι πίσω τροχοί, ενώ περιστρέφονται οι μπροστινοί, δημιουργείται μια ασταθής κατάσταση που τείνει να περιστρέψει το αυτοκίνητο γύρω από τον κατακόρυφο άξονά του.

Για να αποφευχθεί κάτι τέτοιο, έχουν θεσπιστεί κανονισμοί που υποχρεώνουν τους κατασκευαστές να ρυθμίζουν την πίεση στα φρένα έτσι που να μπλοκάρουν πρώτα οι μπροστινοί τροχοί. Το γεγονός αυτό εκμεταλλεύθηκε η Λούκας καθώς και η Βρετανική ΑΡ (Automotive Products) για την απλούστευση των συστημάτων τους αντιμπλοκαρίσματος. Η ιδέα είναι ότι αν το σύστημα φροντίζει ώστε να μην μπλοκάρουν οι μπροστινοί τροχοί, τότε δεν θα μπλοκάρουν και οι πίσω κι έτσι περιορίζεται ο αριθμός των αισθητήρων και των συστημάτων ρύθμισης της πίεσης από τρία ή τέσσερα, σε δύο. Το πιο πρόσφατο από τα συστήματα αν- τιμπλοκαρίσματος είναι αυτό της ΑΡ, που λέγεται ότι θα προσφέρεται σε πολύ προσιτή τιμή. Το σύστημα αποτελείται από δύο κυκλώματα ελέγχου. Το βασικό στοιχείο του κάθε κυκλώματος είναι ο ρυθμιστής της πίεσης των φρένων που αποτελείται από ένα πανίσχυρο σερβό κενού το οποίο ελέγχει μια βαλβίδα με μπίλια, καταφέρνοντας έτσι να απομονώσει το κύκλωμα των φρένων από τον οδηγό, ενώ ένα έμβολο αυξάνει τον όγκο που καταλαμβάνει το υγρό των φρένων, μειώνοντας - όσο ακριβώς χρειάζεται - την πίεση ώστε να αποφευχθεί το μπλοκάρισμα των τροχών. Για να αντιληφθεί κανείς πως λειτουργεί το σύστημα, πρέπει να μελετήσει το σχέδιο του ρυθμιστή. Όταν οι τροχοί του αυτοκινήτου περιστρέφονται κανονικά, τότε και από τις δύο πλευρές του διαφράγματος του σέρβο υπάρχει το ίδιο κενό, ενώ ένα ισχυρό ελατήριο πιέζει το διάφραγμα πάνω στο πλευρικό τοίχωμα του ρυθμιστή, διατηρώντας το έμβολο στην πιο προωθημένη θέση του, όπου η βαλβίδα με την μπίλια παραμένει ανοιχτή, οπότε η πίεση που ασκεί ο οδηγός - μέσω του πεντάλ των φρένων - στο υγρό του κυκλώματος, μεταφέρεται (χωρίς… παρεμβολές) στα φρένα των τροχών. Όταν οι ανιχνευτές εντοπίσουν κάποιο μπλοκάρισμα στους τροχούς, ανοίγει μια ηλεκτρομαγνητική βαλβίδα διοχετεύοντας αέρα από τη μια πλευρά του διαφράγματος, συμπιέζοντας το ελατήριο. Το μετατοπιζόμενο διάφραγμα ωθεί το έμβολο προς τα δεξιά (βλέπε σχετικό σχήμα) και ανάλογα με τη θέση του, η μπίλια περιορίζει ή ακόμα απομονώνει την κυκλοφορία του υγρού των φρένων. Παραπάνω πίεση στο πεντάλ του φρένου αυξάνει την πίεση της μπίλιας πάνω στο στόμιο, ενώ η επιπλέον μετατόπιση του εμβόλου δημιουργεί κάποιο επιπρόσθετο όγκο που ανακουφίζει το κύκλωμα των φρένων. Από τις μέχρι τώρα δοκιμές το σύστημα αποδείχθηκε εξίσου αποτελεσματικό με αυτά που χρησιμοποιούν τρία ή τέσσερα κυκλώματα.
Αν όντως η τιμή του είναι τόσο χαμηλή όταν θα μπει στην παραγωγή, όσο υπολογίζουν οι κατασκευαστές του, ίσως δεν περάσουν πολλά χρόνια έως ότου ένα μεγάλο ποσοστό των νέων αυτοκινήτων να είναι εφοδιασμένα με συστήματα αντιμπλοκαρίσματος.