ترمز ABS (ضد قفل) چیست و چگونه کار می‌کند؟

ترمز ضد قفل یا ترمز ABS در حال حاضر به یکی از بخش‌های ضروری سیستم ترمز خودروهای جدید تبدیل شده است. حتی برخی از خودروهای قدیمی مانند پراید از این سیستم استفاده می‌کنند. ترمز ABS در پراید، امنیت این خودرو را افزایش داده و کنترل آن را بهبود می‌بخشد. همچنین، سیستم توزیع الکترونیکی نیروی ترمز (ترمز EBD) نیز جزء سامانه‌های ترمز خودرو است که همراه با سیستم ضد قفل ABS وظایف خود را انجام می‌دهد.

شرکت وستینگ هاوس مخترع ترمز ABS است که در ابتدا با نام ترمز ضد لغزش شناخته می‌شد. این سامانه را برای قطارهای شرکت‌های راه‌آهن آمریکا معرفی کرد. در دهه ۱۹۵۰ میلادی، شرکت دانلوپ ماکسارت نیز فناوری ترمز ABS را به بازار خودروها معرفی کرد.

ABS چیست؟

ABS به معنای سیستم ترمز ضد قفل است. این سیستم ایمنی جلوی قفل شدن چرخ‌ها در هنگام ترمزگیری و لغزش خودرو را می‌گیرد.

ABS از حسگرهای کامپیوتری و شیرهای برقی استفاده می‌کند تا سرعت چرخ را کنترل کند. زمانی که چرخ‌ها هنگام ترمز اضطراری قفل می‌شوند، ABS نیروی کافی برای حفظ کشش با سطح جاده ایجاد می‌کند. علاوه بر این، سیستم ترمز ABS به رانندگان اجازه می‌دهد با تغییر فشار ترمز، کنترل بیشتری بر خودرو داشته باشند.

بدون سیستم ترمز ABS، احتمال لغزش و واژگونی خودرو و از دست دادن کنترل فرمان بسیار بیشتر می‌شود. ABS به ویژه برای کنترل سرعت چرخ‌ها در سطوح لغزنده بسیار مهم است. با این حال، ABS فاصله توقف خودرو را لزوماً کوتاه نمی‌کند.

در بیشتر سطوح، خودروی مجهز به سیستم ABS معمولاً سریعتر از خودروی بدون ABS متوقف می‌شود. اما در سطوح لغزنده، استفاده از ABS هنگام ترمز شدید ممکن است فاصله توقف را افزایش دهد و در عین حال به رانندگان اجازه می‌دهد که کنترل فرمان را حفظ کنند.

بنابراین، مجهز بودن ماشین به سیستم ترمز ضد قفل ABS یکی از ویژگی‌های حائز اهمیت در خرید خودرو با کیفیت است.

طرز کار ترمز ضد قفل (ABS)

پردازنده اصلی خودرو، با استفاده از سنسورهایی که در هر چرخ نصب می‌شوند، سرعت چرخ‌ها را در هنگام ترمزگیری بررسی می‌کند. اگر سرعت یک چرخ نسبت به دیگر چرخ‌ها متفاوت باشد، پردازنده با دستور مناسب به سوپاپ الکتریکی سیلندر ترمز، فشار درون سیلندر را تغییر می‌دهد. این عمل باعث تغییر نیروی ترمز وارده به چرخ می‌شود و چرخ از وضعیت بحرانی خارج می‌شود. در نتیجه، احتمال قفل شدن چرخ کاهش می‌یابد. این عمل در با سرعت بالا و به صورت مداوم انجام می‌شود و در هر دقیقه بین 15 تا 20 بار تکرار می‌گردد.

علاوه بر این کارکرد اصلی، سیستم ABS دارای ویژگی‌های دیگری مانند EBD نیز می‌باشد.

اجزا ترمز ABS (ترمز ضد قفل)

سیستم ترمز ضد قفل (ABS) یک سیستم کمکی است که همراه با ترمز اصلی خودرو استفاده می‌شود و در دسته تجهیزات ایمنی خودرو قرار دارد. این سیستم شامل اجزای مشخص خود می‌باشد که به طور جداگانه معرفی می‌شوند. این اجزا عبارتند از:

1. سنسورهای سرعت

ترمز ضد قفل باید فقط در شرایطی که خطر قفل شدن ترمزها وجود دارد، فعال شود. بنابراین، برای اطمینان از تامین اطلاعات کافی و دقیق درباره حالت چرخ‌ها و ترمزها، سیستم ABS از سنسورهای سرعت استفاده می‌کند. این سنسورها مکانیسم‌ها و سرعت چرخ‌ها را مداوم بررسی کرده و در صورت کاهش سرعت، اطلاعات مربوطه را به واحد پردازش سیستم ارسال می‌کنند. مکان نصب این سنسورها در خودروهای مختلف می‌تواند متفاوت باشد، به طوری که گاهی در هر چهار چرخ و گاهی در دیفرانسیل نصب می‌شوند.

۲. کنترل کننده

وظیفه کنترل کننده ABS در تنظیم عملکرد سوپاپ‌ها و پمپ‌ها است. این کنترل کننده با تجزیه اطلاعاتی که از حسگرها دریافت می‌کند، عملکرد سیستم را تنظیم می‌کند. وظایف این واحد کنترل کننده به صورت زیر خلاصه می‌شوند:

• تنظیم عملکرد سیستم بر اساس اطلاعات حسگرها و پردازش آن‌ها
• کنترل وضعیت دیگر اجزای سیستم ABS و فعالیت آن‌ها در زمان فعال بودن سیستم
• کمک به شناسایی مشکلات و نواقص فنی در هنگام سرویس‌های دوره‌ای و تعمیرگاه

این بخش کنترل کننده به دو قسمت کوچکتر تقسیم می‌شود که شامل موارد زیر است:

واحد کنترل الکترونیکی (ECU)

ECU به صورت مداوم سرعت چرخ‌ها را بررسی می‌کند و اطلاعاتی که از حسگرها دریافت می‌شود را پردازش می‌کند. با تشخیص زمانی که سرعت چرخ‌ها کاهش یافته و خطر لغزش وجود دارد، سوپاپ‌های ترمز را بر اساس وضعیت چرخ‌ها تنظیم می‌کند و همچنین فشار روغن ترمز را برای بهبود ترمزگیری بهینه می‌کند. این واحد تا زمانی که خطر لغزش وجود دارد، وظایف خود را انجام می‌دهد و همچنین مسئول گزارش دادن نقص و خرابی سیستم است.

واحد کنترل هیدرولیکی (HCU)

HCU در محفظه موتور قرار دارد و وضعیت روغن موتور را در مدارهای هیدرولیکی (لوله‌های ترمز) چرخ‌ها کنترل می‌کند. در شرایط عادی ترمزگیری، HCU فشار روغن را در این مدارها کنترل می‌کند و در زمان فعال شدن سیستم ABS، نیروی سوپاپ‌ها را تنظیم می‌کند. به طور کلی، این واحد اطلاعات پردازش شده را از ECU دریافت کرده و به سوپاپ‌ها برای عملکرد می‌فرستد.

۳. سوپاپ‌ها یا الکتروموتور پمپ‌ها

سیستم ترمز خودرو دارای لوله‌هایی است که لوله‌های ترمز یا کانال‌های ترمز نامیده می‌شوند و برای هر چرخ به صورت جداگانه نصب می‌شوند. در داخل این لوله‌ها، سوپاپ‌های مربوط به ترمز ABS قرار دارند. این سوپاپ‌ها یا الکتروموتور پمپ‌ها به عنوان اجزای HCU یا واحد کنترل هیدرولیکی شناخته می‌شوند. دستورات HCU برای کنترل فشار روغن و در نتیجه بهبود ترمزگیری را به سوپاپ‌ها منتقل می‌کند. سوپاپ‌ها در حالت‌های مناسبی که توسط HCU تعیین می‌شود، فشار روغن را در شرایط ترمزگیری شدید یا در مواردی که احتمال لغزش چرخ‌ها وجود دارد، ثابت نگه می‌دارند و در نتیجه ترمزگیری را بهبود می‌بخشند. سوپاپ‌های ABS به دو دسته ورودی و خروجی تقسیم می‌شوند. این سوپاپ‌ها همچنین سه حالت عملکردی دارند.

نگهداری و فشار

در این حالت، سوپاپ ارتباط بین سیلندر اصلی و لوله‌ ترمز را قطع می‌کند و وقتی راننده پدال ترمز را تا انتها فشار می‌دهد، جلوی ورود ناگهانی و بیش از حد روغن هیدرولیکی به ترمزها را می‌گیرد. در این حالت، ECU احتمال لغزش چرخ‌ها را تشخیص می‌دهد و باعث می‌شود HCU تمام سوپاپ‌های ورودی و خروجی روغن را بسته نگه دارد تا کنترل روغن هیدرولیکی را ثابت نگه داشته و فرآیند ترمزگیری به صورت عادی انجام شود.

اعمال فشار

در این حالت، سوپاپ نقش دفع فشار بیش از حد را بازی کرده و ترمزها را کنترل می‌کند. این حالت زمانی فعال می‌شود که با وجود بسته بودن سوپاپ‌ها، ECU تشخیص می‌دهد که هنوز احتمال لغزش وجود دارد و در این زمان دفع و کنترل همزمان رخ می‌دهد. سوپاپ‌های ورودی همچنان بسته هستند، اما سوپاپ‌های خروجی باز می‌شوند و فشار مازاد و روغن هیدرولیکی ناشی از آن را در بخش ذخیره سازی HCU جمع می‌کنند.

رهاسازی فشار

در این حالت، سوپاپ باز است و فشار روغن به طور مستقیم از سیلندر اصلی به ترمز منتقل می‌شود. این حالت زمانی رخ می‌دهد که ECU احتمال لغزش را کمتر می‌بیند. در این صورت، فشار روغن هیدرولیکی ذخیره شده که از طریق پمپ اصلی به مدار برگشت داده شده است، به سمت چرخ‌هایی که به این فشار نیاز دارند، هدایت می‌شود. در این حالت، سوپاپ‌های ورودی باز و سوپاپ‌های خروجی بسته هستند.

این سه حالت به صورت متوالی و پیاپی رخ می‌دهند و عملکرد سیستم ABS را تکمیل می‌کنند. انجام آن‌ها بسیار سریع است و روند آن‌ها تنها در لحظه ترمزگیری قابل تشخیص است.

4. پمپ یا شیرهای برقی (سلونوئید)

اینها نیرویی را بازیابی می‌کنند که به وسیلهٔ سوپاپ‌ها کاهش یافته است. سوپاپ‌ها فشار را کاهش داده و پمپ مجدداً این فشار را به سیستم بازگردانده می‌کند. پمپ‌ها جزو زیرسیستم‌های کنترل هیدرولیکی هستند و در حین فعالیت خود، میزان روغن خروجی را تنظیم می‌کنند. کارشان بر پایهٔ الکترومغناطیس است و میدان الکترومغناطیس لازم برای عملکرد آن‌ها با عبور جریان برق از سیم‌لوله‌های اطراف‌شان تولید می‌گردد.

5. اکولماتورها

این قسمت به ذخیرهٔ روغن (سیال) اضافی تحت فشار ترمز کمک می‌کند و با کنترل فشار آن ساختار کمکی دارد. روغن هیدرولیکی در مرحلهٔ پایانی فعالیت ABS توسط پمپ‌ها به سیلندر اصلی برگردانده می‌شود. برای خودروهایی که سیستم ترمز جلو و عقب جداگانه دارند، یک مخزن ذخیره برای هر سیستم در نظر گرفته شده است.

6. تقسیم دینامیکی عقب

زمانی که ترمزگیری شدید و ناگهانی رخ می‌دهد، وزن خودرو به سمت جلو سنگین می‌شود که این وضعیت علاوه بر اختلال توازن وزنی، باعث کاهش قدرت ترمزگیری چرخ‌های عقب و در نتیجه افزایش احتمال انحراف خودرو می‌شود. در این حالت، سیستم تقسیم دینامیکی عقب با استفاده از سوپاپ‌های ورودی و خروجی ABS، فشار ترمزگیری چرخ‌های عقب را به‌طور متناسب با چرخ‌های جلو تنظیم می‌کند.

انواع مختلف سیستم ABS

امروزه برای ساخت انواع مختلف سیستم ABS از تکنولوژی‌ها و الگوریتم‌های متفاوت استفاده می‌شود. عوامل مختلفی در کیفیت و عملکرد این سیستم‌ها تأثیر دارند. عوامل تعیین‌کننده کیفیت عملکرد سیستم ABS در یک خودرو شامل دقت و سرعت پردازش و واکنش واحد کنترل، حساسیت حسگرها و تعداد سوپاپ‌ها و سنسورهاست. در کل، سیستم‌های ABS مختلف علاوه بر نوع پردازنده و واحد کنترل، تفاوت‌هایی در تعداد سوپاپ‌ها و سنسورها دارند. در ادامه انواع سیستم‌های ABS را بررسی می‌کنیم.

چهار کاناله با چهار سنسور (چهار گانه)

در این نوع سیستم، هر چرخ دارای سنسور و سوپاپ مستقلی است. این سیستم با بهره‌گیری از حسگرها، سرعت هر چرخ را جداگانه بررسی کرده و به واحد کنترل (ECU) گزارش می‌دهد. به این ترتیب، عملکرد ABS بر اساس سرعت هر چرخ به صورت جداگانه و به اندازه‌ای که خودرو نیاز دارد، تنظیم می‌شود. مدل چهار کاناله با چهار سنسور، بهترین عملکرد و ایمن‌ترین سیستم ABS را ارائه می‌دهد.

سه کاناله با سه سنسور‌ (سه گانه)

در این نوع سیستم، سوپاپ‌ها و سنسورها برای چرخ‌های جلو به صورت مستقل نصب می‌شوند، اما برای چرخ‌های عقب یک سری کانال، سوپاپ و حسگر در پشت اکسل قرار دارند و برای هر دو چرخ عقب به صورت مشترک فعالند. این سیستم سرعت چرخ‌های جلو را جداگانه و سرعت چرخ‌های عقب را به صورت ترکیبی تنظیم می‌کند. در نتیجه، در شرایط ترمزگیری شدید، امکان قفل شدن یکی از چرخ‌های عقب وجود دارد. این سیستم نسبت به سیستم چهارگانه دقت و حساسیت کمتری دارد.

یک کاناله با یک سنسور (تک کاناله)

این سیستم عمدتاً در خودروهای سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرد و فقط از یک سنسور، کانال و سوپاپ در اکسل عقب استفاده می‌کند. به‌عبارت دیگر، فقط سرعت چرخ‌های عقب توسط این سیستم کنترل و تنظیم می‌شود. این سیستم بر اساس این فرضیه کار می‌کند که در ترمزگیری شدید، وزن خودرو به سمت جلو افزایش می‌یابد و باعث عدم توازن وزنی در عقب می‌شود، در نتیجه احتمال قفل شدن یکی از چرخ‌های عقب افزایش می‌یابد. البته، وجود تنها یک حسگر و سوپاپ باعث می‌شود که امکان قفل شدن یکی از چرخ‌های عقب باقی بماند.

مزایای سیستم ترمز ABS

ترمز ضد قفل مزایای بسیار زیادی نسبت به ترمزهای معمولی دارد که در ادامه به برخی از مهمترین آن‌ها اشاره می‌کنیم:

1. افزایش کنترل فرمان و خودرو.
2. فعال کردن سیستم کنترل کشش.
3. جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها و کاهش سایش ناهموار لاستیک‌ها.
4. بهبود عملکرد ترمزگیری در اکثر شرایط.
5. ارائه ایمنی بیشتر.
6. کاهش قابل توجه خطر لغزش در زمان گرفتن ترمز.
7. بهترین استفاده از لنت ترمز و دیسک ترمز.

معایب سیستم ترمز ABS

اما همانند سایر سیستم‌های موجود در وسایل نقلیه، ترمز ضد قفل هم با مشکلاتی روبرو است. در اینجا به معایب ای بی اس اشاره می‌کنیم:

ممکن است در برخی مواقع، ترمز ABS زمان توقف را بیشتر کند.
رانندگان با تجربه معمولاً با استفاده از ترمزهای معمولی در خودرو می‌توانند خودرو را بهتر ترمز کنند.
نصب ترمز ABS هزینه خودرو را افزایش می‌دهد.
تعمیر و نگهداری آن ها هزینه بیشتری دارد.
حضور یک سنسور اضافی و یک کنترلر باعث پیچیدگی فنی وسیله نقلیه می‌شود.

نکته پایانی

ترمزهای ABS در سطوح لغزنده صدای قوی‌تری ایجاد می‌کنند. این لرزش صوتی را می‌توان در کابین شنید و زیر پدال ترمز احساس کرد. رانندگانی که تا حالا با ترمزگیری در این شرایط آشنا نبوده‌اند، ممکن است اشتباهاً فکر کنند بخشی از سیستم ترمز خودرو دارد خراب می‌شود. به همین دلیل، راننده ممکن است بی‌دلیل فشار پا روی پدال ترمز را کاهش دهد، در حالی که اصلاً نیازی به این کار نیست.

استفاده از سیستم ABS، ایمنی بالایی دارد، اما حضور آن در خودرو نباید باعث تخلف راننده از قوانین رانندگی، به خصوص در سرعت غیرمجاز، فاصله صحیح نگهداری نکردن و سرعت نامناسب در پیچ‌ها شود. به عبارت دیگر، استفاده از سیستم‌های ایمنی، به هیچ عنوان بدان معنا نیست که ایمنی را نادیده گرفته‌ایم. اعمال تغییرات شخصی در خودرو (مثل ترمز، بدنه و چرخ) ممکن است تأثیر منفی بر عملکرد سیستم ABS داشته باشد.