Михайло Гузь, асистент, НУБіП; Володимир Сінько, інженер-механік; Віктор Марченко, канд. техн. наук, Agroexpert (Україна)
ABS – антиблокувальна система гальмування (англ. Anti-lock braking system) – електронна система, яка запобігає блокуванню коліс, втраті керованості та стійкості руху транспортного засобу під час гальмування.
Антиблокувальна система гальм призначена забезпечити оптимальну гальмівну ефективність (мінімальний гальмівний шлях) зберігаючи водночас стійкість та керованість автомобіля.
На сьогодні ABS є більш складною електронною системою гальмування, що містить такі системи, як-от: протибуксувальну, електронного контролю стійкості, а також допомоги під час екстренного гальмування. ABS встановлюють на легкових і вантажних автомобілях, автобусах, мотоциклах, причепах, а також на колісному шасі літаків. Загалом, цією системою обладнано понад 80% сучасних автомобілів.
Антиблокувальна система підвищує ефективність гальмування, зменшує довжину гальмівного шляху на сухому та мокрому дорожньому покритті, забезпечує кращу маневреність і керованість на слизькій дорозі та у разі екстреного гальмування, а також дає змогу отримати менше й рівномірніше зношення шин.
Історія створення та еволюція ABS
Антиблокувальну систему гальм створили ще на початку 20-х років минулого століття. І як не дивно, але перші системи ABS планувалися застосовувати не на автомобілях, а на шасі літаків. Згідно з історичними свідченнями, до розробки антиблокувальної системи гальм першою «доклала руку» французька компанія Avions Voisin, у ті часи добре відома як виробник автомобілів та авіаційної техніки.
Гальма на автомобілях першого покоління були механічні й приводилися у дію фізичною силою водія, а спрацьовували завдяки передачі зусилля, яке прикладалося до педалі гальм через систему важелів та тросів, і блокувало колеса. Такі гальма мали два значні недоліки. По-перше, вони потребували від водія чималої фізичної сили, а по-друге, блокування коліс, що було результатом такого гальмування, негативно позначалося на стійкості руху та керованості автомобіля під час гальмування.
Наступним етапом у еволюції гальмівних систем був гідравлічний привід гальм, а пізніше – вакуумний підсилювач. Завдяки цим удосконаленням для приводу гальм вже не потребувалося великого фізичного зусилля, але як і раніше, невирішеною залишилася проблема блокування коліс.
Ще у 1936 році компанією Bosch було розроблено винахід та зареєстровано патент на механізм, який запобігає блокуванню коліс самохідних транспортних засобів. Але лише із застосуванням електроніки інженери змогли розробити антиблокувальну гальмівну систему, що згодом почали застосовувати на автомобілях.
Першу, по-справжньому працездатну антиблокувальну систему гальм розробили лише у 1964 році. Її авторство належить фахівцям двох компаній – Bosch та Teldix GmbH. Саме інженер останньої Гейнц Лібер підготував фундаментальні основи майбутньої ABS. Пізніше він очолив відділ електрики та електроніки концерну Daimler-Benz, котрий, своєю чергою, у 1970 році урочисто оголосив про створення перших працездатних ABS. Система складалася з електронного контролера, датчиків швидкості, встановлених на кожному колесі, і двох чи більше гідравлічних клапанів у гальмівному контурі. Вона працювала від даних про різницю швидкостей обертання різних коліс: якщо вони оберталися з різною швидкістю, то контролер, дозуючи гальмівне зусилля, вирівнював швидкість обертання коліс. Після цього система давала змогу збільшити гальмівне зусилля.
Випробування цієї системи в умовах реальної експлуатації виявили один істотний недолік – ненадійність електронних компонентів. За ініціативою Daimler-Benz, до проекту були залучені інженери Bosch, які працювали незалежно від Лібера і здобули величезний досвід у галузі автомобільної електроніки.
Тож для роботи зі створення серійної антиблокувальної системи об’єдналися вдалі ідеї Лібера та величезний досвід інженерів Bosch у сфері розробки й виробництва цифрових електронних компонентів. У середині 70-х років минулого століття ABS почали встановлювати опціонально (за бажанням клієнта і за додаткову плату) на автомобілі представницького класу, а з 1978 року штатно на двох німецьких автомобілях – Mercedes Benz W116 (S-клас) і BMW 7-ї серії.
Вагомим кроком до серійного виробництва ABS стала заміна у 1967 році механічних датчиків на колесах безконтактними, котрі працюють за принципом електромагнітної індукції. Вони не зношуються, стійкі до механічної взаємодії та не створюють хибних спрацювань. Саме з такими сенсорами у 1970 році Daimler-Benz продемонстрував широкому загалу першу систему ABS для легкових і вантажних автомобілів із електронним керуванням. Датчики передавали сигнали до блока, а він керував гідравлічним модулем, розміщеним між головним гальмівним циліндром та супортами.
За понад 30 років свого існування система ABS помітно вдосконалилася. У декілька разів зросла кількість циклів спрацювання за одиницю часу. Крім того, перші блоки керування для легкових автомобілів мали вагу понад 7 кг. Сучасні блоки значно компактніші й легші. Їхня вага не перевищує 1,5 кг.
У середині 1990-х років антиблокувальні гальмівні системи почали встановлювати і на мотоциклах. Вони запобігали блокуванню переднього колеса та падінню мотоцикліста через кермо.
Починаючи з липня 2004 року кожен новий автомобіль, проданий у країнах Євросоюзу, обладнано антиблокувальною системою гальм у стандартній комплектації. Сьогодні понад двох третин усіх автомобілів у світі обладнано системою ABS.
Принцип роботи ABS
Принцип дії першої системи ABS закладено і у роботі найсучаснішої системи. Робота антиблокувальної системи гальм має циклічний характер. Робочий цикл включає три фази тиску: утримання – скидання – збільшення. На основі електричних сигналів, які надсилають датчики кутової швидкості, блок керування ABS порівнює швидкість обертів коліс. У разі небезпеки блокування одного з коліс, блок керування закриває відповідний впускний клапан. Випускний клапан при цьому також закритий. Відбувається утримання тиску у контурі гальмівного циліндра колеса. За подальшого натискання на педаль гальм тиск у гальмівному циліндрі колеса не зростає.
Датчики відслідковують швидкість обертання кожного колеса автомобіля, а блок керування порівнює показники та надсилає команди електромагнітним клапанам гідромодуля, що регулюють тиск у гальмівній системі – по два (впускний і випускний) на кожен контур. Під час екстреного гальмування клапани працюють з частотою декілька десятків разів протягом секунди (приблизно 15 – 20 Гц залежно від системи). Саме їх потріскування чутно, коли колеса блокуються-розблоковуються. Водночас тиск у одному або відразу декількох контурах миттєво піднімається та відразу ж спадає. А гальмівні колодки у цей час, відповідно, стискають та відпускають диск, забезпечуючи те саме переривчасте гальмування.
Під час руху транспортного засобу пляма контакту його коліс перебуває у нерухомому стані щодо дорожнього покриття, тобто на колесо діє сила тертя спокою. Оскільки ця сила більша, ніж сила тертя ковзання, уповільнення під час обертання коліс зі швидкістю, що відповідає швидкості руху транспортного засобу, буде ефективніше, ніж уповільнення під час проковзування коліс щодо дорожнього покриття. Крім того, транспортний засіб, одне або кілька коліс якого ковзають, втрачає керування. Інакше кажучи, система запобігає стопорінню коліс та юзу під час гальмування, що позитивно позначається на стійкості й керованості транспортного засобу в режимі гальмування.
Будова системи
ABS складається з таких основних компонентів:
- датчиків швидкості або прискорення (уповільнення), які встановлені на маточинах коліс транспортного засобу;
- керувальних клапанів, які є елементами модулятора тиску, що встановлені у магістралі основної гальмівної системи;
- блока керування, який отримує сигнали від датчиків і керує роботою клапанів.
Після початку гальмування ABS постійно і досить точно визначає швидкість обертання кожного колеса. У разі, якщо одне чи декілька, або навіть усі колеса почнуть сповільнювати швидкість свого обертання швидше розрахункової максимальної швидкості уповільнення автомобіля (розраховується конкретно для кожної моделі на стадії розробки і коректується під час випробування на покритті з максимальним коефіцієнтом тертя) та враховуючи показники акселерометрів, то система віддає команду модулятору тиску у гальмівній магістралі, який обмежує гальмівне зусилля на цих колесах. Потім, щойно обертання колеса співпаде з реальною швидкістю руху (відновиться сила тертя спокою), гальмівне зусилля поновлюється.
Цей процес повторюється кілька разів (або декілька десятків разів) за секунду. Як відомо, робота системи призводить до помітної пульсації гальмівної педалі, і зазвичай саме за цією ознакою водій може визначити момент спрацьовування ABS.
Гальмівне зусилля може обмежуватися як у всій гальмівній системі одночасно (одноканальна ABS), так і у гальмівній системі борту (двоканальна ABS) або навіть окремого колеса (багатоканальна ABS). Одноканальні системи забезпечують досить ефективне уповільнення, але лише у тому разі, якщо умови зчеплення всіх коліс відносно однакові. Багатоканальні системи дорожчі й складніші одноканальних, але мають більшу ефективність під час гальмування на неоднорідних покриттях, звісно, якщо під час гальмування одне або декілька коліс потрапили на лід, вологу ділянку дороги або узбіччя.
До складу сучасних антиблокувальних гальмівних систем входить система самодіагностики, котра контролює роботу всіх компонентів системи за їхніми фізичними параметрами. Система самодіагностики запалює лампу несправності ABS на панелі приладів та записує відповідний код несправності у пам’ять блоку управління. Після визначення несправності цей компонент вимикається, або вся система перестає працювати, а гальмівна система продовжує працювати.
У сучасних автомобілях поступово набувають поширення електронні гальмівні механізми, що діють незалежно на кожному колесі. Тож ABS існує, головним чином, як один із алгоритмів керувального блоку такої гальмівної системи і не має ніякого впливу на педаль керування гальмами.
Ефективність системи ABS
Наявність антиблокувальної гальмівної системи дає змогу досягти коротшого гальмівного шляху, ніж за її відсутності. Крім того, ABS допомагає водієві зберігати контроль над транспортним засобом під час екстреного гальмування, тобто можна здійснювати досить різкі маневри безпосередньо у процесі гальмування. Поєднання двох цих факторів робить ABS значним плюсом для активної безпеки транспортних засобів.
Досвідчений водій може ефективно гальмувати і без використання ABS, контролюючи момент зриву коліс самостійно (найчастіше такий прийом гальмування використовують мотоциклісти) і послаблюючи зусилля гальмування на межі блокування (гальмування при цьому виходить переривчастим). Ефективність такого гальмування може бути порівняна із гальмуванням за використання одноканальної ABS. Багатоканальні системи завжди мають перевагу в тому, що можуть контролювати гальмівне зусилля на кожному окремому колесі, що дає не лише ефективне уповільнення, але і стабільність поведінки транспортного засобу у складних умовах нерівномірного зчеплення коліс із дорожнім покриттям.
Для недосвідченого водія наявність на автомобілі системи ABS краще в будь-якому разі, оскільки дає змогу екстрено гальмувати інтуїтивно зрозумілим способом, просто докладаючи максимальне зусилля до гальмівної педалі, та водночас зберігаючи можливість маневру.
У деяких умовах робота ABS може привести до збільшення гальмівного шляху. Наприклад, у разі використання автомобільних шин із недостатнім зчепленням з дорогою (наприклад, за їзди взимку на літніх шинах). Також на пухких поверхнях, таких як глибокий сніг, пісок або гравій, заблоковані під час гальмування колеса починають зариватися у поверхню покриття, що дає додаткове уповільнення. Незаблоковані колеса гальмують у цих умовах дещо повільніше. Для ефективного гальмування за таких умов, ABS на деяких моделях автомобілів роблять контрольованою. Крім того, деякі типи ABS мають спеціальний алгоритм гальмування для пухкої поверхні, що призводить до численних короткочасних блокувань коліс. Така техніка гальмування дає змогу досягти ефективного уповільнення без втрати керованості, навіть у разі повного блокування.
Недоліки антиблокувальної гальмівної системи
Навіть за такої ефективності, система ABS має також і недоліки. Зокрема, в умовах, коли на поверхні дороги є пісок, гравій чи пухкий сніг, застосування антиблокувальної гальмівної системи подовжує гальмівний шлях. В умовах такого покриття найкоротший гальмівний шлях забезпечують саме заблоковані колеса. Водночас перед кожним колесом формується клин із ґрунту, що і призводить до скорочення гальмівного шляху. Але у системах ABS останнього покоління цей недолік усунено: система автоматично визначає характер дорожнього покриття, і для кожного конкретного випадку реалізує свою технологію гальмування.
Схожу ситуацію можна спостерігати і на льоду, коли на автомобілі встановлені шиповані шини. Суть полягає у тому, що шипи забезпечують найбільше сповільнення руху машини саме тоді, коли вони наче кігті застрягають у льоду. А система ABS намагається розгальмувати колеса, не дає шипам працювати максимально ефективно, і отже, збільшує шлях гальмування. Але наявність системи ABS не є причиною відмови від шипованих шин. Під час блокування шипи все одно чіплятимуться за лід тож забезпечать краще сповільнення, ніж шини без шипів.
Проблеми з використанням системи ABS можуть виникати і на нерівній дорозі та у разі несправності амортизаторів чи невідрегульованої підвіски автомобіля. Якщо під час гальмування одне колесо на мить зависне у повітрі і заблокується, «обманута» електроніка вживає екстрені заходи, і починає рятувати автомобіль від заносу, знижуючи тиск у решті магістралей. У результаті автомобіль «виляє хвостом», а гальмівний шлях зростає. У таких випадках гарантом адекватної роботи системи ABS є справна підвіска.
Виробники та постачальники ABS
Найпотужнішим постачальником компонентів антиблокувальних гальмівних систем є компанія Bosch, яка постачає комплектуючі для більшості моделей. Для Chrysler та Jeep компоненти ABS виготовляє Bendix Corporation, для Ford, GM – Continental Automotiv Systems. На автомобілях Infiniti та Lexus використовують деталі фірми Nippondenso, а інші японські виробники авто Mazda та Honda – продукцію Sumitomo. Крім того, розробкою та виготовленням комплектуючих для систем ABS займаються такі компанії, як Aisin Advics, Delphi, Hitachi, ITT Automotive, Mando Corporation, Nissin Kogyo, Teves та TRW.
На завершення
Технічний прогрес породжує дедалі сучасніші та досконаліші системи. Оперуючи великою кількістю можливостей, вони здатні адаптуватися під будь-який тип дорожнього покриття, і гальмувати відповідно до одного із попередньо закладених ефективних алгоритмів. Звісно, електроніку не можна сприймати як «панацею» від всіх бід, але статистика стверджує, що вірно налаштована система ABS, за умови справності всіх інших систем автомобіля, незалежно від дорожнього покриття, дає змогу в середньому на 20% скоротити шлях гальмування, і залишає водію можливість маневрувати. Інколи це перетворюється у ті дорогоцінні метри, від яких залежить життя та здоров’я пасажирів.
