راهنمای جامع در مورد سیستم ترمز ABS

در دنیای امروز، ایمنی در رانندگی از اولویت‌های اصلی در طراحی و ساخت خودروها به شمار می‌رود. یکی از کلیدی‌ترین اجزای ایمنی فعال در هر وسیله نقلیه‌ای، سیستم ترمز آن است که عملکرد صحیح آن ارتباط مستقیم با حفظ جان سرنشینان و کاهش احتمال بروز سوانح رانندگی دارد. تولیدکنندگان خودرو همواره در تلاش بوده‌اند تا با بهره‌گیری از فناوری‌های پیشرفته، کارایی و ایمنی سیستم ترمز خودروها را بهبود بخشند.

یکی از چالش‌های همیشگی در هنگام رانندگی، به ویژه در شرایط اضطراری و ترمزگیری‌های ناگهانی، احتمال قفل شدن چرخ‌های خودرو است. این پدیده معمولاً در سطوح لغزنده مانند جاده‌های بارانی، برفی یا یخ‌زده، و یا در صورت استفاده از لاستیک‌های با کیفیت پایین رخ می‌دهد. قفل شدن چرخ‌ها نه تنها منجر به افزایش طول خط ترمز می‌شود، بلکه مهم‌تر از آن، راننده را از کنترل جهت حرکت خودرو باز می‌دارد و احتمال انحراف و تصادف را به شدت افزایش می‌دهد. اما برای مقابله با این مشکل چه راهکاری وجود دارد؟ پاسخ این سوال در فناوری پیشرفته‌ای به نام سیستم ترمز ضد قفل یا ABS نهفته است.

ABS: فراتر از یک ترمز معمولی

سیستم ترمز ضد قفل (Anti-Lock Braking System)، که به اختصار ABS خوانده می‌شود، به عنوان یک سیستم کمکی در مجموعه ترمز خودرو عمل می‌کند. وظیفه اصلی این سیستم، جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها در هنگام اعمال نیروی ترمز شدید و در سطوح با اصطکاک کم است. ABS با تنظیم هوشمندانه و سریع فشار ترمز روی هر یک از چرخ‌ها، اطمینان می‌دهد که آن‌ها همچنان به گردش خود ادامه دهند و از لغزش و از دست رفتن کنترل خودرو جلوگیری شود.

در سال‌های دور، پیش از آنکه فناوری ABS به صورت گسترده در خودروها مورد استفاده قرار گیرد، رانندگان ماهر برای جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها در شرایط اضطراری، از تکنیکی به نام “ترمز منقطع” یا “پمپ ترمز” استفاده می‌کردند. این روش شامل برداشتن و فشردن متناوب و سریع پدال ترمز بود. مهندسان با هدف بهبود این عملکرد و افزایش ایمنی رانندگی، سیستمی را طراحی کردند که این عمل را به صورت خودکار و با سرعتی بسیار بالاتر انجام دهد. ترمز ABS با ممانعت از قفل شدن چرخ‌ها، در اغلب موارد به کاهش طول مسافت ترمزگیری کمک کرده و از همه مهم‌تر، حفظ قابلیت هدایت خودرو را در شرایط بحرانی تضمین می‌کند. این امر به طور مستقیم در کاهش آمار تصادفات و جلوگیری از وقوع حوادث ناگوار نقش دارد.

سیر تحول یک ایده: تاریخچه پیدایش و توسعه ABS

ریشه‌های ایده ساخت ترمز ضد قفل به اوایل قرن بیستم باز می‌گردد. نخستین نمونه‌های این سیستم در سال ۱۹۰۸ برای استفاده در قطارهای ریلی به کار گرفته شدند. پس از آن، پیشرفت‌های چشمگیری در این زمینه در صنعت هوانوردی حاصل شد. در دهه ۱۹۲۰، یک مهندس فرانسوی سیستمی را برای هواپیماها اختراع کرد که با تعدیل فشار هیدرولیک روغن ترمز در چرخ‌ها، از سر خوردن لاستیک‌ها هنگام فرود جلوگیری می‌کرد و عملکرد ترمز را به میزان قابل توجهی بهبود می‌بخشید. در سال ۱۹۲۸ نیز یک مهندس آلمانی به طور رسمی اختراع یک سیستم ABS را به ثبت رساند، اما طرح او هرگز به مرحله عملیاتی و کارآمد نرسید.

در دهه ۱۹۵۰، شرکت بریتانیایی دانلوپ مکسارت، یک سیستم ترمز ضد قفل را به طور خاص برای استفاده در هواپیماها توسعه داد که به طور گسترده در ناوگان هوایی بریتانیا مورد استفاده قرار گرفت. این سیستم قادر بود در شرایط جوی نامساعد مانند بارندگی شدید و یخبندان، طول خط ترمز را تا ۳۰ درصد کاهش دهد و همچنین به افزایش طول عمر لاستیک‌های هواپیما کمک شایانی کند. هواپیماهای مجهز به این فناوری می‌توانستند در شرایطی پرواز کنند که سایر هواپیماها اجازه پرواز نداشتند. در سال ۱۹۵۸، سیستم ترمز ضد قفل دانلوپ مکسارت روی یک موتورسیکلت نیز آزمایش شد و نتایج امیدوارکننده‌ای به دست آمد، اما هرگز به تولید انبوه نرسید.

نخستین کاربرد ABS در خودروها به دهه ۱۹۶۰ باز می‌گردد. یک سیستم ABS کاملاً مکانیکی در خودروهای مسابقه‌ای فرگوسن P99 و ینسن FF به کار گرفته شد، اما به دلیل هزینه بالا و پیچیدگی‌های فنی، استفاده از آن به صورت گسترده ادامه نیافت. نقطه عطف در تاریخچه ABS، سال ۱۹۷۱ بود که یک مهندس ایتالیایی به نام ماریو پالازتی در مرکز تحقیقات فیات، موفق به ساخت اولین سیستم ABS مدرن شد. این اختراع که به “آقای ABS” شهرت یافت، امروزه به عنوان پایه و اساس سیستم‌های ABS مورد استفاده در تمامی خودروهای جهان شناخته می‌شود. شرکت فیات، امتیاز تولید این سیستم را به کمپانی بوش واگذار کرد و بوش برای اولین بار، نام تجاری ABS را برای این فناوری برگزید.

پس از معرفی سیستم ABS مدرن در سال ۱۹۷۱، این فناوری به سرعت مورد توجه و استفاده خودروسازان مختلف قرار گرفت. خودروهایی نظیر تویوتا کراون، نیسان پرزیدنت، ترایومف ۲۵۰۰، کرایسلر امپریال، لینکلن کانتیننتال مارک ۳ و فورد تاندربرد از پیشگامان بهره‌گیری از این سیستم بودند. در ابتدا، ABS به عنوان یک آپشن انتخابی برای این خودروها عرضه می‌شد، اما با گذشت زمان و اثبات کارایی آن در افزایش ایمنی، به تدریج به یک استاندارد اجباری تبدیل شد. مرسدس بنز نیز در سال ۱۹۷۸، برای اولین بار در مدل S کلاس اتاق W116، از سیستم ABS چهار کاناله الکترونیکی ساخت شرکت بوش استفاده کرد. امروزه، ترمز ABS به یک الزام قانونی در صنعت خودروسازی تبدیل شده و تمامی تولیدکنندگان موظف به نصب آن روی محصولات خود هستند.

کالبدشکافی ABS: اجزای اصلی سیستم

سیستم ترمز ABS از چهار جزء کلیدی تشکیل شده است که هر کدام نقش مهمی در عملکرد آن ایفا می‌کنند:

• حسگرهای سرعت چرخ: در نزدیکی هر چرخ یک حسگر سرعت قرار دارد که به طور مداوم سرعت چرخش آن چرخ را اندازه‌گیری می‌کند. این حسگرها معمولاً از یک چرخ دنده مغناطیسی و یک سنسور اثر هال تشکیل شده‌اند. اطلاعات مربوط به سرعت چرخش هر چرخ به صورت لحظه‌ای به واحد کنترل الکترونیکی (ECU) ارسال می‌شود.
• شیرهای کنترل فشار: روی لوله‌های انتقال روغن ترمز به هر چرخ، یک یا چند شیر کنترل فشار تعبیه شده است. این شیرها وظیفه تنظیم میزان فشار روغن ترمز اعمال شده بر هر چرخ را بر عهده دارند و می‌توانند در سه حالت باز، بسته یا نیمه‌باز عمل کنند.
• پمپ هیدرولیک: این پمپ وظیفه بازگرداندن فشار روغن ترمز را دارد. هنگامی که شیرهای کنترل فشار، فشار ترمز را کاهش می‌دهند تا از قفل شدن چرخ جلوگیری کنند، پمپ ABS فعال شده و فشار از دست رفته را جبران می‌کند تا در صورت نیاز، امکان اعمال مجدد فشار ترمز فراهم شود.
• واحد کنترل الکترونیکی (ECU): ECU به عنوان مغز سیستم ABS عمل می‌کند. این واحد با دریافت و تحلیل اطلاعات ارسالی از حسگرهای سرعت چرخ، احتمال قفل شدن هر چرخ را پیش‌بینی کرده و با ارسال دستورات لازم به شیرهای کنترل فشار، میزان نیروی ترمز اعمال شده بر هر چرخ را به طور مستقل تنظیم می‌کند.

چگونه ABS از قفل شدن چرخ‌ها جلوگیری می‌کند؟

همانطور که گفته شد، حسگرهای سرعت چرخ به صورت پیوسته اطلاعات مربوط به سرعت چرخش چرخ‌ها را به ECU ارسال می‌کنند. ECU با پردازش این داده‌ها، وضعیت چرخش هر چرخ را در هنگام ترمزگیری ارزیابی می‌کند. اگر ECU تشخیص دهد که سرعت چرخش یک چرخ به طور ناگهانی کاهش یافته و به طور قابل توجهی از سرعت سایر چرخ‌ها کمتر است، این امر به عنوان نشانه‌ای از احتمال قفل شدن آن چرخ تلقی می‌شود. در این وضعیت، ECU فوراً دستور کاهش فشار روغن ترمز آن چرخ را صادر می‌کند که این عمل از طریق بسته شدن یا تغییر وضعیت شیر کنترل فشار مربوطه انجام می‌شود.

اگر ECU پس از کاهش فشار ترمز تشخیص دهد که سرعت چرخش چرخ در حال افزایش است و خطر قفل شدن برطرف شده، با افزایش فشار روغن ترمز از طریق شیر کنترل، اقدام به اعمال نیروی ترمز بیشتر بر آن چرخ می‌کند. این فرآیند کاهش و افزایش فشار ترمز به صورت بسیار سریع و مکرر (تا حدود ۱۵ بار در ثانیه برای هر چرخ) انجام می‌شود. نتیجه این عملکرد پویا، جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها در هنگام ترمزگیری شدید است و راننده این عملکرد را به صورت لرزش پدال ترمز و صدای خاصی که از سیستم ترمز شنیده می‌شود، احساس می‌کند.

انواع گوناگون سیستم‌های ABS

سیستم‌های ترمز ABS بر اساس تعداد کانال‌های کنترلی (تعداد مدارهای هیدرولیک مستقل که فشار ترمز را به هر چرخ کنترل می‌کنند) و تعداد حسگرهای سرعت چرخ، به انواع مختلفی تقسیم می‌شوند:

• ABS چهار کاناله با چهار حسگر: در این نوع سیستم، هر چرخ دارای حسگر سرعت مخصوص به خود و یک کانال کنترل فشار ترمز مستقل است. این پیشرفته‌ترین نوع ABS است که امکان کنترل دقیق فشار ترمز روی هر چرخ را به صورت جداگانه فراهم می‌کند و در نتیجه، بالاترین سطح ایمنی و کارایی را ارائه می‌دهد.
• ABS سه کاناله با چهار حسگر: در این سیستم، هر چرخ دارای حسگر سرعت است، اما چرخ‌های جلو هر کدام دارای یک کانال کنترل فشار مستقل هستند، در حالی که چرخ‌های عقب توسط یک کانال مشترک کنترل می‌شوند. این سیستم معمولاً در خودروهای سواری قدیمی‌تر که از ABS در هر چهار چرخ بهره می‌بردند، یافت می‌شود.
• ABS سه کاناله با سه حسگر: در این نوع ABS، چرخ‌های جلو هر کدام دارای یک حسگر سرعت و یک کانال کنترل فشار هستند، اما در محور عقب تنها یک حسگر سرعت و یک کانال کنترل فشار برای هر دو چرخ در نظر گرفته شده است. در این سیستم، برای فعال شدن ABS در چرخ‌های عقب، هر دو چرخ باید به طور همزمان در آستانه قفل شدن قرار بگیرند. این سیستم بیشتر در وانت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد.
• ABS دو کاناله با چهار حسگر: در این سیستم، هر چرخ دارای حسگر سرعت جداگانه است، اما تنها دو کانال کنترل فشار وجود دارد؛ یکی برای کنترل فشار ترمز در محور جلو و دیگری برای کنترل فشار ترمز در محور عقب. این سیستم معمولاً در خودروهای سواری دهه ۸۰ و ۹۰ میلادی دیده می‌شود.
• ABS تک کاناله با یک حسگر: این ساده‌ترین و کم‌کارآمدترین نوع ABS است. در این سیستم، تنها یک حسگر سرعت و یک کانال کنترل فشار در محور عقب وجود دارد. خودروهایی که از این سیستم استفاده می‌کنند معمولاً ون‌ها، وانت‌ها و شاسی‌بلندهایی هستند که تنها در محور عقب از ABS بهره می‌برند.

نگهداری از ABS: نشانه‌ها و اقدامات لازم

سیستم ترمز ABS به طور کلی نیازی به نگهداری روتین و پیچیده ندارد. با این حال، در صورت بروز هرگونه نقص یا ایراد در عملکرد این سیستم، یک چراغ هشدار با نماد “ABS” به رنگ زرد در صفحه کیلومتر خودرو روشن می‌شود. این علامت هشداری است که نشان می‌دهد سیستم ABS به درستی کار نمی‌کند و باید توسط متخصص بررسی شود. مشکلات رایج در سیستم ABS می‌تواند شامل خرابی حسگرهای سرعت چرخ، نقص در عملکرد پمپ ABS، ایراد در شیرهای کنترل فشار و یا مشکلات مربوط به واحد کنترل الکترونیکی (ECU) باشد. همچنین، ایرادات در مدارهای الکتریکی مرتبط با این سیستم نیز می‌تواند منجر به روشن شدن چراغ هشدار شود. توصیه اکید می‌شود که در صورت روشن شدن چراغ ABS، در اسرع وقت برای تشخیص و رفع مشکل به یک تعمیرگاه معتبر مراجعه نمایید تا از بروز خطرات احتمالی جلوگیری شود.

ABS: سنگ بنای سیستم‌های ایمنی پیشرفته خودرو

همانطور که در ابتدای این مقاله اشاره شد، ترمز ABS مدتهاست که به یکی از تجهیزات استاندارد و ضروری در خودروهای مدرن تبدیل شده است. اما اهمیت این فناوری تنها به جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها محدود نمی‌شود. سیستم ترمز ABS به عنوان یک زیرساخت اساسی برای توسعه و عملکرد بسیاری از سیستم‌های ایمنی پیشرفته دیگر در خودروها عمل می‌کند. سیستم‌هایی نظیر کنترل پایداری الکترونیکی (ESP)، سیستم کنترل کشش (Traction Control) و بسیاری از سیستم‌های کمک راننده (ADAS) برای عملکرد صحیح خود به اطلاعات و داده‌های ارائه شده توسط سیستم ترمز ABS وابسته هستند. در واقع، می‌توان گفت که ترمز ABS به عنوان سیستم مادر و پایه‌ای برای تمامی فناوری‌های نوین در زمینه افزایش ایمنی و پایداری خودروها به شمار می‌رود.

نکات جالب و دانستنی‌ها درباره ABS

مطالعات انجام شده نشان می‌دهد که استفاده از سیستم ABS به طور متوسط خطر تصادفات را تا حدود ۱۸ درصد کاهش می‌دهد. دلیل اصلی این امر، جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها و حفظ قابلیت کنترل خودرو، به ویژه در سطوح لغزنده است که منجر به کاهش طول خط ترمز و حفظ فرمان‌پذیری می‌شود. لازم به ذکر است که ABS قدرت ترمزگیری خودرو را افزایش نمی‌دهد، بلکه تنها از قفل شدن چرخ‌ها جلوگیری می‌کند. بنابراین، اگر سیستم ترمز یک خودرو به طور کلی ضعیف باشد، نصب ABS به تنهایی بهبود چشمگیری در قدرت ترمز ایجاد نخواهد کرد.

یکی از نکات جالب توجه در مورد ترمزهای ABS این است که در سطوح غیرمعمولی مانند جاده‌های خاکی یا پوشیده از برف عمیق، خودروهای مجهز به ABS شاید حتی در مقایسه با خودروهای بدون ABS، مسافت ترمزگیری طولانی‌تری داشته باشند. این پدیده به این دلیل رخ می‌دهد که در این نوع سطوح، قفل شدن چرخ‌ها باعث جمع شدن خاک یا برف در جلوی لاستیک شده و این توده به عنوان یک مانع خارجی عمل کرده و به توقف خودرو کمک می‌کند. در مقابل، در خودروهای مجهز به ABS که چرخ‌ها قفل نمی‌شوند، این اثر ترمزگیری اضافی وجود ندارد.

در نهایت، لازم است به صدا و لرزش ترمزهای ABS در هنگام عملکرد اشاره شود. در زمان ترمزگیری شدید و فعال شدن سیستم ABS، راننده معمولاً لرزشی را در پدال ترمز احساس می‌کند و صدایی شبیه به ضربه زدن یا “خر خر” از ناحیه ترمزها شنیده می‌شود. این صدا و لرزش ناشی از عملکرد سریع شیرهای کنترل فشار و قطع و وصل شدن متناوب نیروی ترمز برای جلوگیری از قفل شدن چرخ‌هاست و نشان‌دهنده عملکرد صحیح سیستم ABS است. آگاهی از این موضوع می‌تواند از نگرانی رانندگانی که برای اولین بار با این پدیده مواجه می‌شوند، جلوگیری کند.

ABS در مقابل ترمزهای معمولی: کدام یک ایمن‌تر است؟

ترمزها به عنوان یکی از اساسی‌ترین اجزای ایمنی در خودروها، نقش حیاتی در کنترل سرعت و جلوگیری از تصادفات ایفا می‌کنند. در دنیای مدرن، دو نوع اصلی از سیستم‌های ترمز وجود دارد: ترمزهای معمولی (هیدرولیکی) و ترمزهای ضد قفل (ABS). ترمزهای معمولی بر اساس اصول هیدرولیک کار می‌کنند و با فشردن پدال ترمز، نیروی هیدرولیک ایجاد شده لنت‌های ترمز را به دیسک یا کاسه ترمز فشار داده و باعث توقف خودرو می‌شود. این سیستم‌ها به دلیل سادگی و کارایی در شرایط رانندگی عادی، همچنان در بسیاری از خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرند.

• مزایای ترمزهای معمولی: ساختار ساده، هزینه تولید و نگهداری نسبتاً پایین.

• معایب ترمزهای معمولی: خطر قفل شدن چرخ‌ها در ترمزگیری شدید، کاهش کنترل در سطوح لغزنده.

در مقابل، ترمزهای ضد قفل (ABS) به عنوان یک پیشرفت چشمگیر در فناوری ایمنی خودروها، طراحی شده‌اند تا از قفل شدن چرخ‌ها در هنگام ترمزگیری‌های ناگهانی و شدید جلوگیری کنند. سیستم ABS با استفاده از حسگرها و واحد کنترل الکترونیکی، سرعت چرخش چرخ‌ها را در هنگام ترمزگیری به طور مداوم نظارت کرده و فشار ترمز را به صورت خودکار و پویا تنظیم می‌کند تا از قفل شدن آن‌ها جلوگیری شود.

• مزایای ترمزهای ABS: جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها، حفظ قابلیت فرمان‌پذیری خودرو در شرایط اضطراری، کاهش فاصله ترمزگیری در بسیاری از شرایط، بهبود پایداری خودرو به ویژه در سطوح لغزنده و افزایش مانورپذیری در حین ترمزگیری.

• معایب ترمزهای ABS: ممکن است در برخی سطوح خاص (مانند شن و ماسه یا برف عمیق) فاصله توقف را افزایش دهد. هزینه تعمیر و نگهداری آن معمولاً بیشتر است و به دلیل وجود قطعات الکترونیکی و هیدرولیکی بیشتر، پیچیدگی فنی خودرو را افزایش می‌دهد.

نتیجه‌گیری: ABS، یک ضرورت برای ایمنی بیشتر

در پایان، می‌توان گفت که سیستم ترمز ضد قفل (ABS) یک فناوری ایمنی بسیار مهم و کارآمد در خودروهای امروزی است. این سیستم با جلوگیری از قفل شدن چرخ‌ها در هنگام ترمزگیری‌های ناگهانی، نقش بسزایی در حفظ کنترل خودرو، کاهش احتمال انحراف و تصادف، و در نهایت، ارتقای سطح ایمنی رانندگی ایفا می‌کند. اگرچه ممکن است در برخی شرایط خاص محدودیت‌هایی داشته باشد. اما مزایای بی‌شمار آن، ABS را به یک استاندارد ضروری در صنعت خودروسازی تبدیل کرده است.

سوالات متداول

سوال ۱: آیا سیستم ABS باعث می‌شود خودرو سریع‌تر متوقف شود؟

پاسخ: در اکثر شرایط، به ویژه در سطوح لغزنده و در ترمزگیری‌های شدید، سیستم ABS می‌تواند به کاهش فاصله ترمزگیری کمک کند. با این حال، هدف اصلی ABS حفظ کنترل خودرو است و در برخی سطوح خاص، ممکن است فاصله توقف کمی افزایش یابد.

سوال ۲: چرا هنگام فعال شدن ABS، پدال ترمز می‌لرزد؟

پاسخ: لرزش پدال ترمز هنگام فعال شدن ABS، ناشی از عملکرد سریع شیرهای کنترل فشار در سیستم است که به طور متناوب فشار ترمز را کاهش و افزایش می‌دهند تا از قفل شدن چرخ‌ها جلوگیری کنند. این لرزش نشان‌دهنده عملکرد صحیح سیستم ABS است.

سوال ۳: آیا می‌توان خودرویی را که سیستم ABS آن خراب است، راند؟

پاسخ: بله، در صورت خرابی سیستم ABS، ترمزهای معمولی خودرو همچنان کار خواهند کرد. با این حال، در این حالت، قابلیت ضد قفل بودن ترمزها از بین می‌رود و در ترمزگیری‌های شدید، احتمال قفل شدن چرخ‌ها و از دست رفتن کنترل خودرو وجود دارد. بنابراین، توصیه می‌شود در صورت بروز مشکل در ABS، در اسرع وقت به تعمیرگاه مراجعه کنید.

سوال ۴: آیا خودروهای قدیمی‌تر فاقد سیستم ABS، ایمنی کمتری دارند؟

پاسخ: خودروهای قدیمی‌تر که فاقد سیستم ABS هستند، در شرایط ترمزگیری شدید و سطوح لغزنده، احتمال قفل شدن چرخ‌ها و از دست رفتن کنترل خودرو در آن‌ها بیشتر است. سیستم ABS یک فناوری ایمنی مهم است که به طور قابل توجهی ایمنی رانندگی را افزایش می‌دهد.

آیا برای استفاده از ترمز ABS نیاز به تکنیک خاصی در رانندگی است؟

پاسخ: هنگام استفاده از ترمز ABS، برخلاف ترمزهای معمولی، نیازی به برداشتن و فشردن متناوب پدال ترمز نیست. در شرایط اضطراری، کافی است پدال ترمز را به طور محکم و یکنواخت فشار دهید تا سیستم ABS به طور خودکار وارد عمل شود و از قفل شدن چرخ‌ها جلوگیری کند.