ABS: принцип роботи та історія розвитку

Кожен з нас, швидше за все, потрапляв у таку ситуацію, коли потрібно об’їхати перешкоду, що раптово виникла, на дорозі і при цьому гальмувати. Здавалося б, все просто – тисни на гальмо і крути кермом. А якщо перестаратися із зусиллям на педалі? Тоді колеса обов’язково заблокуються і крути кермом – не крути, машина рухатиметься юзом туди, куди їй вкаже відцентрова сила. Це у кращому випадку. У гіршому — неконтрольоване занесення або ще чого доброго, перекидання. Щоб уникнути подібних ситуацій та й багатьох інших, автомобільні інженери з кінця 20-х років минулого століття аж до сьогоднішнього дня вдосконалюють систему, яка називається ABS. Але все по черзі.

З історії розвитку ABS. Як приструнювали колеса

ABS, Anti-lock Brake System, антиблокувальна система. Необхідність у протидії блокуванню коліс виникла зовсім не на автомобілях. Народження системи ми зобов’язані авіації. При розбігу по злітно-посадковій смузі літак повинен зберігати бездоганну стабільність. 

Так само як і при посадці, інакше втрата курсу або перекидання неминучі. Шасі літака, як відомо, крутяться як хочуть і з різною швидкістю, а від пропелера та елеронів на посадці мало що залежить, особливо на швидкостях 20-30-х років.

Літаки того часу не мали носового шасі і тому сідали в основному на два колеса. Розв’язувати проблему вирівнювання швидкості шасі з обох боків допоміг пристрій, запатентований компанією Bosch у 1936 році.

Його і почали масово встановлювати на військові літаки — при посадці система вирівнювала швидкість обертання шасі і не давала жодному блокуватись. Це була складна і дорога гідромеханічна конструкція, до того ж надто важка, щоби встановлюватися на автомобілі.

Англійці були першими

Хоча й автомобілі на той час вимагали схожої системи. Річ у тому, що привід гальм практично у всіх машинах був механічним і водієві доводилося з усієї сили тиснути на педаль, щоб зупинити машину. Звичайно, блокування коліс, одного або декількох, в таких умовах просто не уникнути. І лише 1952 року вдалося адаптувати авіаційну систему до автомобілів того часу.

Першим був автомобіль Morris6, чистий англієць. Провела всю роботу англійська компанія British Rоad Research Labоratory, встановивши на Морріс так звану систему протиковзання, яку принесла з авіації фірма General Electric.

Через шість років систему доопрацювали та встановили на деякі моделі машин Ягуар із дисковими передніми гальмами. Звичайно, ніякої електронікою тоді не пахло, це була виключно гідромеханічна система, яка просто регулювала зусилля гальмування на кожному з передніх коліс окремо.

У 1966 році систему міцно доопрацювали та поставили на повнопривідний спортивний автомобіль JennsenFF. Різниця була в тому, що датчики обертання ставили не на колеса, а на вал роздавальної коробки, а оскільки привід був повним, то й працювала система на всі чотири колеса, як тепер кажуть, була одноканаловою.

Проста до неподобства конструкція виявилася дуже ефективною на слизьких дорогах. Трохи пізніше така система була встановлена на досвідчений мотоцикл Rоual Enfiеld Super Metеor. Він і став першим мотоциклом із АБС.

Народження сучасних систем АBS

Наступний крок щодо вдосконалення системи ABS зробили вже американці. Поки в Європі грали з авіаційною системою, концерн Форд розпочав розробку антиблокувальної системи для дводверного хардопа Lincоln Continental Mark II 1954 року.

Її встановлювали як опцію, але в результаті АБС не протрималася на конвеєрі і трьох років — була надто важка, дорога і складна. І лише до 1970 року фахівцям Форда вдалося розробити вдалу систему, яка входила в стандартне оснащення Lincоln Continental Mark III.

Система була повністю механічною та працювала тільки на задню вісь. Схожим шляхом пішов концерн Chrysler, але і їхня система не мала успіху доти, доки в справу не включилася компанія Bendix. Тільки до 71-го їм вдалося розробити електронну систему, що працює на чотири колеса, її встановлювали на Imperial і ця конструкція отримала справжнє визнання.

Тим часом європейські виробники повністю відмовилися від механічних ABS і в 1970 році компанії Daimler-Benz вдалося побудувати повністю електронну та ефективну антиблокувальну систему. Вона мала один недолік — електронні компоненти були вкрай ненадійними і тут у гру вступає Bosch.

У результаті серійне виробництво перша майже сучасна АБС потрапила лише 1978 року на автомобілях Mercеdes Bеnz W116 і ВМW сьомої серії. Сьогодні кожен серійний автомобіль повинен мати на борту систему АБС у мінімальній комплектації. Такий закон діє у країнах Євросоюзу з липня 2004 року.

АBS — як це влаштовано сьогодні

Про небезпеку блокування коліс при гальмуванні більше не варто говорити, і так все зрозуміло. Словом, завдання АBS – зберегти керованість автомобіля при гальмуванні, на слизькій дорозі і, наприклад, у тих випадках, коли два праві колеса гальмують по слизькому узбіччі, а два ліві — по сухому асфальту.

Основні елементи сучасної АBS незмінні:

На кожному колесі встановлено датчик швидкості, сигнал якого передається на блок управління. Як тільки блок фіксує блокування одного або кількох коліс, він подає сигнал на гідроблок. Той своєю чергою стравлює тиск з гальмівного робочого циліндра цього колеса, цим дозволяючи йому обертання.

Для прискорення цього процесу встановлений насос зворотного подачі гальмівної рідини демпфуючої камери. Там рідина гасить коливання. Здавалося б просто, але треба врахувати, що весь цей процес може відбуватися до 15 разів на секунду.

Принцип роботи ABS

Система спрацьовує, як говорилося вище, не одноразово, а циклічно. Цикл, який відбувається до 15 разів на секунду, містить три основні фази – утримання, скидання та посилення тиску. Відштовхуючись від показань колісних датчиків, система керування порівнює кутові швидкості кожного з коліс і робить висновки.

Як тільки виникає небезпека блокування одного з коліс, відбувається наступне:

1. Блок управління закриває впускний та випускний клапани, таким чином, тиск у контурі утримується. Це утримання.
2. Якщо блокування продовжується, СК відкриває випускний клапан контуру та наповнює тиск, щоб збільшити швидкість обертання колеса. Коли простого стравлювання недостатньо і колесо все одно заблоковане, СК запускає насос, щоб перекачати рідину в камеру, що демпфує. При цьому ми відчуваємо вібрацію на педалі гальма. Це скидання.
3. Як тільки колесо перевищить розрахункову кутову швидкість, блок керування відкриває впускний клапан і закриває випускний, знову піднімаючи тиск та загальмовуючи колесо. Це посилення.

Ці фази повторюються до того часу, поки ми приберемо ногу з педалі гальма. Тобто суть роботи системи зводиться до переривчастого гальмування аж до стабілізації ситуації або повної зупинки автомобіля.

Мінуси ABS. Вони все ж існують

Хоча проколів у роботі системи не так багато. Перший і головний – гальмування на льоду, снігу чи піску. Оскільки ABS відключити неможливо, вона виконує свої функції постійно. Звідки їй знати, що ми, наприклад, гальмуємо льодом на шипованій гумі? І система приймає чіпкість шипів при гальмуванні за блокування, намагаючись розблокувати колесо.

У результаті гальмівний шлях зростає. Те саме спостерігаємо на снігу, піску або слизькому ґрунті. Зауважте, ми говоримо про гальмування.

На нерівній дорозі ABS також може підкинути добрячу свиню. Припустимо, що одне з коліс при гальмуванні на мить зависає в повітрі і, звичайно, блокується. Система відразу починає вживати заходів, щоб запобігти занесення і скине тиск на інших колесах. Підсумок той самий — гальмівний шлях буде більшим, ніж у машини без АБС, в деяких випадках різниця може досягати 40%.

Втім, розвиток систем безпеки продовжується і вже сьогодні є такі, що здатні самостійно обчислювати тип дорожнього покриття, режим руху, необхідність активації АБС. Що буде далі поживемо – побачимо.

Потрібно пам’ятати, що ABS в першу чергу дає нам можливість робити маневр у складних та аварійних ситуаціях і в цих випадках вона здатна заощадити дорогоцінні метри, які можуть коштувати дуже дорого.