ABS, ESP, ASR

abs.gifABS
system zapobiegający blokadzie kół podczas hamowania

ASR
system kontroli trakcji, zapobiegający poślizgowi kół przy przyspieszaniu.

ESP
system stabilizacji toru jazdy na zakręcie, wykorzystujący systemy ABS i ASR.

ABS

Typowy system ABS zbudowany jest z układów kontrolujących prędkość obrotową każdego z kół oraz zaworów (układów) zmniejszających ciśnienie oddzielnie w każdym obwodzie hamowania, a w rozbudowanych układach indywidualnie na każdym kole. Działanie zaworów jest sterowane przez system komputerowy na postawie obrotów kół.

Podstawowe elementy układu ABS

  1. Czujniki prędkości obrotowej kół jezdnych (działające na zasadzie indukcji magnetycznej, bez zużywających się elementów mechanicznych)
  2. Elektrozawory regulujące ciśnienie w obwodzie każdego koła (elektrozawory z wyłączonym zasilaniem nie wpływają na pracę układu hamulcowego)
  3. Centrala sterująca

ABS mierzy prędkość obrotową wszystkich kół i nie ingeruje w działanie układu hamulcowego dopóki nie dostanie sygnału, że hamulec został uruchomiony przez kierowcę. W fazie pracy hamulca ABS wykrywa poślizg dowolnego koła (lub kilku kół) i elektrozaworami moduluje ciśnienie w obwodzie tego koła. Wykrycie poślizgu odbywa się na 2 sposoby:

  1. Koło gwałtownie przestało się kręcić – poślizg
  2. Koło zaczyna kręcić się wolniej, niż pozostałe koła. Koło takie rozpoczyna poślizg i za chwilę zatrzyma się. ABS musi tu uwzględniać fakt, że różnica prędkości na zakręcie jest zjawiskiem normalnym. ABS nie ma informacji o położeniu kierownicy więc różnice w obrotach muszą być na tyle duże, aby ABS miał pewność, że wynikają one z poślizgu. W przeciwnym razie ABS nie działałby na zakręcie na koła jadące po jego wewnętrznej stronie.

W przypadku wykrycia poślizgu ABS zmniejsza ciśnienie w obwodzie koła tak długo, aż koło nie odzyska prawidłowej prędkości. Siła hamowania tego koła ulega zmniejszeniu, ale koło cały czas jest hamowane (tylko słabiej). Po odzyskaniu obrotów przez koło, ABS przywraca ciśnienie w jego obwodzie. Ciśnienie to jest zależne od siły nacisku na pedał hamulca.

Cykle modulacji ciśnienia w obwodach kół są przez ABS powtarzane, przy czym w miarę trwania hamowania mogą one być coraz precyzyjniej obliczane. W początkowej fazie hamowania czas chwilowego poślizgu może być większy, niż w fazie końcowej.

W momencie wyhamowania pojazdu do prędkości ok. 5-6 km/h ABS przestaje zmniejszać ciśnienie w obwodzie hamulcowym pozwalając na całkowite zatrzymanie pojazdu.

W czasie jazdy bez hamowania system oblicza prędkość pojazdu i potrafi tę informację wykorzystać w chwili rozpoczęcia hamowania. ABS wykonuje ciągłą autodiagnozę. Jeśli np. w czasie jazdy ABS wykryje brak impulsów od któregoś z kół, uznaje to za awarię czujnika obrotów koła, zapala lampkę "Awaria ABS". Działanie ABS-u zostaje całkowicie wyłączone dla wszystkich kół. Hamulec będzie w takim przypadku działać jak zwykły hamulec bez ABS-u. Awaryjne wyłączenie ABS-u może także wystąpić na skutek wykrycia innych problemów jak

  • spadek ciśnienia w układzie hamulcowym (np. wskutek uszkodzenia przewodu hamulcowego)
  • brak reakcji koła na modulowanie ciśnienia w obwodzie (np. wskutek zerwania przewodu od elektrozaworu)
  • inne problemy wykryte przez centralkę ABS a objawiające się niespójnością sygnałów z czujników układu

Ideą układu ABS jest eliminacja poślizgu, ale mimo to w czasie hamowania z ABS-em minimalny poślizg występuje. Jest on nieunikniony, ponieważ ABS musi najpierw wykryć poślizg, aby potem móc go zlikwidować. Jednakże w całym procesie hamowania z ABS-em układ dąży do uzyskania optymalnego poślizgu (umożliwiającego kierowanie i hamowanie).

Zasada działania ASR

W momencie rozpoznania przez jednostkę sterującą poślizgu któregoś z kół lub osi, następuje zmniejszenie ich prędkości, które realizowane może być na kilka sposobów:

  • wykorzystanie hamulców do przyhamowania kół znajdujących się w poślizgu – rozwiązanie zapewniające szybki czas reakcji systemu, jednakże negatywnie wpływające na komfort podróży.
  • opóźnienie zapłonu lub całkowite jego odłączenie przy jednoczesnym odcięciu wtrysku
  • przymknięcie przepustnicy – w rozwiązaniach, gdzie przepustnica jest sterowana elektronicznie by wire, jest ona przymykana wbrew woli kierowcy. W rozwiązaniach tradycyjnych występuje dodatkowa przepustnica. Rozwiązanie najbardziej komfortowe, ale o najdłuższym czasie reakcji.

W zależności od szczegółowych rozwiązań wykorzystywany jest tylko jeden sposób sterowania, dwa lub wszystkie.

W pojeździe bez systemu kontroli trakcji po najechaniu na śliską powierzchnię przez jedno z kół napędowych, spadnie opór stawiany układowi napędowemu przez to koło, koło zacznie się obracać szybciej, niż wynika to z prędkości toczenia się koła, w wyniku czego będą wzrastały obroty układu napędowego. Na skutek (efekt uboczny) działania mechanizmu różnicowego, który powoduje że moment obrotowy jest taki sam na wszystkich kołach napędzanych, drugie koło napędowe toczące się prawidłowo nie będzie wykorzystywać swej przyczepności. Zjawisko utrudnia ruszenie gdy jedno z kół jest na śliskiej nawierzchni, utrudnia jazdę po śliskiej nawierzchni szczególnie na zakręcie. Zjawisko to występuje też w wyniku najechania na kałużę - wówczas silnik, który utracił obciążenie, gwałtownie zwiększa obroty, a po odzyskaniu przyczepności układ napędowy musi wytracić obroty do prędkości wynikającej z prędkości jazdy, co wywołuje szarpnięcie pojazdem, zmianę warunków przyczepności kół do jezdni, bardzo niebezpieczne na zakrętach.

W samochodzie wyposażonym w system kontroli trakcji, system wykrywa taki stan - gdy na śliskiej powierzchni kręci się tylko jedno z kół napędowych - system kontroli trakcji ogranicza moc silnika, a następnie włącza częściowo hamulec ślizgającego się koła, tak aby układ różnicowy mimo wszystko przeniósł moment napędowy również na drugie koło. W ten sposób, dzięki systemowi kontroli trakcji, na śliskiej powierzchni optymalnie napędzane są wszystkie koła napędowe. Należy zauważyć, iż w tym przypadku system kontroli trakcji działa jako elektroniczna blokada mechanizmu różnicowego.

ESP

System ten działa na bardzo prostej zasadzie – zablokowane koło można poruszyć w każdą stronę (czyli także na boki) używając podobnej siły. W efekcie, na zakręcie koło jest wynoszone tam, gdzie działa siła odśrodkowa, czyli na zewnątrz zakrętu. Wykorzystując tę zasadę, gdy przód pojazdu traci przyczepność (zachodzi podsterowność), to blokowane są koła tylne, by te pozwoliły na obrót pojazdu wokół własnej osi celem skierowania przodu we właściwą stronę. Analogicznie, gdy mamy do czynienia z nadsterownością, kiedy to pojazd zbyt szybko obraca się wokół własnej osi (szybciej, niż pokonuje zakręt) blokowane są koła przednie, by spowolnić ten ruch poprzez wytworzenie niwelującej go podsterowności. Wszystkie te korekty zachodzą wielokrotnie w ciągu sekundy i tworzą w rzeczywistości kontrolowany uślizg wszystkich czterech kół. Poślizg kół jest obliczany na podstawie prędkości obrotowych kół, czujnika przyspieszenia poprzecznego, czujnika przyspieszenia kątowego, czujnika skrętu kierownicy oraz ciśnienia w układzie hamulcowym. Na podstawie analizy danych z tych czujników system określa czy wystąpiła nadsterowność czy podsterowność i reaguje wyhamowaniem odpowiednich kół. Stabilizacja toru jazdy w pewnym stopniu zwiększa dopuszczalną prędkość początkową podczas wejścia w zakręt, dzięki optymalnemu wykorzystaniu przyczepności wszystkich kół. Dodatkowo do korygowania toru jazdy używane są hamulce, spowalniające pojazd w trakcie pokonywania zakrętu. Zmniejsza to prawdopodobieństwo wypadnięcia z zakrętu.

W samochodzie wyposażonym w system ABS, najefektywniejszy sposobem hamowania jest jak najszybsze i jak najmocniejsze wciśnięcie pedału hamulca.

Następnie należy wcisnąć pedał sprzęgła (jeśli jest) – istotne jest to, że pedału sprzęgła nie należy naciskać przed pedałem hamulca (bo opóźnia to wciśnięcie pedału hamulca), ani nie próbować tego robić jednocześnie (bo ruch dwiema nogami jednocześnie zmniejsza siłę nacisku na pedał hamulca w pierwszych chwilach hamowania). Wciśnięty pedał sprzęgła zapewnia minimalnie krótszą drogę hamowania, oraz to że po zatrzymaniu silnik w samochodzie pozostanie uruchomiony.

Działający ABS powoduje wypychanie pedału hamulca w stronę przeciwną do kierunku w którym wciskany jest nogą kierowcy, jednak pomimo tego nie należy zmniejszać siły nacisku na pedał. Badania kierowców pokazały że 80% kierujących samochodem wyposażonych w ABS, przestraszonych objawami działania systemu ABS (wypychanie i drżenie pedału hamulca), zmniejsza siłę nacisku nogi na pedał hamulca co powoduje znaczne wydłużenie drogi hamowania.