معلومات عامة عن نظام الفرامل مانع للانزلاق

تكشف مشكلة الانزلاق عن نقطة ضعف ساحقة في جميع أنظمة فرامل السيارات: فهي تعتمد بشدة على معامل الاحتكاك الساكن بين الإطار والطريق. إذا فقد الإطار ، لأي سبب من الأسباب ، التصاقه للحظة أثناء استخدام المكابح ، فإن احتكاك الفرامل بالطبول أو الدوارات يقفل العجلة بقوة ويبدأ الإطار في الانزلاق عبر الطريق. في هذه الحالة ، تعتمد قوة الكبح في تلك العجلة على الاحتكاك المنزلق بين الإطار والطريق ، وهو أقل بكثير من الاحتكاك الساكن. في الظروف الرطبة أو الجليدية ، يتم تقليل الاحتكاك المنزلق أكثر ، مما يؤدي إلى مسافات توقف أطول بكثير. بالإضافة إلى ذلك ، عندما تكون العجلات الأمامية في هذه الحالة ، لا يمكن استخدامها لتوجيه السيارة ؛ بغض النظر عن زاوية العجلات الأمامية ، تستمر السيارة في الانزلاق في أي اتجاه يرسلها زخمها حتى يقوم السائق بتحرير الفرامل أو تصطدم السيارة بشيء صلب بما يكفي لإيقافها.

تم تعليم أجيال من السائقين للتعامل مع هذه الحالة عن طريق تطبيق الفرامل أو تحريرها أو ضخها بسرعة أثناء الانزلاق. ومع ذلك ، فقد هذا التدريب غالبًا أثناء حالات الذعر. بالإضافة إلى ذلك ، حتى السائق الأكثر هدوءًا وأفضل تدريبًا لم يتمكن من ضخ الفرامل أسرع من مرتين أو ثلاث مرات في الثانية ، مما حد من فعالية التقنية.

طريقة أفضل للتعامل مع الانزلاق أثناء استخدام الكبح على الطائرات لعقود قبل إدخالها في المركبات الأرضية. كانت الطائرات تخضع لظروف السحب المنخفض نفسها مثل السيارات والشاحنات ، وكانت طائرة التزلج – التي كانت قابلة للتوجيه بشكل هامشي فقط – تمثل بالفعل خطرًا على شاغليها ومن حولها. لمكافحة هذه المشكلة ، تم تجهيز العديد من الطائرات بأنظمة مكابح مانعة للانغلاق ، تعرف باسم ABS ، والتي منعت عجلات الكبح من الانزلاق والانزلاق على المدارج الزلقة.

في البداية ، تم تحقيق ذلك من خلال ضوابط هيدروليكية متقنة ومكلفة أدت إلى تدوير المكابح وإيقافها بسرعة ، مما يسمح بتوجيه الطائرة في ظروف زلقة مع الاستمرار في السماح بقدر كبير من قدرة التوقف. في وقت لاحق ، سمحت الضوابط الإلكترونية بعمل مضاد للقفل كان أكثر استجابة لظروف الأرض الفعلية.

نظرًا لأن الأجزاء الإلكترونية والهيدروليكية للطائرة ABS أصبحت أصغر وأقل تكلفة ، بدأت شركات تصنيع الشاحنات والسيارات في الاهتمام. في البداية ، تم تطوير أنظمة مكابح مانعة للانغلاق فقط للشاحنات الثقيلة. كانت الشاحنات شبه الكبيرة – مجموعات الشاحنات والمقطورات للجرارات التي تزن ما يصل إلى 80.000 رطل (36364 كجم) – خطرة بشكل خاص على حركة المرور حولها عندما انزلقت لأنها لم تخرج فقط من سيطرة السائق ، ولكنها أيضًا مفصلية أو محبوكة ، و مرارا وتكرارا. اليوم ، أصبحت أنظمة منع انغلاق المكابح قياسية في العديد من السيارات والشاحنات.

بغض النظر عن الشركة المصنعة أو نوع السيارة ، تعمل جميع أنظمة الفرامل المانعة للانغلاق بطريقة مماثلة. يتم وضع مستشعرات سرعة العجلة على كل عجلة يتم التحكم فيها. عادة ما يكون لكل مستشعر سرعة عجلة مسننة ، مثل الترس ، تدور بنفس سرعة عجلة السيارة أو المحور. يتم تركيبه بالقرب من هذه العجلة المسننة ، ولكن لا يلمسها ، وهو مغناطيس دائم ملفوفة بملف من الأسلاك ، يسمى ملف الالتقاط (انظر الشكل). عندما يدور كل سن بعد المغناطيس الدائم ، فإنه يتسبب في تركيز المجال المغناطيسي وزيادة طفيفة. هذا ، بدوره ، يحفز نبضة صغيرة من التيار في لفائف الأسلاك. يتناسب عدد النبضات في الثانية بشكل مباشر مع سرعة العجلة. كلما زادت سرعة دوران العجلة ، زادت سرعة تمرير المغناطيس في المغناطيس وزيادة معدل النبض.

ينتقل الإخراج النبضي من مستشعرات سرعة العجلة إلى وحدة تحكم إلكترونية ، والتي تراقب سرعة كل عجلة نسبة إلى سرعة العجلات الأخرى. طالما أن الفرامل لا يتم تطبيقها وأن جميع العجلات المراقبة يتم تدويرها بنفس السرعة تقريبًا ، فإن النظام لا يتخذ أي إجراء. ومع ذلك ، إذا تم استخدام الفرامل وبدأت واحدة أو أكثر من العجلات المراقبة فجأة في تقليل السرعة بمعدل أعلى من غيرها – مما يشير إلى فقدان الجر مع الطريق وقفل وشيك للعجلة – ينشط جهاز التحكم ثم نظام مانع الانزلاق.

إن نظام الفرامل المانعة للانغلاق في أي مركبة هو ببساطة وظيفة مراقبة وتحكم إضافية متراكبة على نظام فرامل السيارة الحالي. نظام الفرامل المانع للانغلاق (ABS) ليس نظام فرامل ثاني ، ولا يحل محل نظام فرامل السيارة. عندما تتم مراقبة جميع العجلات الأربع والسيارات والتحكم فيها ، يُطلق على النظام اسم ABS ذو أربع قنوات. إذا كان سيتم التحكم في العجلتين الأماميتين بالإضافة إلى المحور الخلفي (ولكن ليس كل عجلة خلفية فردية) ، فإن النظام يسمى نظام ABS ثلاثي القنوات. في الشاحنات الثقيلة ذات محوري الدفع الخلفي ، فإن نظام ABS عادة ما يكون نظامًا رباعي القنوات يتحكم في العجلات الأمامية واثنين من العجلات الخلفية الأربع. قد يكون للمقطورات التي تسحبها جرارات الشاحنات الثقيلة أيضًا ABS منفصل خاص بها والذي يجب أن يرتبط مع ABS على الجرار.

في السيارة ، يتم تشغيل الفرامل بالضغط الهيدروليكي. تعمل أداة التحكم في ABS على الصمامات اللولبية المدمجة في جانب الضغط العالي من أسطوانة الفرامل الرئيسية. عادة ما تكون هذه الصمامات مفتوحة ولا تتعارض مع الكبح. عندما تستشعر وحدة التحكم أن العجلة مقفلة أثناء الكبح ، تقوم أولاً بتشغيل ملف لولبي لإغلاق صمام في خط فرامل العجلة المصابة مما يمنع الضغط من الزيادة أكثر. إذا استمرت العجلة المقفلة في فقدان السرعة ، تقوم وحدة التحكم بتنشيط ملف لولبي ثانٍ ينزف الضغط من خط الفرامل المصاب ، مما يؤدي في الواقع إلى تحرير الفرامل للعجلة بغض النظر عما إذا كان السائق لا يزال يضغط على دواسة الفرامل. بمجرد استعادة العجلة للسحب وزيادة سرعتها ، يتم تعطيل ملفات اللولبي ، ويستأنف الكبح العادي. بالطبع ، إذا كانت الظروف جيدة لدرجة أن العجلة بدأت في الانزلاق مرة أخرى ، فستبدأ الفرامل على الفور في الإقفال وسيتولى ABS. تتكرر هذه الدورة من 12 إلى 15 مرة في الثانية حتى تتغير حالة الطريق أو يقوم السائق بتحرير الفرامل. سيكون السائق قادرًا على اكتشاف هذه الدورة السريعة على أنها اهتزاز محسوس من خلال دواسة الفرامل ، ولكن لن يضطر إلى اتخاذ أي إجراء. سيعمل نظام منع انغلاق المكابح ABS على تقليل الانزلاق ويسمح للسائق بالحفاظ على التحكم في اتجاه السيارة. تتكرر هذه الدورة من 12 إلى 15 مرة في الثانية حتى تتغير حالة الطريق أو يقوم السائق بتحرير الفرامل. سيكون السائق قادرًا على اكتشاف هذه الدورة السريعة على أنها اهتزاز محسوس من خلال دواسة الفرامل ، ولكن لن يضطر إلى اتخاذ أي إجراء. سيعمل نظام منع انغلاق المكابح ABS على تقليل الانزلاق ويسمح للسائق بالحفاظ على التحكم في اتجاه السيارة. تتكرر هذه الدورة من 12 إلى 15 مرة في الثانية حتى تتغير حالة الطريق أو يقوم السائق بتحرير الفرامل. سيكون السائق قادرًا على اكتشاف هذه الدورة السريعة على أنها اهتزاز محسوس من خلال دواسة الفرامل ، ولكن لن يضطر إلى اتخاذ أي إجراء. سيعمل نظام منع انغلاق المكابح ABS على تقليل الانزلاق ويسمح للسائق بالحفاظ على التحكم في اتجاه السيارة.

يتم تشغيل الفرامل على شاحنة ثقيلة بواسطة ضغط الهواء ، بدلاً من الضغط الهيدروليكي. يعمل نظام منع انغلاق المكابح على الشاحنة بطريقة مماثلة لنظام ABS في السيارة ، باستثناء صمامات التحكم في ضغط الهواء المانعة للانزلاق الموجودة على سكة إطار السيارة ، بالقرب من كل عجلة.
التصميم

تم تصميم نظام الفرامل المانعة للانغلاق لتطبيقات مركبة معينة. الشاحنة التي لا تسحب مقطورة ، مثل خلاطة الأسمنت ، سيكون لها ABS مختلف قليلاً عن جرار الشاحنة الذي يسحب مقطورة واحدة أو أكثر. وبالمثل ، سيكون لنظام الفرامل المانعة للانغلاق للمقطورة تصميم مختلف.

قد يكون نظام ABS للسيارات أكثر تحديدًا وقد يتم تصميمه خصيصًا

بغض النظر عن الشركة المصنعة أو نوع السيارة ، تعمل جميع أنظمة الفرامل المانعة للانغلاق بطريقة مماثلة. يتم وضع مستشعرات سرعة العجلة على كل عجلة يتم التحكم فيها. عادة ما يكون لكل مستشعر سرعة عجلة مسننة تدور بنفس سرعة عجلة السيارة أو المحور. إذا تم استخدام الفرامل وبدأت واحدة أو أكثر من العجلات المراقبة فجأة في تقليل السرعة بمعدل أعلى من غيرها ، تقوم وحدة التحكم بتنشيط نظام منع الانغلاق.

اسم العلامة التجارية وطراز السيارة. نظرًا لأن مكونات نظام الفرامل المانعة للانغلاق (ABS) يجب أن تتناسب وتعمل مع مكونات السيارة الموجودة في كل طراز ، فإن عملية تصميم وتصنيع نظام الفرامل الجديد المانعة للانغلاق تتم بالشراكة بين الشركة المصنعة للسيارات ومورد ABS.

مواد أولية

العجلة المسننة أو العتاد في مستشعر السرعة مصنوع من الحديد الناعم ، وعادة ما يلقي. يتم اختيار الحديد بسبب النفاذية المغناطيسية العالية والمقاومة المغناطيسية المنخفضة. التردد المغناطيسي يعادل تقريبًا المقاومة الكهربائية ، وأحيانًا تسمى العجلة المسننة بالمحول. وظيفة العجلة المسننة هي السماح لحقل المغناطيس الدائم بالمرور بسهولة عبر كل سن مما يسبب تركيزًا لحظيًا لشدة المجال مما يؤدي إلى تيار في ملف الالتقاط. يحتوي ملف الالتقاط على مغناطيس دائم في القلب ، ملفوف بملف من الأسلاك النحاسية.

تستخدم وحدة التحكم عادةً الترانزستورات المعروفة باسم محركات الجانب الساخن التي تتحكم في جانب الطاقة للدائرة بدلاً من الجانب الأرضي. تنتج هذه الترانزستورات حرارة أكثر من المعتاد في الدائرة الإلكترونية. بدلاً من وضعها في غلاف بلاستيكي أو فولاذي مختوم ، يتم إرفاقها بسكن من الألمنيوم المصبوب مع بالوعة حرارة زعانف لتبديد الحرارة.

الملف اللولبي لضغط الفرامل الهيدروليكي المستخدم في السيارات لديه بناء قياسي لعناصر لفائف النحاس مع الصمامات والأجسام الفولاذية. يتم وضعها في نفس الغلاف مثل الاسطوانة الرئيسية لنظام الفرامل والتي عادة ما تكون مصبوبة من الألمنيوم.

الأسلاك الكهربائية من النحاس ، وغالبًا ما تكون مزودة بعزل بولي إيثيلين متصالب. لمنع تداخل الترددات اللاسلكية (RFI) ، حيث قد يتم استقبال إشارات لاسلكية عالية الطاقة من خلال الأسلاك ويؤدي إلى تنشيط النظام ، يتم حماية جميع الأسلاك أو يتم تشغيل الأسلاك كأزواج ملتوية لإلغاء تأثيرات الموجات اللاسلكية . الموصلات بلاستيكية مع ملامسات نحاسية داخلية.

عملية التصنيع

تتكون عملية تصنيع أنظمة مكابح مانعة للانغلاق من تصنيع الأجزاء المكونة ثم تركيب هذه الأجزاء على السيارة. يتم بناء الأجزاء في مصنع واحد ، ثم تعبئتها وشحنها إلى مصنع تجميع المركبات للتثبيت. هذه عملية نموذجية لنظام مكابح مانعة للانغلاق للسيارات.
صنع اسطوانة الفرامل الرئيسية
1 يتم صب الأسطوانة الرئيسية ، بما في ذلك قاعدة جسم الملف اللولبي ، كوحدة واحدة. يتم تشكيل أسطح المقاعد والختم بسلاسة ومنافذ التوصيل مترابطة.
2 يتم تثبيت المكابس الأولية والثانوية الفردية ، والملفات اللولبية ، وأغطية وخزانات الخزان ، ومراكم الضغط ، وأي صمامات قياس وتناسب. يحتوي جسم الملف اللولبي على غطاء متصل بالأسطوانة الرئيسية بأربعة مسامير أو أكثر ومختومة بحشية.
صنع حساسات سرعة العجلة
3 يلقي العجلة المسننة من الحديد. قد تكون هناك حاجة إلى معالجة ثانوية عند نقاط التركيب.
4 يتم لف ملفات الالتقاط حول قلب المغناطيس الدائم في آلة تسمى ملف اللفاف. التجميع بأكمله مغلف ، أو بوعاء ، في راتنج بلاستيكي مع موصل كهربائي مرفق.
صنع جهاز التحكم
5 يتم لحام مكونات وحدة التحكم الإلكترونية بلوحة دوائر مطبوعة.
6 يتم توصيل اللوحة داخل مبيت واقي ومثبت على قاعدة امتصاص الحرارة المصنوعة من الألومنيوم المصبوب. يتم توفير توصيلات كهربائية Extemal لتوصيل الأسلاك من كل مستشعر السرعة والأسلاك الخارجة إلى الملفات اللولبية في أسطوانة الفرامل الرئيسية.

تثبيت ABS

7 في مصنع تجميع السيارات ، يتم تثبيت خطوط فرامل الأنابيب الفولاذية في إطار الجسم. يتم تشغيلها من قسم بين حجرة المحرك وحجرة الركاب ، تسمى جدار الحماية ، إلى محيط كل عجلة. يتم أيضًا تشغيل الأسلاك الكهربائية لـ ABS من المنطقة المجاورة لكل عجلة إلى موقع وحدة التحكم ومن وحدة التحكم إلى جدار الحماية.
8 يتم تثبيت أسطوانة الفرامل الرئيسية على جدار الحماية في حجرة المحرك بالقرب من دواسة الفرامل. يتم ربط خطوط الفرامل بالمنافذ المناسبة على جسم الملف اللولبي ، ويتم توصيل الأسلاك الكهربائية.
9 يتم ضغط عجلات المستشعر المسننة على مفاصل السرعة الثابتة الخارجية أو نهايات محاور المغزل بحيث تركب داخل العجلات. بمجرد إرفاق المحاور بالإطار ، يتم إرفاق خطوط الفرامل وتثبيت ملفات الالتقاط بحيث تكون نهاية الملفات قريبة من العجلات المسننة. يتم بعد ذلك توصيل ملفات الالتقاط كهربائياً بالأسلاك بوحدة التحكم.
10 يتم تثبيت وحدة التحكم إما تحت لوحة العدادات أو في صندوق السيارة. يتم إجراء التوصيلات الكهربائية ، بما في ذلك اتصال الطاقة من بطارية السيارة من خلال صندوق المصاهر.