اختراعات مهم تاریخ

ترمز ضدقفل ABS

DE492199C
کارل وسل

توقف ایمن، یکی از مهم‌ترین عملکردهای وسیله نقلیه است. میانگین استفاده راننده از ترمز، بیش از ۷۵۰۰۰ بار در سال گزارش شده است. بی‌شک عدم کارکرد درست سیستم توقف در هر یک از این ترمزها، موجب آسیب‌های مالی و جانی و حتی مرگ خواهد شد. با توجه به این موضوع، در تاریخ صنعت خودروسازی توجه بسیار زیادی به بهبود سیستم ترمز خودروها شده است. امروزه بعد از گذشت بیش از یک قرن از عمر صنعت خودروسازی، سیستم‌های ترمز پیشرفته‌ای که خود را با شرایط مختلف جاده تطبیق می‌دهند، توسعه ‌یافته‌ و موجب بهبود ایمنی خودروها شده است.

با توجه به سیستم‌های مختلف ترمز که در طول یک صدسال اخیر وجود داشته است، اشاره به مخترع اصلی ترمز کار مشکلی است. تمامی افرادی که این سیستم‌ها را طراحی نموده‌اند، یک هدف مشترک داشته‌اند و آن ایمنی و نجات جان انسان‌ها بوده است. با چنین هدفی، مخترعین در طول سالیان، فناوری‌های جدیدی را به سیستم ترمز اضافه نموده‌اند. یکی از بهبودها که تأثیر زیادی در ایمنی خودروها داشته است و اکنون به یکی از الزامات استاندارد خودروها نیز بدل گردیده، سیستم ترمز ضد قفل «ABS» است. همان‌طوری که از نام این فناوری برداشت می‌شود، این سیستم مانع قفل شدن ترمزها شده و از سرخوردن خودرو هنگام گرفتن ترمز روی سطوح خیس و یخ‌زده، جلوگیری می‌کند.

مشکل سرخوردن، یکی از ضعف‌ها و چالش‌های مشترک میان سیستم ترمز وسایط نقلیه موتوری مختلف است. عملکرد ترمز، شدیداً به ضریب اصطکاک ایستایی میان تایر و سطح جاده بستگی دارد. اگر تایر بنا به هر دلیلی، در لحظه‌ای که ترمز گرفته می‌شود، چسبندگی خود به سطح جاده را از دست بدهد، اصطکاک مابین ترمز و درام با روتور، چرخ‌ها را قفل نموده و خودرو شروع به لیز خوردن بر روی جاده می‌کند. در این حالت، نیروی متوقف کننده چرخ، به اصطکاک جنبشی میان چرخ و جاده که بسیار کم‌تر از اصطکاک ایستایی است، وابسته خواهد بود. لازم به ذکر است که تحت بارندگی و یخبندان، این اصطکاک به‌شدت کاهش می‌یابد و طولانی‌تر شدن فاصله توقف را به دنبال دارد. به‌علاوه، زمانی که خودرو در چنین شرایطی قرار می‌گیرد، نمی‌توان از چرخهای جلو جهت کنترل و هدایت وسیله استفاده نمود. فارغ از زاویه و جهت چرخ‌ها، خودرو در سمتی که گشتار اولیه در آن‌سو بوده، لیز می‌خورد و تا زمان رها کردن ترمز یا برخورد با مانع، این حرکت ادامه می‌یابد.

تا قبل از اختراع ترمزهای ضدقفل، این موضوع باعث تصادفات متعدد و شدیدی مخصوصاً در شرایط نامطلوب جاده می‌شد. فاجعه‌های بزرگ، زمانی روی می‌داد که وسایط نقلیه سنگین، همچون کامیون‌ها، در چنین شرایطی قرار می‌گرفتند. نسل رانندگان کارآزموده، دریافته بودند که این وضعیت را هنگام سرخوردن خودرو، می‌توان با اعمال و رها کردن سریع ترمز به‌طور متوالی، کنترل نمود. البته این نکته در شرایط اضطراب و دستپاچگی، غالباً فراموش می‌شد و راننده پای خود را روی ترمز نگه می‌داشت. از طرف دیگر، حتی خونسردترین و ماهرترین رانندگان هم نمی‌توانند بیش از دو تا سه بار در ثانیه، عمل اعمال و رها کردن ترمز را انجام دهند، چیزی که ثمربخشی این تکنیک را کم می‌کند.

 

 

بهترین راه‌حل برای کنترل وسیله نقلیه هنگام لیز خوردن، دهه‌ها قبل از استفاده در خودروها، در هواپیماها استفاده می‌شد. چسبندگی کم چرخ با سطح مسیر، همانند خودروها برای هواپیماها نیز اتفاق می‌افتاد. هواپیمایی که بر روی سطح باند فرود به‌واسطه قفل شدن چرخ‌ها، لیز خورده و از کنترل خارج می‌شود، بسیار خطرآفرین‌تر از لیز خوردن یک خودرو است. در بسیاری از موارد، قفل شدن چرخ‌های هواپیما، همراه با آتش‌سوزی و بعضاً انفجار شدید است. برای مقابله با این خطر، هواپیماها به سیستم‌های ترمز ضد قفل «ABS» مجهز شدند که باعث کنترل بهتر فرایند فرود و توقف آن‌ها شد. در سال ۱۹۲۰ میلادی، گابریل ویسین «Gabriel Voisin»، از پیشگامان صنایع اتومبیل‌سازی و هواپیماسازی، اولین سیستم ترمز ضد قفل را در هواپیماهای تولیدی خود استفاده نمود. این سیستم‌های ترمز مورد استفاده توسط گابریل، با استفاده از کنترل‌گرهای گران‌قیمت هیدرولیکی کار می‌کردند.

گابریل علیرغم ایجاد یک حرکت نو در مسیر ارائه ترمزهایی که می‌توانست خطرات زیادی را دفع نماید، اما پتنتی برای دستاورد خود به ثبت نرسانید. اولین پتنت برای ترمزهای ضد قفل خودرو، در سال ۱۹۲۸ میلادی، توسط یک مهندس آلمانی به نام کارل وسل «Karl Wessel» و به شماره «DE492199C»، ثبت گردید. البته سیستم معرفی شده توسط کارل، به خاطر کاستی‌هایی که داشت، به صورت انبوه مورد استفاده قرار نگرفت و تنها الهام بخش خودروسازان، برای استفاده از سیستم ترمز ضد قفل در خودروها شد و ترمز ضد قفل، برای دهه‌ها در لیست آرزوهای خودروسازان باقی ماند.

در سال ۱۹۵۳ میلادی، شرکت آلمانی «Daimler-Benz»، شروع به توسعه سیستمی برای ممانعت از قفل شدن چرخ‌ها نمود. چالشی که خودروسازان در آن زمان با آن مواجه بودند، نیاز به سنسورهایی جهت اندازه‌گیری سرعت هر کدام از چرخ‌های جلو و همچنین واحد کنترلی برای ثبت و مقایسه داده‌های سنسورها بود. هم‌زمان با دایملر- بنز، بسیاری از برندهای خودروسازی، شروع به توسعه ترمزهای ضدقفل مکانیکی و نیمه الکترونیکی نمودند. در سال ۱۹۷۱، شرکت کرایسلر برای اولین بار در خودروهای خود از ترمز «ABS» استفاده نمود و به دنبال آن، شرکت‌های فورد و جنرال موتورز، سیستم‌های خود را توسعه دادند؛ اما شرکت بنز، به‌واسطه استفاده از میکروپروسسورها و سنسورهای پیشرفته، سیستمی با کارایی بسیار بالاتر نسبت به این شرکت‌ها ارائه نمود و در سال ۱۹۷۸ میلادی، با معرفی مدل «S»، عملکرد بالای ترمزهای خود را به رخ کمپانی‌های دیگر کشید؛ عملکرد این مدل جدید به نحوی بود ‌که چرخ‌های خودرو تحت هیچ شرایطی قفل نمی‌شد و در آزمایش‌های انجام گرفته در هوای بارانی، حتی تحت شدیدترین ترمزها و دور زدن‌ها، با خارج شدن کنترل از دست راننده همراه نبود. عملکرد این سیستم، به‌گونه‌ای بود که چرخ‌ها به‌طور مجزا کنترل می‌شدند و از کامپیوتری برای پایش تغییرات سرعت زاویه‌ای چرخ در هنگام ترمز، استفاده می‌شد. اگر سرعت چرخش خیلی سریع کم می‌شد، مشابه آنچه هنگام لیز خوردن اتفاق می‌افتد و احتمال داده می‌شد که چرخ در حال قفل شدن است، کامپیوتر سریعاً فرمان کاهش فشار ترمز را صادر می‌کرد و هنگامی‌که دوباره به‌سرعت چرخ افزوده می‌شد، دستور افزایش مجدد فشار ترمز صادر می‌شد؛ عملی که چندین بار در کسری از ثانیه اتفاق می‌افتاد و جلوی حادثه‌ای دلخراش را می‌گرفت.

 هانس شرنبرگ «Hans Scherenberg»، سرپرست طراحان بنز، از افرادی بود که به‌واسطه نوآوری‌ها و پتنت‌های متعدد خود، از جمله پتنتی به شماره «DE1048168B»، در توسعه این ترمز نقش به سزایی داشت. لازم به ذکر است که ایده اصلی و پایه تمامی ترمزهای ضدقفل، بر اساس همان چیزی است که گابریل ویسین، در هواپیماهای خود استفاده نمود، یعنی اعمال و رها کردن ممتد فشار ترمز.

لازم به ذکر است که امروزه خودروها به انواع سیستم‌های ایمنی مجهز شده‌اند، ولی عدم احتیاط رانندگان و شاید اطمینان بیش ‌از اندازه به این سیستم‌ها، موجب شده است که همچنان شاهد سوانح متعددی باشیم. نباید فکر کرد که «ABS» عملکرد ترمز را از همه نظر بهبود می‌دهد؛ این سیستم، تنها از قفل شدن چرخ‌ها و پیامدهای بعدی آن جلوگیری می‌کند. در حقیقت، در شرایط مساعد جاده‌ها، خودروهای مجهز به سیستم ضد قفل، در مقایسه با خودروهایی که از این سیستم بهره نمی‌برند، به فاصله زیادی جهت توقف کامل نیاز دارند. در نتیجه، لازم است که در هنگام رانندگی با خودرویی که از این سیستم بهره می‌برد نیز، فاصله طولی مجاز را با خودروهای جلویی رعایت نمود.