Fot. Bosch

Test porównawczy hamowania samochodu z ABS (z prawej) i bez tego systemu przeprowadzony w końcu lat 70. XX wieku

Mijają właśnie 33 lata od momentu, gdy w fabrykach koncernu Bosch rozpoczęła się seryjna produkcja sterowanych elektronicznie systemów ABS przeznaczonych do samochodów osobowych.

Firma nie była wtedy nowicjuszem w dziedzinie podzespołów do hamowania pojazdów, gdyż w 1927 roku opracowała własny wariant podciśnieniowego układu wspomagania hamulców, a w roku 1936 złożyła w urzędzie patentowym wniosek o objęcie ochroną prawną urządzenia nazwanego Apparatus for preventing lock-braking of the wheels of a motor vehicle (urządzenie zapobiegające blokowaniu kół pojazdu mechanicznego podczas hamowania).

Właśnie ten wynalazek może uchodzić za prekursora współczesnych systemów ABS. Sam termin "ABS" jest skrótem od niemieckiego rzeczownika AntiBlockierSystem i należy do niezbyt licznych akronimów, które przyjęły się na całym świecie, choć nie pochodzą z języka angielskiego.

Zaczęło się od samolotów

Z poślizgami w trakcie hamowania musieli się zmagać nie tylko kierowcy samochodów. Także piloci samolotów wiedzieli, że całkowite zablokowanie kół w trakcie lądowania nie powoduje zatrzymania maszyny, lecz skutkuje kręceniem piruetów na pasie lotniska lub - w najlepszym wypadku - długim ślizganiem się po linii prostej. Pierwszy system temu zapobiegający trafił właśnie do lotnictwa, a przetestował go francuski pionier awiacji Gabriel Voisin w latach dwudziestych ubiegłego stulecia.

Głównym elementem owego pionierskiego rozwiązania były koła zamachowe rozpędzane do tej samej szybkości co koła jezdne. Specjalny mechanizm różnicowy porównywał prędkości kątowe obydwu kół jezdnych i przy wystąpieniu nadmiernej różnicy otwierał zawór zmniejszający ciśnienie płynu w odpowiednim obwodzie instalacji hamulcowej. Po odblokowaniu koło, dzięki swemu napędowi zamachowemu, zaczynało się obracać z właściwą prędkością, zawór upustowy był zamykany i następował ponowny cykl hamowania. Tak więc zasada działania systemu ABS nie zmieniła się od niemal stulecia.

Niestety, takiego mechanizmu bezwładnościowego nie dało się łatwo zaadaptować do potrzeb przemysłu motoryzacyjnego z powodu jego zbyt dużej masy i rozmiarów. Poza tym układ porównujący prędkości obrotowe kół był skomplikowany (a więc kosztowny i podatny na awarie). Trzeci kłopot wynikał z powolnego działania systemu i dużych czasów reakcji na blokowanie się kół.

Drugie podejście

Problemy z systemami czysto mechanicznymi wyeliminował dopiero późniejszy rozwój elektroniki. Współczesne systemy ABS składają się z czujników prędkości obrotowej każdego koła, elektronicznego układu sterującego i agregatu hydraulicznego zwiększającego ciśnienie w układzie hamulcowym niezależnie od pracy pompy tłokowej uruchamianej pedałem. Gdy sygnały napływające do elektronicznego sterownika wskazują na nadmierne zwalnianie obrotów któregoś z kół pojazdu, system zmniejsza ciśnienie płynu w obwodzie danego hamulca do momentu wyrównania prędkości obrotowych kół. Potem ciśnienie to wzrasta ponownie dzięki wspomnianemu agregatowi.

Porównanie rozmiarów modułów ABS Boscha. Z lewej: d. generacja (1978 r.) z oddzielnym procesorem, z prawej: zintegrowane urządzenie najnowszej generacji	Moduł ABS ze zintegrowaną funkcją ASR (1987 r.)

Idea sterowanych elektronicznie systemów ABS pojawiła się w trzeciej dekadzie ubiegłego wieku, ale ówczesna elektronika lampowa nie była w stanie sprostać wymogom dotyczącym małych wymiarów, bezawaryjności pracy i niskiej ceny urządzenia. Jeszcze w latach 50. wykorzystywano całkowicie mechaniczny system ABS Maxaret, opracowany przez Dunlopa. Znalazł on zastosowanie głównie w lotnictwie; próby przeniesienia Maxareta do sektora motoryzacyjnego kończyły się na eksperymentach z maszynami, takimi jak sportowy Jensen FF albo motocykl Royal Enfield Super Meteor.

Dodatkowy procesor obsługujący system ESP w sterowniku ABS	Moduł ABS 5. generacji ze sterownikiem wykonanym w technologii mikrohybrydowej (1995 r.)

Bosch wspólnie z koncernem AEG od końca lat sześćdziesiątych pracował nad elektronicznymi wariantami tego rodzaju urządzeń, a w roku 1973 nabył 50 procent udziałów w działającej w Heidelbergu spółce Teldix. Ta z kolei od roku 1964 zajmowała się ABS-ami wyposażonymi w elektroniczny układ sterujący. Co ważniejsze, Teldix wraz z firmą Daimler-Benz już w 1970 roku pokazał pierwsze eksperymentalne samochody z systemem nazwanym ABS 1. Ta wersja ABS okazała się jednak zawodna, ponieważ jej elektronika składała się z ponad tysiąca elementów tworzących komputer analogowy, a użycie tak dużej liczby części skutkowało częstymi awariami. Dlatego Bosch wykorzystał elektroniczne czujniki Teldix i własne doświadczenie w dziedzinie układów cyfrowych.

Od 1975 roku firmy Bosch i Teldix pracowały już razem nad systemem ABS 2.0, przeznaczonym do produkcji seryjnej. Najważniejszą zmianą w stosunku do pierwszego wariantu było zastąpienie analogowego sterownika specjalizowanym układem cyfrowym.

We właściwym momencie

Ten nowy wariant systemu ABS zaprezentowano oficjalnie w listopadzie 1978 roku. Urządzenie miało masę około 6,5 kilograma i było reklamowane sloganem Eines ist sicher („Jedno jest pewne”), odwołującym się do gry słów: niemieckie sicher oznacza zarówno „pewny”, jak i „bezpieczny”. Najpierw trafiło do limuzyn Mercedes S. Efektywność hamowania dwóch samochodów - jednego z ABS-em, a drugiego bez – pokazywano na zdjęciach w folderach przygotowanych przez Boscha. O sukcesie zadecydował też moment, w którym rozpoczęto prace nad tym projektem. Był to już bowiem ten okres, w którym technika komputerowa miała już do dyspozycji wystarczająco wydajne i stosunkowo tanie układy scalone. Przecież dopiero w roku 1970 - a więc w chwili debiutu systemu ABS 1 - pojawiły się pierwsze elektroniczne kalkulatory kieszonkowe, zbudowane z chipów zawierających kilka tysięcy tranzystorów i mieszczących pamięć o rozmiarze nieprzekraczającym kilobajta.

ABS 2.0 powstał niemal o dekadę później i miał już dwa kilobajty pamięci. Ta wartość może dziś budzić rozbawienie, ale trzeba zdawać sobie sprawę z faktu, że te dwa kilobajty to - w najprostszym przypadku - około 20 tysięcy tranzystorów. A właśnie w połowie lat 70. pojawiły się pierwsze mikroprocesory i chipy z podzespołami niezbędnymi do skonstruowania takich układów obliczeniowych, jakie były potrzebne do sterowania modułami ABS.

Następne generacje

Układy ABS przyjęły się dość szybko. Milionowy samochód z takim wyposażeniem zjechał z linii produkcyjnej już w 1986 roku. W 2007 roku 88 procent nowych maszyn w krajach członkowskich UE opuszczało fabryki z zamontowanym standardowo ABS-em. W Stanach Zjednoczonych ten wskaźnik był jeszcze wyższy: wynosił 94 procent.

Bosch nieustannie usprawniał swój produkt, a dostarczana obecnie ósma generacja systemów ABS pojawiła się w 2001 roku. Cały osprzęt ma masę niespełna półtora kilograma i składa się z 14 elementów, które można także wykorzystać do współpracy z innymi urządzeniami nadzorującymi bezpieczeństwo jazdy.

Komplet elementów ESp 8. generacji. Z lewej: urządzenie wykonawcze dla 4 kół, u góry: moduł ABS z funkcją eSP, u dołu: czujniki skrętu kierownicy oraz poziomych przyspieszeń poprzecznych i wzdłużnych	Linia produkcyjna systemów ABS w zakładach Boscha

Jednym z nich jest kolejna innowacja Boscha: system antypoślizgowy ASR (Anti-Slip Regulation), zaprezentowany w 1986 roku. Wykorzystuje on te same czujniki prędkości obrotowej co ABS, ale rejestruje zdarzenia polegające na obracaniu się koła (lub kół) w miejscu. W takiej sytuacji bieżniki opon tracą przyczepność, a ASR pomaga ją odzyskać, zmniejszając odpowiednio obroty silnika albo przyhamowując zbyt szybko obracające się koło.

Zadania realizowane przez układy ABS i ASR łączy następny system, czyli ESP (Electronic Stability Program), odpowiedzialny za stabilizację toru jazdy. Uaktywnia się on automatycznie i przejmuje kontrolę nad samochodem zdradzającym tendencję do samoczynnej zmiany toru jazdy na zakręcie. System likwiduje wówczas zjawisko pod- lub nadsterowności, blokując przednie bądź tylne koła. Pierwszy wariant ESP skonstruowany przez Boscha pojawił się w roku 1995.

Urządzenia zapewniające większe bezpieczeństwo jazdy są istotne zarówno dla kierowców, jak i producentów samochodów. Wszystkie nowe pojazdy osobowe i lekkie ciężarówki budowane na terenie Unii Europejskiej już od listopada 2009 r.

muszą być standardowo wyposażone w układ wspomagania nagłego hamowania. Od lutego bieżącego roku dotyczy to już wszystkich nowych pojazdów w UE. Obowiązek seryjnego montowania systemów ESP będzie natomiast stopniowo wprowadzany od listopada 2011 roku.

Bosch dostarcza nie tylko systemy "wspomagające hamowanie", lecz również same układy hamulcowe, będąc potentatem i w tej dziedzinie. Produkuje układy hamulcowe, a więc tarcze, klocki i zaciski, bębny, szczęki i rozpieracze, pompy, przewody i płyny hamulcowe. Pełny asortyment tych produktów Boscha liczy 10 tysięcy pozycji, co odpowiada zapotrzebowaniu 95% europejskiego rynku.

Tweet

Redakcja Miesięcznika Branżowego Autonaprawa