ABS або антиблокувальна система гальм – це перша з систем активної безпеки, яка обов’язково має буди в списку обладнання будь-якого сучасного автомобіля. Що це таке, як працює, коли та завдяки кому ця система з’явилася – зараз розповімо.
Все почалося після першої світової нафтової кризи в 1974 році. Тоді вступила в дію програма розвитку автомобільного напрямку компанії Bosch, яка отримала позначення 3S: sicher, sauber, sparsam – безпечніше, екологічніше, економніше. Ця формула втілила в собі принципи, яким Bosch продовжує слідувати протягом всіх наступних десятиліть: «Захищати водія, пасажирів та інших учасників руху, робити автомобілі більш економічними та дружніми природі».
Друг водія
Прикладом реалізації програми 3S і філософії, яка за нею стоїть, став такий автомобільний компонент Bosch, як антиблокувальна система гальм, або скорочено ABS, з моменту впровадження якої в серійне виробництво минуло вже понад 40 років.
Значення цього пристрою важко не оцінити. Без ABS гальмівна колодка при належному зусиллі наглухо притискається до гальмівного барабана або диска, що призводить до блокування колеса, зриву автомобіля в ковзання і, як наслідок, в некерований занос, а заодно і до псування самого колеса, у якого на плямі контакту від тертя об асфальт утворюються залисини.
Завдяки ABS колодка притискається до барабана або диска багаторазово, до двадцяти раз на секунду, що дозволяє машині не втрачати керованості при гальмуванні. А це дуже важливо. Згідно зі статистикою, ABS запобігає зіткненню у 18% випадків, коли для двох автомобілів складається небезпечна ситуація на дорозі. І в 35% випадків при різкому гальмуванні вона дозволяє автомобілю не полетіти з дороги в кювет.
Фізична сила
Перші розробки Bosch в області гальмівних систем належать до 1920-х років, коли швидкість автомобілів перевалила за 80 км/год, і механічні гальма перестали справлятися зі своїм завданням. Гальмівні системи в ті часи були в основному механічними, з тросовим приводом. Тому єдиним засобом домогтися різкого гальмування була фізична сила водія, а часом і маса його тіла, якої він навалювався на педаль.
Зрозуміло, розв’язати проблему екстреного гальмування були здатні далеко не всі водії! Спершу їм на допомогу прийшли пневматичні та гідравлічні підсилювачі в гальмівній системі, що дозволили виконувати ефективне гальмування без значних фізичних зусиль. Ця технологія в поєднанні з концепцією запобігання блокуванню коліс, запатентованою Bosch в 1936 році, лягла в основу всіх сучасних систем цієї німецької компанії для ходової частини та, зокрема, ABS.
Даєш вакуум
Перші гальмівні підсилювачі Bosch випускалися за ліцензією бельгійської фірми Dewandre – ними оснащували великі 12-циліндрові моделі марок Maybach та Horch, яки важили під три тонни. Незабаром їм на зміну прийшли й власні розробки концерну Bosch під назвою Bremshilfe: brems в перекладі з німецької – «гальмо», hilfe – «допомога». У перших гальмівних системах Bosch використовувався вакуум, що виникає у впускному тракті двигуна при скиданні газу. При натисканні педалі гальма різниця в тиску впливала на гальмівний циліндр, підвищуючи ефективність гальмування без застосування значної фізичної сили. При цьому сила дії педалі гальма збільшувалася на 30 кг! Експерименти показали, що гальмівний шлях легкового автомобіля з таким пристроєм скорочувався на 30%. «Пожалій ноги!» – йшлося в рекламному гаслі Bosch того часу. Рік по тому в продаж надійшла й більш компактна система Bosch Bremshilfe, яка підходила для всіх найпоширеніших легкових моделей тієї епохи.
Підсилювачі завойовували популярність. Фрітц Зайтц, в той час директор по рекламі компанії Bosch, обґрунтовував практичну необхідність гальмівної системи для автомобільної промисловості так: «Швидкість сучасних машин – занадто велика спокуса, якій ніхто не здатний опиратися і кожен із задоволенням підпорядковується».
Електронна ера
Компанія постійно розширювала та удосконалювала асортимент гальмівного обладнання, і з часом на зміну пневматичним пристроям прийшли гідравлічні системи. Серед ранніх винаходів інженерів Bosch в цій області цікаво наступне: в 1936 році компанією була запатентована технологія запобігання блокуванню коліс при різкому гальмуванні, яка давала можливість уникнути втрати гальмівної дії та керованості автомобіля. Називалася вона пристроєм для запобігання жорсткого гальмування коліс.
Але працювати воно могло тільки теоретично. На практиці реалізувати цю ідею в ті роки не вдавалося. Основною проблемою стала неможливість виготовлення пристрою, який би за частки секунди реагував на блокування коліс, при цьому знижуючи силу гальмування і миттєво припиняючи своє втручання. Вже потім з’ясувалося, що забезпечити подібну швидкодію в поєднанні з компактністю здатна тільки цифрова електроніка. Тому для патенту, зареєстрованому в далекому 1936 році, дуже довгий час не знаходилося практичного застосування.
Ситуація докорінно змінилася тільки в 1960-і роки, коли в електроніці почалася ера напівпровідникових технологій, яка згодом прийшла і в автомобільну промисловість. Швидкість обробки інформації значно зросла, і електронні компоненти зробили можливим швидкісне зменшення і збільшення гальмівного тиску. Але перші протиблокувальні системи з електронним управлінням, як на одній з моделей компанії General Motors в 1971 році, зникли з ринку майже відразу після того, як з’явилися. Нова технологія виявилася недостатньо відпрацьованою: жодна з систем того часу не вирішувала найнебезпечнішої проблеми заклинювання передніх ведучих коліс, яке і призводить до втрати керованості автомобіля.
Спільними зусиллями
З 1964 року над створенням автомобільної антиблокувальної системи працювала невелика німецька фірма Teldix GmbH з Гейдельберга (спільне підприємство фірм Telefunken та Bendix). Її інженер Гайнц Лібер розробив фундаментальні основи майбутньої ABS, а незабаром перейшов на нову роботу, очоливши відділ електрики та електроніки штутгартського концерну Daimler-Benz. Ще через кілька років, в 1970 році, Daimler-Benz урочисто оголосив про створення перших працездатних зразків антиблокувальної системи.
Комплексні зимові випробування першого зразка цього пристрою, який отримав назву ABS 1, підтвердили його ефективність, але виявили один істотний недолік – ненадійність електронних компонентів. Однак незабаром за пропозицією Daimler-Benz до проєкту були залучені інженери Bosch. Адже вони вже деякий час незалежно працювали над аналогічним завданням і набули значного досвіду в області автомобільної електроніки. Таким чином, для створення серійної антиблокувальної системи об’єдналися вдалі ідеї Лібера і компетенція Bosch у сфері розробки та виробництва цифрових електронних компонентів.
Саме ці компоненти дозволили помітно збільшити продуктивність центрального блоку управління ABS, а заодно значно зменшити число деталей завдяки застосуванню високо інтегральних схем, що зрештою забезпечило необхідний рівень надійності системи. Нову версію антиблокувальної системи, яку назвали ABS 2, спочатку встановлювали на замовлення, але починаючи з 1978 року її в якості стандартного обладнання отримали Mercedes-Benz W116 S-класу та BMW 7-ї серії. А в 1986 році, коли була випущена мільйонна ABS, компанія Bosch почала виробництво нового пристрою, значно полегшивши водіння автомобіля у важких умовах.
Діти ABS
Це була система управління тягою Traction Control System або скорочено TCS. Робота над нею велася з 1980 року, а діє вона при прискоренні за тим самим принципом, що ABS при гальмуванні, запобігаючи пробуксовуванню коліс на слизькій дорозі. Тому ще її називають протибуксувальною.
На цьому історія розвитку систем Bosch для ходової частини не закінчилася: у 1995 році з’явилася система електронної стабілізації ESP – Electronic Stability Program, також заснована на технології ABS. Одна з функцій системи ESP полягає у вимірюванні кутової швидкості транспортного засобу і повороту рульового колеса за допомогою спеціальної сенсорики. Блок управління ESP аналізує дані, що надходять з датчиків, і в разі виникнення небезпечної ситуації, наприклад заносу, втручається в управління, пригальмовуючи кожне колесо окремо і таким чином допомагаючи водієві зберегти контроль над автомобілем.
Не залишається незмінною й ABS. Її велика проблема – збільшення гальмівного шляху на пухких ґрунтах: наприклад, гравії та піску. Згідно зі статистикою ABS подовжує його на 22%. Однак останні версії антиблокувальної системи навчили справлятися і з цим. У них колесо дотримується колодками на мілісекунди довше, дозволяючи йому нагребти перед собою мікровалик ґрунту, що сприяє скороченню гальмівного шляху.
Сьогодні гальмівне обладнання та системи безпеки ABS і ESP займають приблизно рівні частки в обсязі продажів автомобільного відділення Bosch. Антиблокувальна система вже давно стала обов’язковою приналежністю сучасного транспортного засобу. Зараз такою стає й ESP.