ABS-pidurid

ABS-pidurid (inglise keeles anti-lock braking system) on tänapäevastel sõidukitel kasutatav pidurdussüsteem, mis ei lase tugeval pidurdamisel piduritel blokeeruda, vaid hoiab elektrooniliselt juhitud hüdraulika abil pidurid selle piiril, tagades rehvide parema haardumise maapinnaga.

Ajalugu

Esimesed süsteemid töötas välja prantslane Gabriel Voisin 1929. aastal, et lühendada lennukite pidurdusmaad maandumisrajal. Kuna lennuki telikule mõjuvat pidurdusjõudu ei ole piloodil võimalik tunnetada ega vahetult reguleerida, oli vaja leida lahendus, mis välistaks teliku blokeerimise ja lõhkemise. Sellised algelised süsteemid olid täielikult mehaanilised ja kasutasid pidurdusjõu reguleerimiseks hooratast. Teliku liiga intensiivsel pidurdamisel avas mehhanism ventiili, mille kaudu osa hüdraulikaõlist suunati piduri töösilindrist mööda, mille tõttu pidurite surve vähenes. Katsetustel saavutati 30% pidurdusmaa lühenemine, kuna piloot sai pidurdada kohe täie võimsusega.

1950. aastate alguses võeti süsteem kasutusele Inglismaal. Dunlopi loodud Maxaret süsteem ei erinenud palju eelkäijast. Süsteemi põhimõte oli endiselt puhtalt hüdrauliline ja kasutati hooratast. Siiski hakkas Dunlopi loodud süsteem levima üle maailma ja võeti kasutusele mitmete lennukitootjate poolt.

1958. aastal katsetati Maxareti süsteemi Royal Enfieldi mootorrattal Super Meteor. Katsetuste tulemusena saadi lühemad pidurdusmaad ja eriti märgatav oli pidurdusmaa lühenemine märja teekatte puhul. Siiski ei innustunud Enfieldi tehnilise osakonna selleaegne juhataja Tony Wilson-Jones mõttest piisavalt ja saritootmisse süsteem ei läinud.

1960. aastatel prooviti võtta Maxaret mehaaniline süsteem kasutusele ka autotööstuses. Süsteem paigaldati Ferguson P99-le, mis oli ühtlasi ka esimene nelikveoline Vormel 1 võidusõiduauto, britlaste Jensen FF-ile ja eksperimentaalsele nelikveolisele Ford Zodiacile. Kuna tehnika osutus kalliks ja sellest tulenev kasu kaheldavaks, siis laialdasemat kasutust Maxaret mehaaniline süsteem sõiduautodes ei leidnud.

Esimene elektrooniliselt juhitud blokeerumatute pidurite süsteem Maxaret Mark X võeti kasutusele 1966 lennukil Concorde.

Tänapäevased süsteemid

Esimese nn täiusliku elektrooniliselt juhitud blokeerumisvastase pidurisüsteemi autodele töötas välja Chrysler koostöös Bendix Corporationiga. See oli esimene 3 kanali ja 4 anduriga ABS-süsteem, mida nimetati "Sure Brakes". Süsteem võeti kasutusele Chrysleri kontserni luksusautol Chrysler Imperial 1971. aastal. Chrysleril kasutusel olnud lahendus õigustas ennast ja oli seejärel muutmata kujul tootmises mitmeid aastaid. 1970 pakkus Ford Lincolni mudelile Continental lisavõimalusena tagumiste rataste blokeerimisvastast pidurisüsteemi Sure Track, mis liideti põhivarustusse 1971. aastal. General Motors pakkus lisavõimalusena oma mudelitele edaspidi ainult tagarattaid ohjavat Trackmasterit, samal ajal tuli esimesena Jaapani autotootjatest oma lahendusega EAL (Electronic Antilock System) turule Nissan.

1985 jõudis Euroopa turule Ford Scorpio, mille standardvarustuses oli Tevese ABS-süsteem. Autole anti 1986. aastal Euroopa aasta auto tiitel ja see ajendas ettevõtet keskenduma pidurisüsteemide arendamisele, mis andis ka teistele autotootjatele tõuke panustada rohkem pidurite täiustamisse.

1988 tutvustas BMW esimest elektrooniliselt juhitud pidurisüsteemiga mootorratast BMW K100. Honda sai sama asjaga hakkama 1992. aastal toodetud ST1100 Pan Europeanil, Suzuki kasutas ABS-pidurisüsteemi esimest korda 2007. aastal GSF1200SA-l. Harley Davidson pakkus seda soovi korral lisana politsei kasutuses olevatele ratastele.

Tööpõhimõte

ABS-pidurite süsteem koosneb juhtplokist, neljast pöörlemisandurist ja vähemalt kahest hüdraulikaventiilist hüdraulikaplokis. Juhtplokk jälgib pidevalt kõikide rataste pöörlemist andurite kaudu. Juhul kui ühe anduri signaal annab märku ratta liiga aeglasest pöörlemisest võrreldes teistelt anduritelt saadud signaalidega, vähendab juhtplokk hüdraulikaventiilide abil sellele rattale mõjuvat pidurdusjõudu. See protsess on juhile tunnetatav piduripedaali pulseerimisena.

Pidurite juhtplokk on programmeeritud jätma märkamata väikesed erinevused anduritelt saadud infost kuna näiteks kurvi läbiva auto sisemised ja välimised rattad pöörlevad erineva sagedusega.

Pidurite juhtplokk kontrollib pidevalt süsteemi töökorras olekut. Kui süsteemis leitakse viga (näiteks puuduv signaal andurist), süttib armatuuril ABS-i hoiatustuli ja elektroonilist juhtimist enam ei toimu. Süsteem on kasutuselt ära kuni viga remonditakse.

Tänapäeval on ABS-pidurisüsteemid kasutusel peaaegu kõikidel uuematel automudelitel. Tehnika arenedes on pidurisüsteeme täiustatud ja tänapäevased süsteemid kontrollivad iga ratast eraldi ning on võimelised igale rattale mõjuvat pidurdusjõudu eraldi reguleerima. See on andnud võimaluse arendada välja stabiilsuskontrolli (ESC – Electronic Stability Control) funktsiooni kõigest kahe anduri (rooliratta pöördenurgaanduri ja güroskoopanduri) lisamisega süsteemile. Süsteemi põhimõte on lihtne: kui güroskoopandur tunnistab, et auto asend tee suhtes ei ole selline nagu rooliratta pöördenurgaandurilt saadud info põhjal võiks oletada, pidurdab juhtplokk ventiilide abil vastavaid rattaid nii, et auto liiguks selles suunas kuhu juht on rooli keeranud.

ABS-pidurdussüsteemi on võimalik rakendada ka veojõukontrollis (TC – Traction Control) auto kiirendamisel. Juhul kui kiirendamisel üks vedavast rattast kaotab haardumise teepinnaga, tuvastab juhtplokk selle kiirema pöörlemise võrreldes teiste vedavate ratastega ja vähendab mootori pöördeid, et vältida külglibisemisse sattumist.

Täiuslikumates süsteemides on kõik funktsioonid ühendatud ja juhtplokk suudab korraga sooritada mitut ülesannet üheaegselt.

Mõned autotootjad kasutavad ABS-i pööreteandureid rehvirõhu jälgimise süsteemides (TPMS – Tire Pressure Monitoring System), tuvastamaks tühjenenud rehvi, sest tühi rehv pöörleb konstantselt kiiremini võrreldes täis rehviga, kuna selle läbimõõt on väiksem.

Komponendid

ABS-süsteemis on neli põhikomponenti:

1. 1. Pöörlemisandurid ehk kiiruseandurid mõõdavad rataste pöörlemist. Andurisüsteem koosneb tavaliselt magnetiliste omadustega rõngast, mis pöörleb anduris oleva mähise ees. Magnetrõnga pöörlemine indutseerib mähises vahelduvvoolu, mis on signaaliks juhtplokile. Selline andur on täpsem suuretel pööretel ja võib põhjustada aeglastel pööretel ebatäpset mõõtmistulemust.
   2. Hüdraulikaplokk juhib pidurivedeliku liikumist süsteemis. Hüdraulikaplokis on ventiilid, mis juhivad erinevate rataste piduriketastele (või trumlitele) mõjuvat survet. Ventiilidel võib olla kolm asendit:

      Ventiil on avatud ja pidurivedelik kantakse otse pidurite töösilindritesse.

      Ventiil on suletud ja pidurivedeliku juurdepääs töösilindrisse on võimatu ka siis, kui juht peaks survet piduripedaalile lisama..

      Ventiil laseb osa survest piduri töösilindrist tagasi, et vähendada survet rattale.

      Hüdraulikaploki peamised vead seisnevad ummistunud ventiilides. Ummistunud ventiilid takistavad pidurivedeliku liikumist juhtploki määratud suunas.
   3. Pump aitab taastada vajalikku survet pidurisüsteemis pärast seda kui juhtplokk on märganud pidurdamisel mõne ratta erineva pöörlemise teiste rataste suhtes ja lasknud osa pidurivedelikust töösilindrist tagasi, et vähendada selle rattale mõjuvat pidurdusjõudu.
   4. Juhtplokk saab igalt rattalt eraldi anduri kaudu informatsiooni ja juhib hüdraulikaplokis olevate ventiilide tööd. Samuti kontrollib, et signaalid anduritelt oleksid ettenähtud piirides ja ventiilide sulgemisel ja avanemisel saavutatakse oodatud tulemus. Vea korral annab juhile märku hoiatustule abil armatuuris ja lülitab süsteemi kasutuselt ära, et mitte põhjustada sõiduki alajuhitavust.

Pidurisüsteemide tüübid

ABS-pidurisüsteeme liigitatakse andurite arvu ja reguleeritavate kanalite järgi. Reguleeritavate kanalite all mõeldakse, kui mitut ratast on süsteem võimeline eraldi reguleerima. See sõltub ventiilide arvust hüdraulikaplokis.

1. Neli kanalit, neli andurit. Kõige täiuslikum süsteem, kus juhitakse igat ratast eraldi.
2. Kolm kanalit, neli andurit. Igal rattal on oma andur, kuid juhitakse eraldi esirattaid ja tagaratastele mõjuvat pidurdusjõudu juhitakse üheaegselt ja samavõrra.
3. Kolm kanalit, kolm andurit. Seda süsteemi kasutatakse tavaliselt väiksematel kastiautodel. Juhitakse samuti esimesi rattaid eraldi kuid tagumiste rataste pöörlemist mõõdetakse ühe anduriga tagasillal. Sellise süsteemi puhul reguleeritakse tagaratastele mõjuvat pidurdusjõudu alles siis kui mõlemad tagarattad on blokeerunud.
4. Kaks kanalit, neli andurit. See süsteem on olnud kasutusel odavamatel sõidukitel mis on valmistatud 1980–2000. Kontrollitakse küll iga ratta pöörlemist eraldi kuid pidurdatakse korraga kas mõlemat esimest või mõlemat tagumist ratast.
5. Üks kanal, üks andur. Selline süsteem on kasutusel samuti väiksematel kastiautodel. Kontrollitakse tagasillal olevat andurit ja pidurdatakse mõlemat ratast korraga.

Kasutegur

2004. aastal Austraalias tehtud uuringute põhjal vähendas ABS-pidurite kasutamine ahelkokkupõrkeid 18% ja juhitavuse kaotanud autode teelt väljasõitmist 35%. Kõva pinnasega teekattel suudab ABS-süsteemiga varustatud auto üldjuhul saavutada paremaid tulemusi võrreldes selliste sõidukitega kus vastav süsteem puudub. Vähekogenud juhtidele soovitatakse üldjuhul hädaolukorras ABS-süsteemiga varustatud sõiduki piduripedaalile suruda täie jõuga.

Libedates oludes (kruusapinnasega või jääga kaetud tee) võib ABS-süsteem siiski pidurdusteekonda pikendada kuna blokeeruv ratas kaevab ennast sügavamale pinnasesse ja tagab seetõttu parema haardumise teekattega. Mõned autod küll võimaldavad äkkpidurduse korral ka rataste lühiajalist blokeerumist. Osad autotootjad lubavad ABS-süsteemi väljalülimist maastikuoludes sõitmiseks, säilitades siiski stabiilsuskontrolli ja veojõukontrolli funktsioonid.

1999. aastal näitas NHTSA tehtud uuring, et sobiva jõuga piduripedaalile surumisel lüheneb pidurdusmaa 27,2%. ABS-pidurisüsteemis tagab pump vajaliku surve piduri töösilindritele, ABS-ita pidurisüsteemi puhul peab juht selle tagama pumbates korduvalt piduripedaali, et vältida pidurite lukustumist. ABS-iga varustatud süsteemi puhul peaks juht hoidma piduripedaali kindlalt all ja keskenduma takistusest mööda manööverdamisele.

ABS-süsteem on kohustuslik kõikidel autodel, mis on toodetud Euroopas alates 2007. aastast. Ameerika Ühendriikides on ABS koos stabiilsuskontrolliga kohustuslik kõigil sõidukitel, mis on valmistatud alates 2011. aasta septembrist.