Rodzaje i opis działania systemów – asystentów

Pierwszym krokiem działania każdego systemu jest zawsze zbieranie informacji. Drugim krokiem jest analiza zebranych informacji za pomocą zaszytych algorytmów. Wynikiem analizy jest decyzja o konieczności podjęcia lub nie, działań oraz o rodzaju działania, jakie trzeba podjąć. Trzecim, ostatnim krokiem jest uruchomienie odpowiedniego działania. Działanie rozumiemy zarówno jako działanie polegające na fizycznym uruchomieniu jakiegoś układu, np. układu hamulcowego, jak również jako przekazane informacji poprzez kontrolki, komunikaty, sygnały świetlne lub dźwiękowe. 

W przypadku niektórych systemów działanie może być dwuetapowe. Pierwszym etapem działania jest przekazanie kierowcy informacji o zagrożeniu i obserwacja, czy następuje właściwa reakcja ze strony kierowcy na sygnalizowane zagrożenie, jeżeli reakcja kierowcy jest właściwa, działanie systemu na tym się kończy. Jeżeli reakcja kierowcy jest niewłaściwa np. zbyt słabe wciśnięcie pedału hamulca, asystent przechodzi do drugiego etapu działania, uruchamiając swoje działanie, czyli zastępuje właściwą reakcje kierowcę. 

System ABS

Pierwszym dużym krokiem w asystowaniu kierowcy było pojawienie się pod koniec lat 70 systemu zapobiegającemu blokowaniu kół podczas hamowania, tzw. ABS. Rola ABS polega na zapobieganiu zablokowaniu kół podczas hamowania, a co za tym idzie poślizgowi. ABS ma za zadanie utrzymywać poślizg w granicach kilkunastu procent. 

Zapobieganie poślizgowi ma dwie podstawowe zalety:

- zachowanie kierowalności pojazdu, czyli auto nadal „słucha” poleceń wydawanych za pomocą kierownicy,

- skrócenie drogi hamowania na śliskich nawierzchniach.

Jedynymi okolicznościami, w których ABS wydłuża drogę hamowania, to hamowanie na kopnych nawierzchniach, gdzie podczas hamowania z zablokowanymi kołami tworzy się naturalny wał przed kołem powodujący zwiększenie oporu dla koła. Razem z pojawieniem się systemu ABS w pojazdach musiały zostać zainstalowane dodatkowe części, takie jak czujniki obrotu kół pojazdu, zestaw elektrozaworów oraz moduł sterujący – komputer. 

Rola i działanie czujników ABS

Podstawową rolą czujników ABS przy kołach jest przekazywanie informacji do modułu sterującego na temat tego, z jaką prędkością obraca się dane koło. Zasada działania większości czujników opiera się na indukcji magnetycznej cewki czujnika, powoduje przepływ prądu . Zmiana pola następuje na skutek przesuwających się przed końcem rdzenia cewki czujnika pierścienia zębatego ferromagnetycznego (żelaznego) lub magnetycznego. Ze względu na duże ryzyko wystąpienia zakłóceń magnetycznych mogących wpłynąć na wyniki pomiarów pierwszy odcinek przewodu od czujnika do kostki. Ze względu na konieczność zachowania ciągłości ekranowania nie wykonuje się napraw uszkodzeń przewodu na tym odcinku. Czujniki ABS i ich pierścienie są umieszczane przeważnie przy piastach kół lub czasami na półosiach napędowych. 

Uszkodzenia pierścieni zębatych polegają na mechanicznym uszkodzeniu typu wykruszenie zęba lub zanieczyszczeniu przerw pomiędzy zębami. W wielu modelach samochodów istnieje możliwość wymiany samego pierścienia bez konieczności wymiany całe piasty. Informacja z czujników trafia do modułu sterującego, który przeważnie jest zespolony z elektrozaworami oraz pompą układu ABS.

Od 1 lipca 2006 roku wszystkie nowe pojazdy sprzedawane w Unii Europejskiej muszą być obowiązkowo wyposażone w ABS. Pierwszym krokiem w działaniu układu ABS jest zbieranie informacji o prędkości obrotowej kół pojazdu. Drugim krokiem jest analiza tego, co się dzieje z tymi „kołami' według następującego algorytmu; jeżeli dane koło nie obraca się - oznacza, że jest w poślizgu lub, jeżeli dane koło obraca się wolniej niż pozostałe - oznacza, że jest w poślizgu, W wyniku otrzymanej informacji o występującym poślizgu moduł rozpoczyna działanie polegające na obniżaniu ciśnienia w obwodzie hamulcowym koła, które jest w poślizgu, otwierając elektrozawór upustowy. Takie działanie jest utrzymywane do czasu, kiedy koło zacznie się ponownie obracać z prędkością zbliżoną do pozostałych kół. W momencie, kiedy koło zaczyna się obracać szybciej niż pozostałe moduł sterujący otwiera elektrozawór zwiększający ciśnienie w obwodzie hamulcowym tego koła, przyhamowując je w ten sposób. Za zapewnienie ciśnienia odpowiada pompa układu ABS. 

Pojazdy wyposażone w ABS zyskały następujące zalety:

- brak możliwości zablokowania kół podczas hamowania, niezależnie od nawierzchni i warunków atmosferycznych (jeżeli koła nie blokują się podczas hamowania, to samochód dużo trudnej jest wprowadzić w poślizg, czyli ściąganie w bok, obracanie się wokół osi pionowej, zarzucanie tyłem)

- możliwość ominięcia przeszkody w trakcie pełnego hamowania

Układ EBD

System zapobiegający blokowaniu kół podczas hamowania dał początek  i możliwość realizacji różnego działań wspomagających kierowcę z wykorzystaniem elementów układu ABS. Opisane w dalszej części artykułu funkcje występują w najnowszych generacjach układu ABS. Do takich rozwinięć układu ABS należy układ elektronicznego rozdziału siły hamowania, nazywany najczęściej EBD przy obecnie produkowanej generacji ABS stanowi on standardowe wyposażenie. Układ ten wykorzystuje informacje z czujników systemu ABS o prędkości obrotowej kół. Zadaniem systemu EBD jest taki rozdział siły hamowania aby każde koło niezależnie „hamowało” na granicy poślizgu, wykorzystując w ten sposób maksymalnie przyczepność, którą dysponuje. Układ ten w sposób elektroniczny zastąpił między innymi mechaniczne korektory siły hamowania osi tylnej, które spotkać można było w starszych generacjach aut dostawczych. Funkcje układu EBD są realizowane poprzez zaszycie dodatkowego algorytmu w module sterującym ABS. 

Asystent awaryjnego hamowania - BAS

Kolejnym rozwinięciem układu funkcjonalności układu ABS jest asystent awaryjnego hamowania nazywany również wspomaganiem awaryjnego hamowania skrótowe określenie to miedzy innymi BAS. Korzenie tego systemu wywodzą się z badań reakcji kierowców, które dowiodły, że w sytuacjach awaryjnego hamowania kierowcy bardzo często nie wciskają pedału hamulca do przysłowiowej podłogi, przez co nie wykorzystują maksymalnej, potencjalnej siły, z jaką może działać układ hamulcowy. Zjawisko to oczywiście powodowało, że droga hamowania wydłużała się niepotrzebnie.  Każdy moduł ABS jest wyposażony w czujnik ciśnienia w układzie hamulcowym. Działanie asystenta awaryjnego hamowania polega na tym, że w momencie, kiedy nastąpi nagły wzrost ciśnienia w układzie hamulcowym, (tzn. w czasie krótszym niż określona graniczna wartość to oznacza, że kierowca wykonuje nagłe, awaryjne hamowanie. Po stwierdzeniu takiej okoliczności asystent uruchamia pompę ABS, powodując podniesienie ciśnienie w układzie hamulcowym do maksymalnego. Dzięki takiemu działaniu następują hamowania z maksymalną siłą układu hamulcowego. Oczywiście w tym czasie układy ABS i EBD działają zgodnie ze swoim algorytmem. W niektórych markach stosuje się również dodatkowo czujnik położenia pedału hamulca w celu zdublowania informacji o nagłym jego wciśnięciu świadczącym a hamowaniu awaryjnym, Oczywiście podobnie jak w poprzednich przypadkach asystent nagłego hamowania wykorzystuje infrastrukturę układu ABS - jest to dodatkowy algorytm w module sterującym. 

Asystent HHC

Kolejnym asystentem korzystającym z układu ABS jest asystent ruszania na wzniesieniu, nazywany również systemem zapobiegającym staczaniu podczas ruszania pod górę. Skróty dla tego układu są mniej znane, ale najczęściej spotykanym jest HHC, czyli Hill Hold Control. 

Działanie asystenta polega na utrzymaniu w układzie hamulcowym przez określony czas po puszczeniu pedału hamulca przeważnie 1-3 sekund. Jeżeli „asystent" stwierdzi, że przy zerowej prędkości pojazdu - informacja z czujników ABS utrzymywane jest ciśnienie w układzie hamulcowym - czujnik ciśnienia w module ABS to oznacza, ze auto znajduje na pochyłości - kierowca trzyma nogę na hamulcu. Aby ułatwić ruszenie na tej pochyłości bez konieczności zaciągania hamulca ręcznego. asystent podtrzymuje ciśnienie w obwodzie za parnota elektrozaworów ewentualnie wspomaga się pompą ABS. Ciśnienie jest upuszczane po określanym czasie lub w przypadku stwierdzenia ruchu pojazdu - czujniki ABS. W nowszych rozwiązaniach wykorzystuje się dodatkowe czujniki położenia pedału sprzęgła w celu dostarczenia dodatkowej informacji o momencie, w którym powinno nastąpić zwolnienie hamulców. Oczywiście podobnie jak poprzednio System HHC również jest po prostu algorytmem, który wykorzystuje układ ABS. 

System ASR

Następnym systemem, który powstał na bazie ABS jest system zapobiegający poślizgowi kół podczas ruszania, krótko mówiąc zapobiega on buksowaniu kół. Jednym z popularniejszych skrótów jest oznaczenie ASR. Na podstawie informacji z czujników ABS, przy kołach napędowych, system porównuje ich prędkości obrotowe, w razie konieczności przyhamowuje koło obracające się znacznie szybciej od drugiego. W bardziej zaawansowanych rozwiązaniach system ASR porównuje również prędkości kół napędzanych do kół nienapędzanych i w przypadku stwierdzenia bardzo dużych różnic w prędkościach obrotowych stwierdza, że oba koła napędowe są w poślizgu i przyhamowuje je oba. W takiej formie system ASR korzysta tylko z podzespołów ABS  i jest dodatkowym algorytmem modułu sterującego ABS. Oczywiście w  miarę rozwoju systemy ASR, które współpracują z modułami ESP, zyskały dodatkowe możliwości ograniczania poślizgu kół poprzez komunikowanie się z modułem sterującym silnikiem, dzięki czemu mogą sterować odcinaniem zapłonów w silniku, zmniejszać dawkę paliwa oraz przymykać przepustnicę. Jednak są to rozwiązania spotykane w autach posiadających ESP. Niejako efektem ubocznym stworzenia algorytmu działania układu ASR z wykorzystaniem układu ABS była możliwość uzyskania elektronicznej blokady mechanizmu różnicowego. Brakowało tylko przysłowiowego guzika, którym można by było ją włączać. Poprzez wciśnięcie wspomnianego guzika układ ASR otrzymuje informację od kierowcy, że blokada została włączona, czyli że ma utrzymywać jednakową prędkość obrotową obu kół napędowych jednej osi poprzez odpowiednie ich przyhamowywanie. W ten sposób mechanizm różnicowy nie pracuje. Elektroniczna blokada mechanizmu różnicowego jest dobrym rozwiązaniem dla osób potrzebujących wydostać się z tarapatów jednak na dłuższą metę nie może być stosowana, ponieważ może doprowadzić do przegrzania układu hamulcowego. 

System kontroli ciśnienia w ogumieniu

Ostatnim asystentem korzystającym i powstałym na bazie infrastruktury ABS w pojazdach jest system kontroli ciśnienia w ogumieniu. Na bazie układu ABS został stworzony system pośredniej kontroli ciśnienia w ogumieniu, ponieważ nie jest on w stanie podać nam dokładnego ciśnienia w oponach, ale jest w stanie zasygnalizować nam zbyt niskie ciśnienie w oponie. Działanie układu polega na porównywaniu prędkości obrotowych kół – informacja z czujników ABS. Jeżeli prędkość jednego z kół w sposób stały utrzymuje się na wyższym poziomie, oznacza to, że promień tego koła uległ zmniejszeniu w wyniku ubytku powietrza. Działanie systemu w przypadku stwierdzenia nieprawidłowości polega na poinformowaniu kierowcy o zbyt niskim ciśnieniu w tym kole. To już ostatni system, który stanowi w pewnym sensie rozwinięcie układu ABS. Jak widać zainstalowane w pojeździe jednego układu dało możliwości do rozwoju kolejnych sześciu układów asystujących kierowcy, pomagając mu w prowadzeniu pojazdu przy praktycznie pomijalnym koszcie produkcji – dopisanie algorytmów do sterownika oraz co jest jeszcze ważniejsze bez konieczności dodatkowego komplikowania konstrukcji samego pojazdu. 

Niestety są też pewne wady układu, wiążą się z możliwościami serwisowymi. Praktycznie elementy układu ABS są nienaprawialne w warunkach ogólno warsztatowych. Posiadając tester diagnostyczny, jesteśmy w stanie zdiagnozować, który element układu uległ awarii i możemy wykonać jego wymianę na nowy. W autach posiadających układ ABS po wykonaniu prac polegających na rozpinaniu układu hamulcowego należy pamiętać o odpowietrzeniu modułu elektrozaworów i pompy ABS. Powyższe wady można uznać za pomijalne w kontekście korzyści, jakie daje zastosowanie układu ABS w pojeździe.