Układy elektroniczne w samochodzie: ABS, ASR, ESP

Elektronika przejmuje coraz większą kontrolę nad autami. Wielu fanów motoryzacji narzeka na takie rozwiązania ale dla znaczącej większości kierowców jest to wielka pomoc. Przyjrzyjmy się dokładnie czym wspomagają nas w bezpiecznym dotarciu do celu układy takie jak: ABS – Anti-Lock Braking System, ASR – Acceleration Slip Regulation czy EPS – Electronic Stability Program.


ABS

Po raz pierwszy ABS został użyty w 1966 roku w brytyjskim samochodzie Jensen FF. Układ wyprodukowany był przez firmę Dunlop a jego działanie obejmowało jedynie tylne koła. Od 1 lipca 2004 roku każde auto sprzedane na terenie Unii Europejskiej musi być wyposażone w ten system. W naszym kraju ten obowiązek wprowadzono 1 lipca 2006 roku.
Idea działania ABSu jest bardzo prosta. Niezależnie od warunków, podczas hamowania koła nie mogą pozostać zablokowane. Pompa sterująca układem po prostu zmniejsza, na ułamek sekundy ciśnienie w układzie hamulcowym dzięki czemu koła odzyskują przyczepność. W układach pierwszych generacji obsługiwane były wszystkie cztery koła jednocześnie. Obecnie dużo mniejsze i lżejsze jednostki centralne są w stanie obsługiwać każde z kół osobno. Dzięki temu nie ma takie spadku skuteczności hamowania. O ile na samym początku swojej kariery ABS znacząco wydłużał drogę hamowania o tyle obecnie sytuacja jest znacznie lepsza. Oczywiście z pominięciem hamowania na piachu, szutrze i głębokim śniegu.

Zasadniczymi elementami układu są cztery czujniki przy każdym z kół i jednostka centralna. Jest ona połączeniem zespołu elektrozaworów i komputera sterującego. Czujniki przekazują do komputera informację o prędkości obrotu kół. Jeśli koło zatrzyma się to odpowiedzialny za nie zawór zacznie procedurę zmniejszania ciśnienia w zacisku. Informację o prędkości obrotowej czujnik zbiera, w zależności od rozwiązania z perforowanej tarczki blaszanej lub z koronki na piaście. Każdy z koncernów samochodowych stosuje swoje autorskie rozwiązania. Jeśli chodzi o awarie to najczęściej posłuszeństwa odmawiają czujniki przy kołach. Jeśli jednak na „desce” zaświeci się nam kontrolka informująca o awarii układu, warto sprawdzić wszystkie przewody i wtyczki przy czujnikach. Dość często powodem takich awarii jest po prostu zaśniedziała wtyczka. Jednostki centralne raczej nie miewają awarii mechanicznych, głównie pada elektronika. Jeśli dojdzie do awarii ABSu nie znaczy to, że musimy przerwać podróż. Hamulce nadal będą działały normalnie. Musimy tylko uważać jeśli jest ślisko.

Jak hamować jeśli nasz samochód jest wyposażony w ABS? Do oporu. W klasycznym układzie hamulcowym kierowca musiał rozważnie dozować siłę hamowania w taki sposób aby nie doszło do zablokowania kół. Największą skuteczność hamowania uzyskujemy przy mniej więcej 20% poślizgu czyli na tak zwanej granicy przyczepności. Jeśli mamy do czynienia z ABSem to po prostu wciskamy pedał hamulca najmocniej jak potrafimy, zupełnie nie przejmując się lekkim „odbiciem” w naszą stopę.
Największą zaletą ABSu jest jak najmocniejsze wciśnięcie hamulca i kierowanie pojazdem. O skuteczność hamowania zadba elektronika.

ASR

Jeśli chodzi o elektronikę w samochodach wyczynowych i cywilnych to jest coś co je łączy. Jest to kontrola trakcji ASR. Jest to drugi w historii motoryzacji (po ABS) układ podnoszący bezpieczeństwo czynne w aucie. ASR pojawił się w 1993 roku wraz z wprowadzonym przez firmę Bosch ABS w wersji 5.0. Obydwa te układy są ze sobą nierozerwalnie związane.
System ASR pomaga nam podczas ruszania. Jeśli komputer sterujący układem wyczuje różnicę w prędkościach obrotowych kół zaczyna interweniować. Może to robić na kilka sposobów. Najpierw opóźni zapłon co spowoduje spadek momentu obrotowego. Jeśli to nie wystarczy zmniejszona zostanie dawka paliwa wtryskiwanego do silnika. Jeśli tego będzie mało dopływ paliwa może być całkowicie odcięty. Niektórzy producenci pozwalają ASR ingerować w uchylenie przepustnicy jeśli jej sterowanie odbywa się „by wire”. W razie wyczucia poślizgu jest ona przymykana. To rozwiązanie ma jednak wadę. Najdłuższy czas reakcji. W układzie dolotowym może być też zastosowana druga przepustnica. Dzięki wszystkim tym działaniom łatwiej jest nam dynamicznie ruszyć na śliskiej nawierzchni. Efektem ubocznym jest też ochrona przed przeciążeniem elementów układu napędowego, zmniejszenie zużycia paliwa i opon.
Działanie ASR oparte jest oczywiście o ABS i dodatkowo o możliwość ingerencji w jednostkę sterującą silnikiem. Mocno upraszczając można powiedzieć, że ABS zliczający cały czas prędkość obrotową kół korzystając z czujników informuje jednostkę sterującą ASR o wystąpieniu różnic a ta z kolei przesyła informacje do jednostki sterującej silnikiem.

Oczywiście działanie ASR nie ogranicza się tylko do ruszania, pomaga też w utrzymaniu trakcji i toru jazdy przy wyższych prędkościach na przykład jeśli na drodze pojawi się fragment o zmniejszonej przyczepności. Może to być lód, piach, olej, paliwo lub kałuża. Jest to sytuacja niebezpieczna zwłaszcza jeśli akurat przyśpieszamy lub jedziemy po łuku. Najwyraźniej można to odczuć właśnie w kałuży kiedy mamy do czynienia ze zjawiskiem aquaplaningu. Dochodzi wtedy to rozkręcania się koła, które straciło przyczepność. Po odzyskaniu przyczepności może to doprowadzić do wytrącenia auta z założonego toru jazdy. Jeśli mamy do dyspozycji ASR to zobaczymy tylko migającą kontrolkę informującą nas o działaniu systemu. Kontrolka ta powinna być też dla nas ostrzeżeniem, że zbliżamy się do granicy przyczepności i za chwilę może być niebezpiecznie.

Układem, który wspomaga ASR a w zasadzie może zostać uznany integralnym elementem tego układu jest EDS Elektronische Differentialsperre. Nazywany jest czasem na wyrost elektroniczną blokadę układu różnicowego. EDS skupia się na operowaniu hamulcami. Przyhamowuje koło tracące przyczepność tak żeby moment obrotowy był przekazany na drugie koło. Układ tej bywa pomocny ale jego wadą jest ograniczony zakres działania i możliwość przegrzania hamulców. W okresie zimowym nie grozi nam to, zwłaszcza w autach osobowych. Jeśli jednak mamy do dyspozycji SUVa może się okazać, że krótka przejażdżka po lesie doprowadzi do przegrzania hamulców i do wyłączenia EDSu.

ESP

Działanie ESP jest bardzo proste. Zablokowane koło można poruszyć w każdą stronę (czyli także na boki) używając podobnej siły. W efekcie, na zakręcie koło jest wynoszone tam, gdzie działa siła odśrodkowa czyli na zewnątrz zakrętu. Wykorzystując tę zasadę, gdy przód pojazdu traci przyczepność (zachodzi podsterowność), to blokowane są koła tylne, by te pozwoliły na obrót pojazdu wokół własnej osi celem skierowania przodu we właściwą stronę. Analogicznie, gdy mamy do czynienia z nadsterownością, kiedy to pojazd zbyt szybko obraca się wokół własnej osi (szybciej, niż pokonuje zakręt) blokowane są koła przednie, by spowolnić ten ruch poprzez wytworzenie niwelującej go podsterowności. Wszystkie te korekty zachodzą wielokrotnie w ciągu sekundy i tworzą w rzeczywistości kontrolowany uślizg wszystkich czterech kół. Poślizg kół jest obliczany na podstawie prędkości obrotowych kół, czujnika przyspieszenia poprzecznego, czujnika przyspieszenia kątowego, czujnika skrętu kierownicy oraz ciśnienia w układzie hamulcowym. Na podstawie analizy danych z tych czujników system określa czy wystąpiła nadsterowność czy podsterowność i reaguje wyhamowaniem odpowiednich kół. Stabilizacja toru jazdy w pewnym stopniu zwiększa dopuszczalną prędkość początkową podczas wejścia w zakręt, dzięki optymalnemu wykorzystaniu przyczepności wszystkich kół. Dodatkowo do korygowania toru jazdy używane są hamulce spowalniające pojazd w trakcie pokonywania zakrętu. Zmniejsza to prawdopodobieństwo wypadnięcia z zakrętu.


ESP składa się dokładnie z tych samych elementów co ABS. W zasadzie ESP bez ABS-u nie istnieje. Oczywiście Jednostka centralna musi być przystosowana nie tylko do zmniejszania ciśnienia w układzie hamulcowym ale i do zwiększania.

Zawsze trzeba zdawać sobie sprawę z ograniczeń jakie mają układy elektroniczne dbające o bezpieczeństwo czynne. Nic nie zastąpi zdrowego rozsądku na drodze. Nie doprowadzajmy do sytuacji, w której będziemy zmuszeni skorzystać z elementów auta odpowiedzialnych za bezpieczeństwo bierne i nie zapominajmy tylko o granicach, których przekraczać nie wolno.