טכני: מערכת ABS

מערכת ABS מהווה כבר כמה שנים טובות סטנדרט בכל כלי רכב משפחתי שמגיע ארצה, ובשנים האחרונות המערכת נכנסת יותר ויותר גם לכלי רכב דו-גלגליים. אין רוכב שלא שמע על המערכת, וישנם גם כאלו שניסו אותה בפועל. אלא שלמרות זאת ישנן דעות רבות ולא מעט אגדות אורבניות סביב מערכת הבטיחות החשובה הזו. בכתבה זו ננסה לעשות סדר בפן הטכני של המערכת. בהמשך, נבדוק בפועל כיצד המערכת עובדת ומהי השפעתה על מרחקי הבלימה.

נתחיל בקצת רקע. מערכות ABS (ר"ת של Anti-lock Brake System, כלומר – מערכת למניעת נעילת גלגלים) החלו להופיע בשנות השבעים בכלי רכב פרטיים, בתחילה במכוניות יוקרתיות ובהמשך גם במכוניות עממיות יותר. מטרת המערכת הייתה למנוע את נעילת הגלגלים בזמן בלימה חזקה שכן במכונית, שלה 4 גלגלים, נעילת גלגלים תחת בלימה גורמת לסחרור הרכב, לאובדן שליטה ולמניעת יכולת ההיגוי. ה-ABS מנע את נעילת הגלגלים ולכן איפשר יכולות היגוי ושליטה ברכב גם תחת בלימת חירום.

אבל למערכת ABS במכוניות יש יתרון חשוב נוסף. כל מי שלמד פיזיקה ברמה תיכונית, ודאי זוכר את החיכוך הסטטי והחיכוך הדינמי, ושמקדם החיכוך הדינמי נמוך יותר ממקדם החיכוך הסטטי. אז נכון שצמיג של רכב מתנהג בצורה קצת יותר מסובכת מפיזיקה תיכונית פשוטה, אבל לצורך ההבנה ניתן לפשט את הדברים. צמיג שאינו נמצא בהחלקה אלא באחיזה מלאה (על אף שצמיג תמיד נמצא בהחלקה כלשהי, אבל נזניח זאת כרגע), יהיה תחת העיקרון של חיכוך סטטי. כלומר פוטנציאל האחיזה שלו יהיה גבוה יותר מאשר צמיג שנמצא בהחלקה, שזה כמובן חיכוך דינמי.

השורה התחתונה היא שמרחק הבלימה של מכונית שנמצאת בהחלקת גלגלים תחת בלימה מקסימלית, יהיה ארוך יותר, לפעמים באופן משמעותי, מאשר אותה מכונית עם מערכת ABS שמונעת את נעילת הגלגלים ושומרת על אחיזה. בקצרה אפשר להגיד שצמיג שנמצא על סף החלקה, כלומר תחת עוצמת הבלימה המקסימלית המתאפשרת לפני נעילתו, יספק את מרחק הבלימה הקצר ביותר.

כעשר שנים לאחר הופעת מערכות ה-ABS בכלי רכב פרטיים הופיעה המערכת לראשונה בדו-גלגלי. ב.מ.וו הייתה החלוצה כשלקחה את המערכת מהמכוניות שלה, ביצעה לה התאמות כאלה ואחרות והתקינה אותה באופנוע. בשנת 1988 החל להימכר ה-K100 עם אופציה ל-ABS, וזהו האופנוע הראשון שזוכה למערכת. כאן צריך להבין עניין אחד חשוב ביותר. כלי דו-גלגלי אשר נועל גלגל אחורי תחת בלימה יכול בקלות להישאר על הגלגלים עד לעצירה מלאה, אפילו אם באוכף יושב רוכב ממוצע ומטה. לעומת זאת, נעילה של גלגל קדמי באופנוע תסתיים מיד בנפילה. אופנוע לא מסוגל להתקדם עם גלגל קדמי נעול יותר משבריר שנייה. אז אמנם אין פה את בעיית הסחרור או ההיגוי שיש במכונית שמחליקה, אבל במובן מסוים הבעיה באופנועים גדולה שבעתיים. ה-ABS מונע את החלקת שני הגלגלים, ובכך מונע גם את הנפילה.

חשוב לציין גם שה-ABS אינו מהווה תעודת ביטוח מלאה כנגד החלקות תחת בלימה. אם האופנוע נמצא בהטיה למשל, במיוחד כשרמת האחיזה נמוכה, נעילת גלגלים, גם עם מערכת ABS, עלולה בכל זאת לגרום להחלקה צידית ולנפילה. כך שבאופנועים, יעילות המערכת גדלה ככל שהאופנוע נמצא זקוף יותר.

מבנה

במערכת בלימה קונבנציונלית שאינה מצוידת ב-ABS, המערכת ההידראולית מורכבת ממשאבה (מסטר צילינדר) וקליפר, וצינור הידראולי שמחבר ביניהם. מערכת הבלימה נחשבת מערכת הידרוסטטית, כלומר כזו שבה הנוזל ההידראולי סטטי. כאשר לוחצים על מנוף הבלם, הבוכנה שבמשאבה דוחפת את הנוזל ההידראולי ומייצרת לחץ במערכת. הלחץ הזה מגיע אל הקליפר, ושם הוא דוחף את הבוכנות שבקליפר, ואלו מצידן דוחפות את רפידות הבלם לעבר הדיסק, מצמידות אותן ומייצרות כוח חיכוך. במידה ולוחצים חזק מדי והלחץ במערכת גבוה מדי, הכוח שבין רפידות הבלם לבין הדיסק יהיה גדול מדי גם הוא, ואז כוח החיכוך ינעל את הגלגל. הגלגל ישתחרר ויחזור לתנועה רק כאשר נפרוק לחץ מהמערכת ההידראולית, כלומר כשנשחרר את מנוף הבלם.

במערכת ABS צינור הבלם שיוצא ממשאבת הבלם אינו יורד ישירות לקליפר, אלא נכנס לרכיב ביניים שנקרא מודולטור. זהו למעשה לב ה-ABS. מדובר בבית שסתומים אשר מסוגל על ידי פתיחה וסגירת שסתומים לווסת את הלחץ שיורד לקליפר. בחלקו האחד של המודולטור ישנו מנוע חשמלי, אשר פותח וסוגר את השסתומים וכן מייצר לחץ בלימה במערכות מתקדמות יותר, אבל על כך בהמשך. בצידו השני של המודולטור נמצאת יחידת הבקרה, שהיא למעשה מחשב לכל דבר ועניין.

הנתונים המגיעים ליחידת הבקרה מגיעים משני גורמים. הראשון הוא הגלגלים. על כל גלגל מותקן חיישן מהירות, בדרך כלל מסוג לקטן מגנטי (פיק-אפ), כשעל הגלגל עצמו יושבת טבעת עם חריצים במרווחים קבועים. כאשר הגלגל מסתובב, הלקטן המגנטי שיושב מול הטבעת עם החריצים מייצר גל של מתח חילופין בכל פעם שהוא עובר חריץ כזה. הנתון מגיע אל יחידת הבקרה, וכך יחידת הבקרה 'יודעת' מה מהירותו של כל גלגל. מיחידת ה-ABS המידע עובר לכל המפעילים הרלוונטיים, למשל לוח השעונים, שמקבל את נתון מהירות הנסיעה.

נתון נוסף מקבלת יחידת הבקרה ממתגי אור הבלם. בלחיצה על אחד ממנופי הבלם נסגר מעגל שאמנם מפעיל את אור הבלם, אך גם סוגר מעגל ליחידת הבקרה, שכעת 'יודעת' שהאופנוע נמצא בבלימה. כאשר האופנוע נמצא בבלימה והמערכת מזהה שיש הפרש מהירויות בין שני הגלגלים, זה אומר שגלגל אחד, זה שמסתובב לאט יותר, נמצא בהחלקה. כעת המערכת תיכנס לפעולה ותפחית את הלחץ שיורד לקליפר על ידי פתיחת שסתום במודולטור כך שהנוזל יבצע מעקף. תוך חלקיק שנייה השסתום ייסגר והלחץ במערכת יחזור להיות הלחץ הראשוני. אם הגלגל יחזור להחלקה, המערכת תפתח שוב את השסתום, וחוזר חלילה. תדירות פתיחה וסגירת השסתום במערכת ABS מודרנית מתקרבת ל-30 פעמים בשנייה.

פרט להתערבות והפחתת לחצים בהפרשי מהירויות בין הגלגלים, המערכת תיכנס לפעולה גם אם היא תזהה הפחתה פתאומית של מהירות שני הגלגלים או אחד מהם, כלומר נעילה פתאומית. מצב כזה עלול לקרות בזמן חירום, כשהרוכב נבהל, מתנפל על הבלמים וגורם לנעילה פתאומית של שני הגלגלים. מערכת ABS, כאמור, לא תיתן לגלגלים להינעל ותציל את הרוכב מנעילת גלגל קדמי ונפילה ודאית.

אבולוציה ועתיד

באבולוציה של מערכות ה-ABS לאופנועים ב-28 השנים האחרונות קרו מספר תהליכים. ראשית, גודל ומשקל המערכת ירדו באופן משמעותי. המערכת הראשונה של בוש בשנת 1988 שקלה למעלה מ-11 ק"ג. לעומת זאת, הדור התשיעי של מערכת ה-ABS של בוש, או המערכת המודרנית של חברת קונטיננטל, שוקלות פחות מקילוגרם אחד. בנוסף, מהירות עיבוד הנתונים והתגובה השתפרה משמעותית. אם במערכות הראשונות תדירות עבודת השסתומים הייתה פעמים בודדות בשנייה, היום, כאמור, התדירות מתקרבת ל-30 פעמים בשנייה. חלק חשוב באבולוציה של ה-ABS קשור בתחושה במנוף. מערכות ABS פרימיטיביות היו גורמות לקפיצת המנוף כשהמערכת נכנסת לפעולה, וכתוצאה מכך רוכבים שלא היו מורגלים בתחושה היו נבהלים ומשחררים את הבלמים. במערכות ה-ABS המודרניות אמנם מרגישים רעד קל במנוף, אולם הוא זניח לחלוטין. התחושה הזו מתאפשרת בגלל אותו מעקף במודולטור, שמונע לחץ חוזר אל מנוף הבלם.

מערכות ABS מודרניות, כמו למשל מערכת ה-ABS האינטגרלית של ב.מ.וו (מתוצרת בוש), יודעות לא רק למנוע נעילה, אלא גם לווסת את עצמת הלחץ שעובר לבלם הקדמי והאחורי, ואת היחס ביניהם, כתלות בעצמת הבלימה ובעומס. לשם כך ישנה במודולטור משאבת לחץ חשמלית שמייצרת לחץ במיכל נפרד תחת בלימה, ומעבירה אותו לבלם האחורי בהתאם לצורך. עוד יישום שמתיישב על מערכות ABS מודרניות הוא מערכת בקרת ההחלקה, שבדרך כלל יושבת על התשתית של ה-ABS, כלומר על יחידת הבקרה והחיישנים, וכשהיא מזהה החלקה תחת תאוצה, המערכת משדרת למחשב ניהול המנוע להפחית את המומנט שהמנוע מייצר. כאן כבר נכנסים למערכות תקשורת מודרניות הלקוחות ישירות מעולם הרכב ונכנסות בשנים האחרונות יותר ויותר לתחום הדו-גלגלי – מערכות CAN Bus.

עם התפתחות הטכנולוגיה והאבולוציה של ה-ABS, החלו יצרנים שונים, ובראשם ב.מ.וו והונדה, ליישם מערכות ABS גם באופנועי קצה עם דרישות מיוחדות. כך למשל שתי היצרניות כבר מייצרות כמה שנים מערכות ABS לאופנועים ספורטיביים, שבין היתר מיועדים למסלול. למערכות אלו מהירות עיבוד נתונים גבוהה, והן מתוכנתות כך שיאפשרו החלקה מסוימת של הגלגל האחורי תחת בלימה, אך ימנעו החלקה של הקדמי. עוד יישום מודרני הוא מערכת ABS שפועלת רק על הגלגל הקדמי, וגם זה עם מידת החלקה מסוימת, גבוהה יחסית, כשאת הגלגל האחורי יהיה ניתן להחליק תחת בלימה לצורך היגוי. מערכת כזו שבה ניתן לנתק את הגלגל האחורי קיימת למשל באדוונצ'ר 1190, בהוסקוורנה 701 ובדו"שים של ב.מ.וו. עוד התפתחות אבולוציונית של ה-ABS היא המערכת שמזהה הטיה ומתגברת או מפחיתה את עוצמת ה-ABS בהתאם לזווית ההטיה של האופנוע.

נציין רק שבמערכות ABS פחות מודרניות, ההתערבות המוקדמת של המערכת גורמת לתחושה לא טובה בבלימה בשטח,עד כדי חוסר יכולת לבלום. זו הסיבה שרוכבי דו"ש רבים מנתקים את המערכת בעת ירידה לשטח. במערכות מודרניות יותר המיועדות לדו"שים, ההתערבות איטית יותר ויכולת הבלימה טובה, גם בשטח. בהקשר הזה חשוב לציין לטובה את היצרניות האירופאיות, שבאופן מסורתי מאפשרות לרוכב לנתק את מערכת ה-ABS בעזרת כפתור שנמצא על בית המתגים. הדבר מצוין לרכיבת שטח שבה רוצים החלקת גלגלים מסוימת, אבל גם לרכיבה ספורטיבית, למשל במסלול, כשלא רוצים התערבות על הבלמים, ושוב, מעוניינים במידת החלקה קלה לצורך היגוי אחורי.

ומה בעתיד? סביר להניח שהאבולוציה של ה-ABS תביא בעתיד למערכות קטנות וקלות יותר, מהירות יותר ועם תחושה טובה יותר. בנוסף, כנראה שתימצא הדרך להביא את הגלגל לסף הנעילה עם פחות 'פמפום'. כמו כן, המערכות ימשיכו להתפתח לכיוונים של אופנועי קצה, ולא רחוק היום שכל אופנועי הספורט והשטח יוצעו עם אופציה למערכת מהירה, איכותית ומותאמת ליישום. פרט לכך, בשנים האחרונות רואים כיצד המערכת הופכת יותר ויותר 'עממית', ותופסת מקום ביותר כלים דו-גלגליים, גם קטנועים קטנים ופשוטים, כשבאירופה הנושא נמצא בחקיקה, לפיה כל כלי בנפח 125 סמ"ק ומעלה יצטרך להגיע עם מערכת ABS.

עד כמה המערכת הזו באמת עובדת טוב בתנאי האחיזה השונים? עד כמה היא יכולה לעזור לרוכבים ברמות שונות ועד כמה היא משפיעה, לטובה או לרעה, על מרחק הבלימה? ובכן, בקרוב נענה על כל השאלות הללו.