Chociaż czołowi producenci ogumienia nieustannie ulepszają swoje produkty, poprawiając ich przyczepność, to zasady fizyki są nieubłagane tak samo, jak zjawiska zachodzące na styku opony z nawierzchnią. Te zjawiska w pewnym stopniu „reguluje” ABS, którego skuteczność jest natomiast ściśle związana z oponami.
ABS (ang. Anti-Lock Braking System) po raz pierwszy pojawił się w samochodach już w 1966 roku w modelu brytyjskiej marki Jensen. Do jego popularyzacji i stworzenia formy, w jakiej funkcjonuje dzisiaj, przyczyniła się firma Bosch, która w 1978 roku wprowadziła ten system na rynek, początkowo do Mercedesa klasy S. ABS szybko okazał się niezwykle istotny dla bezpieczeństwa jazdy, ponieważ przyczyniał się do redukcji śmiertelnych wypadków. W połowie 2004 roku ABS wszedł w skład obowiązkowego wyposażenia nowych samochodów sprzedawanych na terenie Unii Europejskiej i dzisiaj instalowany jest fabrycznie we wszystkich autach.
Co to jest ABS?
ABS to układ regulujący poślizg kół i zapobiegający ich blokowaniu podczas hamowania. Z biegiem lat doczekał się wielu pochodnych, bazujących na nim systemów, jak ASR (zapobieganie poślizgowi kół przy ruszaniu) czy ESP (stabilizacja toru jazdy).
ABS składa się z podzespołów elektryczno-elektronicznych oraz hydraulicznych. Mózgiem układu jest sterownik, który zbiera informacje od czujników prędkości obrotowej umieszczonych przy kołach pojazdu. Na podstawie tych danych steruje hydrauliką układu hamulcowego. Układ ABS ma możliwość obniżenia ciśnienia płynu hamulcowego dla hamulców poszczególnych kół tak, by optymalnie, czyli zgodnie z ustalonymi algorytmami, regulować poślizg koła w trakcie hamowania.
Po co ABS w samochodzie?
ABS w samochodzie ma dwa zadania. Po pierwsze zapewnia stabilność i kierowalność pojazdu, a więc umożliwia kierowcy manewrowanie samochodem w trakcie tzw. „pełnego hamowania” i sprawia, aby w jego trakcie samochód utrzymywał zamierzony przez kierowcę tor jazdy w granicach określonych przez fizykę. Druga funkcja to skrócenie drogi hamowania na możliwie wszystkich rodzajach nawierzchni (wyjątkiem są nawierzchnie sypkie).
Warto jednak zaznaczyć, że nadrzędnym celem ABS jest pierwsza z opisanych funkcji. W wielu sytuacjach istotniejsze dla bezpieczeństwa będzie zapewnienie kierowcy możliwości kierowania samochodem i ominięcia przeszkody, nawet jeżeli miałoby to wydłużyć drogę hamowania.
Należy pamiętać, że najczęściej hamowanie odbywa się bez udziału ABS. Układ czuwa nad przebiegiem hamowania zainicjowanego przez kierowcę i interweniuje dopiero, kiedy to konieczne.
ABS chroni również oponę przez nadmiernym, punktowym zużyciem wynikającym z zablokowania koła podczas hamowania. W razie wystąpienia na drodze awaryjnej sytuacji zwalnia on też kierowcę z konieczności manualnej modulacji siły hamowania i pozwala skoncentrować się na uniknięciu zagrożenia.
Jak działa układ ABS w samochodzie?
Aby lepiej zrozumieć zasadę działania układu ABS i tego, jak stan opon samochodowych przekłada się na jego pracę, musimy w pewnym stopniu zagłębić się w fizykę poruszającego się koła i działających na niego sił. Dla uproszczenia przyjmiemy ruch pojazdu i hamowanie w linii prostej.
Najbardziej istotne są tutaj siła hamowania oraz współczynnik tarcia. Siła hamowania powstaje, jak sama nazwa wskazuje, podczas hamowania pojazdu – hamulcami lub silnikiem. Wartość tej siły jest regulowana przez kierowcę, zaś zależy od siły nacisku koła na nawierzchnię drogi oraz współczynnika tarcia wzdłużnego opony o nawierzchnię drogi.
Wartość współczynnika tarcia wzdłużnego zależy natomiast od rodzaju nawierzchni, z którą współpracuje opona, prędkości ruchu samochodu oraz konstrukcji opony i jej rozmiaru.
Teraz do naszych rozważań musimy wprowadzić wartość poślizgu koła wyrażaną w procentach. Poślizg koła o wartość 100 proc. oznacza, że samochód porusza się z określoną prędkością na zablokowanych kołach, zaś 0 proc. równa się całkowitemu braku poślizgu i swobodnemu toczeniu się koła.
Poślizg koła jest ściśle związany ze współczynnikiem tarcia, a zależność tę ilustruje poniższy rysunek.
W dużym uproszczeniu możemy przyjąć, że w trakcie hamowania dochodzi do walki między współczynnikiem tarcia a siłą hamowania. Jeżeli współczynnik tarcia okaże się niższy niż siła hamowania, koła zostaną zablokowane, a skuteczność hamowania znacząco osłabnie (punkt Z na wykresie). Jeżeli siła hamowania będzie mniejsza niż współczynnik tarcia, koła będą się obracać, chociaż może wystąpić pewien poślizg. Badania dowiodły, że maksymalna siła tarcia – a więc największa skuteczność hamowania w przypadku nawierzchni twardych (suchy i mokry asfalt, lód) – występuje, kiedy poślizg koła wynosi między 15 a 25 proc. (punkt 0 na wykresie). I tu do akcji wkracza ABS. W trakcie hamowania układ dba o to, aby po przekroczeniu wartości granicznych dla poślizgu koła tak regulować pracę hamulców, by dopuścić do poślizgu tylko w tym optymalnym zakresie.
Jak stan opon wpływa na działanie systemu ABS?
Opony to podstawowy system bezpieczeństwa w samochodzie. To na nich opiera się cały ciężar auta i tylko one zapewniają pojazdowi kontakt z nawierzchnią. A ten kontakt jest kluczowym czynnikiem, jeżeli chodzi o skuteczność hamowania. Z tego powodu zła kondycja opon, nieprawidłowe ciśnienie i zużyty bieżnik będą istotnymi źródłami zakłóceń dla optymalnego działania układu ABS. Nawet najbardziej skuteczne i zaawansowane ewolucje systemu ABS nie zagwarantują odpowiedniego bezpieczeństwa, jeżeli podstawy ich działania nie będą stanowić opony w dobrej kondycji.
Są pewne przypadki, w których ta reguła nie do końca się sprawdza.
Przypomnijmy, im większy współczynnik tarcia, tym skuteczniejsze hamowanie i krótszy dystans potrzebny do zatrzymania samochodu. Można jednak zaobserwować, że nie we wszystkich sytuacjach nowe opony mają przewagę nad zużytym, płytkim bieżnikiem. Spójrzmy na poniższą tabelę.
Z czego wynika przewaga opon z płytszym bieżnikiem w niektórych sytuacjach?
Na nawierzchni suchej opony zużyte (o mniejszej głębokości bieżnika) osiągają wyższe wartości współczynnika tarcia, ponieważ ich bieżnik jest sztywniejszy. Klocki o mniejszej wysokości są po prostu mniej elastyczne, dodatkowo powierzchnia styku jest większa. To dlatego na suchych torach wyścigowych całego świata na suche nawierzchnie stosuje się tzw. slicki, czyli opony zupełnie gładkie, bez bieżnika. Sytuacja zmienia się diametralnie w przypadku nawierzchni mokrej.
Im grubsza warstwa wody pokrywa nawierzchnię, tym mniejszy współczynnik tarcia i wyraźniejsza różnica na korzyść opon nowych, z głębszym bieżnikiem. Warto zauważyć, że podczas najazdu na taflę wody o głębokości zaledwie 2 mm z prędkością 90 km/h współczynnik tarcia wzdłużnego dla opony zużytej osiąga wartość 0, a wiec opona nie ma żadnego styku z nawierzchnią. W tej samej sytuacji opona nowa w pewnym stopniu wciąż zapewnia przyczepność. Przyglądając się wynikom z tabeli, widać też, że opony „zużyte” cechują się wysokim współczynnikiem tarcia jedynie na nawierzchni suchej. Jeżeli pojawia się na niej nawet minimalna ilość wody, wartość współczynnika, a więc skuteczność hamowania, drastycznie spada. Takiego spadku nie odnotujemy w przypadku opony nowej.
Należy również zauważyć, że niezależnie od kondycji opony im wyższa prędkość, tym mniejsze wartości współczynniki tarcia. A to oznacza, że nawet najlepsze opony oraz najbardziej zaawansowane systemy bezpieczeństwa z ABS na czele nie oszukają praw fizyki i nie zwalniają nas z rozsądku za kierownicą.
Źródła obrazów: materiały szkoleniowe Inter Cars (dodatek techniczny do „Wiadomości” Inter Cars SA)
