Sistem brek cegah kunci

Brek ABS pada motosikal BMW.

Sistem brek cegah kunci (anti-lock braking system, ABS) merupakan satu sistem keselamatan kereta yang membolehkan roda kenderaan bermotor mengekalkan sentuhan cengkaman dengan permukaan jalan mengikut masukan pemandu sementara membrek bagi mencegah roda daripada terkunci (berhenti berputar) serta mengelak daripada hilang kawalan akibat tergelincir. Ia merupakan sistem automatik yang menggunakan prinsip pembrekan ambang dan pembrekan kadens yang sering dipraktikkan oleh pemandu mahir dengan sistem brek generasi terdahulu. Ia melakukannya dengan kadar yang lebih pantas dan kawalan lebih baik daripada yang dapat diuruskan oleh seseorang pemandu.

ABS secara amnya menawarkan kawalan kenderaan yang lebih baik serta memendekkan jarak membrek pada permukaan kering dan licin bagi kebanyakan pemandu; walau bagaimanapun, bagi permukaan jalan yang longgar seperti permukaan batu kerikil serta bersalji, ABS boleh menambah jarak membrek dengan ketara, walaupun ia masih menambah baik kawalan kenderaan.

Sejak penggunaannya secara meluas dalam kereta pengeluaran, sistem brek cegah kunci telah pun berevolusi dengan ketara. Versi terkini bukan sahaja mencegah roda daripada terkunci, malah ia turut mengawal kecenderungan kuasa membrek secara elektronik. Fungsi ini, bergantung kepada keupayaan spesifik dan implementasinya, juga dikenali sebagai pengagihan daya brek elektronik (EBD), sistem kawalan cengkaman, bantuan brek kecemasan, atau kawalan kestabilan elektronik (ESC).

Sejarah

Sistem terawal

ABS asalnya dibangunkan bagi kegunaan kapal terbang pada tahun 1929 oleh peneraju kereta dan kapal terbang Perancis, Gabriel Voisin, memandangkan hampir mustahil bagi melakukan pembrekan ambang pada kapal terbang. Sistem sebegini menggunakan roda tenaga dan injap yang disambungkan pada satu talian hidraulik yang menyuap silinder brek. Roda tenaga tersebut disambungkan pada sebuah gelendong yang berputar pada kelajuan yang sama seperti roda. Dalam pembrekan biasa, gelendong dan roda tenaga sepatutnya berputar pada kelajuan yang sama. Namun, jika salah satu roda mula berputar perlahan, gelendong pun turut berputar perlahan, meninggalkan roda tenaga berputar lebih laju. Ia menyebabkan injap terbuka, membolehkan sebahagian kecil bendalir brek memintas silinder brek utama ke dalam takungan tempatan, mengunangkan tekanan silinder dan melepaskan brek. Penggunaan gelendong dan roda tenaga bermaksud injap hanya terbuka apabila roda berputar. Dalam ujian, sejumlah 30% penambahbaikan terhadap prestasi membrek dicatatkan, kerana juruterbang dengan serta-merta menekan habis brek dan bukannya menambah tekanan secara beransur-ansur bagi mencari titik gelincir. Faedah tambahan ialah tiada lagi kes tayar terbakar atau meletup. (Petikan ini langsung tidak menyebut mengenai Gabriel Voisin, yang tidak terlibat dalam bidang penerbangan pada masa itu; malah tiada paten yang mengesahkan dakwaan ini)

Pada tahun 1958, motosikal Royal Enfield Super Meteor digunakan oleh Makmal Penyelidikan Jalan Raya bagi menguji sistem brek cegah kunci Maxaret. Eksperimen menunjukkan bahawa brek cegah kunci boleh jadi sangat bernilai kepada motosikal, yang mana penunggang terbabas mewakili sebahagian besar kemalangan jalan raya. Jarak membrek dikurangkan dalam kebanyakan ujian berbanding pembrekan roda terkunci, terutamanya di permukaan licin, yang mana penambahbaikan boleh jadi setinggi 30 peratus. Pengarah teknikal Enfield pada masa itu, Tony Wilson-Jones, walau bagaimanapun kurang melihat masa depan sistem tersebut, dan akhirnya ia tidak disertakan dalam pengeluaran oleh syarikat.

Sistem mekanikal sepenuhnya tidak banyak digunakan pada kereta pada tahun 1960an pada kereta lumba Ferguson P99, Jensen FF, dan Ford Zodiac pacuan semua roda eksperimen, tetapi tidak pula digunakan selanjutnya; sistem tersebut terbukti mahal dan tidak boleh diharap.

Sistem moden

Chrysler, bersama-sama dengan Bendix Corporation, memperkenalkan satu sistem ABS berkomputer, tiga saluran, empat pengesan pacuan semua roda yang dipanggil "Sure Brake" untuk model kereta 1971 Imperial. Ia boleh didapati selama beberapa tahun berikutnya, berfungsi seperti yang dikehendaki, dan terbukti boleh diharap. Pada tahun 1970, Ford menambah satu sistem brek cegah kunci dipanggil "Sure-track" pada roda belakang kereta Lincoln Continental sebagai pilihan; ia menjadi komponen piawai pada tahun 1971. Pada tahun In 1971, General Motors memperkenalkan ABS roda belakang sahaja "Trackmaster" sebagai pilihan bagi model pacuan roda belakang Cadillac dan Oldsmobile Toronado. Pada tahun yang sama, Nissan menawarkan EAL (Sistem Cegah Kunci Elektronik) sebagai pilihan bagi Nissan President, yang juga merupakan sistem ABS elektronik pertama buatan Jepun.

Pada tahun 1972, kereta pacuan empat roda Triumph 2500 Estate dipasang dengan sistem elektronik Mullard sebagai piawaian. Kereta sebegitu walau bagaimanapun sangat jarang didapati dan hanya beberapa buah sahaja yang masih digunakan sekarang.

Pada tahun 1985 Ford Scorpio diperkenalkan di pasaran Eropan dengan sistem elektronik Bosch sepanjang barisan modelnya sebagai piawaian. Disebabkan itu, model ini telah dianugerahkan Anugerah Kereta Tahunan Eropah 1986, dengan pujian daripada para wartawan permotoran. Setelah kejayaan tersebut Ford memulakan penyelidikan bagi sistem cegah kuncinya bagi barisan model selebihnya, yang seterusnya menggalakkan pengeluar lain mengikuti jejak langkahnya.

Pada tahun 1988, BMW memperkenalkan motosikal pertama dengan ABS elektronik-hidraulik iaitu BMW K100. Honda mengikut jejak langkahnya pada tahun 1992 dengan pelancaran motosikal ABS pertamanya iaitu ST1100 Pan European. Pada tahun 2007, Suzuki melancarkan motosikal GSF1200SA (Bandit) dengan ABS. Pada tahun 2005, Harley-Davidson mula menawarkan ABS sebagai pilihan untuk motosikal polis.

Operasi

Biasanya ABS terdiri daripada unit kawalan elektronik (ECU), empat pengesan kelajuan roda, dan sekurang-kurangnya dua injap hidraulik dalam litar hidraulik brek. ECU memantau kelajuan putaran setiap roda secara berterusan; jika ia mengesan salah satu roda berputar jauh lebih perlahan daripada yang lain, satu keadaan yang menandakan roda terkunci, ia melepaskan injap bagi mengurangkan tekanan hidraulik kepada brek bagi roda yang terlibat, sekaligus mengurangkan daya membrek pada roda tersebut; roda tersebut kemudian berputar lebih pantas semula. Sebaliknya, jika ECU mengesan salah satu roda berputar lebih laju daripada yang lain, tekanan hidraulik brek kepada roda terbabik ditingkatkan supaya daya brek dikenakan semula, memperlahankan roda tersebut. Proses ini diulang secara berterusan dan boleh dikesan oleh pemandu melalui denyutan pada injak brek. Sesetengah sistem cegah kunci boleh mengenakan dan melepaskan tekanan brek sehingga 15 kali sesaat. Disebabkan itu, roda-roda bagi kereta yang dilengkapi ABS secara praktikalnya mustahil untuk terkunci walaupun semasa pembrekan panik dalam keadaan ekstrim.

ECU diprogramkan supaya mengabaikan perbezaan kelajuan putaran roda di bawah satu ambang kritikal, kerana semasa kereta membelok, dua roda di bahagian tengah lengkuk berputar lebih perlahan daripada dua roda yang lain. Atas sebab yang sama ini jugalah gear pembeza digunakan dalam hampir kesemua kenderaan atas jalan.

Jika kerosakan dikesan pada mana-mana bahagian ABS, satu lampu amaran akan menyala pada papan pemuka kenderaan, dan ABS akan dilumpuhkan sehinggalah kerosakan tersebut diperbaiki.

ABS moden mengenakan tekanan brek individu pada kesemua empat roda melalui satu sistem kawalan pengesan yang terpasang pada hab serta satu pengawal mikro khas. ABS ditawarkan atau didatangkan secara piawai dalam kebanyakan kenderaan jalan raya yang dikeluarkan hari ini serta menjadi asas kepada sistem kawalan kestabilan elektronik, yang semakin melonjak popular akhir-akhir ini berikutan penurunan ketara sistem elektronik kenderaan setiap tahun.

Sistem kawalan kestabilan elektronik moden merupakan satu evolusi bagi konsep ABS. Di sini, sekurang-kurangnya dua pengesan tambahan ditambah bagi membantu sistem tersebut berkungsi: ia adalah pengesan sudut stereng, serta pengesan giroskop. Teori pengendaliannya sangat mudah: apabila pengesan giroskop mengesan arah pergerakan kereta tidak mengikut pengesan stereng, perisian ESC akan membrek (beberapa) roda individu penting (sehingga tiga buah roda pada sistem yang paling canggih), agar kenderaan kembali semula mengikut arah seperti yang dimahukan pemandu. Pengesan steseng juga membantu operasi kawalan brek membelok (CBC), memandangkan ia memberitahu ABS bahawa roda di dalam lengkuk perlu dibrek lebih daripada roda di luar, serta banyak mana daya membrek yang diperlukan.

Peralatan ABS juga boleh digunakan bagi implementasi sistem kawalan cengkaman (TCS) semasa pecutan kenderaan. Jika tayar hilang cengkaman semasa memecut, pengawal ABS boleh mengesan situasi tersebut dan mengambil tindakan bersesuaian supaya cengkaman dikembalikan. Versi yang lebih canggih pula turut berupaya mengawal aras pendikit serta brek secara serentak.

Sejak pengenalan Subaru Legacy pada tahun 1989, Subaru merangkaikan fungsi brek cegah kunci empat saluran dengan sistem pacuan semua roda supaya jika kereta mengesan mana-mana roda yang mula terkunci, pemboleh ubah yang terhasil membantu sistem pacuan semua roda yang dipasang pada kenderaan dengan transmisi automatik untuk diaktifkan bagi memastikan kesemua roda mencengkam secara aktif sementara sistem cegah kunci cuba memberhentikan kereta.

Komponen

Terdapat empat komponen utama ABS: pengesan kelajuan, injap, pam, dan pengawal. ­

Pengesan kelajuan

Sistem brek cegah kunci memerlukan satu cara untuk mengetahui sama ada sesebuah roda itu hampir terkunci. Pengesan kelajuan, yang terletak pada setiap roda, atau dalam sesetengah kes, gear pembeza, memberikan maklumat tersebut.

Injap

Terdapat sebuah injap pada talian brek bagi setiap brek yang dikawal oleh ABS. Dalam sesetengah sistem, injap tersebut mempunyai tiga kedudukan:

• Dalam kedudukan satu, injap terbuka; tekanan dari silinder utama dilalukan melaluinya ke brek.
• Dalam kedudukan dua, injap menyekat talian, mengasingkan brek daripada silinder utama. Ia mencegah tekanan daripada terus naik apabila pemandu menekan injak brek dengan lebih kuat.
• Dalam kedudukan tiga, injap melepaskan sebahagian tekanan daripada brek.

Pam

Semasa sistem ABS beroperasi talian brek hilang tekanannya. Pam tersebut membekalkan semula tekanan kepada sistem.

Pengawal

Pengawal merupakan ECU di dalam kereta yang menerima maklumat daripada pengesan kelajuan roda individu, yang mana jika roda hilang cengkaman maka isyarat dihantar kepada pengawal, kemudian pengawal akan mengehadkan daya brek (EBD) dan mengaktifkan modulator ABS yang membuka dan menutup injap brek.

Kegunaan

Terdapat banyak variasi dan algoritma kawalan yang berbeza bagi kegunaan ABS. Salah satu daripada sistem yang lebih mudah berfungsi seperti berikut:

1. Pengawal memantau kelajuan roda sepanjang masa. Ia mencari nyahpecutan roda yang tidak sama seperti biasa. Sebaik sebelum roda terkunci, ia akan mengalami nyahpecutan pantas. Jika dibiarkan, roda akan terhenti lebih cepat daripada kereta. Ia mungkin mengambil masa lima saat untuk kereta berhenti daripada kelajuan 60 bsj (96.6 km/h) di bawah keadaan ideal, tetapi sebuah roda yang terkunci boleh berhenti berputar dalam masa kurang daripada sesaat.
2. Pengawal ABS tahu bahawa nyahpecutan pantas sebegitu tidak mungkin, maka ia mengurangkan tekanan pada brek tersebut sehingga ada pecutan, kemudian ia menambah tekanan sehingga berlaku nyahpecutan kembari. Ia berupaya melakukannya dengan sangat pantas, sebelum tayar benar-benar berubah kelajuannya. Hasilnya ialah tayar akan diperlahankan pada kadar yang sama seperti kereta, dengan brek mengekalkan tayar sangat hampir dengan titik ia akan mula terkunci. Ia memberikan sistem tersebut kuasa membrek yang maksimum.
3. Apabila ABS berfungsi, pemandu akan merasa denyutan pada injak brek; ia terhasil daripada bukaan dan tutupan injap yang pantas. Denyutan ini juga memberitahu pemandu bahawa ABS diaktifkan. Sesetengah sistem ABS boleh berkitar semula sehingga 16 kali sesaat.

Jenis brek

Sistem brek cegah kunci mengguna skim berbeza, bergantung kepada jenis brek yang digunakan. Ia boleh dibezakan melalui bilangan saluran: iaitu, berapa banyak injap yang dikawal secara individu—serta bilangan pengesan kelajuan.

ABS empat saluran, empat pengesan

Ini merupakan skim terbaik. Terdapat satu pengesan kelajuan pada kesemua empat roda serta satu injap berasingan untuk keempat-empat roda. Dengan tetapan ini, pengawal memantau setiap roda secara individu untuk memastikan ia mencapai daya membrek maksimum.

ABS tiga saluran, empat pengesan

Terdapat satu pengesan kelajuan pada kesemua empat roda serta injap berasingan untuk roda hadapan, tetapi hanya satu injap bagi kedua-dua roda belakang.

ABS tiga saluran, tiga pengesan

Skim ini lazim terdapat pada lori pikap dengan ABS empat roda, mempunyai satu pengesan kelajuan dan satu injap bagi setiap roda belakang, dengan satu injap dan satu pengesan bagi kedua-dua roda belakang. Pengesan kelajuan bagi roda belakang terletak pada gandar belakang. Sistem ini memberikan kawalan individu pada roda hadapan, supaya kedua-duanya boleh mencapai daya brek maksimum. Roda belakang, walau bagaimanapun, dipantau bersama; kedua-duanya perlu mula terkunci sebelum ABS diaktifkan di belakang. Dengan sistem ini, adalah mungkin bahawa salah satu roda belakang akan terkunci apabila terhenti, mengurangkan keberkesanan brek. Sistem sebegini mudah untuk dikenal pasti, memandangkan tiada pengesan kelajuan individu bagi roda belakang.

ABS satu saluran, satu pengesan

Sistem ini lazim terdapat pada lori pikap dengan ABS rda belakang. Ia mempunyai satu injap, yang mengawal kedua-dua roda belakang, dan satu pengesan kelajuan, terletak pada gandar belakang. Sistem ini breoperasi sama seperti sistem tiga saluran. Roda belakang dipantau bersama dan kedua-duanya perlu mula terkunci sebelum ABS mula berfungsi. Dalam sistem ini, adalah mungkin bahawa salah satu daripada roda akan terkunci, mengurangkan keberkesanan brek. Sistem ini mudah untuk dikenal pasti, memandangkan tiada pengesan kelajuan individu pada mana-mana roda.

Lihat juga

• Pengagihan daya brek elektronik
• Kawalan kestabilan elektronik