על בסיס ה- ABS - חיישנים המקושרים למערכת היודעת לשלוט במערכת הבלימה - נוצרו מערכות עזר רבות לבלימה ולשליטה על אחיזת הרכב ויציבותו. התוצאה: בקרה, שליטה ותיקון במצב הדינמי של הרכב, כאשר משהו משתבש בתחום האחיזה.
שווי שימוש
מערכת ה- ABS מאפשרת שימושים נוספים בה: אם כבר יש לנו חישני מהירות היודעים לתת למערכת הפיקוד משוב על המהירות, ויש לנו שסתומים המסוגלים לווסת את לחץ השמן, ניתן להשתמש במערכת גם לצורכי בקרת משיכה. אבל למה צריך את זה?
המומנט המיוצר במנוע ומועבר לגלגלים מוגבל ביכולת העברתו לכביש, על-ידי הצמיגים. יכולת האחיזה שלהם מוגבלת, וכאשר יעבור הצמיג את המגבלה, יסתחרר הגלגל על ריק ("יפרפר", כלשון העם), וכל הכוח יתבזבז על העלאת עשן מהצמיגים, שחיקתם הנוראית ואפס תזוזה. הבעיה חריפה במיוחד במכוניות הנעה קדמית בעלות מנוע חזק. האצת המכונית מעבירה, מטבע הדברים, את עיקר המשקל לגלגלים האחוריים. אך אלה, שאינם מניעים, עומדים ככלי ריק לנוכח רצון הנהג, בשעה שהגלגלים הקדמיים, האוחזים, מאבדים את המשקל המצמידם לכביש ומאפשר להעביר את הכוח אליו.
אשר על כן, פותחה מערכת בקרת המשיכה, המכונה TCS- Traction Control System. יש יצרנים, כמו מרצדס, המכנים מערכת זו ASR - Acceleration Slip Regulation (ויסות החלקה בהאצה). כאשר מחשב המערכת מזהה כי גלגל מסוים מסתובב מהר יותר ממהירות הרכב, קרי - הוא מסתחרר סביב עצמו, המחשב מפעיל מספר פעולות במקביל - הראשונה היא בלימת הגלגל המסתחרר. השניה היא הפחתת סל"ד המנוע. הפחתה זו מתאפשרת באמצעות קישור בין המיקרו-מעבד של מערכת בקרת המשיכה למחשב ניהול המנוע. אחת המכוניות הראשונות בה הותקנה המערכת הייתה סאאב 9000, אך כמו בכל פיתוח מעניין, הפתרון אומץ מיידית על-ידי שאר יצרני הרכב, והותאם בעיקר למכוניות הנעה קדמית בעלות מנוע חזק.
מרגע שהאלקטרוניקה נכנסה לתמונה, נפתח פתח לפעילויות ושיפורים נוספים. הענף החדש, יחסית, בתעשיית הרכב, המכונה "מכאטרוניקה" - שילוב של מכניקה ואלקטרוניקה, מוציא את המיטב משני העולמות לטובת הנהג ולתפארת מדינת ישראל (ולעוד כמה מדינות בדרך אגב).
המוצר הנוסף מבית מערכות בקרת הבלימה והשליטה הנו מערכת חלוקת עוצמת הבלימה –
EBD - Electronic Brake-force Distribution. מערכת זו, אף היא מבוססת על חוֹמרת מערכת ה- ABS, מזהה התנהגות שונה של הגלגלים בבלימה. ההתנהגות השונה עלולה לנבוע ממשטחים בעלי מקדמי חיכוך שונים, כגון שולי הכביש "המכורכרים" לעומת האספלט. במערכות רגילות, מופעל כוח שווה לכל הגלגלים, והחלקה של אחד מהם, בגין משטח בעל אחיזה שונה, עלולה לגרום לחוסר יציבות. תופעה נוספת, הנגזרת מכך שבעת בלימה נע מרכז הכובד קדימה, היא שהגלגלים האחוריים ננעלים מוקדם יותר מהקדמיים, וכשזה קורה בפנייה, נוצר מומנט ביחס למרכז הכובד, העלול "לזרוק" את החלק האחורי הצידה, בהיגוי-יתר ספקטקולרי אך מסוכן. מערכת ה- EBD מקבלת את נתוני חיישני המהירות בגלגלים, משווה בין הגלגלים על אותו ציר ובין הצירים, ומפחיתה בהתאם את לחץ השמן בצינורות המתאימים. כמובן, שיא יעילות המערכת יושג במערכות בעלות ארבעה ערוצים (ערוץ בלימה לכל גלגל) ולא במערכות בעלות שלושה ערוצים ופחות (הסבר מפורט
ראה בכתבה הקודמת). למערכת זו יתרון גם בהקטנת שחיקת רפידות הבלם, שכן כוח הבלימה הנדרש תמיד יהיה זה המספיק ולא המרבי. מערכת זו יכולה לפעול במקביל למערכת ה- ABS ולא במקומה, שכן היא מפחיתה את הלחץ הכולל בצנרת השמן ולא משאירה אותו כמו שהוא, תוך שליטה רק על הבוכנות שבגלגל.
יצרנים רבים מציעים כיום את ה- EBA - Emergency Brake Assist - סיוע לבלימה בחירום. חיישן על דוושת הבלם מזהה את מהירות לחיצת הדוושה. כאשר המהירות עולה מעל ערך מסוים, המערכת "מבינה" כי מדובר בבלימת חירום, ומגבירה את לחץ הבלימה עוד לפני הגעת הדוושה לקצה מהלכה. לחץ זה נשמר עד לעזיבת הדוושה. באופן זה, נכנסת מערכת ה- ABS מהר יותר לפעולה. במקביל, מדליקה המערכת את אורות האזהרה המהבהבים, להגברת מודעות הרכב שמאחוריך לבלימת החירום.
יציבות נפשית
איבוד שליטה ברכב מתחיל בדרך כלל בהחלקה: היגוי-יתר בסיבוב, בו הגלגלים האחוריים מאבדים אחיזתם בכביש, גורם להחלקת גלגלים אלה. כאשר הנהג אינו נוקט בפעולה מתקנת נכונה, המגמה עלולה להחריף עד כדי יציאת הרכב מיציבותו הכיוונית, הסתחררותו ואף התהפכותו. ברור, אם כך, כי איתור הבעיה עוד בשלב בו היא בת-שליטה הינו חיוני. אך הואיל ובני אדם אנו, וגם המוכשרים בנהגי הפורמולה 1, בעלי יכולת התגובה המהירה כברק עדיין בני אדם הם, באה הטכנולוגיה ואמרה: "בן אדם - צא מחוג ההחלטה והותֵר לי את הטיפול בבעיה". וגם במקרה זה, טכנולוגיה זו הגיעה משטוטגרט, ממחלקת הפיתוח של מרצדס. למערכת זו ניתן השם ESP - Electronic Stabilization Program. כשמה כן היא - תוכנית לייצוב הרכב באופן אלקטרוני. במכונית מותקן מחשב (איך לא), המקבל את קריאות חיישני המהירות מהגלגלים. זיהוי החלקה מביא את המחשב להחליט איזה גלגל מחליק ומה פעולות הנגד שתינקטנה. פעולות אלה כוללות בלימת הגלגל המתאים להחזרת המכונית למסלולה והפחתת כוח המנוע או הגברתו, בדומה למערכת בקרת המשיכה. אלא שכאן, לאו דווקא הגלגל הסורר הוא הנבלם. ניקח לדוגמא פנייה שמאלה, בה מתקבל היגוי-יתר, הגורם לזנב המכונית "לברוח" ימינה. כשהמערכת תזהה את החלקת הגלגל הימני האחורי, שהוא המחליק ראשון, היא תבלום את הגלגל הימני הקדמי, שהחל מעתה ישמש כ"רגל ציר" עליה תסתובב המכונית בחזרה לנתיבה. בנוסף, יועלה סל"ד המנוע, על מנת למנוע העברת המשקל לאחור, כתוצאה מהתגובה האינסטינקטיבית של הנהג להרפות מדוושת התאוצה.
פיתוח המערכת הסתיים בשלהי 1994 והיא הותקנה בתחילה בדגמי הפאר של מרצדס, (דגמי ה- S600 ,CL600 ודומיהם), ואט-אט ירדה לעם. התפנית המהותית בשימוש במערכת הגיע ב-1998, כאשר מרצדס הציגה קבל עם ועולם את דגם ה- A המהפכני, מבחינתה. אלא שההשקה לוותה בקולות צורמים מיידיים, שגרמו לקונצרן הבווארי להפסיק את מכירת המכונית, עד לטיפול בבעיה פעוטה - המכונית, בעלת יחס רוחב לגובה יוצא דופן, נטתה (תרתי משמע) להתהפך. בפעולה דחופה, ציידה מרצדס את ה- A הקטנה במערכת ESP תקנית - לא אופציונלית. ובכך הייתה זו למכונית היחידה מסוגה (קומפקטית) המצוידת במערכת מתקדמת מסוג זה.
בניסויים שנערכו בסימולטור נהיגה, "הותקלו" 80 בעלי מרצדסים בתנאי קרח על הכביש בארבע פניות. קרח זה הפחית את כוח האחיזה של הצמיגים ב-70 אחוזים בתוך מספר מטרים. כאשר דוּמָה מצב בו לא מורכבת במכונית מערכת ESP, 78 אחוזים מהנהגים איבדו את השליטה על הרכב ולא הצליחו להחזירו למסלולו, תוך גרימת שרשרת תאונות וירטואליות, בעוד שכאשר המערכת "שולבה", כל הנהגים, ללא יוצא מן הכלל, נחלצו מהמצב בלא פגע.
אלקטרונים בבלימה
המכאטרוניקה, שבסקירות קודמות כבר ראינו את "התערבותה" בתחום ההיגוי, ההילוכים והמתלים, פלשה גם לתחום הבלימה. אלא שאין משמעות הדבר השתלטות עוינת. נהפוך הוא - השילוב בין המכאניקה לאלקטרוניקה הניב רק תוצרים טובים, בקחתו את הטוב מכל תחום. בטרם נבחן כיצד האלקטרוניקה והחשמל משתלבים בבלמים, שומה עלינו להבחין בהבדלים העיקריים בין המכאניקה לאלקטרוניקה ולחשמל. ראשית, יש לזכור כי בסופו של תהליך, כל פעולה ברכב מבוצעת על-ידי מנגנון מכאני, גם אם זה מופעל בחשמל, או מבוקר באמצעות מחשב. הפעולה המכאנית היא אמינה מטבעה, שכן בהיותה ההפעלה הותיקה ביותר בטכנולוגיה האנושית, נצבר מידע רב על הכוחות הפועלים בכל מצב (כמעט), והידע בחומרים הגיע למצב בו ניתן לתכנן מנגנונים וחלקים לפעולה מדויקת, ללא כשל. אך אליה וקוץ בה: מנגנונים אמינים דורשים חומרים טובים, תכנון מדוקדק, ייצור קפדני ואחזקה נאותה. בקיצור - כסף. בנוסף, מנגנון מכאני לוקה בדרך כלל בגודל פיזי גדול ובמשקל רב יותר מאשר מנגנונים אחרים. העברת התנועה דורשת שימוש במוטות קישור, שרשראות, רצועות או גלגלי שיניים, ומטבע הדברים אלה תופסים נפח ומשקל גדולים יותר מאשר חוטי חשמל. לחשמל יתרונות ברורים - קצב העברת המידע בחוטי החשמל מהיר ביותר, החוטים תופסים נפח מזערי ושוקלים מעט, אך מנועים חשמליים אינם מגיעים לעוצמת המנועים "הקלאסיים" ולעוצמת המנגנונים המכאניים. גם האלקטרוניקה יודעת להגיב מהר ומדויק, ניתן לתכנת שבבים לפיקוח על כל דבר כמעט, הגם שבקצה הפיקוח נמצא מנגנון מכאני, על מגרעותיו ומעלותיו.
בתווך, בין ההפעלה החשמלית להפעלה המכאנית, נוכל למצוא את ההפעלות ההידראולית והפנאומטית. עקרונית, שתיהן דומות: הן מבוססות על זורם היוצר לחץ על בוכנות, ואלה נעות ומבצעות תנועה. מערכת הידראולית כוללת מאגר שמן, משאבה או מנוע הידראולי, קווי לחץ ובוכנה בקצה, בשעה שמערכת פנאומטית מבוססת על מאגר אוויר דחוס, מדחס, קווי לחץ ובוכנות. מערכות אלה יודעות לספק כוחות גדולים, אך חסרונותיהן נובעים מהשימוש בזורם כמפעיל לחץ. לשם פעולתה התקינה, מחויבת המערכת להיות אטימה לחלוטין, ללא נזילות ודליפות. חסרון זה, יחד עם הנפח הנדרש למערכות ייצור הלחץ (מאגר שמן/אוויר ומשאבה/מדחס), הביאו לידי ניסיון להפעיל את רפידות הבלם באמצעות מנועים חשמליים ולא באמצעות הבוכנות הזכורות לטוב מהגיליונות הקודמים. מנועים אלה קרויים "סולֶנוידים". הסולנויד הוא מתקן הכולל בתוכו אלקטרו-מגנט, שהוא סליל הכרוך סביב ליבת ברזל. כאשר הוא מקבל זרם, מושרה בו שדה מגנטי. בתוך השדה נמצא מוט ברזל, הנדחה כשהשדה נוצר, ונמשך כשהשדה מנותק. תנועת המוט בתוך הסולנויד מייצרת תנועה קווית, ומאפשרת חיבור של מנגנונים לקצה המוט. באופן זה, ניתן לחבר לכל גלגל סולנויד במקום בוכנת ההפעלה ההידראולית, ולחיצת רפידות הבלם כנגד הדיסק תבוצע על-ידי הסולנויד. הזרם החשמלי מיוצר על-ידי המצבר, כשהדרישה לזרם מגיעה מדוושת הבלם החשמלית. נשמע מסובך? כן ולא.
הסולנויד והפיתוחים
סולנויד הוא המצאה שימיה כימי המערכות האלקטרו-מכאניות הראשונות במפעלי התעשייה של תחילת המאה ה-20. ברם, השימוש בו לצורכי הפעלת הבלמים הוא חדש עד מאד ולא פשוט כלל ועיקר. על המערכות המשתמשות בו ועל הפיתוחים העתידיים בתחום, בכתבה הבאה.
