הכתבה המלאה פורסמה במגזין אוטו בגיליון 208.
הקקפוניה הבלתי גמורה
כולנו מכירים את הצרימה הבלתי נסבלת של בלמים, כשאנו עומדים ברמזור ורכב אחר מגיע. חריקת מתכת במתכת, בפרט במהירויות הנמוכות, עלולה להוציא אדם מן הישוב מדעתו, קל וחומר את הנהג עצמו. מדוע נוצרת החריקה? מסתבר, שהתשובה אינה כה מובנת מאליה, לפיה רפידות הבלם גמורות ותושבותיהן הן אלו הצורחות במגען עם הדיסק או התוף. עד כמה שיישמע הדבר מוזר, מפליא הוא כי בדרך כלל אין רעש מהבלימה. ובאמת- הלא כששני משטחים קשים מתחככים זה בזה במהירות, נוצרת צווחת מחאה קולוסאלית. הסיבה העיקרית לרעש, היא כי לכל מרכיב במערכת הבלמים יש תדר עצמי משלו, הנובע ממבנהו הגיאומטרי ומהחומר המרכיב אותו. כאשר נוצרות רעידות, ייתכן מצב לפיו תדירות הרעידות החיצוניות, הנוצרות עקב החיכוך בין המרכיבים, זהה לתדירות העצמית של המרכיבים. במצב זה נוצרת תהודה, הגורמת לרעש בלתי נסבל. תופעה זו מתרחשת בעיקר במהירויות נמוכות (מתחת ל- 30 קמ^ש) ובלחצי בלימה נמוכים (מתחת ל- 20 באר), ולפיכך נשמעת בעיקר בעת שלבי העצירה האחרונים בצומת. כיצד אם כן היא אינה נשמעת בדרך כלל? הדרך להתמודד עם הרעש הזה היא בשני אופנים: הואיל ונוצרת לנו מעין תיבת תהודה כשל כינור, בה הדיסק הוא תיבת התהודה המייצרת את התדר העצמי, ורפידות הבלם הן קשת הכינור, ניתן לטפל בכל אחד מהם בנפרד. הרפידות מטופלות על-ידי הדבקת תותבי גומי משככי רעש מאחוריהן, או בחיבור של פחיות שהתדר העצמי שלהן מותאם לתדר הבלימה, על מנת למנוע את התהודה (ראה בתמונה). הטיפול בדיסק מחייב תכנון גיאומטרי מדוקדק, תוך התייחסות לחומר - זהו תהליך מורכב יותר, אך המניע גדול: עלות מימוש האחריות השנתית ל^צריחת בלמים^ אצל יצרני הרכב האירופיים עולה על 100 מיליון אירו! בנוסף למשמעויות הכספיות, תקני איכות הסביבה הקפדניים באירופה, המתייחסים גם לרעש, הם זרז נוסף להתייחסות רצינית מצד היצרנים.
גלגל נעול- לא שביל אליו, לא דרך
החיכוך הנוצר בין הצמיג לכביש, כבר שנינו, הוא חיכוך גלגול. בנקודת המגע מתקיים חיכוך סטטי, המאפשר לגלגל להיאחז בכביש, על מנת לדחוף הלאה את הרכב. כאשר הכביש חלק, לא נוצר החיכוך הסטטי הזה, והגלגל מחליק על המשטח, כשהוא סובב סביב עצמו, אם הוא גלגל מניע, או כלל לא זז, אם הוא גלגל נגרר. חוקי הפיזיקה קובעים שחיכוך סטטי לעולם גדול יותר מחיכוך דינמי, והרי לכם ההסבר מדוע גלגל מתגלגל בולם טוב יותר מגלגל מחליק. התופעה ברורה על קרח - החיכוך על פניו הוא חיכוך החלקה נמוך ביותר, אשר על כן בלתי אפשרי לבלום ללא שימוש בשרשראות המותקנות על הגלגל, שוברות את המעטה העליון ונאחזות בקרקע או במדרגה שנוצרה על מנת ליצור חיכוך סטטי. כל עוד הבעיה התמקדה בבלימה בקו ישר, ללא מכשולים מלפנים, ניחא. דא עקא, שכבישינו עמוסים במכוניות, צמתים, תמרורים ועוד, ומרחק הבלימה אינו יכול להיות אין-סופי. כאשר נדרשת בלימת חירום, עליה להיות קצרה ככל האפשר, וחשוב מזה: לאפשר היגוי הרכב לכיוון הרצוי. ההיגוי חשוב לעיתים יותר מיכולת הבלימה, שכן הוא עשוי למנוע התנגשות במכשולים או בכלי רכב. ההיגוי מושתת, כמו הבלימה, על חיכוך סטטי בין הצמיג לכביש. על מנת לפנות, על הצמיג לייצר אחיזה בקרקע, ולהשתמש בה כנקודת משען להפניית הרכב. כאשר אין אחיזה, אין היגוי. אמנם, הגלגלים הקדמיים ייסובו עם כיוון סיבוב ההגה, אך הרכב ימשיך בכיוון בו החלה הבלימה. חמור מזה: במקרה של בלימה בסיבוב והחלקת הצמיגים, מגמת ההחלקה תיקבע עפ^י הכוחות החיצוניים הפועלים על הרכב ברגע זה, ולרוב הם יגרמו להסתחררות הרכב ואף להתהפכותו. במקרה ^הטוב^, הרכב יחצה את נתיבו למסלול הנגדי, בלא להתהפך אך יציאתו בשלום מההרפתקה תלויה במזל של אי הגעת רכב ממול, או בתנאי הכביש (מדרון או קיר בצד השני).
אך לא רק במקרה של כביש רטוב או קרח נוצרת הבעיה- בכל בלימה בה ננעלים גלגלי המכונית, נוצר חיכוך החלקה עם הכביש, והשפעתו על יכולת ההיגוי זהה כבמקרה של קרח. כלומר- אין היגוי. כך הופכת סוגיית נעילת הגלגלים לסוגייה בטיחותית ממדרגה ראשונה. אלא שאין זו המצאה חדשה- הבעיה קיימת משחר המצאת המכונית.הפתרון לבעיה חדש, יחסית. ופתרון זה קרוי ^מערכת למניעת נעילת גלגלים בבלימה^ ובפשטות: ABS- Anti-lock Braking System.
החוש השישי
היוזמה לפיתוח מערכת ה- ABS הגיעה מהתעופה האזרחית. קיצור מרחק הנחיתה, ובפרט בעת נחיתות על מסלול מושלג או מכוסה קרח, היה צורך חיוני. לעולם הרכב הובאה לראשונה במכונית הג'נסן FF, אותה בריטית שהייתה גם מכונית ה- 4X4 הראשונה לכביש, עם מנוע V8 אמריקאי שסיפק 325 כ^ס. מערכת ה- ABS שלה יוצרה על-ידי דנלופ, אך היא לא השתמשה במחשב, כמובן, אלא בחיישני מהירות על בלמי הדיסק, שהתריעו על נעילתם. ב.מ.וו התחילה בהתקנת מערכת ABS במכוניותיה ב-1979, ובוש הצליחה לשכנע את מרצדס וב.מ.וו להתקין מערכת מתוצרתה בדגמי הפרימיום, בתחילת שנות ה-80. פורד הייתה הראשונה שהציעה את המערכת כציוד תקני בדגם הסקורפיו של 85', כששברולט הציעה אותה כאופציה בדגמי הקורבט. במחצית שנות ה- 80, פותחה מערכת קטנה למכוניות קטנות, כמו פיאט אונו ופורד אסקורט, הגם שמערכות אלה פעלו על הגלגלים הקדמיים בלבד. נקל להבין החלטה זו, שכן שמירת יכולת ההיגוי בעת בלימה הייתה המטרה העיקרית של המערכת.
מערכת ה- ABS, כל מערכת כזו, הואיל ולא יוצרה בצה^ל, מבוססת על ארבעה מרכיבים: חיישני מהירות, משאבה, שסתומים ובקר ניהול המערכת. חיישני המהירות הם לב המערכת, שכן הם המודיעים לבקר כי הגלגל שבאחריותם נמצא בהחלקה. וכיצד הם יודעים? חיישני המהירות מושתתים על העיקרון הפיזיקלי של השראת זרם בשדה מגנטי. בתוך החיישן יש מגנט, היוצר שדה מגנטי סביבו. ראש החיישן, העשוי ממתכת בעלת תכונות מגנטיות (אלומיניום, למשל, אינו כזה), בא במגע קרוב, אף כי לא צמוד (מרווח של כעשירית מ^מ), עם גלגל שיניים קטן המותקן על הגלגל. סיבוב גלגל השיניים גורם להשתנות התנגדות ראש החיישן במחזוריות, וזה גורם להשראת זרם בשדה המגנטי. זרם זה מועבר דרך שני מגעים ליחידת הבקרה של המערכת. יתרונם של חיישנים אלה הינו בעצמאותם- הם אינם צורכים זרם אלא מספקים אותו.
הידראוליקה בפעולה
חיישני המהירות מותקנים על הגלגלים או בתוך הדיפרנציאל. הדיפרנציאל, מעצם תפקידו, מזהה הבדלי מהירות בין גלגלים על אותו ציר או בין צירים, ולכן מדידת המהירות בו אינה שונה ממדידתה בגלגלים. כאשר נוצר אות חשמלי בחיישנים, הוא מועבר דרך תיילים חשמליים ליחידת הבקרה והפיקוד על המערכת. יחידה זו מקבלת את נתוני מהירות הגלגלים ומשווה אותם לנתון מהירות הרכב. כאשר מהירות הרכב גדולה ממהירות הגלגל, משמע הגלגל ננעל. כאשר מהירות הרכב קטנה ממהירות הגלגל, הגלגל סובב על צירו לריק. לכך יש משמעות למערכת בקרת המשיכה, עליה תקראו במדור בפעם הבאה.
יחידת הבקרה שולחת פקודה לשסתומים השולטים על הבלמים. לאלה שלושה מצבים: פתוח לחלוטין, לבלימה מלאה, סגור - מצב המונע המשך עליית הלחץ בבוכנה, גם כאשר הנהג ממשיך ללחוץ על הדוושה, וחלקי - מצב בו משוחרר לחץ מהבוכנה, להפחתת כוח הבלימה במקרה של גלגל נעול.
מתוך האמור בתחילת הכתבה, ברור כי מצב הבלימה הטוב ביותר הוא כאשר הרפידות נמצאות אך כפסע לפני נעילת הגלגל. משום כך, על המערכת לפעול במחזורים של חלקיקי שנייה - לשחרר לחץ לפני נעילה, ומיד עם השוואת מהירות הגלגל למהירות המכונית, להפעיל הלחץ שנית. צריך לזכור כי בלימת מכונית ממהירות של 100 קמ^ש למהירות אפס אורכת כחמש שניות, בעוד שעצירת הגלגל במהירויות אלה אורכת פחות משניה (הכל, כמובן, בתנאים אופטימליים). רוב מערכות ה- ABS פועלות במחזוריות של 15 מחזורי בלימה-שחרור בשניה. פעולה זו מורגשת בדוושה כרעידות או נקישות. נהגים שאינם מתורגלים בכך, עלולים להיבהל מתחושת הדוושה ולהרפות ממנה כתגובה אינסטינקטיבית, דווקא ברגע החשוב ביותר.
רוב המערכות כיום הינן מערכות של ארבעה ערוצים וארבעה חיישנים - כלומר, לכל גלגל חיישן מהירות משלו ושסתום הפעלה הפוקד אך עליו. אך נפוצות גם מערכות של שלושה ערוצים ושלושה חיישנים, בעיקר בטנדרים אמריקאיים- לכל גלגל קדמי חיישן וערוץ בלימה משלו, ולציר האחורי כולו חיישן אחד וערוץ בלימה אחד. החיסרון ברור: רק נעילה של שני הגלגלים האחוריים תביא להפעלת המערכת, ובינתיים אבד מרחק בלימה יקר, כשרק אחד הגלגלים ננעל. היתרון: עלות נמוכה. אך לא תמיד העלות הנמוכה הראשונית מסתכמת ככזו. בנדיקס, החברה האמריקאית הגדולה, קראה באוגוסט 00' לכ- 300 אלף כלי רכב מסחריים, בהם אוטובוסי בי^ס ומשאיות כבדות, לתיקון מערכות ה- ABS שלהן, שהתגלה בהן פגם שמנע בלימה יעילה במהירות הקטנה מ- 30 קמ^ש. נקל לשער כי הוצאות אלו עלו על החיסכון שהושג עד אז.
שיווק וביטוח
מחקר שהוזמן על-ידי חברות ביטוח בארה^ב ב- 95' והתפרסם ב- 96', לא מצא הבדל ברמת מעורבותן של מכוניות המצוידות ב- ABS בתאונות דרכים לעומת כאלה שאינן. יתרה מכך, לא נמצא כי נוסעי מכוניות המצוידות במערכת ניצלו ממוות בשיעורים ניכרים מנוסעי מכוניות ^רגילות^, אם בכלל. האמנם כל הפיתוח היה לשווא? כתוצאה מהמחקר, החליטו שתי חברות ביטוח גדולות בארה^ב לבטל את ההנחה שניתנה לבעלי רכב בעל ABS, צעד שהעלה עליהן את חמתם של יצרני הרכב. לכך נוספה גם הטענה (הנכונה כשלעצמה), שמערכת ה- ABS אינה מקצרת את מרחק הבלימה. יצרני הרכב טענו כי האשם הוא בנהג - זה, שהתרגל במשך שנים ^לפמפם^ על דוושת הבלם בעת עצירת חירום, למניעת נעילת הגלגלים, נדרש עתה לשנות את התנהגותו וללחוץ לחיצה יחידה אך החלטית, עד סוף מהלך הדוושה, ולא להרפות עד העצירה. אך ^גרסא דינקותא גרסא^, וכך נהגים שוגים באופן הלחיצה, כמו גם בהרפיית הדוושה עקב הרעידות, כאמור לעיל. בנוסף, נטען כי היכולת לשלוט בהיגוי גרמה לכך שנהגים שעד כה היו מתנגשים ברכב שלפניהם וכעת יכלו לרדת לשוליים, אבדו שליטה והתהפכו עקב זאת.
סיכומו של דבר- המערכת הינה בטיחותית ממדרגה ראשונה. שימוש נכון בה הוא מפתח ליעילותה, ולעולם יש לזכור כי המערכת אינה תעודת ביטוח בפני אי שמירת מרחק.
