Historia układu ABS - część 1

W poprzedniej części opracowania dotyczącego historii rozwoju układów hamulcowych celowo nie zostało uwzględnione jedno z najważniejszych rozwiązań dotyczących tego tematu, a mianowicie sposobu uporania się z problemem efektywnej sterowności pojazdu podczas gwałtownego hamowania. Pytanie dlaczego zainteresowanie problemem blokowania kół podczas hamowania nastąpiło tak późno?

Trudno jednoznacznie to stwierdzić, zwłaszcza w sytuacji, kiedy już w latach 20. minionego stulecia wydawało się, że teoria ruchu samochodu zaczynała mieć już duże, jeśli nie najważniejsze znaczenie w jego projektowaniu. Może nadal chodziło o priorytet szybkości nad bezpieczeństwem …, a może o ówczesne możliwości techniczne (lub bardziej technologiczne), czy związane z tym uwarunkowania ekonomiczne?!

Przypomnijmy. Lata 20. to jeszcze w większości układy hamulcowe sterowane mechanicznie i dopiero nieliczne próby ze spotykaną w drogich markach „hydrauliką”. Prawdopodobnie więc już wtedy zdawano sobie sprawę z potrzeby, dzisiaj nazwalibyśmy to „inteligentnego hamowania”, ale to jeszcze nie był ten czas!

Ale! Niektóre źródła historyczne wskazują, że już właśnie we wczesnych latach 20., a dokładnie w 1923 r., rozwiązaniem problemu wyeliminowania blokowania kół podczas hamowania zajmował się francuski konstruktor Pierre Cayl. W marcu 1923 r. złożył w urzędzie patentowym szczegółowy opis takiego rozwiązania z uwzględnieniem możliwości wykorzystania go w samolotach. W sierpniu tego samego roku uzyskał stosowny patent… , ale niestety nie doszło wtedy do zastosowania wynalazku w praktyce.

W tym samym mniej więcej czasie podobnym zagadnieniem zajmował się inny francuski innowator, a przy okazji konstruktor i producent samolotów i samochodów, Gabriel Voisin.

Podczas wykonywanych lotów zauważył, że trudno jest lądować przy np. silnym wietrze bocznym, a jeszcze trudniej zatrzymać się potem na ziemi bez wywrotki…,a jeszcze częściej bez uszkodzenia mocno obciążonej siłą hamowania opony. Chodziło o to, że w momencie lądowania koła samolotu rzadko kiedy znajdowały się w pozycji równoległej do zamierzonego toru jazdy po murawie lotniska i po zetknięciu z ziemią nie powinny być hamowane z taką samą siłą.

Ponieważ G. Voisin był jednym z prekursorów stosowania hydraulicznych układów hamulcowych postanowił wykorzystać je w samolotach i odpowiednio przystosować do efektywnego działania np. podczas wystąpienia wspomnianej wcześniej sytuacji. Zbudował prototyp urządzenia składającego się ze zwykłych hydraulicznych hamulców bębnowych, gdzie na sprężynach spiralnych do bębnów przymocowane były dość ciężkie stalowe tarcze. Taki rodzaj wahadeł!

Jeśli wszystko obracało się z jednakową prędkością obwodową, czyli np. podczas toczenia koła bez hamowania, oba elementy zachowywały się spójnie względem siebie. W czasie kiedy bęben hamulcowy był hamowany, bezwładność tarczy powodowała jej obwodowe odchylanie do przodu.

Połączenie tarczy bezwładnościowej z zaworem sterującym doprowadzaniem płynu hamulcowego z napędzanej od koła pompy hamulcowej do cylinderka hamulcowego, powodowało że część płynu kierowana była do dłuższego obiegu. Ciśnienie płynu w cylinderku spadało i hamowanie tego koła było mniej skuteczne.
W miarę wyrównywania prędkości kół następowała stabilizacja ciśnienia i działanie układu hamulcowego powracało do normy.

Inaczej mówiąc, chodziło tu o wywołanie następujących po sobie w bardzo krótkim czasie cykli przypominających tzw. hamowanie pulsacyjne, tyle że z rozdziałem na poszczególne koła!

Nawiasem mówiąc Voisin nie ograniczył się jedynie do eksperymentów. Po wersjach prototypowych opracował użytkowe wersje rozwiązań , które ok 1929 r. oprócz zastosowań w lotnictwie trafiało również jako wyposażenie opcjonalnie trafiało do uznawanych za niezwykle nowatorskie samochodach marki Voisin.

Idąc dalej, rodzi się pytanie. Czy idea G. Voisina była dokładnie taka sama jak w przypadku działania późniejszych i obecnych układów zapobiegających się blokowaniu kół podczas hamowania? Właściwe tak!

W 1934 r. podobny sposób zapobiegania poślizgowi hamowanych kół, ale zaprojektowany konkretnie do samochodowych układów hamulcowych (konkretnie „mechanizm zapobiegający blokowaniu kół pojazdu silnikowego”) opatentował Robert Bosch. Tym razem, również tak jak wcześniej w przypadku P. Cayl’a, czy zajmującego się tym zagadnieniem niemieckiego inżyniera Karla Waessela (patent z 1928 r. na modulatory ciśnienia), do wybuchu II Wojny Światowej nie doczekał się on jednak praktycznego zastosowania.

Szybki „powrót do tematu” nastąpił ponownie pod koniec lat 40. i to niezależnie w kilku ośrodkach konstrukcyjnych. Już na początku lat. 50. w Anglii zajął się nim wydział konstrukcji lotniczych firmy Dunlop (Dunlop Aviation Division). W październiku 1952 r. powstał gotowy do wdrożenia do produkcji zestaw nazwany jako system MAXARET (pełna nazwa Maxaret Automatic Control), który po raz pierwszy rok potem zastosowano w brytyjskich samolotach Avro Canada CF100.

Na marginesie! Udoskonalany w kolejnych generacjach dość powszechnie stosowany był potem przez wielu producentów samolotów praktycznie na całym świecie.

Z technicznego punktu widzenia system „lotniczy” Dunlop – Maxaret składał się z czterech głównych części, które mieściły się w niewielkiej przestrzeniach koła głównego podwozia. System był całkowicie mechaniczny i działał poprzez pomiar względnej prędkości dwóch wirujących dysków. Pierwszy, „bęben” otoczony gumowym dyskiem umieszczony był na wewnętrznym obwodzie koła samolotu, tak aby guma utrzymywała silny kontakt mechaniczny z kołem. Drugie koło zamachowe zostało przymocowane do bębna sprzęgłem jednokierunkowym.

Podczas normalnej pracy przy obracającym się kole, koło obracało bęben, a ten z kolei kołem zamachowym, tak, że wszystkie ruchome części obracały się z jednakową prędkością. W momencie hamowania i wystąpienia poślizgu, kiedy koło się zatrzymywało, zatrzymywał się również bęben hamulcowy, ale nadal siłą bezwładności obracało się koło zamachowe.

Kiedy względny kąt między bębnem a kołem zamachowym osiągał wartość 60°, następowało uruchomienie zaworu powodującego obniżenie ciśnienie płynu hamulcowego w układzie i tym samym zmniejszenie siły docisku szczęk hamulcowych. Hamowanie było wtedy mniej skuteczne. Na skutek spowolnienia obrotów bębna zwalniało również koło zamachowe i ciśnienie w układzie ponownie rosło. System mógł wykonywać takie cykle około dziesięć razy na sekundę i do chwili ponownego napełnienia zbiornika mógł utrzymywać hamulce wyłączone przez maksymalnie cztery sekundy.

Można stwierdzić więc śmiało, że pod względem technicznym Dunlop – Maxaret był rozwinięciem dawnej idei Voisina i jego działanie polegało na sterowaniu ciśnieniem płynu hamulcowego podczas hamowania w poszczególnych kołach wyłącznie dzięki odpowiednio skonfigurowanych zaworów. Prawdę mówiąc tak jak jest to dziś, z tą tylko różnicą, że za coraz bardziej precyzyjne zarządzanie hydrauliką i mechaniką odpowiada elektronika.

Skoro MAXARET sprawdzał się lotnictwie, to dlaczego nie zmodyfikować go i nie przystosować do pojazdów drogowych? Stało się to pod koniec lat 50. Kiedy przy wsparciu inżynierów z angielskiego Road Research Laboratory i wykorzystaniu lotniczych doświadczeń firmy Dunlop postanowiono sprawdzić możliwość zastosowania systemu MAXARET jednocześnie w dwóch rodzajach pojazdów: samochodach (testy przeprowadzano przy wykorzystaniu popularnych modeli Austina i Forda ) oraz motocyklach (Royal Enfieldt Super Meteor rocznik ’58).

Po pierwszych rokujących próbach kolejnym poligonem doświadczalnym był przygotowywany na sezon ‘61 nowy samochód wyścigowy kategorii F1 Ferguson P99 z jednostką napędową Climaxa. Miał trafić do historii jako pierwszy na świecie bolid wyposażony w system zapobiegający blokowaniu kół w czasie hamowania…
Ale! Tak się jednak nie stało z powodu nadwagi!

Mimo, że testy wypadły pomyślne to ważący 4,7 funta Dunlop – Maxaret właśnie ze względu na dodatkowy ciężar układu inżynierowie z Fergusson Resarch nie zdecydowali się wtedy na jego udział w wyścigach GP.  Był to niewątpliwy przyczynek do tego, że lubujący się w awangardowych rozwiązaniach technicznych właściciel fabryki traktorów Harry Ferguson w odpowiedni sposób zarekomendował zastosowanie systemu Dunlop – Maxaret cztery lata później (1966 r.) w nowatorskim i wyprzedzającym swoją epokę seryjnie produkowanym supersamochodzie Jensen Interceptor FF .

To właśnie ten samochód, mimo że do 1972 r. wyprodukowany tylko w ilości zaledwie 320 egzemplarzy przeszedł do historii motoryzacji jako pierwszy seryjnie wyposażony w system zapobiegający blokowaniu kół podczas hamowania. Tylko nieliczni dodają, że system działał jedynie na tylne koła! Nie wszyscy też wiedzą, że wcześniej innymi drogowymi testerami systemu Dunlop – Maxaret były też: Morris z roku 1950 wyposażony w hamulce bębnowe, eksperymentalny egzemplarz Forda Zodiac’a i Jaguar MK VII (hamulcami tarczowymi) i wspomniany już motocykl Enfield.

Tu kolejna dygresja. Mimo, że testy drogowe Enfielda z systemem Dunlop – Maxaret także wypadły znakomicie, skracając drogę efektywnego hamowania o blisko 30%, to ówczesny dyrektor techniczny Tony Wilson-Jones nie zdecydował się na wzbogacenie nim oferty handlowej tej marki. Pierwszeństwo w tym względzie należy więc do BMW, które dopiero w 1988 r. zastosowało opracowany wspólnie z Boschem system ABS w seryjnie produkowanym motocyklu BMW K100.

Zapraszamy do przeczytania artykułu pt. “Historia ABS – część 2“.

Zdjęcia: Bosch, archiwum autora