Analizę rozpoczniemy od określenia czynników decydujących o efektywności procesu hamowania. Zakładając, że samochód posiada sprawne technicznie podstawowe układy, o przebiegu hamowania decydują dwa główne czynniki. Są to: siła przyczepności koła oraz poślizg koła. Przenoszenie momentu napędowego – w przypadku normalnego ruchu pojazdu lub siły hamującej – w przypadku jego hamowania, uzyskuje się dzięki przyczepności pomiędzy oponami kół samochodu i nawierzchnią drogi.
Siła przyczepności koła jest iloczynem nacisku koła na podłoże oraz współczynnika przyczepności µ (mi). Wynika z powyższego, że maksymalna siła przyczepności, to znaczy największa siła styczna możliwa do przeniesienia przez koło na podłoże, jest zależna głównie od rozłożenia nacisków na poszczególne koła samochodu oraz współczynnika przyczepności µ. Współczynnik ten przyjmuje wartości: 

                             µ = 0,7...0,9 - dla suchego podłoża betonowego; 

                             µ = 0,6...0,8 dla suchego podłoża wykonanego z asfaltu. 

Współczynnik przyczepności m ulega zmniejszeniu w granicach 15…20%, gdy wymienione nawierzchnie są mokre i spada nawet o 80…90%, gdy drogę pokrywa śnieg albo lód. Zależy on także od wielu innych czynników, na przykład od jakości nawierzchni, jakości bieżnika opon, ciśnienia powietrza w kołach, temperatury podłoża itd.

Drugim, wspomnianym powyżej, czynnikiem decydującym o chwilowym zachowaniu się pojazdu w momencie hamowania jest poślizg koła. Wielkość ta wynika z zależności pomiędzy prędkościami liniowymi toczącego się koła. Zależności te przedstawiono na rys. 1.

 Zależność określająca wielkość poślizgu określa następujący wzór:

gdzie: s   – wartość poźlizgu w %; 
          v   – prędkość liniowa środka koła (prędkość pojazdu); 
          v_o  – prędkość obwodowa koła.

Jeżeli koło obraca się z prędkością obwodową równą prędkości pojazdu (jest to czysto teoretyczne), wówczas mówimy o poślizgu zerowym. To pewien przedział  na rys.2 (zaciemniony na wykresie) w którym wielkości siły hamowania i sterowności są optymalne. Najczęściej przyjmuje się, że najlepsze warunki dla przebiegu procesu hamowania występują gdy poślizg koła osiąga wartość pomiędzy 10 i 30%.
 

Wiemy już, jakie muszą być utrzymane parametry hamowania W przypadku, gdy staniemy np. przed koniecznością wyhamowania samochodu na jezdni o bardzo niskim współczynniku przyczepności, musimy starać się doprowadzić do sytuacji, aby wartość poślizgu zawierała się we wspomnianym powyżej zakresie. Nasuwa się jednak pytanie, jak tego dokonać. Najprostszym sposobem dającym w znacznym stopniu zamierzony efekt jest hamowanie w sposób stosowany przez doświadczonych kierowców, a mianowicie tzw. hamowanie pulsacyjne. Różni się ono od hamowania zwykłego tym, że podczas wykonywania tej czynności kierowca szybko naprzemiennie naciska i zwalnia pedał hamulca, aż do zatrzymania się pojazdu. Hamowanie w taki sposób powoduje, że średni poślizg koła jest zbliżony do wartości ok. 20%. Wzorując się na hamowaniu pulsacyjnym, zaprojektowano układy zintegrowane z układami hamulcowymi pojazdu. Są one nazywane układami regulacji siły hamowania, jednak powszechnie określa się je układami przeciwpoślizgowymi lub układami ABS (z niem. Antiblockier-system). Wspomnianym układom stawiane są rygorystyczne wymagania. Układ ABS musi kontrolować minimum dwa koła w pojeździe (po jednym na stronę), musi niezwłocznie zadziałać, a jego funkcjonowanie nie może mieć wpływu na prowadzenie pojazdu. Każda awaria tego systemu musi być niezwłocznie sygnalizowana kierowcy. 

Główne elementy układu przeciwpoślizgowego pokazane są na rys. 3.

W układzie takim oprócz standardowych podzespołów hydraulicznego układu hamulcowego (tj. pompa hamulcowa, zaciski hamulców, cylinderki hamulcowe itd.) występuje dodatkowy hydrauliczny zespół sterujący, mikrokomputer oraz czujniki prędkości obrotowych wraz wieńcami zębatymi. Czujniki oraz wieńce zębate są oddzielne dla każdego z kół. Układ zaczyna działać z chwilą rozpoczęcia procesu hamowania i opiera się na zasadzie sprzężenia zwrotnego. Czujniki prędkości obrotowej, znajdujące się przy wieńcach zębatych generują sygnały, które wysyłane są do mikroprocesora sterującego układem, gdzie następuje ich przetwarzanie. Na tej podstawie procesor wysyła sygnały wykonawcze do hydraulicznego zespołu sterującego. Wewnątrz zespołu hydraulicznego, odpowiednio do otrzymanego sygnału, włączają się poszczególne sekcje, regulując wartość ciśnienia płynu hamulcowego, niezależnie dla każdego z kół. W większości stosowanych układów przeciwpoślizgowych wyróżnia się trzy fazy pracy, pokazane na rys. 4, a mianowicie: 

      - fazę wzrostu ciśnienia (rys. 4a);
      - fazę utrzymywania stałego ciśnienia (rys. 4b); 
      - fazę zmniejszania ciśnienia (rys. 4c).

Pierwsza faza występuje wtedy, gdy w trakcie hamowania koła obracają się z poślizgiem nie zagrażającym utracie stabilności ruchu (nie ma niebezpieczeństwa zablokowania się kół). Wówczas procesor sterujący nie włącza zasilania cewki elektrozaworu. Powoduje to, że tłoczek przyjmuje taką pozycję, przy której pomiędzy pompą hamulcową a zaciskiem płyn hamulcowy przepływa swobodnie o niezmienionym ciśnieniu.
W przypadku wzrostu poślizgu do niebezpiecznej wartości, zachodzi konieczność przejścia układu do drugiej fazy regulacji ciśnienia. Do uzwojenia elektrozaworu doprowadzany jest prąd o wartości około połowy natężenia nominalnego (1,5…2,5 A). Tłoczek unosi się częściowo i ustala w położeniu, które powoduje zamknięcie wszystkich kanałów. Ciśnienie w obwodzie pomiędzy elektrozaworem i zaciskiem jest utrzymywane na stałej wartości, pomimo zwiększania nacisku na pedał hamulca przez kierującego. 
W przypadku, gdy - pomimo zadziałania drugiej fazy regulacji - sygnały z czujników wykazują dalszy wzrost wartości poślizgu kół, układ przejdzie w stan trzeciej fazy regulacji. Przez uzwojenie elektrozaworu zaczyna przepływać prąd o wartości nominalnej, a tłoczek przestawi się w pozycję, przy której nastąpi otwarcie przepływu z zacisku kół do pompy elektrycznej. Jednocześnie uruchamia się pompa, która powoduje przepompowanie płynu z powrotem do przestrzeni ponad tłoczkiem. Umieszczone w obwodzie akumulatory ciśnienia mają za zadanie łagodzenie pulsacji pedału hamulca w chwili, gdy następuje zadziałanie pompy.

Zapewnienie optymalnego poślizgu koła odbywa się poprzez cykliczne przechodzenie od fazy wzrostu do fazy spadku ciśnienia. Efektem tego jest nawet kilkukrotne zatrzymanie i odblokowanie się hamowanego koła w ciągu sekundy. Łatwo zauważyć analogię do wspomnianego na początku hamowania pulsacyjnego, jednak z istotną różnicą, że regulacja wspomagana układem ABS pozwala na uzyskanie dużo większej precyzji i częstotliwości cykli w procesie hamowania.
W najnowszych układach przeciwpoślizgowych (np. Teves MK 2) zamiast trzech lub czterech elektrozaworów proporcjonalnych stosuje się po trzy albo cztery pary elektrozaworów dwupołożeniowych. Jedną parę tworzą elektrozawory określane jako dolotowe i wylotowe (wejściowe i wyjściowe). Wspomniane powyżej trzy fazy regulacji uzyskuje się, wykorzystując kombinacje położeń tłoczków w elektrozaworach. Gdy tłoczek elektrozaworu wejściowego jest w położeniu otwartym a położenie tłoczka wyjściowego powoduje przysłonięcie kanału zwrotnego płynu hamulcowego, występuje wówczas wzrost ciśnienia w układzie. Zmiana położenia tłoczka zaworu wejściowego przy niezmiennym położeniu tłoczka drugiego z elektrozaworów uniemożliwia dopływ i odpływ płynu hamulcowego, co powoduje przejście do fazy stałego ciśnienia. Do trzeciej fazy regulacji układ przejdzie z chwilą przesunięcia się tłoczka zaworu wylotowego, gdy otwarty zostanie przepływ do kanału zwrotnego. Przedstawione fazy regulacji w układach ABS o dwóch dwupołożeniowych zaworach pokazane są na rysunku 5.

Opisywane dotychczas układy regulacji siły hamowania dotyczyły pojazdów wyposażonych w hydrauliczne układy hamulców zasadniczych. Układy hamulcowe autobusów i samochodów ciężarowych, które są uruchamiane pneumatycznie, również są zintegrowane z układami przeciwblokującymi. Podobnie jak w przypadku układów hydraulicznych, również i w pneumatycznych układach hamulców zasadniczych, klasyczne układy wyposaża się dodatkowo w zespoły regulacji. Typowy układ przedstawiono na rys 6.

W układach ABS dla hamulców pneumatycznych, analogicznie jak w układach ABS hamulców hydraulicznych, występuje centralna jednostka sterująca, czujniki prędkości obrotowej kół, elektrozawory regulacji ciśnienia oraz wyłączniki i kontrolki działania. Ponieważ przyczepy i naczepy także są dzisiaj powszechnie wyposażane w układy przeciwblokujące, dlatego samochody ciężarowe, z nimi współpracujące, posiadają gniazda łączące oraz osobne kontrolki działania tego układu w danej przyczepie (naczepie). Przebieg procesu regulacji odbywa się identycznie jak w przypadku układów opisanych powyżej. Czujniki prędkości obrotowej przy kołach przekazują informacje do mikrokomputera, gdzie generowane są sygnały do elektrozaworów. W odróżnieniu od układów hydraulicznych, gdzie elektrozawory umieszczone były w hydraulicznym zespole sterującym, w układach pneumatycznych znajdują się one pomiędzy zaworem głównym a siłownikiem. Noszą one nazwę modulatorów ciśnienia ABS. 
Budowę elementarnego modulatora ciśnienia w dwóch położeniach pracy przedstawia rysunek 7.

 Na rysunku górnym pokazany jest zawór w położeniu, gdy nie zachodzi konieczność korekcji ciśnienia. Sprężone powietrze dopływa króćcem “1” od głównego zaworu hamulcowego i dostaje się - poprzez otwarty zawór, znajdujący się w osi rdzenia elektromagnesu - do komory nad górną przeponą. Przepona przemieszcza się w dół powodując równocześnie zamknięcie wylotu oraz otwarcie przepływu do kanału wylotowego “2”. Dzięki temu sprężone powietrze swobodnie i bez ograniczeń może przepływać z głównego zaworu hamulcowego do siłowników przy kołach. Z chwilą rozpoczęcia regulacji, gdy poślizg koła niebezpiecznie wzrasta, sygnał z centralnej jednostki sterującej powoduje załączenie napięcia do uzwojenia cewki elektrozaworu. W wyniku tego rdzeń przesuwa się, powodując zamknięcie zaworu i odcięcie dopływu sprężonego powietrza, oraz jednoczesne otwarcie wylotu do atmosfery (z lewej strony). Ciśnienie powietrza w górnej komorze wyrównuje się z ciśnieniem atmosferycznym a sprężyna unosi obie membrany do góry. Dolna, perforowana membrana zamyka dopływ powietrza z kanału “1” jednocześnie umożliwiając wypływ powietrza z kanału “2” do zaworu zwrotnego. Jak można zauważyć, regulacja odbywa się poprzez cykliczne włączanie i wyłączanie elektrozaworu sterującego modulatora.

Przy okazji omawiania układów przeciwblokujących, warto również wspomnieć o układach przeciwpoślizgowych, z racji ścisłej ich wzajemnej współpracy. Układy takie noszą najczęściej nazwę ASR (z niem. Antriebsschlupfregulung) Inne spotykane nazwy, to również: TCS, ETC lub TC (z ang. Traction Control). Zadaniem tego układu jest zapewnienie ruchu pojazdy w chwili, gdy koło napędzane traci przyczepność w chwili, gdy znajdzie się na podłożu o niskim współczynniku przyczepności. W takim przypadku układ ASR wymusza zmniejszenie prędkości obrotowej silnika oraz przyhamowanie koła, które w danej chwili posiada za duży poślizg. Umożliwia to przeniesienie doprowadzanego momentu napędowego na koło poruszające się aktualnie na podłożu o większym współczynniku przyczepności. 
Wcześniejsze wersje układów ASR wykorzystywały sygnały z czujników prędkości obrotowej kół (z układów ABS), jednak posiadały odrębne moduły sterujące, oraz zawory doprowadzające płyn hamulcowy (powietrze) do cylinderków (siłowników). Obecnie nastąpiło takie zintegrowanie obu układów, że w wielu przypadkach występują one razem i są określane jako ABS/ASR (np. wspomniany hydrauliczny układ Teves bądź pneumatyczny układ Vario firmy WABCO). Układy takie posiadają również wspólną jednostkę centralną.
W przypadku układów hydraulicznych występuje dodatkowa para elektrozaworów ABS (dolotowy i wylotowy). W przypadku układów pneumatycznych działanie układu ASR zapewniają modulatory ciśnienia ABS/ASR. Modulatory te są o wiele bardziej rozbudowane w stosunku do modulatora ciśnienia ABS, pokazanego na rysunku 7.
Przedstawione powyżej zagadnienia jedynie w ogólnym zarysie przybliżają niezwykle złożoną teorię układów służących regulacji siły hamowania w pojazdach samochodowych. 

Na zakończenie konieczne jest zwrócenie uwagi pracownikom zaplecza technicznego oraz kierowcom na kilka ważnych spraw dotyczących omówionej powyżej tematyki. Na podstawie opisów wybranych elementów układów ABS można wywnioskować, że są to podzespoły o skomplikowanej konstrukcji i bardzo precyzyjne . Pociąga to za sobą konieczność zachowania niezwykłej ostrożności i czystości w trakcie ich demontażu i montażu. Ponadto zalecane jest stosowanie płynów hamulcowych o wysokich parametrach jakościowych (klasy DOT-4) i częstej ich wymianie (najlepiej raz w roku). Innym bardzo ważnym czynnikiem, mającym wpływ na efektywność działania układu przeciwpoślizgowego jest dobry stan amortyzatorów. Zużyte amortyzatory nie zapewniają prawidłowego przylegania koła do nawierzchni jezdni. Ich “odbijanie się” w trakcie jazdy powoduje zakłócenia w pracy układu ABS. W trakcie hamowania, gdy koło odrywa się od powierzchni, następuje zablokowanie koła a mikroprocesor wysyła sygnał o zmniejszeniu ciśnienia. Odblokowanie hamulców następuje w chwili zetknięcia się koła z jezdnią po czym wzrost ciśnienia następuje z chwilą gdy koło ponownie znajduje się nad jezdnią. W wyniku zaistnienia takiego zjawiska praktycznie przez cały czas hamowania występuje wymuszone odblokowanie hamulców, przez co droga hamowania drastycznie się wydłuża. 
Na ostatnim rysunku przedstawiony jest test drogowy, który przeprowadzono w trakcie trwania VII Międzynarodowych Targów Motoryzacji w Poznaniu. Podczas próby obserwowano zachowanie się na mokrej nawierzchni autobusu niskopodłogowego Jelcz M121, wyposażonego w układ ABS/ASR i nowe niskoprofilowe opony całostalowe. Autobus prowadzony był przez kierowcę fabrycznego firmy Michelin.

Wszystkie wymienione czynniki miały wpływ na to, że autobus doskonale wyhamowywał, a dzięki dobrej sterowności utrzymywał zamierzone kierunki ruchu. Ma to niewątpliwie duży wpływ na bezpieczeństwo pasażerów oraz innych użytkowników ruchu. Przeprowadzony test dowiódł niezbicie, jak wielkie są zalety wynikające z wyposażenia pojazdów samochodowych w układy przeciwpoślizgowe.

Mam nadzieję, że kierowcy samochodów, które nie są wyposażone w układy ABS przekonają się, jak duże znaczenie mają wspomniane układy dla ogólnie pojętego bezpieczeństwa. Pozostaje również mieć nadzieję, że klienci salonów samochodowych, zamierzający kupić nowe samochody zdecydują się zwrócić baczną uwagę na to, czy interesujący ich pojazd jest wyposażony w układy aktywnego bezpieczeństwa, którym jest ABS, a mniej będą się interesować tym, czy posiada elektrycznie opuszczane szyby, regulowane lusterka, czy też podgrzewane siedzenia.
Na zakończenie chciałbym zwrócić uwagę niektórym właścicielom lub kierowcom samochodów posiadających układy przeciwblokujące. Muszą oni pamiętać, że układy ABS bardzo pomagają w jeździe w trudnych warunkach na drodze i ułatwiają prowadzenie pojazdu, jednak nie są w stanie pomóc w przypadku bezgranicznej brawury. Lepiej aby ci kierowcy, którzy uwierzyli w nieograniczone możliwości układu ABS, w porę sobie uświadomili, że jest to tylko urządzenie mechaniczne, które - tak jak i cały pojazd - podlega wyłącznie bezlitosnym prawom fizyki.

LITERATURA:
[1] Etzold H.R.: So wirds gemacht. BMW 5er Reiche. Delius Klasing Verlag, Bielefeld 1991,
[2] Lanzendoerfer J., Szczepaniak C.: Teoria ruchu samochodu. WKiŁ, Warszawa 1980,
[3] Orzełowski S.: Budowa podwozi i nadwozi samochodowych. WSiP, Warszawa 1992, 
[4] Reński A.: Budowa samochodów. Układy hamulcowe i kierownicze oraz zawieszenia.
     Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 1997,
[5] Wrzesiński T.: Teoria samochodu - Hamowanie pojazdów samochodowych. WKiŁ, Warszawa 1978.