UNIVERZITET U TUZLI – MAŠINSKI FAKULTET

Upotreba FUZZY logičkih sistema kod automobilskih sistema-

ABS sistem

Seminarski rad

Predmet: Fleksibilna automatika II

Ime i prezime: Aščić Maida

Broj indeksa: III – 314/11

Odsjek: Mehatronika

Tuzla, Juni 2015.

Sadržaj

1. Uvod 4.

2. Anti-Lock Braking System 5.

2.1 Način funkcionisanja ABS sistema 6.

2.2. Kočenje sa i bez ABS-a 7.

2.3 Stabilnost, upravljivost i zaustavni put vozila 8.

3. Fuzzy sistemi 9.

4. Aplikacija fuzzy logike na ABS sisteme 10.

5. Zaključak 17.

2

Popis slika

Slika 1. ABS sistem

Slika 2. Kočenje sa ABS-om

Slika 3. Kočenje bez ABS-a

Slika 4. FIS editor

Sika 5. Ulazi i izlazi sistema

Slika 6.Dijagram rezultata

Slika 7. Plot rezultata

3

1. Uvod

ABS (Anti-lock braking system) je elektronički sistem ugrađen u gotovo sva novija

vozila, uključujući i motore.U osnovi, funkcija ABS sistema je sprečavanje blokiranja

točkova pri kočenju, što povećava stabilnost vozila te omogućava upravljivost (kontrolu)

nad vozilom. Time je ABS jedan od najvažnijih sigurnosnih sistema u automobile, koji

spašava stotine hiljada vozača svakodnevno.

U ovom seminarskom radu ćemo se baviti strukturom i komponentama ABS

sistema, kao i razradom matematskog modela koji će biti podloga za kreiranje fuzzy

modela u programskom jeziku Matlab.

4

2. Anti-Lock Braking System

ABS sistem se sastoji od slijedećih komponenti : senzora za mjerenje brzine

točkova, pumpe i razvodnika, ventila te kontrolera (brzo računalo koje koordinira cijelim

procesom).

Informaciju o brzini točkova dobija se preko senzora. Senzori se nalaze na samim

točkovima automobile, a u nekim izvedbama mogu se nalaziti i na diferencijalu

automobila. Senzor se sastoji iz dva dijela: ozubljenog točka, koji se još naziva senzorski

točak i koji ima 100 ili više zubaca ( ovisno o izvedbi), i senzora koji kupi informacije da li

se senzorski točak okreće ili ne, kao i brzinu njegovog okretanja.

Pumpa i razvodnici predstavljaju najvažniji dio ABS-a, jer su oni davaoci energije

za kočenje. Ovisno o izvedbi ABS-a (dvokanalni, trokanalni ili četverokanalni) zavisi tip

pumpe i razvodnika. U današnje vrijeme se najčešće koristi četverokanalni sistem, pa se

zbog toga moraju ugraditi pumpa i razvodnici, jer čovjek ne može proizvesti dovoljnu silu

pritiska ( pritiskom na pedalu ) da bi zaustavio sva četiri točka.

Na svakom hidrauličkom ili pneumatskom vodu od glavnog cilindra do točka,

postoji ventil koji je pod kontrolom ABS uređaja. Ventil može imati tri pozicije: 1. U

poziciji jedan, ventil je otvoren, pritisak se sa glavnog kočionog cilindra prenosi preko

ventila na točak 2. U poziciji dva, ventil je zatvoren i kočnica je odvojena od kočionog

cilindra.Ovo sprečava porasti pritiska, bez obzira da li vozač i dalje pritišće pedalu kočnice

3. U poziciji tri, ventil propušta dio pritiska na kočnice.

Kontroler je računar koji se nalazi u automobilu i on vrši analizu signala sa senzora

i upravlja radom pumpe, odnosno reguliše pritisak u sistemu za kočenje, samim tim i silu

kočenja. Kada senzor javi kontroleru da je točak stao, on u istom trenutku šalje signal na

pumpu i smanjuje pritisak čime točak nastavlja da se okreće. Ovaj proces se dešava veoma

brzo, tako da se točak nikada ne zaustavlja nego se kreće brzinom približno jednakoj nuli.

Neki ABS sistemi mogu da obave ovaj proces 15 puta u sekundi. Posljedica rada ABS-a,

tačnije regulatora pritiska u kočionom sistemu, jeste vibriranje kočnice, usljed naglog

smanjivanja i povećavanja pritiska ulja što se prenosi na papučicu.To je razlog zbog čega

se osjeća prilikom rada ABS-a.

5

2.1 Način funkcionisanja ABS sistema

ABS funkcioniše tako da se kočenje realizuje tačno na granici u kojoj se točak

maksimalno usporava, ali još uvijek se okreće. Pošto je ova granica teško precizno

odrediva i nije konstantna prilikom kočenja, broj obrtaja svakog točka se mjeri i šalje

procesoru ABS-a. Procesor obrađuje dobijene informacije nezavisno za svaki točak i tačno

obračunava vrijednosti broja obrtaja i klizanja. U trenutku koji prethodi blokiranju

točkova, ABS kontroler, dobija informacije od senzora te preko sklopa elektromagnetnih

ventila snižava pritisak ulja u kočionom cilindru i opušta čeljusti sve dok se kočioni

moment toliko ne smanji da točkovi normalno nastavljaju sa svojim obrtanjem. U tom

trenutku aktiviraju se elektromagnetni ventili u suprotnom smjeru, pritisak ulja i intenzitet

kočenja se opet povećava do granice blokiranja točkova gdje se ciklus ponovo vraća na

početak. Ove promjene pritiska se dešavaju vrlo brzo (3-5 puta u sekundi) zahvaljujući

primjeni elektromagnetnih kontrolnih ventila. Opisani mehanizam se ponavlja dovoljno

brzo tako da je točak stalno blizu granice blokiranja kako bi se ostvarila što viša efikasnost

kočenja, a pritom ne smije da je dostigne.Iako se čitav proces dešava potpuno nezavisno od

vozača, informacija o dejstvu sistema stiže i do njega u vidu već spomenutog vibriranja

papučice kočnice i paljenjem kontrolne lampice na instrument table. Na slijedećoj slici je

prikazana šema cjelokupnog sistema sa hidrauličnom instalacijom i princip njegovog rada.

Slika 1. ABS sistem

6

2.2. Kočenje sa i bez ABS-a

Slika 2. Kočenje sa ABS-om

Na gornjoj slici se vidi primjer kočenja i izbjegavanja prepreke na klizavoj putnoj površini

korištenjem ABS-a.Kada vozilo ima ugrađen ABS, vozač može uz intenzivno kočenje i

upravljati vozilom.

Slika 3. Kočenje bez ABS-a

Kao što je vidljivo sa slike, bez ABS-a postoji veća mogućnost proklizavanja

(podupravljanje) prilikom kočenja i skretanja ( izbjegavanje prepreke ).

7

2.3 Stabilnost, upravljivost i zaustavni put vozila

Blokiranjem točkova pri kočenju, tj. njihovim klizanjem znatno se smanjuje

koeficijent trenja, posebno u poprečnom smjeru. Zbog toga se produžava zaustavni put, a

automobil postaje potpuno neupravljiv. Na vlažnom putu brže se dostiže maksimalna

vrijednost koeficijentra prijanjanja, nakon čega slijedi klizanje, odnosno zanošenje vozila.

Do klizanja točkova pri kočenju dolazi pod uslovom da je brzina centra točka različita od

nule, a ugaona brzina jednaka nuli. Tada kažemo da je točak blokirao.

Nasuprot vjerovanju da je primarna namjena ABS-a skraćivanje zaustavnog puta, zadatak

sistema je da obezbijedi upravljivost vozila u kritičnim situacijama. Vozilo sa klasičnim

kočionim sistemom ima osobinu gubitka kontrole upravljanja prilikom snažnog aktiviranja

kočnice koje bi onemogućilo okretanje točkova. U trenutku blokiranja točkova vozilo

počinje da klizi na podlozi, pa zakretanje točkova nema važnost, tj. ne mijenja pravac

njegovog kretanja. Pri malim brzinama ova pojava je u suštini zanemarujuća, a problem se

javljaju prilikom većih brzina gdje situacija postaje kritična. Škripa točkova i instiktivno

okretanje točka upravljača s ciljem da se izbjegne udar vozila u prepreku česta su uvertira

u saobraćajnu nesreću. Treba naglasiti i to da je u ovakvim situacijama zbog nejednake sile

kočenja na pojedinim točkovima i različitog koeficijenta prijanjanja pri kočenju moguće i

zanošenje vozila što povećava mogućnost nastajanja saobraćajne nesreće. Za razliku od

navedenog primjera, odnosno osvrta na kočenje vozila bez ABS-a, kod ABS sistema svaki

točak koči nezavisno, tj. vozilo je stabilno i kada točkovi nisu na istoj podlozi (npr. dva na

suhom, dva na mokrom). Ove situacije su veoma rizične, a to je još jedna dobra strana

ABS-a, jer nijedan vozač ne može da odreaguje kao elektronika.

ABS je manje efikasan na mekanim ili nestabilnim terenima, tj. na klizavim i

rastresitim podlogama. Površine koje nisu poželjne za ABS su: snijeg, tucanik, blato na

putu, itd., jer tada neblokirani točkovi ne mogu da “razgrnu” loš sloj kao što su prethodne

vrste podloge, tj. da dođu do podloge koja može da koči.U uslovima kočenja na mekanim,

tj. rastresitim podlogama blokirani se točkovi ukopavaju, stvarajući nanos ispred sebe i

brže zaustavljaju vozilo od onih koji se okreću. Iako je uoptrebom naprednih tehnika

kočenja moguće postići slične rezultate i bez ABS-a, to iziskuje veliku vještinu vozača. S

druge strane upotreba ABS sistema je veoma komforna, jer vozač jednostavno maksimalno

8

pritisne pedalu kočnice, a računar se brine da kočnice svojim čeljustima ne zaključaju

točkove. Za razliku od toga, ukoliko je podloga klizava, do blokiranja dolazi lako pa će i

usporenje točkova biti malo, tj. zaustavni put će biti duži. Po pljusku ili snijegu ABS

produžava zaustavni put, ali ipak sa najvećeom razlikom ABS gubi na ledu, gdje se točkovi

veoma lako blokiraju pa sistem mnogo češće dozvoljava okretanje točkova te se zaustavni

put produžava.

9

3. Fuzzy sistemi

Teorija skupova kaže da elemenat u potpunosti pripada skupu sa pripadnošću 1 ili

ne pripada tj.pripadnost je 0. Godine 1962. Zadeh predlaže fuzzy ili neizrazite skupove

kod kojih je pripadnost između 0 i 1.

Prvi put fuzzy logiku uvodi Mandani 1974-5 godine na primjeru upravljanja

modelom parnog stroja. Ljudi imaju sposobnost analize i razumijevanja nepreciznih

koncepata koje suštinski ne razumiju (npr. sposobnost vožnje automobila bez

razumijevanja njegovog dinamičkog modela). Teorija neizrazitih skupova u mogućnosti je

baratati sa neodreñenošću i višeznačnosti lingvističkih izraza.Primjena je došla do izražaja

1980-ih,ponajviše u Japanu.

.Primjeri primjene od tog dana do današnjeg su:

- Vođenje podzemne željeznice,

- Upravljanje dizalima,

- Upravljanje klima uređajima,

- Regulacija tempetarure itd.

Nedostatak klasičnih skupova,što je ujedno i prednost fuzzy skupova jeste u

graničnim vrijednosti. Npr.ako kažemo da je dozvoljena brzina automobila od 40-70 km/h.

U slučaju da se automobil kreće brzinom 69 km/h izraziti skupovi će to smatrati

dozvoljenom brzinom,iako ona sadrži skoro pa nedozvoljenu vrijednost.Tu se ogleda

prednost fuzzy sistema.

Iako je uglavnom riječ o matematičkoj strukturi fuzzy izraza,još jedna prednost je

što se može iskazati riječima normalnog jezika. Npr. Ako je temperatura visoka i dio dana

je podne,onda je klima uređaj uključen.To su tzv. IF THEN pravila koja se formiraju u

sljedećem obliku:

1: X is A

2: IF X is A THAN Y is B.

3:Y is B

Gdje je ‘‘ X is A‘‘ premisa ili uzročni dio , a ‘‘ Y is B‘‘ konkluzija ili posljedični dio.

Pravila mogu biti sa jednom premisom ili više njih,kao i višestruka pravila sa višestrukim

premisama.

ABS sistem zahtijeva malo kompleksnije izraze od jednostavnih IF THEN pravila.

10

4. APLIKACIJA FUZZY LOGIKE NA ABS SISTEME

U proteklim godinama fuzzy sistemi su nasli primjenu u raznim sferama.ABS

sistem je ugrađen u vozilo kako bi se povećala stabilnost vozila pri kočenju na vlažnim i

klizavim površinama,kako točkovi vozila ne bi otkazali.Osnovni dijelovi ABS sistema koji

se koriste i u ovoj logici jesu senzor za mjerenje brzine točkova,kontrolna jedinica i

kočnice. Na osnovu podataka sa senzora ,kontrolna jedinica utiče na točkove.S obzirom da

je ABS nelinearni sistem ,predstavlja pravi izazov za fuzzy logiku.

Izrada fuzzy modela ABS sistema urađena je u programskom jeziku

Matlab,odnosno u FIS editoru( slika 4.).

Slika 4. FIS editor

11

Na donjim slikama prikazani su ulazi i izlazi ovog modela. Model ima dva ulaza i jedan

izlaz.Pri kreiranju za svaki je potrebno definisati promjenljivo i opseg u kojem se kreće

dati ulaz/izlaz.

Sika 5. Ulazi i izlazi sistema

12

Potrebno je definisati oznake ulaznih parametara :

Ubrzanje točkova :

- 11 : Nulta vrijednost

- 12 : Veoma malo ubrzanje

- 13 : Relativno malo ubrzanje

- 14 : Manje od optimalnog

- 15 : Optimalno

- 16 : Veće od optimalno

- 17 : Znatno veće od optimalnog

Proklizavanje točkova :

- 21 : Veliko proklizavanje (negativna vrijednost)

- 22 : Srednje proklizavanje (negativna vrijednost)

- 23: Malo proklizavanje ( Negativna vrijednost)

- 24 : Manje od optimalnog

- 25 : Nema proklizavanja

- 26 : Malo proklizavanje

- 27 : Veliko proklizavanje.

Pravila ABS fuzzy modela postavljena su sljedećom tabelom:

Proklizavanje točkova

Veliko

(minus)

Srednje

(minus)

Malo

(minus)

Blizu optimalnog

Optimalno

Malo prokl.

Veliko prokl.

Ubrzanje točkova

Nulta vrijednost

NV NS NM OPT OPT PM PV

Veoma malo NV NS NM OPT OPT PM PVRelativno malo

NS NS OPT OPT OPT PM PV

Manje od optimalnog

N N NM OPT OPT PM PV

Optimalno NM NM NM OPT OPT PV PVVeće od optimalnog

P P P OPT PV PV PV

Znatno veće P P P PV PV PV PVTabela 1. Izlaz sistema

13

Rezultati fuzzy analize prikazani su na sljedećim slikama.

Slika 6.Dijagram rezultata

14

Slika 7. Plot rezultata

Predloženim pristupom moguć je proračun i prikaz dijagrama predviđanja vrijednosti

ponašanja sistema u željenom obliku.Za različite slučajeve ulaznih signala prikazana je

ispravnost izlazne vrijednosti.

15

5. Zaključak

Stabilnost je veoma bitan faktor u ocjeni kvaliteta elektroničkog sistema vozila.

Današnja vozila sadrže brojne sisteme kako bi se povećala funkcionalnost vozila a

stabilnost je jedna od grana koje se nadgledaju tim sistemima.U grupu veoma zastupljenih

sistema spada i ABS sistem,čija je glavna uloga da poveća stabilnost vozila pri kočenju na

vlažnim ili klizavim površinama te da pri tome teži ka smanjenju zaustavnog puta. Glavna

prednost ABS-a je mogućnost skretanja pri naglom kočenju. ABS će biti najefikasniji kod

naglog pritiska kočnice, držanja iste te zaobilaženja prepreke. Kao i svaki sistem koji je

opremljen senzorima i osjetljivom elektronikom relativno je nepouzdan. Ali praksa je

pokazala kako se ABS sistemi jako rijetko kvare i odlično funkcioniraju i na loše

održavanim automobilima koji su prošli više stotina hiljada kilometara. Na ABS-u su

osjetljivi senzori na kotačima koji se mogu uprljati metalnom prašinom ili blatom no ta

postoji lampica kao na slici koja nas upozorava kako ABS ne radi. Za ocjenu ovog sistema

najbitnije karakteristike su zaustavni put i zaustavno vrijeme te stabilnost vozila,a te uslove

je ovaj sistem sa visokom ocjenom zadovoljio.

Analiza stabilnosti fuzzy logikom predstavlja napredak u analizi ovih sistema i

jedan novi pravac u daljem razvoju.

16

17