Upload
maida-ascic
View
7
Download
0
Embed Size (px)
DESCRIPTION
ddd
Citation preview
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