UNIVERZITET U TUZLI MAINSKI FAKULTET

Upotreba FUZZY logikih sistema kod automobilskih sistema- ABS sistemSeminarski rad

Predmet:Fleksibilna automatika IIIme i prezime:Ai Maida Broj indeksa: III 314/11Odsjek: Mehatronika

Tuzla, Juni 2015.

Sadraj

1. Uvod4.2. Anti-Lock Braking System5.2.1 Nain funkcionisanja ABS sistema6.2.2. Koenje sa i bez ABS-a7.2.3 Stabilnost, upravljivost i zaustavni put vozila8.3. Matematski model sistema9.4. Simulacija rada sistema12.5. Zakljuak15.

Popis slika

Slika 1. ABS sistemSlika 2. Koenje sa ABS-omSlika 3. Koenje bez ABS-aSlika 4. Model ABS sistemaSlika 5. Model ABS sistemaSlika 6. Statiki koeficijenta trenjaSlika 7. dinamikog koeficijenta trenjaSlika 8. Brzina kretanja pneumatikaSlika 9. Preeni put pneumatika

1. Uvod

ABS (Anti-lock braking system) je elektroniki sistem ugraen u gotovo sva novija vozila, ukljuujui i motore.U osnovi, funkcija ABS sistema je spreavanje blokiranja tokova pri koenju, to poveava stabilnost vozila te omoguava upravljivost (kontrolu) nad vozilom. Time je ABS jedan od najvanijih sigurnosnih sistema u automobile, koji spaava stotine hiljada vozaa svakodnevno.U ovom seminarskom radu emo se baviti strukturom i komponentama ABS sistema, kao i razradom matematskog modela koji e biti podloga za kreiranje strukturnog blok-dijagrama u programskom okruenju Matlab ( Simulink).

2. Anti-Lock Braking System

ABS sistem se sastoji od slijedeih komponenti : senzora za mjerenje brzine tokova, pumpe i razvodnika, ventila te kontrolera (brzo raunalo koje koordinira cijelim procesom).Informaciju o brzini tokova dobija se preko senzora. Senzori se nalaze na samim tokovima automobile, a u nekim izvedbama mogu se nalaziti i na diferencijalu automobila. Senzor se sastoji iz dva dijela: ozubljenog toka, koji se jo naziva senzorski toak i koji ima 100 ili vie zubaca ( ovisno o izvedbi), i senzora koji kupi informacije da li se senzorski toak okree ili ne, kao i brzinu njegovog okretanja.Pumpa i razvodnici predstavljaju najvaniji dio ABS-a, jer su oni davaoci energije za koenje. Ovisno o izvedbi ABS-a (dvokanalni, trokanalni ili etverokanalni) zavisi tip pumpe i razvodnika. U dananje vrijeme se najee koristi etverokanalni sistem, pa se zbog toga moraju ugraditi pumpa i razvodnici, jer ovjek ne moe proizvesti dovoljnu silu pritiska ( pritiskom na pedalu ) da bi zaustavio sva etiri toka.Na svakom hidraulikom ili pneumatskom vodu od glavnog cilindra do toka, postoji ventil koji je pod kontrolom ABS ureaja. Ventil moe imati tri pozicije: 1. U poziciji jedan, ventil je otvoren, pritisak se sa glavnog koionog cilindra prenosi preko ventila na toak 2. U poziciji dva, ventil je zatvoren i konica je odvojena od koionog cilindra.Ovo spreava porasti pritiska, bez obzira da li voza i dalje pritie pedalu konice 3. U poziciji tri, ventil proputa dio pritiska na konice.Kontroler je raunar koji se nalazi u automobilu i on vri analizu signala sa senzora i upravlja radom pumpe, odnosno regulie pritisak u sistemu za koenje, samim tim i silu koenja. Kada senzor javi kontroleru da je toak stao, on u istom trenutku alje signal na pumpu i smanjuje pritisak ime toak nastavlja da se okree. Ovaj proces se deava veoma brzo, tako da se toak nikada ne zaustavlja nego se kree brzinom priblino jednakoj nuli. Neki ABS sistemi mogu da obave ovaj proces 15 puta u sekundi. Posljedica rada ABS-a, tanije regulatora pritiska u koionom sistemu, jeste vibriranje konice, usljed naglog smanjivanja i poveavanja pritiska ulja to se prenosi na papuicu.To je razlog zbog ega se osjea prilikom rada ABS-a.

2.1 Nain funkcionisanja ABS sistema

ABS funkcionie tako da se koenje realizuje tano na granici u kojoj se toak maksimalno usporava, ali jo uvijek se okree. Poto je ova granica teko precizno odrediva i nije konstantna prilikom koenja, broj obrtaja svakog toka se mjeri i alje procesoru ABS-a. Procesor obrauje dobijene informacije nezavisno za svaki toak i tano obraunava vrijednosti broja obrtaja i klizanja. U trenutku koji prethodi blokiranju tokova, ABS kontroler, dobija informacije od senzora te preko sklopa elektromagnetnih ventila sniava pritisak ulja u koionom cilindru i oputa eljusti sve dok se koioni moment toliko ne smanji da tokovi normalno nastavljaju sa svojim obrtanjem. U tom trenutku aktiviraju se elektromagnetni ventili u suprotnom smjeru, pritisak ulja i intenzitet koenja se opet poveava do granice blokiranja tokova gdje se ciklus ponovo vraa na poetak. Ove promjene pritiska se deavaju vrlo brzo (3-5 puta u sekundi) zahvaljujui primjeni elektromagnetnih kontrolnih ventila. Opisani mehanizam se ponavlja dovoljno brzo tako da je toak stalno blizu granice blokiranja kako bi se ostvarila to via efikasnost koenja, a pritom ne smije da je dostigne.Iako se itav proces deava potpuno nezavisno od vozaa, informacija o dejstvu sistema stie i do njega u vidu ve spomenutog vibriranja papuice konice i paljenjem kontrolne lampice na instrument table. Na slijedeoj slici je prikazana ema cjelokupnog sistema sa hidraulinom instalacijom i princip njegovog rada.

Slika 1. ABS sistem

2.2. Koenje sa i bez ABS-a

Slika 2. Koenje sa ABS-om

Na gornjoj slici se vidi primjer koenja i izbjegavanja prepreke na klizavoj putnoj povrini koritenjem ABS-a.Kada vozilo ima ugraen ABS, voza moe uz intenzivno koenje i upravljati vozilom.

Slika 3. Koenje bez ABS-a

Kao to je vidljivo sa slike, bez ABS-a postoji vea mogunost proklizavanja (podupravljanje) prilikom koenja i skretanja ( izbjegavanje prepreke ).

2.3 Stabilnost, upravljivost i zaustavni put vozila

Blokiranjem tokova pri koenju, tj. njihovim klizanjem znatno se smanjuje koeficijent trenja, posebno u poprenom smjeru. Zbog toga se produava zaustavni put, a automobil postaje potpuno neupravljiv. Na vlanom putu bre se dostie maksimalna vrijednost koeficijentra prijanjanja, nakon ega slijedi klizanje, odnosno zanoenje vozila. Do klizanja tokova pri koenju dolazi pod uslovom da je brzina centra toka razliita od nule, a ugaona brzina jednaka nuli. Tada kaemo da je toak blokirao.Nasuprot vjerovanju da je primarna namjena ABS-a skraivanje zaustavnog puta, zadatak sistema je da obezbijedi upravljivost vozila u kritinim situacijama. Vozilo sa klasinim koionim sistemom ima osobinu gubitka kontrole upravljanja prilikom snanog aktiviranja konice koje bi onemoguilo okretanje tokova. U trenutku blokiranja tokova vozilo poinje da klizi na podlozi, pa zakretanje tokova nema vanost, tj. ne mijenja pravac njegovog kretanja. Pri malim brzinama ova pojava je u sutini zanemarujua, a problem se javljaju prilikom veih brzina gdje situacija postaje kritina. kripa tokova i instiktivno okretanje toka upravljaa s ciljem da se izbjegne udar vozila u prepreku esta su uvertira u saobraajnu nesreu. Treba naglasiti i to da je u ovakvim situacijama zbog nejednake sile koenja na pojedinim tokovima i razliitog koeficijenta prijanjanja pri koenju mogue i zanoenje vozila to poveava mogunost nastajanja saobraajne nesree. Za razliku od navedenog primjera, odnosno osvrta na koenje vozila bez ABS-a, kod ABS sistema svaki toak koi nezavisno, tj. vozilo je stabilno i kada tokovi nisu na istoj podlozi (npr. dva na suhom, dva na mokrom). Ove situacije su veoma rizine, a to je jo jedna dobra strana ABS-a, jer nijedan voza ne moe da odreaguje kao elektronika.ABS je manje efikasan na mekanim ili nestabilnim terenima, tj. na klizavim i rastresitim podlogama. Povrine koje nisu poeljne za ABS su: snijeg, tucanik, blato na putu, itd., jer tada neblokirani tokovi ne mogu da razgrnu lo sloj kao to su prethodne vrste podloge, tj. da dou do podloge koja moe da koi.U uslovima koenja na mekanim, tj. rastresitim podlogama blokirani se tokovi ukopavaju, stvarajui nanos ispred sebe i bre zaustavljaju vozilo od onih koji se okreu. Iako je uoptrebom naprednih tehnika koenja mogue postii sline rezultate i bez ABS-a, to iziskuje veliku vjetinu vozaa. S druge strane upotreba ABS sistema je veoma komforna, jer voza jednostavno maksimalno pritisne pedalu konice, a raunar se brine da konice svojim eljustima ne zakljuaju tokove. Za razliku od toga, ukoliko je podloga klizava, do blokiranja dolazi lako pa e i usporenje tokova biti malo, tj. zaustavni put e biti dui. Po pljusku ili snijegu ABS produava zaustavni put, ali ipak sa najveeom razlikom ABS gubi na ledu, gdje se tokovi veoma lako blokiraju pa sistem mnogo ee dozvoljava okretanje tokova te se zaustavni put produava.

3. Fuzzy sistemi

Teorija skupova kae da elemenat u potpunosti pripada skupu sa pripadnou 1 ili ne pripada tj.pripadnost je 0.Godine 1962. Zadeh predlae fuzzy ili neizrazite skupove kod kojih je pripadnost izmeu 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 sutinski ne razumiju (npr. sposobnost vonje automobila bez razumijevanja njegovog dinamikog modela). Teorija neizrazitih skupova u mogunosti je baratati sa neodreenou i vieznanosti lingvistikih izraza.Primjena je dola do izraaja 1980-ih,ponajvie u Japanu.Primjeri primjene od tog dana do dananjeg su: Voenje podzemne eljeznice, Upravljanje dizalima, Upravljanje klima ureajima, Regulacija tempetarure itd.Nedostatak klasinih skupova,to je ujedno i prednost fuzzy skupova jeste u graninim vrijednosti. Npr.ako kaemo da je dozvoljena brzina automobila od 40-70 km/h. U sluaju da se automobil kree brzinom 69 km/h izraziti skupovi e to smatrati dozvoljenom brzinom,iako ona sadri skoro pa nedozvoljenu vrijednost.Tu se ogleda prednost fuzzy sistema.Iako je uglavnom rije o matematikoj strukturi fuzzy izraza,jo jedna prednost je to se moe iskazati rijeima normalnog jezika. Npr. Ako je temperatura visoka i dio dana je podne,onda je klima ureaj ukljuen.To su tzv. IF THEN pravila koja se formiraju u sljedeem obliku:1: X is A 2: IF X is A THAN Y is B.3:Y is BGdje je X is A premisa ili uzroni dio , a Y is B konkluzija ili posljedini dio. Pravila mogu biti sa jednom premisom ili vie njih,kao i viestruka pravila sa viestrukim premisama. ABS sistem zahtijeva malo kompleksnije izraze od jednostavnih IF THEN pravila.

4. APLIKACIJA FUZZY LOGIKE NA ABS SISTEME

5. Zakljuak

Stabilnost je veoma bitan faktor u ocjeni kvaliteta elektronikog sistema vozila. Dananja vozila sadre brojne sisteme kako bi se poveala funkcionalnost vozila a stabilnost je jedna od grana koje se nadgledaju tim sistemima.U grupu veoma zastupljenih sistema spada i ABS sistem,ija je glavna uloga da povea stabilnost vozila pri koenju na vlanim ili klizavim povrinama te da pri tome tei ka smanjenju zaustavnog puta. Glavna prednost ABS-a je mogunost skretanja pri naglom koenju. ABS e biti najefikasniji kod naglog pritiska konice, dranja iste te zaobilaenja 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 odlino funkcioniraju i na loe odravanim automobilima koji su proli vie stotina hiljada kilometara. Na ABS-u su osjetljivi senzori na kotaima koji se mogu uprljati metalnom prainom 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.

11