modeliranje sistema ativne sigurnosti motornih vozila

Modeliranje sistema aktivne sigurnosti motornih vozila 1

Akc

koeficijenti

B vozila,

bi koeficijenti

C1 do C5 koeficijenti koji se koriste kod modela Burckhardt,

Ck

ci koeficijenti

cx koeficijent otpora oblika vozila,

cp

cpx

pravcu,

cpy

pravcu,

ES granica regulacije kod ESP-a,

e

Fa

inerciona sila prednjeg dijela vozila,

inerciona sila zadnjeg dijela vozila,

FX

FX1 reakcije prve osovine,

FX2 reakcije zadnje osovine,

FZ

FZ1 vertikalna sila za prvu osovinu,

FZ2 vertikalna sila za zadnju osovinu,

vertikalna reakcija tla na prednjem lijevom


f koeficijent otpora kotrljanja ,

f0, f1, f2

G

GT

vozila koja otpada na zadnjuprednju osovinu,

vozila koja otpada na zadnju osovinu,

H visina vozila,

hT

hV visina na koju se projektuje sila otpora vazduha,

IT

i1,..,i4

i0 prenosni odnos u glavnom prenosniku,

j ubrzanje (usporenje) vozila,

K1 -a,

K2 -a,

ks Burchardt,

L

zadnje osovine,

redukovani faktor trenja,

Mf moment otpora kotrljanja,

MK

MT

m masa vozila,

p

p0

pkc

R radijus krivine puta,

Rf

Rj sila inercije,

Rv sila otpora vazduha,

R1 -a,

R2 -a,

rd dinam

rk

SX

SY

koeficijent horizontalnog pomjeranja kod formule,

koeficijent vertikalnog pomjeranja kod formule,


brzina vozila,

vR

brzina klizanja,

pravcu kretanja,

,

XYZ koordinatni sistem vozila,

XWYWZW

Brush model prianjanja,

koeficijent trenja kod nultog klizanja,

gustina vazduha,

istupa za Brush model prianjanja,

koeficijent prianjanja,

X

Y

Burckhardt,

koefic

Burckhardt,

Burckhardt,

ugaona brzina pri slobodnom kotrljanju,

ugao zakretanja vozila oko vertikalne ose.


aktivnih sila u skladu

aktivne sigurnosti kao i aktivne sile u skladu sa

U prvom poglavlju su definisane aktivne sile koje djeluju na vozilu pri njegovom

je usvojen model koji se koristi u radu pri modeliranju prianjanja.

- ije ABS-a. Predstavljen

uspostavljenog

i programski paket Simulink.

zaustavljanju vozila koje posjeduje ABS i vozila koje ne posjeduje ABS. Svi rezultati su

regulacije. Predstavljen je matematski model aktivnih i reaktivnih sila pri polasku vozila iz

n vlastiti

Simulink. Predstavljni su rezultati koji su dobiveni na osnovu razvijenog programa.

a, predstavljeni su

uticajni parametri na stabilnost vozila te je opisan rad ESP-a. Razvijen je matematski model

dejstva aktivnih i reaktivnih sila pri kretnju vozila kroz krivinu. Na osnovu predstavljenog

za simulaciju prolaska vozila kroz

krivinu te su dati rezultati simulacije.


S

........................................................................................................................ 1

....................................................................................................................................... 4

....................................................................................................................................... 5

Uvod ........................................................................................................................................... 8

1. SILE I MOMENTI KOJI DJELUJU NA VOZILO, MODELIRANJE PRIANJANJA

....................................................................... 9

1.1. Sile i momenti koje djeluju na vozilo ...................................................................... 9

1.2. .......................................................... 10

1.3. Mehanizam nastanka sila na kontaktu pneumatika i tla ........................................ 11

1.4. ............. 11

1.5. ............................................... 12

1.6. Klizan ........................................................................................................ 13

1.7. ............................. 14

1.7.1. Model e formule od Pacejka i Bakker .................................................. 15

1.7.2. Model Burckhardt ............................................................................................. 19

1.7.3. Brush model ...................................................................................................... 22

1.7.3.1. ................................. 24

1.7.3.2. Pacejka pristup za definisanje BRUSH modela ........................................ 26

1.8. ............................................................................................................... 30

2.

.................................................................................................................... 31

2.1. Uvod .................................................................................................................... 31

2.1.1. Historijski pregled ............................................................................................ 31

2.1.2. ............................................................ 32

2.2. ................................................................. 37

2.2.1. Osnove antiblo ...................................................... 37

2.2.2. Komponente ABS-a .......................................................................................... 38

2.2.2.1. ................................................................................ 39

2.2.2.2.Elektronska kontrolna jedinica (ECU) ABS-a .................................................. 39

2.2.2.3. ........................................................... 39

2.2.3. Algoritam upravljanja ABS-a ........................................................................... 40

2.2.3.1.Parametri regulacije ABS-a .............................................................................. 40

2.2.3.2.Algoritam upravljanja ABS-a za podloge sa visokim koeficijentom

prianjanja .......................................................................................................... 41

2.2.3.3.Algoritam upravljanja ABS-a za podloge sa niskim koeficijentom

prianjanja .......................................................................................................... 42

2.3. Matematski model vozila opremljenog sa ABS-om ........................................... 43

2.3.1. .................................................................................. 43


2.3.2. Vertikalne sile na kontaktu pneumatika i tla .................................................... 46

2.3.3. ....................................................................... 46

2.3.4. enja................................................................................... 48

2.4. -om ............................... 49

2.4.1. -a) ........................................... 50

2.4.2. Blok prianjanja pneumatika i podloge .............................................................. 52

2.4.3. ......................................................................................... 52

2.4.4. .......................................................................... 53

2.4.5. ......................................................................... 53

2.4.6. Blok klizanja ..................................................................................................... 54

2.4.7. Blok vanjskih otpora ......................................................................................... 54

2.5. ................................. 54

2.5.1. Rezultati simulacije za podlogu sa visokim koeficijentom prianjanja

(suh asfalt) ........................................................................................................ 55

2.5.2. Rezultati simulacije za podlogu sa niskim koeficijentom prianjanja

(mokar asfalt) .................................................................................................... 59

3. MODELIRANJE SISTEMA PROTIV PROKLIZAVANJA

......................................................................................... 62

3.1. .................................................... 62

3.2. Metode regulacije proklizavanja ......................................................................... 62

3.3. Model vozila i program za simulaciju sa sistemom kontrole proklizavanja ....... 64

3.3.1. Blok otpora kotrljanja ....................................................................................... 65

3.3.2. .......................................................................... 66

3.3.3. ......................................................................................... 66

3.3.4. ........................................................................................... 67

3.3.5. ......................................................................... 68

3.3.6. ................................................................................... 69

3.4. ...... 70

4. MODELIRANJE I REGULACIJA ELEKTRONSKOG PROGRAMA

STABILNOSTI VOZILA ............................................................................................ 74

4.1. Elektronski program stabilnosti (ESP) ................................................................ 74

4.1.1. Tipovi kontrole stabilnosti vozila ................................................................... 74

4.1.2. Podupravljivost i nadupravljivost ................................................................... 75

4.1.3. .................. 76

4.1.4. Komponente elektronskog programa stabilnosti ............................................ 78

4.1.5. Princip rada ESP-a ......................................................................................... 80

4.1.6. Algoritam upravljanja ESP-a ......................................................................... 81

4.2. Matematski model (dinamika vozila) vozila opremljenog ESP-om ................... 81

4.2.1. ............................................................................... 82

4.2.2. ............................................................ 83

4.2.3. ................................................................................... 86

4.2.4. ........................................................................... 86


4.2.5. ................................................................................ 88

4.3. .......................................................... 88

4.3.1. ............................................................................................... 89

4.3.2. .............................................................................. 89

4.3.3. ...................................................................................... 90

4.3.4. ....................................................................... 90

4.3.5. Blok ESP modula ........................................................................................... 92

4.4. Rezultati simulacije kretanja vozila kroz krivinu ............................................... 93

5. .............................................................................................................. 99

DODATAK ............................................................................................................................ 100

LITERATURA ....................................................................................................................... 103

Uvod


UVOD

razvoja savremenih motornih vozila predstavljaju sistemi aktivne i pasivne sigurnosti.

regulisanim

pneumatika i podloge.

Osnovni zadatak

udobnost i ergonomija, itd.

Da bi se sistemi aktivne sigurnosti,

implementirati na vozilo, potrebno je poznavati njihov utjecaj na vozilo, odnosno potrebno je

primjenjuje razvoj matematskih modela baziranih na osnovnim zakonima dinamike. Ovi

modeli su, zahva

programa koji analiziraju dinamiku kretanja vozila.

neumatika i podloge


1. SILE I MOMENTI KOJI DJELUJU NA VOZILO, MODELIRANJE

1.1. Sile i momenti koje djeluju na vozilo

ISO

standardom je definisan koordinatni sistem koji se upotrebljava za definisanje sila i momenata

(vozilo). Taj koordinatni si

1.1 je

predstavljen koordinatni sistem sa silama i momentima koje djeluju na vozilo [15].

Slika 1.1. Sile i momenti koje djeluju na vozilo

T. Osa X je postavljena

u

vozila iz mjesta, pravolinijsko itd. Osa Y je

dinamike vozila. Osa Z je

je vertikalna u odnosu na ravan XY kojim vozilo djeluje na

podlogu. tivne sile i momente

kojima vozilo djeluje na podlogu, a one se mogu definisati kao:

- FX

- FY entrifugalna sila pri kretanju vozila kroz krivinu, sila

- FZ

- MX moment prevrtanja;

- MY

plivanje);

- MZ

neumatika i podloge


1.2.

Na slici 1. ), [15] kao desni

XW

ZW osa je normalna na ravan tla i usmjerena je prema gore. YW

je prikazano na slici 1.

ZW

MZ

XW

MX

MY

FZ

FY

FX

YW

C

Slika 1.2.

T

koordinatnog sistema onda se javljaju i momenti oko koordinatnih osa. Sile i momenti koji

j

- - (

pneumatika i tla);

- - (posljedica dejs i pri

pneumatika i tla);

- - vertikalna sila ;

- - moment prevrtanja;

- -

- - izacioni) moment.

neumatika i podloge


1.3. Mehanizam nastanka sila na kontaktu pneumatika i tla

1.3).

Slika 1.3. Mehanizam nastanka sila na kontaktu pneumatika i tla

Adheziona komponenta prianjanja je uticajniji faktor na suhom putu, ali se njen uticaj znatno

smanjuje kada je

u

adhezija i histereza, zavise od

puta.

1.4.

Na slici 1.4

reakcija

pomjera za neku udaljenost e od vertikalne ose pneumatika i to u pravcu kretanja pneumatika.

Raspodjela vertikalne sile je prikazana na slici 1.4 b) gdje je potrebno napomenuti da

gdje se pneumatik zaustavlja na os

e

kotrljanja. Prilikom kretanja vozila pod dejstvom pogonskog momenta

eposredno prije kontakta pneumatika sa

neumatika i podloge


Slika 1.4.

(tangencijalnog napona)

1.4 a sliku tangencijalne

tangencijalni napon koji je dat krivom 3.

1.5.

Za odr kontaktu pneumatika i tla, za date uslove kretanja i

preko koeficijenta prianjanja . Ukupna sila na kontaktu pneumatika i tla, u ravni tla, jednaka

(1.1)

pneumatika:

neumatika i podloge


(1.2)

, vrijede slj

(1.3)

(1.4)

gdje su i

zavisnosti sila na kontaktu pneumatika i tla od

silama samo u jednom pravcu).

(1.5)

1.6.

momenta ili moment

vR i brzine u pravcu kretanja

vW

nja vS. Spomenute brzine su predstavljene na slici 1.5

b).

YW

FY F

FX XW

MZ

YW

XW

vR

vW

vSvS,Y

vS,XvW,X

a) b)

Slika 1.5

Na slici 1.5 a) pokazana je sila koja djeluje u kontaktu pneumatika i podloge. Ona se dijeli na

vR i vW. Na slici 1.5 b)

pokazane su brzine koje se javljaju na kontaktu pneumatika i podloge.

Mogu se postaviti slj

(1.6)

(1.7)

neumatika i podloge


(1.8)

SX vS,X

vW,X:

(1.9)

gdje je:

- -

- -

- - ;

- -

- - ugaona brzina pri slobodnom kotrljanju;

- -

Prema [15]

X

( 1 X

neumatika i podloge


Karakteristike pneumatika date preko tabelarnih vrijednosti koje su dobijene na

ana

momente, odnosno koeficijente prianjanja izvedeni na osnovu eksperimentalnih

Burckhardt.

Fizikalni modeli, pseudo- rush Dahl model,

LuGre model).

dobri za

simulacijama dinamike kretanja vozila.

U ovom radu su predstavljena tri , Burckhardt i

Brush modeli.

1.7.1. Model formule od Pacejka i Bakker

formula predstavlja poluempirijski izraz, nastao na osnovu analize eksperimentalnih

oblik dat je sl

(1.13)

(1.14)

(1.15)

gdje Y(X X

B se naziva faktor krutosti, C faktor oblika, D

faktor maksimalne vrijednosti, a E faktor zakrivljenosti. Sh i Sv predstavljaju horizontalno i

vertikalno pomjeranje.

Za date vrijednosti koeficijenata B, C, D i E kriva je ne

Sh i Sv

formule y(x) x=y=0,

zatim t

uvedeni su koeficijenti pomjeranja Sh i Sv [24] te je dobivena nova kriva Y(X), kako se vidi na

slici 1.6 FX FY koji

[23].

neumatika i podloge


Y

y

X

x

D

Sv

Sh

ys

xm

tan-1(BCD)

Slika 1.6.

Na slici 1.6 , a

u slj

Koeficijent D predstavlja maksimalnu vrijednost sila ili momenata koji su dobiveni

M formule. Proizvod koeficijenata BCD

koordinatnog sistem (x=y=0). Vrijednost ys y pri maksimalnoj

vrijednosti x. Faktor oblika C kontrolira granice vrijednosti sinusne funkcije uz koju se javlja

u

(1.16)

Faktor B Sh i Sv

da kriva FX i FY

24]. Faktor zakrivljenosti E ne mjenja vrijednost krutosti

maksimuma. Faktor E se upotrebljava da bi se promijenio oblik krive (zakrivljenost krive oko

jednost klizanja xm pri kojoj je maksimalna

vrijednost krive.

(1.17)

Asimptotska vrijednost y pri velikim vrijednostima klizanja (maksimalnim) jednaka je:

(1.18)

neumatika i podloge


FZ

dva uticajna faktora, navedeni koeficijenti mogu se izraziti preko :

Za definisanje b ( ):

(1.19)

(1.20)

(1.21)

(1.22)

(1.23)

(1.24)

Za definisanje u ( ):

(1.25)

(1.26)

(1.27)

(1.28)

(1.29)

(1.30)

momenta ( ):

(1.31)

(1.32)

(1.33)

(1.34)

(1.35)

(1.36)

neumatika i podloge


Koeficijenti ai, bi, ci koji su zastupljeni u predhodnim izrazima su empirijski koeficijenti

zavisni od ispitivanog pneumatika. Svaka vrsta pneumatika ima svoj set koeficijenata ai, bi, ci

koji se dobijaju eksperimentalnim ispitivanjima na tim pneumaticima.

Na slici 1.

koja se dobije modeliranjem primjenom formule. U obzir je uzet isti pneumatik sa

svojim setom koeficijenata bi, koji su predstavljeni u tabeli 1.1[24].

FZ

klizanju.

Tabela 1.1.

i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

ai 1,3 -22,1 1011 1078 1,82 0,208 0 -0,354 0,707 0,028 0 14,8 0,022 0

bi 1,65 -21,3 1144 49,6 226 0,069 -0,006 0,056 0,486 0 0 0 0 0

ci 2,4 -2,72 -2,28 -1,86 -2,73 0,11 -0,07 0,643 -4,04 0,015 -0,066 0,945 0,03 0,07

Na slici 1.8 pokazan je uticaj vertikalnog

formulu. Koeficijenti ai su iz tabele 1.1 [24], a odnose se na isti pneumatik kao i za

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Klizanje

0

2000

4000

6000

Podu

na

sila

(N)

Fz=2000 N

Fz=4000 N

Fz=6000 N

Slika 1.7. Uticaj vertikalnog optere

neumatika i podloge


0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Klizanje

0

2000

4000

6000

Bo

na

sila

(N)

Fz=6000 N

Fz=3000 N

Fz=4000 N

Fz=5000 N

Slika 1.8.

klizanje (istovremeno pr

1.7.2. Model Burckhardt

Model Burckhardt je nastao na osnovu analize eksperimentalnih rezultata, i

Primjenom modela Burckhardt dobija se koeficijent prianjanja, a kod formule se

(1.37)

gdje je:

- rezultantni koeficijent pri

- Sx

- brzina vozila,

- Fz

- C1 do C5 koeficijenti.

Koeficijent C1 predstavlja maksimalnu vrijednost krive prianjanja, C2 faktor oblika krive, C3

Sx = 1, C4 faktor koji uzima

C5

pneumatika. Vrijednost koeficijenata C1, C2 i C3 data je u zavisnosti od stanja puta (tabela

1.2) [17]. Vrijednost koeficijent C4 0,04

koeficijenta C5 iznosi 0,0015 [17].

neumatika i podloge


Tabela 1.2.

C1 C2 C3

Asphalt, suh 1,2801 23,99 0,52

Asphalt, mokar 0,857 33,822 0,347

Beton, suh 1,1973 25,168 0,5373

Kaldrma 1,3713 6,4565 0,6691

Snijeg 0,1946 94,129 0,0646

Led 0,05 306,39 0

Za razliku od ISO standarda i formule, gdje je klizanje definisano u odnosu na ravan

.

klizanje u tim pravcima sa SL i SS. Sile na kontaktu pneumatika i podloge za Burckhardt

model predstavljene su na slici 1.9.

XW

L

YW

S

FS

vR

FL

vW

Slika 1.9. Sile kontakta pneumatika i tla za model Burckhardt

j

-

(1.38)

-

(1.39)

neumatika i podloge


Ukupno klizanje se dobija kao lizanja:

(1.40)

Dobivenim rezultantnim klizanjem, Burckhardt

se rezultantni koeficijent prianjanja . Koeficijente pri

dobivamo po slj

anjanje: anjanje:

U predhodnim izrazima je uzeta predpostavka da je prianjanje nezavisno od pravca klizanja.

je prianjanje zavisno od pravca klizanja, izraz za pri

, pa imamo slj

anjanje: anjanje:

Vrijednost faktora [17].

Na slici 1.10 je pokazan uticaj vertikalne sile na koeficijent prianjanja koji je dobiven

modelom Burckhardt. ijenti za suh asfalt iz tabele 1.2.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1Klizanje

0

0.4

0.8

1.2

Koef

icijen

t pri

anja

nja

v=60 km/hFz=2000 N

Fz=4000 N

Fz=6000 N

Slika 1.10. Uticaj vertikalnog anjanja

Na slici 1.11 pokazan je uticaj brzine vozila na koeficijent prijanjanja koji je dobiven

modelom Burckhardt.

neumatika i podloge


0 0.2 0.4 0.6 0.8 1Klizanje, -

0

0.4

0.8

1.2

Koef

icijen

t pri

anja

nja

Fz=2000 Nv=40 km/h

v=80 km/h

v=100 km/h

Slika 1.11. Uticaj brzine vozila na koeficijent prianjanja

prianjanja u pravcima osa L i S

(1.41)

(1.42)

Projektovanjem navedenih sila na ose i (slika 1.8), dobiju se prianjanja

prianjanja :

(1.43)

(1.44)

1.7.3. Brush model

sa smijerom

. Ti bristovi predstavljaju elemente

pogonskog momenta ja ili skretanja,

ostvarivanja horizontalnog skretanja i bez gen

vw u

, to jest ugao , poja Kad b

re

neumatika i podloge


, tada se javlja klizanje. Pod tim uslovima, kako je prikazano slikom

1.12

Slika 1.12. Brush model

(

bolje s obzirom na centar kontakta C.

.

kontaktnu zonu. Brzina savijanja je jednaka predpostavljenoj brzini klizanja. Rezultati

neumatika i podloge


elemenata formiraju pravu kontaktnu liniju koja se nalazi na pravcu koji je paralelan sa

vw. Slika 1.12 tak

regulisan sa koeficijentom trenja , raspodjele vertikalne sile i krutosti elementa C. Zbog

se mijenja po

klizanje

puno klizanje

blik krive je potpun

djeluje na sredini, tako da je moment jednak nuli. Takva situacija ostaje nepromijenjena kako

brzi

1.7.3.1.

anjanja, koja se

Brush modelu

i

a .

(1.45)

se dobija po slj

(1.46)

je:

(1.47)

gdje su:

- -

- -

neumatika i podloge


Slika 1.13. a i l

Prilikom kotrljanja pneumatika, trenje se javlja na mjestu kontakta pneumatika sa podlogom,

Na osnovu

zine klizanja a

samim tim i klizanja. U tabeli 1.3 su date vrijednosti koeficijenta trenja u zavisnosti od

Tabela 1.3

Podloga 0 (S=0) (S=0,2) (S=1)

Suh asfalt 0,93 0,9 0,75

0,725 0,7 0,6

Makadam 0,613 0,6 0,55

Tvrd snijeg 0,213 0,2 0,15

Led 0,108 0,1 0,07

Na osnovu eksperimentalnih rezultata u tabeli 1.4 je data krutost

pravcu gdje se % odnosi na klizanje [26].

Tabela 1.4.

Vertikalna reakcija

FZ (N) (N/%) (N/%)

2000 40000 40000

4000 75000 65000

6000 130000 75000

8000 160000 80000

(1.48)

gdje su:

-

- -

neumatika i podloge


- -

(1.49)

:

(1.50)

(1.51)

Na slici 1.14

Brush modela.

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Klizanje

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

Podu

na

sila

(N)

Fz=2000 N

Fz=4000 N

Fz=6000 N

Slika 1.14.

1.7.3.2. Pacejka pristup za definisanje Brush modela

bezdimenzionalne

(1.52)

neumatika i podloge


(1.53)

gdje je:

- - krutos

- -

Umjesto bezdimenzionalnog klizanja u izrazima za , Pacejka uvodi proizvod .

(1.54)

i

(1.55)

(1.56)

(1.58)

definisan kao:

(1.59)

- :

(1.60)

- :

(1.61)

(1.62)

neumatika i podloge


i

(1.63)

(1.64)

Y ose, pa imamo

da je:

-

(1.65)

-

(1.66)

Kombinovano klizanje

Brush

(1.67)

(1.68)

Na slici 1.15

, kako u zoni prianjanja tako i u

.

. Brzina

savijanja elemenata u zoni prianjanja je jednaka brzini klizanja .

neumatika i podloge


Slika 1.15. Vektor dijagram i deformacije Brush modela pri datom uglu klizanja

(1.69)

(1.70)

(1.71)

S obzirom da su predpostavljene jednake krutosti i koeficijent trenja, parametar

(1.72)

Pri kombinovanom klizanju, potrebno je definisati ukupnu silu F (slika 1.15), na osnovu koje

-

(1.73)

-

(1.74)

neumatika i podloge


(1.75)

(1.76)

pravcu, dok su prema

(1.77)

(1.78)

(1.79)

(1.80)

1.8.

rezultatima [23]

pneumatika, pa zahtijeva veliki broj mjerenja kako bi se dobili ti koeficijenti. Veoma je

po

Burckhardt model je vr

je izraz Burckhardt

kotrljanja

brzo. Sa dijagrama na slici 1.11 se da primjetiti da je veliki uticaj brzine na oblik krive

obivenih

eksperimentalnim ispitivanjima.

Brush modelom . Dovoljno je

formuli. Brush


2. MODELIRANJE

2.1. Uvod

upravljanja vozilom

- ovog sistema uveliko

)

i ESP (Electronic Stability Program). Razvo

su razni modeli ABS-a koji optimiziraju rad sistema .

vremenskim i prometnim uvjetima.

2.1.1. Historijski pregled

Krajem 60-tih Ford i Kelsey Hayes su razvili ABS koji je bio namijenjen

-tih godina Chrysler i Bendix razvili su ABS

General Motors je sredinom 70-tih na nekoliko luksuznih modela ponudio ABS.

ih 70-tih proizvodili ABS

vni nedostatak ranih ABS bio

je nizak stepen pouzdanosti elektronskih dijelova sistema. Zbog tih razloga i niske svjesnosti

krajnjeg korisnika, te dodatne e za kupce

sistema sredinom 70-tih godina.

Sredinom 70-tih g

analognog prema digitalnim sistemima. To je dovelo do prvog Bosch-ovog ABS-a koji je

sisteme. Prvi integrisani ABS proizveden je od strane ITT-Tevesa 1984.

Krajem 80- -

. Ovaj

-a.


2.1.2.

ila je suprotan

preduvjeta za kontrolu nad kretanjem vozila. Sigurnost i sta

ti vozila.

-

.

-

-

N

koriste za teretna vozila (kamione i autobuse). U nastavku su predstavljene komponente

2.1).

1. 2. 3. 4. 5. Disk

6. 7.

Slika 2.1.


putem poluga )

ndra na

sile

sistem. Jedan krug se zove

primarni dok je drugi sekundarni. Primarni krug na slici 2.1.1 je prikazan kao puna linija dok

sistem, dok II sistem koriste privredna

Slika 2.1.1

Slika 2.1.1

- a II izvedba, prednja i z

- b

- c

- d

osovine,

- e


Po

i to:

2.

Radni klip, 5.

Slika 2.2. Vakuu

motora SUS ili posebne vakum-pumpe kod prehranjivanih motora

ude izveden sa

i postoje dva odvoda iz ovog cilindra koji se nazivaju primarni i sekundarni krug. Unutar

2.3, klipovi postavljeni jedan za drugim i svaki je

poluge, koji dalje aktivira i pomjera naprijed osovinu u servo-


krug), 3. Komora

Opruga, 9. Vod za kompenzacioni rezervoar, 10. Prelivni otvor

Slika 2.3

nesmetan rad primarnog kruga.

toga da je

2.4.

prikazan na slici 2.5.


Pritisak pri kojem

Raspodjela pritiska bez

regulatora

Raspodjela pritiska sa

regulatorom

Idealna raspodjela pritiska

Slika 2.4. Raspodjela pritiska po prednjoj i zadnjoj osovini

1. Klip regulatora, 3. Dovodni otvor, 4. Odvodni otvor, 5. opruge, 8.

Otvor promjenljivog presjeka, 9. Zaptivka.

Slika 2.5.

(2) ostaje u krajnjem lijevo

instalaciji klip regulatora se pomjera udesno, i u trenutku kada pritisak dostigne zadanu

frikcije dva elementa.


a) b)

1

Oslonci Oslonci, 5. Povratna opruga

Slika 2.6. Disk

2.2.

2.2.1.

(nije klizavo)

2.7). ABS je sistem

a

la, ako detektuje da

postoji kliza r pritiska. Zavisno od

Osnovni ciljevi ABS-a su:

-

-

-


Slika 2.7. Osnovne komponente ABS-a

direktno zavisi od koeficijenta prianjanja. Na svim vrstama podloga postoji maksimum

koeficijent prianjanja ma

prenosi na podlogu i tako ostvariti minimalan put zaustavljanja.

Mada je usporenje i zaustavljanje vozila primarna svrha ABS-

strana vozila nalazi na podlozi koja ima dosta manji koeficijent prianjanja od podloge gdje se

vozila.

putu.

2.2.2. Komponente ABS-a

, i to:

-

- Elektronska kontrolna jedinica ABS-a,

-


2.2.2.1.

senzori sa Hall-ovim efektom ili Hall- Hall-ov efekat je slj

Kada se kroz provodnik ili poluprovodnik koji se nalazi u magnetnom polju propusti

Hall-

. Hall-

Zavisno od broja [9]. Na

slici 2. Hall-

1

2

3

4

Magnetno

poljeIndukcija

Hallov

napon

Zub

N

S

a) b)

1- - Hall- - magnet, 4-

Slika 2.8. -

2.2.2.2. Elektronska kontrolna jedinica (ECU) ABS-a

Mikrokomp i

su direktno vezane za regulaciju pritiska.

2.2.2.3.

Modulator pritiska je elektro-

ci 2.

prikaz jednog modulatora pritiska.


1 modulator pritiska (3a

solenoidni ventil, 3b akumulator, 3c pumpa za podizanje pritiska), 4

elektronska kontrolna jedinica (ECU).

Slika 2.9. Modulator pritiska

2.2.3. Algoritam upravljanja ABS -a

upravljanja ABS-a je BOSCH-ov

asfalt,...) i podloge sa niskim koeficijentom prianjanja (led,...).

2.2.3.1. Parametri regulacije ABS-a

Da bi se dizajnirao ABS potrebno je definisati

prianjanja maksimalan. Idealno bi bilo kada bi se mogao postaviti senzor za mjerenje

koeficijenta prianjanja.

Uglavnom s

-

- Klizanje pneumatika,

-

-

a nakon diferenciranja dobija se ugaono

uspore


Funkcija ABS-

2.2.3.2. Algoritam upravljanja ABS-a za podloge sa visokim koeficijentom

prianjanja

-a. Osnovni

e pod predpostavkom da je

Na slici 2.10 je prikazan BOSCH-ov [3] algoritam regulacije ABS-a za podloge sa visokim

koeficijentom prianjanja.

Slika 2.10. Algoritam regulacije ABS-a za visoke koeficijente prianjanja

(-a).

va konstantnim

kako je to pokazano fazom dva na slici 2.10.


vR 1 na

-a). Ugaono ubrzanje raste

i prelazi granicu (-a instalaciji

(faza 4). Na kraju faze 4

prelazi granicu (+A zanje

+A

+a). Na kraju ove faze ugaono

ubrzanje pada ispod granice (+a stabilnu zonu prianjanja i da

-a). U trenutku kada ugaono

-a),

an stanjem podloge, brzinom vozila i ostalim uticajnim parametrima.

2.2.3.3. Algoritam upravljanja ABS-a za podloge sa niskim koeficijentom prianjanja

Algoritam kontrole rada ABS-a cijentom prianjanja je prikazan na

slici 2.11.

prilagoditi ABS kontrolu kako je to pokazano slikom 2.11. U fazama 1 i 2 nema razlike u

konstantn

klizanja 1

1

+a). Taj pritisak se

+a). U fazi 5 pritisak se

granice klizanja i dok se ne dostigne granica (+a) u fazi 7.


+a

0

-a

v

vref

vT

1 2 3 4 5 6 7 8

Brz

ina

Vrijeme

Faza

Slika 2.11. Algoritam kontrole ABS-a

2.3. Matematski model vozila opremljenog sa ABS-om

kretanje motornog vozila. Postavljanjem zakona o

N ila. U nastavku

je predstavljen matematski model vozila koji opisuje proces a vozila.

2.3.1.

Na slici 2.


v

j

Rj

GRf1

FZ1FX1

RV

hV

l1 l2

L

hTA B

FX2 FZ2

Rf2

Slika 2.12.

- Rj sila inercije,

- Rv sila otpora vazduha,

- Rf

- FZ1 vertikalna reakcija za prvu osovinu,

- FZ2 vertikalna reakcija za zadnju osovinu,

- Fx1 reakcije prve osovine,

- Fx2 reakcije zadnje osovine,

- G

- L

- l1 osovine,

- l2

- hT

- hV visina na koju se projektuje sila otpora vazduha.

2.

kretanja vozila:

(2.1)

Otpor kotrljanja se javlja pri kret

(2.2)


gdje je:

- G -

- f - koeficijent otpora kotrljanja.

Vrijednost koeficijenta otpora kotrljanja zavisi od konstruktivnih karakteristika pneumatika,

pritiska u pneumaticima, brzine vozila i mnogih drugih parametara. U literaturi se navode

[18]:

(2.3)

gdje je v (m/s) brzina vozila. Obrazac dobro aproksimira otpor kotrljanja dijagonalnih guma

uz vrijednost koeficijenata f0=0,007, f1=0; f2

Otpor vazduha

Sa porastom brzine v

izraziti u zavisnosti

- cx. Ovaj koeficijent naziva

-

-

- relativne brzine zraka i vozila vR

(2.4)

e

vrijednost koeficijenta oblika cx

(2.5)


2.3.2. Vertikalne sile na kontaktu pneumatika i tla

(u

.

prikazane na slici 2.12.

2.

(2.6)

2.

(2.7)

gdje su:

- m masa vozila,

- j ubrzanje (usporenje) vozila,

- cx koeficijent otpora oblika vozila,

- A

- gustina vazduha,

- brzina vozila.

osovine se dobije po izrazu.

(2.8)

2.3.3.

2.13


O

G

MT

MK

r d

FZFX

d

dt

v

FXUbrzanje

M f

IT

Slika 2.13.

Na slici 2.13 vidimo

- MK

- Mf moment otpora kotrljanja

- MT pogonski moment

- Fx reakcija podloge

- Fz vertikalna

- GT vo

- IT

- rd

se slj

(2.9)

(2.10)

2.

izraz (2.10)


2.3.4. Model momenta

sistemu zavisi

Fa (slika 2.14).

Slika 2.14.

(2.11)

gdje je pkc , jednak je

p0

kontakt, Akc o

Sila trenja koja se razvi

(2.12)

gdje je:

- -

(2.13)

gdje je rk

predstaviti kao:


(2.14)

gdje je Ck

Cilj ovog

rada je da se dob

(2.15)

gdje je R1 t vrijeme simulacije.

(2.16)

gdje je R2 t vrijeme simulacije.

2.4. -om

Simulink. To je programski paket prvenstveno namijenjen za modeliranje, simulaciju i analizu

fizikalnih pr

ekvivalentnu naredbi u programskom jeziku MATLAB.

koje se

prednju i zadnju osovinu. Predpostavlja se da je na lijevoj i desnoj strani pojedinih osovina

j

podsistema:

- Blok ABS-a,

- Blok vozila.

Blok


- Bloka prianjanja,

-

-

-

- Blok klizanja,

- Blok vanjskih otpora.

koji je napravljen je pokazana na slici 2.15.

Blok vozila

Prijanjanje

Kotrljanje

Preraspodjel

Klizanje

kretanjaVanjski

otpori

Blok ABS-a

FX

FX

Rf

Rf

RV

a

a

v

v

Rf

FX

Mk

Mk

vd /dt

d /dts

sFZFZ

v

FZ

RV

Slika 2.15.

2.4.1. je (Blok ABS-a)

Ns slici 2. -a. Blok ABS-

na podlozi sa malim koeficijentom

prianjanja. Algoritam upravljanja ABS-a je predstavljen u dijelu 2.2.3 gdje je dat detaljan opis

upravljanja ABS-a. Blok ABS-


je to pokazano u

matematskom modelu vozila dio 2.3.4.

Slika 2.16. Blok ABS-a kreiranog u Simulink-u

granice a, +a, -A i +A. Taj

-a, moment raste dok

+A tako da

+A. smanjenja

+a i A. Na slici pod a) se vidi i

granica 1 Pomenute granice su predstavljene u dijelu

2.2.3.2 na slici 2.10.

2.4.2. Blok prianjanja pneumatika i podloge

Na slici 2.

da je izlaz iz ovog bloka sila koja se prenosi sa pneumatika na podlogu. Za modeliranje

Brush model prianjanja .


Slika 2.17. Blok prianjanja pneumatika i podloge

pneumatika na podlogu.

2.4.3. Blok kotrljanja t

Na slici 2.18 predstavljen je izgled ovog bloka u Simulinku.

(2.10) iz koje se dobija

ugao

se vodi u blok ABS-

sistema.

Slika 2.18.

2.4.4. kretanja vozila

ubrzanje (usporenje) vozi

2.2 anje vozila. Izgled ovog bloka u

Simulinku predstavljen je na slici 2.19.


Slika 2.19.

Ovaj blok kao ulaz koristi vanjske sile koje djeluju na vozilo a kao izlaz imamo ubrzanje

vozila koje integriranjem svodimo na brzinu vozila.

2.4.5.

enja ima zadatak, na osnovu ubrzanja vozila i vanjskih sila koje

djeluju na vozilo, raspodjeli masu vozila na dvije osovine.

Ulaz u blok je ubrzanje (usporenje) vozila a kao izlaz imamo

vertik 2.20 predstavlja izgled bloka u

Simulinku.

Slika 2.20.

2.4.6. Blok klizanja

e na slici 2.21.


Slika 2.21. Blok klizanja u Simulinku

2.4.7. Blok vanjskih otpora

Vanjski otpori imaju velikog uticaja na dinamiku vozila pri kretanju. Kao ulaz u ovaj blok su

azduha i

otpor kotrljanja . Model vanjskih otpora je

predstavljen na slici 2.22.

Slika 2.22. Model vanjskih otpora

2.5.

U prethodnim tekstu ovog poglavlja je pr

motorno vozilo na podlozi sa visokim koeficijentom prianjanja (suh asfalt) i na podlozi sa

Poglavlju 1 -om te

-a.


2.5.1. Rezultati simulacije za podlogu sa visokim koeficijentom prianjanja (suh

asfalt)

Dodatku. Simulacija je startana sa

2.23.

Sa slike 2.23 se vidi razlika pri usporenju vozila koje posjeduje ABS te ono u koje nije

renje kod vozila koje ne posjeduje ABS iznosi

za kratko vrijeme te onda opadne na vrijednost . To pokazuje da

toga dolazi do blokir

Maksimalno usporenje kod vozila koje posjeduje ABS iznosi te ga

2.10), a na slici 2.24 je

Slika 2. nekoliko

ciklusa regulacije ABS-a.

0 1 2 3 4Vrijeme (s)

-11

-10

-9

-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

Ubrz

anje

(m

/s2)

Sa ABS kontrolom

Bez ABS kontrole

Slika 2.23.



-200

0

200

Ugaono u

brz

anje

(ra

d/s

2)

Ugaono ubrzanjeNaprijed

Pozadi

Slika 2.24.

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Vrijeme (s)

-100

0

100

Ugaono

ubrz

anje

(1/s

2)

3600

3800

4000

4200

Mom

entko

enja

(Nm

)

0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

Ugaono ubrzanje

Moment ko enja

Slika 2.25. Promjena ugaonog ubrzanja nekoliko ciklusa regulacije

Sa slike 2.

regulacije ABS-a. Granice koje se spominju u narednom tekstu su predstavljene na slici 2.10.

je granice a=70

rad/s2


druge donje granice A=90 rad/s2, i tako sve dok ugaono

+a=3 rad/s2

granice +A=5 rad/s2 tada moment

Na sljed

Ov

2.29).

0 1 2 3 4

Vrijeme (s)

0

400

800

1200

1600

2000

2400

2800

3200

3600

4000

Mom

entko

enja

(Nm

)

SaABSregulacijom naprijed

SaABSregulacijom pozadi

BezABSregulacijenaprijed

BezABSregulacijepozadi

Slika 2.26.

0 1 2 3 4

Vrijeme (s)

0

20

40

60

80

100

Brz

ina

(km

/h)

BrzinavozilasaABSregulacijom

Obodnabrzinato kasaABSnaprijed

Obodnabrzinato kasaABSpozadi

BrzinavozilabezABSregulacije

Obodnabrzinato kabezABSregulacije

Slika 2.27.

kako je to dato izrazima (2.15) i (2.16)

R1=19000 Nm/s R2=19000 Nm/s


diktiraju

za

zadnjoj osovini. Uticaj ABS-

-a nema tu

vrijednost.


0

10

20

30

40

50

60

Put za

ust

avl

janja

(m

)

Put zaustavljanjaSa ABS regulacijom

Bez ABS regulacije

Slika 2.28. Put zaus

0 1 2 3 4

Vrijeme (s)

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

Opte

reenje

oso

vin

a(N

)

SaABSregulacijom napri jed

SaABSregulacijom pozadi

BezABSregulacijenaprijed

BezABSregulacijepozadi

Slika 2.29.


Put zaustavljanja kod vozila koje ne posjeduje ABS je 53,2 m dok je kod vozila koje

posjeduje ABS put zaustavljanja 41,2 m. Vidi se da je veliko smanjenje puta zaustavljanja

2.5.2. Rezultati simulacije za podlogu sa niskim koeficijentom prianjanja (mokar

asfalt)

vozila na podlozi sa niskim koeficijentom prianjanja (mokar asfalt). Svi parametri koji su

podlozi sa

visokim koeficijentom prianjanja. Jedina razlika je kod koeficijenta prianjanja gdje se i pravi

, pogledati tabelu 1.3. Na slici 2.30 je pokazano

vog zaustavljanja pri intenzivnom

0 2 4 6Vrijeme (s)

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

Ubrz

anje

(m

/s2)

UbrzanjeSa ABS kontrolom

Bez ABS kontrole

Slika 2.30.

Sa slike 2.30 se vidi isto kao za podloge sa visokim koeficijentom prianjanja. Kod prisustva

ABS-a

2.31). Dok kod vozila koje ne posjeduje ABS usporenje u jednom

blokiraju (S=1),

podlogu manju sil usporenje.

zaustavljanja.


0 2 4 6

Vrijeme (s)

0

600

1200

1800

2400

3000

3600

4200M

om

entko

enja

(Nm

)

ABSnaprijed

ABS pozadi

Bez ABSnaprijed

Bez ABSpozadi

Slika 2.31.

0 2 4 6

Vrijeme (s)

0

20

40

60

80

100

Brz

ina

(km

/h)

BrzinavozilasaABS

Brzinato kasaABSnaprijed

Brzinato kasaABSpozadi

BrzinavozilabezABS

Brzinato kabezABSnaprijed

Brzinato kabezABSpozadi

Slika 2.32.

0 1 2 3 4 5 6Vrijeme (s)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

Put za

ust

avl

janja

(m

)

Sa ABS regulacijom

Bez ABS regulacije

Slika 2.33.


0 2 4 6

Vrijeme (s)

2000

4000

6000

8000

10000

12000O

pte

reenje

oso

vin

a(N

)

Sa ABS regulacijom naprijed

Sa ABS regulacijom pozadi

Bez ABSregulacije naprijed

Bez ABSregulacije pozadi

Slika 2.34.

Na slikama 2.31 i 2.

Put zaustavljanja kod vozila koje ne posjeduje ABS je 78,5 m dok je kod vozila koje

posjeduje ABS put zaustavljanja 58,4 m. Vidi se da je veliko smanjenje puta zaustavljanja

kada vozilo posjeduje ABS.

-om i bez ABS-a kod podloge sa manjim

Razlog tome je procentualni pad koeficijenta prianjanja sa maksimalne vrijednosti (pri

koeficijentom prianjanja.


3. MODELIRANJE SISTEMA PROTIV PROKLIZAVANJA POGONSKIH

3.1. Sistem kontrole proklizavanja

proklizavanja TCS (Traction Control Systems) ili ASR (Antriebs Schlupf Regelung).

Da bi se vozilo moglo kretati u

brojem obrta

na klizavoj podlozi (podloga sa manjim koeficijentom prijanjanja) dok je druga strana

diferencijal prenosi na obje strane pogonske

koeficijentom prianjanja pokrene dok taj obrtni moment nije dovoljan da se pokrene vozilo, to

jest obrtni moment je manji od otpora kretanja.

3.2. Metode regulacije proklizavanja

kombinacije ove dvije stra

moment na motoru da bi se rasteretila transmisija vozila.

ave goriva ili

Na slici 3.

vazduha u motor.


Slika 3.1. Elektronska kontrola dodatnog leptira za kontrolu proklizavanja

ECM je komandna jedinica ASR-a (TCS-

usisa. Kada se v

ABS sistem koji je opisan u Poglavlju 2

3.2

predstavljena a modulatora pritiska ASR-a koji se koriste kod nekih vozila.

Za razliku od modulatora pritiska koji koristi ABS, modulator pritiska ASR-

-pass ventile (3). Sistem sa slike 3.2 se

odnosi n

nje

za podizanje pritiska se

atrivira te radi kontinualno.

preko ulaznog ventila (C4). Kada se brzina predn


Slika 3.2. Sistem kontrole proklizavanja

proklizavanja

odvija manipulacijom ulaznog ventila (C4) i izlaznog ventila (D4). Kada komandna jedinica

ventili

-pass

3.3. Model vozila i program za simulaciju sa sistemom kontrole proklizavanja

(ASR)

Pri razmatranju regulacije ASR-a

SIMULINK. U predhodnom dijelu ovog

poglavlja su pred

- Blok otpora kotrljanja,

-

-

-

-

-

-


Na slici 3.

se vide na

ciljem kontrole proklizavanja.

Slika 3.3. Model vozila sa sistemom kontrole proklizavanja

3.3.1. Blok otpora kotrljanja

(2.3). Na slici 3.4 pokazan je blok otpora kotrljanja u Simulinku.

Slika 3.4.


Kao rezultat ovaj blok daje silu otpora kotrljanja, a ta

3.3.2.

Ako posmatramo vozilo koje treba da krene iz mjesta, na njega djeluju neke sile koje bi

trebalo da savlada. Kao prvo treba da savlada otpor kotrljanja koji se suprostavlja kretanju

vozila te da savlada inerciju

oblik:

(3.1)

3.1) poprimi oblik:

(3.2)

Na slici 3. Simulinku.

Slika 3.5.

d

u je manja.

3.3.3.

Na slici 3.

(3.3)


O

G

MT

MK

r d

FZFX

d

dt

v

FXUbrzanje

M f

IT

Slika 3.6.

aone

(3.4)

Na slici 3.

Slika 3.7.

Iz ovog bloka kao izlaz dobijamo informaciju o

3.3.4.

3.8 je predstavljen


Slika 3.8.

3.3.5.

a pola

3.9 je predstavljeno vozilo sa silama koje djeluju

u toku procesa pokretanja vozila sa mjesta.

v

j

Rj

GRf1

FZ1FX1

RV

hV

l1 l2

L

hTA B

FX2 FZ2

Rf2

Slika 3.9. Sile i momenti koji djeluju na vozilo u toku pokretanja vozila sa mjesta

(slika 3.9) pa imamo izraz:

(3.5)

Otpor vazduha RV

[18]

3. u procesu

pokretanja vozila iz mjesta.

(3.6)


3.10 je blok preraspodjele opte

Simulinku.

Slika 3.10.

Kako vidimo sa slike 3.10 3.

tome jer pri pokretanju vozila iz

3.3.6.

egulacijom izlaznog

zavisno od klizanja (domen regulacije). Smanjenje momenta

(3.7)

nja momenta programiran je u Simulinku i predstavljan je

3.11.


Slika 3.11.

Pocetak Kasnjenje

transmisiju vozila (izraz 3.8). Kasnjenje njenje odziva u odnosu na

zahtjevano. Konstanta R1

a. Kada

se smanjuje

3.4.

predhodnom tekstu, u narednom tekstu su predstavljeni neki parametri procesa polaska vozila

Dodatku.

dijelu (3.3.6). Ovaj ulaz je definisan na osnovu momenta motora za posmatrano vozilo (slika

3.12).

Na slici 3.12 b anje obrtnog momenta u vremensk

ta momenta u funkciji broja okretaja izgledalo kao na slici a). Moment predstavljen

na ovoj sli

Na istoj slici je data

vanjska brzinska karakteristika motora, i vidi se da izlazni moment iz motora dostigne

vrijednost koja odgovara momentu pri maksimalnom broju obrtaja.

je to dato izrazom:

(3.8)


a) b)

Slika 3.12. Moment na motoru i pogonski moment

relacijom (3.7), gdje je koeficijent smanjenja momenta R1=900 Nm/s. Na slici 3.13 se vidi da

moment na t

m

. Blok momenta na

proklizava a

.

,

koja se vidi na dijagramu na slici 3.13,

3.14, vidi se da brzina

raste do svoje maksimalne vrijednosti. Pomenuta b

zavisna od broja obrtaja motora, to je broj obrtaja motora u prvom

stepenu prenosa. Ako pogledamo sliku 3.12

maksimalnu vrijednost.

Na slici 3.15


Slika 3.13. Mome

Slika 3.14.

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2Vrijeme (s)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Kliza

nje

,-

Slika 3.15.

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2

Vrijeme (s)

0

400

800

1200

1600

2000M

om

ent(N

m)

Moment nato ku saASR

Iskori teni moment prianjanja

Moment nato ku bezASR

0 0.4 0.8 1.2 1.6 2

Vrijeme (s)

0

5

10

15

20

25

30

35

Brz

ina

(km

/h)

Vozila

To ka


Sistem kontrole proklizavanja najbolje se vidi na slici 3.16 gdje je dat dijagram koji pokazuje

Slika 3.16.

Moment raste do maksimalne vrijednosti dok i klizanje raste na skoro 100%. Kada detektuje

klizanje, sistem za kontrolu

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1

Klizanje

0

400

800

1200

1600

2000

Mom

ent(N

m)

Moment nato ku

Iskori teni moment prianjanja

Modeliranje i regulacija elektronskog programa stabilnosti vozila


4. MODELIRANJE I REGULACIJA ELEKTRONSKOG PROGRAMA

STABILNOSTI VOZILA

4.1. Elektronski program stabilnosti (ESP)

i ABS, ali ovaj sistem nastoji

tanju pri ekstremnim manevrisanjima vozilom.

manevrisanju vozilom,

le

o gubitak

stabilnosti i obezbjedilo sigurno kretanje kroz krivinu neophodno je smanjiti brzinu prije

podupravljivosti ili nadupravljivosti, to jest gubi se stabilnost vozila.

U

role momenta

Electronic

Stability Programme , a neki od njih su:

- Acura: Vehicle Stability Assist (VSA)

- Alfa Romeo: Vehicle Dynamic Control (VDC)

- BMW: Dynamic Stability Control (DSC)

-

- General Motors: StabiliTrak

4.1.1. Tipovi kontrole stabilnosti vozila

Postoje tri tipa kontrole stabilnosti, i to:



- Sistem regulacije p

- Steer-by-

ulazak vozila u krivinu.

- Aktivna raspodjela obrtnog momenta.

Steer-by-Wire sistem

Aktivne raspodjele obrtnog momenta

4.1.2. Podupravljivost i nadupravljivost

Izrazi podupravljivost i nadupravljivost se odnose na kretanje vozila kad ono izgubi

krivini. Na slici 4.

Slika 4.1. Podupravljivost i nadupravljivost

anje kada vozilo ne prati putanju



zanese. Ovaj efekat je suprotan poduravljivosti. Tendencija vozila nadupravljivosti zavisi od

zavisno od stanja podloge na kojem se vozi

4.1.3.

prianjanja. Do prevrtanja vozila dolazi kada uslijed momenta kojim djeluje centrifugalna sila,

R, na putu sa nagibom i

koeficijentom prijanjanja , bez promjene brzine i uz zanemarivanje

4.2.

T

G

FC

hT

t2

R

Slika 4.2.



vozila i sila koje to izazivaju. Dobije se sle

(4.1)

Ako umjesto FC uvrstimo izraz:

(4.2)

(4.3)

gdje je:

- R radijus krivine puta

- -

- - koeficijent prianjanja

FC i

G.

(4.4)

Ako umjesto FC uvrstimo izraz:

(4.5)

(4.6)

gdje je:

- t

- hT

hT i

t



dobijamo slj

(4.7)

4.1.4. Komponente elektronskog programa stabilnosti

-

-

- senzor ugaone brzine oko vertikalne ose,

-

- a jedinica (ECU),

-

Komponente ESP-a su prikazane na slici 4.3.

Slika 4.3. Komponente ESP-a

eptir

karburatora) potrebno je

okolinskim uticajima i nezavisnost o radu vozila (sigurnost funkcionisanja tokom dugog

vremenskog perioda).

Upravo kod ESP-a

og vijeka senzora biti snimljene sa visokom

ada vozila moraju biti sa visokim

stepenom sigurnosti.



vo

ubrzanja

om pravcu na vozilo koja djeluje pri manevrisanju vozilom.

Senzor ugaone brzine oko vertikalne ose

Senzor ugaone brzine mjeri obrtno kretanje vozila oko njegove vertikalne ose, npr. pri

ji za mjerenje ugaone

Senzor broja obrtaja

ima podatak o brojevima obrtaja

Poglavlju 2 dio

(2.2.2.1).

sistema kao:

-

- obuhvatanje radnih stanja komponenata,

- prikupljanje i obrada podataka,

-

- nadgledanje ispravnosti komponenti,

- CAN -

vozila a na , koju prima od

senzora ugaone brzine,

jedinicama. Ne u pneumatika i podloge,



, npr. kada se

karakterist

odulator pritiska od ABS-a Poglavlju 2

4.1.5. Princip rada ESP-a

ESP prati promjenu momenta oko vertikalne Z ose, koji nastaje od sila koje djeluju na vozilo,

nadupravljivosti. ESP (ECU jedinica ovog sistema) prima informacije od raznih senzora te

vozila stabilno

Princip rada ESP-a

pokazano slikom 4.4. Ako ESP

ESP

Slika 4.4. Uticaj ESP na kretanje vozila



o desnoj krivini. Ako ESP detektuje da je

ESP

4.1.6. Algoritam upravljanja ESP -a

Postoje razni algoritmi upravljanja radom ESP- detaljima. Svaki

-a dobije najbolje rezultate.

upravljanja radom ESP-a koji je prikazan na slici 4.5.

Ugaon

o u

brz

an

je v

ozi

la

oko v

erti

kaln

e ose

(ra

d/s

2)

+E

S-E

S

Vrijeme (s)

naprijed pozadi

(Nm

)

Vrijeme (s)

Slika 4.5. Algoritam upravljanja radom ESP-a

+ES i ES

Ako se desi da vrijednost ugaono ubrzanje vozila oko vertikalne ose dospjedne ispod

vrijednosti

predhodnom tekstu.

4.2. Matematski model vozila (dinamika vozila) opremljenog ESP-om

Kao i kod predhodna dva sistema, prvo je neophodno napraviti matematski model vozila, to



4.2.1.

a vozila.

J

(4.8)

gdje su:

- - otpor vazduha,

- - sila inercije,

- - otpor kotrljanja,

- - otpor uspona,

- -

Otpor uspona

j

(4.9)

ko je to predstavljeno slikom 4.6.

v jX

Y

l 1l 2

L

t

FXpl

T

FYpl

FXpd

FYpd

FYzl

FXzl FXzd

FYzd

Slika 4.6. Sile koje djeluju na vozilo u toku kretanja.



gdje je:

-

-

- L

-

-

-

kretanja vozila:

(4.10)

(4.11)

dobija brzina po pojedinim osama.

T (slika 4.6

koja ima oblik:

(4.12)

nadupravljivosti. Ako pogledamo sliku 4.6, vidimo da je pozitivan pravac ovog ugla u

suprotnom smijeru od smjera obrtanja kazaljke na satu. Tako znamo da se radi o

podupravljivosti ako je promjena ovog ugla negativna, a o nadupravljivosti ako je promjena

zavisno od toga da li se radi o podupravljivosti ili nadupravljivosti im

regulacije stabilnosti vozila.

4.2.2.

su predstavljene sile koje djeluju na vozilo u toku kretanja koje su uticajne na raspodjelu



v

j

Rj

GRf1

FZ1FX1

RV

hV

l1 l2

L

hTA B

FX2 FZ2

Rf2

Slika 4.7. Raspodjela masa po osovinama

A

(4.13)

(4.14)

gdje je:

- m ukupna masa vozila,

- ax ubrzanje vozila u smijeru x ose,

- g

(4.15)

prednjoj strani vozila.



Z

YT

G2

F in

FZlz FZdz

hT

t2

L D

Slika 4.8. Raspodjela masa po stranama

(4.16)

(4.17)

(4.18)

- inerciona sila,

- -

-

(4.19)

(4.20)

- inerciona sila,



- -

-

4.2.3.

4.9

O

G

MT

MK

r dFZFX

d

dt

v

FXUbrzanje

M f

IT

Slika 4.9.

(4.21)

promjenu ugaone

(4.22)

4.2.4.

klizanja t 10 se

j

- pl prednji lijevi,

- pd prednji desni,

- zl zadnji lijevi,



- zd zadnji desni.

B

A

Y

XTX

C

vT

Slika 4.10.

(4.23)

(4.24)

(4.25)

[17].

(4.26)

(4.27)

(4.28)

(4.29)

(4.30)

(4.31)

Ugao

[17]:



; (4.32)

jede [17]

(4.33)

(4.34)

(4.35)

(4.36)

4.2.5.

ma:

(4.37)

(4.38)

gdje je:

- t vrijeme simulacije

- K1

- K2 .

.

4.3. i program razvijen u Simulinku

Kao i u predhodna dva sistema, i ovdje je nakon predstavljanja matematskog modela vozila

koji se koriste u predhodna dva dijela ovdje

Program se sastoji od blokova koji su predstavljni u Poglavlju 3 (dio 3.3.):

- Blok otpora kotrljanja,

-

-

-



od onih u predhodnom su

slje

-

-

-

-

- Blok ESP modula.

4.3.1.

a

Poglavlju 1. Na slici 4.11 je predstavljen

Slika 4.11.

Kako se vidi sa slike 4.11 Razlika je u

4.3.2.

og poglavlja, a na slici

4.12 Simulinku



Slika 4.12.

4.3.3.

4.13

Slika 4.13.

tigonometriske funkcije

4.3.4.

predstavljeno u dijelu (4.2.1). Izgled blok

dat na slici 4.14 4.9).



Slika 4.14.

4.11 aj dio

bloka predstavljen je na slici 4.15

dobijamo inercionu silu pri kretanju vozila kroz krivinu.

Slika 4.15.

Kako je to predstavljeno u matematskom model

dio koji opisuje rotaciono kretanje vozila oko vertikalne ose. Taj dio bloka je predstavljen ne

slici 4.16 4.12).



Slika 4.16.

Ulaz u blok su sile reakcije koje djeluju na vozilo u toku kretanja. Izlaz iz bloka opisuje

ugaono kretanje vozila oko vertikalne ose.

4.3.5. Blok ESP modula

Ovaj blok ima zadatak da 5.)

ovog poglavlja je bi spri

nadupravljivosti zavisno od toga koja je krivina u pitanju. Dio (4.1.6.) ovog poglavlja

predstavlja algoritam upravljanja ESP-a. U dijelu (4.2.5.

. Na slici 4.17 je predstavljen blok koji

.

Slika 4.17. Blok ESP modula u Simulinku

Konstante K1 i K2

od kontrolnog parametra registruje se podupravljivost ili nadupravljivost. U podsistemu

Krivina ili lijevoj krivini. Zavisno od situacije u kojoj se



Krivina

4.4. Rezultati simulacije kretanja vozila kroz krivinu

jem

tekstu su predstavljeni parametri koji opisuju navedeno kretanje. Podaci o vozilu koji su

Dodatku.

te dolazi do

krivine. Krivina se simulira tako

vozila.

slici 4.18. U toku ove simulacije nema promjene pogonskog momenta.

0 5 10 15 20 25 30

Vrijeme (s)

0

2

4

6

Ugao

upra

vlja

kih

toko

va

(o)

Slika 4.18.

U nastavku su predstavljeni

vertikalne reakcije za vozilo koje ne posjeduje ESP. Dijagrami su dati do osme sekunde

Sa slike 4.20

Na slici 4.21 predstavljena je promjena vertikalne



0 2 4 6 8

Vrijeme (s)

0

2000

4000

6000B

ona

sila

(N)

Prednji desni

Prednji lijevi

Zadnji desni

Zadnji lijevi

Slika 4.19.

0 2 4 6 8

Vrijeme (s)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Bo

no

kliza

nje

,-

Prednji desni

Prednji l i jevi

Zadnji desni

Zadnji l i jevi

Slika 4.20.

0 2 4 6 8

Vrijeme (s)

0

2000

4000

6000

8000

Ver

tika

lne

reakci

je(N

)

Prednji desni

Prednji l i jevi

Zadnji desni

Zadnji l i jevi

Slika 4.21. Vertikalne reakcije podloge



Na slje

posjeduje ESP. -om i

za vozilo bez ESP-a. Vidi se uticaj regulacije

0 10 20 30

Vrijeme (s)

0

2000

4000

6000

Bo

na

sila

(N)

Prednji desni

Prednji l i jevi

Zadnji desni

Zadnji l i jevi

Slika 4.22.

0 10 20 30

Vrijeme (s)

0

0.1

0.2

0.3

Bo

no

kliza

nje

,-

Prednji desni

Prednji l i jevi

Zadnji desni

Zadnji l i jevi

Slika 4.23.

toku simulacije za



0 5 10 15 20 25 30

Vrijeme (s)

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

9000V

erti

kaln

ere

akci

je(N

)

Prednji desni

Prednji l i jevi

Zadnji desni

Zadnji l i jevi

Slika 4.24. Vertikalne reakcije podloge

-a. Slika 4.26

koji je posljedica regulacije stabilnosti vozila. To je

moment koji m

regulacije stabilnosti

se o

lijevoj

K1=5000 Nm/s, a koeficijenta smanjenja

K2=6000 Nm/s.

0 100 200 300 400X (m)

0

100

200

300

400

Y (

m)

Sa ESP

Bez ESP

140 150 160 170X (m)

60

80

100

120

140

Y (

m)

Detalj A

Detalj A

Slika 4.25.

Na slici 4.25 pokazana je trajektorija vozila koje posjeduje ESP i koje ne posjeduje. Detaljem

A je pokazan dio trajektorije gdje se vidi trenutak kada vozilo gubi stabilnost.



0 5 10 15 20 25 30

Vrijeme (s)

0

400

800

1200

1600M

om

ent

koenja

(Nm

)

Slika 4.26.

ugaono

ubrzanje vozila oko vertikalne ose. Promjena ugaone brzine vozila oko vertikalne ose (ugaono

ubrzanje oko vertikalne ose vozila) je pokazano dijagramom na slici 4.27. Ako je promjena

(ako

ide u desnu stanu. Do nadupravljivosti dolazi kada ugaono ubrzanje vozila oko vertikalne ose

poprimi pozitivnu vrijednost koja izlazi iz granica stabilnosti.

prema algoritmu koji je pokazan na slici 4.5, na osnovu ugaonog

ubrzanja vozila oko vertikalne ose, gdje je granica regulacije 2. Na slici 4.27

vozila kada ne posjeduje

ES.

0 5 10 15 20 25 30

Vrijeme (s)

-1

0

1

2

3

Ugaono

ubrz

anje

vozi

laoko

ver

tika

lne

ose

(1/s

2)

Pr ednji desni

SaESP

BezESP

Slika 4.27. Promjena brzine zakretanja vozila oko vertikalne ose



Na slici 4.28

za vozilo koje ne posjeduje ESP i ono vozilo koje posjeduje ESP. Isto tako, na slici 4.29 je

ilo ne

posjeduje ESP.

0 10 20 30

Vrijeme (s)

0

2000

4000

6000

Bo

na

reakc

ija

podlo

ge

(N)

Prednji desni to ak

SaESP

BezESP

Slika 4.28.

0 10 20 30

Vrijeme (s)

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Bo

no

kliza

nje

,-

Pr ednji desni to ak

SaESP

BezESP

Slika 4.29.


5.

.

polaska vozila sa i bez TCS-

samo u oblas

-

prolazak vozila kroz krivinu. Pri modeliranju ovog si

silu prianjanja, to jest reakciju podloge.

elikom

imaju veliki uticaj na stabilnost vozila.

e

velikoj mjeri zavise od podataka koji se dobijaju putem eksperimentalnih mjerenja.

Dodatak


DODATAK

za ovo motorno vozilo su date u tabeli 1.

Tabela 1

Motor

Vrsta motora Otto motor

MPI

Zapremina motora 1390 cm3

Broj cilindara 4

Maksimalna snaga motora, Pe,max 59 kW

Broj obrtaja pri maksimalnoj snazi motora, nP,max 5000 o/min

Maksimalni obrtni moment motora, Me,max 132 Nm

Broj obrtaja pri maksimalnom obrtnom momentu motora,

nMe,max 3800 o/min

Sistem prenosa snage

Spojnica Jednolamelasta frikciona

spojnica

Prenosni odnos u prvom stepenu prenosa, i1 3,77

Prenosni odnos u drugom stepenu prenosa, i2 2,095

i3 1,387

i4 1,026

Prenosni odnos u petom stepenu prenosa, i5 0,813

Prenosni odnos u glavnom prenosniku, i0 5,067

Vrsta pogona

ABS Serijska oprema

Sistem za upravljanje

Vrsta

Radijus okretanja 11,1 m

Pneumatici 195/65 R15

rd 0,315 m

Dimenzije vozila

Luk 4,405 m

Dodatak


W 1,794 m

Visina vozila, H 1,833 m

Osovinsko rastojanje, l 2,682 m

t1 1,537 m

t2 1,531 m

Mase vozila

Masa praznog vozila, mv 1500 kg

m1,stat 834 kg

m2,stat 666 kg

Nosivost 592 kg

vozila 2092 kg

A 2,96 m2

Koeficijent otpora oblika, cx 0,32

Na slici D.1 je prikazano vozilo sa osnovnim dimenzijama vozila.

Slika D.1. Dimenzije vozila

Na slici D.2 su prikazane vanjske brzinske karakteristike za snagu i obrtni moment za

tretirano vozilo.

modeliranje sistema ativne sigurnosti motornih vozila

Documents