Stabdžių antiblokavimo sistema

Įžanga

Šiuo metu sunkvežimių pasaulyje pastebima gamintojų tendencija didinti vairavimo saugumą. Nauji sunkvežimiai reklamuojami ne giriant jų galingumą, išskirtinį ekonomiškumą ar dizainą bet pažymint juose panaudotas aktyvias ir pasyvias saugos priemones. Keleivių saugumas didinamas dviem būdais: apsaugant juos nuo galimų sužeidimų avarijos atveju (apsauginės oro pagalvės, avarijos atveju įsitempiantys diržai, specialios konstrukcijos kėbulas ir t.t.), arba įdiegiant priemones, kurios leidžia išvengti pačios avarijos. Viena iš tokių yra stabdžių antiblokavimo sistema (ABS). ABS buvo išrasta ir užpatentuota 1936 metais Vokietijoje. Komercinėje rinkoje ABS paasirodė 70-tųjų pradžioje. Tačiau dėl techninio sudėtingumo ir didelių gamybos kainų dar apie dešimtmetį plačiai nepaplito. Tačiau vėliau jų naudojimas pradėjo sparčiai augti. 1990-1995 m. Šiaurės Amerikoje buvo pagaminta beveik 39 mln. automobilių su ABS. 1995 m. 90( lengvųjų sunkvežimių bei 57( keleivinių automobilių buvo parduota su ABS. Daug firmų siūlo įstatyti ABS į jos neturinčius automobilius. Kodėl ABS tokia populiari? Pagal statistiką automobiliai su ABS papuola į avarijas apie 20( rečiau kai kelias slidus (šlapias, apsnigtas) ir 10( rečiau kai kelias normalus. Avarijų skaičius sumažėja dėl šių priežasčių: * stabdymo sistema, tame tarpe ir padangos, efektyviausia kol stabdant ratai neužblokuojami ir nepradeda slysti. Todėl stabdant naudinga leisti ratams suktis greičiu lygiu 5-10 % automobilio greičio.
* kai ratai užblokuoti, automobilis tampa nevaldomas ir yra linkęs suktis. Tai ypač pavojinga kai blokuojami priekiniai ra

atai. Veikiant ABS ratų blokavimas periodiškai (nuo kelių iki keliolikos kartų per sekundę) panaikinamas sumažinant spaudimą stabdžių sistemos magistralėje. Sukdamiesi ratai leidžia keisti automobilio trajektoriją ir išvengti kliūties ne tik stabdant bet ir ją apvažiuojant.
* sunkvežimių stabdžių sistemos yra projektuojamos atsižvelgiant į jų pilną svorį (pilnai pakrauti). Tačiau kai jie yra nepakrauti, jų užpakaliniai stabdžiai yra per daug efektyvūs mažam užpakalinės dalies apkrovimui, taigi staigiai stabdant užpakaliniai ratai greitai pradeda slysti.

Kadangi dėl automobilio slydimo įvyksta apie 40( visų avarijų, ABS yra tikrai labai efektyvi priemonė avarijų prevencijai.

ABS veikimas

Patyrę vairuotojai žino kaip reikia elgtis kad staigiai stabdant ratai nepradėtų slysti: reikia dažnai atleidinėti stabdžių pedalą kad ratai vėl atgautų sukibimą su keliu. ABS tai daro už vairuotoją: šiam tereikia laikyti paspaudus stabdžių peedalą. ABS, ratams užsiblokavus, sumažina stabdymo jėgą, o ratams pradėjus suktis vėl ją padidina ir taip vyksta kol ratai blokuojami. Pagrindinės ABS dalys parodytos 1pav.

1pav.
Pagrindinis ABS komponentas yra kompiuteris, kuris visą laiką kontroliuoja sistemos darbą. Jis apdoroja graičio daviklių informaciją ir reguliuoja ratų sukimosi greitį. Pagal šią informaciją elektroninis valdiklis gali nuspręsti ar kuris nors iš ratų nesisuka lėčiau nei kiti arba ar visi ratai ne per greitai nustojo suktis (neužsiblokavo). Tai gana sudėtinga problema, nes kompiuterio sprendimas neturi priklausyti ne

ei nuo kelio būsenos nei nuo stabdžių sistemos nusidėvėjimo. Todėl paskutiniu metu ABS valdo “fuzzi valdikliai”. Tai elektroninis įrenginys, kurio “mastymas” labiau panašus į žmogaus nei įprastų kompiuterinių sistemų, ir jis labiau tinka sudėtingiems procesams valdyti.

Kompiuteris gauna informaciją apie ratų sukimosi greitį iš daviklių, patalpintų prie kiekvieno rato. Kiekvienas daviklio mazgas susideda iš magnetinio daviklio ir dantyto žiedo. Priekinių ratų daviklių dantyti žiedai tvirtinami ant užpakalinės stabdžių disko pusės 2pav.

2pav.

arba danteliai gali būti suformuoti ant šarnyrinių guolių (“granatų”) išorinės pusės. Užpakalinių ratų greičio daviklių dantyti žiedai tvirtinami tiesiog ant užpakalinės ašies. Magnetiniai davikliai pritvirtinami ant kronšteinų prie kiekvieno rato 3pav.

3pav.
Kiekvienas greičio daviklis iš esmės yra magneto laikiklis. Kiekvienas daviklio mazgas susideda iš nuolatinio magneto su laido apvija ant jo. Šis mazgas tvirtinamas kaip galima arčiau prie daviklio žiedo, kuris ratui sukantis sukasi kartu. Kai žiedo dantelis juda pro daviklio mazgą, magneto apvijoje indukuojama evj, nes magnetinis laukas kinta iš stipraus į silpną ir vėl atgal. Kintant rato greičiui proporcingai keičiasi ir indukuojamų impulsų dažnis. Šio signalo pokytį kompiuteris naudoja rato greičio nustatymui.

Automobiliuose su ABS vietoj standartinio pagrindinio stabdžių cilindro naudojamas hidraulinis valdymo įtaisas 4pav.

5pav.
Akumuliatorius tvirtinamas prie pompos laikiklio. Viršutinė akumuliatoriaus kamera užpildyta azoto dujomis. Apatinė akumuliatoriaus kamera užpildyta stabdžių skysčiu, ku

uris tiekiamas iš hidraulinės elektrinės pompos. Dviem kamerom atskirti naudojama diafragma. Kai stabdžių sistema veikia, elektrinė pompa tiekia stabdžių skystį į apatinę akumuliatoriaus kamerą. Veikiama spaudimo diafragma juda aukštyn ir spaudžia apatinėje kameroje esančias azoto dujas. Tada dujos, kurios yra po aukštu spaudimu, spaudžia diafragmą žemyn, taip sukurdamos stabdžių skysčio, esančio apatinėje kameroje, didelį spaudimą. Kai stabdžiai veikia normaliu režimu (ratai neužblokuoti), akumuliatorius tiekia stabdžių skystį, esantį po spaudimu, į stabdžių stiprintuvą bei užpakalinius stabdžius. Kai veikia ABS, akumuliatorius skystį taip pat tiekia į priekinius stabdžius. Akumuliatorius taip pat gali tiekti spaudimą keliems stabdymams jei elektrinė pompa sugedusi.

Vožtuvų valdymo mazge 6pav. yra elektrinės relės, valdančios vožtuvo atidarinėjimą.
. 6pav.
Pagrindinis vožtuvas atidaro kelią tarp stabdžių stiprintuvo slėgio kameros ir vidinio pagrindinio stabdžių cilindro rezervuaro ir uždaro skysčio tekėjimą i rezervuarą kai ABS veikia.Tai suteikia galimybę pastoviai tiekti aukšto spaudimo stabdžių skystį kai ABS veikia. Šis skystis keičia skystį grįžtantį į rezervuarą. Kai ABS nustoja veikti, pagrindinis vožtuvas užsidaro ir akumuliatoriaus spaudimas numamas nuo priekinių stabdžių cilindriukų į pagrindinį cilindrą. Vožtuvų mazge taip pat yra keli mažesni vožtuvai- iš viso 3 poros elektriškai valdomų vožtuvų: po vieną porą kiekvienam iš prieinių ratų stabdžių ir viena pora kuri valdo abiejų ratų stabdžius kartu. Kiekviena pora sudaryta iš normaliai atviro įleidimo vo
ožtuvo ir normaliai uždaro išleidimo.

Kai stabdžiai veikia normaliu režimu (ratai neužblokuoti), slėgis stabdžiams tiekiamas pro įleidimo vožtuvus. Kompiuteris nustato kiekvieno rato sukimosi greitį. Jei jis nustato kad yra galimas ratų blokavimas, jis pereina į antiblokavimo funkciją ir prijungia valdančią įtampą prie valdančių vožtuvų. Kai stabdžių sistema pradeda valdyti ratų blokavimą, kompiuteris atidarinėja ir uždarinėja įleidimo ir išleidimo vožtuvus, kurie valdo bet kurio iš keturių ratų stabdžių taip kad jie nebūtų blokuojami. Kai sistema veikia antiblokavimo režimu stabdžių pedalas pulsuoja. Slėgio kontrolės ir įspėjimo davikliai informuoja vairuotoją apie sistemos gedimus.
Fuzzy logika stabdžių antiblokavimo sistemose

Vienas iš sudėtingesnių ABS mazgų yra kompiuteris. Jis turi tiksliai nustatyti kada turi pradėti veikti ABS. Ratų blokavimo valdymą apsunkina tokie veiksniai: priklausomai nuo kelio būklės maksimali reikalinga stabdymo jėga gali kisti plačiose ribose:
* padangų slydimo signalas, pagal kurį kompiuteris valdo stabdžių sistemą, yra nepastovus bei turi daug triukšmo dedamųjų;
* kelyje padangų slydimas kinta greitai ir plačiose ribose priklausomai nuo padangų būklės;
* stabdžių sistema veikia su vėlinimu, ir tai apsunkina valdymo sistemos algoritmo parinkimą;
* kintant temperatūrai kinta stabdžių skysčio klampumas, todėl keičiasi stabdžių sistemos efektyvumas ir reakcija į poveikį.

Pastaruoju metu sudėtingoms automatizuoto valdymo sistemoms valdyti dažnai naudojami valdikliai su fuzzi logika. Tai įgalina pasiekti žymiai geresnių valdymo charakteristikų nei tradiciniais metodais. Kodėl fuzzi logika tinkamesnė sudėtingiems procesams valdyti? Fuzzi teorija buvo pradėta vystyti 1965m. Berklio Universitete (JAV). Prieš tai valdymo logika buvo kuriama Aristotelio mokymo pagrindu, kad bet kuris elementas arba yra arba nėra aibės narys. Tačiau realiai dažnai elementai negali būti griežtai apibrėžti ir suklasifikuoti pagal kažkokį kriterijų. Tokio griežto klasifikavimo nereikalauja fuzzy logika (“fuzzy” ang. reiškia neaiškus, neraiškus). Ir nors fuzzy logika yra griežtai apibrėžta matematiškai, ji leidžia sistemų valdymui naudoti lingvistines savokas. Pavyzdžiui vienas iš ABS valdymo fuzzy algoritmo sąlygų galėtų būti toks: “Jei užpakaliniai ratai pradėjo suktis lėtai ir neseniai automobilio greitis buvo didelis tai sumažinti užpakalinių ratų stabdžių slėgį”.Kadangi lingvistinis sistemos apibrėžimas yra lengvesnis nei matematinis modelis, fuzzy logika yra patrauklesnė sudėtingose valdymo sistemose. Ja galima aprašyti tokius parametrus kaip lėtai, neseniai, sumažinti.

Kadangi ABS rinka sparčiai auga, ABS valdiklių kūrimu ir gamyba užsiima daug rimtų firmų. INTEL gamina 16 bitų, 20MHz mažos savikainos valdiklį su 8xC196Kx tipo architektūra. Jo blokinė schema parodyta 7pav.

7pav.
Sistemos įėjimo signalai:
* Blokas Stabdžiai duoda informaciją apie stabdžių pedalo padėtį. Informacija gali būti perduodama analogine arba skaitmenine forma.
* Blokas 4 W.D. duoda informaciją ar automobilis yra keturiais varomais ratais ar ne.
* Blokas Įpurškimas informuoja ar uždegimo raktelis spynoje ir ar variklis veikia.
* Grįžtamojo ryšio blokas perduoda informaciją apie ABS sistemos būseną.
* Ratų greičio blokas nurodo koks kiekvieno iš keturių ratų greitis.

Visa ši informacija naudojama pateikti informaciją valdymo algoritmui. Sistemos išėjimo signalai: ši sistema išduoda du signalus. Blokas IPM (impulsų pločio moduliavimas) valdo stabdymo sistemą, o avarinė lempa signalizuoja apie sutrikimus.

Minėtos šeimos narys- Intel fuzzi ABS mikrovaldiklis 87C196JT- naudojamas kartu su fuzzyTECH(R) programine įranga. Joje duomenų apdorojimo algoritmo sąlygos vykdomos nuosekliai. Kai visos sąlygos peržiūrimos, sistemos išėjimo signalas skaičiuojamas pagal fuzzy duomenų pervedimo algoritmą. Jei sąlygos būtų peržiūrimos lygegrečiai, duomenų apdorojimas būtų greitesnis, tačiau ilgiau truktų lygegretus duomenų įvedimas ir išvedimas bei jų konvertavimas periferiniuose įrenginiuose.

Šios šeimos valdikliai turi greitus Įvedimo/Išvedimo blokus, kurie efektyviai perduoda duomenis be brangaus vidinio taimerio. Įėjimo duomenų konvertavimui valdikliai turi vidinius 10 bitų keitiklius analogas-kodas, kas sumažina integrinių schemų skaičių ir padidina sistemos patikimumą.

Išėjimo duomenys vidinio impulsų pločio moduliatoriaus IPM pagalba perduodami kiekvienam ratų stabdžiui individualiai. Signalas keičiamas keičiant impulsų dažnį ir/arba pauzę tarp impulsų.

Intel 16 bitų valdikliai be išorinės turi ir vidinę RAM bei ROM atmintį. Programa bei duomenys gali būti saugomi valdiklio vidinėle atmintyje. Išorinės atminties skaitymo ciklų nenaudojimas yra labai naudingas fuzzi logikoje, kurioje duomenys saugomi dideliuose registruose. Galimybė algoritmo sąlygas bei funkcijų narius nuskaityti iš vidinės atminties labai pagreitina programos vykdymą.

Išvados

Išsiaiskinau ABS sistemos sandarą, bei veikimo principus sunkvežimyje ir galiu teigti, kad dabar ABS yra ne aukštos klasės sunkvežimių komfortą didinantis priedas, kaip pirmuosiuose modeliuose tokiuose kaip euro1, o būtinybė bet kurios klases sunkvežyme. Tobulėjant technologijoms ABS kaina žemės, o jos pačios tobulės.

Leave a Comment