Μοντελοποίηση και ανάλυση συστήματος αντιμπλοκαρίσματος τροχών
Creators: name: Τσιρώνη, Ανθούλα Χρήστου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2022
Subjects: Σύστημα αντιμπλοκαρίσματος τροχών
Μοντέλα
Ελαστικό
Anti-Lock Braking System
Models
Tire

description: Η ασφάλεια των φρένων των οχημάτων είναι ένα ζήτημα μεγάλης σημασίας. Τα φρένα χρησιμοποιούνται για να σταματήσουν γρήγορα τα οχήματα και να αποτρέψουν ατυχήματα. Η τεχνολογία αντιμετωπίζει νέες προκλήσεις και απαιτείται η βελτίωση των συστημάτων ασφαλείας για την εξασφάλιση αποτελεσματικής πέδησης σε οχήματα με το χαμηλότερο δυνατό κόστος. Αυτό είναι δύσκολο επίτευγμα καθώς οι οδικές συνθήκες ποικίλλουν και πρέπει να ληφθούν υπόψη πολλές μεταβλητές. Η παρούσα εργασία επικεντρώνεται στη χρήση του Simulink για την προσομοίωση ενός συστήματος πέδησης υπό τη δράση ενός ελεγκτή ABS και την αναφορά αποτελεσμάτων σχετικά με την αποτελεσματικότητά του κατά τη διάρκεια της πέδησης. Το σύστημα αντιμπλοκαρίσματος των τροχών είναι ένα σύστημα ασφαλείας για την αποφυγή μπλοκαρίσματος τροχών στα οχήματα και αποτελείται από τους αισθητήρες ταχύτητας τροχού, τον ελεγκτή, την αντλία και τις βαλβίδες. Υπάρχουν πολλοί τύποι ανάλογα με τον αριθμό των χρησιμοποιούμενων αισθητήρων και καναλιών. Ένα σύστημα αντιμπλοκαρίσματος ελέγχεται από έναν ελεγκτή. Η ηλεκτρονική μονάδα ελέγχου ECU λαμβάνει δεδομένα από τους αισθητήρες και καθορίζει εάν θα αντλήσει τα φρένα. Τα μέρη του συστήματος αλληλεπιδρούν με το περιβάλλον. Η απόδοση ενός συστήματος πέδησης μετράται με τη μετρική απόσταση ακινητοποίησης. Η απόσταση ακινητοποίησης περιλαμβάνει την απόσταση πέδησης, η οποία είναι η απόσταση που έχει διανύσει το όχημα μετά το φρενάρισμα μέχρι να σταματήσει. Αυτή επηρεάζεται από τις καιρικές συνθήκες, τις οδικές συνθήκες και τις συνθήκες των μηχανικών μερών του οχήματος. Για να μελετήσουμε την απόδοση ενός συστήματος σε διάφορα σενάρια, η μοντελοποίηση οχήματος είναι η λύση. Σε αυτή την εργασία παρουσιάζεται το κινηματικό μοντέλο ποδηλάτου και το μοντέλο μονού τροχού. Επιπλέον, δίνεται έμφαση στο μοντέλο ελαστικών Pacejka, το μοντέλο Burckhardt και ένα άλλο με βάση έναν πίνακα αναζήτησης. Η θεωρία ελέγχου σχετίζεται άμεσα με τα συστήματα ασφαλείας και χρησιμοποιείται για τη λειτουργία ABS. Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε τα μοντέλα ελέγχου ABS, τους στόχους και τις μεθόδους που χρησιμοποιούνται. Η προσομοίωση του μοντέλου του συστήματος γίνεται με το εργαλείο Simulink. Το Simulink είναι ένα περιβάλλον με διαγράμματα αποτελούμενα από μπλοκ που χρησιμοποιείται για το σχεδιασμό συστημάτων και αποτελεί μια γραφική επέκταση στο MATLAB. Το μοντέλο αποτελείται από μπλοκς που είναι συνδεδεμένα. Κάθε μπλοκ έχει μια συγκεκριμένη λειτουργία. Έμφαση δίνεται στην ταχύτητα του τροχού του οχήματος και στη σχετική ολίσθηση. Τα αποτελέσματα της προσομοίωσης έδειξαν ότι η χρήση του ABS έχει ως αποτέλεσμα την μικρή απόσταση ακινητοποίησης, τη σταθερότητα και τη δυνατότητα διεύθυνσης του οχήματος. Επιπλέον, για τους λόγους αυτούς, έχουν αποφευχθεί πολλές συντριβές. Το ABS πρέπει να είναι αποτελεσματικό για κάθε περιβαλλοντική κατάσταση, οπότε η μελέτη διαφόρων σεναρίων είναι ευεργετική και μπορεί να συμβάλει στη βελτίωσή του. Αυτές οι σκέψεις οδηγούν σε μια μέθοδο που ονομάζεται ανάλυση ευαισθησίας. Αυτή η μέθοδος βασίζεται σε εισόδους αβεβαιότητας, βοηθά στη μελέτη των αλληλεπιδράσεων που συμβαίνουν μεταξύ μεταβλητών και είναι χρήσιμη για σκοπούς πρόβλεψης μοντέλων. Επισημαίνει σημαντικές παραμέτρους που επηρεάζουν τη συμπεριφορά του μοντέλου. Έδειξε ότι η αύξηση της μάζας του οχήματος, της ακτίνα του τροχού και της αρχικής ταχύτητας αυξάνει τον χρόνο και την απόσταση ακινητοποίησης. Η παρουσίαση ιδεών για τροποποιήσεις του παρουσιαζόμενου μοντέλου ABS και των μελλοντικών εργασιών είναι πολύτιμη και στοχεύει στην ενθάρρυνση της επιστημονικής έρευνας σε συστήματα ασφαλείας όπως το ABS
description: The brake safety of vehicles is an issue of great importance. Brakes are used to stop vehicles quickly and prevent accidents. The technology faces new challenges and is required to improve the safety systems to ensure effective braking in vehicles with the lowest possible cost. This is difficult attainment as the road conditions vary and lots of variables need to be considered. This thesis is focused on using Simulink to simulate a braking system under the action of an ABS controller and reporting results about its effectiveness during braking. The Anti-locking system is a safety system to prevent wheel blockage in vehicles and consists of wheel speed sensors, a controller, a pump, and valves. There are many types depending on the number of used sensors and channels. An anti-locking system is controlled by a controller. The electronic control unit ECU receives data from sensors and determines whether to pump the brakes. Its parts interact with the environment. The performance of a braking system is measured by the metric stopping distance. Stopping distance includes the braking distance, which is the distance that the vehicle has traveled after the braking until it stops. This is affected by the weather, the road conditions, and the conditions of the mechanical parts of the vehicle. To study the performance of a system under various scenarios, vehicle modeling is the solution. In this work, the Kinematic bicycle model and the single-wheel model are presented. Moreover, emphasis is given to the Pacejka tire model, the Burckhardt model, and another based on a lookup table. The control theory is directly related to security systems and is used for the ABS operation. It is important to know the ABS control models, the objectives, and the methods that are used. The simulation of the system’s model is done with the Simulink tool. Simulink is a block diagram environment used to design systems and constitutes a graphical extension to MATLAB. The model consists of blocks that are connected. Each block has a specific operation. Emphasis is placed on the vehicle’s wheel speed and the relative slip. The results of the simulation showed that the usage of ABS results in a small stopping distance, stability, and steerability of the vehicle. Furthermore, for these reasons, many crashes have been prevented. ABS needs to be effective for every environmental condition, so studying various scenarios is beneficial and can contribute to its improvement. These thoughts lead to a method called Sensitivity analysis. This method is based on uncertainties inputs, assists in studying the interactions that occur between variables, and is useful for prediction purposes of models. It highlights important parameters that influence the behavior of the model. It showed that increasing vehicle mass, wheel Radius, and initial velocity increase the stopping time and distance. The presentation of ideas for modifications of the presented ABS model and future work is precious and aims at encouraging Scientific Research in safety systems like the ABS