Abs

ABS Antilock Braking System

• Unità di controllo ABS
• Sensore velocità ruota
• Pompa freno
• Pinza freno

ABS Antilock Braking System

1 Unità di controllo ABS

2 Sensore velocità ruota

3 Pompa freno

4 Pinza freno

ABS Antilock Braking System

• Anni 20 Primo brevetto di dispositivo automatico di antibloccaggio bloccaggio delle ruote
• Anni 40 Primi tentativi di sviluppo dispositivi puramente meccanici nessuna implementazione nei veicoli in produzione
• Anni 60 Nuovi tentativi con lo sviluppo dell'elettronica
• 1978 Prime vetture equipaggiate con ABS (Bosch)
• 2002 ABS obbligatorio sulle auto di nuova immatricolazione

Bloccaggio delle ruote anteriori

F_y Forza laterale di disturbo

Coppia di imbardata

M_ψ = F_A sinβ · (a + b) - F_y · blim M_ψ = -F_y · b < 0

Stabilizzante

Il veicolo tende a procedere in rettilineo

F_AββaF_ybF_yBF_xBvM_ψ

Bloccaggio delle ruote anteriori

Perdita di direzionalità del veicolo (impossibilità di sterzare)

Impossibilità di evitare un ostacolo

F_PSF_PDF_ASF_ADv

Bloccaggio delle ruote posteriori

F_y Forza laterale di disturbo

Coppia di imbardata

M_psi = -F_B sin beta · (a + b) + F_y · alim_beta-0 M_psi = F_y · a > 0

Instabilizzante

Il veicolo va in "testa coda"

Bloccaggio delle ruote posteriori

• Esiste una ripartizione (meccanica o elettronica) della forza frenante tra ruote anteriori e posteriori
• Generalmente in condizione di attrito ruota/strada uniforme bloccano prima le ruote anteriori

Curva di ripartizione forza frenante

Ideale

Effettiva

Bloccaggio delle ruote

Aumento dello spazio di arresto nella maggioranza dei casi poiché la forza longitudinale non è ottimale

mu_x = Fx/Fz

epsx = 1 - (omega · R)/V

cemento asciutto

asfalto bagnato

neve non compattata

ghiaccio bagnato

Requisiti dell'ABS

Garantire la direzionalità del veicolo (possibilità di sterzare) indipendentemente dall'intensità della frenata e dalla velocità del veicolo

Ritardare la formazione del momento imbardante nelle condizioni di μ-split

Ghiaccioμ,max = 0,15

Asfalto asciuttoμx,max = 1

F_x,PSF_x,ASF_x,PDF_x,ADM_zV

Requisiti dell’ABS

• Ottimizzare l’efficienza della frenata, prediligendo però la possibilità di sterzare il veicolo rispetto alla riduzione dello spazio di arresto
• Adattarsi rapidamente a variazioni di aderenza (ad es. asfalto asciutto con tratti ghiacciati)
• Garantire la direzionalità e una decelerazione ottimale del veicolo nel caso di superfici sconnesse
• Garantire la direzionalità e la stabilità del veicolo nel caso di frenata in curva (velocità inferiori a quella limite)

Requisiti dell'ABS

Riconoscere e correggere il fenomeno dell'aquaplaning

Adattarsi all'isteresi del freno e all'influenza dell'inerzia del motore (dipendente dal rapporto di marcia)

Evitare che il veicolo beccheggi e che si inneschino fenomeni di risonanza

Disattivarsi in caso di malfunzionamento

Ciclo di controllo ABS

Elettrovalvole

Freno

Pompa tandem

Sensore velocità ruota

ABS ECU

Manipulated variable

Reference input variable

Controlled variable

Controller

Controlled system

Disturbance

Sensore velocità angolare della ruota

Fig. 3: Wheel-speed sensors (section)

a) DF2 wheel-speed sensor with chisel-type pole-pin, 1 Electric cable, 2 Permanent magnet, 3 Housing, 4 Winding, 5 Pole pin, 6 Sensor ring.

Fig.15: ABS systems: A comparison

a) ABS2, b) ABS5.1 Damper chamber, 2 Throttle, 3 Return pump, 4a 3/3 valve, 4b 2/2 valves, 5 Accumulator chamber.

Gruppo di modulazione della pressione

Gruppo di modulazione della pressione

Impianto frenante con schema ad X

ABS5 hydraulic system (X braking-force distribution)

1 Master cylinder, 2 Hydraulic modulator, 3 Damper chamber, 4 Return pump, 5 Electric motor, 6 Accumulator, 7 Inlet valves, 8 Outlet valves.

V Front, H Rear, R Right, L Left.

HL VR VL HR

Dinamica ruota frenata

Modello analitico

1/4 di veicolo (2 g.d.l.)

F_z costante

M_brmJRx, ẋ, ẋ̇phi, phi̇, phi̇̇F_xF_z

Eq.i di moto

m ẋ̇ = -F_x

J phi̇̇ = F_xR - M_br

F_x = mu_xF_z

F_z = mg

Dinamica ruota frenata

Ulteriori semplificazioni

Forza di contatto longitudinale

Coppia frenante

zona stabile

zona instabile

kμ_xμ_x,maxε_x,ottε_x

ε_x = 1 - ^{𝜏 · R}/_x

μ_x = k · ε_x    ε_x ≤ ε_x,ott

μ_x = μ_x,max    ε_x ≥ ε_x,ott

M_brtα

M_br = α · t

Dinamica ruota frenata: zona stabile

mu_x = k · e_x    e_x ≤ e_x,ott

e_x = 1 - phi·R/xdot

F_x = mu_xmg

M_br = alpha · t

J phiddot = F_xR - M_br(t) =>

Jxdot/KmgR² phiddot + phidot = xdot/R - xdot/KmgR² alpha · t

Ipotesi

xdot ≈ v₀ = cost ∫_t^{t+Delta t} xddot dt << v₀ => Delta t molto piccolo

JV/KmgR² wdot + w = V/R - V/KmgR² alpha · t

JV/KmgR² dwdot + dwdot = -V/KmgR² alpha · dt

JV/KmgR² (dwdot/dt) + dwdot/dt = -V/KmgR² alpha

JV/KmgR² = Tx = dwdot/dt

Tx + x = -Tα/J

Tx = -Tα/J - x

Tdx / (-Tα/J - x) = dt

∫₀^x Tdx / (-Tα/J - x) = ∫₀^t dt

ln((-Tα/J - x)/(-Tα/J)) = -t/T

ω = x = -Tα/J(1 - e^-t/T)

Dinamica ruota frenata: zona instabile

mu_x = mu_x,max    e_x > e_x,ott

F_x = mu_xmg

M_br = alpha . t

Jphi'' = F_xR - M_br(t) => Jphi'' = mu_x,maxmgR - alpha . t

phi'' = mu_x,max mR/J g - alpha/J . t

Dinamica ruota frenata

TM_br- J𝛹̈F_xRαa_R = 𝛹̈ · Rt

Zona stabile

a_R(t) ≈ - v₀α / (k · m · g · R) (1 - e^-t/T)

T = J · v₀ / (k · m · g · R²)

Zona instabile

a_R(t) = μ_x,max · mR² / J · g - αR / J · t

Controllore basato sullo scorrimento

Esempio

μ_x

Esempio algoritmo di controllo

↑↑ Aumento rapido pressione

↑ Aumento pressione

== Pressione costante

↓ Riduzione pressione

↓↓ Riduzione rapida pressione

ε₁ ε₂ ε₃ ε_x

Identificatore sup. stradale

Stimatore velocità del veicolo

μ_x(ε_x)

ε_x

Algoritmo di controllo

Pompa tandem

Elettro valvole

p

Veicolo

Logica di controllo ABS (Bosch)

Ciclo di controllo in caso di elevata aderenza

Speed

Peripheral wheel acceleration

Brake pressure

Phase 1 2 3 4 5 6 7 8

Time t.vFvRefl1vR+A+a0-a-Dpab