Abs

ABS

Antilock Braking System

• 1 Unità di controllo ABS
• 2 Sensore velocità ruota
• 3 Pompa freno
• 4 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

• ABS Frenata 1978
• ASR/TCS Trazione 1987
• VDC/ESP Dinamica laterale 1995

Bloccaggio delle ruote anteriori

Forza laterale di disturbo

Coppia di imbardata

M_ψ = F_Asinβ · (a + b) - F_y · b

lim_β→0 M_ψ = -F_y · b < 0

Stabilizzante

Il veicolo tende a procedere in rettilineo

Bloccaggio delle ruote anteriori

• Perdita di direzionalità del veicolo (impossibilità di sterzare)
• Impossibilità di evitare un ostacolo

v

Bloccaggio delle ruote posteriori

Forza laterale di disturbo

Coppia di imbardata

M_ψ = -F_B sin β․(a + b) + F_y․a

lim_β→0M_ψ = 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 anteriore e posteriori
• Generalmente in condizione di attrito ruota/strada uniforme bloccano prima le ruote anteriori

Curva di ripartizione forza frenante

Ideale

Effettiva

μ = F_xi / F_zi

Bloccaggio delle ruote

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

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

Ghiaccio μ_max = 0,15

Asfalto asciutto μ_{x max} = 1

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

1. Elettrovalvole
2. Pompa tandem
3. Freno
4. ABS ECU
5. Sensore velocità ruota

Reference input variable

Manipulated variable

Controlled variable

Controlled system

Controller

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.

Dinamica ruota frenata

Modello analitico

• ¼ di veicolo (2 g.d.l.)
• F_Z costante

x, ẋ, ẍ

φ, ϕ̇, ϕ̈

Eq.i di moto

mẍ = -F_x

Jϕ̈ = F_xR – M_br

F_x = μ_xF_Z

F_Z = mg

Dinamica ruota frenata

Ulteriori semplificazioni

Forza di contatto longitudinale

μ_x

zona stabile

μ_x,max

zona instabile

k

ε_x = 1 - φ · R / ẋ

ε_x,ott

μ_x = k · ε_x

ε_x ≤ ε_x,ott

μ_x = μ_x,max

ε_x ≥ ε_x,ott

Coppia frenante

M_br

α

t

M_br = α · t

Dinamica ruota frenata

Zona stabile

μ_x = k · ε_x ε_x ≤ ε_{x, ott}

ε_x = 1 - ϕ̇R/ẋ

F_x = μ_xmg

M_br = α · t

Jϕ̈ = F_xR - M_br(t)

⇒ Jẋ̇/kmgR² + ϕ̇ = ẋ/R - ẋ/kmgR² α · t

Ipotesi

ẋ ≈ v₀ = cost

∫_t^t+Δt ẋ dt ε_x,ott

F_x = μ_xmg

M_br = α · t

Jφ̇ = F_xR − M_br(t)

⇒

Jφ̇ = μ_x,maxmgR − α · t

⇓

φ̇ = μ_x,max ^mR/_J g − ^αl/_J · t

Dinamica ruota frenata

_{Mbr -J^... FxR}

a_R = ^... ⋅ R

Zona stabile

Zona instabile

Controllore basato sullo scorrimento

Esempio

• ↑↑ Aumento rapido pressione
• ↑ Aumento pressione
• == Pressione costante
• ↓ Riduzione pressione
• ↓↓ Riduzione rapida pressione

Esempio algoritmo di controllo

• ε₁
• ε₂
• ε₃

Identificatore sup. stradale

Stimatore velocità del veicolo

Pompa tandem

Algoritmo di controllo

Elettrovalvole

Veicolo

Logica di controllo ABS (Bosch)

Ciclo di controllo in caso di elevata aderenza

Speed

Peripheral wheel acceleration

Brake pressure

Phase

Time t