Đề tài: Ứng dụng lôgic mờ xây dựng hệ chuyên gia chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống phanh trên xe con pptx

Tính cấp thiết của đề tài 1.1 Mục đích của chẩn đoán kỹ thuật Trong quá trình khai thác sử dụng ,độ tin cậy làm việc của ôtô suy giảm,mức độ suy giảm độ tin cậy chung của ôtô phụ thuộc

Chuong 1

TổNG QUAN Về VấN Đề NGHIÊN CứU

1 Tính cấp thiết của đề tài

1.1 Mục đích của chẩn đoán kỹ thuật

Trong quá trình khai thác sử dụng ,độ tin cậy làm việc của ôtô suy giảm,mức độ suy giảm độ tin cậy chung của ôtô phụ thuộc vào độ tin cậy của các hệ thống và chi tiết ,bởi vậy để duy trì độ tin cậy chung cần thiết phải có các tác động kỹ thuật vào đối tượng

Các tác động kỹ thuật trong quá trình khai thác rất đa dạng và được thiết lập trên cơ sở xác định tình trạng kỹ thuật hiện thời,tiếp sau là kỹ thuật bảo dưỡng,kỹ thuật thay thế hay kỹ thuật phục hồi.Như vậy tác động kỹ thuật đầu tiên trong quá trình khai thác là xác định trạng thái kỹ thuật ôtô

* Để xác định tình trạng kỹ thuật có thể xác định bằng nhiều cách khác nhau:

Tháo rời,kiểm tra,đo đạc,đánh giá,Phương thức này đòi hỏi phải chi phí nhân lực tháo rời,rất có thể sẽ gây

ra các hư hỏng trạng thái bề mặt lắp ghép.Đây là phương pháp xác định trình trạng kỹ thuật trực tiếp

* Không tháo rời sử dụng các biện pháp thăm dò,dựa vào các biểu hiện đặc trưng để xác định tình trạng

kỹ thuật của đối tượng.Phương thức này gọi là chẩn đoán kỹ thuật

Tính tích cực của chẩn đoán kỹ thuật là nó có thể dự báo một cách tốt nhất và chính xác những hư hỏng có thể xảy ra mà không cần phải tháo rời ôtô,tổng thành máy.Vì vậy chẩn đoán kỹ thuật được áp dụng rộng r•i trong ôtô và ngày càng thể hiện được vai trò không thể thiếu của nó

1.2 ý nghĩa của chẩn đoán kỹ thuật

Chẩn đoán kỹ thuật có các ý nghĩa như sau:

? Nâng cao độ tin cậy của xe và an toàn giao thông ,nhờ phát hiện kịp thời và dự đoán trước được các hư hỏng có thể xảy ra,đảm bảo được năng suất vận chuyển và đặc biệt là giảm thiểu khả năng về tai nạn giao thông,góp phần vào ổn định và tăng trưởng kinh tế của đất nước

? Nâng cao độ bền lâu ,giảm chi phí về phụ tùng thay thế,giảm được độ hao mòn của các chi tiết dokhông phải tháo rời các tổng thành khi kiểm tra

? Giảm được tiêu hao nhiên liệu ,dầu nhờn do phát hiện kịp thời để điều chỉnh các bộ phận đưa về trạng thái làm việc tối ưu

? Giảm giờ công lao động cho công tác bảo dưỡng kỹ thuật và sửa chữa

Ngày nay khi công nghệ phát triển kéo theo rất nhiều các ứng dụng trong công nghệ tự chẩn đoán.Trên các cụm phức tạp của xe đ• hình thành hệ thống tự chẩn đoán có khả năng giao tiếp với người sử dụng một cách thuận lợi Kèm theo các thiết bị điều khiển là các hệ thống chẩn đoán điện tử hiện đại (hệ thống

tự báo lỗi) tạo khả năng nhanh chóng báo hỏng,tìm lỗi giảm nguy cơ mất độ tin cậy của một số chi tiết trong khi ôtô hoat động

1.3 Phương pháp trợ giúp quá trình chẩn đoán

Trên thực tế có rất nhiều các phương pháp được áp dụng để giúp cho quá trình chẩn đoán được nhanh chóng và đạt được hiệu quả cao.Để đáp ứng được yêu cầu trên đ• có mhiều công trình nghiên cứu phươngpháp trợ giúp như:phương pháp sử dụng lý thuyết thông tin ,phương pháp chẩn đoán bằng hệ chuyên gia

…và cũng có các công trình nghiên cứu chẩn đoán kỹ thuật dựa trên lý thưyết tập mờ

Năm 1965 L.A.Zadeh đ• xây dựng cơ sở tính toán cho suy luận mờ và lý thuyết tập mờ ,việc sử dụng tài liệu này có rất nhiều ưu điểm:

? Cho phép xử lý các thông tin định tính dạng ngôn ngữ

? Sử dụng lôgic suy diễn gắn liền với tri thức con người

Từ sự nhận ra những ưu việt của lý thuyết mờ trong công tác chẩn đoán cũng như những kiến thức có được về chưyên môn,tác giả quyết định chọn đề tài tốt nghiệp là:ứng dụng lôgic mờ xây dựng hệ chuyên gia chẩn đoán trạng thái kỹ thuật hệ thống phanh trên xe con

2 Các lý thuyết tập mờ trong chẩn đoán kỹ thuật ôtô

2.1 Những ứng dụng ở nước ngoài

Từ những năm đầu của thập kỷ 90 một nghành kỹ thuật mới được phát triển rất mạnh mẽ và đem lại những thành tựu bất ngờ ,đó là điều khiển mờ.Năm 1965 Zahde đ• định hướng chuyển giao nguyên tắc xử

lý thông tin ,điều khiển hệ sinh học sang kỹ thuật

Trong những năm gần đây ,số lượng các ứng dụng của hệ trợ giúp chẩn đoán tăng lên đáng kể tại các nước phát triển Đặc biệt là mô hình trợ giúp chẩn đoán có ứng dụng lý thuyết tập mờ trong lĩnh vực điều khiển tự động

2.2 Những ứng dụng trong nước

Tại nước ta cũng có nhiều các công trình nghiên cứu và đạt được những kết quả nhất định Như trong lĩnh vực sinh học y tế có công trình nghiên cứu hệ hỗ trợ chẩn đoán bệnh nhiệt đới như bệnh sốt … Trong lĩnh vực kỹ thuật cũng có nhiều đơn vị sử dụng để chẩn đoán các tổng thành trên ôtô cũng như các hệ thống khác trong lĩnh vưc của đời sống

3.Mục tiêu ,nhiệm vụ của đề tài

• Nghiên cứu ứng dụng lý thuyết tập mờ để xây dựng hệ chuyên gia chẩn đoán giúp cho việc chẩn đoán hệ thống phanh được nhanh chóng và cho một kết quả chính xác

• Nhiệm vụ của đề tài sẽ đi giải quyết các vấn đề sau:

- Nghiên cứu lý thuyết tập mờ và ứng dụng của nó

- ứng dụng lý thuyết tập mờ để lựa chọn thông số chẩn đoán và xây dựng mô hình hệ trợ giúp chẩn đoán kỹ thuật hệ thống phanh trên xe Corolla 2000

- Dựa trên phần mềm Matlab xây dựng phần mềm trợ giúp chẩn đoán cho hệ thống phanh trên xe Corolla

4 Nội dung của đề tài

Chương I Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương II Cơ sở lý thuyết về chẩn đoán và lôgic mờ

Chương III Xây dựng ma trận thông số chẩn đoán hệ thống phanh

Chương IV Xây dựng phẩn mềm mô hình chẩn đoán tổng thành hệ thống phanh

Chuong 2

cơ sở lý thuyết về chẩn đoán kỹ thuật,tập mờ và logic mờ

2.1.cơ sở lý thuyết về chẩn đoán kỹ thuật ôtô:

2.1.1.khái niệm,nhiệm vụ của chẩn đoán kỹ thuật:

2.1.1.1.khái niệm:

chẩn đoán kỹ thuật là quá trình dựa vào các biểu hiện có thể nhận biết được bằng con người hay máy móc để phán đoán được bệnh của đối tượng.Khi chẩn đoán không được tháo rời các chi tiết vì như vậy sẽ làm ảnh hưởng đến quá trình làm viẹc bình thường của chi tiết cũng như tuổi bền của chúng Chẩn đoán kỹ thuật là ngành khoa học nghiên cứu:các hình thái xuất hiện hư hỏng,các phương pháp

và thiết bị phát hiện ra chúng,dự đoán thời hạn sẽ xuát hiện hư hỏng mà không cần phải tháo rời các tổng thành của ôtô.Ngoài ra chẩn đoán kỹ thuật còn nghiên cứu các công nghệ và tổ chức công nghệ chẩn đoán

2.1.1.2.Nhiệm vụ:

Nhiệm vụ của chẩn đoán kỹ thuật ôtô là:

- xác định và nghiên cứu các thông số đặc trưng cho trạng thái kỹ thuật của ôtô

- Chia ôtô thành các cụm,chi tiết và nghiên cứu các thông số trạng thái kỹ thuật của chúng

- Nghiên cứu sự phụ thuộc các thông số trạng thái của otô và các thông số trạng thái của các cụm chi tiết

- Xác định khả năng xảy ra hư hỏng và sự thay đổi trạng thái làm việc

- Tập hợp gia công,gia công các số liệu để xác định xác suất xảy ra hư hỏngvà sự biến xấu trạng thái làm việc của ôtô và các cụm chi tiết,tổng thành

- Phân tích thời gian và các chi phí để hoàn thành các nguyên công kiểm tra

- Lựa chọn phương pháp chẩn đoán ,xác định thứ tự của phương pháp chẩn đoán đ• chọn

- Xây đụng phương pháp tối ưu cho chẩn đoán,tức là lựa chọn thứ tự hợp lý cho việc kiểm tra chẩn đoán.

- Do không tháo rời các tổng thành,chi tiết nên không thể trực tiếp phát hiện các hư hỏng mà phải phát hiên thông qua các triệu chứng

- Triệu chứng là các biểu hiện gián tiếp và bên ngoài của các hư hỏng bên trong mà người ta có thể nhận biết được

- Cấu trúc của chẩn đoán kỹ thuật đặc trưng đặc trưng bằng hai hướng khoa học có quan hệ khăng khít với nhau là lý thuyết nhận dạng và lý thuyết đo

- Lý thuyết nhận dạng là bộ phận của điều khiển học chuyên và các thuật toán và mô hình chẩn đoán

- Lý thuyết đo chuyên về các thiết bị đánh giá tình trạng của đối tượng đo

- Chẩn đoán kỹ thuật cũng có mối quan hệ khăng khít với lý thuyết độ tin cậy,lý thuyết thông tin,lýthuyết lô gíc và lý thuyết hệ thống

- Nâng cao độ bền lâu và giảm chi phí về phụ tùng thay thế không phải tháo lắp các tổng

thành,giảm được cường độ hao mòn của các chi tiết

- Giảm lượng tiêu hao nhiên liệu,dầu nhờn do kịp thời điều chỉnh các bộ phận của hệ thống cung cấp nhiên liệu và các bộ phận khác của xe

- Giảm giờ công lao động cho công tác bảo dưỡng kỹ thuật,sửa chữa vì giảm được một số công việc,khối lượng không thật cần thiết của các công tác đó

2.1.2.Các thông số chẩn đoán và yêu cầu của các thông số chẩn đoán

2.1.2.1.thông số kết cấu

Số lượng các tổng thành,các khâu và các chi tiết trong ôtô rất lớn chúng đươc chế tạo theo kích thước và dung sai quy định,có các yêu cầu cụ thể.tất cả các chi tiết hợp thành cụm và tổng thành,thành xe được gọi

là kết cấu.Mỗi đối tượng có kết cấu cụ thể đảm nhận một chức năng cụ thể

Đặc trưng kết cấu của tổng thành,khâu là:

- Vị trí tương quan của các chi tiết trong khâu hoặc trong tổng thành

- Loại mối ghép của các chi tiết với nhau

- Đặc tính tác dụng tương hỗ giữa các chi tiết.

Kết cấu được đánh giá bằng thông số kết cấu:

Thông số kết cấu (thông số trạng thái kỹ thuật) là những đại lượng vật lý như:kích thước(độ dài,diện tích,thể tích…) cơ (lực,tần số áp suất…,âm (lực của âm) điện (vôn, ampe) ,nhiệt (độ,calo…)

Trong quá trình sử dụng,các thông số kết cấu thay đổi từ giá trị ban đầu X đến giá trị X (giới hạn)

- Giá trị ban đầu X của thông số kết cấu đ• được tính toán theo yêu cầu kỹ thuật của nhà sản xuất quyđịnh,thường ghi trên bản vẽ hay các yêu cầu kỹ thuật

Trong quá trình sử dụng,thông số kết cấu có thể tăng hoặc giảm (H2-1) dẫn đén trạng thaí kỹ thuật xấu đi,cuối cùng là hỏng

- Giá trị cho phép X của thông số kết cấu:ranh giới xuất hiện hư hỏng,máy móc bắt đầu trục trặc,các tính năng sử dụng bắt dầu giả,nhưng vẫn còn khả năng làm việc

- Giá trị gới hạn (X ) của thông số két cấu:xe,tổng thành mất hoàn toàn khả năng làm việc.Không thểhoàn thành chức năng quy định

- Các quá trình công tác:Các quá trình hoạt động theo chức năng đ• được quy định.Ví dụ:Quá trình sinh công của động cơ…

- Các quá trình kèm theo: Những quá trình xuất hiện cùng với các quá trình công tác,nhưng không

có ích,gây nhiễu,làm xấu quá trình công tác.Ví dụ :Tiếng ồn,rung,nhiệt độ…

Các “thông số ra” đặc trưng cho quá trình ra bằng những đại lượng có thể đo được.Ví dụ: mô men,khe hở…

* thông Số chẩn đoán

Các “thông số ra”rất thuận tiện cho việc sử dụng làm các triệu chứng

để chẩn đoán ôtô.Nhưng không phải mọi thông số ra đều được sử dụng làm thông số chẩn đoán.Các thông

số chẩn đoán cần có các yêu cầu sau:

- Tính nhạy(Kn):Số ra của thông số chẩn đoán ds phải phù hợp với sự biến thiên dx củ thông số kết cấu:

Kn=

- Tính ổn định: Đánh giá bằng sự phân bố giá trị của thông số chẩn đoán khi đo nhiều lần trên các đối tượng có cùng giá trị phù hợp với thông số kết cấu.Tức là độ lệch quân phương

Theo hình (2-4) kỳ vọng toán đặc trưng cho tính ổn định của thông số x

Sự mất ổn định của thông số chẩn đoán làm giảm tính nhạy.Đánh giá tương quan chặt chẽ giữa hai thông số chẩn đoán và kế cấu bằng công thức:

=

( S càng nhỏ tính ổn định càng cao)

- Tính thông tin: Xét mật độ phân bố f (S); f (S) là đói tượng không hỏng và đối tượng hỏng:

( Hình2-5) Ta thấy:Mức độ trùng điệp càng ít thì sai số càng nhỏ,tính thông tin càng cao.Hình 2-5a tính thông tin cao nhất, hình 2-5b tính thông tin vừa phải,hình 2-5c tính thông tin thấp nhất.Diện tích phần trùng nhau đánh giá sai số chẩn đoán,nếu diện tích này càng nhỏ thì và càng khác biệt tính thông tin càng cao

I(S) =

tính thông tin càng cao,độ không xác định càng giảm

I = H - H =

ở đây H ;H lượng entropi trước và sau chẩn đoán với các và (xác suất ở trạng thái thứ i).

Tính công nghệ đánh giá bằng sự thuận lợi cho việc đo và sử dụng thiết bị đo giờ công chẩn đoán nhỏ,giá thành hạ

*Phân loại thông số chẩn đoán:

- Theo đặc tính tương hỗ có hai loại: Thông số có thể tự chỉ ra hư hỏng cụ thể,thông số chẩn đoán phụ thuộc là thông số không thể tự chỉ ra hư hỏng(qu•ng đường phanh và hành trình tự do chỉ ra guốc phanh bị mòn)

- Theo lượng thông tin:Có các thông số chẩn đoán riêng chỉ riêng hư hỏng cụ thể của phần tử kết cấu.cấ thông số chẩn đoán chung mang tính tổng thể( công suất,mức tiêu hao nhiên liệu)

- Theo nguyên lý hình thành có: các thông số chẩn đoán của quá trình công tác xác định theo chức năng chính của kết cấu ( công suất,qu•ng đường phanh) và các thông số chẩn đoán của trình kèm theo ( độ ồn, rung,nhiệt…)

- Các thông số hình học: độ dài,hành trình tự do,khe hở… nhằm đánh giá tương quan giữa các chi tiết

c.Tiêu chuẩn chẩn đoán

Cũng như các thông số kết cấu,các thông số chẩn đoán có tiêu chuẩn để đánh giá.Các giá trị tiêu chuẩn đó là các giá trị ban đầu S ứng với X ( xe không hỏng) giá trị cho phép S ,giá trị giới hạn S (xe hỏng hẳn).Giả thiết hàm S = f(L) là tuyến tính(hình 2-6)

Ta nhận thấy đoạn 3 (ngoài S ) là phạm vi xe hỏng,đoạn 2 ( giữa S và S ) là phạm vi dự trữ cho trạng thái hoạt động phù hợp với kiểm tra giữa kỳ, đoạn 1 ( giữa S và S ) biểu thị trạng tháI hoạt động của xe.Điểm a là thời hạn chẩn đoán ( dự báo hư hỏng );B:Thời hạn xuất hiện trục trặc ;C: Xe hỏng;L: chu kỳ chẩn đoán

2.2 Cơ sở lý thuyết tập mờ và điều khiển mờ

2.2.1Khái niệm tập mờ và logíc mờ

Trong khái niệm tập hợp kinh điển (tập rõ), phần tử x chỉ có thể thuộc tập hợp A (xẻA), giá trị chân lý bằng “1”, hoặc không thuộc tập hợp A (xẽA), giá trị chân lý bằng “0” Nếu biểu diễn theo ánh xạ ta có: (3.1)

mA đơược gọi là hàm thuộc (hàm phụ thuộc) của tập A

Nhơư vậy có thể sử dụng hàm thuộc để biểu diễn tập hợp, trong tập hợp kinh điển hàm thuộc chỉ nhận haigiá trị “0” và “1”.Ta có thể biểu diễn bằng đồ thị như sau:

Hàm thuộc trên đơựơc mở rộng để định nghĩa cho tập hợp mờ, giá trị của hàm thuộc mF (x) trong tập mờnhận giá trị trong đoạn [0,1] thể hiện trọng số sự phụ thuộc của phần tử x vào tập mờ Ta có các định nghĩa về tập mờ như sau:

? Tập mờ F xác định trên tập kinh điển X là một tập hợp mà mỗi phần tử của nó là một cặp các giá trị (x, ) trong đó x và là ánh xạ

Số tự nhiên 3 và 4 có độ phụ thuộc nhỏ hơn: ,

Các số tự nhiên không được liệt kê đều có độ phụ thuộc bằng 0

Sử dụng các hàm thuộc để tính độ phụ thuộc của một phần tử x nào đó có hai cách: - Tính trực tiếp nếu

có dạng công thức tường minh

- Tra bảng nếu cho dưới dạng bảng

Hàm thuộc có mức chuyển đổi tuyến tính

? Độ cao, miền xác định và miền tin cậy của tập mờ

• Độ cao (h) của tập mờ là giá trị cận trên của hàm thuộc

Ký hiêụ chỉ giá trị nhỏ nhất trong tất cả các giá trị chặn trên của hàm .Một tập mờ với ít nhất một phần tử có độ phụ thuộc bằng 1 được gọi là tập mờ chính tắc tức h=1 ,ngược lại một tập mờ F với h < 1 được gọi là tập mờ không chính tắc

• Miền xác định của tập mờ F (định nghĩa trên nền X), đươợc ký

hiệu là S là tập con của tập M thoả m•n :

(3.3)

• Miền tin cậy của tập mờ F (định nghĩa trên nền X), đơược ký

hiệu bởi T, là tập con của M tho• m•n :

… được định nghĩa cùng với tập mờ song sẽ không mâu thuẫn với các phép toán tương tự của tập hợp kinh điển nếu như chúng thoả m•n những tính chất tổng quát được phát triển như ‘tiên đề’ của lý thuyết tập hợp kinh điển

2.2.2.1Phép hợp hai tập mờ

Hợp của hai tập mờ A và B có cùng tập nền X là tập mờ cùng xác định trên nền X có hàm thuộc mAẩB(x) thoả m•n:

1) mAẩB(x) chỉ phụ thuộc vào mA(x) và mB(x)

2) mB(x)=0 với mọi x thì mAẩB(x)= mA(x)

3) Có tính chất giao hoán, mAẩB(x)= mBẩA(x)

4) Có tính chất kết hợp, m(AẩB)ẩC(x)= mAẩ(BẩC)(x)

5) Có tính không giảm, nếu A1ÍA2 thì A1ẩBÍA2ẩB

Để thoả m•n 5 tính chất trên có nhiều công thức có thể sử dụng để định nghĩa hàm thuộc mAẩB(x), thông thơừơng hay sử dụng 5 công thức sau:

? mAẩB(x)=max{mA(x), mB(x)} (Luật lấy max)

Hàm thuộc của hai tập hợp có cùng không gian nền

a-hàm thuộc của tập mờ A; b-hàm thuộc của tập mờ B; c-hợp hai tập mờ theo luật 2; d-hợp hai tập mờ theo luật max; e-hợp hai tập mờ theo luật Lukasiewicz; f-hợp hai tập mờ theo luật tổng trực tiếp

2.2.2.2Phép giao hai tập mờ

Giao của hai tập mờ A và B có cùng tập nền X là tập mờ cũng xác định trên nền X có hàm thuộc

mAầB(x) thoả m•n:

1) mAầB(x) chỉ phụ thuộc vào mA(x) và mB(x)

2) mB(x)=1 với mọi x thì mAầB(x)= mA(x)

3) Có tính chất giao hoán, mAầB(x) = mBầA(x)

4) Có tính chất kết hợp, m(AầB)ầC(x) = mAầ(BầC)(x)

5) Có tính không giảm, nếu A1ÍA2 thì A1ầBÍA2ầB

Cũng tơương tự nhươ phép hợp, có 5 công thức dùng để tính hàm thuộc mAầB(x) của phép giao như sau :

? =min{mA(x), mB(x)} ( Luật lấy min )

? mAầB(x)=max{0, mA(x)+mB(x)-1} ( Phép giao Lukasiewicz )

? ( tích Einstein )

? mAẩB(x)=mA(x)mB(x) ( Tích đại số )

Ta có hình vẽ biểu diễn minh hoạ sua :

Hình 3.3 Hàm thuộc của hai tập hợp có cùng không gian nền

a-hàm thuộc của tập mờ A; b-hàm thuộc của tập mờ B; c-hợp hai tập mờ theo min; d-hợp hai tập mờ theo luật tích đại số;

• Phép bù của một tập mờ

Tập bù của tập mờ A định nghĩa trên nền X là tập mờ Ac cũng xác định trên nền X có hàm thuộc mAc(x) thoả m•n :

1) mAc(x) chỉ phụ thuộc vào mA(x).

2) Nếu mA(x)=1 thì mAc(x)=0

3) Nếu mA(x)=0 thì mAc(x)=1

4) Nếu mA(x)Ê mB(x) thì mAc(x)³ mBc(x)

Hình 3.4 Tập bù mạnh Ac của tập mờ A

a-Hàm thuộc của tập mờ A; b-Hàm thuộc của tập mờ Ac

2.2.3 Biến ngôn ngữ và giá trị của nó

Một đại lơượng vật lý được định lươợng dươới dạng ngôn ngữ (giá trị ngôn ngữ), ví dụ đại lươợng độ mòn của má phanhở hệ thống phanh ôtô có thể định lư-ợng nhơư sau: “mòn rất nhiều”; “mòn nhiều”;

“mòn it”; “mòn rất it” và “không mòn” Mỗi giá trị ngôn ngữ đó đươợc xác định bằng một tập mờ định nghĩa trên tập nền các giá trị vật lý (miền giá trị rõ) Như vậy biến mòn má phanh ôtô có hai miền giá trị khác nhau:

- miền giá trị ngôn ngữ; N={ mòn rất nhiều, mòn nhiềt, mòn ít , mòn rất itt, không mòn }

Bảng 3.1 Bảng chân lý mệnh đề hợp thành trong logic kinh điển

Hay mA(x) ị mB(y) với mA, mB ẻ [0,1]

Giá trị hợp thành của mệnh đề mờ là một tập mờ định nghĩa trên không gian nền của biến ngôn ngữ kết luận có hàm thuộc mAịB(y) nhận giá trị trong đoạn [0,1] thoả m•n:

a) mAịB(y) chỉ phụ thuộc vào (mA(x)) và (mB(y))

b) mA(x)=0 thì mAịB(y)=1

c) mB(y)=1 thì mAịB(y)=1

d) mA(x)=1 và mB(y)=0 thì mAịB(y)=0

e) mA1(x) Ê mA2(x) thì mA1ịB(y) ³ mA2ịB(y)

f) mB1(y) Ê mB2(y) thì mAịB1(y) Ê mAịB2(y)

Vậy bất cứ hàm mAịB(y) thoả m•n 5 điều kiện trên có thể sử dụng hàm thuộc cho tập mờ kết quả của mệnh đề hợp thành Do mệnh đề kinh điển luôn có giá trị đúng khi mệnh đề điều kiện sai (bảng 3.1) do đókhi chuyển đổi tương đ-ương từ mệnh đề kinh điển sang mệnh đề hợp thành mờ nhươ trên có nghịch lý, khi mệnh đề điều kiện không thoả m•n (độ phụ thuộc bằng 0) nhơưng mệnh đề kết luận có độ thoả m•n cao nhất Đề khắc phục nhơợc điểm này có nhiều ý kiến đơa ra nhơưng nguyên tắc của Mamdani có tính thuyết phục hơn cả Nguyên tác Mamdani phát biểu nhơư sau:

“Độ phụ thuộc của mệnh đề kết luận không đựơc lớn hơn độ phụ thuộc của điều kiện”

Với nguyên tắc của Mamdani giá trị của mệnh đề hợp thành được định nghĩa nhơư sau:

Giá trị hợp thành của mệnh đề mờ là một tập mờ B’ định nghĩa trên nền Y (không gian nền của B) có hàmthuộc m(mA, mB) thoả m•n:

a) mA ³ m(mA, mB) với mọi mA, mB ẻ [0,1]

b) m(mA, 0) = 0 với mọi mAẻ [0,1]

c) mA1 Ê mA2 thì m(mA1, mB) Ê m(mA2, mB)

d) mB1 Ê mB2 thì m(mA, mB1) Ê m(mA, mB2)

Có nhiều hàm thoả m•n 4 điều kiện trên, nhương thông thơường hay dùng hai hàm sau:

1) m(mA, mB)=min{mA, mB} Quy tắc hợp thành MIN

2) m(mA, mB)=mA.mBQuy tắc hợp thành PRO

Quy tắc hợp thành MIN và PRO với mệnh đề hợp thành “nếu tốc piston giảm chấn bằng 0 thì độ cứng giảm chấn trung bình” thể hiện trên hình 3.5

Hình 3.5 Hinh hoạ quy tắc hợp thành

a-hàm thuộc vận tốc piston và độ cứng giảm chấn; b-quy tắc hợp thành MIN; c-quy tắc hợp thành PROLuật hợp thành R biểu diễn một hay nhiều hàm thuộc cho một hay nhiều mệnh đề hợp thành, nói cách khác luật hợp thành đơợc hiểu là một tập hợp của nhiều mệnh đề hợp thành Một luật hợp thành chỉ có một mệnh đề hợp thành đ-ợc gọi là luật hợp thành đơn Ngơợc lại nếu có nhiều hơn một mệnh đề hợp thành gọi là luật hợp thành kép Phần lớn các hệ mờ trong thực tế đều có mô hình là luật hợp thành kép Nhơư vậy kết quả của luật hợp thành bao gồm 2 phép toán: phép kéo theo (mệnh đề hợp thành) và phép hợp các quả của mệnh đề kéo theo (hình 3.12)

Nếu các hàm thuộc của mệnh đề hợp thành đơợc thực hiện theo quy tắc MIN và phép hợp thực hiện theo luật max thì R có tên gọi là max-MIN

Nếu các hàm thuộc của mệnh đề hợp thành đơợc thực hiện theo quy tắc PRO và phép hợp thực hiện theo luật max thì R có tên gọi là max-PRO

Nếu các hàm thuộc của mệnh đề hợp thành đơợc thực hiện theo quy tắc MIN và phép hợp thực hiện theo luật sum thì R có tên gọi là sum-MIN

Nếu các hàm thuộc của mệnh đề hợp thành đơợc thực hiện theo quy tắc PRO và phép hợp thực hiện theo luật sum thì R có tên gọi là sum-PRO

2.2.5 Mờ hoá và giải mờ

2.2.5.1 Nguyên tắc tổng hợp bộ điều khiển mờ (Mờ hoá)

Thực hiện tổng hợp bộ điều khiển mờ phải tiến hành theo các bơớc sau:

• Định nghĩa biến vào/ra

Tùy thuộc vào đối tươợng điều khiển và mục đích điều khiển, ngơười thiết kế phải xác định các biến vào/

ra của bộ điều khiển Trong bài toán điều khiển hệ thống treo bán tích cực với mục đích nâng cao độ êm

dịu chuyển động của ô tô, biến vào của bộ điều khiển có thể là vận tốc piston giảm chấn, dịch chuyển thân xe, vận tốc thân xe và gia tốc thân xe , biến ra của bộ điều khiển là độ cứng của giảm chấn.

• Xác định tập mờ

Bơớc tiếp theo là định nghĩa biến ngôn ngữ vào/ra bao gồm các tập mờ và các dạng hàm thuộc của chúng

Để làm đơược điều đó ta cần xác định:

- Miền giá trị vật lý của biến ngôn ngữ vào/ra

- Số lơượng tập mờ (số lơợng giá trị ngôn ngữ) Về nguyên tắc số lơượng giá trị ngôn ngữ cho mỗi biến ngôn ngữ nên chọn trong khoảng từ 3 đến 10 giá trị Nếu ít hơn 3 thì ít có ý nghĩa, nếu lớn hơn 10 thì con ngươời khó có khả năng bao quát và phân biệt

- Xác định hàm thuộc, đây là một điểm quan trọng vì quá trình làm việc của bộ điều khiển mờ phụ thuộc rất lớn vào dạng và kiểu của hàm thuộc Các hàm thuộc có dạng hình tam giác, hình thang, hàm Gauss , trong đó dạng hình thang và tam giác là hai dạng hay dùng nhất vì hàm đơn giản và tốc độ tính toán nhanh Cần chọn các hàm thuộc có phần chồng lên nhau và phủ kín miền giá trị vật lý để trong quá trình điều khiển không xuất hiện “lỗ hổng”

• Xây dựng các luật điều khiển

Các luật điều khiển đươợc xây dựng dựa trên cơ sở tri thức của chuyên gia hoặc tài tiệu chuyên ngành Các luật này thươờng đơược biểu diễn dơưới dạng ma trận, cách biểu diễn này rất tiện lợi và bao quát

• Tối ơưu bộ điều khiển

Sau khi đ• tổng hợp đơợc bộ điều kiểm mờ, có thể ghép nối với đối tơợng điều khiển thực hoặc đối tơợng

mô phỏng để thử nghiệm, đánh giá và tối ơu bộ điều khiển

2.2.5.2 Giải mờ (Defuzzification)

Giải mờ là quá trình xác định một giá trị rõ y’ nào đó có thể chấp nhận đơợc từ hàm thuộc mB’ của giá trị

mờ B’ Có 3 phơơng pháp giải mờ chính là phơơng pháp cực đại, phơơng pháp điểm trọng tâm và phơơngpháp phân đôi diện tích

2.2.5.2.1 Phơương pháp cực đại

Tươ tơưởng của phươơng pháp cực đại cho rằng, giá trị rõ y’ đại diện cho tập mờ phải là giá trị có xác suất thuộc tập mờ lớn nhất Thực hiện theo phơơng pháp này gồm hai bơước:

- xác định miền G chứa giá trị rõ y’, là miền mà tại đó hàm thuộc có giá trị cực đại

- xác định y’ có thể chấp nhận đươợc, có ba nguyên lý: nguyên lý trung bình; nguyên lý cận trái; nguyên

lý cận phải

+ nguyên lý trung bình: y’ là giá trị trung bình của giá trị cận trái và phải của G (hình 3.6a)

+ nguyên lý cận trái: y’ là giá trị cận trái của G (hình 3.6b)

+ nguyên lý cận trái: y’ là giá trị cận phải của G (hình 3.6c)

Hình 3.6 Giải mờ bằng phơơng pháp cực đại

a-nguyên lý trung bình; b-nguyên lý cận trái; c-nguyên lý cận phải

2.2.5.2.2 Phơương pháp điểm trọng tâm

Phươơng pháp điểm trọng tâm cho kết quả y’ là hoành độ điểm trọng tâm miền đơược bao bởi trục hoành

và đươờng mB’(y), hình 3.7

Hình 3.7 Giải mờ theo phơơng pháp điểm trọng tâm

Theo phươơng pháp điểm trọng tâm, giá trị y’ đươợc xác định theo công thức:

(3.11)

Trong đó: S – miền xác định của tập mờ B’

2.2.5.23 Phươơng pháp đơường phân đôi diện tích

Theo phươơng pháp đơờng phân đôi diện tích, giá trị y’ đơợc xác định là giao điểm trục hoành với đơờng thẳng song song trục tung phân chia diện tích miền đ-ợc bao bởi trục hoành và đơờng mB’(y) thành hai phần có diện tích bằng nhau (hình 3.8)

Hình 3.8 Giải mờ theo phơương pháp đơờng phân đối diện tích

Chuong 3

Xây dựng ma trận thông số chẩn đoán hệ thống phanh trên xe corolla 2000

3.1.Công dụng,yêu cầu của hệ thống phanh

3.1.1 Công dụng của hệ thống phanh

Hệ thống phanh dùng để giảm tốc độ chuyển động của ô tô cho đến khi dừng hẳn hoặc đến một tốc độ nào đó theo yêu cầu của người lái Ngoài ra hệ thống phanh còn giữ cho ô tô máy kéo dừng ở ngang dốc trong thời gian lâu dài hoặc cố định xe trong thời gian dừng xe (phanh tay)

Đối với ô tô máy kéo hệ thống phanh đóng vai trò rất quan trọng vì nó đảm bảo cho ô tô chuyển động an toàn ở tốc độ cao hoặc dừng xe trong tình huống nguy hiểm nhờ vậy mà nâng cao được năng suất vận chuyển, tăng được tính động lực

3.1.3 Yêu cấu của hệ thống phanh

Để nâng cao hiệu quả phanh trong quá trình làm việc của hệ thống phanh thì nó phải đảm bảo các yêu cầusau:

- Có độ tin cậy cao để thích ứng nhanh với các trường hợp nguy hiểm

- Có hiệu quả phanh cao nhất ở tất cả các bánh xe trong mọi trường hợp nghĩa là phải tạo ra được lực phanh lớn nhất, đồng thời cho tất cả các bánh xe

- Hoạt động êm dịu, đảm bảo sự hoạt động của ôtô khi phanh, khi phanh hệ thống phanh không gây tiếng

ồn, tiếng gõ và phải có mômen phanh như nhau ở các bánh xe cùng trục của ôtô để tránh hiện tượng lệnh lực phanh

- Điều khiển nhẹ nhàng để giảm bớt cường độ lao động của người lái: cấu tạo của hệ thống sao cho lực đạp phanh của người lái là nhỏ nhất, trong khi vẫn tạo được lực phanh tới các bánh xe là lớn nhất Để đảmbảo yêu cầu này hệ thống phanh có lắp thêm bộ trợ lực( trợ lực chân không, trợ lực khí nén hoặc trợ lực thuỷ lực)

- Dẫn động phanh có độ nhạy cao để thích ứng nhanh với các trường hợp nguy hiểm

- Đảm bảo việc phân bố mômen phanh trên các bánh xe phải theo nguyên tắc sử dụng hoàn toàn trọng lượng bám khi phanh với mọi cường độ

- Không có hiện tượng tự xiết khi phanh và nhả phanh tức thời khi người lái thôi đạp phanh Nếu không

sẽ rất nguy hiểm trong quá trình ôtô chuyển động

- Cơ cấu phanh phanh phải thoát nhiệt tốt: thực chất của quá trình phanh là sử dụng lực ma sát sinh ra ở

cơ cấu phanh để tạo mômen cản chuyển động quay của bánh xe, xét về mặt năng lượng thì hệ thống phanh làm biến đổi động năng của ôtô thành nhiệt năng của cơ cấu phanh Khi phanh nhiệt độ sinh ra ở

cơ cấu phanh rất cao Do đó cơ cấu phanh phải có khả năng truyền nhiết tốt

- Giữ được tỉ lệ thuận giữa lực trên bàn đạp hoặc đòn điều khiển với lực phanh trên bánh xe: tức là hệ dẫnđộng phanh phải có tỷ số truyền ổn định Tạo cảm giác yên tâm cho lái xe khi đạp phanh

- Có hệ số ma sát giữa phần quay và má phanh cao và ổn định trong điều kiện sử dụng

- Có khả năng phanh ôtô khi đứng trong thời gian dài

- Dễ lắp ráp, điều chỉnh, bảo dưỡng và sữa chữa

3.2.Cấu tạo các cụm chi tiết của hệ thống phanh trên xe Corolla2000

3.2.1.Bố trí chung của hệ thống phanh trên xe corolla

Hình3.1_hệ thống phanh trên xe Corolla

1.bàn đạp phanh 4.Van điều hoà lực phanh

2.bộ trợ lực phanh 5.cơ cấu phanh đĩa

3.Xy lanh chính 6.Cơ cấu phanh tay

3.2.2.Cơ cấu bàn đạp phanh

3.2.2.1.Cấu tạo chung của cụm bàn đạp phanh và xy lanh phanh chính

1.Pitông số1 4.lò xo hồi số2 7.Cảm biến mức dầu

2.Lò xo hồi số1 5.Các cuppen

3.Pitông số 2 6.Bình chứa dầu

Hình3.2-xy lanh chính

Hình3.3-cơ cấu bàn đạp phanh

3.2.2.2.Nguyên lý làm việc của cụm bàn đạp phanh và xy lanh phanh chính

3.2.2.2.1 Khái quát chung

Xy lanh chính là một cơ cấu dùng chuyển đổi lực tác động của bàn đạp phanh thành áp suất thuỷ lực.Hiện nay xylanh chính kiểu hai buồng có hai pitông tạo ra áp suất thuỷ lực trong đường ống phanh của hai hệ thống.Sau đó áp suất này tác động lên các càng phanh đĩa hoặc các xylanh phanh của phanh kiểu tang trống

Bình chứa dùng để loại trừ sự thay đổi lượng dầu phanh do nhiệt độ thay đổi.Bình chứa có một vach ngăn ở bên trong để chia bình thành hai phần phía trước và phía sau như ở hình trên.thiết kế bình chứa có hai phần để đảm bảo việc có xảy ra sự cố một mạch dầu bị rò rỉ thì mạch bên kia vẫn hoạt động để dừng xe

Cảm biến mức dầu phát hiện mức dầu trong bình chứa thấp hơn tối thiểu và sau đó báo cho người lái bằng đèn cảnh báo của hệ thống phanh

3.2.2.2.2.nguyên lý

Khi ta đạp lên bàn đạp phanh,xy lanh chính sẽ biến lực đạp này thành áp suất thuỷ lực.Vận hành của bàn đạp phanh dựa vào nguyên lý đòn bẩy biến đổi lực đạp nhỏ thành lực lớn tác động lên cần dẩy xy lanh chính

Theo định luật pascal lực thuỷ lực phát sinh trong xy lanh phanh chính sẽ được truyền qua các đường ống dẫn dầu tới các cơ cấu phanh bánh xe,tác dụng lên má phanh để tạo ra lực phanh

Theo định luật Pascal áp suất bên ngoài tác dụng lên dầu chứa trong không gian kín được truyền đi đồng đều về mọi hướng.áp dụng nguyên lý này vạo mạch dầu trong hệ thống phanh thì áp suất được tạo

ra trong xy lanh chính được truyền đều tới các xy lanh phanh tại bánh xe

Lực phanh lớn phụ thuộc vào đường kính các xy lanh,tuỳ thuộc vào yêu cầu lực phanh lớn hay nhỏ ở bánh trước hay bánh sau mà nguời ta làm các xy lanh có các đường kính lớn nhỏ khác nhau

3.2.2.2.3.Hoạt động của cụm xy lanh chính

Khi đạp bàn đạp phanh thì lực đạp truyền qua cần đảy vào xy lanh chính để đẩy pitông trong xy lanh này.Lực của áp suất thuỷ lực trong xylanh chính được truyền qua các đường ống dẫn dầu tới các xylanh bánh xe

a.Vận hành bình thường

1.khi không tác động vào bàn đạp phanh

Các pitông số 1 và số2 được đặt giữa cửa vào và cửa bù tạo ra một đường đi giữa xylanh chính và bình dầu.Pitong số 2 được lò xo hồi số2 đẩy sang phảI tuy nhiên do bị bu lông chăn nên nó không đi xa đươc nữa

2.Khi đạp bàn đạp phanh

Pitông số 1 dịch chuyển sang bên trái và cuppen của pitông này bịt kín cửa bù để chặn đường đi giữa

xy lanh chính và bình chứa.Khi pitông bị đẩy thêm nó làm tăng áp suất thuỷ lực bên trong xy lanh chính.áp suất này tác dụng vào các xylanh phanh phía sau.Vì áp suất này cũng đẩy pitông số2 pitông số 2 cũng hoạt động hệt như pitông số1 và tác động vào các xy lanh phanh bánh trước

3.Khi nhả bàn đạp phanh

Các pitông bị đẩy trở về vị trí ban đầu của chúng do áp suất thuỷ lực và lực phản hồi của các lò xo hồi vị.Tuy nhiên do dầu từ các xy lanh phanh bánh xe không chảy về ngay,áp suất thuỷ lực bên trong xylanh chính cũng tạm thời giảm xuống.Do đó dầu phanh của bình chứa chảy vào xylanh chính thông qua cửa vào và nhiều lỗ ở đỉnh pitông và thông qua chu vi của các cuppen pitông.Sau khi pitông đ• trở về vị trí ban đầu của nó,dầu phanh đần dần chảy từ xylanh phanh về xy lanh chính rồi chảy về bình chứa thông qua các cửa bù.Cửa bù này còn khử các thay dổi về thể tích của dầu phanh có thể xảy ra trong xylanh do nhiệt độ thay đổi.Điều này tránh cho áp suất thuỷ tăng lên khi không sử dụng các phanh

b.Khi rò rỉ dầu ở một trong các hệ thống này

1.Rò rỉ dầu ở phanh sau

Khi nhả bàn đạp phanh,pitông số 1 dịch chuyển sang bên trái nhưng không tạo ra áp suất thuỷ lực ở phía sau do đó pitông số1 nén lò xo phản hồi,tiếp xúc với pitông số 2 và đẩy pitông số2 làm tăng áp suất thuỷ lực ở đầu trước của xy lanh chính tác động vào hai trong các phanh bằng lực từ phía trước của xylanh chính

2.Rò rỉ dầu ở phanh phía trước

Vì áp suất thuỷ lực không tạo ra ở phía trước,pitông số 2 dịch chuyển ra phía trước cho đến khi nó tiếp xúc với vách ở đầu cuối xylanh chính.Khi pitông số1 bị đẩy tiếp về phía trái,áp suất thuỷ lực ở phía sau xylanh chính tăng lên làm cho hai trong các phanh bị tác động bằng lực từ phía sau của xylanh chính

3.2.2.3.Các hư hỏng và biến xấu trạng thái kỹ thuật của cụm bàn đạp và xylanh chính.

Bàn đạp phanh không có độ zơ là một trong những nguyên nhân gây nên hiện tượng bó phanh,bó phanh là hiện tượng mà luôn cảm thấy có sức cản lớn khi xe đang chuyển động,có cảm giác phanh mặc

dù bàn đạp phanh và phanh tay nhả hoàn toàn

Khi áp suất dư trong mạch dầu quá lớn điều này là do hai nguyên nhân cơ bản sau

*Van một chiều ở cửa ra xylanh chính bị hỏng

*Xylanh chính bị hỏng

Những nguyên nhân này làm cho phanh có thể bị bó

3.2.3.Bộ trợ lực chân không

3.2.3.1.Cấu tạo chung của bộ trợ lực chân không

Bộ trợ lực chân không gồm có các bộ phận sau:

1.cần điều khiển van 7.Thân van

2.cần đẩy 8.Đĩa phản lực

3.Pitông bộ trợ lực 9.Bộ lọc khí

4.Thân bộ trợ lực 10.Phớt thân bộ trợ lực

5.Màng ngăn 11.Buồng áp suất biến đổi

6.Lò xo màng ngăn 12.Buồng áp suất không đổi

13.Van một chiều

Hình3.4-Trợ lực chân không

3.2.3.2.Nguyên lý làm việc của bộ trợ lưc chân không

a.khi không tác động phanh

Van không khí được nối với cân điều khiiển van và bị lò xo phản hồi của van không khí kéo về bên phải.Van điều chỉnh bị lò xo van đẩy sang bên phải,điều này làm cho van không khí tiếp xúc với van điều chỉnh.Do đó không khí bên ngoài di vào lưới lọc bị chặn lại không vào được buồng áp suất biến đổi Trong điều kiện này van chân không của thân van bị tách kkỏi van điều chỉnh tạo ra một lối thông giữa

lỗ A và lỗ B,vì luôn luôn có chân không trong buồng áp suất không đổi nên cũng có chân không trong buông áp suất tahy đổi lúc này vì vậy lò xo màng ngăn đẩy pitong sang bên phải

vẫn tiếp xúc với van chân không nhưng vẫn dịch chuyển theo pitong.Vì van điều khiển dịch chuyểếnang bên trái và tiếp xúc với van không khí,không khí bên ngoài bị chặn lại không vào được buồng áp suất biếnđổi,nên áp suất trong buồng áp suất biến đổi vẫn ổn định.Do đó có một độ chênh áp suất ổn định giữa hai buồng vì vậy pitông ngừng dịch chuyển và gĩư ở trạng thái lực phanh này.

pitông.Sau đó dù có tác dụng thêm lực lên bàn đạp thì tác dụng cường hoá vẫn giữ nguyên và lực bổ xungchỉ tác động lên cần đẩy bộ trợ lực và truyền tới xy lanh chính

Hình3.8 Trợ lực chân không ở trạng thái trợ lực tối đa

e.Khi không có chân không

Vì một lý do nào đó chân không không tác động vào bộ trợ lực phanh,sẽ không có sự chênh lệch áp suất giữa buồng áp suất thay đổi và buồng áp suất không đổi vì cả hai đều được nạp đầy không khí từ bên ngoài vào.Khi bộ trợ lực phanh ở vị trí “off”(ngắt) pitông được lò xo màng đẩy về phía bên phải

Tuy nhiên khi đạp bàn đạp phanh cần điều khiển van tiến về phía bên trái và đẩy van không khí ,đĩa phản hồi và cần đẩy bộ trợ lực.Điều này làm cho pitông của xy lanh chính tác dụng lực phanh lên phanh đồng thời van không khí đẩy vao chốt chặn van lắp trong thân van,do đó pitông cũng thắng được lực đẩy của lò xo màng ngăn và dịch chuyển về bên trái.Do đó các phanh vẫn hoạt động ngay cả khki không có chân không tác động vào bộ trợ lực phanh,Tuy nhiên do bộ trợ lực không làm việc nên cảm thấy nặng khiđạp phanh

Hình3.9- Trợ lực chân không ở trạng thái khi không có chân không

3.2.3.3 Các hư hỏng và biến xấu trạng thái kỹ thuật của trợ lực chân không

Trong quá trình làm việc,nhìn chung hư hỏng của bộ trợ lực chân không thường không xảy ra nhiều,tuy nhiên do bộ trợ lực co cấu tạo tương đối phức tạp,bao gồm nhiều chi tiết chính vì thế mà việc hỏng hóc là không thể tránh khỏi