Detektion och felisolering i förbränningsmotor KRAVSPECIFIKATION. Minh Le Tran. Version 1.1. Status

Transkript

1 KRAVSPECIFIKATION Minh Le Tran Version. Status Granskad BoL Godkänd LIPS Kravspecifikation i bohli890@student.liu.se

2 PROJEKTIDENTITET HT5, Detektion och felisolering i er Linköpings universitet, Institutionen för systemteknik Namn Ansvar Telefon E-post Bohan Liang Projektledare (PL) bohli890@student.liu.se Markus Vilhelmsson Testansvarig (TA) marvi038@student.liu.se Max Karjalainen Designansvarig (DA) maxka588@student.liu.se Minh Le Tran Dokumentansvarig (DOC) minle240@student.liu.se Philip Nilsson Mjukvaruansvarig (MA) ph.nilsson@gmail.com Erik Carlsson Dataansvarig (DA) erica797@student.liu.se E-postlista för hela gruppen: bohli890@student.liu.se Hemsida: Beställare: Erik Frisk, ISY, frisk@liu.se Kund: Volvo Car Sverige AB, GÖTEBORG, Växel Kontaktperson hos kund: Mikael Krizmanik, mikael.krizmanik@volvocars.com Kursansvarig: Daniel Axehill, B-huset 2A:58, , daniel@isy.liu.se Handledare: Daniel Jung, , daner@isy.liu.se LIPS Kravspecifikation ii bohli890@student.liu.se

3 Innehåll Inledning Parter Syfte och Mål Användning Bakgrundsinformation Definitioner Översikt av systemet Grov beskrivning av systemet Produktkomponenter Beroenden till andra system Ingående delsystem Avgränsningar Designfilosofi Modelleringsfasen Diagnosfasen Utförande av tester Generella krav på hela systemet Modeller Modelleringskrav Design Diagnostik Detektionskrav Isoleringskrav Rangordning Design Ekonomi Leveranskrav och delleveranser Presentationskrav Dokumentation Dokumentation av testkörningar Producerade dokument... 4 Referenser... 5 LIPS Kravspecifikation iii bohli890@student.liu.se

4 Dokumenthistorik Version Datum Utförda förändringar Utförda av Granskad Första utkast MaK,MiL Bohan L. 0.2 Återkoppling från beställare och handledare Omformulering av krav, korrekturläsning MaV, ErC MiL Korrekturläsning MaK EC Första versionen MaK MaK Modifiering av kraven EC, MaV BoL LIPS Kravspecifikation iv

5 INLEDNING Projektet Detektion och felisolering av är ett studentprojekt vid Linköpings Tekniska högskola. Projektet är strukturerat enligt "Construct Design Implement and Operate", förkortat CDIO, och är en del av kursen Reglerteknisk projektkurs som ges vid institutionen för systemteknik vid Linköpings universitet. För att fullborda projektet måste de krav som presenteras här uppfyllas. Kraven presenteras i en tabell med följande layout. Varje krav deklareras på en egen rad. Under rubrikerna Krav och Förändring har varje krav tilldelats ett unikt nummer samt vid vilken version av kravspecifikationen kravet infördes. Rubriken kravbeskrivning beskriver vad kravet på projektet och vad som ska uppnås. Under rubriken prioritet står rangordnas kraven i en tregradig skala från ett till tre. De tre prioriteringsordningar definieras enligt följande; Prioriteringsordning - Kravet är nödvändigt för projektets slutresultat. Prioriteringsordning 2 Kravet är inte absolut nödvändigt för projektet men skapar ett mervärde till slutresultatet. Prioriteringsordning 3 Kravet skall utföras i mån av tid. Om något av kraven på projektet ej skulle vara möjliga att uppfylla inom ramarna för projektets ekonomi kan det specifika kravet omförhandlas. Om så är fallet uppdateras dess fält under rubriken kolumn. Samtliga analyser som ska utföras för de olika kraven kommer att presenteras i den slutgiltiga tekniska rapporten som summerar hela projektet.. Parter Parterna som är involverade i projektet är beställaren Erik Frisk från ISY/LiU, handledaren Daniel Jung från ISY/LiU och en projektgrupp från Linköpings universitet som består av sex medlemmar från civilingenjörsprogrammen i maskinteknik respektive teknisk fysik och elektroteknik. Kund är Mikael Krizmanik från Volvo Cars. Examinator för kursen är Daniel Axehill från ISY..2 Syfte och Mål Syftet med projektet är att analysera hur ett modellbaserat diagnossystem för en kan utvecklas med hjälp utav ett systematiskt arbetssätt. Projektets syfte är att analysera metodiken bakom diagnossystemet samt dess framtida potential i utvecklingsarbete hos kunden. Målet med projektet är att leverera en analys av utvecklingsmetodiken av diagnossystemet i form utav en teknisk rapport. Det utvecklade diagnossystemet ska utvärderas experimentellt mot uppmätt data från motorlaboratoriet. De uppmätta experimenten från motorlaboratoriet skall även sammanställas i en databas för framtida forskning..3 Användning Den analys som projektet kommer att leverera ska ge kunden vetskap om huruvida den metodik som använts för att utveckla ett diagnossystem är användbar och om kunden tjänar på att ta efter den använda metodiken. LIPS Kravspecifikation 5 bohli890@student.liu.se

6 Bakgrundsinformation Feldetekterings- och felisoleringsalgoritmer övervakar komponenter och delsystem för att larma då komponenter felar eller inte längre uppfyller sin funktion. I personbilar är motordiagnostikalgoritmer en central och viktig del av styrsystemets funktionalitet och algoritmerna körs typiskt i realtid under normal drift av fordonet. Diagnosfunktionaliteten kan vara riktad mot On-Board Diagnostics (OBD)- lagstiftning som krävs för certifiering av fordon, eller användas som information till verkstadstekniker för att effektivisera felsökning. En enkel beskrivning av ett diagnossystem är att ett antal, så kallade teststorheter, är implementerade som detekterar olika fel. I en ideal situation har man en teststorhet för varje typ av fel och då blir felutpekningen trivial, eftersom varje larm direkt pekar ut en specifik komponent. I ett komplext system som en modern i en personbil, är det inte realistiskt med en sådan ideal situation. Detta beror delvis på att det skulle krävas en stor mängd sensorer, något som inte är ekonomiskt eller tekniskt möjligt idag. Dessutom, i en motor är delsystemen ihopkopplade på så sätt att en förändring i en komponent kommer påverka hela systemet vilket gör att ett fel på ett ställe manifesterar sig även i andra delar av motorn och ett fel kan leda till larm i flera teststorheter. Exempelvis är insug och avgas-sidorna ihopkopplade via turbo och kompressor och ett läckage av luft kan leda till onormala luftflöden på flera positioner vilket kan ge upphov till larm och samtidigt oväntade tryck vilket också kan ge larm. Att systemet dessutom är dynamiskt, det vill säga det tar en viss tid innan fel börjar påverka systemet, bidrar med ytterligare komplexitet. Fel kan också uppenbara sig under speciella driftsförhållanden för att senare inte visa sig under andra driftsförhållanden. Det kan också vara fel som försvinner efter en tid, till exempel en kloggning som sedan släpper. Dessa fel kallas för intermittenta fel och kan vara svåra att återskapa och därmed åtgärda..5 Definitioner Följande förkortningar kommer användas i kravspecifikationen. CDIO - Construct Design Implement and Operate ISY - Institutionen för Systemteknik LiU - Linköpings Universitet MAF Mass Air Flow LIPS Kravspecifikation 6 bohli890@student.liu.se

7 ÖVERSIKT AV SYSTEMET I det här kapitlet ges en översikt av systemet som projektgruppen kommer att arbeta med, vilka avgränsningar som kommer att göras, hur arbetet kommer att läggas upp samt de generella krav som ställs på systemet. I Figur visas en översikt av diagnossystemet. Figuren beskriver hur diagnossystemet genererar residualer som utvärderas, rangordnas och felisoleras för att kunna fatta ett diagnosbeslut. Diagnossystemet upptäcker fel i motorn som sedan gör informationen tillgänglig för servicemodulen (diagnosbeslutet). En diagnos är en uppsättning fel som kan förklara de tester som har larmat. Diagnossystem Motor och motormodell Filtrerad sensordata Modell outout Generera residualer Residualer Utvärdering av residualer och tröskling Larm Felisolering och rangordning Diagnosbeslut Figur : Bilden visar en översikt av systemet 2. Grov beskrivning av systemet Diagnossystemet som ska utvecklas ska detektera och isolera felen i Tabell. Felen kommer att i första hand testas i motor laboratoriet, om så ej är möjligt kommer de istället att simuleras i motormodellen. Tabell : Diagnossystemet ska designas så att följande fel går att detektera och isolera. Fel Beskrivning Felstorlek Permanent/ Intermittent fel f paf Ökat tryckfall över luftfiltret som simulerar en strypning av luftflödet i luftfiltret. 20 kpa tryckförlust. P fw af Luftläckage genom ett hål med variabel diameter efter MAF-sensor och före kompressorn. 20% av flödet går igenom läckagearea. P fw th Luftläckage genom ett hål med variabel diameter efter gasspjället i insugsröret. 20% av flödet går igenom läckagearea. P fw c Luftläckage genom ett hål med variabel diameter efter kompressorn och före gasspjället. 20% av flödet går igenom läckagearea. P fc vol Insugsventilens ställdon har fastnat vid godtycklig position (volymetrisk effektivitet som funktion av position). Fastnat i ändläget eller i mittpositionen. I f wt Ökad friktion i turbinen. Ökad friktion med 20%. fx th Mätfel på positionssensor för gasspjällsläget. Vinkelfel som resulterar i flödesfel på 20%. P I fy waf Mätfel på luftmassflödessensorn (MAF). 20% flödesfel. I fy pim Mätfel på trycksensorn i insugsröret. 20% skillnad i tryck. I fy pic Mätfel på trycksensorn monterad i turboaggregatet (laddtrycket). 20% skillnad i tryck. I fy tic Mätfel på temperatursensorn monterad i turboaggregatet. Offset på 20 grader. I LIPS Kravspecifikation 7 bohli890@student.liu.se

8 Produktkomponenter Följande ska ingå i leveransen: Algoritmer för att detektera samt isolera relevanta fel. En modell av motorn för felfritt beteende samt för olika injicerade fel-fall. En analys av algoritmerna i motorlaboratorium och simuleringsmiljö då fel injiceras. En analys av motorns sensoruppsättning. En analys av realtidsegenskaperna hos algoritmerna. En simuleringsmiljö En samling av experimentell data 2.3 Beroenden till andra system Systemet som utvecklas under projektet är framtaget för motorn Volvo T5 (VEA). 2.4 Ingående delsystem Systemet består av fysikaliska modeller av varje komponent samt en diagnosdel som detekterar och isolerar fel samt rangordnar de möjliga diagnoserna utifrån vilka som är mest troliga. 2.5 Avgränsningar Fel av högre ordning än dubbelfel kommer inte att utvärderas i motorlaboratorium eller i simuleringsmodellen. Fel som inte nämns i Tabell kommer heller inte att tas hänsyn till i projektet. 2.6 Designfilosofi Systemet utvecklas utifrån två faser; en modelleringsfas och en diagnosfas. Modeller av motorns komponenter tas fram under modelleringsfasen, vilket utförs först. När modelleringsfasen är avklarad utförs diagnosfasen. Efter dessa två faser samt iterationer har utförts ska projektet ha producerat ett fungerande diagnossystem Modelleringsfasen I modelleringsfasen tas parametrar som krävs för modellerna av komponenterna fram. Modeller för varje komponent existerar redan men de måste anpassas till motorn som projektet utförs på. I modelleringsfasen ingår också att validera modellerna för att försäkra om att de fungerar till diagnosfasen. Det ingår också att simulera motorn med existerande och förbättrade modeller i den här fasen Diagnosfasen I diagnosfasen undersöks detekterbarhet av fel som återfinns i Tabell. Ifall det inte är möjligt att detektera ett specifikt fel med befintliga sensorer analyseras behovet av extra sensorer. Efter undersökning av detekterbarhet utförs undersökning av isolerbarhet för enkelfel och dubbelfel. Metodik för att hantera multipelfel kommer att analyseras. Tester utifrån modellekvationerna tas fram. Mätningsplan för arbetspunkter, injicerade fel och felstorlekar skapas och diagnosalgoritmer finjusteras. Realtidsegenskaper hos algoritmerna beaktas under implementation Utförande av tester Tester kommer att utföras på motorn under diagnosfasen för att ta fram diagnosalgoritmerna och eventuellt under modelleringsfasen för att förbättra modellerna för motorn. Utförande av ett test planeras innan testet utförs. En testlogg kommer att föras under testet för att upprätthålla en historik över motortester. All insamlad data från motortesterna kommer att sparas i en databas som vid projektets slut överlämnas till beställaren. LIPS Kravspecifikation 8 bohli890@student.liu.se

9 Generella krav på hela systemet Nedan presenteras de krav som ska uppfyllas vid projektets slut. Reviderad Diagnossystemet ska kunna detektera och isolera fel i motorn samt rangordna beräknade diagnoser utifrån vilka som är mest troliga. Diagnossystemet ska kunna detektera och isolera fel i motorn. En metodstudie över hur diagnoser kan rangordnas ska genomföras. 2 Original En analys på hur ett diagnossystem systematiskt kan utvecklas utifrån fysikaliska modeller ska presenteras i den tekniska rapporten. 3 MODELLER I det här kapitlet presenteras de krav som ställs på de olika modeller som kommer att tas fram samt vilka designkrav som finns på modellerna. Det första delsystemet består av fysikaliska modeller av motorns komponenter. De existerande fysikaliska modellerna av motorns komponenter behöver förbättras så att de passar motorn som projektet utförs på. 3. Modelleringskrav Följande krav är uppsatta som modelleringskrav. 3 Reviderad Motormodellen och dess delsystem ska valideras och parametriseras mot mätdata. Motormodellen och dess delsystem ska valideras mot mätdata från motorlaboratoriet. 4 Original Analysera delmodeller i motormodellen med valideringsdata och beskriva hur det påverkar diagnosprestanda som sammanställs i den tekniska rapporten. 5 Original Felmodeller ska implementeras i motormodellen. 6 Original Modellnoggrannheten för relevanta arbetspunkter ska utvärderas och analyseras och finns att tillgå i den tekniska rapporten. 7 Original Diagnosprestanda med avseende på antalet sensorer ska analyseras och sammanställas i den tekniska rapporten. 2 8 Original Detekterbarhet och isolerbarhetsanalys av modellen ska genomföras och sammanställas i den tekniska rapporten. 9 Original En kvantitativ analys av detekterbarhet och isolerbarhet givet modellen skall göras och sammanställas i den tekniska rapporten. LIPS Kravspecifikation 9 bohli890@student.liu.se

10 Simuleringsmiljö Följande krav är uppsatta som simuleringsmiljö: 0 Original En simuleringsmiljö ska skapas för att kunna köra motormodellen med och utan injicerade fel. Original I simuleringsmiljön ska användaren kunna välja arbetspunkt eller körcykel som motorn ska simuleras i. 2 Original Simuleringsmiljön ska inkludera en förarmodell. LIPS Kravspecifikation 0 bohli890@student.liu.se

11 DIAGNOSTIK I det här kapitlet presenteras de krav som ställs på diagnosalgoritmen gällande detektion, isolering och rangordning samt designkrav. Det andra delsystemet består av diagnossystemet som utifrån de fysikaliska modellerna och felmodellerna ska detektera, isolera samt rangordna fel. Rangordningen beror på vilket fel som är mest troligast. Figur visar en schematisk bild av diagnosdelen. Figur 2: Bild av diagnossystemet. 4. Detektionskrav Följande krav är uppsatta som detektionskrav 3 Original Diagnosalgoritmen ska kunna detektera enkelfel. 4 Reviderad Diagnosalgoritmen ska kunna detektera multipelfel. 3 5 Original Diagnosalgoritmen ska kunna detektera intermittenta fel. 6 Original Diagnosprestanda för varje teststorhet som avvägning mellan falsklarmssannolikhet och missad detektion ska analyseras och presenteras i den tekniska rapporten. 7 Reviderad En analys av detektionsprestanda för olika felstorlekar som framgår i Tabell ska genomföras och presenteras i den tekniska rapporten. (Tabell reviderad). 8 Original En metodik för att systematiskt välja en uppsättning teststorheter ska presenteras i tekniska rapporten. 9 Original En analys av detektionsprestanda för temporära fel för olika tidsintervall som de påverkar systemet ska genomföras och sammanställas i den tekniska rapporten. 2 LIPS Kravspecifikation bohli890@student.liu.se

12 Isoleringskrav Följande krav är uppsatta som isoleringskrav: 20 Original En analys av isolerbarhet hos enkelfel givet diagnossystemet ska presenteras i den tekniska rapporten. 2 Reviderad En analys av isolerbarhet givet diagnossystemet av multipelfel ska presenteras i den tekniska rapporten Reviderad Diagnosalgoritmen ska kunna isolera enkelfel Reviderad Diagnosalgoritmen ska kunna isolera multipelfel Rangordning Följande krav är uppsatta som rangordningskrav: 24 Reviderad 25 Original Diagnoser som beräknats av diagnossystemet ska rangordnas med avseende på vilka fel som mest sannolikt orsakar det uppvisade beteendet. En studie om olika metoder för att rangordna diagnoser ska genomföras och sammanställs i den tekniska rapporten Design Följande krav är uppsatta som designkrav på diagnosalgoritmen: 26 Original Diagnosalgoritmens realtidsegenskaper, till exempel beräkningskostnad, ska analyseras och presenteras i den tekniska rapporten. 2 5 EKONOMI Projektets ekonomi begränsas främst av tidsåtgång. För övrigt tillhandahålls all nödvändig utrustning av LiU. 27 Reviderad Tiden som varje gruppmedlem ska tillbringa med projektet är 240 timmar vardera, d v s totalt 680 timmar. LIPS Kravspecifikation 2 bohli890@student.liu.se

13 LEVERANSKRAV OCH DELLEVERANSER I det här kapitlet presenteras de krav som finns på leveranser och presentationer under projektet. För att uppnå kraven inför leverans är följande delleveranser uppsatta som krav. 28 Original Vid BP2 skall kravspecifikation, projektplan, tidsplan och systemskiss levereras. 29 Original Vid BP3 skall designspecifikation och testplan levereras. 30 Original Vid BP5 skall all funktionalitet, inklusive testprotokoll, användarhandledning, föredrag där det visas att kraven i kravspecifikationen är uppfyllda levereras. 3 Original Vid BP6 skall teknisk rapport, efterstudie med resultat och använd tid, en film om projektet samt posterpresentation levereras. 6. Presentationskrav Följande krav är uppsatta som presentationskrav och är en del av slutleveransen. 32 Original En poster-presentation ska skapas. 33 Original En projekthemsida ska skapas. 34 Original En film ska produceras. 35 Original En presentation av arbetet ska levereras 7 DOKUMENTATION I det här kapitlet presenteras de krav som finns på dokumentation av projektet. Krav för dokumentation består dels av dokumenten som produceras, men även historik över testkörningar. 7. Dokumentation av testkörningar Följande krav är uppsatta som dokumentationskrav för testkörningar. 36 Original Resultaten från de utförda experimenten i motor laboratoriet ska sammanställas i en databas. Databasen ska innehålla information om körfall, injicerat fel och dess felstorlek. LIPS Kravspecifikation 3 bohli890@student.liu.se

14 Producerade dokument Nedan visas en lista på dokument som ska levereras. Listan består av fyra kolumner. Första kolumnen anger dokumentet som ska levereras. Andra kolumnen anger syftet med dokumentet. Tredje kolumnen anger vem eller vilka dokumentet är avsedd för. Sista kolumnen anger dokumentets format. Alla dokument kommer att skrivas på svenska. Dokument Syfte Målgrupp Format/ media Kravspecifikation Definition om vad som skall göras. Beställare PDF Projektplan Beskrivning om hur projektet skall utföras. Beställare/ Projektgrupp PDF Tidsplan En uppskattning av hur många timmar som skall läggas på de olika delarna i projektet samt vad resultatet blev. Projektgrupp Excel eller PDF Systemskiss Redovisning om hur systemet kommer att se ut. Projektgrupp PDF Designspecifikation En mer detaljerad beskrivning av systemet. Projektgrupp/ Beställare PDF Testplan Beskrivning av vilka tester som skall göras. Projektgrupp/ Beställare PDF Testprotokoll Dokumentation av utförda tester. Beställare PDF Användarhandledning Beskrivning av hur systemet skall användas. Användare/ Beställare PDF Teknisk rapport Detaljerad beskrivning av det slutgiltiga systemet. Beställare PDF Efterstudie Utvärdering av projektet. Projektgrupp/ Beställare PDF Poster Kort beskrivning av systemet. Alla Poster Hemsida En hemsida där publika dokument från projektet läggs upp. Alla Hemsida Film En film som beskriver projektets gång samt resultat. Alla.mp4 LIPS Kravspecifikation 4 bohli890@student.liu.se

15 REFERENSER Följande källor har använts som referenser för utformning av kravspecifikationen. Publicerade källor T. Svensson och C. Krysander, Projektplan, i Projektmodellen LIPS, red., Studentlitteratur, 20 Elektroniska källor (3/9-205) LIPS Kravspecifikation 5 bohli890@student.liu.se