The Problem. Vad är diagnos? Diagnos i fordon och andra tillämpningar. Varför diagnos i fordon? diagnos i fordon? Vad krävs?

Transkript

1 rman Information AB. All rights reserved. he Problem Diagnos i fordon och andra tillämpningar Vad är diagnos? Diagnos är att automatiskt, och helst under normal drift, detektera fel. (ibland) isolera fel, dvs. peka ut vilken komponent som är trasig. Erik Frisk Fordonssstem Institutionen för sstemteknik Linköpings universitet 9 november, 11 Strdator Fel inträffar Felkod: rcksensor trasig 1 / 7 / 7 Varför diagnos i fordon? Upime for Solving the Varför Information diagnos i fordon? Problem Lagkrav ställer hårdare och hårdare krav. Ursprungligen från Kalifornien OBD/OBD-II osv. men nu även i resten av USA/Europa. Även för lastbilar (5 basic Euro, 6 Euro, 8 Euro 5) illgänglighet, reparerbarhet, mekanikerstöd Stor andel av utsläpp från bilar sker från bilar med felaktiga komponenter i emissionskontrollen (mer än 5% av emissionerna). Feltolerant reglering Vad krävs? Alla komponenter som kan påverka emissioner måste diagnostiseras. ill exempel, i bränslesstemet måste ett hål med.5 mm diameter detekteras (från i OBD-II) 3 / 7 / 7

2 Varför diagnos i andra tillämpningar? 5 / 7 6 / 7 7 / 7 8 / 7

3 Ett svårt problem Vad är diagnos? control inputs En ansenlig del av strsstemskoden är diagnoskod (mer än 5% är vanligt) Något som ofta görs efteråt och i mån av tid vill man nu göra parallellt med övrig konstruktion. Konstruktion för diagnos (ex.vis sensorplacering, val av sensorer etc.) Metodik krävs men saknas! disturbances faults Plant observations Diagnosis Sstem diagnosis statement Diagnos Givet observationer, en diagnos är en utsaga om komponenternas tillstånd som kan förklara observerat beteende. Diagnossstem Givet observationer: Hitta alla diagnoser. alla diagnoser = f (observationer) Feltolerant reglering 9 / 7 1 / 7 Feltolerant reglering raditionell diagnos och modellbaserad diagnos hårdvaruredundans Fault Diagnosis tröskling av mätsignaler (limit-checking) Faults Faults Faults hastighetsbegränsning av fsikaliska storheter (rate-limit) ofta olika begränsningar i olika arbetsområden Command (Reference) Governor Feedforward Controller Actuators Sstem Sensors raditionell diagnos är modellbaserad diagnos. Bara med väldigt enkla modeller. Feedback Controller Med mer avancerade modeller så kan man öka diagnosprestandan: snabbare detektion, mer exakt felisolering, färre falsklarm etc. Allt till priset av mer modellarbete och svårare designuppgifter. Reconfiguration Mechanism Möjligheten finns också att minska antalet sensorer, både för reglering och diagnos. 11 / 7 1 / 7

4 Redundans, modeller och modellbaserad diagnos Förutsättningen för all diagnos är redundans som kan tillhandahållas av: Extra hårdvara, exempelvis flera sensorer som mäter samma storhet Modeller! Var bter mätsignalen nivå? 1 3 x z r 1 = 1 r = 1 f ( 3 ) r 3 = f ( 3 ) / 7 1 / 7 Var bter mätsignalen svängningsfrekvens? Felisolering = u = u + 1 Antag 1, och u är kända, då kan tre residualer bildas r 1 = 1 u, r = u 1, r 3 = Alla är då ekvationerna är uppfllda, dvs. processen uppför sig som förväntat. De tre residualerna reagerar olika på fel i sensorer och aktuatorer Isolationsmöjligheter f 1 f f u r 1 X X r X X r 3 X X 15 / 7 16 / 7

5 Exempel: Diagnos pa en produktionsmotor Exempel pa analtisk redundans i motorn Intercooler boost leak Intercooler boost leak manifold leak Wth Whfm 1 3 x manifold leak z Wth Samma ta nk som fo r det enkla fallet, bara mer avancerade modeller q urbo Wcl = f1 (n, pm ) Wcl Wth = f (α, pm, ) urbo Wcl Whfm q pm n Statiskt sa ga ller att Whfm = Wth = Wcl om allt fungerar. pm r1 = Whfm Wth = Whfm f (α, pm, ) n r = Whfm Wcl = Whfm f1 (n, pm ) r3 = Wcl Wth = f1 (n, pm ) f (α, pm, ) Lite olika tper av fel, kra ver olika tper av modeller och da rmed olika tper av signalbehandling. Dessa a r alla ka nsliga fo r olika fel mo jlighet till felisolation. 17 / 7 18 / 7 Modellering Felmodellering: La ckage innan/efter trottel Samma tp av medelva rdesmodell som ni redan sett i kursen anva nds a ven ha r. ex. flo det fo rbi trotteln modelleras av Inte bara felfritt fall beho ver modelleras, a ven felen som ska detekteras och isoleras beho ver modelleras. da r pamb WboostLeak = kb Ψ( ) WHFM = Wth + WboostLeak s κ+1 κ κ p p κ man man oost κ 1 oost κ κ 1 pman pman om Ψ( )= oost κ+1 oost r κ+1 κ κ 1 f.o. κ+1 da r kb a r effektiv area hos la ckan / 7 1 oost [kpa] delta manifold air [g/s] Wth delta boost air [g/s] 6 Kth oost pman = Ψ( ) oost pman [kpa] / 7

6 Evaporative Sstems Monitoring rcksignalen då tanken är tät Engine 15 Intake Manifold 1 5 Diagnosis Valve Purge Valve Diagnosis Valve Fuel ank Carbon Canister Purge Control Valve urbo Pressure difference [Pa] he OBDII sstem shall detect an evaporative sstem malfunction when the complete evaporative contains a leak or leaks that cumulativel are greater than or equal to a leak caused b a.diameter orifice. - California Air Resource Board, OBDII regulations, section 1968., itle / t [s] / 7 rcksignalen med ett 1mm hål Övervakning av industriell gasturbin från Siemens 15 1 Diagnosis Valve 5 Purge Valve Pressure difference [Pa] t [s] 3 / 7 / 7

7 Övervakning av industriell gasturbin från Siemens Överblick av ett diagnossstem [%] Health parameter η C1 efficienc deviation for C1 a Observationer Diagnos Diagnoser Sstem b Nov Dec Jan Feb Mar Apr t Signalbehandling Logik/AI [%] a b Linjär och olinjär reglerteori Linjär algebra Statistik/sannolikhetslära Observatörsteori Logik Artificiell intelligens Sannolikhetslära Ma Jun Jul Aug Sep Oct t 5 / 7 6 / 7 SFS6: Diagnos och övervakning Om det låter intressant så rekommenderas vår kurs: SFS6, Diagnos och övervakning är en unik kurs i Sverige, inget annat lärosäte erbjuder en kurs helt inriktad mot diagnos. 6hp. Börjar i mars. eoretisk och metodikinriktad. Närmast tvärvetenskaplig kurs. Använder kunskap från många olika ämnen, till exempel: reglerteknik/signalbehandling, statistik/sannolikhetslära, och logik/artificiell intelligens. Kurs inom ett mcket forskningsintensivt ämne. Kursinnehåll nära forskningsfronten. Många möjligheter till exjobb. 7 / 7