Transcript kočenje, pogonski sistemi, tolerancija na kvarove

Mehatronika
Mehatronika
Automobilski
mehatronički procesi –
kočenje, pogonski
sistemi,
tolerancija na kvarove
1
Sadržaj predavanja
1)
2)
3)
4)
Kočioni sistem
Pogonski sistem vozila
Dijagnostika kvarova
Sistem tolerantan na kvarove
2
Kočioni sistem



Standardni kočioni sistem - hidraulički sistem sa dve
nezavisne hidrauličke konture.
Zbog pojave novih funkcija kao što su ABS i ESP dizajn
sistema kočenja postaje složeniji.
Da bi se povećala (unapredila) funkcionalnost, uštedeo
prostor i smanjili troškovi proizvodnje (montaže),
povećala bezbednost, razvijena su dva sistema kočenja
“preko žice” (pomoću električnih kablova):


Elektrohidrauličke kočnice (EHB - Electro Hidraulic Brake),
Elektromehaničke kočnice (EMB - Electro Mechanic
Brake).
3
Kočioni sistem
Konvencionalni hidraulički kočioni sistem
 Mehanička veza između papučice kočnice i glavnog
hidrauličkog cilindra je paralelna sa pneumatskim
aktuatorom (booster).
 Ako pneumatski aktuator otkaže, mehanička veza
prenosi silu sa papučice, koju pritiska vozač.
 Hidraulički cilindar deluje na dve nezavisne, paralelne
hidrauličke konture.
 Ovo znači da je sistem kočenja tolarantan na kvarove
s’obzirom na kvarove jednog od dve hidrauličke konture.
4
Kočioni sistem
Konvencionalni hidraulički kočioni sistem
 Kvarovi u elektronici sistema upravljanja kočenjem, kao
što je ABS, dovodi hidrauličke aktuatore (npr. magnetne
ventile) u siguran (bezopasan) status tako da hidrauličke
kočnice nabijaju pritisak direktno iz glavnog hidrauličkog
cilindra.
 ABS funkcije su realizovane sa preklapajućim ventilima,
koji imaju tri pozicije za smanjenje, držanje ili povećanje
pritiska tečnosti i stoga omogućuju samo diskretnu
aktuaciju momenta kočenja, sa jakim oscilacijama.
5
Kočioni sistem
Elektrohidrauličke kočnice
 Prve elektrohidrauličke kočnice - 2001. godine ugrađene
u Mercedes SL i E klase.
6
Kočioni sistem
Elektrohidrauličke kočnice
 Mehanička papučica ima senzore za poziciju i hidraulički
pritisak.
 Njihovi signali se prenose do odvojenih hidrauličkih petlji
pritiska sa proporcionalnim magnetnim ventilima,
manipulišući tokom hidrauličnog fluida iz 160 barske
pumpe sistema prema kočnicama na točkovima.
točak
7
Kočioni sistem
Elektrohidrauličke kočnice



Ako elektronika zakaže, odvajanje papučice od kočnica točkova se blokira.
Sledi da hidraulični back-up omogućuje veću bezbednost od
konvencionalnih hidrauličkih kočnica.
Rezultati kočenja dobijeni sa navedenim regulatorom prikazani su na slici:
8
Kočioni sistem
Sinteza regulatora elektrohidrauličnog kočenja
 Rezultati sa Golf 4 (Halfmann and Holzmann, 2003).
 Vozilo ima 6 stepena slobode
 Slaganje simulacionog modela sa merenim podacima
prikazano je na slikama
9
Kočioni sistem
Sinteza regulatora elektrohidrauličnog kočenja



Na slikama su prikazani dijagrami rezultata sa različitim vrednostima uz
usporenje vozila a=-5 m/s2.
Za μ=1 (homogena raspodela koeficijenta trenja) sistem stabilan i ima dobro
ponašanje.
Za male i velike vrednosti μ sistem postaje nestabilan (različite vrednosti
sila gume na točkovima).
10
Kočioni sistem
Sinteza regulatora elektrohidrauličnog kočenja
 Eksperimentalni rezultati
11
Kočioni sistem
Sinteza regulatora elektrohidrauličnog kočenja
 Svi prethodni rezultati su dobijeni sa kočenjem gde ABS
nije bio aktivan.
 Da bi se poboljšala kočiona svojstva vozila dodaje se
ABS sistem, elektronički stabilizirajući sistem (ESP) ili
aktivni pogon prednje osovine (AFS).
 Za stabilizaciju vozila na neravnom kolovozu zahteva se
feedback regulator sa AFS sistemom.
12
Kočioni sistem
Elektromehaničke kočnice
 Prototip elektromehaničkih kočnica razvila je kompanija
Continental Teves.
13
Kočioni sistem
Elektromehaničke kočnice
 Ne sadrži hidrauličke elemente.
 Papučica poseduje senzore i njihovi signali se šalju do
centralnog računara za upravljanje kočenjem i regulatora
za kočenje pojedinačnih točkova, gde oba deluju preko
elemenata energetske elektronike na elektromotore, npr.
disk pločice.
točak
14
Kočioni sistem
Elektromehaničke kočnice
 Budući da nema mehaničkih ili hidrauličkih veza, sledi da
nije moguć hidraulički sigurnosni sistem.
 Kompletna elektrčna putanja mora biti tolerantna na
kvarove
15
Pogonski sistem vozila
Pogonski sistem vozila - steering system
 Od 1945. godine hidraulički pogonsko kretanje.
 Povećanje brzine kretanja vozila sa elektronskim
upravljanim by-pass ventilima.
 EPS (električki pogonski sistem) od 1996. god.
Hidraulički pogonski sistem (HPS)
Elektornski pogonski sistem kretanja (EPS)
16
Pogonski sistem vozila



Kombinacija HPS + EPS pogonskih sistema za teretna
(velika) vozila.
AFS (Active Front Steering) uveden 2003. godine.
AFS osigurava dodatne zakrete točkova (uglove)
generisane pomoću DC motora i zupčanika.
17
Pogonski sistem vozila
Adaptivno upravljanje aktuatorom
 Sistem upravljanja zasnovan na parametarskoj adaptaciji
18
Pogonski sistem vozila
Adaptivno upravljanje aktuatorom
 Sistem parametarske adaptacije koristi identifikacione
metode za parametarske modele procesa.
 Najvažniji deo procesa identifikacije je estimacija
parametara.
 Estimacija parametara se pokazala kao dobra osnova za
adaptivno upravljanje mehaničkim procesima, koji
uključuju adaptaciju nelinearnih karakteristika, trenja i
nepoznatih parametara, kao što su mase, krutost,
prigušenje, itd
 Navedeni adaptivni sistem upravljanja može se primeniti
na elektromehaničke, hidrauličke i pneumatske
aktuatore.
19
Pogonski sistem vozila
Adaptivno upravljanje aktuatorom
 Adaptivno upravljanje zasnovano na referentnom
modelu (AFS upravljanje i Active Anti-roll bars).
20
Pogonski sistem vozila


AFS generiše uglove napredovanja (steering angles)
Sc(t) pomoću zupčanika i DC motora kao dodatak na
vozačev ugao napredovanja S(t) .
Generisanje dodatnih pogonskih uglova (zakreta)
pomoću zupčanika i DC motora bez četkica (BMW).
21
Dijagnostika kvara


Ispravno funkcionisanje mehatroničkih sistema ne zavisi
samo o procesu, već i o elektronskim i električkim
senzorima, aktuatorima, kablovima, konektorima i
elektronskim upravljačkim jedinicama (ECU).
U tom slučaju su od izuzetne važnosti su:
 automatizova nadzor,
 detekcija i dijagnostika kvara.
s’obzirom na zahteve za visokom pouzdanošću i
sigurnošću.
22
Dijagnostika kvara

Proces zahvaćen kvarom.
23
Dijagnostika kvara




Kvarovi indiciraju nedozvoljena odstupanja od normalnih
stanja i mogu biti generisani iznutra ili spolja.
Spoljni kvarovi su, npr. uzrokovani izvorom napajanja,
kontaminacijom ili kolizijom.
Unutrašnji kvarovi su, npr. izazvani habanjem, gubitkom
podmazivanja, kvarovi senzora ili aktuatora.
Klasične metode za detekciju kvarova su ograničena
provera vrednosti (limit value checking) ili provera
prihvatljivosti nekoliko mernih varijabli.
24
Sistem tolerantan na kvarove



Sistem tolerantan na kvarove – kompenzira
kvarove da se ne bi reflekovali na ispravno
funkcionisanje, odnosno rad sistema.
Metode tolerancije na kvarove koriste redudansu
- uz postojeće module dodaje jedan ili više
modula koji su povezani, obično u paraleli.
Ovi redudantni moduli su često identični
25
Sistem tolerantan na kvarove


Takve redudantne šeme mogu se dizajnirati za
hardver, softver, obradu informacija i mehaničke
i električne komponente kao što su senzori,
aktuatori, mikroračunari, sabirnice, izvori
napajanja, itd.
Postoje dva glavna pristupa za toleranciju na
kvarove:
 statička redudansa,
 dinamička redudansa.
26
Sistem tolerantan na kvarove

Šeme tolerancije na kvarove za električne uređaje



(a) Statička redudansa:
višestruko redudantni moduli sa
glavnim biračem i maskom za
kvarove, sa m-izlaza n-sistema
(svi moduli su aktivni).
(b) Dinamička redudansa:
stand-by modul koji je
kontinuirano aktivan, “hot
standby”;
(c) Dinamička redudansa:
stand-by modul koji nije aktivan,
“cold standby”
27
Sistem tolerantan na kvarove




Postojei nekoliko koraka:
FO (fail-operational): fail jedan kvar se toleriše, tj.
komponenta ostaje operacionalna nakon jednog kvara. Ovo
se zahteva ako ne postoji trenutno sigurno stanje nakon
kvara komponente.
FS (fail-safe): nakon jednog, ili nekoliko kvarova,
komponente jednako poseduju sigurno stanje (pasivna
sigurnost, bez spoljne energije) ili dolaze u sigurno stanje
pomoću specijalnih akcija (aktivna sigurnost, sa spoljnom
energijom).
FSIL (fail-silent): nakon jednog, ili nekoliko kvarova,
komponenta je, gledano spolja, mirna, tj. ostaje pasivna i
nema uticaja na druge komponente u smislu remećenja
njihovog rada.
28
Sistem tolerantan na kvarove


Za toleranciju u mehatroničkim sistemima senzori,
mikroračunari i aktuatori su od posebnog interesa
za kvarove.
Posebno su atraktivni senzori sa analitičkom
redudansom zasnovani, pri čemu su samo delovi
sa niskom pouzdanošću redudantni, kao u
hidrauličkim avionskim ventilima sa kalemom
(spool valves) ili potenciometrom za dovod goriva
električkim putem.
29