Diagnoseorientierte Modellierung und Analyse örtlich verteilter Systeme am Beispiel des pneumatischen Leitungssystems in Nutzfahrzeugen
Tim Nagel
Diese Publikation zitieren
Tim Nagel, Diagnoseorientierte Modellierung und Analyse örtlich verteilter Systeme am Beispiel des pneumatischen Leitungssystems in Nutzfahrzeugen (2015), Logos Verlag, Berlin, ISBN: 9783832594374
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Beschreibung / Abstract
An moderne Nutzfahrzeuge als technische Systeme mit zunehmender Komplexität werden hohe Anforderungen in Bezug auf Zuverlässigkeit und Sicherheit gestellt. Die Entwicklung effizienter Verfahren zur technischen Diagnose ist daher unerlässlich. Aufgrund der Abmessungen weisen einige Funktionssysteme in Nutzfahrzeugen einen verteilt-parametrischen Charakter auf. Zwar bieten modellbasierte Verfahren hier großes Potential zur Diagnose, jedoch fehlt bisher eine systematische Vorgehensweise, die explizit auf die Anforderungen von örtlich verteilten Systemen ausgerichtet ist. Insbesondere die Integration eines für die Diagnose spezifischen Modells zur Beschreibung schneller transienter Vorgänge im Fehlerfall, welches ohne umfangreiche Vereinfachungen die wesentlichen Wirkzusammenhänge abstrahiert, gestaltet sich mit klassischen Strategien schwierig. Die vorliegende Arbeit präsentiert daher grundlegende Untersuchungen zur Entwicklung einer systematischen Vorgehensweise für die diagnoseorientierte Modellierung.
Wegen der Vielfältigkeit und Komplexität der Systemklasse erfolgt die Herleitung anhand des Beispiels von Leitungsströmungen mit einem örtlich verteilten Druckabfall, wie sie in einem Nutzfahrzeug vorkommen. Basierend auf der fundamentalen Modellierung des Systemverhaltens sowie dessen Analyse im exemplarischen Fehlerfall einer Leckage werden zwei Strategien zur systematischen Erstellung eines für die Diagnose geeigneten Systemmodells erarbeitet, vorgestellt und ihre Eignung als diagnosespezifische Modellierung diskutiert. Beide Verfahren werden auf Basis von Messungen an einem konkreten Beispielsystem, dem ein Viertelfahrzeug abstrahierenden Luftfederprüfstand, verifiziert. Die Arbeit schließt mit einigen Überlegungen zur weiteren Verwendung der Modelle für die Ausarbeitung einer konkreten Diagnosestrategie. Ein Anhang liefert zu verschiedenen Aspekten vertiefende Informationen, die eine Einarbeitung in die Thematik erleichtern.
Wegen der Vielfältigkeit und Komplexität der Systemklasse erfolgt die Herleitung anhand des Beispiels von Leitungsströmungen mit einem örtlich verteilten Druckabfall, wie sie in einem Nutzfahrzeug vorkommen. Basierend auf der fundamentalen Modellierung des Systemverhaltens sowie dessen Analyse im exemplarischen Fehlerfall einer Leckage werden zwei Strategien zur systematischen Erstellung eines für die Diagnose geeigneten Systemmodells erarbeitet, vorgestellt und ihre Eignung als diagnosespezifische Modellierung diskutiert. Beide Verfahren werden auf Basis von Messungen an einem konkreten Beispielsystem, dem ein Viertelfahrzeug abstrahierenden Luftfederprüfstand, verifiziert. Die Arbeit schließt mit einigen Überlegungen zur weiteren Verwendung der Modelle für die Ausarbeitung einer konkreten Diagnosestrategie. Ein Anhang liefert zu verschiedenen Aspekten vertiefende Informationen, die eine Einarbeitung in die Thematik erleichtern.
Inhaltsverzeichnis
- BEGINN
- 1 Einleitung
- 2 Stand von Wissenschaft und Technik
- 2.1 Signal- und modellbasierte Diagnosekonzepte
- 2.2 Leckagediagnose in fluidtechnischen Systemen
- 2.3 Diagnose von Transportleitungen
- 2.4 Modellierung
- 2.5 Zusammenfassung und Fazit
- 3 Ziel und methodisches Vorgehen
- 3.1 Anforderungen an das diagnoseorientierte Modell
- 3.2 Gewählte Vorgehensweise
- 3.3 Untersuchte Systemkonfiguration
- 4 Fundamentale Modellierung des pneumatischen Systems
- 4.1 Fluidsysteme
- 4.2 Strömungs-Differentialgleichungen
- 4.3 Modellierung pneumatischer Systemkomponenten
- 5 Analyse des Systemverhaltens
- 5.1 Wärmekoeffizienten
- 5.2 Pneumatische Systemkomponenten
- 5.3 Pneumatische Leitung mit stationärer Strömung
- 5.4 Pneumatische Leitung mit transienter Strömung
- 5.5 Gepulster Füllvorgang
- 5.6 Periodisch und sprunghaft angeregte Strömung
- 5.7 Ergebnis der Systemanalyse
- 6 Diagnoseorientierte Modellierung 1: ZLP-Leitungsmodule
- 6.1 Übertragungsverhalten eines Leitungsmoduls
- 6.2 Kombination mit anderen Komponenten
- 6.3 Integration von Leckagen im Leitungsmodul
- 6.4 Umwandlung in andere Darstellungsformen
- 6.5 Methodik der †ZLP-Leitungsmodule“ auf einen Blick
- 6.6 Bewertung in Bezug auf die Eignung zur Diagnose
- 7 Diagnoseorientierte Modellierung 2: Nutzung der Elektrischen Analogie
- 7.1 Physikalische Größen und elementare Bauelemente
- 7.2 Leitungen
- 7.3 Nachbildung spezieller Komponenten und Effekte
- 7.4 Beispiele
- 7.5 Bewertung in Bezug auf die Eignung zur Diagnose
- 8 Verifikation der diagnoseorientierten Modellierungsansätze
- 8.1 ZLP-Leitungsmodule bei stationärer Strömung
- 8.2 ZLP-Leitungsmodule bei transienten Vorgängen
- 8.3 Elektrische Analogie
- 8.4 Gesamtfazit der Verifikation
- 9 Anwendung zur Leckagediagnose
- 9.1 Direkte Nutzung von Vergleichsmodellen
- 9.2 Beobachterbasiertes Verfahren
- 9.3 Schätzerbasiertes Verfahren
- 9.4 Fazit der Anwendungsbetrachtung
- 10 Zusammenfassung
- A Ergänzungen zur Systemmodellierung
- B Detailinformationen zum pneumatischen System
- C Ergänzungen zur Systemanalyse
- D Ergänzungen zur diagnoseorientierten Modellierung
- E Ergänzungen zur Verifikation
- F Ergänzungen zu Diagnosekonzepten
- G Studentische Arbeiten und Veröffentlichungen