Functional safety mechanism development of creep monitoring in automatic transmission
Otomatik şanzımanda sürünme/creep fonksiyonel emniyet mekanizmasının monitör edilmesinin geliştirilmesi
- Tez No: 776442
- Danışmanlar: DOÇ. DR. İLKER ÜSTOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Mekatronik Mühendisliği, Mechatronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mekatronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 130
Özet
Fonksiyonel emniyet, araç sistemlerinin yeni geliştirme yaşam döngüsünün en önemli özelliklerinden biridir. ISO 26262, karayolu taşıtlarının elektrikli ve/veya elektronik sistemlerinin fonksiyonel emniyeti için uluslararası bir standart olan“Karayolu taşıtları - Fonksiyonel emniyet”olarak bilinir. Bu tanım, 2011 yılında Uluslararası Standardizasyon Örgütü'nden (ISO) gelmektedir ve 2018'de revize edilmiştir. Günümüzün aktarma organlarında, karayolu taşıtları için çoğunlukla modern otomatik şanzımanlar kullanılmaktadır. Bu şanzımanlar, sürücü faaliyetlerini daha iyi destekleyen elektronik sistemlere sahiptir. Bu tarz elektronik sistemler sayesinde sürücüye kolaylık sağlanır ve sürücü aynı anda pek çok farklı sistemi ya da mekanizmayı kontrol etmek zorunda kalmaz. Yani manuel şanzımanda sürücü sürüş sırasında 3 pedalı (debriyaj, hızlanma ve fren) ve vites kolunu kontrol etmek zorundayken, otomatik şanzımanlar sayesinde sürücü sadece 2 pedalı (hızlanma ve fren) kontrol eder ve sürücünün hareket etmek istediği yöne göre genellikle vites kolu D'de ya da R'de kalır. Otomatik şanzımanlarda debriyaj pedalı şanzıman kontrol ünitesi gibi elektronik kontrol üniteleri tarafından kontrol edilir. Fonksiyonel emniyetin sorumluluklarından biri de bu elektronik kontrol ünitesi aktivitelerinin farklı emniyet mekanizmaları ile düzgün ve güvenli çalışıp çalışmadığını kontrol etmektir. Çünkü hata tespitleri, elektronik kontrol ünitelerinde yapılan yanlış hesaplamalar veya sürücülerin yanlış istekleri çok tehlikeli durumlara neden olabilir ve sürücü, yaya ve araç bu durumlar sebebiyle zarar görebilir. Bu tarz durumları tespit etmek ve durumun güvenliğini sağlamak fonksiyonel emniyet sisteminin göz önüne aldığı durumlar arasında yer almaktadır. Bu tezde, otomatik şanzımana ait sürünme/Creep fonksiyonunu izleyen ve bu fonksiyondan kaynaklı kazalar meydana gelmeden önce gerekli önlemleri alan bir fonksiyonel emniyet mekanizmasının geliştirilmesi amaçlanmıştır. MATLAB/Simulink'te bu fonksiyonları izleyen bu emniyet mekanizmasını modellemeye başlamadan önce, prosedürleri tanımlamak için öncelikle bazı fonksiyonel emniyet konsept geliştirmeleri yapılmalıdır. Bu çalışmada V modeline dayalı olarak fonksiyonel emniyet geliştirmesi yapılmıştır. İlk olarak, incelenen öğenin özelliklerini tanımlamak için öğe tanımı yapılır. Şanzıman kontrol ünitesi ana öğemiz olduğundan, şanzımana ait maksimum tork bilgisi, dişli oranlarına ait bilgiler, tork iletmek için debriyaj kavrama bilgileri, diğer elektronik kontrol üniteleri ile ilgili iletişim bilgileri ve bunlara ek olarak şanzıman kontrol ünitesinin araba ile bağlantısı olduğu için operasyonel sürüş ve araç hareket durumları gibi tüm bilgiler verilmiştir. Daha sonrasında potansiyel tehlikeleri tanımlamak amacıyla tehlike analizi ve risk değerlendirmesi (HARA) yapıldı ve sürünme fonksiyonu sırasında görülebilecek operasyonel durumlar araştırılmıştır. Bu işlemlerden sonra ise ASIL'den türetilen emniyet hedefleri belirlenmiştir. Emniyet hedefi belirlendikten sonra, emniyet hedeflerini yerine getirmek için fonksiyonel emniyet gereksinimleri tanımlanarak emniyet mekanizmalarını içeren fonksiyonel emniyet konsepti yapılmıştır. Sonrasında emniyet hedefleri belirlenmiştir ve oluşabilecek hataları engellemek ve risk durumunu azaltmak için Creep fonksiyonunun fonksiyenel emniyet monitör edilmesi işlemine başlanması planlanmıştır. Emniyet mekanizması monitör edilme geliştirilmesine başlamadan önce, tüm teknik emniyet gereksinimleri, donanım ve yazılım ile belirlenip sistem mimari yapılmıştır. Sürünme/Creep fonksiyonunu izlemek için, içten yanmalı motor, şanzıman, araç, vites değiştirme mekanizması ve CAN/HW durum modelini içeren ilk otomatik şanzıman plant modeli MATLAB/Simulink platformunda geliştirilmiştir. Plant modeli ayrıca izlenecek sürünme/creep fonksiyonundan aldığı geri bildirimi de içerir. Plant modeli geliştirme aşamasında, öğe özelliklerinden şanzıman dişli oranı seçilmiş olup içten yanmalı motor ataleti, geçiş haritaları, içten yanmalı motor ve tork konvertörü karakteristiği gibi diğer tüm araç parametreleri konsept olarak düşünülen bir araçtan alınmıştır. Fonksiyonel emniyet konsepti geliştirme ve plant modelin geliştirilmesinden sonra, tanımlanmış emniyet gereksinimlerine göre sürünme/creep fonksiyonu izleme emniyet mekanizması ve fonksiyonel emniyet konsept çalışmasında belirlenen gereksinimlere göz önüne alınarak modellenmiştir. Sürünme/Creep izlemesine ait emniyet mekanizması, esas olarak sürücü torku talebini, plant modelden gelen içten yanmalı motor torku, içten yanmalı motor hızı ve araç hızı ile ilgili bilgileri göz önüne alarak yüksek sürünme/creep torku hatasını tespit etmekten sorumludur. Sürünme/Creep sırasında şanzıman kontrol ünitesi, gerekirse motor rölanti devrinin/torkunun artırılmasını talep edebilir veya istemeden kilitleme kavramasını kapatabilir. Her iki durum da istenmeyen hızlanmaya neden olabilir. Emniyet mekanizması, içten yanmalı motor torkunu plant modelinden alarak motor ataletini ve motor devrini temel alarak içten yanmalı motor tarafından tüketilen tork miktarı hesaplar. Sürünme/Creep izlemeye ait emniyet mekanizması, plant modelinden içten yanmalı motor tork miktarı ile içten yanmalı motor tarafından tüketilen tork miktarı arasındaki farkı kontrol eder. Bu fark, sürünme/creep sırasında tekerleklere iletilen tork olan sürünme/creep torku olarak kabul edilir. İletilen tork yani sürünme/creep torku, izin verilen hata tolerans süresi süresince tanımlanan emniyet torku eşiğinden daha yüksekse, vites kutusu torkunu sıfıra ayarlayarak aracı durmaya zorlayan emniyet durumu tetiklenir. Bu nedenle, sürünme/creep fonksiyonuna ait emniyet mekanizması bu koşullar dikkate alınarak geliştirilmiştir. Buna ek olarak aynı zamanda CAN/HW durumunu inceleyen bir mekanizmada implemente edilmiştir. Buna göre eğer CAN ya da HW'de bir sorun varsa, bu durumda sürünme/Creep monitör edilmesi yapılmaz ve bunun yerine sistem direk olarak emniyet durumuna geçer. Tüm bu geliştirme süreçlerinden sonra, plant modelin amaçlandığı gibi çalışıp çalışmadığını kontrol etmek için belirli sürüş testi senaryoları simüle edilerek test edilmiştir. Bu testler ana hatlarıyla, sürünme/creep senaryosunu, maksimum gaz pedalına basılma senaryosunu ve hızlanma/yavaşlama test senaryosunu içermektedir. Bu testler ile birlikte araçta bulunan plant modelinin fonksiyonları ve fonksiyonel emniyet testlerine hazır olup olmadığı test edilmiştir. Ana sürüş testlerinin ardından, emniyet hedeflerine göre belirlenmiş olan emniyet durumunun oluşabilecek şiddetli hasarları engelleyip engellemeyeceği, özel olarak tanımlanarak ayarlanan fonksiyonel emniyet testlerindeki hata enjeksiyonları ile test edilmiştir. Bu testler hiçbir hatanın enjekte edilmediği durumu, sadece CAN ya da HW hatasının enjekte edildiği durumu, sürünme/creep sırasında hata enjekte edilen durumu ve sürünme/creep sırasında enjekte edilen hataya yeterli reaksiyon zamanının sağlanmadığı durumu içermektedir.
Özet (Çeviri)
Functional safety one of the most of important feature of new development lifecycle of the vehicle systems. ISO 26262 is known as“Road vehicles – Functional safety”which is an international standard for functional safety of electrical and/or electronic systems of road vehicles. This definition comes from International Organization for Standardization (ISO) in 2011 and revised in 2018. In today's powertrains, mostly modern automatic transmissions are used for road vehicles. Those transmissions have electronic systems that supports driver activities in better way. I.e., in manual transmission, driver has to control 3 pedal (clutch, acceleration and brake) and gear lever while driving but with help of automatic transmission, driver only controls 2 pedal (acceleration and brake) and usually gear lever always stay in D (Drive) or R (Reverse) based on which direction driver wants to move. In automatic transmissions, clutch pedal is controlled by electronic control units such as transmission control unit. One of the functional safety responsibilities is controlling these electronic control unit activities via different safety mechanism whether they work in proper and safety way. Because in case of wrong detections, wrong calculations in electronic control units or wrong requests of drivers might cause very dangerous severities. In this thesis, it is aimed to develop a functional safety mechanism that monitors the creep/Creep function of the automatic transmission and takes the necessary measures before the accidents caused by this function. Before starting of modelling this safety mechanism monitoring these functions in MATLAB/Simulink, firstly some functional safety concept development has to be done to define procedures. In this study, functional safety development is done based on V-model. Firstly, Item definition is done to define specification of item which is investigated. Since transmission control unit was our main item, all specifications that includes gear ratios, transmission maximum torque, clutch engagement information to transmit torque, communications with other electronic control units and also since transmission control unit is related to vehicle also operational driving and vehicle movement states are given. Then hazard analysis and risk assessment (HARA) is done to define potential hazards and operational situation which can be seen during creep function is investigated and safety goals are determined derived from ASIL. After safety goal determination, functional safety concept that includes safety mechanisms is done by defining functional safety requirements to fulfill safety goals. Before start on development of safety mechanism monitoring, all technical safety requirements are set with hardware and software with including architecture of system. To monitor creep function, in a first-place automatic transmission plant model which includes engine, transmission, vehicle, gear shift mechanism and CAN/HW state model is implemented in MATLAB/Simulink platform. This plant model also includes creep function to be monitored. In plant model development phase, transmission gear ratio is selected from item and all other vehicle parameters as like engine inertia, engine and torque converter characteristic values are taken from vehicle that is thought as concept. After functional safety concept development and plant model development, safety mechanism of creep function monitoring is implemented based on defined safety requirements. Safety mechanism of creep monitoring is responsible to detect high creep torque error mainly with respect to driver torque demand, engine torque from plant model, engine speed and vehicle velocity. During creep the transmission control unit can request increased engine idle speed/torque if needed or unintentionally close the lockup clutch. Both cases might cause to unintended acceleration. Safety mechanism receives the engine torque from plant model and calculates the consumed by the engine based on engine inertia and engine speed. Safety mechanism of creep monitoring checks difference between engine torque from plant model and consumed engine torque. This difference is accepted as creep torque which is the torque transmitted to wheels during creeping. If torque transfer is higher than defined safety torque threshold for allowed fault reaction time interval, then safe state which leads to force to bring vehicle to standstill via setting gearbox torque to zero is triggered. Therefore, safety mechanism of creep function is implemented by considering these conditions. After all these development process, testing of specific driving test scenarios are simulated to check that if plant model works as intended then specific functional safety fault injection testcases are simulated to see if safe state which is defined based on safety goals works as intended to prevent severe accidents.
Benzer Tezler
- Yeni bir inşaat malzemesi olarak geotekstiller
Geotextiles as a new construction material
Y.OKAN CİNDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
1997
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiGeoteknik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. REMZİ ÜLKER
- Demiryolu araçları için yeniden tutunma kontrolünün ve kararlılık analizlerinin yapılması
Re-adhesion control and stability analysis for a railway vehicle
ÇAĞLAR UYULAN
Doktora
Türkçe
2017
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METİN GÖKAŞAN
- İleri sürücü destek sistemleri için bir fonksiyonel güvenlik uygulaması
A functional safety methodology for advanced driver assistance systems
EBRU ÇAĞLAYAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Otomotiv Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SALMAN KURTULAN
- Functional safety for heavy-duty transmissions
Ağır hizmet araçlarında otomatik şanzımanları için fonksiyonel emniyet çalışmaları
KONURALP TEVFİK BOZDAĞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER ÜSTOĞLU
- Şerit takip desteği sistemi için fonksiyonel emniyet analizi
Functional safety analysis for lane keeping assistance system
EMİR KUDUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER ÜSTOĞLU