Metody pro diagnostiku vybraných prvk elektrické a

Transkript

1 Metody pro dagnostku vybraných prvk elektrcké a elektroncké výbavy vozdla PAVEL BREJCHA 007 ESKÉ VYSOKÉ UENÍ TECHNICKÉ V PRAZE FAKULTA ELEKTROTECHNICKÁ KATEDRA MENÍ

2 Anotace Cílem této práce, jež je dílí ástí projektu, který se zabývá metodam centralzované dagnostky elektrotechnckých a elektronckých prvk automoblu, je navrhnout a odzkoušet metody vhodné pro dagnostku konkrétní výbavy osobního automoblu. Metody jsou navrženy na základ namených prbh naptí a proud získaných z napájecí sít automoblu. Z množství spoteb používaných v automoblu jsem se zaml na pední potkávací svtla. Metody navržené pro jejch analýzu je možné použít na jné svtelné zdroje používané v nejrznjších oblastech ldské nnost. Annotaton The purpose of ths work, whch s a partal secton of the project dealng wth methods of centralze dagnostc of electrotechncal and electronc car ellements, s to draw up and test convenent methods for dagnostc of partcular equpment of a personal car. The methods are drawn up from regstered hstory of voltage and electrc current of the car net. From all the electrcal applances used n cars amed the front meetng lghts. Methods drawn up for ther analyss can be also used for another lght sources n dfferent felds of human actvty.

3 Prohlášení Prohlašuj, že jsem svou dplomovou prác vypracoval samostatn a použl jsem pouze podklady (lteraturu, projekty, SW atd.) uvedené v ploženém seznamu. Nemám závažný dvod prot užtí tohoto školního díla ve smyslu 60 Zákona./000 Sb., o právu autorském, o právech souvsejících s právem autorským a o zmn nkterých zákon (autorský zákon). V Praze dne. Podps

4 eské vysoké uení techncké v Praze Fakulta elektrotechncká Katedra mení K 338 Školní rok 005/006 ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE student Pavel Brejcha obor Mení a pístrojová technka Název tématu: Metody pro dagnostku vybraných prvk elektrcké a elektroncké výbavy vozdla Zásady pro vypracování: Ovte vybrané metody centralzované dagnostky prvk elektrcké a elektroncké výzbroje vozdla využívající jednak nformace z napájecí soustavy vozdla, jednak z vozdlových nformaních systém. Zamte se zejména na dje vyvolané zapínáním a vypínáním jednotlvých spoteb, výsledky dosažené jednotlvým metodam prezentujte na reálných datech namených na vozdle.

5 Seznam odborné lteratury: [] Kocourek P., Novák J.: Penos nformace. Skrpta VUT, Praha 003 [] Haasz V.,Roztol J.,Novák J.: íslcové mící systémy. Vydavatelství VUT, Praha 000 [3] Standard ISO Vedoucí dplomové práce: Ing. Petr Ježdík Datum zadání dplomové práce: 8.lstopad 005 Termín odevzdání dplomové práce: 9. leden 007 L.S. Prof. Ing. Vladmír Haasz, CSc. vedoucí katedry Doc. RNDr. Tomáš Bílek, CSc. prodkan V Praze dne

6 Podkování Na tomto míst bych rád podkoval vedoucímu dplomové práce Ing. Petru Ježdíkov za odborné vedení práce, cenné ppomínky, podntné rady, vytypování vhodné lteratury a recenz pracovní verze dplomové práce. Další podkování patí Ing.Jaroslavu Šulcov za jazykovou korekturu a Doc.Ing.Petru Kocourkov, CSc za poskytnutí laboratoe pro mení na automoblu. V neposlední ad patí podkování mé matce a manželce za pochopení, podporu a trplvost p zpracovávání této práce. V Zárybech Pavel Brejcha

7 Obsah Úvod... 8 Poznámky k rozporu ceny a užtné hodnoty... 9 Teoretcký rozbor.... Úvod.... Napájecí sí v motorovém vozdle..... Úvod do napájecích sítí..... Napájecí sí vozu Faba....3 Získání dat Fyzcká vrstva Pops koncepce ídící poíta ídící modul Mící modul....5 Prokládání dat Úvod Parametrzace Metoda nejmenších tverc Lneární metoda nejmenších tverc Váhová metoda nejmenších tverc Robustní metoda nejmenších tverc Nelneárníní metoda nejmenších tverc Namená data Úvod Mící pracovšt Odmr dat Namená data Aplkace dagnostckých metod na data Úvod Pedzpracování dat Slouení píznak Parametrzace namených dat Dosažené výsledky Závr Lteratura Použté zkratky a symboly Seznam obrázk Seznam tabulek Pílohy Mící modul Mkroprocesor MC9SDG8B Módy nnost mkroprocesoru HC Konstrukce mícího modulu... 69

8 Úvod Tato dplomová práce je souástí projektu, který nese název "Metody centralzované dagnostky elektrotechnckých a elektronckých prvk automoblu. Spolu se mnou na projektu vedeném ng. Petrem Ježdíkem (je zárove vedoucím této dplomové práce) pracuje tílenný tým, který s úkoly rozdll následovn: Jakub Král se zabýval ídícím modulem, Pavel Wojnar ppravl návrh vhodné metody analýzy zaízení v zadní ást vozu a Radek Doležal navrhl aplkaní vrstvu systému pro mení napájecí sít automoblu. V dnešní dob jsou jž automobly bžnou souástí každého dne. Jsou vyrábny v nejrznjších formách a varantách hlavn s cílem uspokojt šrokou poptávku po dopravních pepravních službách. Všechny automobly nehled na znaku provedení mají spolený jeden základní rys: stále dslednj reflektují požadavky na vyšší kvaltu a spolehlvost všech komponent vozdla zajšující nejen pmený komfort, ale hlavn bezpenost vozdla jak pro samotného de, tak pro další úastníky slnního provozu. Toho se dosahuje programy zajšujícím kvaltu jednotlvých souástí vozu (standardy ISO) a v neposlední ad znalostm funknost a míry fyzckého opotebení jednotlvých systém automoblu po urté dob jeho provozování. Pestože ekonomcký tlak ústící do snžování jednotkových náklad má nepopratelný vlv na výbr alternatv konstrukních ešení vozu, použtých materál, technologckých postup a podobn, a to zvlášt po nástupu producent z asjských zemí na svtový automoblový trh v závru mnulého století s cenov velm levným vozy, ty musí splovat písné standardy bezpenost a užtné hodnoty. V slné globální konkurenc je tak dosahováno stavu, že zvyšování kvalty voz vetn kontroly opotebení komponent jž adu let nemá zásadní vlv na konenou cenu vozu. Tento fakt nedostat se s cenou nového vozu mmo rámec konkurenní schopnost je poteba zohlednt jak p návrhu nového vozu, tak teba p aplkac ady dagnostckých zaízení zabudovatelných do starších voz, které jsou jž v provozu. Nelehký požadavek na nízké výrobní náklady má dlouhodobý a zásadní vlv na prác technk navrhujících všechny pístroje a jejch komponenty používané v automoblové technce. T ml vždy za úkol souasn dostát dvma základním požadavkm: nejen docílt dostatený stupe funknost a spolehlvost, tedy pjít s prokazateln vysokou užtnou hodnotu nového produktu, ale souasn tento nový produkt navrhnout za pokud možno co nejnžší cenu. To bylo a je jednou z podmínek pro úspšné zavedení na trh, a to pokud možno v masovém mítku. V konkrétním pípad ešeném v této prác bylo snadné spoítat, že p ušetení pouhých 5,50 K na každém nov navrženém zaízení a p osazení roní produkce cca pl mlonu voz automoblka ušetí celkov ron t tvrt mlardy. Je zejmé, že aplkovaná teore mže mít znaný efekt. 8

9 Poznámky k rozporu ceny a užtné hodnoty Pestože protkladné požadavky na užtnou hodnotu (co možná nejvyšší) a cenu (co možná nejnžší) tu byly od samého poátku vývoje automoblového prmyslu (a nejsou jen jeho specaltou, platí obecn), pece jen v mnulost ve srovnání s dneškem byla stuace pedevším zde podstatn jná. Tehdejší vozy nebyly vybaveny praktcky žádnou dagnostkou. Majtel vozu byl ve vtšn pípad odkázán pouze sám na sebe, na své techncké zkušenost, sluch a zrak a mít pomrn vysoké znalost podstaty fungování jednotlvých komponent svého vozu. Musel dokázat vas rozpoznat vznklou závadu, aby j mohl odstrant v jednoduchém pípad sám (výmna žárovky v reflektoru, vybté autobatere apod.), a nebo v komplkovanjším pípad aby mohl pedat vz specalzovanému pracovšt s dostateným dagnostckým vybavením pro pesné stanovení závady a její odborné odstranní. Postupem asu se v automoblech zaala objevovat jednoduchá dagnostcká zaízení. Zpoátku to byla pedevším zaízení kontrolující nejprve stav kapaln, chod motoru, rozsvícení svtel, teplotu brzdné kapalny apod. S rozvojem technky a rstem složtostí jednotlvých systém, pedevším systém ízení vstkování palvové sms, únnost brzdného systému a dalších rychle vzrstala poteba analýzy tchto a dalších prvk. To otevelo dvee rozvoj vdních obor zabývajících se dagnostkou všech systém automoblu. Soubžn s rozvojem výpoetní technky a mnaturzace se zaala nová generace elektronckých dagnostckých zaízení nasazovat ve vtší míe pímo do automobl. Tato zaízení mají za úkol v co nejvtší míe on lne sledovat stav jednotlvých zaízení automoblu, vas upozornt užvatele na vznklou závadu a být nápomocny servsním pracovníkm pro pesné stanovení pín vznklého problému. Moderní automobly, asto plné elektronckých del a uzavených ovládacích systém, jsou tak v tomto smyslu vozy jné generace se spoustou dsledk. Tak teba servsní služby v té podob, jako tu byly bžné teba ješt v letech, jsou jž dnes vtšnou nepoužtelné. Dagnostcké systémy dostupné v dnešní dob jsou navrhovány decentralzovan tj. pro kontrolu jednotlvých subsystém. To znamená, že každé analyzované zaízení automoblu je vybaveno vlastním senzory, tj. zaízením, které vyhodnocuje namené údaje a kabelovým svazky vedoucím k centrální jednotce zajšuje jejch montorng a vyhodnocení. Systém pracující na takovémto prncpu má zcela jst mnoho nesporných výhod, jako je napíklad relatvní jednoduchost technckého ešení a pímost analýzy sgnál namených na konkrétním zaízení. Mají však jednu obrovskou nevýhodu a tou je cena fyzcké vrstvy. Cenu zvyšuje poet potebných senzor, dagnostckých zaízení a kabelových svazk vedoucích zpravdla k palubní desce, kde se získaná nformace pedává užvatel. Ješt v 80. letech to byla bžná souást zkoušek v autoškolách. 9

10 Možnost ušetení náklad a menší materálová náronost jsou hlavní výhody centralzovaného systému dagnostky oprot decentralzovanému. Nesporné výhody centralzace daly vznknout projektu pod názvem "Metody centralzované dagnostky elektrotechnckých a elektronckých prvk automoblu, jehož souástí je tato dplomová práce. Dagnostka založená na centralzovaném konceptu pedpokládá použtí mnmálního potu mících míst používaných v osobních automoblech a s nm spojeným vyhodnocovacím jednotkam a senzory. Ideální by bylo použít pouze místo jedno, urené pro pokrytí co nejvtšího potu kontrolovaných souástí automoblu, v deálním pípad všech, která jsou ve vozdle nstalována. Tohoto deálu však zejm nelze dosáhnou, a to nejen s ohledem na znané množství, ale pedevším pro vcnou rznorodost systém. Dost dobe nelze dagnostkovat stav vozdla pomocí jedného, jakéhos unverzálního zaízení a odbru vzork z jedného místa, a to jž jen proto, že v osobních automoblech jsou nstalovány odlšné systémy mechancké a elektrcké. Ncmén dá se pedpokládat, že projekt dokáže pokrýt dagnostku vtšny elektrcké a elektroncké výbavy osobního automoblu, a tímto smrem byl proto zacílen. Oekávaným výsledkem projektu by ml být systém obsahující jen nezbytné, relatvn malé množství senzor a vyhodnocovacích modul, ovšem s šrokým spektrem možných nastavení a možností tak, aby bylo možné analyzovat co nejvtší množství vznklých chyb a kolzí, popípad v krátkém asovém horzontu predkovat chybové stavy na základ opotebení dagnostkovaných zaízení. Je pravdpodobné, že pomocí centralzované metody bude možné pokrýt šrší spektrum chyb, protože zpracovává prbhy charakterzující celý systém, a ne pouze jednotlvá dílí zaízení. Výsledky dagnostckých systém a navržených metod jsou vcelku obecné, a bylo by je možné (po nezbytných úpravách) využít v jných oblastech, než jsou osobní automobly. Metody a moduly navržené v tomto projektu bude možné použít pedevším v oblastech s podobnou charakterstkou. Autor této dplomové práce s v tomto projektu vybral úkol nalezení a navržení dagnostckých metod aplkovatelných pro svtelnou soustavu, konkrétn se zamením na pední potkávací svtla. Stžejním na tomto úkolu bylo zjstt nejen to, zda vbec svítí ob svtla, jedno nebo žádné, ale jestl funguje svtlo levé nebo pravé. Metody nalezené v této dplomové prác jsou však obecného rázu a je možné je po úpravách aplkovat na ostatní svtelné zdroje automoblu, jako jsou napíklad dálková, obrysová, brzdová nebo smrová svtla. Pod podobnou charakterstkou se zde rozumí používání a analyzování stejných nebo alespo podobných typ elektrckých a elektronckých spoteb. Krom výbavy je neopomenutelnou podmínkou možnost využtí stejných nformaních zdroj. K oblastem, ve kterých by bylo možné použít dagnostcký systém osobních voz, tak patí napíklad nákladní automobly, motocykly, pípadn malé osobní lod. 0

11 Teoretcký rozbor. Úvod Tato kaptola se Vás pokusí seznámt s osobním automoblem Škoda Faba, a to pedevším z pohledu projektu centralzované dagnostky. Z tohoto pohledu jsou ve vozdle nejdležtjší dva zdroje nformací. V první ad je to struktura napájecí sít, protože se stala dležtým nformaním zdrojem. Dležtost je dána skuteností, že naprostá vtšna zaízení založených na elektrckém prncpu je napájena ze stejného zdroje, kterým je práv ona zmínná napájecí sí. Popsuje reakce dagnostkovaných zaízení v závslost na jejch aktuálních stavech. Tyto stavy popsují základní elektrcké pomry v sít. Jde prmárn o protékající proudy a výkyvy naptí spojené s kolísáním odbru p zapínání, vypínání a zmnách nnost jednotlvých spoteb. Z tohoto dvodu jsou zde popsány nejdležtjší vlastnost a specfka provedení kabeláže a nkteré spolené vlastnost elektrcké a elektroncké výbavy tohoto automoblu. Druhým stejn užteným zdrojem nformací jsou komunkaní sbrnce vozu CAN. Dvodem pro použtí tohoto zdroje nformací je ta skutenost, že v nm bží naprostá vtšna nformací týkající se všech zaízení komunkujících pomocí tchto sbrnc s nkterou z ídících jednotek automoblu l dagnostkovaných zaízení. Z tchto sbrnc lze pro úely dagnostky použít pedevším nformace o zapínání, vypínání pípadn zmnách stavu jednotlvých zaízení. V dalších ástech této kaptoly je popsána teore týkající se dat. Jde hlavn o místa a zpsob jejch sbru. Také je zde strun popsáno techncké ešení návrhu dagnostckého systému použtelného pímo v automoblu. Poslední podkaptola teoretckého rozboru je vnována možnostem a metodám úpravy namených dat. Jde pedevším o pops varant metody nejmenších tverc použtelných na prbhy charakterzované rovncem, které nemají polynomální charakter.. Napájecí sí v motorovém vozdle.. Úvod do napájecích sítí Každé motorové vozdlo je z hledska napájecí sít velm složtá a rozsáhlá soustava. Sestává z obrovského množství vod rzných prmr, které propojují systémy a jejch komponenty založené na nejrznjších fyzkálních zákontostech a prncpech.

12 Navzdory ohromným rozdílm ve struktue jednotlvých subsystém je jejch napájecí naptí v naprosté vtšn pípad pzpsobeno napájecí sítí automoblu, tedy V. Naprot tomu protékající proudy potebné k jejch bezporuchové nnost se lší v hodnot nkolka ád. Jde o proudy zaínající na jednotkách až desítkách mlampér napíklad u kldového proudu bezpenostních systém až po stovky ampér tekoucích napájecí sítí do startéru. Dalším nezanedbatelným hledskem p rozboru napájecí sít osobního automoblu je elektromagnetcká kompatblta. Elektromagnetckou kompatbltu zhoršují, dle výše uvedených skuteností pedevším nkteré spotebe odebírající z napájecí sít relatvn velké proudy. Tento velký proud svým prchodem vyvolává úbytky napájecího naptí a to bu dlouhodob nebo krátkodobým mpulsy. Krom pokles naptí vytváejí protékající proudy ve svém okolí elektromagnetcké pole. Další podstatný píspvek ke zhoršení elektromagnetcké kompatblty vytváí v moderních vozech velké množství ídících jednotek obhospodaujících subsystémy automoblu. Tyto jednotky jsou ve velké míe založeny na íslcovém prncpu a obsahují mkroprocesory, které zpsobují mpulsní rušení. Toto rušení je do okolí vyzaováno nejen kabelovým vedením ale vzduchem. Z dvodu rušení musí obsahovat všechna navrhovaná zaízení odrušovací fltry. Tyto fltry musí odstrant nejen pípadné nežádoucí vyzaování od ostatních jednotek, které by mohlo zpsobt chybnou funkc popípad výpadek navržené jednotky, ale rušení pocházející z nového zaízení smrem do okolí. Rušení pnáší velké nesnáze p návrhu metod centralzované dagnostky, kterou se zabývá projekt jehož souástí je tato práce. Analýza jednotlvých systém se totž opírá o mení naptí a odbr proudu a s tím spojeným píkonem. Jestlže by napájecí naptí mlo stálé parametry, nejen že by bylo zbytené ho mt ale odpadl by problém s jeho zakomponováním do dagnostcké metody, ímž by se její zpracování znan zjednodušlo. Více nformací o tomto problému je možné nalézt v kaptole 4 Aplkace dagnostckých metod na data... Napájecí sí vozu Faba Oprot starším typm automobl má elektrcká kabelová nstalace vozu Faba znan odlšnou koncepc a s tím spojené konstrukní ešení. Novátorské ešení je výrobcem oznaováno jako Palubní sí decentrální. Novým v kabelové nstalac tohoto automoblu je to, že jednotlvé elektrcké subsystémy jsou seskupeny do montážních a funkních skupn. Každá skupna je ovládána uceleným specalzovaným okruhem, jež je ovládán samostatnou ídící jednotkou, která je umístna v blízkost zmínné montážní nebo funkní skupny. ídící skupny jsou, ale samozejm ve spojení s centrální ídící jednotkou. Oprot starším vozm kde byly relé pojstky uspoádány v jednom bloku je v decentrální sít tento blok rozdlen a jeho jednotlvé ást jsou umístny v propojovacích místech kabeláže. Kabeláž decentrální sít vozu Faba je znázornna na následujícím obrázku Obr.. Rozmístní hlavních kabelových svazk ve voze Faba.

13 ) stední ást pístrojové desky ) oddlovací stna 3) propojovací místa ve sloupcích karosere 4) propojovací místo ve steše 5) akumulátor a pojstkový box na akumulátoru 6) kompaktní svorkovnce 7) pojstkový box 8) zásuvka Obr.. Rozmístní hlavních kabelových svazk ve voze Faba Kabelové svazky jsou perušeny konektory v centrech, kde se pedpokládá možnost oddlení jednotlvých ástí karosere. V tchto ástech se nacházejí propojovací místa a svorkovnce. Jde pedevším o dvee a motorový prostor. Jejch umístní a vzhled je patrný z obrázku Obr.. Nejdležtjší místa ve voze Faba. Na píné stn, která oddluje kabnu od prostoru motoru je umístna kompaktní svorkovnce. Úelem svorkovnce je propojt ást palubní sít, která je umístna v motorovém prostoru a pední ást vozu s ástí umístnou v kabn a zadních partích vozu. Je dosažtelná jak od motoru, tak z kabny. Kompaktní svorkovnce je rozdlena do barevn rozlšených modul. Tvar modul znemožuje zapojt protkus do nesprávné svorkovnce. Díky tmto vlastnostem není propojení pomocí kompaktní svorkovnce závslé an na stupn komfortu automoblu an na varant vozu. Nezávslostí na zmínných faktorech je dosaženo optmalzace varant, úspory fnanní a materálové a usnadnní servsních výkon. Propojovací místa ve sloupcích karosere se používají k propojení systém umístných ve dveích automoblu se zbývající palubní sítí. V pedních sloupcích karosere jde o centrální zamykání, varovná svtla ve dveích, dvení kontakty osvtlení 3

14 kabny, ovládání boních zrcátek, napájení reproduktor a CAN. V pípad stedních sloupk se jedná o napájení reproduktor, dvení kontakty, centrální zamykání a CAN. ) kompaktní svorkovnce ) propojovací místa v pedních sloupcích karosere 3) propojovací místa ve stedních sloupcích karosere 4) pojstkový box na levém boku pístrojové desky 5) pojstkový box na akumulátoru 6) propojení svorky +30 za pístrojovou deskou 7) centrální ídící jednotka vozu Obr.. Nejdležtjší místa ve voze Faba Stžejním místem elektrcké sít vozu faba je centrální ídící jednotka. Decentralzované ídící systémy komunkují s centrální ídící jednotkou pomocí sbrnce CAN. Tato sbrnce je v automoblu rozdlena na dv zcela nezávslé sbrnce podle funkce ke které jsou používány. Jde o sbrnce s názvy CAN (A) obhospodaující hnací ústrojí a sbrnc CAN (K), kterou jsou penášena data týkající se komfortní výbavy automoblu. 4

15 Centrální ídící jednotka zpracovává nformace získané z ostatních ídících systém v ást nazvané GATEWAY. Tento prvek má za úkol pjímat zprávy z obou sbrnc a na základ rozhodnutí centrální ídící jednotky sestavt zprávu novou a tu odeslat požadované jednotce pípadn jednotkám. Pro lustrac uvedu píklad. Automatcká klmatzace jako prvek komfortní výbavy komunkuje po sbrnc CAN (K). K její správné funkc, ale potebuje znát nformace z motorové ást vozu, který je na sbrnc CAN (A). Tento požadavek zprostedkovává centrální ídící jednotka, která je komunkaním uzlem obou sbrnc. Do centrální ídící jednotky jsou krom sbrnc ntegrovány nkteré reléové funkce. Dále tato jednotka sleduje systémy, které nejsou napojeny an na jednu sbrnc. Mez takové systémy patí napíklad kombnovaný pepína pod volantem nebo pojstkový box na levém boku pístrojové desky. Hlavní ídící systémy jsou znázornny na následujícím obrázku ) centrální ídící jednotka vozu ) centrální ídící jednotka komfortního systému 3) ídící jednotka motoru 4) ídící jednotka poslovae ízení 5) ídící jednotka arbag 6) ídící jednotka klmatzace 7) ídící jednotka ABS 8) ídící jednotka panelu pístroj a moblzéru Obr..3 Rozmístní ídících jednotek ve voze Faba 5

16 Jak jž bylo eeno, je datová sbrnce nyní vyrábných voz Škoda Faba rozdlena na dv sbrnce CAN. Datové vedení není rozdleno náhodn, ale podle prorty systém, které je využívají. CAN (K) je sbrncí komfortního systému a jsou na nj ppojeny jednotky klmatzace, jednotky obsažené v jednotlvých dveích, centrální jednotka komfortního systému a spojen s centrální ídící jednotkou automoblu. CAN (A) je sbrnce hnacího ústrojí a má vyšší prortu. K této sbrnc jsou ppojeny jednotky motoru, ABS, panelu pístroj, poslovae ízení, arbag a samozejm propojení s centrální ídící jednotkou automoblu..3 Získání dat Podstata centralzované metody spoívá v dagnostce zaízení na základ mení v nkolka málo bodech spolených pro co nejvyšší poet zaízení. V tchto bodech je teba získat zdroje sgnál s dostatenou nformaní hodnotou vypovídající o co nejvtším potu mených zaízení. Pístroje používané v dnešních automoblech mají spolené napájení a komunkaní sbrnc CAN. Z tohoto dvodu je nejvýhodnjší umístt dagnostcká zaízení do uzl napájecí sít. Prmárním nformacem, které je možno získat v tchto uzlech, jsou prbhy naptí a proudu. Ideální stav by znamenal dagnostkování na základ mení v bod, a to mením proudu I4 a naptí v pojstkovém boxu na akumulátoru pípadn v míst propojení svorky +30 za pístrojovou deskou. Zmínná místa mení naptí jsou znázornna na obrázku Obr.. Nejdležtjší místa ve voze Faba v kaptole.. Napájecí sí vozu Faba. Proud I4 ovšem obsahuje píspvky od všech zaízení, proto jsme se v prvotní fáz zkoumání jednotlvých zaízení rozhodl tyto proudy rozdlt do tí skupn. Skupny jsou znázornny na obrázku Obr..4 Blokové schéma elektrckých rozvod vozu Faba níže a jsou charakterzovány proudy I, I a I3. Jak je patrné z obrázku I obsahuje píspvky od skupny zadních svtel, I píspvky od skupny pedních svtel a I3 píspvky od motorové ást. Pro získávání zmínných prbh proud a naptí bylo teba navrhnout fyzckou vrstvu s dostatenou varabltou. Tato vrstva by mla dokázat nejen mt potebné prbhy, ale na základ namených prbh a navržených dagnostckých metod analyzovat jednotlvá zaízení automoblu. Hardware použtelný k tomuto úelu musí být navržen a zkonstruován s ohledem na nároné prostedí automoblu, ve kterém bude používán. Musí splovat požadavky vycházející pedevším z mechanckého namáhání a otes bhem jízdy a z elektromagnetcké kompatblty ásten popsané v kaptole.. Úvod do napájecích sítí. 6

17 Obr..4 Blokové schéma elektrckých rozvod vozu Faba.4 Fyzcká vrstva.4. Pops koncepce Dostatenou varabltu a robustnost lze dosáhnout rzným koncepcem ešení. Z hledska varablty je vhodným ešením, pro tento stejn jako pro mnoho obdobných projekt, modulární návrh systému. Modulárnost zajstí dostatenou varabltu v analýze spoteb používaných nejen v tomto konkrétním typu automoblu, ale pro vozy výrazn odlšné. Koncepce systému umožuje pípadné rozšíení dagnostky o zaízení, která na trhu v dnešní dob ješt nejsou a objeví se teprve v prbhu budoucích novací automoblu. Dá se totž pedpokládat, že trend zvyšování komfortu a bezpenost užvatele pdáváním nových a nových subsystém bude nadále pokraovat. 7

18 Na obrázku Obr..5 Uspoádání mící soustavy je znázornna možná konfgurace systému v poátení fáz návrhu systému. V systému je zapojen jeden ídící poíta (RP) na jehož jeden vstup mže být ppojeno až 6 ídících modul (RM) pomocí sbrnce CAN 0. Pemž na každý ídící modul mže být ppojeno až 6 mících modul (MM) pomocí sbrnce CAN. Jelkož je pro správnou dagnózu kontrolovaných zaízení nevyhnutelné znát jejch aktuální stav je nutné dagnostcký systém ppojt na sbrnce automoblu. Z tohoto dvodu jsou jak ídící poíta tak ídící moduly ppojeny na CAN sbrnce automoblu. CAN 0 CAN R M M M R P M M M M 6 R M M M M M M M 6 R M 6 M M M M M M 6 Obr..5 Uspoádání mící soustavy 8

19 Výsledný dagnostcký systém mže být sestaven podle konkrétní stuace. V mnmální konfgurac se mže skládat pouze ze dvou modul a to jednoho ídícího a jednoho mícího. V pípad poteby však mže být rozšíen zcela, dle požadavk konkrétního ešení, až na 56 mících modul komunkujících s 6 ídícím moduly propojeným s ídícím poítaem. Dagnostcký systém sérov nasazený v automoblu jž nebude potebovat ídící poíta. Ten je použt jen v poáteních fázích z dvod návrhu systému a pípadn p servsních pracích k nastavení systému a dkladnjší kontrole funknost celé nstalace. Ve fnální konfgurac bude systém provozovaný ve voze Faba obsahovat pouze jeden ídící modul napojený na sbrnce a ty až pt mících modul ppojených na napájecí sí automoblu. Všechny moduly navrženého dagnostckého systému jsou ízeny výkonným procesory frmy Motorola rodny HC. V pípad ídícího modulu je to procesor oznaený MC9SDP56BCPV a mící modul je ízen procesorem 9SDG8B. Detalnjší pops funkce a vlastností jednotlvých modul je popsán v následujících kaptolách..4. ídící poíta ídící poíta je na nejvyšším míst v herarch navrženého dagnostckého systému. Jde o osobní poíta osazený deskou komunkující po sbrnc CAN 0. Pomocí této sbrnce s ídící poíta vymuje nformace se všem ídícím moduly použtým v systému. Aby systém rozpoznal komu je jaká zpráva urena a ásten jaká data zpráva obsahuje je každá zpráva vybavena dentfkátorem. Detalnjším popsem sbrnce CAN se tato práce nezabývá, protože její pops je souástí mnoha publkací. Její specfkac je možné nalézt napíklad na ploženém CD v souboru Canspec.pdf. Program ídícího poítae musí umožovat konfgurac celé sít, tedy parametrzac všech mících a ídících modul a zárove možnost získání jž pedem nastavených parametr v modulech. Konfgurac celé sít je možno uložt a optovn naíst. P natení uloženého schématu sít se o parametrzac všech modul postará aplkace sama, což zejména u rozsáhlejších zapojení velm ušetí prác. Po nastavení modul se pomocí aplkace mže spouštt, pozastavovat a ukonovat jednotlvá mení. Samotné mení probíhá tak, že jednotlvé moduly ekají na splnní podmínky a po té provedou odmr, po jehož skonení nformují programové rozhraní. Aplkace po té zane vyítat zmená data, která p vtším obsahu dat rovnou exportuje do souboru. Vytená data z jednotlvých modul lze také vzuáln zobrazt s možností pohybu s jednotlvým prbhy, jejch pblížení a zmny mítka, tj. podobn jako na oscloskopu. 9

20 Aplkace je pedevším oznaovaná jako offlne, ale umožuje také tzv. kontnuální mení, kde probhne více mení a následných odbr dat za sebou. Parametry tohoto automatckého mení, jako je nterval mez jednotlvým mením a jejch poet, se taktéž nastavují pes programové rozhraní. P tomto typu hromadných odbr vznká ástená nejstota mení zpsobená prchodem nformací pes PCI kartu v poíta, celou sítí a nakonec zpoždním jednotlvých modul. Celou stuac zpoždní mení jak u klasckého, tak u kontnuálního mení a s ní souvsejících záležtostí ásten eší fakt, že každý modul po skonení mení posílá nformac, kdy skuten došlo k odbru a aplkace po té jednotlvé vzorky pepoítá. Ped samotným zapoetím mení ješt aplkace provádí synchronzac celé mící sít, p kterém dojde k resetu vntních íta modul. Jedna z výhod software je možnost komunkace z databází dentfkátor vozu Faba, pomocí které je možné rychle dohledat dentfkátor pro podmínku spouštní. Detalnjší pops aplkaní vrstvy ídícího poítae a jejích možností je možné nalézt v lteratue [0] Doležal R.: Aplkaní vrstva systému pro mení napájecí sít automoblu. Bakaláská práce VUT FEL Katedra poíta, Praha ídící modul ídící modul plní dv funkce v závslost na aktuální konfgurac. V pípad, že zapojení obsahuje ídící poíta plní pevážn funkc prostedníka mez sbrncem automoblu, ídícím poítaem a všem mícím moduly. V této konfgurac využívá krom ppojení na CAN sbrnce automoblu vntní sbrnce dagnostckého systému. Pes CAN 0 je propojen s nadazeným ídícím poítaem a s mícím moduly sdílí sbrnc CAN. Oprot tomu pedpokládaná fnální konfgurace autonomního dagnostckého systému provozovaná pímo v automoblu jž nebude neobsahovat ídící poíta. Absencí ídícího poítae se dostává ídící modul na první místo v herarch dagnostckého systému. I v tomto pípad je modul ppojen na sbrnce automoblu a pes CAN komunkuje s mícím moduly. Prvním jeho úkolem je synchronzovat mící moduly z dvodu nutnost udržení spoleného asu všech souástí dagnostckého systému. Zárove provádí nastavování mících modul podle tabulky nastavení v nm uložené. Nastavování provádí bu v závslost na konkrétním ešeném úkolu nebo na základ požadavku pjatého od ídícího poítae. ídící poíta také mže zasílat požadavky na odmení urtého prbhu. ídící modul na základ požadavku sleduje zprávy na CAN sbrnc automoblu a po pjetí oekávané zprávy vyšle píkaz mícímu modulu který spustí mení. Po odmení požadovaných prbh vyšle mící modul nformac o ppravenost dat, ímž nabídne data k odbru. ídící modul data pevezme a sám je zpracuje. Tak je tomu v pípad že žádost o odmr dat pochází pímo z ídícího modulu. V pípad, že žádal o data ídící 0

21 poíta opatí data asovou znakou a pípadn dentfkátorem pro správné pazení a poskytne je na sbrnc CAN 0 ídícímu poíta, který data zpracuje. V pípad pjetí zprávy o chyb pes CAN od mícího modulu tuto chybu bu obslouží anebo o ní nformuje nadazený poíta pomocí sbrnce CAN 0, který chybu vyeší prostednctvím ídícího modulu. V pol nastavení samotného ídícího modulu lze nastavovat dobu synchronzace. Tato doba defnuje jak asto se má ídící modul synchronzovat s mícím moduly. Vybírat lze zdroj a podmínku spouštní odmru píslušného mícího modulu. Toto nastavení uruje jaká událost bude spouštt píslušný odmr. Jako zdroj spouštní je možné použít napíklad konkrétní zprávu z konkrétní sbrnce CAN, externí spouštní nebo napíklad spouštní na základ komparátoru. Mez další nastavení patí napíklad jednotky asové znaky urující rychlost bhu vntních hodn nebo rychlost sbrnce CAN. Další podrobnost o nastavení a funkc ídícího modulu je možné nalézt v lteratue [] Král J.: ídící modul systému pro mení napájecí sít v automoblu s procesorem Motorola. Bakaláská práce VUT FEL Katedra mení, Praha Mící modul Modul se skládá ze dvou sendvov složených desek z nchž první obstarává veškeré ízení, sbr a úpravu namených prbh, pípadn jejch doasné uložení a komunkac s ídícím modulem. Tato deska je osazena procesorem Motorola MC9SDG8B. Pomocí druhé desky jsou prbhy získané z ppojených senzor upravovány. Úprava úrovn je provádna pomocí vhodných zapojení operaních zeslova. Výhodou rozdlení hardwaru mícího modulu je v možnost výmny mící ást za jnou v pípad poteby mt sgnály pomocí jných senzor než na jaké je prvotn navržen. Jak napovídá jejch název jsou mící moduly použty v systému pro sbr dat. Jak jž bylo popsáno jsou data popsující jednotlvé spotebe získávána z uzl napájecí sít. V pípad poteby získat mením data, která není možné jednoduchým zpsobem poídt z napájecí sít je samozejm možný odmr z jného nformaního zdroje. Takovýmto zdrojem nformace mže být napíklad teplotní senzor apod.. Mící moduly jsou nejnžším lánkem v herarch celého dagnostckého systému. V jejch pípad nezáleží na konfgurac celého systému a komunkují vždy pouze s ídícím modulem, se kterým s vymují nformace prostednctvím komunkaní sbrnc CAN 0. Pomocí zpráv z ídícího modulu je možné v mícím modulu nastavovat nejdležtjší parametry. Mez takto nastavtelné parametry patí nap. vzorkovací peroda, poet vzork, aktvní kanály pro mení prbh, zdroj spouštní odmru, podmínka spouštní odmru, ád mené velny, režm odmru dat, jednotky asové

22 znaky, povolení zakázání mení, poet vzork obsažených v bloku dat posílaných ídícímu modulu apod.. Jednotlvé prbhy proud jsou meny prvlakovým senzory proudu. Úrovn naptí vycházející ze senzor jsou upravovány na potebnou úrove pomocí operaních zeslova. Stejným zpsobem je upravena úrove snímaného naptí napájecí sít. Upravené úrovn naptí jsou pvádny na vstupy AD pevodník. Z AD pevodník jsou data vyítána s frekvencí odpovídající nastavené perod vzorkování a jsou z úrovn kvantovacích krok AD pevádna do konvenních hodnot. Konvenním hodnotam se rozumí, že data jsou pedávána ídícímu modulu ve V resp. mv, V, A resp. ma, A a ne v kvantovacích krocích AD pevodníku. Mící modul dokáže snímat potebné prbhy ve tech rzných režmech podle požadavku ídícího modulu. Podporované režmy jsou klascký trgger, pretrgger a posttrgger. První použtelným režmem sbru dat je klascký trgger p kterém se data zaínají mt v okamžk splnní spouštcí podmínky a ukoní v okamžk splnní podmínky pro konec odmru popípad po odmení potebného potu vzork. Oprot tomu v režmu pretrgger jsou k datm poízeným klasckým trggerem pdán mícím modulem defnovaný poet odmr poízených ped splnním spouštcí podmínky. Režm posttrgger funguje obdobn, jen s tím rozdílem, že jsou pdané odmry poízeny po skonení asu pro klascký trgger. V prbhu mení jsou data ukládána do pamt modulu a po jejch kompletac je vyslána zpráva ídícímu modulu o jejch ppravenost. Na základ této zprávy požádá ídící modul o data a ty se v blocích o požadované velkost odešlou. Stálost asu mícího modulu je upravována pomocí synchronzaních zpráv z ídícího modulu. Prbžné srovnávání asu všech modul dagnostckého systému je dležté pro správné pochopení namených prbh, které jsou ze stejného dvodu opateny asovým znakam a vzorkovací frekvencí. Jestlže se mícímu modulu z jakéhokol dvodu nepodaí provést odmr požadovaným zpsobem a s požadovaným parametry vyšle ídícímu modulu zprávu o chybném odmru. Podobnou zprávu odesílá mící modul v pípad, že mený prbh pekroí zadané meze. Hardware mícího modulu byl navržen p.vackem, ale krom ásten funkní ídící desky a návrhu analogové desky jsem nedohledal žádnou použtelnou dokumentac an jné dokumenty, které by popsoval tuto desku. Proto jsem tento modul alespo ásten zdokumentoval a po úprav návrhu sestrojl chybjící analogovou desku ppojtelnou bez vtších problém k desce ídící. Detalnjší pops mícího modulu a jeho souástí je možné nalézt na konc tohoto dokumentu v kaptole. Mící modul. Na následující stran je schéma nformaní sít dagnostckého systému.

23 Obr..6 Informaní sí dagnostckého systému 3

24 .5 Prokládání dat.5. Úvod Data získaná odmry z dagnostkovaného systému jsou sln zarušená a je teba je zbavt šumu. Dalším dvodem pro úpravu dat je požadavek jejch zpracování pomocí jednopových modul, u kterých jsou nežádoucí složté výpoetní operace s nemeným daty, z tohoto dvodu je teba data pedppravt pro jednodušší dagnostku. Stejn jako nedostatený výpoetní výkon mají moduly výrazn omezenou pam pro data, proto není možné porovnávat data s daty nameným ve fáz uení, protože potebná vzorová data by zabírala pílš místa v pamt. Zmínné problémy odstrauje parametrzace. Tato kaptola popíše jak pzpsobt data a zhodnott správnost proložení pomocí souboru funkcí Matlabu Curve fttng toolbox. Pro její pochopení je nutné nejprve nastínt trochu teore..5. Parametrzace Prokládání dat pazuje vloženým datm vhodnou kvku. Obecn mohou data pocházet z rzných zdroj nap. ze senzoru, smulace, hstore a tak dále. Cílem prokládání dat kvkam je pochopení datového souboru, odfltrování nežádoucího šumu nebo usnadnní použtí namených dat pomocí nalezené rovnce. Uložením koefcent rovnc namísto celých prbh ušetí požadované místo v pamt dat v modulech. Pohled na rovnc popípad graf umožuje získávání detalnjších nformací o zkoumaném objektu pro budoucí expermenty, pjmout nebo vyvrátt pedpokládaný teoretcký model, vytáhnout fyzkální význam ze získaných sountel, a dospt k závrm o souboru pvodních dat. Parametrcké prmrování znamená nalezení sountel (parametr) pro jeden nebo více model, které vyhovují zadaným datm. Použtá data mají statstcký charakter a jsou rozdlena na dv souást: determnstckou a náhodnou. data = determnstcká ást + šum Determnstcká ást obsahuje krom užtených dat také náhodnou odchylku souvsející s užteným sgnálem. data = užtená ást + šum Užtený sgnál je dán modelem který je funkcí nezávslé promnná a jednoho nebo více koefcent. Náhodná chyba má specfcký model dstrbuní funkce (obvykle Gaussv). Chyby mohou pocházet z mnoha rzných zdroj, ale jsou vždy pítomny 4

25 v namených datech. Data mohou obsahovat také systematckou chybu, tu ale mže být velm obtížné kvaltn odstrant. K odstranní systematckých chyb vedou pouze metody vycházející z metod, kterým byla data získána..5.3 Metoda nejmenších tverc Tato metoda je vhodná pro jž zmínnou parametrzac. Pro správné použtí této metody je nevyhnutelné nalézt vhodný model s jedním nebo více koefcenty, který odpovídá zpracovávanému souboru dat. Pro odhad koefcent se využívá tzv. rezduí. Hodnoty rezduí mžeme spoítat pro kteroukol kvku, jsou to vzdálenost (rovnobžné se svslou osou) od bod ke kvce. Rezduem je tedy rozdíl mez skutenou (pozorovanou) hodnotou y a hodnotou na kvce ŷ, tj. y ˆ y Když tyto vzdálenost umocníme na druhou a seteme je, dostaneme hodnotu S e = ( y yˆ ) kterou nazýváme rezduální souet tverc. Kvku, pro kterou dostáváme nejmenší možnou hodnotu S e, nazveme kvkou vyhovující krtéru nejmenších tverc. Metoda nejmenších tverc je používána v (nejen) matematckém programu MATLAB. Jedním z nástroj využívajících tuto metodu je Curve fttng toolbox používaný k prokládání kvek. Tento nástroj umožuje prokládání dat rzným modely kvek a ád jako jsou nap. polynomy, exponencely, fourerovy ady atd.. Zárove grafcky znázoruje výsledek prokladu. Tento nástroj jsem použl pro získání nformací o mených datech. Bylo by ovšem asov pílš nároné tímto zpsobem získávat koefcenty všech prbh. K tomuto úelu je mnohem rychlejší využít funkce podporující tento toolbox. V tomto projektu jsem využl napíklad funkce gauss4, poly atd Lneární metoda nejmenších tverc Curve fttng toolbox využívá lneární metodu nejmenších tverc k aproxmac polynomálních závslostí. Lneární model je defnován jako rovnce lneární v koefcentech. Pro ukázku lneární metody nejmenších tverc ppusme, že máme n bod, které mohou být aproxmovány polynomem prvního ádu. y = p x + p 5

26 6 Pro ešení této rovnce je teba nalézt koefcenty p a p z n lneárních rovnc o dvou neznámých, kde n je mnohem vtší než poet neznámých. Pak je soustava rovnc urena: = + = n x p p y S )) ( ( Protože metoda nejmenších tverc mnmalzuje rezduální souet tverc, jsou koefcenty defnovány jako partkulární dervace podle píslušného koefcentu rovnající se 0. 0 )) ( ( = + = = p p x y x p S n 0 )) ( ( = + = = p p x y p S n Odhady parametr jsou obvykle oznaovány jako b. Substtucí b a b za p a p dostaneme. 0 )) ( ( = + = b b x y x n 0 )) ( ( = + = b b x y n potom = = = = + n n n y x x b x b = = = + n n y nb x b ešením pro b je:

27 7 = = = = = = n n n n n x x n y x y x n b ) ( ešením pro b je: = = = n n x b y n b ) ( Jak mžeme vdt, odhad koefcent p a p vyžaduje jen nkolk málo jednoduchých výpot. Zvýšení ádu polynomu vede k rozsáhlejším výpotm se stejnou obtížností. Jde pouze o pdání další rovnce pro každý následující len. V matcové form je rovnce lneárního modelu reprezentována: = Xβ + ε y Kde: - y jsou odezvy s rozmrem nx - jsou koefcenty s rozmrem mx - X je matce modelu s rozmrem nxm - je vektor chyb o rozmru nx U prvního stupn polynomu jde o n rovnc o dvou neznámých, které jsou popsány pomocí y,x a. = p p x x x y y y n n ešením metody nejmenších tverc je vektor b.ten je dán rovncí: ( ) y X b X X T T = kde T X je transponovaná matce X. Výsledkem je: ( ) y X X X b T T =

28 V MATLABu mžeme použít operátor opaného lomítka pro odhad koefcent ze systému lneárních rovnc. Protože výpoet X T X mže vést k nepíjemným zaokrouhlovacím chybám užívá MATLAB operátor QR dekompozce se stedem, což je numercky velm stálý algortmus. Více nformací o operátorech zptného lomítka a QR dekompozc je možno nalézt v dokumentac k MATLABu. Vložením b zpt do rovnce dostaneme odhad ŷ : y ˆ = Xb = Hy H = X T T ( X X ) X Rezdua jsou dány: r = y yˆ = ( H )y.5.5 Váhová metoda nejmenších tverc Jak vyplývá ze základních pedpoklad o chybách, mají zpracovávaná data stálou kvaltu, tudíž mají stálou chybu. Jestlže je tento pedpoklad porušen, mže být výsledek znan ovlvnn nekvaltním daty. V takovém pípad je možno pro zlepšení parametrzace použít váhovou metodu, kde je do procesu prmrování zakomponován ješt jeden ntel váha. Váhová metoda mnmalzuje chybu odhadu, S e = w ( y yˆ ) kde w je váha. Váha uruje jakou mrou pspívají jednotlvé výsledky k celkovému odhadu. Kvaltní data ovlvují výsledek více než data nekvaltní. Vážení lze použít pouze v takových pípadech, kdy jsou váhy známé nebo mají alespo defnovaný charakter. Váhy upravují výpoet parametru odhadu následujícím zpsobem: b = ˆ β = T T ( X WX ) X Wy kde w je dáno dagonálním elementy váhové matce W. Nestálost zmn sledovaných dat, mžeme asto zjstt vynesením hodnot rezduí. Jak je vdt na obrázku níže, kde jsou znázornna data získaná opakovaným mením s rznou kvaltou a jejch správný proklad. Špatná kvalta dat je vdt v grafu rezduí, 8

29 který má trychtýovtý tvar, kde nžší hodnoty mené velny pnášejí vtší rozptyl než vyšší. Obr..7 Data a rezdua vhodná pro váhovou metodu Nám použté váhy by ml odpovídat hodnot rozptyl dat. Jestlže známe rozptyly dat pak váhy mžeme defnovat jako: w = σ Jestlže rozptyly neznáme, pak mžeme váhy pblžn vypoítat dle následující rovnce: w = n n = ( y y) Tato rovnce je použtelná jestlže se data skládají z opakovaných odmr. V tomto pípad je n poet opakování. Váhy se mohou znan lšt. Dalším pístupem je vykreslení rezduí a nalezení vhodného modelu. Forma tohoto modelu není pílš podstatná, v mnoha pípadech dobe poslouží nap. polynomcký model nebo funkce výkonu. 9

30 .5.6 Robustní metoda nejmenších tverc Jedním ze základních pedpoklad je, že chyby mají normální dstrbuní funkc. Ncmén se odlehlé výsledky mohou vyskytnout. Velkou nevýhodou prokládání metodou nejmenších tverc je její ctlvost na data obsahující velkou chybu. Odlehlé výsledky ovlvují výsledek, protože se rezdua umocují a to zvyšuje vlv pílš zarušených dat. Pro mnmalzac vlvu dat s pílš velkou chybou lze použít robustní metodu nejmenších tverc. Ve funkcích MATLABu lze využít dvou robustních metod: - Least absolute resduals (LAR) LAR nalézá kvku absolutních rozdíl rezduí, kterou mnmalzuje. Pesnj eeno obdélníkové rozdíly. Proto mají extrémní hodnoty menší vlv na výsledek. - Bsquare weghts Tato metoda mnmalzuje sumu tverc vah, kde váha daná každému referennímu bodu je dána vzdáleností od bodu na parametrzované kvce. Body ležící blízko kvky dostanou plnou váhou a se vzdalováním se od kvky se váha snžuje až k nule. Ve vtšn pípad se upednostuje metoda Bsquare weghts ped LAR, protože zárove nalézá parametrzovanou kvku a mnmalzuje vlv odlehlých výsledk. Metoda Bsquare weghts používá opakované pevažování algortmem nejmenších tverc podle následujícího postupu:. Hledání modelu pomocí vážení nejmenších tverc.. Výpoet pzpsobených rezduí a jejch standardzace. Pzpsobená rezdua jsou dána: r radj = h r jsou obyejná rezdua z metody nejmenších tverc, h jsou pákové koefcenty pzpsobující rezdua, které snžující vlv odlehlých výsledk na data. Tyto rezdua mají velký vlv na metodu nejmenších tverc. Standardzace pzpsobených rezduí je dána vztahem: radj u = Ks 30

31 K je konstanta rovna 4,685 a s je promnná daná MAD/0,6745 kde MAD je stední absolutní odchylka rezduí. Podrobnjší nformace o promnných a konstantách mžete nalézt v manuálu k programu MATLAB, ze kterého jsem erpal nformace. 3. Výpoet robustních vah, které jsou funkcí u. Jsou dány vztahem: w ( ( u ) = ) u u < 4. Jestlže parametrzace dává požadované výsledky, je proces ukonen. V opaném pípad se postup opakuje od prvního kroku. Obr..8 Srovnání lneární a robustní metody Graf ukazuje srovnání metody lneární (plná pímka) a Bsquare weghts (erchovaná pímka). Je zde vdt, že robustní metoda respektuje vtšnu dat a omezuje vlv dat zatížených pílš velkou chybou. Krom mnmalzace vlvu odlehlých dat pomocí robustní metody, umožují funkce MATLABu oznat data, která mají být vylouena z parametrzace. 3

32 .5.7 Nelneárníní metoda nejmenších tverc Curve fttng toolbox využívá tuto metodu pro proložení dat nelneárním odhadem. Nelneární odhad je defnován jako rovnce nelneární v koefcentech, popípad jako kombnace rovnce lneární v koefcentech a nelneární v koefcentech. Píkladem takových funkcí používaných MATLABem jsou Gaussan (Gaussan), podíl polynom (rato of polynomals) nebo funkce výkonu (power functon). V matcovém tvaru vypadá nelneární model následovn: y = f (X, β ) + ε Kde: - y jsou odezvy s rozmrem nx - f je funkcí a X - jsou koefcenty s rozmrem mx - X je matce modelu s rozmrem nxm - je vektor chyb o rozmru nx Výpoet nelneárního modelu je obtížnjší, protože koefcenty nelze odhadnout pomocí jednoduchých matcových pot. Namísto aproxmace je teba vykonat následující kroky:. Zaínáme poátením odhadem každého koefcentu. U nkterých nelneárních model je teba použít orgnálního ešení. Je však nutné aby produkovalo pjatelné poátení koefcenty. Pro ostatní se vybírají náhodné hodnoty z ntervalu [0,].. Vytvoíme pzpsobenou kvku z poáteních koefcent. Pzpsobená hodnota odhadu ŷ je dána vztahem: y ˆ = f ( X, β ) a zapojíme výpoet Jakobánu f(x, ), který je defnován jako matce parcálních dervací podle jednotlvých koefcent. 3. Pzpsobíme koefcenty a uríme, jestl se proklad zlepšl. Smr a velkost úpravy závsí na algortmu prokládání. MATLAB ve svém curve fttng toolboxu nabízí následující algortmy: 3

33 - Trust-regon: Jde o základní algortmus, který musí být užt jestlže defnujeme omezení koefcent. Algortmus umožuje ešení obtížných nelneárních problém únnj než ostatní algortmy. Pedstavuje zdokonalení asto používaného algortmu Levenberg-Marquardt. - Levenberg-Marquardt: Tento algortmus je užíván velce dlouho a prokázal své opodstatnní na velkém množství nelneárních aplkací a výchozích hodnot. Jestlže selže metoda Trust-regon a neexstuje omezení koefcent, pak je vhodné použít tento algortmus. - Gauss-Newton: Tento algortmus je mnohem rychlejší než zbylé, je však omezen velkostí rezduí, která musí být blízká nule. Tento algortmus je v MATLABu spíše z pedagogckých dvod a ml by být použt pouze v krajních pípadech. 4. Opakujeme proces od bodu, až dosáhneme požadovaného krtéra konvergence. Na nelneární modely mžeme také jako doplnk použít váženou nebo robustní metodu nejmenších tverc, proces parametrzace bude poté obdobný. Protože ve skutenost není žádný algortmus stoprocentn spolehlvý pro všechny modely, vstupní data an poátení odhady, je nutné jestlže nedosáhneme požadovaného výsledku expermentovat s nastavením algortmu, vstupních dat a poáteních odhad. 33

34 3 Namená data 3. Úvod Jedním z prvních úkol p navrhování dagnostcké metody je získat co nejvíce nformací o meném objektu. Nejlepší defncí elektrckého pístroje je jeho fyzkální model nebo alespo model jeho chování vzhledem k elektrcké sít automoblu. Jestlže není možné pesn defnovat takový model pomocí teoretckých znalostí nebo by byl pílš složtý, pchází na adu druhá možnost získání popsu dagnostkovaného zaízení. Touto možností je nalézt model jeho chování pomocí mení. Nalezení teoretckého modelu žárovek je možné. Exstuje však nkolk aspekt, které tento úkol velce znesnadují a ubírají na sympat takovémuto pístupu. Je to pedevším fakt, že jejch nalezení vyeší pouze problém jednoho typu žárovek od jednoho výrobce. Je sce pravda, že základ fyzkálního modelu je u všech žárovek podobný, ncmén dá se pedpokládat, že jejch pesný tvar se bude velce lšt pípad od pípadu. Z uvedených dvod je nalezení modelu chování pomocí mení mnohem mén nároné. Bezchybné namení charakterstk popsujících zaízení, které má být dagnostkováno, je jedním ze základních pedpoklad pro navržení použtelné dagnostcké metody. Velkému množství chyb je možné se vyvarovat použtím vhodné metody mení. První myšlenkou bylo získat prbhy pomocí navrženého dagnostckého zaízení. Posléze jsem však od této možnost upustl. Bylo to pedevším z dvod poteby zpracovávat data pomocí programu MATLAB, vzuální kontroly zachycených prbh, rychlost získávání jednotlvých prbh a poteby šrších a pesnjších možností nastavení spouštcích podmínek. Proto jsem navrhl automatzovaný postup mení. Mnou použtý postup mení je popsán v následující kaptole. V poáteních fázích projektu jsem zkoušel najít rozdíly mez jednotlvým stavy svtel. Nejprve jsem zkusl dagnostkovat svtla na základ proudu tekoucího obvodem po odeznní pechodových dj. 34

35 Obr. 3. Prbhy proud jednou a obma žárovkam Je pomrn jednoduché urt zda svítí ob svtla. V tomto pípad tee pívodem v ustáleném stavu proud, který se pblžn rovná dvojnásobku proudu tekoucího do jedné žárovky. Podobná stuace nastává p urování stav, kdy nesvítí nc nebo kdy svítí pouze jedna žárovka. Urt tyto t stavy by nebylo pílš složté zadání a lze jej bezpen vyešt pomocí ustáleného stavu. Složtjší problém nastává jestlže rozšííme zadání a chceme urt zda pestala svítt levá nebo pravá žárovka. Fyzcký rozdíl mez pravým a levým svtlem je pouze v délce pívod. Pívodní drát k pravému svtlu je pblžn o 4m delší což nepatrn zvyšuje ohmcký odpor, paraztní nduknost, kapacty a tím asovou konstantu vtve. Praktckým mením jsem zjstl, že proud tekoucí v ustáleném stavu do pravého a levého pedního potkávacího svtla se tém nelší. Nepatrný rozdíl je dán pouze odlšným odporem pívod. Bylo by možné použít nap. prmrování z více odmr, ale an po takovéto analýze není tato metoda dostaten robustní. Výsledek dagnózy by nepípustn ovlvovalo pouhé stárnutí elektrcké sít automoblu a s tím spojené oxdování kontakt. Z tohoto zjštní vyplívá, že pouze na základ ustáleného stavu lze svtla dagnostkovat jen v omezeném rozsahu. 35

36 Obr. 3. Prbhy proud pravou (modrá) a levou (zelená) žárovkou Podstatnjší rozdíl jsem zaznamenal v proudu, který tee žárovkam tsn po jejch zapnutí. Tento fakt je dán rozdílem odporu žárovky za studena a po jejím zahátí. Odpor vlákna žárovky je velce závslý na teplot. Díky tomu se objevuje po zapnutí proudová špka jejíž velkost se podstatn lší p rozsvícení levé nebo pravé svítlny. Maxmální hodnota proudu objevující se na zaátku pechodového dje je však velce závslá na poátení teplot vlákna. Tuto teplotu urují dva faktory. Tím prvním je okolní teplota. Tuto teplotu však mžeme získat z nformaní sbrnce automoblu, pípadn mením. Druhým faktorem, který ovlvuje poátení teplotu je doba, která ubhla od posledního zapnutí. Ta je ovšem pesn známa. Tento dagnostcký píznak má však stejného nepítele jako proud v ustáleném stavu a tím je stárnutí nstalace a oxdace kontakt. Díky rozdílné délce pívod je však z namených prbh vdt ješt jeden podstatný rozdíl mez levou a pravou žárovkou. Tímto as nejrobustnjším a nejmén náchylným píznakem je tvar pechodové charakterstky tsn po zapnutí žárovek. I tento píznak je velce závslý na poátení teplot vláken. Jelkož však dokážeme tuto teplotu pomocí znalost okolní teploty a doby chladnutí žárovek urt, stává se tento píznak použtelným. 36