Możliwości wykorzystania nieliniowych metod analizy opartych na chaosie deterministycznym do diagnostyki silników spalinowych w świetle wprowadzenia systemu OBDII/EOBD

• Autorzy: Boguś, P. , Grzeszczyk, R. , Merkisz, J.

Warianty tytułu

EN

The possibility of application of nonlinear analisys methods based on deterministic chaos to combustion engines diagnostic from OBDII/EOBD systems point of view

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wprowadzona w USA w 1996 roku norma OBD II, która stała sie w roku 2000 standardem europejskim (EOBO), nakłada na producentów obowiązek tworzenia pokładowych systemów diagnostycznych. Funkcją tych systemów jest ciągłe monitorowanie podstawowych parametrów układu napędowego, w tym parametrów emisyjnie krytycznych. Stały rozwój systemów OBD wymusza poszukiwanie nowych rozwiązań w zakresie diagnostyki silników spalinowych i jednym z rozwiązań może się okazać wykorzystanie metod analizy bazujących na chaosie deterministycznym. Okazuje się, że wiele urządzeń mechanicznych zawiera w swojej dynamice element nieliniowości, duza część wibracji i drgań pojawiających się w systemach mechanicznych ma swoje nieliniowe źródła. Fakt ten można wykorzystać dla usprawnienia monitorowania, diagnostyki i sterowania urządzeń. Wiele sygnałów silnikowych, obok zachowań stochastycznych i regularnych, ujawnia zachowania chaotyczne i może pozwolić na lepszą diagnostykę silnika. Analiza bazująca na metodach chaosu deterministycznego polega na odtworzeniu dynamiki w przestrzeni stanu na bazie szeregu czasowego reprezentującego badany sygnał. Do tego celu stosuje się metodę zanurzenia szeregu czasowego oraz metodę najbliższych fałszywych sąsiadów. Pozwala to na diagnostykę bazująca na porównywaniu parametrów opisujących zachowanie w przestrzeni stanu. W pracy przedstawiono krótki opis podstawowych metod analizy bazujących na chaosie deterministycznym oraz potencjalne możliwości zastosowania tych metod do diagnostyki wybranych podzespołów silnika oraz innych mechanizmów pojazdu samochodowego. Zaprezentowano również przykład zastosowania analizy chaotycznej do sygnałów wibracyjnych pochodzących od czujników przyspieszeń korpusu silnika.

EN

The OBOIl norm which was introduced in USA in 1996 and became an European standard in 2000 (EOBO), defines the duty of installing on board diagnostic systems. The main function of this systems is a continuous monitoring of basic power transmission system parameters. The development of OBO systems forces the researches of new solutions in the area of combustion engines diagnostic. One of this solutions can appear the usage of non-linear analysis methods which base on deterministic chaos. The theory of deterministic chaos is a development of classic theory of dynamical linear systems. Deterministic chaos is described as unpredictable and irregular behaviour of deterministic non-linear dynamic system which is caused by the sensitive to initial conditions. Many mechanical devices contain in their dynamic the non-linear elements, many of vibrations which appear in dynamical systems have the non-linear sources, especially systems with impact. The method of analysis based on chaos can be used for improving the monitoring, diagnostic and control of technical equipment. Many engine signals, beside regular and stochastic, show chaotic behaviour too, what can help in diagnosing. The analysis which bases on deterministic chaos rely on reproduction of dynamic in the phase space basing on time series representing the signal. For this purpose one uses time delay embedding and false nearest neighbour method. In result one can perform diagnosing process basing on parameters which are describing the behaviour in the phase space (Lapunow exponents and fractal dimensions). The paper presents the introduction to the main analysis methods, prospective possibilities of their applications to diagnostic of some engine subassemblies and other parts of the vehicle and some examples of application where the chaotic methods are used to analyse ofvibration signals taken from the acceleration sensors ofengine body.

Słowa kluczowe

PL

norma OBD II; pokładowe systemy diagnostyczne; diagnostyka silników spalinowych; chaos deterministyczny; metoda zanurzenia szeregu czasowego; metoda najbliższych fałszywych sąsiadów; analiza chaotyczna; nieliniowe metody analizy

• Czasopismo: Journal of KONES
• Rocznik: 2001
• Tom: Vol. 8, No. 3-4
• Strony: 304-313
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys.

Twórcy

autor

Boguś, P.

• Katedra i Zakład Fizyki i Biofizyki, Akademia Medyczna w Gdańsku ul. Dębinki J, 80-210 Gdańsk, tel [phone], fax [phone],

autor

Grzeszczyk, R.

• Automex, 80-172 Gdańsk, ul Morenowa 34, tel/fax [phone] tel [phone],

autor

Merkisz, J.

• Politechnika Poznańska, Instytut Silników Spalinowych i Podstaw Konstrukcji Maszyn, ul. Piotrowo 3, 60-965 Poznań, tel [phone] fax [phone],

Bibliografia

• 1. [Abarbanel96] H. D. I. Abarbanel. Analysis of Observed Chaotic Data. Springer, 1996.
• 2. [Baker98] G. L. Baker, J. P. Gollub. Wstęp do dynamiki układów chaotycznych. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1998.
• 3. [Bukkapatman95] S. T. S. Bukkapatman, A. Lakhtakia, S. R. T. Kumara. Analysis of sensor signals shows turning on a lathe exhibits low-dimensional chaos. Physical Review E, Vol. 52, No. 3, September 1995, pp. 2375-23 87.
• 4. [Daw98] C. S. Daw, M. B Kennel, C. E. A. Finney, F. T. Connolly. Observing and modelling nonlinear dynamics in an internal combustion engine. Physical Review E, Vol. 57, No. 3, 1998, pp 2811-2819.
• 5. [Finney98] C. E. A. Finney, J. B Green, C. S. Daw. Symbolic Time-Series Analysis of Engine Combustion Measurements. SAE Paper No. 980624, Society of Automotive Engineers, Inc., 1998.
• 6. [Hasler95] M. Hasler. Engineering chaos for encykrypation and broadband communication. Phil. Trans. R. Soc. Lond. A, No. 353, 1995, pp. 115-126.
• 7. [Iokibe97] T. lokibe. Industrial Application of Chaos Engineering. 2nd On-line Conference on Soft Computing in Engineering Design and Manufacturing (WSC2), 23- 27 June 1997, On the Internet (World-Wide Web), http://www.bath ac uk/ Departments/Eng/wsc2/home. html.
• 8. [Jerrelind2000] J. Jerrelind, A. Stensson. Nonlinear dynamics of parts in engineering systems. Chaos, Solitons and Fractals, 11, 2000, pp. 2413-2428.
• 9. [Kotowski2000] M. Kotowski. Wibroakustyczna diagnostyka układów jezdnych pojazdów szynowych. Praca dyplomowa. Politechnika Gdańska, Wydział Elektroniki, Telekomunikacji i Informatyki. Gdańsk 2000.
• 10. [Kudrewicz93] J. Kudrewicz. Fraktale i chaos. WNT, Warszawa, 1993.
• 11. [Lee99] Y. Lee, S. Pae, K. Min. Three-Dimensional Modeling of Knock in Spark Ignition Engines. Proceedings of The 15th Internal Combustion Engine Symposium (International). Seoul, Korea, July 13-16, 1999, pp. 3 89-3 94.
• 12. [Luo2001] G. Luo, J. Xie. Bifurcations and chaos in a system with impacts. Physcia D, 148, 2001, pp. 183-200.
• 13. [Ott97] E. Ott. Chaos w układach dynamicznych. WNT, Warszawa, 1997.
• 14. [Park99] J-K. Park, K-S. Bae, C. You. Dynamic Modelling and Simulation of Diesel Engine Starting Process. Proceedings of The 15th Internal Combustion Engine Symposium (International). Seoul, Korea, July 13-16, 1999, pp. 529-534.
• 15. [Schuster95] H. G. Schuster. Chaos deterministyczny. Wprowadzenie. Wydawnictwo Naukowe PWN 1995.