Loading...

Improving the Reliability of Engine Control Units in Vehicles

Moloudi, Mohammad Amin | 2023

56 Viewed
  1. Type of Document: M.Sc. Thesis
  2. Language: Farsi
  3. Document No: 55865 (19)
  4. University: Sharif University of Technology
  5. Department: Computer Engineering
  6. Advisor(s): Ejlali, Alireza
  7. Abstract:
  8. Vehicles are safety-critical Cyber-Physical Systems (CPSs) consisting of hundreds of control units. The Engine Control Unit (ECU) is a fundamental part of a vehicle, and by applying reliability improvement techniques to the ECU, we can prevent catastrophes, performance degradation, and environmental damage. However, like any other CPS, traditional reliability assessment of the cyber and physical parts is insufficient as these parts are tightly coupled. Furthermore, the ECU consists of many mutually dependent subsystems, the failure of which will fail the whole vehicle system. Hence, to compensate for the hardware redundancy cost, we have improved the reliability of the system's bottleneck. To achieve this goal, we have studied the reliability of subsystems while contemplating their CPS nature. To this end, the complete model of a vehicle's engine is simulated, and a fault injection tool is presented to assess the subsystem's reliability. In order to validate the simulated model, a hardware implementation of the Electronic Throttle Control (ETC) part of the ECU is presented. In addition to the main contribution of this research, which is to improve the reliability of the system's bottleneck, we have analyzed the ETC implementation to discover all possible failures and causal faults using the Failure Mode and Effects Analysis (FMEA), and we have provided a method to detect, locate, and mask such faults. Finally, due to the experimental results, we can determine the Manifold Absolute Pressure (MAP) sensor as the reliability bottleneck of the system. A triple modular redundancy method applied to the MAP sensor improves the vulnerability factor of the bottleneck from 46.2% to 19.1%. The vulnerability factor of the whole engine control system has been improved by 1.66 times
  9. Keywords:
  10. Reliability ; Safety-Critical Real-Time System ; Engine Control ; Cyber-Physical Systems ; Fault Injection ; Vulnerability Factor ; Vehicles

 Digital Object List

 Bookmark

  • مقدمه
  • مفاهیم اولیه
    • سامانه‌های رایا-فیزیکی
      • اهمیت حسگرها در سامانه‌های رایا-فیزیکی
    • سامانه‌های خودرو
      • سامانه کنترل دریچه‌گاز
      • سامانه کنترل سوخت
      • سامانه زمان‌بند
      • نسبت هوا به سوخت
    • تحلیل حالت و اثر خرابی
    • کنترل PID
    • تزریق اشکال
      • انواع اشکال حسگرها
      • ضریب آسیب‌پذیری
  • کارهای پیشین
    • پژوهش‌های مرتبط با خودرو فاقد دید رایا-فیزیکی
    • پژوهش‌های مرتبط با سامانه‌های رایا-فیزیکی
    • جمع‌بندی کارهای پیشین
  • روش پیشنهادی
    • مدل‌سازی کامل سامانه کنترل موتور
      • سامانه کنترل دریچه‌گاز
      • سامانه کنترل سوخت
      • سامانه زمان‌بند
    • ارزیابی زیرسامانه‌ها
      • ابزار تزریق اشکال در حسگرها
      • تشخیص اشکال در سامانه کنترل موتور
    • بهبود قابلیت اطمینان سامانه کنترل موتور
      • روش یافتن گلوگاه قابلیت اطمینان
      • افزونگی سخت‌افزاری در گلوگاه قابلیت اطمینان
    • پوشش اشکال در زیرسامانه کنترل دریچه‌گاز
      • اشکال‌های سامانه کنترل دریچه‌گاز
      • کنترل‌کننده دریچه‌گاز با قابلیت پوشش، تشخیص و مکان اشکال
    • فرضیات روش پیشنهادی
  • نتایج آزمایش‌ها
    • صحت‌سنجی مدل دریچه‌گاز
    • تحلیل نتایج تزریق اشکال در مدل سامانه کنترل موتور
      • نتایج تزریق اشکال در مدل اولیه سامانه کنترل موتور
      • نتایج تزریق اشکال پس از بهبود قابلیت اطمینان گلوگاه
  • نتیجه‌گیری
  • مراجع
  • واژه‌نامه
...see more