Redundanttiset sähköjärjestelmät

Abstract

Tämän insinöörityön tarkoituksena on tutkia redundanttisten järjestelmien käyttöä ajoneuvoteollisuuden tuotteissa. Työ tehtiin Patria Land & Armament Oy:lle.

Elektronisten laitteiden lisääntyminen ajoneuvoteollisuudessa on tuonut mukanaan uusia mahdollisuuksia sekä uudenkaltaisia uhkia. Elektronisten laitteiden riskiherkkyys ei ole huomattavasti suurempi verrattuna mekaanisiin ratkaisuihin, mutta riskien vähentäminen on haasteellisempaa. Redundanttinen järjestelmä on järjestelmä, jossa rinnakkaisia yksiköitä on enemmän kuin halutun toiminnon suorittaminen edellyttää, jolloin yhden yksikön vioittuminen tai huolto ei vaaranna järjestelmän toimintaa. Järjestelmä sisältää esimerkiksi n +1 yksikköä, joista n yksikköä riittää suorittamaan halutun toiminnon.

Ajoneuvoissa on perustoimintaan liittyviä ratkaisuja, jotka on perinteisesti toteutettu mekaanisesti, kuten ohjaus sekä jarrut. Vasta näinä päivinä mekaanisten toteutusten rinnalle on haettu sähköisiä ratkaisuja. Sähköisten jarrujen sekä ohjauksen edut ovat kiistattomat: komponenttien sijoittelu on vapaampaa, tarkkuus kasvaa, huoltoa kaipaavat komponentit havaitaan aiemmin ja niin edelleen. Toisaalta luotettavuuden takia redundanttisuus on välttämätöntä, ja toimilaitteita varmistettaessa myös kustannukset nousevat. Vikaherkkyyden lisäksi myös lainsäädäntö estää täysin sähköisen ratkaisun. Ajoneuvoissa on alettu käyttää ilmailuteollisuudesta tuttuja ratkaisuja niissä kohteissa, joissa se on lainsäädännöllisesti ollut mahdollista.

The objective of this graduate study is to research redundant systems in automotive products. Study was assigned by Patria Land & Armament Oy.

The increasing number of electrical equipment in automotive industry has brought new kind of opportunities, but threats as well. Risk rate of electrical devices is not noticeably bigger compared to mechanical solutions, but risk reduction is more challenging. A redundant system is a system, where number of parallel units is bigger than the number units needed for operating the function in question, in other words one unit failure or service does not endanger functionality of the system. The system includes for example n + 1 units and the system can be operated with n unit.

Basic solutions that traditionally operate mechanically, such as steering and brakes, can be found in vehicles. More and more mechanical solutions are nowadays replaced by electrical designs. The benefits of electrical steering and braking systems are undeniable. There are more options to mount the components, handling is more accurately, components needing service can be found earlier and so on. There are also disadvantages. Redundancy is necessary for reliability, thus weight and costs are increasing as well. It appears that development has taken the vehicles closer and closer to aeronautical systems.