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Fehlertolerante mechatronische Systeme
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Rolf Isermann, TU Darmstadt
Bei mechatronischen Systemen werden rein mechanische, hydraulische oder pneumatische Komponenten durch elektrische und elektronische Komponenten ergänzt oder ersetzt. Sie bieten dadurch einen flexibel gestaltbaren und erweiterten Funktionsumfang. Wegen des im Vergleich zur Mechanik ungünstigeren Ausfallverhaltens für Sensorik, Elektronik, Aktoren und Software sind besonders für sicherheitskritische Anwendungen jedoch fehlertolerante Auslegungen erforderlich. In einer Einführung wird zunächst auf den Stand von fehlertoleranten Systemen mit mobilen Anwendungen und Rechnern eingegangen. Dann werden einige grundsätzliche fehlertolerante Strukturen mit Hardware- und analytischer Redundanz für Sensoren, Aktoren, Elektronik und Software angegeben und deren Degradationsverhalten beschrieben.
Als Beispiele werden verschiedene realisierte, fehlertolerante Systeme gezeigt, wie etwa ein fehlertoleranter Doppelsensor in einem E-Gas-Aktor, ein fehlertoleranter Asynchronmotorenantrieb mit Getriebe in verschiedenen Duplex-Anordnungen und die analytische Sensorredundanz für das querdynamische Verhalten eines PKW. Dabei werden die jeweilige Fehlererkennung und die Rekonfigurationsstrategie beschrieben. Diese ermöglichen es, die Funktion nach dem Auftreten von Fehlern mit nur kleinen Störungen des Betriebs aufrecht zu erhalten. Ferner wird die fehlertolerante Struktur eines brake-by-wire Systems gezeigt.
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