Inženjerstvo sustava za električna vozila

Uvodne informacije o kolegiju. Pregled inženjerstva sustava. V-model. Standardi i priručnici u inženjerstvu sustava. Trenutno stanje tehnike. Osnove teorije sustava: funkcije, elementi, veze, granica sustava. Električno vozilo (EV) ? integrirani sustav. Usporedba klasičnog i električnog vozila. Primjeri. Sustavi kod energetskih vozila. Energetski sustav kod EV: baterija ? osnovni pojmovi, funkcije; sustav upravljanja baterijom (BMS) ? osnovni pojmovi, funkcije. Primjeri. Sustavi kod energetskih vozila ? nastavak. Pogonski sustav kod EV: AC/DC pretvarač, DC/AC pretvarač, DC/DC pretvarač, elektromotor. Toplinski sustav kod EV: sustav hlađenja kod baterije i elektromotora. Primjeri. Sustav upravljanja kod EV: glavna upravljačka jedinica, lokalni kontroleri, komunikacijski sustav. Primjeri. Analiza korisnika: identificiranje korisnika, koncept operacija (CONOPS), Analiza mreže vrijednosti korisnika (SVN). Zahtjevi: definicija, primjeri, evolucija, standardi. Proces definiranja tehničkih zahtjeva. Tipovi zahtjeva. Razlika između zahtjeva i specifikacija proizvoda. Karakteristike proizvoda. Primjeri. Dekompozicija, raspodjela i validacija zahtjeva. Margine zahtjeva. Prikupljanje zahtjeva. Proces raspodjele zahtjeva. Metodologija izoperformansi. Verifikacija i validacija zahtjeva. Pregled sustavnih zahtjeva (SRR). Volatilnost zahtjeva. Primjeri. Arhitektura sustava. Definicije i razlike ? integralna i modularna arhitektura. Primjeri. Radni parametri sustava. Varijable sustava. Funkcije sustava. Logička i funkcijska dekompozicija sustava. Sučelja među modulima. Metode za kreiranje i prikaz modula: MIM, DSM. Primjeri. Jezici za modeliranje sustava. Pojmovi: ontologija, semantika, sintaksa. Metodologija objektno orijentirane paradigme (OPM). System Modelling Language (SysML). MATLAB / Simulink/ SimScape. Modelica. Primjeri. Metode i alati u procesu odlučivanja. Generiranje i odabir koncepata. Grupno odlučivanje. Neizvjesnost u procesu odlučivanja. Odabir koncepata. Metode u odabiru koncepata: Pugh-ova matrica, MFD metoda. Teorija korisnosti. MATE metoda. Matrica dominacije. Pareto optimizacija. Izvještaj provjere rane faze konstruiranja sustava (PDR). Primjeri. Pretvorba odabranih koncepata u jasne, detaljne specifikacije i modele sustava. Razvoj alternativa sustava. Trade-off analize. Glavni kriteriji u analizi: cijena, performanse, vremenski raspored. Odabir konačnog rješenja. ?Drive down to lowest? razina. Prepoznavanje postojećih proizvoda, komponenata i tehnologija. Primjeri. I kontrolna zadaća. MDO metodologija – optimizacija konstrukcije sustava kroz istovremeno više inženjerskih disciplina. Konceptualne komponente MDO metodologije: matematičko modeliranje sustava, analiza sustava fokusirana na konstrukciju parametara, aproksimacijski koncepti, analiza osjetljivosti sustava, primjena poznatih matematičkih metoda za optimizaciju, alati i vizualizacije za interakciju sa MDO sustavom. Primjeri. Metoda optimizacije i odlučivanja koja kombinira dvije razine dizajna ? BLISS. Primjeri. Metodologija paralelne ili simultane konstrukcije. Critical Design Review (CDR). Integracijske strategije u električnim vozilima. Bottom ? up i Top-down strategija. V model pristup. Integracija kroz razine ispitivanja: MIL (Model-in-the-loop), SIL (Software-in-the-loop), HIL (Hardware-in-the-loop), ispitivanje vozila. Problemi integracije u EV: problemi sučelja, latencija i sinkronizacija, konflikt zahtjeva, toplinske interakcije, različite procjene u sustavu, integracija softwarea, nedovoljno ispitivanje, edge case scenariji. Primjeri: trzanje pri vožnji, gubitak snage, pregrijavanje, problemi pri punjenju. Verifikacija i validacija. Metode verifikacije u električnim vozilima: analitička verifikacija, verifikacija bazirana na simulacijama (SIL/ HIL), ispitivanje pojedinih komponenti, formalni inženjerski pregledi (PDR, CDR). Metode validacije u EV: ispitivanje integriranih podsustava, ispitivanje cijelog vozila, rani prototip u stvarnom okruženju, test u stvarnom prometu, napredne metode. Tok pri razvoju EV: verifikacija komponenata, verifikacija podsustava, verifikacija sustava i validacija sustava. Proces identifikacije, procjene i mitigacije tehničkih rizika u razvoju EV ? TRM: identifikacija rizika, procjena rizika, mitigacija rizika i praćenje rizika. Kategorije tehničkih rizika. Puštanje u rad i stavljanje u pogon električnih vozila. Aktivnosti: integracijski test, kalibracija senzora i ECU, softverska aktivacija i HIL ispitivanje, ispitivanje sigurnosti, dokumentacija i trening. Operacije i uporaba sustava u stvarnom okruženju. Aktivnosti: održavanje i nadogradnje, upravljanje kvarovima, optimizacija performansi, upravljanje grupom vozila. Primjeri. Upravljanje sustavom kroz cijeli životni ciklus električnih vozila. Uvod. Povezanost sa inženjerstvom sustava, procesom verifikacije i validacije, te s upravljanjem rizicima. Faze životnog ciklusa električnih vozila. Aktivnosti kroz životni ciklus. Upravljanje konfiguracijama električnih vozila. Analiza performansi. Kraj životnog vijeka. Primjeri. Digitalni alati i pristupi: ?Digital Twin? koncept, PLM sustavi, simulacije i MDO kroz životni vijek električnih vozila. Primjeri. Regulativa i sigurnost. Budućnost inženjerstva sustava u električnim vozilima. II kontrolna zadaća.

1. klasificirati osnovne sustave kod električnih vozila.
2. analizirati korisnike i definiranje zahtjeva za sustave električnih vozila.
3. utvrditi specifikacije sustava, sukladno definiranim zahtjevima kod električnih vozila.
4. usporediti tipove arhitekture sustava u električnim vozilima.
5. klasificirati jezike za modeliranje sustava u električnim vozilima.
6. analizirati kreiranje modularnih sustava u električnim vozilima.
7. klasificirati metode i alate pri procesu odlučivanja u inženjerstvu sustava električnim vozilima.
8. analizirati kreiranje koncepata i mogućih alternativa sustava u električnim vozilima.
9. klasificirati optimizacijske metode kod električnih vozila.
10. klasificirati integracijske strategije kod električnih vozila.
11. klasificirati procese verifikacije i validacije u električnim vozilima.
12. analizirati višeciljno optimiranje pri vrednovanju, rangiranju i odabiru najpovoljnijeg koncepta sustava u električnim vozilima.
13. identificirati puštanje u rad i stavljanje u pogon električnih vozila.
14. analizirati upravljanje sustavom kroz cijeli životni ciklus električnih vozila.
15. identificirati postojeću elektrotehničku regulativu u području inženjerstva sustava električnim vozilima.

Obavezna literatura

• Osnovna literatura / Basic literature:
  K. Osman, V. Jug: ?Inženjerstvo sustava u električnim vozilima?, autorizirana predavanja i auditorne vježbe, Tehničko veleučilište u Zagrebu, Zagreb, 2026., raspoloživo na stranici kolegija na moj tvz portalu
  I. Husain: ?Electric and Hybrid Vehicles: Design Fundamentals?, 3rd edition, CRC Press, 2021, doi: 10.1201/9780429490927
  J. M. Borky, T. H. Bradley: ?Effective Model-Based Systems Engineering?, Springer International Publishing AG, 2019, doi: 10.1007/978-3-319-95669-5
  ?NASA Systems Engineering Handbook?, revision 2, 2016.
  ?INCOSE Systems Engineering Handbook – A Guide for System Life Cycle Processes and Activities?, 4th edition, Wiley, 2015, doi: 10.1002/j.2334-5837.2015.00089.x
  International standard ISO/ IEC/IEEE 15288: Systems and software engineering ? System life cycle processes, 2nd edition, 2023.

Dodatna literatura

• Dopunska literatura / Additional literature:
  B. Müller, G. Meyer: ?Electric Vehicle Systems Architecture and Standardisation Needs?, Springer International Publishing Switzerland 2015, doi: 10.1007/978-3-319-13656-1
  E. Crawley, B. Cameron, D. Selva: "Systems Architecture: Strategy and Product Development for Complex Systems?, Pearson Education, 2015, ISBN: 9780133975345
  H. Hick, K. Kűpper, H. Sorger: ?Systems Engineering for Automotive Powertrain Development?, Springer Nature Switzerland AG, 2021, doi: 10.1007/978-3-319-99629-5
  M. Sh. Levin: ?Modular System Design and Evaluation?, Springer International Publishing Switzerland, 2015, doi: 10.1007/978-3-319-09876-0