DE10048826B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung alterungsbedingter Veränderungen von technischen Systemen wie Elektromotoren - Google Patents

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erfassung von alterungsbedingte Veränderungen eines technischen Systems beschreibenden Parametern vorgeschlagen, wobei nutzungsabhängige Betriebsgrößen im System erfaßt werden. Hierbei wird mittels eines Verschleißmodells ein Zusammenhang zwischen den erfaßten Betriebsgrößen und den alterungsbedingte Veränderungen des Systems beschreibenden Parametern hergestellt und anschließend diese Parameter oder davon abgeleitete Größen, wie verbleibende Restlebensdauer, Ausfallwahrscheinlichkeit oder Qualität eines Produkts, systemintern zu jedem beliebigen Zeitpunkt berechnet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Erfassung von alterungsbedingte Veränderungen eines technischen Systems beschreibenden Parametern, insbesondere bei einem einen oder mehrere Elektromotoren umfassenden System, wobei nutzungsabhängige Betriebsgrößen im System erfaßt werden. Die Erfindung betrifft außerdem noch ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt jeweils mit Programmcode-Mitteln, um bei deren Ausführung auf einem Computer oder einer Rechnereinheit die Erfassung von Alterungsparametern eines Systems zu ermöglichen
• Stand der Technik
• Die Ermittlung von alterungsbedingten Veränderungen eines Systems ist bedeutend für eine adaptive Steuerung verschiedener elektromechanischer Komponenten, wie sie z. B. in einem Kraftfahrzeug anzutreffen sind (z. B. Einspritzsysteme) und kann auch verwendet werden, um den Verschleiß und die Restlebensdauer von z. B. Motoren in Elektrowerkzeugen oder Generatoren abzuschätzen.
• Aus der DE-197 16 520 A1 ist eine Vorrichtung zur Erfassung von Betriebsgrößen von Elektromotoren bekannt, in der bestimmte nutzungsabhängige Betriebsgrößen, wie Temperatur, Anzahl der Motoranläufe und Betriebsstunden, erfasst und gespeichert werden. Mittels eines externen Auslesegerätes lassen sich die registrierten Daten auslesen und auswerten. Es lassen sich dann Rückschlüsse darauf ziehen, ob der im Produkt verwendete Elektromotor nach Ablauf der Lebensdauer des Produkts in einem neuen Produkt weiterverwendet werden kann.
• Aus der DE-195 16 481 A1 ist eine Einrichtung zum Erfassen, Speichern und Ausgeben von Daten eines Steuergeräts in einem Kraftfahrzeug bekannt, mit der neben der Betriebszeit des Steuergeräts weitere Daten erfasst werden, die Aussagen zur Ausfallswahrscheinlichkeit oder künftigen Zuverlässigkeit des Steuergerätes geben können. Zu diesen Daten gehören beispielsweise Temperaturextremwerte sowie Spannungsextremwerte und deren Zeitdauer. Wie aus den genannten Daten Rückschlüsse auf die Ausfallwahrscheinlichkeit oder Zuverlässigkeit des Steuergeräts gezogen werden, ist in der genannten Schrift nicht beschrieben.
• Die US 5 455 777 offenbart eine Vorrichtung zur Vorhersage einer Abnutzung und/oder einer Schädigung in einem Strukturelement eines Antriebsaggregats. Durch Überwachung und Auswertung zurückliegender Betriebsparameter für ein Einzelsystem wird jeweils eine Vorhersage zu einer zu erwartenden Abnutzung und/oder Beschädigung des Systems auf Grundlage eines Modells getroffen.
• Die EP 0 863 490 A2 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Berechnung und Anzeige von Service-Intervallen bei Verschleiß und/oder Alterungsprozessen unterworfenen Komponenten und/oder Betriebsmedien von Vorrichtungen, insbesondere von Kraftfahrzeugen, wobei Sensoren zur Erfassung der den Verschleiß und/oder die Alterung beeinflussenden Betriebsparameter, mindestens eine Quantisierungseinheit zur bewertenden Quantisierung mindestens eines Betriebsparameters mit wahlweiser Mittelung, ein Integrator, wahlweise ein eine nichtlineare Bewertungsfunktion beinhaltender Speicher und ein Komparator verwendet wird. Auf Grundlage zurückliegender Betriebsbedingungen wird auch hier eine Aussage auf Grundlage eines Modells getroffen.
• Die EP 0398 481 A2 betrifft die Identifizierung ausgewählter Zustände eines Verbrennungsmotors, wobei Motorbetriebstests auf einen Testmotor durchgeführt werden. Jeder Test umfasst bekannte Motorbetriebszustände. Motorbetriebsdaten werden während der Betriebstests gesammelt und als Trainingsvektoren in ein Mustererkennungssystem eingegeben, um die Muster in diesen Motorparametern mit den jeweils ausgewählten Motorbetriebszuständen zu korrelieren. Es erfolgt eine Mustererkennung, bei der die Parameter des Motorbetriebs untersucht werden, um spezielle Fehlerzustände im Motor zu identifizieren.
• Weiterhin existieren Parameterschätzverfahren basierend auf neuronalen Netzen oder auf Extended Kalman-Filtern, die bisher erfolgreich unter anderem für die Identifizierung der Reibung in Antriebssystemen eingesetzt wurden. Zur Vorhersage von Verschleißzuständen, zur Identifikation von Verschleißparametern und für eine Abschätzung der Restlebensdauer von Produkten sind diese Verfahren nur bedingt einsetzbar. Sie versagen oft bei einer Mehrdimensionalität der Identifikationsaufgabe und garantieren keine oder keine genügend schnelle Konvergenz.
• Vorliegende Erfindung soll daher ein on-line implementierbares Identifikationsverfahren zur Bestimmung von alterungsbedingte Veränderungen eines technischen Systems beschreibenden Parametern sowie eine zur Ausfuhrung des Verfahrens geeignete Vorrichtung und ein entsprechendes Computerprogramm (produkt) angeben.
• Vorteil der Erfindung
• Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nach Anspruch 1 können während der gesamten Betriebszeit eines Systems innerhalb des Systems Parameter berechnet werden, die alterungsbedingte Veränderungen des Systems beschreiben. Hierzu wird zunächst mittels eines Verschleißmodells ein Zusammenhang zwischen den im System erfaßten, nutzungsabhängigen und meßbaren Betriebsgrößen und den alterungsbedingten, jedoch nicht direkt meßbaren den Verschleiß oder die Alterung kennzeichnenden Parametern hergestellt. Aus diesem Verschleißmodell lassen sich dann die die alterungsbedingten Veränderungen des Systems beschreibenden Parameter oder davon abgeleitete Größen berechnen, die im System zur Verfügung gestellt werden.
• Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erfassung von Parametern, die alterungsbedingte Veränderungen eines technischen Systems beschreiben, weist eine Einheit auf, der die im System erfaßten nutzungsabhängigen Betriebsgrößen zugeführt werden. In dieser Einheit werden dann unter Zugrundelegen des obengenannten Verschleißmodells die Alterungsparameter oder davon abgeleitete Größen innerhalb des Systems berechnet. Die beschriebene Einheit kann als Bestandteil eines Computers oder – insbesondere bei Kraftfahrzeugen – einer Steuereinheit angesehen werden. Die gleichen Überlegungen können auch im Folgenden auf alle Verschleiß und Alterung ausgesetzten Teilen ebenso in Fahrzeugen, Flugzeugen oder auch im Produktionsgüter- und/oder Gebrauchsgüterbereich, usw. angewendet werden. Die Ausführungsbeispiele sind also dahingehend nicht als Einschränkung des erfindungsgemäßen Gegenstandes zu verstehen.
• Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen sind auch den jeweiligen Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen.
• Die Berechnung der genannten Parameter oder der davon abgeleiteten Größen kann kontinuierlich oder in vorgebbaren Zeitabständen erfolgen. Je nach Anwendungsgebiet und Systemklasse lässt sich das Ergebnis der Parameterberechnung optisch, durch Ausgabe eines numerischen Wertes oder einer Warnung, oder akustisch anzeigen. Das Ergebnis kann aber auch dem Steuergerät des Systems zur Verfügung gestellt werden, um eine an die Betriebszeit oder an Alterungsprozesse angepasste Steuerung des Systems zu ermöglichen.
• Das genannte Verschleißmodell lässt sich in der Form f = f(p, x(t), a(t)) = 0 darstellen, wobei die im allgemeinen vektoriellen Größen f, p, a und x folgendes darstellen:
  x(t) beschreibt nutzungsabhängige und messbare Betriebsgrößen eines Systems oder Produkts, wie gebrauchsabhängige Zustandsgrößen, z. B. Temperatur, Strom, Leistungsaufnahme und/oder Beschleunigung sowie Anzahl von Einschaltzyklen und Gesamtbetriebszeit.
  a(t) beschreibt nutzungsabhängige, nicht direkt messbare Parameter, die sich aufgrund von Verschleiß und Alterung mit zunehmendem Gebrauch eines Systems oder Produkts mit der Zeit t verändern, wie z. B. Parameter zur Beschreibung von Katalyseeigenschaften eines Katalysators, von Absorptionseigenschaften eines Absorbers oder Filters oder auch die zunehmende Ausfallwahrscheinlichkeit oder die abnehmende Restlebensdauer eines Produkts. Die Kenntnis dieser Parameter ist notwendig für die Beurteilung von Produktverschleiß und für ein adaptives Tuning von Steueralgorithmen in Steuergeräten.
  p beschreibt nutzungsunabhängige, nicht direkt messbare systemimmanente Parameter, die Stoffeigenschaften einer System- oder Produktklasse beschreiben (Systemkonstanten). Da diese Parameter p fertigungsbedingt bei individuellen Produkten Schwankungen unterworfen sein können, stellen sie Mittelwerte für die betrachtete Klasse von Produkten dar.
• Ein System, bei dem die erfassten nutzungsabhängigen Betriebsgrößen systemextern abrufbar sind, ist in der genannten DE-197 16 520 A1 offenbart. In der vorliegenden Erfindung werden für eine Vielzahl von Systemen, die einer gemeinsamen Klasse zugehören die jeweiligen erfassten Betriebsgrößen nach einer bestimmten Nutzungszeit, die von System zu System unterschiedlich sein kann, extern abgerufen. Dies kann beispielsweise in regelmäßigen Zeitabständen oder immer dann geschehen, wenn das System oder Produkt zur Inspektion, Reparatur oder Entsorgung an einer Servicestelle abgegeben wird. Aus den erfassten Betriebsgrößen x_k(t) des k-ten Systems nach einer Nutzungszeit t_k lassen sich gegebenenfalls nach zusätzlichen Messungen des Verschleißes der benutzten Produkte Alterungsparameter a_k(t_k) bestimmen, die alterungsbedingte nicht direkt messbare Veränderungen des Systems beschreiben. Durch Einsetzen der ermittelten Betriebsgrößen x_k(t) und der bestimmten Alterungsparameter a_k(t_k) in das in Gleichung (1) angegebene Verschleißmodell f_k eines Systems lässt sich nun ein Parametervektor p, der P nutzungsunabhängige systemimmanente Parameter (A, B, ...) umfasst, als Mittelwert der Systemklasse errechnen.
• Eine zur Bestimmung des Verschleißmodells einer Systemklasse geeignete Vorrichtung weist ein Auslesegerät auf, durch das bei einer Anzahl K Systemen einer Systemklasse gespeicherte Betriebsgrößen ausgelesen und zusammen mit den hieraus bestimmten Alterungsparametern einer Rechnereinheit zugeführt werden. In der Rechnereinheit wird dann der Parametervektor p berechnet, um ein vollständig bestimmtes Verschleißmodell zu erhalten.
• Für jedes k-te Produkt lässt sich ein Verschleißmodell f_k = f(p, a_k(t_k), x_k(t)) = 0, k = 1, ..., K, (2) aufstellen und als Lösung des Gleichungssystems der Parametervektor p = p* bestimmen. Für K > P entsteht ein überbestimmtes, im allgemeinen nichtlineares Gleichungssystem, das durch ein geeignetes Optimierungsverfahren gelöst werden kann, das insbesondere für K >> P gute Näherungswerte liefern soll. Das Ergebnis ist eine Näherung für den Parametervektor p = p* für die betrachtete Klasse von Systemen oder Produkten.
• Der ermittelte Parametervektor p = p* kann nunmehr in das Verschleißmodell f der Gleichung (1) eingesetzt werden, so daß das Verschleißmodell für die betreffende System- oder Produktklasse zumindest in guter Näherung vollständig bekannt ist. Das Verschleißmodell läßt sich im System speichern und während der Nutzungsdauer laufend berechnen, so daß systeminterne Aussagen über Verschleiß oder Alterung möglich sind.
• Hierbei kann es nützlich sein, das Verschleißmodell unter Zuhilfenahme mathematischer Verfahren, wie Potenzreihenansätze oder rekursive Verfahren, direkt nach den Alterungsparametern a(t) aufzulösen, um die on-line-Rechenzeit zu minimieren.
• Nach Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens im System können die aktuellen Werte der Betriebsgrößen x(t) in jedem Meßzyklus zur Bestimmung der Alterungsparameter a(t) von neuem eingelesen und im nächsten Meßzyklus wieder überschrieben werden, so daß keine Speicherung dieser Werte über die gesamte Betriebszeit notwendig ist.
• Sämtliche beschriebenen Berechnungen lassen sich zweckmäßigerweise mittels eines Computerprogramms durchführen, das auf einer geeigneten Rechnereinheit ausgeführt wird. Beispielsweise kann zur kontinuierlichen Online-Bestimmung der Altersparameter eine Einheit im System vorhanden sein, der die erfaßten nutzungsabhängigen Betriebsgrößen zugeführt werden, die dann in einer Rechnereinheit ausgewertet werden. Das entsprechende Computerprogramm arbeitet mit einem vorbestimmten Verschleißmodell. Zweckmäßigerweise wird auch die Bestimmung dieses Verschleißmodells mittels eines Computerprogramms vorgenommen, was insbesondere beim Auftreten nichtlinearer Gleichungssysteme vorteilhaft sein kann. Die hierfür erforderliche Rechnereinheit ist in einer systemexternen Vorrichtung untergebracht, um Daten von einer Gesamtheit von Systemen verarbeiten zu können.
• Die Computerprogramme können auf geeigneten Datenträgern, wie EEPROMs, Flash-Memories, aber auch CD-ROMS, Disketten oder Festplattenlaufwerken gespeichert sein.
• Die erfindungsgemäße Aufzeichnung und Auswertung historischer Belastungsmuster ermöglicht die Erfassung alterungsbedingter Veränderungen eines Gesamtsystems oder seiner Komponenten (z. B. Kraftfahrzeug oder Elektrowerkzeug) und somit im nächsten Schritt z. B. eine Adaption von Algorithmen in Steuergeräten an neue Verhältnisse, eine Frühwarnung bei sicherheitskritischen Systemen, die Angabe eines Abnutzungsgrades zur Festlegung von Wartungsintervallen oder eine alterungsabhängige Wiederverwendung gebrauchter Komponenten und ähnliches mehr.
• Werden zuverlässige Verschleißmodelle gefunden, die alle denkbaren Defekte abdecken, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren, zuverlässige Aussagen über den Abnutzungsgrad und der verbleibenden Restlebensdauer zu jedem beliebigen Zeitpunkt zu treffen, ohne dabei das System oder dessen Komponenten inspizieren zu müssen. Diese Informationen können die häufig verwendeten MTBF-Angaben nicht liefern, wenn die Nutzungsintensität a priori nicht bekannt ist. Wird bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine bestimmte Restlebensdauer (unter Beachtung eines Sicherheitsfaktors) oder ein kritischer Abnutzungsgrad erreicht, wird der Zeitpunkt für einen Produkt- bzw. Komponentenaustausch von einer systeminternen Steuereinheit berechnet und von dieser automatisch empfohlen. Dies kann für Kraftfahrzeuge insbesondere auch bei Werkstattbesuchen im Rahmen von Serviceintervallen nützlich sein.
• Der Hersteller erhält seinerseits z. B. nach Rücknahme von Produkten aus Vor- und Testserien oder nach Gerätedefekten wertvolle Informationen über tatsächliche Belastungsprofile, die für die Qualitätssicherung und zur Ermittlung von MTBF wertvolle Hinweise liefern.
• Zeichnungen
• Die Erfindung wird in einem Ausführungsbeispiel anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
• 1 zeigt schematisch eine Einrichtung zur erfindungsgemäßen Erfassung von alterungsbedingten Veränderungen eines Systems, wobei in diesem Ausführungsbeispiel eine Abschätzung der Restlebensdauer von Elektromotoren aufgrund von Temperatureinflüssen erfolgen soll.
• 2 zeigt schematisch als Flußdiagramm die beim erfindungsgemäßen Verfahren abzuarbeitenden Schritte.
• Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• 1 zeigt schematisch einen Aufbau zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Anwendungsbeispiele hierfür sind neben Elektromotoren auch andere elektromechanische Komponenten, wie z. B. Einspritzsysteme in Kraftfahrzeugen, oder ganz allgemein wie bereits erwähnt elektrische/mechanische Geräte, die einer nutzungsbedingten Alterung ausgesetzt sind. Als technisches System einer betrachteten Klasse, beispielsweise Elektromotoren in Elektrowerkzeugen, in Kfz-Startern oder in Kfz-Generatoren, wird im folgenden als Stellvertreter dieser Systemklasse das k-te Produkt 1 betrachtet, wobei hier nur die zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens notwendigen Komponenten dargestellt sind. Im folgenden soll das erfindungsgemäße Verfahren eine Abschätzung der Restlebensdauer der in den erwähnten Produkten enthaltenen Elektromotoren liefern.
• Hierzu wird zunächst die Temperatur mit einem oder mehreren (bereits vorhandenen) Temperaturfühlern 3 in der Ankerwicklung oder am Polschuh des Motors gemessen und die Historie der Temperaturwerte T_k(t), die Anzahl von Einschaltzyklen und die Gesamtbetriebszeit als nutzungsabhängige Betriebsgrößen des Systems gespeichert. Die Speicherung erfolgt in einem in jedes k-te Produkt 1 integrierten k-ten Betriebsdatenspeicher 2 für eine Anzahl von k = 1, ..., K Produkten. Als Betriebsdatenspeicher 2 kommen Speicher wie EEPROM, Flash-Memory u. a., aber auch CD-ROM, Diskette etc. in Frage.
• Um das Einschalten eines Motors zu erfassen, ist es möglich, die gesamte Betriebsdatenspeicherung in den Stromkreis des Motors zu schalten, so daß bei jedem Anschalten des Motors gleichzeitig die Speisespannung der Überwachungseinrichtung zugeschaltet wird. Um ein sicheres Schreiben der Daten nach Abschalten des Motors zu garantieren, kann eine Kapazitat in die Spannungsversorgung der Überwachungseinrichtung geschaltet werden, die einen sofortigen Spannungsabfall nach Abschalten des Motors verhindert und somit ein sicheres Programmende ermöglicht.
• Die Laufzeit des Motors in jedem Einschaltzyklus kann über eine Programmschleife mittels des Timers des Mikroprozessors erfaßt werden. Durch Addition der individuellen Einschaltzeiten wird die Gesamtlaufzeit ermittelt.
• Die erfaßten Daten werden über die gesamte Nutzungsdauer in einem nichtflüchtigen Datenspeicher (EEPROM) permanent gespeichert. In einer Ausprägung werden zur Reduzierung des dafür benötigten Speicherbedarfs die Wertebereiche der erfaßten Betriebsgrößen in bestimmte Klassen eingeteilt und die Anzahl des Auftretens pro Klasse gespeichert. In einer anderen Ausgestaltung kann nur das Überschreiten von Schwellenwerten und die zugehörige Zeitdauer dieser Überschreitung protokolliert werden. In allen dargestellten Ausgestaltungen kann das individuelle Belastungsprofil des Motors seit der Erstinbetriebnahme nachvollzogen werden.
• Um das Verschleißmodell vollständig bestimmen zu können, werden zunächst die im Betriebsdatenspeicher 2 gespeicherten Betriebsgrößen über ein Auslesegerat 5 nach Gerätedefekt ausgegeben. Das Auslesen der gespeicherten Betriebsgrößen kann je nach Produktklasse und zu ermittelndem Alterungsparameter auch zu anderen Zeitpunkten (Reparatur, Inspektion etc.) erfolgen. Zum Datenauslesen sendet ein im Betriebsdatenspeicher 2 integrierter Mikrocontroller über einen Ausgang (beispielsweise Stecker, Infrarotdiode, Funk) alle im Datenspeicher enthaltenen Werte an das Auslesegerät 5. Das Auslesegerät 5 kann in einer anderen Ausführung auch an ein Bussystem angeschlossen sein. Das Auslesegerät 5 ist ferner mit einem Rechner (PC oder Laptop) 6 beispielsweise über eine serielle Schnittstelle verbunden. Auf dem Rechner 6 werden die Betriebsgrößen jedes k-ten Produktes, also die gespeicherte Gesamtbetriebszeit τ_k, die Anzahl der Einschaltzyklen und die Historie von Temperaturwerten T_k(t), k = 1, ..., K, in einer Datenbank abgelegt. Dabei muß für jeden k-ten Motor auch die Ausfallursache ermittelt und abgespeichert werden. Im folgenden sollen als Ausfallursache nur die thermischen Defekte weiter betrachtet werden, für die weiter unten ein Verschleißmodell angegeben wird.
• Als Alterungsparameter a(t) wird die Lebensdauer des Systems verwendet, in diesem Fall also die gemessene Gesamtbetriebszeit bis zum Defekt des k-ten Produkts aufgrund eines Motorausfalls wegen Temperatureinflüssen. Für das k-te Produkt ist somit a_k(t_k) = τ_k. Die Restlebensdauer ist selbstverständlich im Falle des Gerätedefekts Null.
• Als spezielles Verschleißmodell läßt sich für dieses Ausführungsbeispiel die folgende Funktion f_k für das k-te Produkt aufstellen:

  
• Hierbei stellt der Parametervektor p = (A, B) die systemimmanenten Parameter A, B dar. Die Temperaturdaten T_k(t₁) bezeichnen zu festgelegten äquidistanten Zeitpunkten t = t_i (i = 1, ..., N_k) mit Meßintervallen Δt gemessene Temperaturen im k-ten System, so daß für die gemessene Lebensdauer gilt: a_k(t_k) = τ_k = N_kΔt.
• Zur Ermittlung des Parametervektors p mit den Unbekannten A und B wird der Satz von K nichtlinearen Gleichungen für alle k-Produkte (k = 1, ..., K) durch Anwendung des sogenannten Nelder-Meade-Algorithmus nach den Unbekannten A und B aufgelöst. Das Ergebnis ist eine Näherung für den Parametervektor p = p* = (A*, B*) für die betrachtete Klasse von Produkten.
• Somit ist oben stehendes Verschleißmodell für die betrachtete Produktklasse vollständig definiert und es lassen sich nun interessierende Verschleißgrößen definieren und errechnen. Das definierte Verschleißmodell oder davon abgeleitete Verschleißgrößen lassen sich über einen Rechner 6 an eine Identifikationseinheit 7 übergeben, die sich z. B. in einem Steuergerät befindet. Die hierzu erforderlichen Meßgrößen werden dem Steuergerät 7 über eine Datenleitung 4 übergeben, woraus in der Identifikationseinheit des k-ten Produkts 1 beispielsweise der folgende Verschleißparameter on-line, d. h. systemintern berechnet werden kann:

  

  wobei n < N. Das oben genannte Verschleißmodell der Gleichung (3) ist am Ende der Produktlebensdauer aufgrund eines Temperaturdefekts genau dann erfüllt, wenn n = N, d. h.
• 
• Somit beschreibt V_n die bereits verbrauchte Produktlebensdauer in Prozent, die nun auf relativ einfache Weise on-line mit einem Mikrocontroller in einem Steuergerät näherungsweise berechnet werden kann. Anstelle der Lebensdauer τ wird als Verschleißparameter hier die verbrauchte Produktlebensdauer herangezogen, da das Verschleißmodell in Gleichung (3) nicht nach der Lebensdauer τ = NΔt direkt auflösbar ist.
• Eine effektive Speicherplatz sparende Berechnung von V_n kann in rekursiver Form gemäß

  

  erfolgen, wobei V₀ = 0. Die Werte T(t_n) werden in der Identifikationseinheit nach jeder neuen n-ten Messung überschrieben.
• Eine effektive on-line-Berechnung der e-Funktion in Gleichung (4) oder (6) kann eine im Zielprozessor vorhandene Funktionalität ausnutzen oder erfolgt durch Approximation mit einer Polynomfunktion oder einfach als Potenzreihe.
• 2 zeigt schematisch fünf Hauptschritte zur Implementierung der vorliegenden Erfindung. Im Schritt S1 werden die Nutzungsprofile einer Anzahl K technischer Systeme oder Produkte in Form von Betriebsgrößen (insbesondere Sensorwerte) erfaßt und in Betriebsdatenspeichern, die in den jeweiligen Produkten eingebaut sind, gespeichert. Zu einem bestimmten Zeitpunkt werden im Schritt S2 die gespeicherten Betriebsgrößen ausgelesen und hieraus die Alterungsparameter für die jeweiligen Systeme bestimmt. Anschließend werden im Schritt S3 anhand der nun vorliegenden Daten aller K Produkte und eines Verschleißmodells noch unbekannte systemimmanente Parameter berechnet. Die Schritte S2 und S3 erfolgen zweckmäßigerweise über einen externen Rechner, der über ein geeignetes Auslesegerät mit den Betriebsdatenspeichern der jeweiligen Produkte in Verbindung gebracht werden kann.
• Nach vollständiger Bestimmung des Verschleißmodells der betrachteten Systemklasse erfolgt eine Offline-Übergabe der berechneten systemimmanenten Parameter oder des gesamten Verschleißmodells an die einzelnen in den Produkten untergebrachten Identifikationseinheiten (Schritt S4). Hierbei kann beispielsweise durch Übergabe aktuell berechneter systemimmanenter Parameter zu gewissen Zeiten eine Korrektur des in einer Identifikationseinheit bereits abgelegten Verschleißmodells erfolgen. Anschließend können im Schritt S5 die jeweiligen Alterungsparameter eines Systems durch die systeminterne Identifikationseinheit für die einzelnen, unterschiedlichen Belastungen (Nutzungsprofile) der Produkte online berechnet werden.
• Die Schritte S1 bis S3 werden zweckmäßigerweise von einem Computerprogramm in einem systemexternen Rechner ausgeführt, während die Schritte S4 und S5 in einer systeminternen Rechnereinheit ausgeführt werden können.
• Die vorliegende Erfindung erlaubt sowohl für den Verbraucher aber auch für den Hersteller und für Wartungsbetriebe eine schnelle Information über produktspezifische Parameter, die die alterungsbedingten Veränderungen eines Produktes angeben, ohne selbst direkt meßbar zu sein. Es läßt sich anhand dieser Informationen entscheiden, ob ein Produkt noch recycled, d. h. in einem anderen System weiterverwendet werden kann, ob sich aufwendige Reparaturen noch lohnen oder wie es um die aktuelle Qualität des Produktes steht. Letzteres kann insbesondere bei sicherheitskritischen Systemen entscheidende Bedeutung haben. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt den Erhalt dieser Informationen aus dem System oder Produkt selbst, ohne daß externe zusätzliche Verarbeitungsgeräte notwendig wären. Schließlich ermöglicht die Erfindung eine adaptive Regelung von Systemen, z. B. die adaptive Regelung von Luft-Kraftstoff-Gemischen zur Emissionssteuerung.
• Verwendete Formeln:
• f = f(p, x(t), a(t)) = 0 (1) f_k = f(p, a_k(t_k), x_k(t)) = 0, k = 1, ..., K, (2)
  

Claims (8)

1. Verfahren zur Erfassung von alterungsbedingte Veränderungen eines technischen Systems beschreibenden Parametern (a(t)), wobei nutzungsabhängige Betriebsgrößen (x(t)) im System erfasst werden und die erfassten nutzungsabhängigen Betriebsgrößen (x(t)) systemextern abrufbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Verschleißmodells (f) ein Zusammenhang zwischen den erfassten Betriebsgrößen (x(t)) und den alterungsbedingte Veränderungen des Systems beschreibenden Parametern (a(t)) hergestellt und diese Parameter (a(t)) oder davon abgeleitete Größen systemintern berechnet werden, dass bei einem durch f = f(p, x(t), a(t)) = 0 gegebenen Verschleißmodell (f) der die nutzungsunabhängigen systemimmanenten Parameter (A, B, ...) repräsentierende Parametervektor (p) dadurch bestimmt wird, dass bei einer Anzahl von K Systemen derselben System-klasse die erfassten und gespeicherten Betriebsgrößen (x_k(t)) nach einer Nutzungszeit (t_k) jeweils systemextern abgerufen werden und hieraus für jedes System zugehörige, den Verschleiß oder die Alterung kennzeichnende Parameter (a_k(t_k)) bestimmt werden (k = 1, ..., K), und dass anschließend aus den K Verschleißmodellen (f_k) ein Parametervektor (p) für die Systemklasse bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Vielzahl von K Systemen ein Gleichungs-system f_k = f(p, x_k(t), a_k(t_k)) = 0, k = 1, ..., K, aufgestellt und für K ≥ P als Lösung der Parametervektor p = p* als Näherung für die betrachtete Systemklasse bestimmt wird, wobei P die Anzahl der Parameter des Parametervektors p darstellt.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschleißmodell (f) im Steuergerät des Systems gespeichert wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die alterungsbedingten Veränderungen eines Systems beschreibenden Parameter (a(t)) oder die davon abgeleiteten Größen periodisch aus den erfaßten nutzungsabhängigen Betriebsgrößen (x(t)) mittels des Verschleißmodells (f) errechnet und jeweils nur die aktuellen Werte dieser Parameter bzw. Größen gespeichert werden, während die erfassten Betriebsgrößen (x(t)) periodisch überschrieben werden.
5. Vorrichtung zur Erfassung von alterungsbedingte Veränderungen eines technischen Systems (1) beschreibenden Parametern, wobei Mittel (3) zur Erfassung nutzungsabhängiger Betriebsgrößen (x(t)) im System vorgesehen sind, gekennzeichnet durch eine systeminterne Einheit (7), der die erfassten nutzungsabhängigen Betriebsgrößen (x(t)) zuführbar sind, und in der mittels eines Verschleißmodells (f), das einen Zusammenhang zwi-schen den erfassten Betriebsgrößen und den alterungsbe-dingte Veränderungen des Systems beschreibenden Parametern (a(t)) herstellt, diese Parameter (a(t)) oder davon abgeleitete Größen berechenbar sind, und durch eine Vorrichtung zur Bestimmung eines durch f = f(p, x(t), a(t)) = 0 gegebenen Verschleißmodells (f) mit einem nutzungsunabhängige systemimmanente Parameter (A, B, ...) einer Systemklasse repräsentierenden Parametervektor (p), die aufweist: – ein Auslesegerät (5) zum Auslesen von in einer Anzahl K Systemen dieser Systemklasse über eine Nutzungszeit (t_k) erfassten und gespeicherten Betriebsgrößen (x_k(t)), aus denen zu jedem System gehörige, den Verschleiß oder die Alterung kennzeichnende Parameter (a_k(t_k)) bestimmbar sind (k = 1, ..., K), und – eine Rechnereinheit (6) zur Berechnung des Parametervektors (p) für diese Systemklasse aus den erhaltenen K Verschleißmodellen (f_k).
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Betriebsdatenspeicher (2) zur Speicherung der nutzungsabhängigen Betriebsgrößen (x(t)).
7. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um alle Schritte des Anspruchs 1 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Rechnereinheit, insbesondere einer Einheit (7) in einer Vorrichtung gemäß Anspruch 5, ausgeführt wird.
8. Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einen computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach Anspruch 1 durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einen entsprechenden Rechnereinheit, insbesondere einer Einheit (7) der Vorrichtung gemäß Anspruch 5 ausgeführt wird.

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