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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen eines Geräts mittels eines Prüfstands nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der
DE 196 10 583 C1 bekannt. Das zu prüfende Gerät wird hierbei unter vorgegebenen Randbedingungen in dem Prüfstand betrieben und die interessierenden Ausgangsgrößen des Geräts aufgezeichnet. Parallel hierzu findet eine rechnerische Simulation aufgrund eines mathematischen Modells des zu prüfenden Geräts statt. Dem Simulationsmodell werden die gleichen Eingangsdaten zur Verfügung gestellt, die der Prüfstand dem realen Gerät vorgibt. Zur Validierung des Prüfstandslaufs werden die im Prüfstand gemessenen Ausgangsgrößen mit den im Simulationsmodell errechneten Ausgangsgrößen verglichen.
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Viele Geräte können bei solchen Prüfstandsläufen Betriebsbedingungen einnehmen, die zu einer Beschädigung am Gerät selbst oder am Prüfstand führen können. Um dies zu vermeiden, wird üblicherweise ein Intervall vorgegeben, innerhalb dessen sich die Ausgangsgrößen des Geräts bewegen dürfen. Überschreiten die gemessenen Ausgangsgrößen diese Intervallgrenzen, so wird angenommen, dass das Gerät in einem unsicheren Betriebszustand ist. Um Schäden zu vermeiden wird dann der Prüfstandslauf beendet. Dies führt zu sehr aufwändigen Prüfvorgängen, da in einem solchen Fall der Prüfstand bis zu einer erfolgten Fehleranalyse stillstehen muss. Eine hohe Zahl von Prüflaufsunterbrechungen führt dabei zu besonders hohe Entwicklungskosten und zu nennenswerten Verzögerungen in der Entwicklung eines Gerätes. Bei vorgegebener Entwicklungsdauer kann dies hohe Extrakosten zur Folge haben, wenn wegen häufiger Stillstände bestehender Prüfstände zusätzliche Prüfkapazitäten bereitgestellt (d. h. beschafft oder ausgeliehen) werden müssen, um alle wünschenswerten Prüfumfänge ohne Terminverschiebungen tatsächlich durchführen zu können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, welches eine effizientere Prüfung von Geräteprüfständen erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Bei einem derartigen Verfahren zum Prüfen eines Geräts mittels eines Prüfstandes wird zunächst wenigstens eine Ausgangsgröße des Geräts in Abhängigkeit von wenigstens einer gemäß einem vorbestimmten Programm durch den Prüfstand vorgegebenen Eingangsgröße des Geräts gemessen. Parallel hierzu wird eine Simulation durchgeführt, bei welcher wenigstens eine simulierte Ausgangsgröße in Abhängigkeit von der wenigstens einen Eingangsgröße auf Grundlage eines rechnerischen Modells bestimmt wird. Die gemessene und simulierte Ausgangsgröße werden verglichen, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass bei einer Abweichung der gemessenen von der simulierten Ausgangsgröße, die einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, die wenigstens eine vom Prüfstand vorgegebene Eingangsgröße gemäß einem vorbestimmten Kriterium in Abweichung von dem vorbestimmten Programm geändert wird.
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Im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten Prüfverfahren, bei welchem feste Schwellenwerte für die Ausgangsgröße vorgegeben werden, bei denen eine Abschaltung des Prüfstands erfolgt, wird hier also das Prüfprogramm adaptiv geändert, um so zu verhindern, dass das geprüfte Gerät in einen Zustand gebracht wird, in welchem es beschädigt werden könnte oder zu Beschädigungen des Prüfstandes führen könnte.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt somit die Prüfung von Geräten bereits in frühen Erprobungsstadien mit wesentlich weniger Prüfstandabschaltungen als aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren. Dies ermöglicht eine zuverlässigere Prüfung von Geräten mit wesentlich geringeren Ausfallzeiten der Prüfstandseinrichtung, so dass die Prüfung insgesamt kostengünstiger ausfällt und in einem kürzeren Zeitraum mehr Prüfdaten erhoben werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das vorbestimmte Kriterium so gewählt, dass die Abweichung der gemessenen von der simulierten Ausgangsgröße minimiert wird. Mit anderen Worten wird das zu prüfende Gerät bei auftretenden Abweichungen durch die adaptive Prüfstrategie in den Sollzustand zurückgeführt, so dass extreme Betriebsbedingungen, die zu Schädigungen führen könnten zuverlässig vermieden werden können.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das vorbestimmte Kriterium das Versetzen des Gerätes in einen Entlastungsbetriebszustand. Dies kann bei bestimmten Fällen von Abweichungen sinnvoll sein, die durch eine andauernde Überlastung des zu prüfenden Geräts zustande kommen. Beispielsweise kann ein überhitzendes Gerät in dieser Variante des Verfahrens in einen Betriebszustand versetzt werden, in welchem es Gelegenheit zum Abkühlen erhält, so dass keine gefährliche Überhitzung auftreten kann. Allgemein kann hierzu beispielsweise eine Reduzierung der am Prüfstand angelegten Last gewählt werden.
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Bei besonders starken Abweichungen, also wenn eine unmittelbare Beschädigung des Geräts oder des Prüfstands bevor steht, kann das vorbestimmte Kriterium ferner eine Abschaltung des Prüfstands umfassen. Eine solche Abschaltung ist zwar, wie geschildert, nicht wünschenswert, in manchen Fällen aus Sicherheitsgründen jedoch nicht zu vermeiden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn sich eine Abweichung zwischen gemessener und simulierter Ausgangsgröße so schnell aufbaut, dass keine adaptive Lastreduzierung zur Schonung des Geräts nicht mehr möglich ist. In diesem Fall muss zur Vermeidung von Schäden auf die geschilderte Art eine Abschaltung des Prüfstands durchgeführt werden.
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Bevorzugt erfolgt die Bestimmung der simulierten Ausgangsgröße zeitgleich zur Bestimmung der gemessenen Ausgangsgröße. Hierzu wird vorzugsweise ein Echtzeitbetriebssystem für die Simulation verwendet, um so zuverlässig auch auf schnell eintretende Änderungen des Betriebszustandes des Geräts reagieren zu können.
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Im Folgenden wird die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei ein Diagramm der Abschalthäufigkeit eines Prüfstands bei der Durchführung eines exemplarischen Prüfprogramms gemäß einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich mit der Durchführung eines Prüfprogramms nach dem Stand der Technik.
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Um das Verhalten von neu entwickelten Geräten zu prüfen, werden diese in der Regel Prüfstandsläufen unterzogen. Solche Prüfstandsläufe finden oftmals bereits sehr früh in einem Entwicklungszyklus statt, so dass das Verhalten des Geräts am Prüfstand nicht immer vollständig den Erwartungen entspricht. Es kann daher zu Überlastungen des Geräts oder des Prüfstands selbst kommen. Dies muss vermieden werden, um Schäden zu verhindern. Üblicherweise wird daher für bestimmte Ausgangsgrößen des Geräts, die am Prüfstand gemessen werden, ein Intervall festgelegt, innerhalb dessen der Prüfablauf als sicher betrachtet wird. Bewegt sich die Ausgangsgröße außerhalb dieses Bereiches, so wird zur Verhinderung von Schäden der Prüfstandslauf unterbrochen. Gerade in frühen Stadien des Entwicklungszyklus kann dies zu häufigen Prüfstandsabschaltungen führen, was den Prüfvorgang langwierig und teuer macht.
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Die relative Abschalthäufigkeit des Prüfstands bei einem derart durchgeführten Prüfungsablauf ist in der Figur in einem Diagramm dargestellt. Die durchgezogene Linie 10 zeigt dabei die Abschalthäufigkeit bei der Verwendung einer beschriebenen Vorgabe auf Grundlage von Intervallen für wenigstens eine Ausgangsgröße des zu prüfenden Geräts, im gezeigten Beispiel eines Antriebsstrangs für ein Kraftfahrzeug. Die Abschalthäufigkeit ist über den zeitlichen Erprobungsablauf aufgetragen, der in mehrere Phasen 12 unterteilt ist. Die Phasen 12 unterscheiden sich bezüglich der Eingangsgröße, die dem zu prüfenden Triebstang durch den Prüfstand auferlegt wird. Hier können beispielsweise unterschiedliche Fahrverhalten durch die Änderung des Rollenverhaltens eines angenommenen Fahrers simuliert werden. Beispielsweise kann ein schonender, ein normaler und ein sportlicher Fahrer simuliert werden.
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Die häufigen Prüfungsunterbrechungen bzw. Prüfstandsabschaltungen zu vermeiden, ist es im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, von einer starren Vorgabe abzuweichen. Parallel zur Durchführung der Prüfung auf dem Prüfstand wird gleichzeitig die geprüfte Ausgangsgröße auf Grundlage eines mathematischen Modells simuliert. Das Modell erhält hierbei die gleichen Eingangsgrößen, wie der zu prüfende Antriebsstrang auf dem Prüfstand. Die Simulation erfolgt online, vorzugsweise in einer Echtzeitumgebung, wobei die Ausgangsgrößen der physikalischen Prüfung auf dem Prüfstand und die Ausgangsgrößen der Simulation ständig miteinander verglichen werden. Weichen die Ausgangsgrößen der physikalischen Prüfung von den simulierten Ausgangsgrößen ab, so wird bei einem gewissen Ausmaß der Abweichung der Prüfungsablauf geändert.
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Insbesondere wird hierbei eine Adaptionsstrategie entwickelt, die dazu dienen soll, diese Abweichung zu reduzieren. Hierzu können beispielsweise geeignete Sondermanöver auf den Prüfstand durchgeführt werden, die Belastung des geprüften Antriebsstrangs reduziert werden oder, bei besonders großen und damit gefährlichen Abweichungen, eine vollständige Abschaltung durchgeführt werden. Durch diese adaptive Strategie kann eine Vielzahl von Prüfstandsabschaltungen, die bei einer einfachen Vorgabe auftreten, vermieden werden.
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Die relative Abschalthäufigkeit ist in der Figur durch die strichlierte Linie 14 dargestellt. Es ist zu erkennen, dass unter Verwendung einer derartigen adaptiven Strategie deutlich weniger Prüfstandsabschaltungen stattfinden, als bei einer einfachen Vorgabe. Die Prüfungen können damit schneller und zuverlässiger durchgeführt werden, was insbesondere auch in frühen Stadien des Entwicklungszyklus gilt. Durch die Adaption der Prüfungsbedingungen wird jedoch die Fehleranalyse erschwert, da die jeweils geänderten adaptiven Strategien in die Fehleranalyse einbezogen werden müssen. Dies ist bei einer einfachen Vorgabe nicht der Fall. Da eine derartige Anpassung der Fehleranalyse an die adaptive Änderung des Prüfstandslaufes jedoch auch auf relativ einfache Art und Weise rechnerisch durchzuführen ist, ist das erfindungsgemäße Verfahren immer noch deutlich kostengünstiger und zuverlässiger als aus dem Stand der Technik bekannte Prüfverfahren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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