DE102018215013A1

DE102018215013A1 - Belastungsbestimmungsverfahren für eine Fahrzeugkomponente eines Fahrzeugs, Steuereinheit und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018215013A1
Application number: DE102018215013.3A
Authority: DE
Inventors: Kilian Förster; Tobias Brok; Herbert Ernst
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2018-09-04
Publication date: 2020-03-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Belastungsbestimmungsverfahren für eine Fahrzeugkomponente (3) eines Fahrzeugs (1) durch eine Steuereinheit (2) des Fahrzeugs (1). Zu unterschiedlichen Zeitpunkten werden vorbestimmte Lastwechsel (4) der Fahrzeugkomponente (3) erfasst. Aus einer Historie (5) der erfassten Lastwechsel (4) wird ein aktuelles Belastungsprofil (6) generiert. Für das aktuelle Belastungsprofil (6) wird mittels eines vorbestimmten Referenzprofils (7), welches eine erwartete Schädigung der Fahrzeugkomponente (3) oder eine erwartete Zunahme einer Ausfallwahrscheinlichkeit pro Lastwechsel (4) beschreibt, gemäß einer vorbestimmten Berechnungsvorschrift ein einen aktuell erwarteten Schädigungswert oder eine aktuell erwartete Ausfallwahrscheinlichkeit der Fahrzeugkomponente (3) beschreibender aktueller Zustandswert (8) berechnet. Der aktuelle Zustandswert (8) wird mit einem vorbestimmten Schwellenwert (9) verglichen und im Fall einer Überschreitung des Schwellenwertes (9) ein Ausgabesignal (10) erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Belastungsbestimmungsverfahren für eine Fahrzeugkomponente eines Fahrzeugs, sowie eine Steuereinheit und ein Fahrzeug.
Fahrzeugkomponenten eines Fahrzeugs werden heute nach einem festgelegten Referenzprofil geprüft. Diese Referenzprofile werden auf Grundlage von Belastungsprofilen erstellt, die sich aus der bekannten Belastung der jeweiligen Fahrzeugkomponenten ergeben. Für die Referenzprofile kann beispielsweise eine Anforderung gestellt werden, dass die Fahrzeugkomponente für eine Betriebsdauer über 15 Jahre oder eine Strecke von mindestens 300.000 km ausgelegt sein muss. Hierfür ist es erforderlich, die konkrete Belastung der Fahrzeugkomponente über die Betriebsdauer oder die Strecke zu bestimmen. Dies kann, basierend auf Erfahrungen und Daten, bezogen auf die Belastung der Fahrzeugkomponente durch ein durchschnittliches Fahrverhalten abgeschätzt werden. Das Belastungsprofil und das darauf basierende Referenzprofil können sogenannte Lastkollektive umfassen. Diese Lastkollektive können beispielsweise durch die Fahrzeugkomponente zu bestehende Belastungen beschreiben. Der besagten Betriebsdauer oder der besagte Strecke kann beispielsweise eine Schar an Lastwechseln zugeordnet sein, welche eine jeweilige Anzahl und eine jeweilige Lastamplitude für Lastwechsel festlegt. Eine Betriebsdauer von 15 Jahren der Fahrzeugkomponente kann hierbei beispielsweise 100.000 Lastwechseln einer vorbestimmten Amplitude entsprechen Besteht die Fahrzeugkomponente eine vorbestimmte Belastungsprüfung, kann die Fahrzeugkomponente im Fahrzeug verwendet werden und verbleibt in der Regel bis zu dessen Lebensende im Fahrzeug. Die tatsächlich auftretenden Belastungen des Fahrzeugs werden dabei nicht beachtet. Dies ist für konventionelle Fahrzeuge möglich, weil das Belastungsprofil ausreichend bekannt ist und diese Methode im Felde erprobt ist. Mit zunehmender Verbreitung von automatisiert fahrenden Fahrzeugen kann diese Methode jedoch nicht übertragen werden. Es fehlen unter anderem die Testkilometer zur Bildung des Belastungsprofils. Bei autonomen Taximodellen ist zudem der Anspruch an die Laufleistung ohne Wartung und Reparatur extrem erhöht. Das Belastungsprofil dieser Fahrzeuge kann nur abgeschätzt werden.
Aufgrund der mangelnden Erfahrung mit autonom fahrenden Fahrzeugen konnte für diese noch kein spezifisches Belastungsprofil erstellt werden. Eine Verwendung der bekannten Belastungsprofile für autonom fahrende Fahrzeuge kann zu Fehleinschätzungen der Fahrzeugkomponentenbelastung führen und ein vorzeitiges und spontanes Ausfallen der Fahrzeugkomponente verursachen.
In der DE 10 2006 061 656 A1 sind ein Verfahren und eine Steueranordnung zur Abschätzung eines Verschleißzustands mindestens einer elektrischen Parkbremse beschrieben. In dem Verfahren ist es vorgesehen, dass eine Anzahl dynamischer Bremsvorgänge durch einen Zähler erfasst wird. Bei einer Überschreitung einer vorbestimmten Anzahl der dynamischen Bremsvorgänge erfolgt eine haptische Warnung an einen Fahrer des Fahrzeugs.
In der DE 10 2017 106 528 A1 sind ein Fahrzeugbremssystem und ein Verfahren zum Erfassen von Verschleiß eines Reibeelements beschrieben. Das Fahrzeugbremssystem ist dazu eingerichtet, einen Verschleißgrad oder einen Abnutzungsgrad des Fahrzeugbremssystems zu erfassen und eine Warnung auszugeben, wenn der erfasste Verschleißgrad größer ist als ein vorbestimmter Wert.
In der DE 102 57 839 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung von Radbremsen beschrieben. In dem Verfahren ist es vorgesehen, dass ein Computerprodukt Betriebsgrößen der Radbremse erfasst und die erfassten Betriebsgrößen mit vorbestimmten Schwellenwerten vergleicht.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Zustand einer Fahrzeugkomponente bestimmen zu können, um rechtzeitig Gegenmaßnahmen zur Vermeidung eines Ausfalls der Fahrzeugkomponente einleiten zu können.
Durch die Erfindung wird ein Belastungsbestimmungsverfahren für eine Fahrzeugkomponente eines Fahrzeugs bereitgestellt. Durch eine Steuereinheit des Fahrzeugs werden wiederholt zu unterschiedlichen Zeitpunkten vorbestimmte Lastwechsel der Fahrzeugkomponente erfasst. Aus einer Historie der erfassten Lastwechsel wird ein aktuelles Belastungsprofil generiert. Für das aktuelle Belastungsprofil wird durch die Steuereinheit ein Zustandswert berechnet, welcher einen aktuell erwarteten Schädigungswert und/oder eine aktuell erwartete Ausfallwahrscheinlichkeit der Fahrzeugkomponente beschreibt. Die Berechnung erfolgt mittels eines vorbestimmten Referenzprofils, welches eine erwartete Schädigung der Fahrzeugkomponente und/oder eine erwartete Zunahme einer Ausfallwahrscheinlichkeit pro Lastwechsel beschreibt. Die Berechnung erfolgt gemäß einer vorbestimmten Berechnungsvorschrift. Der aktuelle Zustandswert wird mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Im Fall der Überschreitung des Schwellenwerts wird durch die Steuereinheit ein Ausgabesignal erzeugt.
Mit anderen Worten wird durch die Erfindung das Belastungsbestimmungsverfahren bereitgestellt, welches es ermöglicht, den aktuellen Zustandswert der Fahrzeugkomponente des Fahrzeugs zu bestimmen. Hierfür wird durch die Steuereinheit des Fahrzeugs über einen Zeitraum zu den unterschiedlichen Zeitpunkten eine Erfassung der vorbestimmten Lastwechsel der Fahrzeugkomponente erfasst. Aus den erfassten vorbestimmten Lastwechseln wird die Historie gebildet, aus welcher das aktuelle Belastungsprofil erzeugt wird. Das Belastungsprofil beschreibt die Anzahl und Intensität der erfassten vorbestimmten Lastwechsel über die Historie. Mittels des vorbestimmten Referenzprofils ist es möglich, auf Grundlage der Historie den aktuellen Zustandswert der Fahrzeugkomponente zu berechnen. Das Referenzprofil beschreibt die erwartete Schädigung der Fahrzeugkomponente oder die erwartete Zunahme einer Ausfallwahrscheinlichkeit pro Lastwechsel. Nach einer vorbestimmten Berechnungsvorschrift wird der aktuelle Zustandswert berechnet, welcher den aktuell erwarteten Schädigungswert oder die aktuell erwartete Ausfallwahrscheinlichkeit der Fahrzeugkomponente beschreibt. Der berechnete aktuelle Zustandswert der Fahrzeugkomponente wird mit dem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Wird der vorbestimmte Schwellenwert durch den aktuellen Zustandswert der Fahrzeugkomponente überschritten, wird das Ausgabesignal durch die Steuereinheit erzeugt.
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass ein erwarteter Zustand der Fahrzeugkomponente kontinuierlich basierend auf erfassten Lastwechseln und dem Referenzprofil berechnet werden kann.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Belastungsbestimmungsverfahren für eine Bremskomponente des Fahrzeugs verwendet wird. Die Steuereinheit kann beispielsweise einen Mikroprozessor oder einen Mikrocontroller aufweisen, welcher alle durch die Bremskomponenten durchgeführten Bremsvorgänge erfasst. Die Erfassung kann wiederholt und zu unterschiedlichen Zeitpunkten erfolgen. Die Bremsvorgänge können vorbestimmte Lastwechsel der Fahrzeugkomponente darstellen. Die vorbestimmten Lastwechsel können beispielsweise eine jeweilige Belastungsamplitude und/oder eine jeweilige Belastungsfrequenz, beispielsweise einer Vibration oder eines Ruckelns, definiert sein. Die Steuereinheit kann fortlaufend die auf das Bremssystem wirkende Belastung (z.B. Druckdauern und Druckhöhe) registriert. Diese kann dann entweder kontinuierlich, oder zu diskreten Zeitpunkten dem abgeprüften Belastungsprofil, also dem Referenzprofil gegenübergestellt werden. Die Erfassung der Lastwechsel kann beispielsweise durch eine Sensoreinheit erfolgen. Die Steuereinheit kann die erfassten Lastwechsel der Fahrzeugkomponente in der Historie z.B. in einem Datenspeicher protokollieren. Aus der Historie kann die Steuereinheit ein aktuelles Belastungsprofil erzeugen, welches alle durchgeführten Lastwechsel der Fahrzeugkomponente beinhalten kann. Aus dem aktuellen Belastungsprofil lässt sich die aktuell erwartete Ausfallwahrscheinlichkeit oder der aktuell erwartete Schädigungswert der belasteten Fahrzeugkomponente aus einem Vergleich mit dem Referenzprofil berechnen. Der aktuelle Zustandswert kann aber auch ein Maß für die bereits erfolgte Belastung der Fahrzeugkomponente sein, um einen Vergleich der während der Erstellung des Referenzprofils erfolgten Belastung zu ermöglichen. Das Referenzprofil kann dabei lediglich aussagen, dass die Fahrzeugkomponente das getestete Referenzprofil ohne Funktionsverlust übersteht, ohne Rückschlüsse auf eine Schädigung. Der aktuelle Zustandswert der Fahrzeugkomponente kann mittels des vorbestimmten Referenzprofils aus dem aktuellen Belastungsprofil abgeleitet werden. Das vorbestimmte Referenzprofil beschreibt die erwartete Schädigung der Fahrzeugkomponente oder die erwartete Zunahme der Ausfallwahrscheinlichkeit pro Lastwechsel.
Das vorbestimmte Referenzprofil kann beispielsweise eine Wöhlerverteilung und/oder eine Tabelle für die Fahrzeugkomponente aufweisen. Durch das vorbestimmte Referenzprofil kann beispielsweise eine Änderung des Zustandswerts aufgrund eines jeweiligen Lastwechsels berechnet werden. Gemäß der vorbestimmten Berechnungsvorschrift kann aus dem Referenzprofil und dem Belastungsprofil der aktuell erwartete Schädigungswert oder die aktuell erwartete Ausfallwahrscheinlichkeit der Fahrzeugkomponente berechnet und als Zustandswert ausgegeben werden. Das Belastungsprofil kann beispielsweise alle durch die Fahrzeugkomponente erfolgten Lastwechsel aufweisen, wobei beispielsweise für jeden Lastwechsel eine Temperatur der Fahrzeugkomponente im Moment des jeweiligen Lastwechsels gespeichert sein kann. Für jeden Lastwechsel einer bestimmten Temperatur kann beispielsweise in dem, Referenzprofil eine Änderung des Zustandswerts zugeordnet sein. Werden die durch die Lastwechsel erfolgten Änderungen des Zustandswerts aufsummiert oder integriert kann der aktuelle Zustandswert der Fahrzeugkomponente das Ergebnis sein. Das Referenzprofil kann für die Fahrzeugkomponente nach einem vorbestimmten Prüfverfahren oder einem vorbestimmten Simulationsverfahren erstellt worden sein. Die Steuereinheit kann den berechneten aktuellen Zustandswert der Fahrzeugkomponente mit dem vorbestimmten Schwellenwert vergleichen. Der vorbestimmte Schwellenwert kann beispielsweise einen Schwellenwert beschreiben, welcher einen maximal in dem Referenzprofil beschriebenen Zustandswert angibt. Mit anderen Worten kann es möglich sein, dass für den vorbestimmten Schwellenwert keine experimentell ermittelten Daten für die Fahrzeugkomponente vorliegen. Wird der Schwellenwert durch den aktuellen Zustandswert der Fahrzeugkomponente überschritten, kann durch die Steuereinheit das Ausgabesignal erzeugt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass für jeden Lastwechsel ermittelt wird, welche Lastamplitude und/oder Lastfrequenz er jeweils aufweist und beim Vergleich mit dem Referenzprofil die Lastamplitude und/oder Lastfrequenz berücksichtigt wird.
Mit anderen Worten wird nicht nur die Anzahl der Lastwechsel erfasst, sondern die jeweilige Lastamplitude und/oder Lastfrequenz, mit der der jeweilige Lastwechsel erfolgt ist. Die Lastamplitude und/oder Lastfrequenz werden zur Abschätzung der Schädigung mit den im Referenzprofil gespeicherten Werten verglichen.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Belastungs- und Lastfrequenzabhängigkeit einer durch einen Lastwechsel erfolgten Beschädigung der Fahrzeugkomponente berücksichtigt wird.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Lastamplitude der Belastung durch den Lastwechsel durch einen Sensor erfasst werden kann. Die Lastfrequenz oder eine Geschwindigkeit, mit welcher die Belastung erfolgt, kann ebenfalls durch den Sensor erfasst werden. Die Steuereinheit kann die erfasste Lastamplitude und die erfasste Lastfrequenz dem jeweiligen Lastwechsel zuordnen. Zur Ermittlung des Zustands der Fahrzeugkomponente kann die Steuereinheit Informationen aus dem Referenzprofil abrufen. In dem Referenzprofil kann eine Veränderung des Zustands in Abhängigkeit eines Lastwechsels, welcher eine vorbestimmte Lastamplitude oder eine vorbestimmte Lastfrequenz aufweist, gespeichert sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Zustandswert als aktuelle schädigungsäquivalente Lastwechselzahl berechnet wird.
Mit anderen Worten wird der Zustandswert durch die Anzahl der durchgeführten Lastwechsel angegeben, wobei die Schädigung in Abhängigkeit der Lastamplitude des Lastwechsels berücksichtigt wird.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Standardgröße zur Bestimmung der Betriebsfestigkeit verwendet wird.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die schadensäquivalente Lastwechselzahl nach der Norm berechnet wird, welche in der VDA-Mitteilung 311 mit dem Titel „Betriebsfestigkeit Radbremse Anforderungen und Prüfungen“ oder ihrer internationalen Veröffentlichung SAE J 2995 „Strength and Durability Testing for Automotive Hydraulic Brake Components“ der SAE International beschrieben ist. Dabei wird die schadensäquivalente Lastwechselzahl N_1k unter Berücksichtigung der Laststufen nach der Formel $N_{1 k} = \sum_{i = 1}^{N} {(\frac{F_{i}}{F_{1}})}^{k} n_{i}$
berechnet. F_i ist eine Last einer Laststufe i. F₁ ist eine Last einer Laststufe 1. k ist ein Neigungsexponent der Wöhlerlinie. n_i ist eine Einzelhäufigkeit einer Laststufe i. Die Laststufen können jeweilige Lastamplituden eines Lastwechsels sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in Abhängigkeit von dem Ausgabesignal eine Fahrweise des Fahrzeugs eingestellt wird.
Mit anderen Worten erfolgt aufgrund des Ausgabesignals eine Anpassung eines Fahrverhaltens eines Autopiloten oder einer Fahrassistenzvorrichtung.
Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Fahrweise eingestellt werden kann, welche eine Belastung der Fahrzeugkomponente minimiert. Somit kann es möglich sein, eine Zeit bis zu einem geplanten Wartungstermin überbrücken zu können.
Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass sich das Bremsverhalten eines Autopiloten verändert, nachdem er das Ausgabesignal empfangen hat. Dies kann dazu führen, dass beispielsweise zur Schonung einer Fahrzeugkomponente der Bremse das Bremsverhalten derart angepasst wird, dass ein Bremsvorgang über eine längere Zeit, aber mit einer geringeren Lastamplitude durchgeführt wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in Abhängigkeit von dem Ausgabesignal ein Fahrbetrieb des Fahrzeugs deaktiviert wird. Mit anderen Worten wird das Fahrzeug in Abhängigkeit von dem Ausgabesignal stillgelegt oder eine Einleitung des Fahrbetriebs verweigert. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Betrieb der Fahrzeugkomponente in einem nicht geprüften Bereich verhindert werden kann. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Einleiten des Fahrbetriebs des Fahrzeugs nach dem Betätigen einer Zündung verweigert wird, wenn das Ausgabesignal beinhaltet, dass der Zustandswert der Fahrzeugkomponente den Schwellenwert überschreitet.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in Abhängigkeit von dem Ausgabesignal ein Warnsignal an einen externen Zentralrechner versandt wird. Mit anderen Worten wird der externe Zentralrechner mittels des Warnsignals darüber informiert, dass der vorbestimmte Schwellenwert durch den aktuellen Zustandswert einer Fahrzeugkomponente überschritten wird. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Flottenbetreiber, zu dessen Flotte das Fahrzeug gehört, Wartungsvorgänge für das jeweilige Fahrzeug einleiten kann. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass bei einem Überschreiten des Schwellenwertes das Ausgabesignal an den externen Zentralrechner versandt wird, wobei das Warnsignal den Zustandswert der betroffenen Fahrzeugkomponente umfasst.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in Abhängigkeit von dem Ausgabesignal ein vorbestimmtes Fahrziel eingestellt wird. Mit anderen Worten wird in einem Navigationssystem oder in einem Autopiloten das vorbestimmte Fahrziel ausgewählt, wenn das Navigationssystem oder der Autopilot das Ausgabesignal empfangen. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Fahrer oder ein Autopilot automatisch zu einer Wartungsstelle geführt werden, wenn ein Austausch der Fahrzeugkomponente erforderlich ist. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Ausgabesignal von einem Autopiloten des Fahrzeugs empfangen wird. Der Autopilot kann daraufhin eine Fahrt zu dem vorbestimmten Fahrziel einleiten, wobei es sich bei dem vorbestimmten Fahrziel beispielsweise um eine Werkstatt handeln kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mittels eines vorbestimmten Extrapolationsverfahrens ein Verlauf des Zustandswerts prognostiziert und eine Differenz bis zu einem prognostizierten Überschreiten des Schwellenwertes ausgegeben wird. Mit anderen Worten wird das vorbestimmte Extrapolationsverfahren auf die Historie angewandt, um den zukünftigen Verlauf des Zustandswerts zu prognostizieren. Die Prognose ermöglicht es zu bestimmen, wann der Schwellenwert nach der Prognose Überschritten wird. Es wird eine Differenz bis zu dem Überschreiten des Schwellenwertes durch die Steuereinheit berechnet und ausgegeben. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass beispielsweise ein Fahrer oder ein Flottenbetreiber des Fahrzeugs informiert werden kann, wie sich der Zustand der Fahrzeugkomponente basierend auf dem bisherigen Fahrverhalten des Fahrzeugs weiter entwickeln wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das vorbestimmte Extrapolationsverfahren auf das aktuelle Belastungsprofil angewandt wird. Dadurch kann beispielsweise berechnet werden, wie basierend auf der im Belastungsprofil gespeicherten Historie sich der Zustandswert voraussichtlich verändern wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass basierend auf dem berechneten zukünftigen Verlauf als Differenz eine voraussichtlich noch fahrbare Kilometerzahl ausgegeben wird, bis der Zustandswert den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Zu der Erfindung gehört auch die Steuereinheit für das Kraftfahrzeug. Die Steuereinheit weist eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
Die Erfindung umfasst auch ein Kraftfahrzeug, welches eine Steuereinheit zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens aufweist. Das Kraftfahrzeug kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen sein.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuereinheit und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Steuereinheit und des erfindungsgemäßen Fahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Das Verfahren kann in einem Fahrzeug 1 erfolgen, welches die Steuereinheit 2 aufweist, um den Zustand der Fahrzeugkomponente 3 beobachten zu können.
Die Steuereinheit 2 kann hierfür wiederholt zu unterschiedlichen Zeitpunkten die vorbestimmten Lastwechsel 4, welche durch die Fahrzeugkomponente 3 durchgeführt werden, erfassen. Die vorbestimmten Lastwechsel 4 werden durch die Steuereinheit 2 über einen längeren Zeitraum gespeichert, um die Historie 5 der Lastwechsel 4 zu erzeugen (P1).
Aus der Historie 5 kann die Steuereinheit 2 das aktuelle Belastungsprofil 6 der Fahrzeugkomponente 3 bestimmen. Das aktuelle Belastungsprofil 6 kann die durch die Fahrzeugkomponente 3 durchgeführten Lastwechsel 4 umfassen. Für jeden der vorbestimmten Lastwechsel 4 können die Lastamplitude und/oder die Lastfrequenz des Lastwechsels 4 gespeichert sein (P2).
In einem Schritt P3 kann durch die Steuereinheit das vorbestimmte Referenzprofil 7 aus einem Speicher der Steuereinheit abgerufen werden. Das vorbestimmte Referenzprofil 7 kann das erwartete Verhalten der Fahrzeugkomponente 3 durch einen Lastwechsel 4 beschreiben. Es kann beispielsweise beschreiben, welche erwartete Schädigung der Fahrzeugkomponente 3 oder welche erwartete Zunahme der Ausfallwahrscheinlichkeit pro Lastwechsel erfolgt. Das vorbestimmte Referenzprofil 7 kann beispielsweise nach einem normierten Prüfungsverfahren der Fahrzeugkomponente 3 erstellt sein. Gemäß der vorbestimmten Berechnungsvorschrift kann basierend auf dem vorbestimmten Referenzprofil 7 aus dem aktuellen Belastungsprofil 6 der Zustandswert 8 berechnet werden. Der Zustandswert 8 kann den aktuell erwarteten Schädigungswert oder die aktuell erwartete Ausfallwahrscheinlichkeit der Fahrzeugkomponente 3 beschreiben. Der Zustandswert 8 kann beispielsweise als schadensäquivalente Lastwechselzahl angegeben sein.
In einem Schritt P4 kann die Steuereinheit 2 den Schwellenwert 9 des vorbestimmten Referenzprofils 7 abrufen. Der Schwellenwert 9 kann beispielsweise ein Istwert des Zustandswerts 8 sein, welcher in dem vorbestimmten Referenzprofil 7 geprüft wurde. Der aktuelle Zustandswert 8 kann mit dem Schwellenwert 9 durch die Steuereinheit 2 verglichen werden. Überschreitet der aktuelle Zustandswert 8 den Schwellenwert 9, kann die Steuereinheit das Ausgabesignal 10 erstellen.
Das Ausgabesignal 10 kann in einem Schritt P5 dazu führen, dass die Fahrweise des Fahrzeugs 1 eingestellt wird. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Autopilot des Fahrzeugs 1 ein vorbestimmtes Fahrprofil auswählt oder Sollwerte wie beispielsweise eine maximale Bremsamplitude senkt, um ein geplantes Wartungsintervall zu erreichen. Es kann auch vorgesehen sein, dass eine Fahrassistenzeinrichtung des Fahrzeugs ihr Eingriffsverhalten in den Fahrbetrieb verändert. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine Fahrassistenzvorrichtung frühzeitiger ein Abbremsen des Fahrzeugs 1 einleitet, dies jedoch mit einer geringeren Lastamplitude. Somit kann eine Schonung der Fahrzeugkomponente 3 erreicht werden.
In einem Schritt P6 kann die Steuereinheit 2 das Warnsignal an einen externen Zentralrechner versenden. Zusätzlich kann auch ein Hinweis an den Fahrer des Fahrzeugs 1 oder an Insassen des Fahrzeugs 1 ausgegeben werden. Dies kann beispielsweise mittels eines optischen Signals erfolgen. Das Warnsignal 11 kann beispielsweise über eine Internetverbindung an den externen Zentralrechner 12 übertragen werden und beispielsweise den aktuellen Zustandswert 8 und das aktuelle Belastungsprofil 6 der Fahrzeugkomponente 3 umfassen.
Zusätzlich zu den Schritten P5 und P6 kann in einem Schritt P7 eine vorgegebene Fahrzeugreaktion erfolgen. Es kann beispielsweise eine Ausgabe an den Fahrer des Fahrzeugs 1 ausgegeben werden, welche ihn auffordert, sein Fahrverhalten anzupassen, um eine weitere Belastung der Fahrzeugkomponente 3 zu minimieren. Es kann auch eine Anfrage an den Fahrer gestellt werden, ob der Autopilot des Fahrzeugs 1 das Fahrzeug 1 zu dem vorbestimmten Fahrziel fahren soll.
In einem Schritt P8 kann automatisch das vorbestimmte Fahrziel durch ein Navigationssystem oder den Autopiloten eingestellt werden. Das vorbestimmte Fahrziel kann beispielsweise eine Werkstatt sein, welche dazu autorisiert ist, die Fahrzeugkomponente 3 auszutauschen. Es kann auch vorgesehen sein, dass der Fahrbetrieb des Fahrzeugs 1 eingestellt wird. Dies kann bedeuten, dass die Durchführung der Einleitung eines Fahrvorgangs durch einen Autopiloten verweigert wird oder der Autopilot das Fahrzeug 1 nach einem vorbestimmten Anhaltevorgang zum Stehen bringt.
2 zeigt eine mögliche Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeugs. Das Fahrzeug 1 kann beispielsweise ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen sein. Das Fahrzeug 1 kann die Steuereinheit aufweisen, wobei es sich beispielsweise um einen Mikrocontroller, einen Mikroprozessor oder ein eingebettetes System handelt. Die Fahrzeugkomponente 3 des Fahrzeugs 1 kann beispielsweise eine Fahrzeugkomponente 3 eines Bremssystems des Fahrzeugs 1 sein. Es kann beispielsweise ein Bremssattel, eine Hydraulikkomponente oder ein Bremsschlauch sein. Wird der vorbestimmte Lastwechsel 4 durchgeführt, kann dies durch die Steuereinheit 2 registriert werden und in der Historie 5 gespeichert werden. Die Historie 5 kann die Menge aller durch die Fahrzeugkomponente 3 durchgeführten Lastwechsel 4 umfassen. Der vorbestimmte Lastwechsel kann eine Lastfrequenz des Lastwechsels 4 oder eine Lastamplitude des Lastwechsels 4 umfassen. Eine Lastamplitude kann beispielsweise eine Druck sein, mit welchem eine Fahrzeugkomponente 3 belastet wurde. Aus der Historie 5 kann die Steuereinheit 2 das aktuelle Belastungsprofil 6 generieren. In der Steuereinheit 2 kann das vorbestimmte Referenzprofil 7 gespeichert sein. Dieses kann beispielsweise mittels eines normgerechten Prüfungsverfahrens erstellt worden sein. Das vorbestimmte Referenzprofil 7 kann beispielsweise beschreiben, welche Schädigung oder Erhöhung der Ausfallwahrscheinlichkeit der Fahrzeugkomponente 3 durch einen jeweiligen vorbestimmten Lastwechsel 4 zu erwarten ist. Nach dem vorbestimmten Berechnungsverfahren kann für das aktuelle Belastungsprofil 6 unter Anwendung des vorbestimmten Referenzprofils 7 der aktuelle Zustandswert 8 der Fahrzeugkomponente 3 berechnet werden. Der aktuelle Zustandswert 8 kann somit die aufgrund der in der Historie 5 erfassten Lastwechsel 4 zu erwartende Schädigung oder Ausfallwahrscheinlichkeit der Fahrzeugkomponente 3 angeben. Der aktuelle Zustandswert 8 kann mit dem Schwellenwert 9 verglichen werden. Dieser kann beispielsweise in dem vorbestimmten Referenzprofil 7 gespeichert sein und einen maximal erfassten Zustandswert 8 des vorbestimmten Referenzprofils 7 angeben. Mit anderen Worten kann der Schwellenwert 9 beispielsweise angeben, bis zu welcher Belastung die Fahrzeugkomponente 3 während des Prüfverfahrens belastet wurde. Der Zustandswert 8 und der Schwellenwert 9 können beispielsweise als schädigungsäquivalente Lastwechselzahl angegeben sein. Der Schwellenwert 9 kann auch manuell vorgegeben und in der Steuereinheit 2 gespeichert sein. Der Schwellenwert 9 könnte ähnlich einer Spritverbrauchsanzeige auf Basis der Historie 5 auch flexibel gestaltet werden. Je nach bisherigem Belastungsprofil 6 kann eine „Restreichweite“ angegeben werden, welche bis zu einem Überschreiten des Schwellenwertes 9 durch den Zustandswert 8 gemäß der Extrapolation gefahren werden kann. Wird der aktuelle Zustandswert 8 mit dem Schwellenwert 9 durch die Steuereinheit 2 verglichen und eine Überschreitung festgestellt, kann die Steuereinheit 2 das Ausgabesignal 10 erzeugen. Das Ausgabesignal 10 kann beispielsweise an eine Recheneinheit 14 des Fahrzeugs 1 versandt werden. Bei der Recheneinheit 14 kann es sich beispielsweise um eine Fahrassistenzeinheit oder einen Autopiloten handeln. Es kann auch eine Ausgabeeinheit sein, welche dazu eingerichtet ist, akustische, haptische oder optische Warnsignale an den Fahrer auszugeben. Die Überschreitung des Schwellenwerts 9 kann auch dazu führen, dass das Warnsignal 11 an die externe Recheneinheit 12 durch die Steuereinheit 2 versandt wird. Die externe Recheneinheit 12 kann beispielsweise ein Mikroprozessor sein, welcher beispielsweise das Warnsignal 11 über eine mobile Internetverbindung empfangen kann. Die externe Recheneinheit 12 kann als Reaktion auf den Empfang des Warnsignals 11 ein Anweisungssignal 13 an die Steuereinheit versenden. Das Warnsignal 11 kann beispielsweise die betroffene Fahrzeugkomponente 3, das aktuelle Belastungsprofil 6 und den berechneten Zustandswert 8 umfassen. Das Anweisungssignal 13 kann beispielsweise eine Anpassung des Fahrverhaltens eines Autopiloten bewirken oder zu einer Stilllegung des Fahrzeugs 1 führen. Die Steuereinheit 2 kann dazu eingerichtet sein, mit weiteren Fahrzeugkomponenten 3 zusammenzuwirken. In diesem Fall wird für jede der Fahrzeugkomponenten 3 eine jeweilige Historie 5 der Lastwechsel 4, ein aktuelles Belastungsprofil 6 und auf Grundlage des vorbestimmten Referenzprofils 7 ein Zustandswert 8 berechnet.
Die Bauteile eines Betriebsbremssystems werden heute nach einem festgelegten Belastungsprofil geprüft. Das Belastungsprofil wird abgeleitet aus bekannten Kundenprofilen, durch Berechnungsverfahren nach „Stand der Technik“ gerafft und dann in ein prüfbares Belastungsprofil überführt. Bestehen die Bauteile die Belastungsprüfung, kann der Bremssattel im Fahrzeug verbaut werden und verbleibt in der Regel bis zu dessen Lebensende im Fahrzeug - ungeachtet des dann tatsächlich durchlebten Kundenprofils. Dies ist für konventionelle Fahrzeuge möglich, da das Kundenprofil ausreichend bekannt ist, und diese Methode im Felde erprobt ist.
Mit zunehmender Verbreitung von automatisiert fahrenden Fahrzeugen, kann diese Methode jedoch nicht 1:1 übertragen werden. Es fehlen u.a. die Testkilometer zur Bildung des Kundenprofils. Bei „autonomen Taximodellen“ ist zudem der Anspruch an die Laufleistung ohne Wartung und Reparatur extrem erhöht. Das Kundenprofil dieser Fahrzeuge kann nur abgeschätzt werden. Auch durch die Übernahme von Bremsanteilen durch Rekuperation wird das Kollektiv schwieriger abzuschätzen.
Auf Grund der mangelnden Erfahrung mit autonom fahrenden Fahrzeugen kann die Abschätzung mal besser, mal schlechter treffen. Im Extremfall kann ein vorzeitiges und spontanes Ausfallen der Komponenten zu großen Verkehrsbehinderungen führen.
Die Idee ist daher, eine Art Belastungszähler, welcher auch als Belastungsbestimmer bezeichnet werden kann, einzubauen. Bei dem Belastungszähler kann es sich um die Steuereinheit handeln. Das Besondere an dem Belastungszähler ist, dass er das Referenzprofil, wobei es sich um ein abgeprüftes Belastungsprofil der eingebauten Fahrzeugkomponenten handeln kann, kennt und dessen schädigungsäquivalente Lastwechselzahl berechnen kann. Diese kann mit dem Schwellenwert, welcher in dem Belastungszähler gespeichert sein kann, verglichen werden. Er merkt sich fortlaufend das tatsächlich abgerufenen „Kundenbremsprofil“ und errechnet nach dem Stand der Technik das geraffte Kundenprofil bzw. dessen schädigungsäquivalente Lastwechselzahl das bzw. die er dann mit dem abgeprüften Profil vergleicht. Der Zähler kann für mehrere unterschiedliche Komponenten im Bremssystem (Hydraulik, Bremssattel, Bremsschläuche usw.) gleichzeitig verwendet werden.
Nähert sich die tatsächliche Belastung der abgeprüften Belastung und überschreitet den Schwellenwert, so kann das System oder die Steuereinheit den Fahrer - falls gerade aktiv- bzw. Betreiber darauf aufmerksam machen (Warnung im Fahrzeug oder Meldung an die Zentrale des Betreibers). Dieser kann dann entscheiden, was er mit dem Fahrzeug tun möchte. Das Fahrzeug kann darauf hin sein Verhalten anpassen (z.B. früher bremsen, langsamer fahren), um eine höhere „Restreichweite“ z.B. um ein bestimmtes Wartungsevent zu erreichen, in der die betroffenen Komponenten getauscht werden können.
Des Weiteren könnten in letzter Instanz die Insassen gewarnt werden, oder das Fahrzeug stillgelegt werden.
Koppelt man die Erkenntnisse des Belastungszählers z.B. bei „autonomen Taximodellen“ permanent an ein Programm zur Optimierung der Fahrweise, so ließe sich eine weitere Optimierung der Betriebskosten erreichen.
Wird der Anstieg der Schädigung gespeichert (z.B. in der Form Anstieg der schädigungsäquivalenten Lastwechselzahl pro km oder Tag), kann eine Restlaufzeit berechnet werden um z.B. Wartungszeitpunkte zu planen.
Das Verfahren ist noch erweiterbar, in dem aus dem eigenen Fahrprofil und dem Fahrprofilen anderer hochautomisiert fahrender Fahrzeuge eine Vorhersage getroffen wird, wie sich das zukünftige Fahrprofil des eigenen Fahrzeugs entwickeln wird.
Zudem könnte aus den (Werkstatt)Service Daten der Fahrzeugflotte eine Statistik gebildet werden durch welche Fahrprofile eine häufige Fahrzeugkomponentenschädigung auftritt. Die Verfahren sind bekannt unter den Begriffen „maschine learning“ und „predictive maintenance“.Die Kombination beider o.g. Verfahren führt zu einer genaueren Ermittlung des Werkstattintervalls bzw. der Notwendigkeit des Fahrzeugkomponentenaustausches.
Die Fahrzeugkomponenten können bis an Ihre Lebensgrenze „gefahren“ oder genutzt werden. Eine rücksichtsvolle Fahrweise wird belohnt durch lange Standzeiten der Fahrzeugkomponenten. Ein Optimum zwischen Kosten und Laufleistung kann bei mehr Erfahrung damit erreicht werden. Verbrauchte Fahrzeugkomponenten können vor einem Ausfall getauscht werden. Die Zuverlässigkeit der Fahrzeuge steigt. Durch die Einhaltung der Wartungsintervalle, oder die Optimierung der Fahrweise lassen sich geringere Betriebskosten und höhere Reichweiten zwischen den Serviceintervallen erreichen. Der Nutzwert von permanent betriebenen Fahrzeuge steigt somit durch die Erfindung.
Die VDA 311 beschreibt ein im Bremsenbereich übliches Verfahren zum Ermitteln einer schädigungsäquivalenten Lastwechselzahl aus einem vorgegebenen Profil. Diese ließe sich anwenden auf den oben beschriebenen Vergleich. Die Erfindung kann auch mit weiteren Normen und Verfahren verwendet werden. Beispielsweise sind die AS 4100, DIN 15018 und DASt 011, DIN 22261, FEM 1.001, EN 13001-3-1, EN 1993-1-9 (Eurocode 3), ISO 5049-1, EN 13001-3-1, EN 1993-1-9 (Eurocode 3) genannt.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung die Zuverlässigkeit der Fahrzeuge durch eine rechtzeitige Wartung der Fahrzeugkomponente erhöht werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006061656 A1 [0004]
DE 102017106528 A1 [0005]
DE 10257839 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 15018 [0057]
DIN 22261 [0057]
ISO 5049-1 [0057]

Claims

Belastungsbestimmungsverfahren für eine Fahrzeugkomponente (3) eines Fahrzeugs (1), dadurch gekennzeichnet, dass durch eine Steuereinheit (2) des Fahrzeugs (1), - wiederholt zu unterschiedlichen Zeitpunkten vorbestimmte Lastwechsel (4) der Fahrzeugkomponente (3) erfasst werden, - aus einer Historie (5) der erfassten Lastwechsel (4) ein aktuelles Belastungsprofil (6) generiert wird, - für das aktuelle Belastungsprofil (6) mittels eines vorbestimmten Referenzprofils (7), welches eine erwartete Schädigung der Fahrzeugkomponente (3) und/oder eine erwartete Zunahme einer Ausfallwahrscheinlichkeit pro Lastwechsel (4) beschreibt, gemäß einer vorbestimmten Berechnungsvorschrift ein einen aktuell erwarteten Schädigungswert und/oder eine aktuell erwartete Ausfallwahrscheinlichkeit der Fahrzeugkomponente (3) beschreibender jeweiliger aktueller Zustandswert (8) berechnet wird, - der jeweilige aktuelle Zustandswert (8) mit einem vorbestimmten Schwellenwert (9) verglichen wird, und - im Fall einer Überschreitung des Schwellenwertes (9) ein Ausgabesignal (10) erzeugt wird.
Belastungsbestimmungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Lastwechsel (4) ermittelt wird, welche Lastamplitude und/oder Lastfrequenz er jeweils aufweist, und beim Vergleich mit dem Referenzprofil die Lastamplitude und/oder Lastfrequenz berücksichtigt wird.
Belastungsbestimmungsverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Lastamplitude und/oder Lastfrequenz der jeweiligen Lastwechsel (4) der aktuelle Zustandswert (8) als aktuelle schadensäquivalente Lastwechselzahl berechnet wird.
Belastungsbestimmungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Ausgabesignal (10) eine Fahrweise des Fahrzeugs (1) eingestellt wird.
Belastungsbestimmungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Ausgabesignal (10) ein Warnsignal (11) an einen externen Zentralrechner (12) versandt wird.
Belastungsbestimmungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Ausgabesignal (10) ein Fahrbetrieb des Fahrzeugs (1) deaktiviert wird.
Belastungsbestimmungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem Ausgabesignal (10) ein vorbestimmtes Fahrziel eingestellt wird.
Belastungsbestimmungsverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines vorbestimmten Extrapolationsverfahrens ein Verlauf des Zustandswerts (8) prognostiziert und eine Differenz bis zu einem prognostizierten Überschreiten des Schwellenwertes (9) ausgegeben wird.
Steuereinheit (2), eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
Fahrzeug (1), umfassend eine Steuereinheit (2) nach Anspruch 9.