DE10306579A1

DE10306579A1 - Verfahren zur Ermittlung der Belastung eines oder mehrerer mechanischer Bauteile eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE10306579A1
Application number: DE2003106579
Authority: DE
Inventors: Ralph Dipl.-Ing. Gerritzen (FH); Hardy Dipl.-Ing. Mendler; Michael Bayer
Original assignee: MAN Nutzfahrzeuge AG
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2003-02-17
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-09-02

Abstract

Ein Verfahren zur Ermittlung der Belastung eines oder mehrerer mechanischer Bauteile eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, bei dem für das jeweilige Bauteil als Belastbarkeitsgrenze eine Häufigkeitsgrenze der Überschreitungen einer dem Bauteil zugeordneten ertragbaren Belastungsgrenze vorgegeben wird, und bei Erreichen der Belastbarkeitsgrenze der Austausch des Bauteils angezeigt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Belastung eines oder mehrerer mechanischer Bauteile eines Kraftfahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Aus DE 100 14 994 A1 ist es bekannt, zur Ermittlung der Belastung von mechanischen Bauteilen eines Kraftfahrzeugs Daten des gesamten Nutzungszeitraums in einen zentralen Speicher über einen Datenbus im Fahrzeug abzuspeichern. Mit Hilfe von Auswertemitteln werden die gespeicherten Daten so interpretiert, dass sich ein Maß für eine Abnutzung des Fahrzeugs oder dessen Komponenten ergibt. Dabei kann ein Abnutzungsgrad als Summe von gewichteten Häufigkeiten von Überschreitungen ausgewählter Schwellenwerte oder gewichteter Mittelwerte gebildet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit welchem eine Überdimensionierung eines oder mehrerer mechanischer Bauteile eines Kraftfahrzeugs vermieden werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.
Die Unteransprüche beinhalten Weiterbildungen der Erfindung.
Bei der Erfindung wird für das jeweilige Bauteil als Belastbarkeitsgrenze eine Häufigkeitsgrenze der Überschreitungen einer dem Bauteil zugeordneten ertragbaren Belastungsgrenze vorgegeben und bei Erreichen der Belastbarkeitsgrenze der Austausch des Bauteils angezeigt. Die hierbei durchgeführte Schädigungsrechnung wird Online im Kraftfahrzeug durchgeführt. Hierzu werden die vom CAN-Bus des Fahrzeugs zur Verfügung gestellten Daten während des Fahrbetriebs ausgewertet. Bei Erreichen der Belastbarkeitsgrenze, die durch diese Schädigungsrechnung festgestellt wird, erfolgt eine Anzeige zum Austausch des entsprechenden Bauteils. Hierbei handelt es sich um mechanische Bauteile, wie beispielsweise Bremssättel, Gelenkwellen, Getriebe, Kreuzgelenke, Antriebsachsgetriebe und dergleichen. Diese mechanischen Bauteile sind bei herkömmlichen Fahrzeugen in der Regel überdimensioniert, wobei für jedes Fahrzeugs über die gesamte Fahrzeuglebensdauer (15 Jahre, 1 Mio. km) der härteste Betriebseinsatz vorausgesetzt wird. Dieser härteste Betriebseinsatz wird jedoch nur von einer geringen Anzahl von Fahrzeugen geleistet. Für die Mehrzahl der Fahrzeuge, insbesondere Nutzfahrzeuge, genügt eine geringere Sicherheitsreserve.
Mit Hilfe der Erfindung kann bei der Dimensionierung und Auslegung der mechanischen Bauteile eine Optimierung und damit verbundene Kosten- und Gewichtsreduzierung erreicht werden. Falls das Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, im härteren Einsatz betrieben wird, gewährleistet die erfindungsgemäße Schädigungsrechnung, welche Online im Fahrzeug durchgeführt wird, eine rechtzeitige Anzeige für den Austausch des entsprechenden Bauteils.
Zur Durchführung der Online-Schädigungsrechnung können in vorteilhafter Weise CAN-Botschaften ausgewertet werden, um die Festigkeit der versagenskritischen Stellen des Bauteils zu bewerten. Als ertragbare Belastbarkeitsgrenze kann in vorteilhafter Weise eine dem Bauteil zugeordnete Wöhler-Linie (Spannungs-Schwingspielzahl-Kurve), welche die Anzahl der ertragbaren Belastungsamplituden angibt, verwendet werden. Für die Schädigungsrechnung wird die Klassenüberschreitungshäufigkeitszählung (level crossing), d. h. die Häufigkeitszählung der die Dauerfestigkeit (horizontaler Bereich der Wöhler-Linie) überschreitenden Belastungen verwendet und mit der Wöhler-Linie verglichen. Bei Erreichen bzw. Überschreiten einer Häufigkeitsgrenze, welche bei der Schädigungsrechnung einer Schädigung D < 1, insbesondere D ≥ 0,5 entspricht, wird der Austausch des Bauteils beispielsweise an einem Display im Fahrzeug angezeigt. In Abhängigkeit vom jeweiligen Bauteil kann die jeweils geeignete Schädigungsrechnung mit Bezugnahme auf die jeweilige modifizierte Wöhlerlinie durchgeführt werden.
Hierdurch kann unter Berücksichtigung festzulegender Sicherheitsfaktoren ein Erreichen der Belastbarkeitsgrenze des Bauteils in extremen Einsätzen festgestellt und rechtzeitig ein Austausch des Bauteils veranlasst werden. Hierdurch ist es möglich, das Bemessungskollektiv, welches die Grundlage der Dimensionierung und Erprobung des Bauteils bildet, deutlich abzuschwächen und eine Gewichts- und Kostenersparnis aufgrund kleinerer oder leichterer und damit kostengünstigerer Bauteile zu erreichen. Insbesondere bei Bauteilen, bei denen nur ein begrenzter Bauraum, wie beispielsweise beim Bremssätteln zur Verfügung steht, erweist sich dies von Vorteil.
Ferner können die Bemessungskollektive für künftige Entwicklungen anhand der aus gebrauchten Fahrzeugen auslesbaren Daten angepasst werden. Dies ermöglicht eine weitere Eingrenzung der Lastkollektive für die Dimensionierung und Erprobung und somit eine Optimierung der Auslegung des jeweiligen Bauteils.
Die beschriebene Schädigungsrechnung kann beispielsweise bei Bremssätteln zum Einsatz kommen. Hierbei wird die Häufigkeit bestimmter Bremskraftamplituden ermitteln und mit der zugehörigen Wöhler-Linie verglichen. Zur Durchführung der Schädigungsrechnung werden die CAN-Botschaften für die Feststellbremse (EIN/AUS) und der Bremsdruck der Hinter- und Vorderachsen ausgewertet. Diese liegen alle auf dem T-CAN (Antriebsstrang-CAN). Diese Daten werden mittels der Klassengrenzenüberschreitungshäufigkeitszählung (level crossing) klassiert.
Ferner kann die Online-Schädigungsrechnung für Bauteile des Antriebsstrangs des Fahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, angewendet werden. Unter Verwendung der CAN-Botschaften für das Motormoment, die Gelenkwellendrehzahl sowie der Motordrehzahl, welche auf dem T-CAN liegen, kann die Schädigungsrechnung für Gelenkwellen durchgeführt werden. Aus der Motordrehzahl und der Gelenkwellendrehzahl wird die augenblickliche Getriebeübersetzung berechnet. Hieraus wird mit dem Motormoment das Gelenkwellenmoment berechnet. Das Gelenkwellenmoment wird zusammen mit der Gelenkwellendrehzahl als Verweildauer-Zählung (time @ level) und als Klassengrenzenüberschreitungshäufigkeitszählung (level crossing) klassiert. Aus der Klassengrenzenüberschreitungshäufigkeitszählung des Gelenkwellenmoments wird die rechnerische Schädigung des Gelenkwellenrohres bewertet. Zusammen mit der Verweildauerzählung von Gelenkwellenmoment und Gelenkwellendrehzahl lässt sich auch die Schädigung der Kreuzgelenke berechnen. Hierbei lässt sich aus der Gelenkwellendrehzahl und der Verweildauerzählung (time @ level) eine „Überrollklassierung" für das Kreuzgelenk ableiten. Daraus ergibt sich die Häufigkeit der jeweiligen Momente, die am Kreuzgelenk wirkten. Aus der Verweildauerzählung wird zusammen mit der Drehzahl die Klassengrenzenüberschreitungshäufigkeitszählung (level crossing-Zählung) abgeleitet.
Anhand der Figuren wird für einen Bremssattel eine Online-Schädigungsrechnung, welche der Erfindung zur Anwendung kommt, erläutert.
Es zeigt:
1 eine Beanspruchungszeitfunktion, die sich während eines bestimmten Zeitablaufs aus Bremskraftamplituden ergibt, wobei auf der Ordinate die Bremskraftamplituden und auf der Abszisse die Zeit aufgetragen sind;
2 die Summenhäufigkeit (Beanspruchungskollektiv) der Bremskraftamplituden, wobei die Summenhäufigkeit auf der Abszisse in logarithmischem Maßstab und die Amplitudenwerte auf der Ordinate linear aufgetragen sind; und
3 den Vergleich der Summenhäufigkeit der Bremskraftamplituden mit der Wöhler-Linie eines Bremssattels.
Die Schädigung D errechnet sich mit
wobei ni die Anzahl bestimmter im Betrieb auftretender Belastungsamplituden und Ni die Anzahl der zugeordneten ertragbaren Belastungsamplituden, welche auf der Wöhler-Linie liegen, bedeuten. Dabei werden Belastungen, die über der Dauerfestigkeit (horizontaler Bereich) der Wöhler-Linien liegen, für die Schädigungsrechnung verwendet. Bei einer Schädigung D < 1, insbesondere D ≥ 0,5 wird der Austausch des Bauteils angezeigt.

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Belastung eines oder mehrerer mechanischer Bauteile eines Kraftfahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, bei dem die Häufigkeit von Belastungen des jeweiligen Bauteils mit einem zugeordneten Schwellenwert verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, dass für das jeweilige Bauteil als Belastbarkeitsgrenze eine Häufigkeitsgrenze der Überschreitungen einer dem Bauteil zugeordneten ertragbaren Belastungsgrenze vorgegeben wird, und bei Erreichen der Belastbarkeitsgrenze der Austausch des Bauteils angezeigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass CAN-Daten des Kraftfahrzeugs online zur Bildung der Daten, welche die Überschreitungen der dem Bauteil zugeordneten ertragbaren Belastungsgrenze wiedergeben, verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als für das jeweilige Bauteil ertragbare Belastungsgrenze die Wöhler-Linie des Bauteils verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Schädigung D < 1, insbesondere ≥ 0,5 einer Schädigungsrechnung gegen die Wöhler-Linie des Bauteils der Austausch des Bauteils angezeigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen der Belastbarkeitsgrenze eines Bremsenbauteils, insbesondere des Bremssattels durch Zählung der bestimmten Bremskraftamplituden bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Erreichen der Belastbarkeit eines im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs liegenden Bauteils durch eine Verweildauerzählung ermittelt wird.