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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Festsetzung von Wartungsintervallen von Kraftfahrzeugbaugruppen
oder ihrer Untereinheiten, die bei der Wartung des Fahrzeugs bei
einem bestimmten Abnutzungs- bzw. Ermüdungsgrad zu ersetzen sind. Diese
Untereinheiten werden im Folgenden als Wartungseinheiten bezeichnet,
da sie typischerweise bei Wartungsaufgaben als Ganzes ersetzt werden.
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Zur Wartung von Kraftfahrzeugbaugruppen werden üblicherweise
einzelne Wartungseinheiten nach einer bestimmten festgesetzten Lebensdauer oder
alternativ nach einer bestimmten Laufleistung ersetzt. Eine solche
starre Festsetzung von Wartungsintervallen hat jedoch den Nachteil,
dass Wartungseinheiten bei ganz unterschiedlichen Abnutzungs- bzw.
Ermüdungsgraden
gewartet oder ganz ausgewechselt werden. Dabei bleibt unberücksichtigt,
in welcher Form diese Wartungseinheiten im vorausgegangenen Betrieb
belastet wurden. Hier können
deutliche Unterschiede ausgemacht werden bezüglich der Abnutzung und Ermüdung, die
durch eine unterschiedliche Einsatzdauer, die Art der Zuladung, die
Charakteristika der zurückgelegten
Strecken, unterschiedliche klimatische Voraussetzungen und durch
Unterschiede im individuellen Fahrverhalten bewirkt werden. Eine
pauschale Annahme von Wartungsintervallen geht von einer gewissen
Mittelung dieser Belastungen aus. Dabei werden jedoch häufig Wartungseinheiten
zu früh
ausgetauscht oder es kommt zu Fahrzeugausfällen, weil ungewöhnlich stark
belastete Bauteile innerhalb des üblichen Wartungsintervalls
ausfallen.
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Eine Einzelfallentscheidung über das
Ersetzen von Wartungseinheiten setzt eine regelmäßige Inspektion und meist eine
Freilegung oder den Ausbau der jeweiligen Wartungseinheit voraus.
Dies stellt gegenüber
der Festsetzung von starren Wartungsintervallen einen erheblichen
Mehraufwand dar. Zusätzlich
stützt
sich eine Entscheidung über
den Austausch von Wartungseinheiten meist nur auf ein äußeres Erscheinungsbild
in Verbindung mit dem subjektiven Gesamteindruck des Kraftfahrzeugs.
Es hängt
somit vom Inspizierenden ab, wie treffend das Ausfallrisiko einer
bestimmten Wartungseinheit eingeschätzt wird. Gleichwohl fehlen
auch bei großer
Erfahrung für
eine präzise
Beurteilung in den meisten Fällen
Informationen über
die tatsächliche
Belastungsgeschichte der Wartungseinheit. Bei komplexen Baugruppen,
wie z.B. Fahrzeuggetrieben, sind zusätzlich die Bauteile in der
Regel nicht zugänglich, wodurch
keine Möglichkeit
für eine
visuelle Beurteilung besteht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein
Verfahren zur Bestimmung von Wartungsintervallen für Kraftfahrzeugbaugruppen
anzugeben, das die oben beschriebenen Nachteile pauschaler Wartungsintervalle
oder subjektiver Einzelfallentscheidungen überwindet. Das Verfahren soll
es ermöglichen,
eine Wartung möglichst
gut dem tatsächlichen
Verschleißgrad
und der daraus resultierenden Ausfallswahrscheinlichkeit anzupassen.
Gleichzeitig soll das Verfahren möglichst einfach mit bereits
bestehenden elektronischen Steuerungskomponenten von Kraftfahrzeugen
zu realisieren sein.
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Die Erfinder haben erkannt, dass
die Intervalle, nach denen Wartungseinheiten inspiziert oder ausgetauscht
werden müssen,
durch ein mehrstufiges Verfahren in geeigneter Art und Weise zu
ermitteln sind.
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In einer ersten Stufe des Verfahrens
werden die relevanten Belastungen auf eine Wartungseinheit analysiert
und das Ausfallverhalten, welches mit diesen Belastungen verbundenen
ist, durch Versuche und Berechnungen, insbesondere Korrelationsrechnungen,
ermittelt. Hierbei können
unterschiedliche Kriterien für
den Ausfall einer Wartungseinheit festgelegt werden, wie beispielsweise
nicht zulässiger Verschleiß, Bruch,
Verformung oder auch eine nicht tolerierbare Funktionsänderung.
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Das Ergebnis dieser ersten Stufe
des Verfahrens ist ein Kennfeld, in dem das Ausfallverhalten in Abhängigkeit
der unterschiedlichen Belastungshöhe und Belastungshäufigkeit
dargestellt wird. Je nach Auswahl der relevanten Belastungen wird
das Ausfallverhalten durch ein Kennfeld mit einem oder mehreren
Parametern repräsentiert.
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In der zweiten Stufe des Verfahrens
werden die im Fahrbetrieb auftretenden Belastungen auf die Wartungseinheit
ermittelt. Im einfachsten Fall handelt es sich hierbei um die Erfassung
der Häufigkeit
des Auftretens einer bestimmten Belastung. Vielfach wird jedoch
ein verfeinertes Verfahren notwendig, um die auftretenden Belastungen
hinreichend genau erfassen zu können,
insbesondere wenn es sich um mehrere relevante Belastungsfaktoren
handelt oder wenn dynamische Effekte zu berücksichtigen sind.
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Hierfür kann eine Einteilung der
Belastung in Klassen und eine davon ausgehende Zählung der schädigungsrelevanten
Ereignisse für
jede diese Klassen durchgeführt
werden. Diese Zählung
kann auf unterschiedliche Art und Weise bewirkt werden, etwa durch
die Bestimmung der Verweildauer in der jeweiligen Klasse, die Überschreitungshäufigkeit
der Klassengrenze oder die Umkehr der Belastung in der jeweiligen
Klasse. Als Ergebnis der zweiten Verfahrensstufe entsteht ein Belastungskollektiv,
welches repräsentativ
für die
Beanspruchung der Wartungseinheit ist.
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In der dritten Stufe des Verfahrens
wird das im Fahrbetrieb ermittelte Belastungskollektiv in geeigneter
Weise mit dem aus der ersten Stufe bekannten Ausfallverhalten der
Wartungseinheit verrechnet. Das Ergebnis ist eine abstrakte Größe, die
als Schadenssumme bezeichnet wird. Diese Schadenssumme, die im laufenden
Betrieb zunimmt und auf einfache Art und Weise abgespeichert werden
kann, ist im erfindungsgemäßen Verfahren
die Kenngröße, die
zu einer Inspektion einer Wartungseinheit führt, unter der Bedingung, dass
die Schadenssumme eine bestimmte kritische Schwelle überschreitet.
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Die kritische Schwelle kann durch
Kenntnis des Ausfallverhaltens aus der ersten Stufe des Verfahrens
festgelegt werden. Nachteilig wirken sich hierbei aber die Unsicherheiten
aus, die sowohl aus den Korrelationsberechungen und der Kennfeldfestlegung
als auch aus den vereinfachten Versuchsdurchführungen zur Ermittelung des
Ausfallverhaltens resultieren. Die Ermittelung eines zur Praxis
repräsentativen
Ausfallverhaltens erfordert einen hohen Versuchsaufwand und ist
nicht immer zufriedenstellend durchführbar.
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Es schließt sich daher eine vierte Stufe
des erfindungsgemäßen Verfahrens
an, wonach durch eine Reihe von Felddaten das Ausfallverhalten der Wartungseinheiten
in der Praxis ermittelt werden kann. Dazu werden die im Feld erreichten
Schadenssummen ermittelt und mit den Versuchsergebnissen aus der
ersten Verfahrensstufe verglichen. Anpassungen an das reale Ausfallverhalten
können
entweder durch Änderungen
der Ermittlung der Schadenssumme im elektronischen Steuerungsgerät oder durch
Verlegung der kritischen Schwelle der Schadenssumme vorgenommen
werden.
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Mit Kenntnis der Schadenssumme wird
jeder Wartungseinheit eine mit geringem Aufwand zu speichernde und
zu verarbeitende Größe zugeordnet,
die auf vereinfachte, aber dennoch hinreichend präzise Art
und Weise, die tatsächliche
Belastung auf das jeweilige Bauteil berücksichtigt und den Schädigungsgrad
ermittelt. Diese Kenngröße der Schädigung erlaubt
es, die Inspektion innerhalb eines deutlich besser angepassten Wartungsintervalls
durchzuführen. Daraus
ergibt sich eine deutlich verbesserte Festlegung von Wartungsintervallen
mit einer deutlich geringeren Bandbreite, innerhalb derer aus Kostengründen auf
frühzeitige
Inspektionen verzichtet und gleichzeitig die Ausfallwahrscheinlichkeit
auf ein Minimum reduziert werden kann.
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Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin
ist im einzelnen folgendes dargestellt:
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1 zeigt
ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen. Verfahrens zur Wartungsoptimierung
in einem Steuerungsgerät
eines Fahrzeugs.
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2 zeigt
schematisch die Unterteilung einer Kraftfahrzeugbaugruppe in Wartungseinheiten am
Beispiel eines automatischen Getriebes.
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3 zeigt
schematisch den Zusammenhang zwischen der Höhe und der Häufigkeit
der Belastung auf eine Wartungseinheit und dem Ausfallverhalten.
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4 zeigt
beispielhaft die Einteilung einer Belastung auf eine Wartungseinheit
in nach der Belastungshöhe
gestaffelten Klassen in Verbindung mit der Häufigkeit des Auftretens einer
entsprechenden Belastung.
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5 zeigt
beispielhaft die Verknüpfung
von Lastkollektiv und Ausfallverhalten zur Bestimmung der Schadenssumme.
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6:
zeigt beispielhaft den Zählvorgang zur
Erstellung eines Belastungskolletivs.
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7 zeigt
beispielhaft die Ausfallwahrscheinlichkeit zweier Wartungseinheiten
in Abhängigkeit
der Schadenssumme sowie die Festlegung eines kritischen Schwellwerts
für eine
der Wartungseinheiten.
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2 zeigt
in schematisch stark vereinfachter Art und Weise die Wartungseinheiten
(W1 – W7) eines
automatischen Getriebes, das im Folgenden exemplarisch zur Veranschaulichung
der Erfindung herangezogen wird. Die in 2 dargestellte Aufteilung der Wartungseinheiten
ist ebenfalls nur beispielhaft. Sie wird sich in der Praxis durch
die Bauart der Kraftfahrzeugbaugruppen ergeben, wodurch auch die
Vorgehensweise bei Wartungsarbeiten festgelegt ist. So lassen sich
aus konstruktiven Gründen
nur bestimmte Einheiten als Ganzes inspizieren oder ersetzen, wobei
hier die Einbaulage und die Wechselwirkung mit anderen Wartungseinheiten
eine wichtige Rolle spielt. Eine weitere Einteilung in Wartungseinheiten
wird sich aus der Art der Belastung während des Betriebes ergeben
und den daraus resultierenden Abnutzungserscheinungen bzw. der Ermüdung dieses
Bauteils.
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In Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Festlegung von Wartungsintervallen kann die Einteilung von Kraftfahrzeugbaugruppen
in Wartungseinheiten auch so vorgenommen werden, dass die im Folgenden
dargestellte Zuordnung von Belastungen zu Schadenssummen in geeigneter
Art und Weise durchgeführt
werden kann. Das heißt,
die Art der Belastung auf eine Wartungseinheit sollte möglichst
eindeutig klassifizierbar sein.
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Ausgangspunkt für die Bestimmung der Belastung
auf eine Wartungseinheit sind die Betriebsdaten des Fahrzeugs. Hierunter
fallen sensorische Daten, beispielsweise über Drehzahlen, Drehmomente, Temperaturen
unterschiedlicher Fahrzeugkomponenten, aber auch fahrdynamische
Daten, die Fahrzustände
charakterisieren. Ferner zählen
auch Gebersignale zu den Betriebsdaten, die dem jeweiligen Fahrerwunsch,
etwa nach Beschleunigung, entsprechen. Sensorische Daten und Gebersignale
stehen in heutigen Fahrzeugen über
Kommunikationsnetze, etwa den CAN-Bus, zur Verfügung und dienen der Fahrzeugsteuerung,
wie beispielsweise dem Optimieren des Schaltverhaltens in automatischen
Getrieben. Unter dem Begriff Betriebsdaten werden nachfolgend auch
alle Informationen über
das Fahrzeug, seine Zuladung und die Fahrzeugkomponenten verstanden,
die typischerweise in Steuergeräten abgelegt
und über
die genannten Kommunikationsverbindungen zugänglich sind. Beispielsweise
handelt es sich hierbei um Kennlinien des Motors, des Getriebes,
der Achs- und Getriebeübersetzungen
sowie Massenträgheitsmomente
etc.
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Ausgehend von den Betriebsdaten können die
auf die jeweiligen Wartungseinheiten einwirkenden Belastungen abgeschätzt werden.
Hierfür
müssen
im Steuergerät
der Wartungseinheiten oder der Kraftfahrzeugbaugruppen die zu den
Betriebsdaten oder einem Teil dieser Daten zugeordneten Belastungen
abgespeichert sein. Die Belastungswirkungen ergeben sich aus der
Wirkung von Drehmoment, Drehzahl, Druck, Temperatur auf die Wartungseinheit und
den daraus resultierenden Effekten, wie etwa Reibung, Spannung oder
Verformung. Eine solche Zuordnung zwischen Betriebsdaten und Belastung ist
für jede
Wartungseinheit anzugeben und wird vom Hersteller der Wartungseinheit
als Belastungsmodell festgesetzt. Diese zugeordneten Belastungsdaten können auch
für alle
Wartungseinheiten in einem zentralen Steuergerät abgelegt sein.
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Für
den ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es notwendig,
mit Belastungstests einen quantitativen Zusammenhang zwischen Belastung
und Ausfallswahrscheinlichkeit herzustellen. Dabei handelt es sich
vielfach um Belastungstests mit Wiederholungen auf einem bestimmten
Belastungsniveau bis zum Ausfall in Kombination mit Korrelationsberechnungen.
Im einfachsten Fall wird die Anzahl von Belastungsereignissen, dies
kann beispielsweise bei einem Getriebe die Anzahl von Gangwechseln
sein, mit dem Ausfallsverhalten verknüpft. 3 zeigt in schematisch vereinfachter
Art und Weise das Streuband des Ausfallverhaltens bei einer ausgewählten Belastung
im Verhältnis
zur Belastungshöhe
und zur Häufigkeit,
mit der diese auftritt. Der schraffierte Bereich in 2 erstreckt sich von einer unteren Schwelle,
bei der die Wahrscheinlichkeit, dass ein gegebenes Paar aus Belastungshöhe und Belastungshäufigkeit
zu einem Ausfall führt,
bei ungefähr
1 % liegt, zu einer oberen Schwelle, welche entsprechend dadurch
gekennzeichnet ist, dass die Wahrscheinlichkeit des Ausfalls bei
99 % liegt. Diese Kurven können
natürlich
nur näherungsweise
angegeben werden und weisen je nach Art der Bestimmung und der Anzahl
und Genauigkeit der hierfür durchgeführten Tests
eine gewisse Streubreite auf. Somit ist die Festlegung einer Schwelle,
die repräsentativ
für das
Ausfallverhalten steht, im Ermessen des Fachmanns und wird je nach
Art oder Bedeutung der zugeordneten Fahrzeugbaugruppe auf die sichere
Seite zu geringeren Ausfallwahrscheinlichkeiten, oder, falls dies
tolerierbar ist, in Richtung höherer Ausfallwahrscheinlichkeit
verschoben werden. In 3 wird
zur Illustration diese, im Folgenden als kritische Ausfallschwelle 1 bezeichnete
Festlegung, bei einer Ausfallwahrscheinlichkeit von 50 % eingezeichnet
und ist als gestrichelte Linie dargestellt. Ferner kann es vorteilhaft
sein, dass diese kritische Ausfallschwelle nicht über das
gesamte Kennfeld der gleichen Ausfallswahrscheinlichkeit zugeordnet
wird. Ist beispielsweise aus Belastungsversuchen bekannt, dass das
tatsächliche
Ausfallverhalten statistisch stark schwankt, so kann die kritische
Ausfallsschwelle in Bereichen großer Variationen um eine mittlere Ausfallswahrscheinlichkeit
so korrigiert werden, dass die kritische Ausfallschwelle zu einer
sicheren Seite verschoben wird. Im Wesentlichen wird das Ergebnis der
ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens somit
darin bestehen, relevante Belastungen, die in der Akkumulation zum
Ausfall führen,
zu bestimmen und ihnen in einem Kennfeld eine kritische Ausfallschwelle
zuzuordnen.
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Zur Charakterisierung von Ermüdungserscheinungen
bei Belastungsversuchen können
zerstörungsfreie
Messverfahren eingesetzt werden. Ein Beispiel hierfür ist das
Röntgen-Refraktionsverfahren,
mit dem sich aus der Belastung resultierende, mikrostrukturelle
Defekte wie Mikrorisse nachweisen lassen. Auch Simulationen wiederholter
Bauteilbelastungen, Schadensakkumulationsrechnungen und Plausibilitätsannahmen
sind geeignet, um einen quantitativen Zusammenhang von Belastungsfaktoren
und Schädigung
herzustellen.
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Entscheidend für den nachfolgenden zweiten
Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es, die für
eine Wartungseinheit relevanten Belastungen innerhalb eines Zeitintervalls
aus den Betriebsdaten zu bestimmen und in ein nach der Belastungshöhe gestaffeltes
Belastungsmuster zu klassieren. Basierend auf dieser Einteilung
kann nun eine Zählung
der schädigungsrelevanten
Ereignisse durchgeführt
werden. Hierbei wird unter einer Zählung im weitesten Sinne das Erfassen
der Häufigkeit
mit der eine Klasse entsprechende Belastung auftritt verstanden.
Ein Beispiel hierfür
ist eine Einteilung einer thermischen Belastung in mehrere Temperaturüberschreitungsstufen,
so dass als Beispiel für
eine ereignisgesteuerte Zählweise
in einer einzelnen Klasse eine Temperaturüberschreitung von 90° erfasst
wird, und die Häufigkeit,
mit der diese Belastung auftritt, gezählt wird. In einem verallgemeinerten
Fall kann diese Häufigkeitserfassung
einer Belastung in einer Klasse auch eine Bestimmung der Zeitdauer
sein, über
die eine der Klasse entsprechende Belastung auftritt. Eine weitere
Möglichkeit,
die Häufigkeit
des Auftretens einer zu einer Klasse gehörenden Belastung festzuhalten,
kann die Bestimmung der Überschreitungshäufigkeit
der Klassengrenze in eine festgelegte oder eine beliebige Richtung
oder die Umkehr der Belastung in der jeweiligen Klasse sein.
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Als Resultat dieses zweiten Schritts
entsteht somit eine Darstellung der Belastungshistorie in der Form
eines Belastungskollektivs, wie es in schematisch vereinfachter
Art und Weise in 4 dargestellt ist.
Gezeigt sind vier unterschiedliche Klassen I – IV mit ansteigender Belastungshöhe sowie
eine entsprechende Zählung
der den jeweiligen Klassen zugeordneten Belastungsereignisse.
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Aus dem anschließenden Vergleich dieses Belastungskollektivs
mit dem Ausfallverhalten bei derartiger Belastung in der dritten
Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens
ergibt sich die Festsetzung einer Zunahme der Schadenssumme zum
entsprechenden Zeitintervall. An einem schematisch vereinfachten
Beispiel, dargestellt in 5,
soll dies erläutert
werden: Das im Verfahrensschritt 1 bestimmte Ausfallverhalten ist
in 5 anhand von zwei
Kurven dargestellt, die, in Abhängigkeit
der Belastungshöhe
und der Häufigkeit
des Auftretens einer solchen Belastung, eine Ausfallwahrscheinlichkeit von
1 % und von 99 % angenähert
beschreiben. Zusätzlich
ist der 5 das Belastungskollektiv
der zweiten Verfahrensstufe hinzugefügt. Gestrichelt dargestellt
ist die Häufigkeit
ZI, mit der eine Belastung aus der höchsten Belastungsklasse
IV aufgetreten ist. Für
diese Klasse wurde eine Wiederholzahl ZAI für diese
Belastung bestimmt bis die kritische Ausfallsschwelle erreicht ist;
hier wird exemplarisch eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 1 % als
kritische Ausfallschwelle angenommen. Demnach kann der bisherigen
Wiederholungszahl in dieser Klasse eine Schadenssumme S zugerechnet
werden, die sich aus dem Quotienten ZI /
ZAI bestimmt. Entsprechend berechnet sich
eine Zunahme der Schadenssumme als Zunahme der Belastungshäufigkeit ΔZI um ΔS
= ΔZI/ZAI. Bei der in 5 dargestellten progressiven Kurve
für die
Ausfallswahrscheinlichkeit resultiert, dass kleinere Belastungen
zu einer geringeren Erhöhung
der Schadenssumme führen,
entsprechend stärker
wird die Schadenssumme bei höheren
Belastungen vergrößert. Zusätzlich ist
es denkbar, dass Ausfallverhalten in Abhängigkeit von unterschiedlichen
Belastungsparametern zu korrigieren. Dies kann beispielsweise bei
erhöhter
Temperatur, Druck usw. erfolgen. In diesen Fällen sind Lastkollektiv und Ausfallverhalten
gesondert auszuwerten und die Ergebnisse der Schadensummenberechnung
zusammenzuführen.
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Als illustrierendes Ausführungsbeispiel
wird ein durch Drehmomentschwankungen belastetes Getriebeteil betrachtet,
das als Wartungseinheit ausgetauscht werden kann. Es wird ferner
angenommen, dass aus den Betriebsdaten die Drehmomentesschwankungen
bestimmt werden können
oder diese zumindest indirekt über
ein Modell des Getriebes und der Messung der antriebs- und abtriebsseitigen
Drehmomente abgeschätzt
werden können.
Zunächst
führt man
eine Einteilung der Belastung in Klassen durch, wobei beispielsweise
im vorliegenden Fall mehrere Schwellwerte für das Drehmoment gesetzt werden
können
und ein Ereignis einer Belastungsklasse dann hinzugefügt wird,
wenn eine Überschreitung
der Drehmomentschwelle vom niedrigeren zum höheren Drehmoment auftritt.
Mögliche
feinere Abstufungen und nicht-äquidistante
Schrittweiten in der Klassierung sind in Bereichen von Vorteil, in
denen das Ausfallverhalten große
Variationen bei kleinen Parameterveränderungen aufweist. Dies ist insbesondere
in der Nähe
von Maximalbelastungen der Fall.
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Die Vorgehensweise zur Zählung von
Belastungsereignissen in diesem illustrierenden Beispiel ist anhand
von 6 dargestellt. Gezeigt
ist der zeitliche Verlauf des Drehmoments sowie vier Schwellwerte
für das
Drehmoment. Mit vertikalen Pfeilen ist jeweils eine Überschreitung
einer dieser Schwellwerte und die entsprechende Zuordnung zu einer
Belastungsklasse markiert.
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Auf diese Art und Weise entsteht
während des
Betriebs ein Belastungskollektiv, welches mit dem aus der ersten
Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens
ermittelten Ausfallverhalten verrechnet wird. Die Erhöhung der
Belastungsanzahl in einer Klasse führt zu einer Erhöhung der
Schadenssumme, die sich wie oben dargestellt über den Quotient der tatsächlichen
Belastung bzw. der tatsächlichen Belastungszunahme
und der in dieser Klasse zugeordneten mittleren Belastungsanzahl
bis zur kritischen Ausfallsschwelle bestimmt. Dieser Anteil der Schadenssumme
wird für
jede Klasse berechnet, so dass sich die gesamte Schadenssumme für diese Wartungseinheit
aus den Teilsummen zusammensetzt, die sich für die unterschiedlichen Klassen
ergeben.
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Die Schadenssumme einer Wartungseinheit kann
aus unterschiedlichen Beiträgen
und somit aus gewichteten Teilschadenssummen bestehen, wenn unterschiedliche,
nicht zusammenwirkende Schädigungsmechanismen
existieren, die nicht sinnvoll in einem einheitlichen Belastungsmuster
kombinierbar sind. Dies gilt insbesondere, wenn die Belastungsfaktoren
deutlich unterschiedliche Zeitkonstanten besitzen und damit die
Zunahme der Teilschadenssummen mit verschiedenen Zeitintervallen
erfasst werden. Auch eine Kombination von Dauerbelastungen und Belastungsereignissen
ist durch die Summation von getrennt ermittelten Teilschadenssummen
zu einer der Wartungseinheit zugeordneten Schadenssumme möglich.
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Zusätzlich weist das erfindungsgemäße Verfahren
eine vierte Stufe auf, in der zur Korrektur von Ungenauigkeiten
in den vorangehenden Verfahrensschritten ein kritischer Schwellwert
Sk für
die Schadenssumme anhand von realen Felddaten gesetzt wird. Nach
der Vorgehensweise entsprechend der Schritte 1 bis 3 des Verfahren,
sollte die abstrakte Größe der Schadenssumme
möglichst
gut die tatsächliche
Belastung auf eine Wartungseinheit und damit ihr Ausfallverhalten
nachbilden. Demnach sollte bei der Aufzeichnung der Schadenssumme
im Betrieb diese mit der Ausfallwahrscheinlichkeit in einem typischen
Zusammenhang stehen, welcher schematisch in 7 gezeigt ist. Hierbei werden zwei interpolierte
Ausfallwahrscheinlichkeiten für
das Bauteil A und das Bauteil B in Abhängigkeit der Schadenssumme
dargestellt. Kennzeichnend in beiden Fällen ist ein weitestgehend
ausfallfreier Bereich für
Schadenssummen unterhalb eines bestimmten Grenzwertes. Der kritische
Schwellwert Sk für die Schadenssumme ist nun
so zu wählen,
dass er noch mit hoher Sicherheit in diesem ausfallfreien Bereich
oder, sollte ein gewisses Ausfallrisiko bei einer Baueinheit tolerabel
sein, zumindest gerade zu Beginn des Anstiegs der Ausfallwahrscheinlichkeit
zu liegen kommt. Durch diese Festlegung des kritischen Schwellwertes
Sk für
die Schadenssumme ist eine gewisse Fehlerkorrektur der vorangehenden
Verfahrensschritte durchzuführen.
Ferner kann bei deutlich abweichenden Ergebnissen bei Betrieb einer
Vielzahl von gleichen Wartungseinheiten eine sehr einfache Korrektur von
Wartungsintervallen und damit des Ausfallrisikos vorgenommen werden,
in dem der kritische Schwellwert Sk für die Schadenssumme
angepasst wird.
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1 fasst
das erfindungsgemäße Verfahren
zusammen. Es zeigt die vier Verfahrensstufen zur Bestimmung von
Wartungsintervallen in der Ablaufreihenfolge, wie sie in einem Steuergerät eines
Fahrzeugs realisiert werden können.
Das Steuergerät steht
in Verbindung mit der Sensorik des Fahrzeugs und den Steuerungs-
und Regelungsdaten der Wartungseinheiten und empfängt ferner
Gebersignale. Im Steuergerät
sind zusätzliche
Fahrzeugdaten sowie Belastungsmodelle für die zu überwachenden Wartungseinheiten
abgelegt. Wie im Ablaufschema dargestellt, werden externe und interne
Informationen zu Betriebsdaten verbunden. Im nachfolgenden Schritt,
welcher der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht,
werden diese Betriebsdaten klassiert. Hierbei ist es möglich, sowohl die
aktuellen Betriebsdaten, wie auch solche aus einem bestimmten Zeitintervall,
zur Klassierung zu verwenden. Das Resultat ist die Verarbeitung
der zu den Wartungseinheiten gehörenden
Belastungshistorie zu jeweils zugeordneten Belastungskollektiven.
Diese werden dann mit dem aus der ersten Verfahrensstufe bekannten
Ausfallverhalten der Wartungseinheiten verknüpft, wobei im Steuergerät nur die
entsprechenden Informationen über
das Ausfallverhalten abgelegt sind und die entsprechenden Versuche und
Korrelationsberechnungen unabhängig
vom Steuergerät
durchgeführt
werden. Aus der Verbindung von Belastungskollektiv und Ausfallsverhalten wird
im Steuergerät
die abstrakte, möglichst
der Belastungshistorie entsprechende Größe der Schadenssumme bestimmt.
Dies entspricht der dritten Verfahrensstufe. Die anschließende vierte
Verfahrensstufe dient dem Vergleich der Schadenssumme mit einem
kritischen Schwellwert Sk. Bei einer Überschreitung
dieses Werts ist ein Wartungsintervall vollendet und ein Kundendienst
mit Wartung und eventuellem Austausch der entsprechenden Wartungseinheit
ist die Folge. Ist dies nicht sofort möglich, besteht zumindest eine
der Reaktionsmöglichkeiten
in einem Schonbetrieb der Wartungseinheit.
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Die Verfahrensschritte, die im Kraftfahrzeug selbst
durchgeführt
werden, sind sehr einfach und können
meist mit bereits zur Verfügung
stehenden Steuergeräten
vollzogen werden. Dies wird dadurch erreicht, indem die aufwendigen
Verfahrensschritte der Erstellung eines Belastungsmodells, um aus
den Betriebsdaten Belastungen abzuschätzen, der Vorgehensweise zur
Klassierung von Belastungen in Belastungsmuster sowie zur Erstellung
von Belastungskollektiven und zur Zuordnung der Belastungen zu einer
Schadenssummenzunahme auf Voruntersuchungen beruhen, deren Resultate
fest in den Steuerungsrealisierungen programmiert werden können. Die
Einfachheit der Abarbeitung des Verfahrens im Kraftfahrzeug selbst
wird somit durch die Vorarbeit vor Inbetriebnahme erreicht. Dasselbe
gilt auch für die
vierte Verfahrensstufe, in der die aufwendige Bestimmung eines kritischen Schwellwertes
unabhängig
vom Fahrzeug durchgeführt
wird. Hierbei kann vorteilhafter Weise das Verfahren durch den ständigen Vergleich
mit Felddaten aus dem Kundendienst nachgeeicht werden. So ist es
möglich
bei jeder Serviceuntersuchung auch die kritischen Schwellwerte an
die Erfahrungen anzupassen, die sich aus der Betreuung einer entsprechend
großen
Fahrzeugflotte ergibt.
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Nach einem Überschreiten des kritischen Schwellwerts
der Schadenssumme sind in 1 verschiedene
Optionen angegeben. Darüber
hinaus kann der Fahrer oder das Steuergerät beim Erreichen des kritischen
Schwellwertes über
eine drahtlose Verbindung das Servicecenter über den Ablauf eines Wartungsintervalls
informieren. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung
wird beim Erreichen der kritischen Schadenssumme der Betrieb des Bauteils
nur noch in einem Schonmodus durchgeführt bzw. eine entsprechende
Empfehlung wird dem Fahrer signalisiert.