EP4655572A1 - Verfahren, system zur durchführung eines solchen verfahrens; computerprogramm und computerlesbares medium zum erzeugen eines prüfprofils für vibrationserprobung von fahrzeugausrüstung aufgrund datenerfassung während routenfahrten - Google Patents

Verfahren, system zur durchführung eines solchen verfahrens; computerprogramm und computerlesbares medium zum erzeugen eines prüfprofils für vibrationserprobung von fahrzeugausrüstung aufgrund datenerfassung während routenfahrten

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Publication number
EP4655572A1
EP4655572A1 EP24702111.6A EP24702111A EP4655572A1 EP 4655572 A1 EP4655572 A1 EP 4655572A1 EP 24702111 A EP24702111 A EP 24702111A EP 4655572 A1 EP4655572 A1 EP 4655572A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
damage
pseudo
test
profile
friedrichshafen
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24702111.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Yuriy Ivanov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ZF Friedrichshafen AG
Original Assignee
ZF Friedrichshafen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ZF Friedrichshafen AG filed Critical ZF Friedrichshafen AG
Publication of EP4655572A1 publication Critical patent/EP4655572A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M17/00—Testing of vehicles
    • G01M17/007—Wheeled or endless-tracked vehicles
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/10—Geometric CAD
    • G06F30/15—Vehicle, aircraft or watercraft design
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Definitions

  • the invention relates to a method for generating a test profile according to the preamble of claim 1, a system for carrying out such a method according to claim 12, a computer program according to claim 1 and a computer-readable medium according to claim 13.
  • the invention further relates to a system, a computer program and a computer-readable medium according to the independent claims. State of the art As part of the approval processes for newly developed technical products in the automotive industry, the vibration resistance of such products is typically examined, among other things.
  • the products are typically any type of component, assemblies or device that is installed in vehicles and is exposed to vibrations when these vehicles are operated. These can be vibrations generated by the operation of the vehicle or vibrations generated by the products themselves (e.g. in the case of electric motors) or a combination of different types of vibrations.
  • the products are typically exposed to certain vibration patterns on special test benches (e.g. so-called shaker test benches) which are intended to simulate the vibrations during operation of a vehicle in which the products are to be used as closely as possible.
  • vibration patterns are defined by test profiles. Ideally, such test profiles should, on the one hand, describe the vibration stresses for the respective products during their service life as realistically as possible.
  • DE10 2020114973 A1 refers to a method for determining a test profile for tests or simulations on a component or motor vehicle to be tested. Data is measured or calculated and stored as a function of time during different use cases. This data is then analyzed for damage content. The identified damage content of a specific use case is made available to the user. The user can then select and combine specific time periods from different use cases to create an individual test profile.
  • model-based / non-model-based and “damage-based / non-damage-based”.
  • the model-based methods are based on describing the dynamic properties of the component under investigation using a physical system model, e.g. in the form of an FE model [10, 11] (references to the bibliography are given in square brackets at the end of the description), or mathematically, using a set of differential equations [5 - 9].
  • the profile calculation algorithm is defined in such a way that a profile created with it should satisfy the (computational) equality of the damage numbers from operational vibration measurements (e.g. in the vehicle on routes) with those from the shaker test (so-called principle of damage equivalence), it is classified as a damage-based method.
  • the biggest disadvantages of these methods are: ⁇ the profile calculated using a non-damage-based method (regardless of whether it is model-based or not model-based), ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 does not guarantee that the damage that the product experiences during its life cycle in a vehicle (operational damage) is reproduced in a vibration test (test damage).
  • the object of the invention is to eliminate or at least reduce the disadvantages of the prior art.
  • the object is achieved by a method for generating a test profile according to claim 1.
  • test profile is to be understood broadly.
  • a test profile is to be understood as the following functional dependencies: ⁇ the course of the amplitude of an acceleration signal (or another physical quantity) over the frequency (particularly in the case of sweep profiles), ⁇ the course of the power density spectrum (LDS) of an acceleration signal (or another physical quantity) over the frequency (particularly in the case of noise profiles).
  • LDS power density spectrum
  • ASPEN Automated Vibration Profile Development
  • ASPEN-RoMi Automatic Vibration Profile Development
  • ASPEN-RoMi Automatic Vibration Profile Development
  • the routes can be combined in any ratio, from which the name "RoMi" - RouteMix is derived.
  • a well-known representative of the route mix in the passenger car segment is CARLOS [1, 15]. Special tests must be distinguished from route drives.
  • This parameter is usually a speed in the vehicle's drive train, e.g. that of the combustion engine or the electric drive (in electrified vehicles). Since the duration of the driving state parameters in these tests does not usually correspond to typical operational use, they are not suitable for creating test profiles using the ASPEN-RoMi method.
  • the data required for creating the profile are, as described above, preferably recorded in a test vehicle during test drives on one or more routes (route mix). Alternatively, a suitable functional and/or load test bench can be used if it allows the vibrations experienced by the product to be reproduced in a similar way to driving in a vehicle on routes.
  • mechanical-dynamic load and/or stress quantities e.g. vibration acceleration, vibration velocity, dynamic vibration displacement, dynamic forces, mechanical strains, etc.
  • suitable sensors e.g. acceleration, velocity, displacement, force sensors, strain gauges, etc.
  • suitable vibration recording system e.g. ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18
  • the ASPEN method advantageously processes a special time signal, called the reference signal, in addition to the signals recorded on the routes.
  • the reference signal a special time signal
  • all test profiles calculated using the method mathematically fulfill the principle of damage equivalence based on the pseudo-damage spectra calculated in the method.
  • the reference signal processing process runs parallel to the pseudo-damage spectrum calculation process and/or the extrapolation and superposition process.
  • the reference signal pseudodamage spectrum is calculated as part of the pseudodamage spectrum calculation process.
  • the extrapolated reference signal pseudodamage spectrum is calculated as part of the extrapolation and superposition process, in particular as part of the extrapolation sub-process.
  • Each measurement signal preferably describes a temporal progression of one and the same measurement variable, typically recorded on different routes of a route mix. This is to be understood in particular in such a way that a measurement variable, for example an acceleration, at a specific point on a component of a ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 vehicle in a certain measuring direction.
  • This measurement quantity is then observed in the context of a plurality of route trips of a test vehicle and for each route trip a measurement signal of this measurement quantity is recorded, always in the same direction.
  • a plurality of measurement signals in other words - a set of measurement signals
  • the measurement signals differ more or less in their course because the route trips each cause different vibrations.
  • a set of measurement signals for only one measurement quantity is processed. The method then delivers (as the main result) only one test profile.
  • the method provides damage-equivalent profiles.
  • the principle of damage equivalence is the basis for the definition of the method and is its most important property.
  • several test profiles are generated within the framework of the method based on a plurality of measurement signal sets, with each measurement signal set being obtained by measuring the signals of a specific measurement variable on the route mix. In other words, the method does not consider just one measurement variable, but a plurality of measurement variables.
  • accelerations at different points on a specific component in a vehicle are to be measured in the same direction.
  • the respective acceleration at each measuring point in one direction is to be considered as a separate measurement quantity.
  • ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 route trips of the test vehicle (since in all embodiments of the method, one signal of the same measurement variable is preferably recorded per route).
  • the method after running through the extrapolation and superposition process, provides several profiles, each of which is equivalent to damage in the above-mentioned sense for the location and direction on the component under consideration (i.e. for the respective measurement variable). Furthermore, the method is typically based on the calculation of the so-called pseudo-damage spectra. In typical embodiments, the method generates test profiles of several different types or profiles with different characteristics (depending on the task, the input data and the setting parameters), including excitation and reaction profiles, profiles for single and multi-point control, and profiles that cover the damage on individual routes or on the entire route mix.
  • the pseudo-damage spectrum calculation process comprises the following steps: - a signal filtering step, in which each measurement signal is filtered using a plurality of bandpass filters, so that a plurality of filtered measurement signals are generated, ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 - a classification step, in the context of which a load collective is formed from each filtered measurement signal by means of a classification, typically by dividing an entire amplitude range of each filtered measurement signal into classes, whereby a number of oscillation cycles is determined for the amplitude of each class, preferably using a counting method, - a conversion step, in the context of which an amplitude of each oscillation cycle, which may have an average value (an oscillation cycle may not have an average value equal to zero) is first converted into a damage-equivalent mean-free amplitude, preferably using a Haigh diagram, and then the mean-free amplitudes are sorted in ascending order, - a partial damage contribution calculation step, in the context
  • the filtered measurement signals are preferably narrow-band filtered measurement signals.
  • the classification step comprises a rainflow counting step, in the context of which a rainflow ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 matrix is created.
  • PPS the term “pseudo-damage spectrum” is abbreviated to "PSS" in some places below.
  • a noise profile and/or a sweep profile are calculated as part of the test profile generation process.
  • the sweep profile is calculated according to the following formula: where S U (f) is the desired amplitude of the amplitude-frequency curve (AFV) of the sweep profile, S Ref (f) is the amplitude of the AFV of the monoharmonic reference signal, D U (f) is the ordinate of the PSS which is obtained for monoharmonic oscillation with the desired amplitude S U , D Ref (f) is the ordinate of the PSS of the reference signal with the AFV S Ref (f), and k WL is the slope coefficient of the S-N curve.
  • the noise profile is calculated according to the following formula: where PSD U (f) is the desired height of the power density spectrum (LDS) of the noise profile, PSD Ref (f) is the height of the LDS of the stochastic reference signal, ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 D U (f) is the ordinate of the PSS which is obtained for stochastic oscillation with the desired LDS PSD U , D Ref (f) is the ordinate of the PSS of the reference signal with the LDS PSD Ref (f), and k WL is the slope coefficient of the Wöhler curve.
  • the method is a computer-implemented method. In typical embodiments, the method runs automatically, at least in part.
  • the object is further achieved by a system for carrying out one of the aforementioned methods, wherein the system is preferably suitable for at least partially carrying out and/or coordinating and/or controlling a method for generating a test profile according to at least one of the aforementioned embodiments.
  • the system advantageously comprises suitable components, for example a pseudo-damage spectrum calculation component and/or a spectrum calculation component and/or an extrapolation and superposition component and/or an extrapolation subcomponent and/or superposition subcomponent and/or a test profile generation component and/or a reference signal processing component and/or a signal filter component and/or a classification component and/or a conversion component and/or a partial damage contribution calculation component and/or a total damage calculation component and/or a pseudo-damage spectrum formation component and/or a noise profile calculation component and/or a sweep profile calculation component.
  • suitable components for example a pseudo-damage spectrum calculation component and/or a spectrum calculation component and/or an extrapolation and superposition component and/or an extrapolation subcomponent and/or superposition subcomponent and/or a test profile generation component and/or a reference signal processing component and/or a signal filter component and/or a classification component and/or a conversion component and/or a partial damage contribution calculation component and/or a total
  • a computer-readable medium comprises computer program code for carrying out one of the aforementioned methods.
  • the term "computer-readable medium” is to be understood in particular but not exclusively as meaning hard disks and/or servers and/or memory sticks and/or flash memories and/or DVDs and/or Blu-rays and/or CDs.
  • Figure 1 a schematic representation of a method according to the invention in a first embodiment as a block diagram
  • Figure 2 a schematic representation of a method according to the invention in a second embodiment as a block diagram
  • Figure 3 a schematic representation of a pseudo-damage spectrum calculation process, as is typically used in a method according to the invention, as a block diagram
  • Figure 4 a schematic representation of a method according to the invention in a third embodiment
  • Figure 5 a schematic representation of a pseudo-damage spectrum calculation process, as is typically used in a method according to the invention
  • ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18
  • Figure 6 a schematic representation of an extrapolation and superposition process for a plurality of measured variables
  • Figure 7 a schematic representation of
  • Figure 1 shows a schematic representation of a method according to the invention in a first embodiment as a block diagram.
  • Figure 1 shows a pseudo-damage spectrum calculation process P1, an extrapolation and superposition process P2, a test profile generation process P3 and a reference signal processing process P4.
  • the extrapolation and superposition process P2 comprises an extrapolation sub-process P5 and a superposition sub-process P6.
  • a plurality of measurement signals 1.1, 1.2, ..., 1.n are fed to the pseudo-damage spectrum calculation process.
  • These measurement signals 1.1, 1.2, ..., 1.n are typically recorded during route travel of a test vehicle (not shown) and each reflects the temporal progression of a specific oscillating measurement variable in the test vehicle.
  • Each of the N measurement signals 1.1, 1.2, ..., 1.n is measured on a specific route of the test vehicle, so that there is one measurement signal per route for the profile calculation.
  • a plurality of pseudo-damage spectra 2.1, 2.2, ..., 2.n are calculated from these measurement signals 1.1, 1.2, ..., 1.n using a spectrum calculation algorithm. This results in a pseudo damage spectrum 2.1, 2.2, ..., 2n for each measurement signal 1.1., 1.2, ... 1.n.
  • Details of the ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Pseudodamage spectrum calculation process P1 are explained in more detail below.
  • the pseudodamage spectra 2.1, 2.2, ..., 2n are then fed to the extrapolation and superposition process P2.
  • each pseudodamage spectrum 2.1, 2.2, ..., 2n is first multiplied by a proportionality constant so that a plurality of extrapolated pseudodamage spectra are generated.
  • the extrapolated pseudodamage spectra are not explicitly shown in Figure 1.
  • the extrapolated pseudodamage spectra are then added together in the superposition sub-process P6 to produce a superposed pseudodamage spectrum 3.
  • a single superimposed pseudo-damage spectrum 3 is formed from the plurality of measurement signals 1.1, 1.2, ..., 1.n, which were recorded on different routes of a test vehicle.
  • This superimposed pseudo-damage spectrum 3 is then fed to the test profile generation process P3.
  • the reference signal processing process P4 also runs in the method shown in Figure 1.
  • a reference signal pseudo-damage spectrum is first calculated from a reference signal 5 using the spectrum calculation algorithm, which is also used as part of the pseudo-damage spectrum calculation process P1.
  • This reference signal pseudo-damage spectrum is not explicitly shown in Figure 1 for the sake of clarity.
  • the reference signal pseudo-damage spectrum is then multiplied by the proportionality constant, which was already applied in the extrapolation sub-process P5, so that an extrapolated reference signal pseudo-damage spectrum 6 is generated.
  • This extrapolated reference signal pseudo-damage spectrum 6 is also fed to the test profile generation process P3.
  • the test profile 4 is then generated on the basis of the superimposed pseudo-damage spectrum 3 and the extrapolated reference signal pseudo-damage spectrum.
  • the test profile 4 can then be fed to a test object on a test bench, whereby the test object can be tested on the test bench by applying the ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 the test profile 4 calculated in this way is subjected to a stress which corresponds to the stress from all previous route trips.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a method according to the invention in a second embodiment as a block diagram. The method in Figure 2 is very similar to the method in Figure 1.
  • a plurality of extrapolated pseudodamage spectra 7.1, 7.2, ..., 7n are output by the extrapolation and superposition process P2.
  • These extrapolated pseudodamage spectra 7.1, 7.2, ..., 7n are then also fed to the test profile generation process P3, which processes them in such a way that on the output side of the test profile generation process P3, in addition to the test profile 4, which, as explained, covers the damage on a complete route mix, a plurality of test profiles 8.1, 8.2, ..., 8.n for individual routes are output.
  • test profiles 8.1, 8.2, ..., 8n for individual routes are then available as secondary results of the procedure, in addition to test profile 4 for the route mix (main result of the procedure), and can also be used when testing the same product on test benches.
  • the special feature of test profiles 8.1, 8.2, ..., 8n is that they cover the damage on each individual route (for the full driving time on this route within the route mix), but not on the route mix.
  • ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18
  • Figure 3 shows a schematic representation of a pseudo-damage spectrum calculation process P1, as is typically used in a method according to the invention, as a block diagram.
  • the pseudo-damage spectrum calculation process in Figure 3 comprises a signal filter step S1, a classification step S2, a conversion step S3, a partial damage contribution calculation step S4, a total damage calculation step S5 and a pseudo-damage spectrum formation step S6.
  • each measurement signal is filtered using a plurality of bandpass filters, so that a plurality of filtered measurement signals are created.
  • a load collective is formed from each filtered measurement signal by means of a classification. This is typically done by dividing an entire amplitude range of each filtered measurement signal into classes, with a number of oscillation cycles preferably being determined for the amplitude of each class.
  • an amplitude of each oscillation cycle is then first converted into a damage-equivalent mean-free amplitude.
  • This conversion step is optional in certain embodiments.
  • the conversion in the conversion step S3 is preferably carried out using a Haigh diagram. After the damage-equivalent mean-free amplitudes have been generated, these mean-free amplitudes are sorted in ascending order.
  • a partial damage contribution is calculated for each damage-equivalent mean-free amplitude, preferably using a Wöhler curve.
  • the partial damage contributions are added up to a total damage for each filtered measurement signal, with each total damage being referred to as a pseudo-damage number of the respective filtered measurement signal.
  • the pseudo-damage spectrum formation step S6 the pseudo-damage spectra are formed from the pseudo-damage numbers. This is typically done by representing the pseudo-damage numbers as a function of the bandpass center frequencies of the bandpasses.
  • ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18
  • Figure 4 shows a schematic representation of a method according to the invention in a third embodiment. In particular, Figure 4 shows how different computer-implemented components of the method according to the invention are connected to one another and how the profile calculation proceeds in detail.
  • Figure 4 shows a pseudo-damage spectrum calculation process P1, an extrapolation and superposition process P2 and a test profile generation process P3.
  • Figure 4 also shows a pseudo-damage spectrum calculation component 13, an extrapolation sub-component 14, a superposition sub-component 15 and a test profile generation component 16.
  • some of these components 13, 14, 16 are shown more than once, so that a corresponding instance of each component is discussed below.
  • an identical calculation algorithm (FDDC or SPEX or PRGN algorithm - they are explained below) is implemented.
  • the components 13, 14, 16 are active at different points in the method according to the invention, in particular when processing different signals and/or further processing the characteristic values calculated in one of the previous steps.
  • the method in Figure 4 is provided with n measurement files 9.1, 9.2, ..., 9.n on the input side.
  • These measurement files 9.1, 9.2, ..., 9.n are typically created by recording signals only on a small, as representative as possible section of each of the n routes and each include a measurement signal of the same measurement variable (not explicitly shown in Figure 4).
  • the measurement files 9.1, 9.2, ..., 9.n are each fed to an instance of the pseudo-damage spectrum calculation component 13.
  • the pseudodamage spectrum calculation component 13 outputs pseudodamage spectra on the output side.
  • only the first pseudodamage spectrum 2.1 is provided with a reference symbol in order not to overload the figure.
  • the pseudodamage spectra are then fed to the extrapolation and superposition process P2, where they are first processed by the different instances of the extrapolation subcomponent 14 (one instance per pseudodamage spectrum). In total, there are therefore n instances.
  • a plurality of extrapolated pseudodamage spectra 7.1, 7.2, ..., 7.n are then available at the extrapolation subcomponent 14.
  • only the first two extrapolated ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Pseudodamage spectra 7.1, 7.2 are provided with reference symbols for the sake of better clarity.
  • the extrapolated pseudodamage spectra 7.1, 7.2, ..., 7.n are fed to the superposition subcomponent 15 on the one hand and directly to the n instances of the test profile generation component 16 on the other.
  • the superposition subcomponent 15 superposes the extrapolated pseudodamage spectra 7.1, 7.2 (and all other available extrapolated pseudodamage spectra that are not explicitly provided with reference symbols, i.e. a total of n spectra) and thus provides a superposed (and extrapolated) pseudodamage spectrum 3 on the output side.
  • This superposed pseudodamage spectrum 3 is also fed to the test profile generation component 16.
  • This reference signal pseudodamage spectrum 17 is then fed to an instance of the extrapolation subcomponent 14, which generates the extrapolated reference signal pseudodamage spectrum 6. Also shown in Figure 4 are pseudodamage calculation parameters 10, extrapolation and superposition calculation parameters 11, test profile calculation parameters 12 and reference signal extrapolation parameters 18.
  • the pseudodamage calculation parameters 10 typically include one or more definitions for bandpasses (e.g. their corner frequencies, filter order, coverage of the individual filters, etc.), one or more parameters for rainflow counts and/or a Wöhler curve.
  • the pseudodamage calculation parameters 10 are made available to the pseudodamage spectrum calculation component 13.
  • the extrapolation and superposition calculation parameters ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 11 typically include information about the full driving times on each of the routes that make up the route mix, preferably in hours.
  • the extrapolation and superposition calculation parameters 11 are passed to the extrapolation and superposition process P2.
  • the reference signal extrapolation parameters 18 typically include the indication of the intended duration of the vibration testing of the product, preferably in hours. They are passed to the extrapolation subcomponent 14 of the reference signal.
  • the test profile calculation parameters 12 typically include a slope factor of the S-N curve and/or a safety factor and/or a test factor and/or a safety and test factor.
  • the test profile calculation parameters 12 are passed to the test profile generation component 16, in particular as part of the test profile generation process P3.
  • Figure 5 shows a schematic representation of a pseudo-damage spectrum calculation process, as is typically used in a method according to the invention.
  • Figure 5 shows how a plurality of damage numbers are determined from a measurement signal 1.1, which form a pseudo-damage spectrum. This is shown in Figure 1 by a sequence of steps: signal filter step S1, classification step S2, conversion step S3, jointly shown partial damage contribution calculation step S4 and total damage calculation step S5, and pseudo-damage spectrum formation step S6. Further details of Figure 5 are described below.
  • Figure 6 shows a schematic representation of an extrapolation and superposition process P2 for a plurality of measured variables. Details of Figure 6 are described below.
  • Figure 7 shows a schematic representation of a test profile generation process P3 for a plurality of measured variables.
  • Figure 8 shows an example of load spectra and a Wöhler curve. Details of Figure 8 are described below.
  • ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18
  • Figure 9 shows a schematic representation of a method according to the invention in its fourth, most complex embodiment as a block diagram. In contrast to the methods shown in Figures 1, 2 and 4, in the method shown in Figure 9, several measurement signals measured on several routes are processed, whereby the signals belong to different measurement variables. In this embodiment, it is assumed that measurements were carried out on a total of m routes in a test vehicle (not shown), and n signals were recorded on each route.
  • a total of mxn measurement signals MS 1,1 , MS 1,2 , ..., MS 1,n , MS 2,1 , MS 2,2 , ..., MS 2,n , ..., MS m,1 , MS m,2 , ..., MS m,n are fed to the method according to the invention, whereby the signals measured on a route (synchronously) are stored in the same measurement file (digitized).
  • measurement file 2 recorded during the journey on route 2 contains n measurement signals MS 2,1 , MS 2,2 , ..., MS 2,n .
  • the number of measurement files m is therefore equal to the number of routes.
  • this embodiment of the method assumes that signals with the same last index have been created by recording the same measurement value on different routes, e.g. the signals MS 1,1 , MS 2,1 , ..., MS m,1 - by recording the measurement value 1, the signals MS 1,2 , MS 2,2 , ..., MS m,2 - by recording the measurement value 2, etc.
  • mxn extrapolated pseudodamage spectra ES 1,1 , ES 1,2 , ..., ES 1,n , ES 2,1 , ES 2,2 , ..., ES 2,n , ..., ES m,1 , ES m,2 , ..., ES m,n are calculated from these pseudodamage spectra instead of n; each of them describes the damage for a measuring point and direction on the component (product) under consideration on each individual route (but not on a complete route mix), ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 ⁇
  • each of them covers the damage for a measuring point and direction on the component under consideration on each individual route (but not on a complete route mix) and is suitable for carrying out a vibration test of the component with the profile control at this point, with the vibration introduction in this direction; in such a test, the damage equivalent to the corresponding route is applied at the corresponding point on the component and in the corresponding direction.
  • ⁇ in the superposition sub-process P6 of the extrapolation and superposition process P2 a plurality of superposed (and extrapolated) pseudodamage spectra SS 1 , SS 2 , ..., SS n are calculated instead of one. Namely, one pseudodamage spectrum per measured variable.
  • n test profiles SPP 1 , SPP 2 , ..., SPP n are calculated from these n pseudodamage spectra SS 1 , SS 2 , ..., SS n , among others. They all cover the damage to the component on the complete route mix - each profile for its measuring point and direction on the component, and are suitable for carrying out a vibration test of the component in question with the profile control at the corresponding point (the location of the sensor), with the introduction of the vibrations according to the profile in the corresponding direction.
  • a method according to the invention is based on the calculation and equivalence of the damage numbers; thus, it belongs to the group of damage-based methods. They are calculated using the following procedure, which is well known in fatigue strength: - forming a load collective from the time variable under consideration (using a classification or counting method) and - converting it into a damage number using the hypothesis of material fatigue according to Wöhler (mathematically described by a Wöhler curve) and the hypothesis of linear damage accumulation (Palmgren-Miner rule).
  • the Wöhler curve used to calculate the damage numbers is based on an assumption in most practical cases and is not necessarily correct for the measured variable and/or the stress state under consideration. It is therefore fictitious.
  • the damage numbers calculated in this way are not meaningful for an absolute failure time or a remaining service life of the component under consideration and, for this reason, they are referred to in the document as pseudo-damage numbers (abbreviated below: PSZ).
  • PSZ pseudo-damage numbers
  • the PSZ can be usefully used for comparative damage-based calculations and analyses, such as in the ASPEN method.
  • the test profile created for vibration testing of a component should mathematically ensure the equality of the two following PSS at each vibration frequency f: - the PSS that comes about in the route mix driven, after extrapolation and, if necessary, superposition to the required component service life, and - the PSS that the component will experience in a vibration test with the created profile for the specified test time in a spatial axis.
  • the ASPEN-RoMi method provides damage-equivalent test profiles. The damage equivalence applies individually to each point considered at which signals were measured for profiling - e.g. on the component or on its supports.
  • the ASPEN-RoMi method comprises three calculation modules, as shown in Figure 4: - an FDDC (Frequency Dependent Damage Calculation) module, also referred to as pseudo-damage spectrum calculation component 13, - a SPEX (SuperPosition and EXtrapolation) module, also referred to as extrapolation and superposition component, which comprises an extrapolation subcomponent 14 and a superposition subcomponent 15, and - a PRGN (PRofile GeNeration) module, also referred to as test profile generation component 16.
  • FDDC Frequency Dependent Damage Calculation
  • SPEX SuperPosition and EXtrapolation
  • PRGN PRofile GeNeration
  • acceleration signals are measured (with the ASPEN method, profiles can be created for any oscillating measured variable; for the sake of simplicity, acceleration is discussed here as the input variable for the profile calculation) during the test drives on the routes, and on the other hand, a specially generated time signal - the reference signal - is evaluated. For this reason, the two modules of three - FDDC and SPEX - are executed twice for the profile calculation using the method, see Figure 4. The evaluation of both the measurement signals from the route drives and that of the reference signal is carried out in the same way.
  • Typical calculation steps of the method are: - Calculation of a PSS for each individual signal (FDDC module), - Extrapolation and superposition of the individual PSS to form a PSS (SPEX module) and - Generation of a test profile (PRGN module).
  • FDDC module - Calculation of a PSS for each individual signal
  • SPEX module Extrapolation and superposition of the individual PSS to form a PSS
  • PRGN module - Generation of a test profile
  • ⁇ (t) Measuring point (measurement location) is a spatially limited, local point on the component or on its supports that is selected to measure a measurement variable. ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 record. For this purpose, a sensor (e.g. acceleration sensor) is attached at this point.
  • ⁇ Measurement signal is the result of the measurement of a measured variable; it is generated while driving on a section (measurement section) of a route, after the measurement has been triggered and stopped once by the measuring system, and is available in digital form.
  • Measurement file is a file with measurement signals of all measured variables which are recorded synchronously by the measuring system while driving on a measurement section of a route, digitized and saved on a data carrier.
  • the measurement file has a name and the measurement signals appear there stored in digital form under the name of the respective measured variable. It is assumed that a route mix consisting of n different design-relevant routes has been defined for the vibration approval of a component (intended for operation in a motor vehicle).
  • the component in question should reach its full service life T LD by driving the vehicles on this route mix (possibly cyclically).
  • T LD full service life
  • ⁇ e.g. acceleration in one direction
  • each input signal ⁇ i (t) is filtered with them.
  • a load collective is then formed from each bandpass-filtered signal using a counting method.
  • a classification method that provides not only the amplitudes but also mean values of the vibration cycles (so-called two-parameter load collective) is preferred.
  • rainflow counting is used for classification, which provides rainflow collectives in the form of rainflow matrices.
  • Each such two-parameter load collective is then converted into a damage-equivalent, mean-free single-parameter amplitude collective using an amplitude transformation according to Haigh [15] (Haigh diagram).
  • a PSS is then calculated from this using a simple Wöhler curve and a linear damage accumulation hypothesis (e.g. in the form of “Miner elementary”).
  • each PSS calculated in this way is assigned to the center frequency of the passband of the corresponding bandpass.
  • the sequence of these PSSs in ascending order of the filter center frequencies finally gives the PSS D ⁇ i (f) of the signal ⁇ i (t).
  • t ⁇ i is usually significantly smaller than the actual travel time T Ri that the vehicle will complete on this route (within the required service life T LD ): t ⁇ i ⁇ ⁇ T Ri .
  • the proportionality constant k ⁇ i is calculated as the ratio of the two travel times explained above: This procedure is called the extrapolation of the PSS.
  • the total damage that the component will experience in the complete mix consisting of n different routes must be determined. Since the travel time on the route mix is made up of travel times T Ri on individual routes, see relation (3.1), the damage measure of the route mix can also be calculated as the sum of the damage measures of the individual routes. Therefore, the individual extrapolated PSS D ⁇ can now be added up to a total PSS D ⁇ ,SPEX (f): ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 This procedure is called the superposition of the PSS. It is again based on the method known in fatigue strength of superposition of the damage numbers or the PSZ of individual operating states (here: routes) to the total damage.
  • the superposition of the PSS is also carried out in the SPEX module, in particular in the superposition subcomponent 16, see Figure 4. d) Generation of the reference signal Now the question arises as to how to determine the damage-equivalent height of the test profile.
  • the problem of converting a PSS into damage-equivalent profile amplitudes is that the relationship between these two quantities must be known, and it depends, among other things, on the specified type of vibration test (sweep or noise).
  • r(t) was called the reference signal. It is nothing other than a control signal which a vibration test system sends to ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 the implementation of the test profile of a certain type (sweep or noise profile). It can, for example, be generated as a real vibration signal on a vibration test bench equipped with a suitable control system and recorded with a suitable measuring system. An alternative option for this is also offered by many PC-based signal processing tools, e.g. Matlab, Famos, Labview.
  • the reference signal can be generated as a fictitious, digital signal (e.g. for creating the noise profiles using an algorithm for generating random numbers). This is a time-saving and cost-effective option, as it does not require a vibration test bench for generating the vibrations or a measuring system for recording the signals.
  • the procedure for generating such a signal, together with the next steps e) and f), has been called the concept of the reference signal. It is described in detail below.
  • the ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Both relationships (3.16) and (3.17) were developed independently and called ASPEN transformation (AT).
  • the PRGN module also referred to as test profile generation component 16
  • a sweep or noise profile calculated in this way is the result of the procedure. It is suitable for damage-equivalent vibration testing of the component under consideration with profile control at the point at which the acceleration value x(t) was measured in the route trips (single-point control).
  • the method is therefore primarily suitable for vibration tests on test benches with the option of generating vibrations in one spatial axis only (e.g. on electrodynamic shaker test benches).
  • a vibration test device allows vibrations to be generated simultaneously in three spatial directions (as is typically the case on servo-hydraulic test benches, for example), profiles can first be created separately for each direction using the procedure described above. Then, during the test, vibrations generated by the vibration control system according to these profiles in mutually perpendicular directions can be introduced into the test object at the same time ⁇ the reference signal can also be a multisweep (for creating a multisweep test profile) or a sine with a fixed frequency (for creating a profile with which residence time testing can be carried out) ⁇ excitation and response profiles are created using this standardized procedure; it only distinguishes between the use of signals from different measuring points – on the component itself (for creating a reaction profile) or on its supports (for creating a ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 excitation profile).
  • PSS is a fundamental, central characteristic value of the ASPEN method. If one considers an oscillating time signal, the PSS represents a distribution of the PSZ of its individual harmonic components over the oscillation frequency. Since the dependence of a function on the frequency is a physical analogy to the ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 The term spectrum has the same meaning (as it is calculated from a time signal in the classical way by the Fourier transformation [14]), the term PSS uses the word spectrum. In terms of its physical content, PSS is similar to the FDS (Fatigue Damage Spectrum) parameter.
  • FDS Fatigue Damage Spectrum
  • FDS is widely used for the analysis of the fatigue behavior of components and for the synthesis of damage-equivalent profiles using damage- and model-based methods that are based on the model of a linear weakly damped EMS [6-9].
  • FDS therefore absolutely requires the model of such an EMS (with the acceleration of the base point as the input variable, and the relative deflection amplitude of the EMS as the vibration response).
  • ASPEN method the calculation of a PSS is not tied to a mathematical model of the component for which the test profile is to be created. This is the difference between FDS and PSS. Since a PSS consists of individual PSZs, a PSS is not a real damage, but a fictitious one.
  • a PSS is not suitable for an absolute service life prediction of the component. Only by comparing two PSSs with each other, calculated for two different time signals, for example, can the PSSs be meaningfully interpreted. In the following sense: "at a certain vibration frequency, the load on a component by one time sequence is more damaging (harder) than by the other". However, the calculation of the two PSSs must always be carried out under the same conditions. This applies to all calculation parameters of the PSS, especially the parameters of the Wöhler curve and the width of the passband of the bandpasses. If (in rare cases) an appropriate Wöhler curve is actually known for the component, material, measured variable and load case under consideration, then it can be set and used in the ASPEN method.
  • the FDDC algorithm includes the following, see Figure 5: a) Filtering the signal x(t) with a set of several narrow bandpass filters in the signal filtering step S1:
  • the passband of the bandpasses is only a few Hertz, so that they can be described as narrowband.
  • the bandpass filters can have a passband of the same width or a variable one. Regardless of this, these parameters must be chosen so that the passbands of the neighboring filters neither overlap nor have gaps between them. From this point of view, the filter order and type (conventional or "zero-phase" filtering) can be freely selected. Filtering an input signal x(t) with the set of m such bandpass filters produces m output signals.
  • Classification of the bandpass-filtered signals in classification step S2 A load collective is then formed from the output signal x BP,j (t) of each filter by means of a classification.
  • a load spectrum N OP N(a, m) calculated in this way therefore describes the frequency of occurrence of the cycles with certain amplitudes a and average values m in the time signal x BP,j (t) under consideration.
  • the rainflow classification is used in the ASPEN method to form the load spectrum; it provides rainflow spectrums in the form of rainflow matrices.
  • each counted cycle is characterized by its amplitude (half a span) and the mean value (for example, for an acceleration signal with the ordinate unit m/s2, the two abscissas of the rainflow matrix are also scaled in m/s2, the ordinate contains the number of closed cycles). Any residue that may exist is counted into the matrix after the rainflow count has been completed.
  • the parameter N i is determined using a simple Wöhler curve; this is described by the following equation: where N A , a A – the number of cycles leading to component failure at a certain load amplitude a A and this amplitude (such a point A with the coordinates (N A , a A ) is known as a so-called support point of the Wöhler curve), k WL – the slope coefficient (slope factor) of the Wöhler curve.
  • ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18
  • the parameters k WL , N A , a A of the Wöhler curve are first determined.
  • D GS is the PSZ of the time sequence f)
  • D GS is the PSZ of the time sequence f)
  • each measurement signal in the FDDC module (also referred to as pseudo-damage spectrum calculation component 13) is evaluated according to this same algorithm independently of the signal from another measuring point or from the same point measured on a different route.
  • ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Therefore, if, for example, several variables (signals from several measuring points) were recorded during the route trips, this does not change anything in the FDDC algorithm.
  • Extrapolation and superposition of the PSS SPEX algorithm: A PSS D ⁇ i (f), calculated with the FDDC algorithm from a time signal ⁇ i (t) recorded during a trip on route i, only refers to its measurement duration t ⁇ i .
  • the SPEX algorithm was developed for this purpose. The extrapolation and superposition of the PSS in the ASPEN-RoMi method is based on a procedure known in fatigue strength, with which (real or fictitious) damage numbers are extrapolated and superposed.
  • the extrapolation consists in multiplying the damage numbers, determined from tests on individual routes, with appropriately calculated extrapolation factors, and the superposition - in adding the extrapolated damage numbers to one another. Since each ordinate of a PSS is a PSZ, this method can be transferred unchanged to the extrapolation and superposition of the PSS.
  • SPEX SPEX algorithm
  • the extrapolated PSS D ⁇ i,EX (f) is always a scaled copy of D ⁇ i (f). Physically, this extrapolation method corresponds to the following - idealized - interpretation: the test vehicle repeats the journey on the measured section of a route i k ⁇ i times. With each repeated journey, exactly the same PSS D ⁇ i (f) is achieved for the measurement signal under consideration. Then, at the end of all these repeated journeys, the specified travel time T Ri and the corresponding damage, expressed by the PSS D ⁇ i,EX (f), are reached for the measurement signal ⁇ i(t) under consideration.
  • the extrapolation algorithm of the ASPEN-RoMi method calculates an extrapolated PSS D ⁇ i,EX (f) per measurement signal ⁇ i (t) and measurement file. If a measurement file is available for each route driven and T Ri was specified as the total driving time on route i, the extrapolated PSS D ⁇ i,EX (f) shows, depending on the frequency, the pseudo-damage that is calculated to occur at the point under consideration (of the component or its supports, and only at this point) for the entire driving time T Ri on the route under consideration.
  • the extrapolated PSS D ⁇ i,EX (f) form a side result of the SPEX algorithm.
  • ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Nevertheless, the extrapolated PSS D ⁇ i,EX (f) have an important practical significance. They enable the comparison of the hardness of different routes in a route mix. If D ⁇ i,EX (f), calculated for the same measuring point from journeys on different routes, are placed on top of each other (e.g.
  • the superposed PSS D ⁇ ,SPEX (f) which applies to the entire route mix, is always more damaging at all frequencies than any of the extrapolated PSS D ⁇ i,EX (f), which represent the pseudo-damage only on individual routes. This is understandable, because the total travel time on the route mix T RM is longer than the travel time on each individual route T Ri , see formula (3.1).
  • the superposition algorithm of the ASPEN-RoMi method calculates one superposed PSS D ⁇ ,SPEX (f) for each measured variable ⁇ . This PSS D ⁇ ,SPEX (f) determines the pseudo damage that the component will theoretically experience at the respective measuring point for the full specified lifetime T LD at each vibration frequency f.
  • the total travel time T Ri on each route i is specified (the ratio T Ri to the required service life of the component T LD . is still determined by (3.1)), and according to (3.3) the extrapolation factors k xi and k yi are calculated.
  • the PSS D xi , D yi are extrapolated by multiplying them by the corresponding extrapolation factor k xi and k yi according to formula (3.2).
  • the results of executing the SPEX algorithm in the example considered (see Figure 6) are therefore: ⁇ several extrapolated PSS D xi,EX (f), D yi,EX (f) (two PSS per route i, the secondary result), and ⁇ the extrapolated and superposed PSS D x,SPEX (f), D y,SPEX (f) (a total of 2 PSS, the main result). They can all be fed to the PRGN algorithm for calculating various profiles.
  • PRGN algorithm The PRGN algorithm is used to determine the profile amplitudes from the PSS.
  • the ASPEN transformation (AT) is used for this.
  • the PRGN algorithm is first described in detail in “Description”.
  • Input data The input data of the PRGN algorithm are: i) the extrapolated PSS D ⁇ i,EX (f), or extrapolated and superposed PSS D ⁇ ,SPEX (f) for route runs (calculated in the SPEX algorithm) ii) the extrapolated PSS D r,EX (f) of the reference signal r(t) (also calculated in the SPEX algorithm) iii) Parameters of the reference signal r(t): o the amplitude S Ref , if the reference signal r(t) is to be used as a sweep (for creating a sweep profile), or ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 o the height of the LDS PSD Ref if the reference signal r(t) was generated as white noise (for creating a noise profile).
  • the profile calculation in the PRGN module is carried out using the same algorithm.
  • the only thing that is important for carrying out the PRGN calculations is the distinction between the measurement signals ⁇ i (t), if profiles are to be created from the extrapolated, non-superposed PSS D ⁇ i,EX (f), or that of the measured variables ⁇ (see definition of the term measured variable above), if profiles are to be created from extrapolated and superposed PSS D ⁇ ,SPEX (f); and this is only the case if multi-point control is defined.
  • ASPEN transformation First, the height of an individual profile PR U,k is calculated from each extrapolated, or extrapolated and superposed PSS D U,k , and given the extrapolated PSS D r,EX (f) of the reference signal, its amplitude S Ref or its LDS PSD Ref and the slope coefficient k WL of the simple S- N curve (which is described by equation (3.8)). Depending on the type of test profile to be created, this is done using AT (3.16) or (3.17).
  • the individual profiles PR U,k of these q measuring points are now calculated to form a profile PR U,MP .
  • the calculated profiles PR U,k and PR U,MP can already be used in this form for vibration testing (with profile control at the appropriate points).
  • the result of component testing with such profiles may often not offer sufficient confidence, as is necessary for series approval.
  • these profiles do not take into account the scatter of the stress and stress capacity of the test objects, nor the uncertainty of the test result due to a limited sample size (i.e. the uncertainty due to testing a limited number of test objects). Therefore, in order to increase confidence in the test result, and in line with a corresponding procedure in fatigue strength, the ASPEN RoMi method provides an option of increasing the calculated profile amplitudes.
  • PR U,k and PR U,MP are curves of the amplitude of a harmonic oscillation over the frequency, as they are known from a usual definition of a sweep profile (e.g. for an acceleration quantity they are scaled in m/s2), whereas in the case of a noise profile they are the LDS (for the acceleration their unit is then (m/s2)2/Hz).
  • An LDS has a physical similarity to the squared signal amplitudes.
  • the safety and test factor j STF must be determined on the basis of engineering considerations and/or taken from known literature on fatigue strength, e.g. [15].
  • the profile PR MP is defined by means of the ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Multi-point control of the signals from the two sensors, placed as precisely as possible at the points where the variables x(t) and y(t) are recorded in the route trips.
  • the strategy for profile control at these two points depends on whether formula (3.10) or (3.11) was used to calculate the amplitudes of the profile PR MP .
  • Types of result profiles Depending on the input data and the parameterization, the PRGN algorithm (and thus the entire ASPEN RoMi process, if necessary in one run) calculates test profiles of several different types or profiles with different characteristics.
  • Sweep and noise profiles profiles for dwell time testing This involves differentiating between the test profiles with regard to the type of vibrations generated - with harmonic or stochastic vibration excitation.
  • the first category includes testing with sliding frequency excitation (sweep), consisting of one tone (single sweep) or several tones (multisweep), and also duration testing with a fixed frequency. All of these types of testing are standardized by DIN EN 60068-2-6. A limitation of the ASPEN method is that frequency bands of the individual sweep tones must not overlap in the case of a multisweep profile.
  • the second category includes broadband noise testing according to DIN EN 60068-2-64.
  • the ASPEN method can also be used to create profiles for combined excitation in which one or more sweep tones are superimposed with noise.
  • This type of test is standardized by DIN EN 60068-2-80. The prerequisite for this is that only one profile amplitude (e.g. only the amplitude of the sweep profile or the value of the LDS of the noise profile) must be determined at one frequency.
  • Excitation and response profiles ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 It makes sense to measure the vibration, load or stress variables for profile creation using the ASPEN method both on the component in question and at its fastening or connection points on the carrier (the carrier can be, for example, an internal combustion engine, electric or other drive of a motor vehicle, a vehicle transmission, a body or a vehicle axle).
  • Excitation profiles are derived from data measured at the mounting or fastening points of the component in question using the ASPEN method. They are used to generate vibrations that are introduced into this component (the test object) during vibration testing. In most cases, the excitation profile is also regulated. If vibrations are also recorded directly on the component in question (during route travel), reaction profiles can be calculated from this data using the ASPEN method. They describe the desired or required vibration amplitudes that the test object should experience during vibration testing as a reaction to the introduced excitation profile. In contrast to an excitation profile, the reaction profile of resonant components is rarely used for shaker control for various reasons.
  • the only difference between the excitation and reaction profiles is the choice of measuring points for which a profile is derived and their handling during vibration testing - control of an excitation profile or monitoring (with possible limitation) based on the reaction profile.
  • the excitation and reaction profiles are created using the same algorithm.
  • Profiles for single and multi-point control The difference between these profile types is whether a profile is controlled at one or more points (locations) in a vibration test. With single-point control, a vibration sensor is placed at one point on the test setup and the vibrations are introduced into the structure at this point according to a specified profile.
  • the specified profile is determined according to signals from several ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Vibration sensors placed at different points on the test setup are controlled.
  • Profiles for single-point control are created as standard in the ASPEN-RoMi method, PRGN module, from all signals measured on a route or on the complete route mix using the procedure described above. If signals were recorded at several points on the component or its supports in different directions (during driving tests), the difference between these profiles only depends on which point and measuring direction they apply to.
  • a test profile PR V,k was created using the PRGN algorithm from the signal of a sensor with the serial number k, the profile can only be used sensibly in the test with profile control at the corresponding point at which this sensor was placed during the route drives and in the corresponding direction (measuring direction of the sensor).
  • Profiles for multi-point control can be created from all signals measured on a route or on the complete route mix, in any combination thereof. For this, these signals only have to be specified. If the extrapolated or the extrapolated and superimposed PSS D U,k for p measurement signals are available in a SPEX results file, any q of these signals can be specified in the PRGN module for calculating a profile PR MP for multi-point control (2 ⁇ q ⁇ p).
  • Such a test profile PR MP created by jointly processing the q individual profiles according to formulas (3.10), (3.11), should also be controlled in the vibration test according to the signals of all of these q sensors, placed at the appropriate points. This means that this profile can only be correctly implemented by multi-point control of the signals from the appropriate sensor points.
  • the control strategy should also correspond to the algorithm for calculating the individual profiles: if formula (3.10) was used for this, mean value control should be used, and if formula (3.11) was used, maximum value control.
  • test profile for a multi-point control is not calculated if only one measurement file (see above) was fed to the ASPEN RoMi procedure for profile creation. This could be the case, for example, if measurements were only carried out on one route (no route mix) d) Profiles that cover the damage on individual routes or on the entire route mix If measurements are carried out on several different design-relevant routes of a route mix, the ASPEN RoMi procedure creates profiles that cover the damage both on each individual route and on the entire route mix. This happens in one run of the procedure.
  • a test profile can be a sweep profile with regard to the type of vibrations generated, an excitation profile with regard to the choice of points for its control/application, a profile for multi-point control with regard to the number of control points, and at the same time the travel time on only one route or on the entire route mix ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18. All of these profiles are usable, the choice of a profile from them for practical implementation of the vibration test is made by the clerk.
  • ASPEN transformation Formulas are given here for converting the PSS, calculated using the ASPEN method from the route runs (i.e. pseudo-damage that the component experiences during driving), into the damage-equivalent profile amplitudes.
  • the AT for calculating the height of the LDS of a noise profile at a frequency f is: where PSD U (f) – the desired height of the LDS of the noise profile, PSD Ref (f) – the height of the LDS of the stochastic reference signal, D U (f) – the ordinate of the PSS, which is obtained for stochastic oscillation with the desired LDS PSD U , ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 D Ref (f) – the ordinate of the PSS of the reference signal with the LDS PSD Ref (f), k WL – slope coefficient of the Wöhler curve.
  • the AT determines the height of the LDS PSD U of a stochastic oscillation at a frequency f in order to obtain the defined (required) damage value D U at this frequency.
  • a known relationship is used that another stochastic oscillation (called the reference signal) with the LDS PSD Ref at the same frequency produces the damage value D Ref .
  • This relationship is obtained by a procedure which involves generating a reference signal (here: a stochastic vibration signal) suitable for the profile type using the known LDS PSD Ref and calculating its damage value D Ref at each frequency, see the right-hand part of the diagram in Figure 4. This procedure is described in detail above.
  • Sweep profile Such a profile assumes a harmonic oscillation excitation; it is described by the dependence of the amplitude S of such a harmonic oscillation signal on its instantaneous frequency f, ie as an AFV S(f).
  • the AT for calculating the AFV of a sweep profile (consisting of a single sweep) at a frequency f is: where S U (f) – the required amplitude of the AFV of the sweep profile, S Ref (f) – the amplitude of the AFV of the monoharmonic reference signal, D U (f) – the ordinate of the PSS, which is obtained for monoharmonic oscillation with the required amplitude S U , D Ref (f) – the ordinate of the PSS of the reference signal with the AFV S Ref (f), k WL – slope coefficient of the Wöhler curve.
  • the AT determines the amplitude S U of a monoharmonic oscillation at a frequency f in order to obtain the defined (required) damage value D U at this frequency.
  • a well-known relationship is used that another monoharmonic oscillation (called the reference signal) with the amplitude S Ref at the same frequency produces the damage value D Ref .
  • This relationship is obtained by a procedure which involves generating a reference signal (here: a single sweep signal) suitable for the profile type with the known amplitude S Ref and calculating its damage value D Ref at each frequency, see the right-hand part of the diagrams in Figure 1 and Figure 4. This is described in detail below.
  • AT (3.17) is also applicable to the creation of the following profiles: i) profiles for dwell time testing with monoharmonic excitation at a fixed frequency (fixed frequency sine); these can be considered as a special case of single sweep profiles if the sweep frequency remains constant, and ii) profiles with multisweep excitation.
  • the limitation of the ASPEN method is that frequency bands of the individual sweep tones of a multisweep profile must not overlap. This limitation means that, even in the case of a multisweep profile, only one single sweep profile is defined at each frequency. Therefore, formula (3.17) remains valid for this case as well.
  • Formula (3.17) is mathematically proven below.
  • the concept of the reference signal for the creation of a test profile in the ASPEN-RoMi method provides for the execution of the following steps: a) Determination of the profile type and parameters At the latest at this point in the profile creation, the type of test profile to be created and the duration of the vibration test T VT must be determined (note: the test frequency range f unt , ..., f ob had to be selected earlier for the FDDC evaluation of the signals measured during the route trips - see above
  • the types of profiles that can be created with the ASPEN method are: ⁇ Sweep profiles (single or multi-sweep) ⁇ Profiles for a dwell time test (sinusoidal excitation with a fixed frequency), and ⁇ Noise profiles (testing with stochastic vibration excitation).
  • a reference signal is now generated, namely: ⁇ Sweep profiles ⁇
  • the reference signal is used throughout the entire Test frequency range f unt , ..., f ob generated as a single sweep of the selected type (linear, logarithmic), with amplitude S Ref , tuning rate R and duration t r .
  • the duration t r must ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 contain an integer number of half sweep cycles (this is the run-through time from the lower to the upper frequency of a sliding sine signal).
  • the amplitude S Ref can be chosen arbitrarily, but it must be constant over the entire frequency range f unt , ..., f ob .
  • the individual frequency bands must not overlap.
  • the amplitude S Ref and the tuning rate R must be the same for each sweep tone (with regard to the tuning rate R, this condition ensures that all individual sweeps have the same run through time for their own frequency band, i.e. they run synchronously).
  • the duration t r must be a whole number of half the sweep cycles and the amplitude S Ref must be constant across the entire frequency range f unt , ..., f ob .
  • the reference signal is generated here as a monoharmonic oscillation of the selected duration t r (preferably at least 1000 periods of the sinusoidal oscillation) with a fixed frequency f Ref.; this is the test frequency.
  • the amplitude S Ref of the oscillation can be chosen arbitrarily, as for the sweep profiles.
  • Noise profiles The reference signal is generated here as a stationary stochastic signal with a constant power density PSD Ref over the entire test frequency range, ie as white noise; the value of the LDS PSD Ref can be chosen arbitrarily.
  • ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18
  • the duration t r of this oscillation it should be as long as possible in order to reduce the deviation between the actual LDS of the reference signal and the specified value PSD Ref .
  • the signal duration t r 400s has proven to be sufficiently long. If such a noise signal is generated using PC-based signal processing software (e.g.
  • the necessary vibration signal can be recorded on an empty shaker plate, ie without a test object. This applies regardless of whether the current test profile calculation is an excitation or reaction profile.
  • ⁇ Generation as a fictitious, digital signal in a PC-based signal processing tool e.g. in Matlab, Famos, Labview etc.
  • This is an alternative, time-saving and cost-effective option, as it does not require a vibration test bench for generating the vibrations or a measuring system for recording the signals.
  • the amplitudes of a reference signal generated in this way can – formally speaking – have any unit, or even no unit at all, as the signal is fictitious.
  • the ordinates of the generated reference signal must be assigned the same unit as the unit of the ordinates of the signals from the route runs for which test profiles are to be created.
  • the unit for the amplitude S Ref or for the LDS PSD Ref of the digital reference signal to be generated must also be selected accordingly, namely: o the unit of the amplitude S Ref for generating the reference signal of the sweep type (in the case of creating a single or ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Multisweep profile) or of the type of a harmonic oscillation with a fixed frequency (in the case of creating a profile for a dwell time test) must be the same as the unit of the signals from the route trips for which test profiles are to be created (e.g.
  • the unit S Ref for the acceleration quantity - m/s2) o the unit of the LDS PSD Ref for the generation of the white noise reference signal must be the same as the unit of the noise profiles to be created (e.g. the unit PSD Ref for the acceleration quantity measured in m/s2 - (m/s2)2/Hz).
  • the signal parameters used to generate the reference signal e.g. the sweep tuning rate, the number of individual sweep tones and their frequency bands
  • the signal parameters used to generate the reference signal e.g. the sweep tuning rate, the number of individual sweep tones and their frequency bands
  • Extrapolation and superposition of the PSS with multiple measurement files per route This deals with a special case for the extrapolation and superposition of the PSS in the ASPEN RoMi method when there are multiple measurement files per route driven. This can be the case, for example, if saving the entire section to be measured on this route in one file would result in too large a volume of data. The measurement engineer can therefore decide to trigger and stop the measurement several times during the route. For further explanations in this subsection, it is assumed that the data from each measurement interval is saved in a separate measurement file. The division of the measurement data into several measurement files can also be done subsequently, for example to reduce the size of a measurement file.
  • the work with the FDDC and SPEX modules of the ASPEN RoMi procedure is carried out as follows.
  • the two measurement files are sent to the FDDC module ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 and calculated from the two signals and the 2 PSS D ⁇ i,1 (f) and D ⁇ i,2 (f). These PSS are also stored in individual files. They are now fed to the SPEX module for extrapolation. Since the two PSS D ⁇ i,1 (f) and D ⁇ i,2 (f) are again in two separate files, they are extrapolated separately, and the extrapolation algorithm requires the specification of the 2 different travel times T Ri,1 , T Ri,2 . These are the durations of the trips on the section of route i on which each measurement signal and ⁇ i,2 (t).
  • T Ri T Ri,1 + T Ri,2 .
  • T Ri,1 / T Ri,2 t ⁇ i,1 / t ⁇ i,2 .
  • T Ri,1 2000h
  • T Ri,2 3000h
  • the PSS D ⁇ i,1 is extrapolated to D ⁇ i,1,EX and D ⁇ i,2 to D ⁇ i,2,EX in the SPEX module.
  • the extrapolated PSS D ⁇ i,1,EX applies to the travel time T Ri,1 (on the first section of route i), the extrapolated PSS D ⁇ i,2,EX – for the travel time T Ri,2 .
  • a i can also be the SMA if the counting method used determines the mean value of each cycle in addition to the amplitude (eg the rainflow counting method).
  • the values [a i ; N OP (a i )] form a load collective.
  • Figure 8 it is shown schematically as ZF Friedrichshafen AG File 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 dark brown continuous curve.
  • the damage amount of each amplitude a i is calculated according to (3.7) where N(a i ) – number of failure cycles for the amplitude a i (so that [a i ; N(a i )] is a point on the Wöhler curve, see Figure 8).
  • the points [b i ; N(b i )] and [a i ; N(a i )] lie on a Wöhler curve, see Figure 8.
  • a(t) can be considered as the output signal of a narrow bandpass as defined in the FDDC algorithm of the ASPEN method.
  • D GS (b), D GS (a) in (iv) are the ordinates of the PSS of the signals a(t) and b(t) respectively at a frequency, and the relationship (iv) also applies to the PSS.
  • equation (4.1) is proved.
  • Derivation of the AT for the case of a noise profile The mathematical derivation of formula (3.16) is based on the following consideration. Suppose the reference signal a(t) is an ergodic normally distributed noise with the LDS PSD a (f) and the PSS D a (f). This PSS was determined using the FDDC algorithm described above.
  • b(t) a(t) ⁇ p.
  • b(t) a(t) ⁇ p.
  • Patent EP 3433593 B1 “Method and System for Accelerated Fatigue Damage Testing of an Object”. Siemens Industry Leuven, 2016 13. Patent DE 10236735 A1 “Method for generating noise profiles equivalent to damage during driving for vibration testing of vehicle components”. BMW AG Kunststoff, 2002 14. Bendat, J; Piersol, A.: Random Data. Analysis and Measurements Procedures. John Wiley, 566S., 1986 15. Haibach, E.: Structural strength. Methods and data for component calculation. Springer, 2nd edition, 2002, 753S

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Abstract

In einem Verfahren zum Erzeugen eines Prüfprofils (4), umfassend einen Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess (P1), in dessen Rahmen aus einer Mehrzahl von Messsignalen (1.1, 1.2, …, 1.n) mittels eines Spektrumberechnungs-Algorithmus eine Mehrzahl an Pseudoschädigungsspektren (2.1, 2.2, …, 2.n) berechnet wird, sodass zu jedem Messsignal (1.1, 1.2, …, 1.n) ein Pseudoschädigungsspektrum (2.1, 2.2, …, 2.n) erzeugt wird, wobei jedes Messsignal (1.1, 1.2, …, 1.n) vor Beginn des Verfahrens im Rahmen einer Routenfahrt eines Testfahrzeugs aufgezeichnet wurde, einen Extrapolations- und Superpositionsprozess (P2), umfassend einen Extrapolations-Subprozess (P5) und einen Superpositions-Subprozess (P6), wobei im Rahmen des Extrapolations- Subprozesses (P5) jedes Pseudoschädigungsspektrum (2.1, 2.2, …, 2.n) mit einer Proportionalitätskonstante multipliziert wird, sodass eine Mehrzahl an extrapolierten Pseudoschädigungsspektren (7.1, 7.2, …, 7.n) erzeugt wird, wobei im Rahmen des Superpositions-Subprozesses (P6) die extrapolierten Pseudoschädigungsspektren (7.1, 7.2, …, 7.n) aufaddiert werden, sodass ein superponiertes Pseudoschädigungsspektrum (3) entsteht, einen Prüfprofil-Generierungsprozess (P3), in dessen Rahmen das Prüfprofil (4) generiert wird, einen Referenzsignal- Verarbeitungsprozess (P4), in dessen Rahmen aus einem Referenzsignal (5) zunächst mittels des Spektrumberechnungs-Algorithmus zunächst ein Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum (17) berechnet wird und anschliessend das Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum (17) mit der Proportionalitätskonstante multipliziert wird, sodass ein extrapoliertes Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum (6) erzeugt wird, wird das Prüfprofil (4) im Rahmen des Prüfprofil-Generierungsprozesses (P3) auf Basis des superponierten Pseudoschädigungsspektrums (3) und des extrapolierten Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrums (6) generiert.

Description

ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Verfahren, System zur Durchführung eines solchen Verfahrens; Computerprogramm und Computerlesbares Medium zum Erzeugen eines Prüfprofils für Vibrationserprobung von Fahrzeugausrüstung aufgrund Datenerfassung während Routenfahrten Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Prüfprofils nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein System zur Durchführung eines solche Verfahrens nach Anspruch 12, ein Computerprogramm nach Anspruch 1 und ein Computerlesbares Medium nach Anspruch 13.. Die Erfindung betrifft ferner ein System, ein Computerprogramm sowie ein computerlesbares Medium nach den nebengeordneten Ansprüchen. Stand der Technik Im Rahmen von Freigabeprozessen für neu entwickelte technische Erzeugnisse in der Automobilindustrie wird typischerweise unter anderem die Vibrationsfestigkeit solcher Erzeugnisse untersucht. Bei den Erzeugnissen handelt sich typischerweise um jede Art von Bauteilen, Baugruppen oder Geräten, welche in Fahrzeugen installiert werden und beim Betrieb dieser Fahrzeuge Vibrationen ausgesetzt sind. Hierbei kann es sich um durch den Betrieb des Fahrzeugs erzeugte Vibrationen oder um durch die Erzeugnisse selbst erzeugte Vibrationen (z. B. bei Elektromotoren) oder um eine Kombination unterschiedlicher Arten von Vibrationen handeln. Bei Versuchen zur Vibrationsfestigkeit solcher Erzeugnisse werden die Erzeugnisse typischerweise auf speziellen Prüfständen (z. B. sogenannten Shaker-Prüfständen) bestimmten Vibrationsmustern ausgesetzt, welche die Vibrationen während des Betriebs eines Fahrzeugs, in welchem die Erzeugnisse Verwendung finden sollen, möglichst gut simulieren sollen. Solche Vibrationsmuster werden durch Prüfprofile definiert. Idealerweise sollten solche Prüfprofile einerseits die Vibrationsbeanspruchungen für die jeweiligen Erzeugnisse während ihrer Lebensdauer möglichst realitätsnah ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 wiedergeben. Andererseits sollten es solche Prüfprofile jedoch auch ermöglichen, die Dauer der Vibrationsversuche auf den Prüfständen so kurz wie möglich zu halten, z. B. um die Kosten für die Vibrationsversuche zu minimieren. DE10 2020114973 A1 bezieht sich auf ein Verfahren, um ein Prüfprofil für Tests oder Simulationen an einer zu prüfenden Komponente oder einem Kraftfahrzeug zu bestimmen. Dabei werden Daten während unterschiedlicher Anwendungsfälle als Zeitfunktion gemessen oder berechnet und gespeichert. Diese Daten werden dann auf Schädigungsinhalte hin analysiert. Die identifizierten Schädigungsinhalte eines bestimmten Anwendungsfalles werden dem Nutzer zur Verfügung gestellt. Der Nutzer kann dann aus verschiedenen Anwendungsfällen spezifische Zeitabschnitte auswählen und kombinieren, um ein individuelles Prüfprofil zu erstellen. In der Vergangenheit wurden bereits Verfahren zum Erzeugen von Prüfprofilen, welche beispielsweise basierend auf während Testfahrten aufgezeichneten Daten ermittelt werden, vorgeschlagen Unten werden Nachteile der bekannten Verfahren der Profilerstellung kurz beschrieben. Für eine bessere Übersichtlichtkeit wurden die Verfahren nach den Merkmalen «modellbasiert / nicht modellbasiert», «schädigungsbasiert / nicht schädigungsbasiert» eingruppiert. Die modellbasierten Verfahren beruhen darauf, dynamische Eigenschaften des untersuchten Bauteils durch ein physikalisches Systemmodell, z.B. in Form eines FE- Modells [10, 11] (in eckigen Klammern sind Verweise auf das Literaturverzeichnis am Ende der Beschreibung gegeben), oder mathematisch, durch einen Satz von Differentialgleichungen [5 - 9] zu beschreiben. Ist der Profilberechnungsalgorithmus so definiert, dass ein mit ihm erstelltes Profil die (rechnerische) Gleichheit der Schädigungszahlen aus Betriebsschwingungsmessungen (z.B. im Fahrzeug auf Routen) mit denen aus dem Shakertest erfüllen soll (sog. Prinzip der Schädigungsäquivalenz), wird er den schädigungsbasierten Verfahren zugerechnet. Die größten Nachteile dieser Verfahren sind: ^ das Profil, berechnet mit einem nicht schädigungsbasierten Verfahren (unabhängig davon, ob es modellbasiert oder nicht modellbasiert), ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 gewährleistet nicht, dass die Schädigung, welche das Erzeugnis während seines Lebenszyklus in einem Fahrzeug erfährt (Betriebsschädigung), in einer Vibrationserprobung nachgebildet wird (Prüfschädigung). Daher, bei einer bestandenen Erprobung ist es nicht ausgeschlossen, dass die auf das Erzeugnis im Vibrationstest aufgebrachte Schädigung gegenüber der tatsächlichen Schädigung im Fahrzeug zu klein war (d.h. die Prüfung war zu schwach). Auf der anderen Seite, bei einer nicht bestandenen Erprobung könnte die Prüfschädigung die Betriebsschädigung übersteigen (zu harte Prüfung). In den beiden Fällen würde das eine nicht korrekt durchgeführte Erprobung bedeuten. Diesen Nachteil haben alle nicht schädigungsbasierten Verfahren, z.B. [2, 3, 4] ^ bei modellbasierten Verfahren wird für die Beschreibung des Schwingungsverhaltens des Prüflings das Modell eines linearen, schwachgedämpften Einmassenschwingers (EMS) genutzt. Dies ist bei den Verfahren [5-9] der Fall. Allerdings kann ein komplexes, nichtlineares mechanisch-dynamisches Verhalten realer Erzeugnisse (Bauteile) durch ein relativ einfaches EMS-Modell nur zu ungenau abgebildet werden. Bei den anderen Verfahren [10, 11] wird dafür ein Computermodell, erstellt mit Hilfe eines Finite-Elemente-Tools, herangezogen. Die Aufstellung eines FE-Modells bedeutet jedoch einen großen Arbeitsaufwand und führt demzufolge zu hohen Kosten der Profilberechnung. Andere Nachteile der in der Technik bekannten Profilerstellungsverfahren für Vibrationserprobungen von Fahrzeugausrüstung: ^ sie sind nicht universell einsetzbar, indem mit ihnen entweder o Profile eines bestimmten Typs (z.B. nur Sweepprofile [2, 3] oder nur Rauschprofile [4, 9, 12, 13]), oder o Profile nur für die Schwingungsanregung (weiter – Anregungsprofile) jedoch nicht für die Schwingungsreaktion (Reaktionsprofile, die z.B. Limitierung der Reaktionsamplituden des Prüflings beim Anlegen eines Anregungsprofils ermöglichen) [4 – 9], oder o Profile, welche eine schädigungsäquivalente Erprobung zulassen, nur für eine bestimmte Kombination der Berechnungsparameter (z.B. nur ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 für den Neigungskoeffizienten 4 der Wöhlerlinie) berechnet werden können [13], oder ^ sie benötigen für das Auslösen des Profilberechnungsalgorithmus Daten, aufgezeichnet auf einem Vibrationsprüfstand ggf. in einem Vortest [13]; erfindungsgemäß wurde erkannt, dass solche Daten auch ohne Einsatz von Hardware (z.B. einen Prüfstand) simulativ generiert werden können, was den Aufwand und Kosten minimiert, oder ^ sie funktionieren nur rekursiv [8, 9, 13]; dies ist ineffizient und hat einen hohen Rechenaufwand zur Folge, da die Profilamplitude für jede einzelne Frequenz iterativ, in einer Schleife, berechnet werden muss, oder ^ sie berücksichtigen die Notwendigkeit der Extrapolation und der Superposition der Lastkollektive oder der Schädigungszahlen, berechnet aus den in Fahrversuchen aufgezeichneten Daten, damit sie für eine volle geforderte Lebensdauer des Bauteils im Fahrzeug gelten, nicht [13]. Allgemeine Beschreibung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Stands der Technik zu beheben oder zumindest zu vermindern. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Erzeugen eines Prüfprofils gemäss Anspruch 1. Der Erfinder hat erkannt, dass diese Aufgabe mittels eines neuen, schädigungsbasierten und nicht modellbasierten Verfahrens zum Erzeugen eines Prüfprofils gemäss Anspruch 1 besonders gut gelöst werden kann. Der Begriff "Prüfprofil" ist dabei breit zu verstehen. Insbesondere ist unter einem Prüfprofil z. B. folgende funktionale Abhängigkeiten zu verstehen: ^ der Verlauf der Amplitude eines Beschleunigungssignals (oder einer anderen physikalischen Größe) über die Frequenz (insbesondere bei Sweepprofilen), ^ der Verlauf des Leistungsdichtespektrums (LDS) eines Beschleunigungssignals (oder einer anderen physikalischen Größe) über die Frequenz (insbesondere bei Rauschprofilen). ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Die Erfinder haben festgestellt, dass ein derartiges Verfahren zum Erzeugen eines Prüfprofils vielseitiger und effizienter als die bekannten Verfahren sein kann. Dieses erfindungsgemässe Verfahren wird im Folgenden als ASPEN-Verfahren (Abkürzung für «Automatisierte SchwingungsProfil-Entwicklung») oder auch ASPEN-RoMi- Verfahren bezeichnet. Es dient der Erstellung der Prüfprofile aus Versuchsfahrten auf Routen. Darunter werden spezielle, für verschiedene Einsatzprofile des Fahrzeugs definierte Fahrstrecken (z.B. auf einer Autobahn, Überlandstrecke, Bergstraße, in der Stadt) verstanden, bei Versuchsfahrten auf ihnen werden realitätsnahe Bedingungen bezüglich der Vibrationsbelastung des betrachteten Bauteils nachgestellt. Die Routen können in einem beliebigen Verhältnis kombiniert werden, daraus wird die Benennung „RoMi“ – RoutenMix abgeleitet. Ein bekannter Vertreter des Routenmix im PKW-Segment ist CARLOS [1, 15]. Von den Routenfahrten sind Sonderversuche zu unterscheiden. Darunter werden Versuche relativ kurzer Dauer mit einer gleichmäßigen, kontinuierlichen Steigerung („run up“) oder Abnahme („run down“) eines oder mehrerer Fahrzustandsparameter verstanden. Meistens ist dieser Parameter eine Drehzahl im Antriebsstrang des Fahrzeugs, z.B. die des Verbrennungsmotors oder des E-Antriebs (in elektrifizierten Fahrzeugen). Da die Verweildauer der Fahrzustandsparameter in diesen Versuchen i.d.R. nicht dem typischen Betriebseinsatz entspricht, sind sie für die Erstellung Prüfprofile mit dem ASPEN-RoMi-Verfahren nicht geeignet. Die für die Profilerstellung benötigten Daten werden, wie oben beschrieben, vorzugsweise in einem Testfahrzeug während der Versuchsfahrten auf einer oder mehreren Routen (Routenmix) aufgezeichnet. Ersatzweise kann dafür auch ein geeigneter Funktions- und/oder Lastprüfstand eingesetzt werden, wenn er die Nachbildung der Vibrationen, die das Erzeugnis erfährt, ähnlich den Fahrten in einem Fahrzeug auf Routen zulässt. In solchen Versuchen werden am Erzeugnis und/oder an seinen Befestigungspunkten am Träger mechanisch-dynamische Belastungs- und/oder Beanspruchungsgrößen (z.B. der Schwingbeschleunigung, Schwinggeschwindigkeit, des dynamischen Schwingwegs, der dynamischen Kräfte, mechanischen Dehnungen u.a.) mit oszillierendem Verlauf mittels geeigneter Aufnehmer (z.B. Beschleunigungs-, Geschwindigkeits-, Weg-, Kraftaufnehmer, Dehnmessstreifen etc.) und eines geeigneten Schwingungserfassungssystems gemessen. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Nach dem Abschluss einer so durchgeführten Messkampagne liegen die für die Profilerstellung mit dem ASPEN-Verfahren benötigten Eingangsdaten als digitalisierte Schwingungssignale vor. Nach einer üblichen, dem Fachmann bekannten Vorgehen der Signalvorverarbeitung (z.B. Beseitigung Messstörungen, Ausschneiden relevanter Messintervalle, Filterung) können sie direkt der Recheneinheit oder dem anderen System, in welchen das ASPEN-Verfahren programmiert ist, für die Profilberechnung zugeführt werden. Für die Berechnung des Prüfprofils wird im ASPEN-Verfahren außer der Signale, aufgezeichnet auf den Routen, mit Vorteil ein spezielles Zeitsignal, das Referenzsignal genannt, verarbeitet. Bei vorteilhaften Ausführungsformen erfüllen alle mit dem Verfahren berechneten Prüfprofile rechnerisch das Prinzip der Schädigungsäquivalenz bezogen auf die im Verfahren berechneten Pseudoschädigungsspektren. Bei vorteilhaften Ausführungsformen läuft der Referenzsignal-Verarbeitungsprozess parallel zum Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess und/oder zum Extrapolations- und Superpositionsprozess ab. Ein Vorteil davon ist, dass für den Prüfprofil-Generierungsprozess im Wesentlichen zeitgleich sowohl das superponierte Pseudoschädigungsspektrum als auch das extrapolierte Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrum zur Verfügung steht. Bei typischen Ausführungsformen wird das Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum im Rahmen des Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozesses berechnet. Bei typischen Ausführungsformen wird das extrapolierte Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrum im Rahmen des Extrapolations- und Superpositionsprozesses, insbesondere im Rahmen des Extrapolations- Subprozesses, berechnet. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, das Referenzsignal anderweitig zu berechnen, beispielsweise zu anderen Zeitpunkten. Dabei beschreibt jedes Messsignal vorzugsweise einen zeitlichen Verlauf ein und derselben Messgrösse, typischerweise aufgezeichnet auf verschiedenen Routen eines Routenmix. Dies ist insbesondere derart zu verstehen, dass eine Messgrösse, beispielsweise eine Beschleunigung, an einer bestimmten Stelle eines Bauteils eines ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Fahrzeugs in eine bestimmte Messrichtung definiert wird. Diese Messgrösse wird dann im Rahmen einer Mehrzahl von Routenfahrten eines Testfahrzeugs betrachtet und für jede Routenfahrt wird ein Messsignal dieser Messgrösse, immer in eine gleiche Richtung aufgezeichnet. Am Ende der Mehrzahl an Routenfahrten liegen somit eine Mehrzahl an Messsignalen (mit anderen Worten – ein Satz an Messsignalen) für ein und dieselbe Messgrösse vor – je Messignal pro Route. Die Messsignale unterscheiden sich dabei mehr oder weniger in ihrem Verlauf, weil die Routenfahrten jeweils unterschiedliche Vibrationen hervorrufen. Bei deiner ersten, typischen Ausführungsform des Verfahrens wird ein Messignal- Satz nur einer Messgröße verarbeitet. Dann liefert das Verfahren (als Hauptergebnis) nur ein Prüfprofil. Mit ihm wird in einer Vibrationserprobung einer definierten Dauer eine gleiche Beanspruchung auf das Bauteil (an seinem gewählten Messort) aufgebracht, wie sie auf dem Routenmix für die volle geforderte Betriebsdauer (Laufleistung) voraussichtlich zustande kommt. Voraussichtlich bedeutet, dass die Betriebsschädigung durch Extrapolations- und Superpositionsprozess rechnerisch vorausgesagt wird. In diesem Sinne liefert das Verfahren schädigungsäquivalente Profile. Das Prinzip der Schädigungsäquivalenz ist der Definition des Verfahrens zugrunde gelegt und ist seine wichtigste Eigenschaft. Bei einer zweiten, typischen Ausführungsform werden im Rahmen des Verfahrens mehrere Prüfprofile basierend auf einer Mehrzahl an Messsignal-Sätzen erzeugt, wobei jeder Messsignal-Satz durch die Messung der Signale einer bestimmten Messgrösse auf dem Routenmix gewonnen wird. Mit anderen Worten wird in dem Verfahren nicht nur eine Messgrösse betrachtet, sondern eine Mehrzahl an Messgrössen. Man kann sich beispielsweise vorstellen, dass an einem bestimmten Bauteil in einem Fahrzeug Beschleunigungen an unterschiedlichen Stellen des Bauteils in eine gleiche Richtung gemessen werden sollen. Die jeweilige Beschleunigung an jeder Messstelle in einer Richtung ist dabei als eigene Messgrösse zu betrachten. Somit ergibt sich für dieses Bauteil eine Mehrzahl an Messsignal-Sätzen, wobei jeder Messsignal-Satz einer bestimmten Messgrösse entspricht. Anstelle einer Mehrzahl an Messsignalen für ein und dieselbe Messgrösse liegen somit unterschiedliche Messignal-Sätze vor, wobei jeder Messsignal-Satz aus einer Anzahl an Messsignalen besteht, die der Anzahl der durchgeführten ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Routenfahrten des Testfahrzeugs entspricht (da es bei allen Ausführungsformen des Verfahrens bevorzugt ein Signal einer gleichen Messgröße pro Route aufgezeichnet wird). Bei der Ausführungsform mit einer Mehrzahl an Messsignal-Sätzen werden im Rahmen der vorgenannten Prozesse anstelle der Messsignale für nur eine einzige Messgrösse somit unterschiedliche Messsignal-Sätze für die Mehrzahl an Messgrössen verarbeitet, wobei die Anzahl der Messsignal-Sätze der Anzahl der betrachteten Messgrössen entspricht. Mit anderen Worten entspricht der einfachste Fall des erfindungsgemässen Verfahrens (siehe die erste Ausführungsform) somit dem Fall, wo nur eine Messgrösse betrachtet wird. Bei der letztgenannten, zweiten typischen Ausführungsform werden in dem Verfahren jedoch zwei, drei, vier oder mehr Messgrössen betrachtet, deren jeweilige Messsignale in die Berechnungen der vorgenannten Prozesse einfliessen. In diesem Fall liefert das Verfahren nach dem Durchlaufen des Extrapolations- und Superpositionsprozesses mehrere Profile, jedes von ihnen ist für die betrachtete Stelle und Richtung am Bauteil (d.h. für die jeweilige Messgröße) im obengenannten Sinne schädigungsäquivalent. Des Weiteren beruht das Verfahren typischerweise auf der Berechnung der sog. Pseudoschädigungsspektren. Bei typischen Ausführungsformen werden im Rahmen des Verfahrens (abhängig von der Aufgabe, den Eingangsdaten und den Einstellparametern) Prüfprofile mehrerer verschiedener Typen bzw. Profile mit verschiedenen Merkmalen, u.a. Anregungs- und Reaktionsprofile, Profile für Ein- und Mehrpunktregelung, sowie Profile, welche die Schädigung auf einzelnen Routen oder auf dem gesamten Routenmix abdecken, erzeugt. Bei vorteilhaften Ausführungsformen umfasst der Pseudoschädigungsspektrum- Berechnungsprozess folgende Schritte: - einen Signalfilterschritt, in dessen Rahmen jedes Messsignal mittels einer Mehrzahl an Bandpässen gefiltert wird, so dass eine Mehrzahl an gefilterten Messsignalen entsteht, ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 - einen Klassierungsschritt, in dessen Rahmen aus jedem gefilterten Messsignal mittels einer Klassierung ein Lastkollektiv gebildet wird, typischerweise dadurch, dass ein gesamter Amplitudenbereich jedes gefilterten Messsignals in Klassen aufgeteilt wird, wobei für die Amplitude jeder Klasse vorzugsweise mit einem Zählverfahren eine Zahl der Schwingspiele ermittelt wird, - einen Umrechnungsschritt, in dessen Rahmen eine gegebenenfalls mittelwertbehaftete Amplitude jedes Schwingspiels (ein Schwingspiel kann u.U. einen Mittelwert nicht gleich Null besitzen) zunächst in eine schädigungsäquivalente mittelwertfreie Amplitude umgerechnet wird, vorzugsweise mittels eines Haigh-Diagramms, und anschließend die mittelwertfreien Amplituden in aufsteigender Reihenfolge sortiert werden, - einen Teilschädigungsbeitrag-Berechnungsschritt, in dessen Rahmen für die Zahl der Schwingspiele bei jeder schädigungsäquivalenten mittelwertfreien Amplitude ein Teilschädigungsbeitrag berechnet wird, bevorzugt unter Verwendung einer Wöhlerlinie, - einen Summenschädigungsberechnungsschritt, in dessen Rahmen für jedes gefilterte Messsignal die Teilschädigungsbeiträge zu einer Summenschädigung aufsummiert werden, wobei jede Summenschädigung als Pseudo-Schädigungszahl des jeweiligen gefilterten Messsignals bezeichnet wird, und - einen Pseudoschädigungsspektrum-Bildungsschritt, in dessen Rahmen aus den Pseudo-Schädigungszahlen dadurch die Pseudoschädigungsspektren gebildet werden, dass die Pseudo-Schädigungszahlen in Abhängigkeit der Bandpass-Mittenfrequenzen der Bandpässe dargestellt werden. Bei den gefilterten Messsignalen handelt es sich bevorzugt um schmalbandig gefilterte Messsignale. Bei typischen Ausführungsformen umfasst der Klassierungsschritt einen Rainflow-Zählschritt, in dessen Rahmen unter Zuhilfenahme von Rainflow-Parametern für jedes gefilterte Messsignal eine Rainflow- ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Matrix erstellt wird. Im Folgenden wird der Begriff „Pseudoschädigungsspektrum“ der Einfachheit halber an einigen Stellen mit „PSS“ abgekürzt. Bei vorteilhaften Ausführungsformen findet im Rahmen des Prüfprofil- Generierungsprozesseses eine Berechnung eines Rauschprofils und/oder eine Berechnung eines Sweepprofils statt. Bei typischen Ausführungsformen wird das Sweepprofil gemäss der folgenden Formel berechnet: wobei SU(f) die gesuchte Amplitude des Amplituden-Frequenz-Verlaufs (AFV) des Sweepprofils ist, SRef(f) die Amplitude des AFV des monoharmonischen Referenzsignals ist, DU(f) die Ordinate des PSS, welche für monoharmonische Schwingung mit der gesuchten Amplitude SU zustande kommt, ist, DRef(f) die Ordinate des PSS des Referenzsignals mit dem AFV SRef(f) ist, und kWL der Neigungskoeffizient der Wöhlerlinie ist. Bei typischen Ausführungsformen wird das Rauschprofil gemäss der folgenden Formel berechnet: wobei PSDU(f) die gesuchte Höhe des Leistungsdichtespektrum (LDS) des Rauschprofils ist, PSDRef(f) die Höhe des LDS des stochastischen Referenzsignals ist, ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 DU(f) die Ordinate des PSS, welche für stochastische Schwingung mit dem gesuchten LDS PSDU zustande kommt, ist, DRef(f) die Ordinate des PSS des Referenzsignals mit dem LDS PSDRef(f) ist, und kWL der Neigungskoeffizient der Wöhlerlinie ist. Bei typischen Ausführungsformen ist das Verfahren ein computerimplementiertes Verfahren. Bei typischen Ausführungsformen läuft das Verfahren automatisiert ab, zumindest zum Teil. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein System zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren, wobei das System bevorzugt geeignet ist, ein Verfahren zum Erzeugen eines Prüfprofils nach zumindest einer der vorgenannten Ausführungsformen zumindest teilweise durchzuführen und/oder zu koordinieren und/oder zu steuern. Hierzu umfasst das System vorteilhafterweise geeignete Komponenten, zum Beispiel eine Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungskomponente und/oder eine Spektrumberechnungs-Komponente und/oder eine Extrapolations- und Superpositionskomponente und/oder eine Extrapolations-Subkomponente und/oder Superpositions-Subkomponente und/oder eine Prüfprofil-Generierungskomponente und/oder eine Referenzsignal-Verarbeitungskomponente und/oder eine Signalfilterkomponente und/oder eine Klassierungskomponente und/oder eine Umrechnungskomponente und/oder eine Teilschädigungsbeitrag- Berechnungskomponente und/oder eine Summenschädigungs- Berechnungskomponente und/oder eine Pseudoschädigungsspektrum- Bildungskomponente und/oder eine Rauschprofil-Berechnungskomponente und/oder eine Sweepprofil -Berechnungskomponente. Mit Vorteil sind in dem System zumindest einige der vorgenannten Komponenten mittels Computerprogrammcode implementiert. Die Aufgabe wird ferner gelöst durch ein Computerprogramm umfassend Schritte, die bei einer Ausführung auf einem Computer diesen veranlassen, ein Verfahren zum ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Erzeugen eines Prüfprofils nach zumindest einer der vorgenannten Ausführungsformen durchzuführen. Ein computerlesbares Medium umfasst in einer Ausführungsform der Erfindung Computerprogrammcode zur Durchführung eines der vorgenannten Verfahren. Unter dem Begriff „computerlesbares Medium“ sind dabei insbesondere aber nicht ausschliesslich Festplatten und/oder Server und/oder Memorysticks und/oder Flash- Speicher und/oder DVDs und/oder Bluerays und/oder CDs zu verstehen. Zusätzlich ist unter dem Begriff „computerlesbares Medium“ auch ein Datenstrom zu verstehen, wie er beispielsweise entsteht, wenn ein Computerprogrammprodukt aus dem Internet heruntergeladen wird. Kurze Beschreibung der Zeichnungen Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen kurz erläutert, wobei zeigen: Figur 1: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform als Blockdiagramm, Figur 2: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform als Blockdiagramm, Figur 3: eine schematische Darstellung eines Pseudoschädigungsspektrum- Berechnungsprozesses, wie er typischerweise in einem erfindungsgemässen Verfahren zum Einsatz kommt, als Blockdiagramm, Figur 4: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Verfahrens in einer dritten Ausführungsform, Figur 5: eine schematische Darstellung eines Pseudoschädigungsspektrum- Berechnungsprozesses, wie er typischerweise in einem erfindungsgemässen Verfahren zum Einsatz kommt, ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Figur 6: eine schematische Darstellung eines Extrapolations- und Superpositionsprozesses für eine Mehrzahl an Messgrössen, Figur 7: eine schematische Darstellung eines Prüfprofil-Generierungsprozesses für eine Mehrzahl an Messgrössen, Figur 8: eine beispielhafte Darstellung von Lastkollektiven und einer Wöhlerlinie, und Figur 9: eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Verfahrens in einer vierten Ausführungsform als Blockdiagramm. Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Verfahrens in einer ersten Ausführungsform als Blockdiagram. Insbesondere ist in Figur 1 ein Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess P1, ein Extrapolations- und Superpositionsprozess P2, ein Prüfprofil-Generierungsprozess P3 und ein Referenzsignalverarbeitungsprozess P4 gezeigt. Der Extrapolations- und Superpositionsprozess P2 umfasst einen Extrapolations-Subprozess P5 und einen Superpositions-Subprozess P6. Dem Pseudoschädigungsspektrum- Berechnungsprozess wird eine Mehrzahl an Messsignalen 1.1, 1.2, …, 1.n zugeführt. Diese Messsignale 1.1, 1.2, …, 1.n werden typischerweise während Routenfahrten eines nicht dargestellten Testfahrzeugs aufgezeichnet und geben jeweils den zeitlichen Verlauf einer bestimmten oszillierenden Messgrösse im Testfahrzeug wieder. Jedes der N-Messsignale 1.1, 1.2, …, 1.n wird dabei auf einer bestimmten Route des Testfahrzeugs gemessen, so dass es ein Messignal pro Fahrtroute für die Profilberechnung vorliegt. In dem Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess P1 wird aus diesen Messsignalen 1.1, 1.2, …, 1.n mittels eines Spektrumberechnungs-Algorithmus eine Mehrzahl an Pseudoschädigungsspektren 2.1, 2.2., …, 2.n berechnet. Somit ergibt sich zu jedem Messsignal 1.1., 1.2, … 1.n ein Pseudoschädigungsspektrum 2.1, 2.2, …, 2n. Details des ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozesses P1 werden im Folgenden noch genauer erläutert. Die Pseudoschädigungsspektren 2.1, 2.2, …, 2n werden dann dem Extrapolations- und Superpositionsprozess P2 zugeführt. In dessen Rahmen wird jedes Pseudoschädigungsspektrum 2.1, 2.2, …, 2n zunächst mit einer Proportionalitätskonstante multipliziert, so dass eine Mehrzahl an extrapolierten Pseudoschädigungsspektren erzeugt wird. Die extrapolierten Pseudoschädigungsspektren sind der besseren Übersicht halber in Figur 1 nicht explizit dargestellt. Anschliessend werden die extrapolierten Pseudoschädigungsspektren im Rahmen des Superpositions-Subprozesses P6 aufaddiert, so dass ein superponiertes Pseudoschädigungsspektrum 3 entsteht. Mit anderen Worten wird also aus der Mehrzahl an Messignalen 1.1, 1.2, …, 1.n, welchen auf unterschiedlichen Routenfahrten eines Testfahrzeugs aufgezeichnet wurden, ein einzelnes superponiertes Pseudoschädigungsspektrum 3 gebildet. Dieses superponierte Pseudoschädigungsspektrum 3 wird anschliessend dem Prüfprofil-Generierungsprozess P3 zugeführt. Parallel zu dem Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess P1 und dem Extrapolations- und Superpositionsprozess P2 läuft in dem in Figur 1 gezeigten Verfahren zusätzlich der Referenzsignal-Verarbeitungsprozess P4 ab. Im Rahmen dieses Referenzsignal- Verarbeitungsprozesses P4 wird aus einem Referenzsignal 5 zunächst mittels des Spektrumberechnungs-Algorithmus, welcher auch im Rahmen des Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozesses P1 angewandt wird, zunächst ein Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum berechnet. Dieses Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrum ist der besseren Übersicht halber in Figur 1 nicht explizit dargestellt. Anschliessend wird das Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrum mit der Proportionalitätskonstante, welche bereits im Extrapolations-Subprozess P5 angewandt wurde, multipliziert, so dass ein extrapoliertes Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum 6 erzeugt wird. Dieses extrapolierte Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum 6 wird ebenfalls dem Prüfprofil-Generierungsprozess P3 zugeführt. Im Rahmen des Prüfprofil- Generierungsprozesses P3 wird dann auf Basis des superponierten Pseudoschädigungsspektrums 3 und des extrapolierten Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrums das Prüfprofil 4 generiert. Das Prüfprofil 4 kann dann anschliessend auf einem Prüfstand einem Prüfling zugeführt werden, wodurch sich erreichen lässt, dass der Prüfling auf dem Prüfstand durch Beaufschlagung mit dem ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 so berechneten Prüfprofil 4 eine Beanspruchung erfährt, welche der Beanspruchung durch alle vorgehenden Routenfahrten entspricht. Obwohl die Erzeugung des extrapolierten Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrums 6 in Figur 1 als in einem separaten Referenzsignal- Verarbeitungsprozess P4 erzeugt dargestellt ist, sind auch andere Varianten der Erzeugung des extrapolierten Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrums 6 denkbar. Beispielsweise ist es möglich, dass das Referenzsignal direkt im Rahmen des Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozesses P1 und des Extrapolations- und Superpositionsprozesses P2 erzeugt wird. Mit anderen Worten kann beispielsweise der Referenzsignal-Verarbeitungsprozess P4 zum Teil von Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess P1 und zum Teil vom Extrapolations- und Superpositionsprozess P2 ausgeführt werden. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Verfahrens in einer zweiten Ausführungsform als Blockdiagramm. Das Verfahren in Figur 2 ähnelt dem Verfahren in Figur 1 sehr stark. Im Unterschied zum in Figur 1 gezeigten Verfahren wird im in Figur 2 gezeigten Verfahren jedoch zusätzlich zum superponierten Pseudoschädigungsspektrum 3 eine Mehrzahl an extrapolierten Pseudoschädigungsspektren 7.1, 7.2, …, 7n vom Extrapolations- und Superpositionsprozess P2 ausgegeben. Diese extrapolierten Pseudoschädigungsspektren 7.1, 7.2, …, 7n werden dann ebenfalls dem Prüfprofil- Generierungsprozess P3 zugeführt, welcher sie derart bearbeitet, dass ausgangsseitig am Prüfprofil-Generierungsprozess P3 zusätzlich zu dem Prüfprofil 4, welches wie erläutert die Schädigung auf einem kompletten Routenmix abdeckt, eine Mehrzahl an Prüfprofilen 8.1, 8.2, …, 8.n für einzelne Routen ausgegeben werden. Diese Prüfprofile 8.1, 8.2, …, 8n für einzelne Routen stehen dann als Nebenergebnisse des Verfahrens, zusätzlich zum Prüfprofil 4 für das Routenmix (Hauptergebnis des Verfahrens), zur Verfügung und können ebenfalls bei der Prüfung desselben Erzeugnisses auf Prüfständen verwendet werden. Die Besonderheit der Prüfprofile 8.1, 8.2, …, 8n besteht darin, dass sie die Schädigung auf jeder einzelnen Route (für die volle Fahrdauer auf dieser Route im Rahmen des Routenmix), jedoch nicht auf dem Routenmix abdecken. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Pseudoschädigungsspektrum- Berechnungsprozesses P1, wie er typischerweise in einem erfindungsgemässen Verfahren zum Einsatz kommt, als Blockdiagramm. Es ist erkennbar, dass der Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess in Figur 3 einen Signalfilterschritt S1, einen Klassierungsschritt S2, einen Umrechnungsschritt S3, einen Teilschädigungsbeitrag-Berechnungsschritt S4, einen Summenschädigungs- Berechnungsschritt S5 und einen Pseudoschädigungsspektrum-Bildungsschritt S6 umfasst. Im Rahmen des Signalfilterschritts S1 wird jedes Messsignal mittels einer Mehrzahl an Bandpässen gefiltert, so dass eine Mehrzahl an gefilterten Messsignalen entsteht. In dem Klassierungsschritt S2 wird aus jedem gefilterten Messsignal mittels einer Klassierung ein Lastkollektiv gebildet. Dies geschieht typischerweise dadurch, dass ein gesamter Amplitudenbereich jedes gefilterten Messsignals in Klassen aufgeteilt wird, wobei für die Amplitude jeder Klasse vorzugsweise eine Zahl der Schwingspiele ermittelt wird. In dem Umrechnungsschritt S3 wird anschliessend eine ggf. mittelwertbehaftete Amplitude jedes Schwingspiels (ein Schwingspiel kann u.U. einen Mittelwert nicht gleich Null besitzen) zunächst in eine schädigungsäquivalente mittelwertfreie Amplitude umgerechnet. Dieser Umrechnungsschritt ist in bestimmten Ausführungsformen optional. Die Umrechnung im Umrechnungsschritt S3 wird vorzugsweise mittels eines Haigh-Diagramms vollzogen. Nach Erzeugung der schädigungsäquivalenten mittelwertfreien Amplituden werden diese mittelwertfreien Amplituden in aufsteigender Reihenfolge sortiert. In dem Teilschädigungsbeitrag-Berechnungsschritt S4 wird für jede schädigungsäquivalente mittelwertfreie Amplitude ein Teilschädigungsbeitrag berechnet, bevorzugt unter Verwendung einer Wöhlerlinie. In dem Summenschädigungs-Berechnungsschritt S5 werden für jedes gefilterte Messsignal die Teilschädigungsbeiträge zu einer Summenschädigung aufsummiert, wobei jede Summenschädigung als Pseudo-Schädigungszahl des jeweiligen gefilterten Messsignals bezeichnet wird. Schliesslich werden im Pseudoschädigungsspektrum- Bildungsschritt S6 aus den Pseudoschädigungs-Zahlen die Pseudoschädigungsspektren gebildet. Dies geschieht typischerweise dadurch, dass die Pseudoschädigungs-Zahlen in Abhängigkeit der Bandpass-Mittenfrequenzen der Bandpässe dargestellt werden. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Verfahrens in einer dritten Ausführungsform. Insbesondere ist in Figur 4 gezeigt, wie unterschiedliche computerimplementierte Komponenten erfindungsgemässes Verfahren miteinander geschaltet sind und wie die Profilberechnung im Detail abläuft. In Figur 4 ist ein Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess P1, ein Extrapolations- und Superpositionsprozess P2 und ein Prüfprofil- Generierungsprozess P3 dargestellt. Zudem ist in Figur 4 eine Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungskomponente 13, eine Extrapolations- Subkomponente 14, eine Superpositions-Subkomponente 15 sowie eine Prüfprofil- Generierungskomponente 16 dargestellt. In Figur 4 sind diese Komponenten 13, 14, 16 zum Teil mehr als einmal dargestellt, so dass über eine entsprechende Instanz jeder Komponente unten gesprochen wird. In jeder Instanz einer gleichen Komponente 13, 14, 16 ist ein gleicher Berechnungsalgorithmus (FDDC- oder SPEX- oder PRGN-Algorithmus – sie werden unten erläutert) implementiert. Die Komponenten 13, 14, 16 werden an unterschiedlichen Stellen im erfindungsgemässen Verfahren aktiv, insbesondere bei der Bearbeitung unterschiedlicher Signale und/oder der Weiterbearbeitung der in einem der vorigen Schritte zwischenberechneten Kennwerte. Dem Verfahren in Figur 4 werden n Messdateien 9.1, 9.2, …, 9.n eingangsseitig zur Verfügung gestellt. Diese Messdateien 9.1, 9.2, …, 9.n kommen typischerweise durch die Signalaufzeichnung nur auf einem kleinen, möglichst repräsentativen Abschnitt jeder der n Routen zustande und umfassen jeweils ein Messsignal einer gleichen Messgröße (in Figur 4 nicht explizit dargestellt). Die Messdateien 9.1, 9.2, …, 9.n werden jeweils einer Instanz der Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungskomponente 13 zugeführt. Die Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungskomponente 13 gibt ausgangsseitig Pseudoschädigungsspektren aus. In Figur 4 ist lediglich das erste Pseudoschädigungsspektrum 2.1 mit einem Bezugszeichen versehen, um die Figur nicht zu überfrachten. Die Pseudoschädigungsspektren werden dann dem Extrapolations- und Superpositionsprozess P2 zugeführt, wo sie zunächst von den unterschiedlichen Instanzen der Extrapolations-Subkomponente 14 (eine Instanz pro Pseudoschädigungsspektrum) bearbeitet werden. Insgesamt sind es also n Instanzen. Ausgangsseitig stehen an der Extrapolations-Subkomponente 14 dann eine Mehrzahl an extrapolierten Pseudoschädigungsspektren 7.1, 7.2, …, 7.n zur Verfügung. Auch hier sind lediglich die ersten beiden extrapolierten ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Pseudoschädigungsspektren 7.1, 7.2 mit Bezugszeichen versehen, der besseren Übersicht halber. Die extrapolierten Pseudoschädigungsspektren 7.1, 7.2, …, 7.n werden einerseits der Superpositions-Subkomponente 15 und andererseits direkt den n Instanzen der Prüfprofil-Generierungskomponente 16 zugeführt. Die Superpositions-Subkomponente 15 superponiert die extrapolierten Pseudoschädigungsspektren 7.1, 7.2 (und alle anderen verfügbaren extrapolierten Pseudoschädigungsspektren, welche nicht explizit mit Bezugszeichen versehen sind, insgesamt also n Spektren) und stellt damit ausgangsseitig ein superponiertes (und extrapoliertes) Pseudoschädigungsspektrum 3 zur Verfügung. Auch dieses superponierte Pseudoschädigungsspektrum 3 wird der Prüfprofil- Generierungskomponente 16 zugeführt. Sie besteht also aus insgesamt n+1 Instanzen – n Instanzen der Prüfprofil-Generierungskomponenten 16 für die extrapolierten Pseudoschädigungsspektren 7.1, 7.2, …, 7.n, sowie eine Instanz der Prüfprofil-Generierungskomponente 16 für das superponierte Pseudoschädigungsspektrum 3. Parallel zu den Prozessen P1, P2 und P3 wird in Figur 4 auch noch ein extrapoliertes Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum 6 erzeugt, welches ebenfalls allen n+1 Instanzen der Prüfprofil- Generierungskomponente 16 zugeführt wird. Dieses extrapolierte Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrum 6, wird dadurch erzeugt, dass ein (separat generiertes) Referenzsignal 5 zunächst in einer Instanz der Pseudoschädigungsspektrum- Berechnungskomponente 13 bearbeitet wird, so dass ein Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrum 17 entsteht. Dieses Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrum 17 wird dann einer Instanz der Extrapolations- Subkomponente 14 zugeführt, welche das extrapolierte Referenzsignal- Pseudoschädigungsspektrum 6 erzeugt. In Figur 4 sind auch Pseudoschädigungs- Berechnungsparameter 10, Extrapolations- und Superpositions- Berechnungsparameter 11, Prüfprofil-Berechnungsparameter 12 sowie Referenzsignal-Extrapolationsparameter 18 dargestellt. Die Pseudoschädigungs- Berechnungsparameter 10 umfassen typischerweise eine oder mehrere Definitionen für Bandpässe (z.B. ihre Eckfrequenzen, Filterordnung, Überdeckungsgrad der einzelnen Filter etc.), einen oder mehrere Parameter für Rainflow-Zählungen und/oder eine Wöhlerlinie. Die Pseudoschädigungs-Berechnungsparameter 10 werden der Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungskomponente 13 zur Verfügung gestellt. Die Extrapolations- und Superpositions-Berechnungsparameter ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 11 umfassen typischerweise Informationen über die vollen Fahrdauern auf jeder der Routen, die den Routenmix bilden, vorzugsweise in Stunden. Die Extrapolations- und Superpositions-Berechnungsparameter 11 werden an den Extrapolations- und Superpositionsprozess P2 übergeben. Die Referenzsignal-Extrapolationsparameter 18 umfassen typischerweise die Angabe der beabsichtigten Dauer der Vibrationserprobung des Erzeugnisses, vorzugsweise in Stunden. Sie werden an die Extrapolations-Subkomponente 14 des Referenzsignals übergeben. Die Prüfprofil- Berechnungsparameter 12 umfassen typischerweise einen Neigungsfaktor der Wöhlerlinie und/oder einen Sicherheitsfaktor und/oder einen Testfaktor und/oder einen Sicherheits- und Testfaktor. Die Prüfprofil-Berechnungsparameter 12 werden der Prüfprofil-Generierungskomponente 16 übergeben, insbesondere im Rahmen des Prüfprofil-Generierungsprozesses P3. Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Pseudoschädigungsspektrum- Berechnungsprozesses, wie er typischerweise in einem erfindungsgemässen Verfahren zum Einsatz kommt. Insbesondere ist in Figur 5 dargestellt, wie aus einem Messsignal 1.1 eine Mehrzahl aus Schädigungszahlen ermittelt wird, welche ein Pseudoschädigungsspektrum bilden. Dies wird in Figur 1 durch eine Abfolge der Schritte Signalfilterschritt S1, Klassierungsschritt S2, Umrechnungsschritt S3, gemeinsam dargestellten Teilschädigungsbeitrag-Berechnungsschritt S4 und Summenschädigungs-Berechnungsschritt S5 sowie Pseudoschädigungsspektrum- Bildungsschritt S6 dargestellt. Weitere Details zur Figur 5 werden weiter unten beschrieben. Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung eines Extrapolations- und Superpositionsprozesses P2 für eine Mehrzahl an Messgrössen. Einzelheiten zur Figur 6 werden im Folgenden beschrieben. Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines Prüfprofil-Generierungsprozesses P3 für eine Mehrzahl an Messgrössen. Weitere Details zur Figur 7 werden im Folgenden beschrieben. Figur 8 zeigt eine beispielhafte Darstellung von Lastkollektiven und einer Wöhlerlinie. Einzelheiten zur Figur 8 werden im Folgenden beschrieben. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Figur 9 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemässen Verfahrens in seiner vierten, komplexesten Ausführungsform als Blockdiagram. Im Unterschied zu den in Figuren 1, 2 und 4 gezeigten Verfahren werden im in Figur 9 gezeigten Verfahren mehrere Messsignale, gemessen auf mehreren Routen, verarbeitet, wobei die Signale gehören zu verschiedenen Messgrößen. Bei dieser Ausführungsform wird angenommen, dass in einem (nicht dargestellten) Testfahrzeug auf insgesamt m Fahrtrouten Messungen durchgeführt wurden, und auf jeder Route n Signale aufgezeichnet wurden. Dadurch werden dem erfindungsgemäßen Verfahren insgesamt mxn Messsignale MS1,1 , MS1,2 , …, MS1,n , MS2,1 , MS2,2 , …, MS2,n , …, MSm,1 , MSm,2 , …, MSm,n zugeführt, wobei die auf einer Route (zeitsynchron) gemessenen Signale in einer gleichen Messdatei (digitalisiert) abgelegt wurden. Z.B. befinden sich in der Messdatei 2, aufgezeichnet während der Fahrt auf der Route 2, n Messsignale MS2,1 , MS2,2 , …, MS2,n . Die Zahl der Messdateien m ist somit gleich der Zahl der Fahrtrouten. Des Weiteren wird bei dieser Ausführungsform des Verfahrens vorausgesetzt, dass Signale mit dem gleichen letzten Index durch die Aufzeichnung einer gleichen Messgröße auf verschiedenen Routen zustande gekommen sind, z.B. die Signale MS1,1 , MS2,1 , …, MSm,1 – durch die Aufzeichnung der Messgröße 1, die Signale MS1,2 , MS2,2 , …, MSm,2 – durch die Aufzeichnung der Messgröße 2 u.s.w. Dies führt, im Unterschied zur Ausführungsform des Verfahrens in Figuren 1, 2 und 4, u.a. zu folgenden Besonderheiten: ^ im Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess P1 werden aus Messignalen statt n nun mxn Pseudoschädigungsspektren PS1,1 , PS1,2 , …, berechnet, ^ im Extrapolations-Subprozess P5 des Extrapolations- und Superpositionsprozesses P2 werden aus diesen Pseudoschädigungsspektren statt n nun ebenfalls mxn extrapolierte Pseudoschädigungsspektren ES1,1 , ES1,2 , …, ES1,n , ES2,1 , ES2,2 , …, ES2,n , …, ESm,1 , ESm,2 , …, ESm,n berechnet; jede von ihnen beschreibt die Schädigung für eine Messstelle und - richtung am betrachteten Bauteil (Erzeugnis) auf jeder einzelnen Route (jedoch nicht auf einem kompletten Routenmix), ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 ^ im Prüfprofil-Generierungsprozess P3 werden aus diesen extrapolierten Pseudoschädigungsspektren mxn Prüfprofile PP1,1 , PP1,2 , …, PP1,n , PP2,1 , PP2,2 , …, PP2,n , …, PPm,1 , PPm,2 , …, PPm,n berechnet. Jedes von ihnen deckt die Schädigung für eine Messstelle und -richtung am betrachteten Bauteil auf jeder einzelnen Route (jedoch nicht auf einem kompletten Routenmix) ab, und eignet sich für die Durchführung einer Vibrationserprobung des Bauteils mit der Profilregelung an dieser Stelle, mit der Schwingungseinleitung in diese Richtung; in einer solchen Erprobung wird diese der entsprechenden Route äquivalente Schädigung am entsprechenden Punkt des Bauteils und in die entsprechende Richtung aufgebracht, ^ im Superpositions-Subprozess P6 des Extrapolations- und Superpositionsprozesses P2 wird statt eines nun eine Mehrzahl an superponierten (und extrapolierten) Pseudoschädigungsspektren SS1 , SS2 , …, SSn berechnet. Und zwar, ein Pseudoschädigungsspektrum pro Messgröße. Jedes solche Spektrum beschreibt die Schädigung des betrachteten Bauteils auf einem kompletten Routenmix für die entsprechende Messstelle (d.h. den Platzierort des Aufnehmers) und -richtung, ^ demzufolge werden im nächsten Schritt im Prüfprofil-Generierungsprozess P3 u.a. aus diesen n Pseudoschädigungsspektren SS1 , SS2 , …, SSn n Prüfprofile SPP1 , SPP2 , …, SPPn berechnet. Sie alle decken die Schädigung des Bauteils auf dem kompletten Routenmix ab – jedes Profil für seine Messstelle und -richtung am Bauteil, und eignen sich für die Durchführung einer Vibrationserprobung des betrachteten Bauteils mit der Profilregelung an der entsprechenden Stelle (dem Platzierort des Aufnehmers), mit dem Einleiten der Schwingungen gemäß dem Profil in die entsprechende Richtung. In einer solchen Erprobung wird diese dem kompletten Routenmix äquivalente Schädigung am bestimmten Punkt des Bauteils und in die entsprechende Richtung aufgebracht. Der Referenzsignal-Verarbeitungsprozess P4 bleibt in dieser Ausführungsform des Verfahrens gleich den zuvor erläuterten Ausführungsformen in Figuren 1 und 2. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Im Folgenden werden, unter anderem anhand der Figuren 4 bis 9, einige Ausführungsbeispiele der Erfindung in besonders detaillierter Weise beschrieben. Ziffern in eckigen Klammern sind nach wie vor als Verweise auf das Literaturverzeichnis am Ende der Beschreibung zu verstehen. Ziffern oder Kleinbuchstaben in runden Klammern sind im Folgenden als Verweise auf die entsprechenden mathematischen Formeln zu verstehen, welche mit diesen Ziffern oder Kleinbuchstaben in runden Klammern bezeichnet sind. In einer besonderen Ausführungsform beruht ein erfindungsgemässes Verfahren (wie oben erwähnt, ist dieses spezielle erfindungsgemässe Verfahren als ASPEN- Verfahren oder auch ASPEN-RoMi-Verfahren bezeichnet) auf der Berechnung und der Äquivalenz der Schädigungszahlen; somit gehört es zur Gruppe der schädigungsbasierten Verfahren. Ihre Berechnung erfolgt mit Hilfe eines folgenden, in der Betriebsfestigkeit bekannten Vorgehens: - Bildung aus der betrachteten Zeitgröße (mittels eines Klassier- oder Zählverfahrens) eines Lastkollektivs und - dessen Umrechnung in eine Schädigungszahl mittels der Hypothese der Materialermüdung nach Wöhler (mathematisch beschrieben durch eine Wöhlerlinie) sowie der Hypothese einer linearen Schädigungsakkumulation (Palmgren-Miner- Regel). An dieser Stelle ist noch anzumerken, dass die für die Berechnung der Schädigungszahlen eingesetzte Wöhlerlinie in allermeisten praktischen Fällen auf einer Annahme beruht, und für die betrachtete Messgröße und/oder den Beanspruchungszustand nicht unbedingt zutreffend ist. Sie ist also fiktiv. Deswegen sind die so berechneten Schädigungszahlen über einen absoluten Ausfallzeitpunkt oder eine verbleibende Lebensdauer des betrachteten Bauteils nicht aussagefähig, und, aus diesem Grund, werden sie weiter im Dokument als Pseudo- Schädigungszahlen (abgekürzt im Folgenden: PSZ) bezeichnet. Die PSZ können jedoch für vergleichende schädigungsbasierte Berechnungen und Analysen, wie im ASPEN-Verfahren, sinnvoll eingesetzt werden. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Auf Basis der PSZ wird im ASPEN-Verfahren ein neuer, grundlegender Kennwert – das Pseudo-Schädigungsspektrum (PSS) eingeführt. Er beschreibt die Abhängigkeit der PSZ eines oszillierenden Zeitsignals von der Schwingungsfrequenz. Ausführlich wird er unten, im Unterabschnitt „Pseudo-Schädigungsspektren“ erläutert. Die Grundidee des ASPEN-RoMi-Verfahrens besteht im Folgenden: Das für Vibrationserprobung eines Bauteils erstellte Prüfprofil soll bei jeder Schwingungsfrequenz f rechnerisch die Gleichheit der zwei folgenden PSS sicherstellen: - des PSS, welches im gefahrenen Routenmix, nach der Extrapolation und ggf. Superposition auf die geforderte Bauteillebensdauer zustande kommt, und - des PSS, welches das Bauteil in einer Vibrationserprobung mit dem erstellten Profil für die festgelegte Prüfzeit in einer Raumachse erfahren wird. In diesem Sinne liefert das ASPEN-RoMi-Verfahren also schädigungsäquivalente Prüfprofile. Die Schädigungsäquivalenz gilt individuell für jede betrachtete Stelle, an welcher Signale zur Profilerstellung gemessen wurden – z.B. am Bauteil oder an seinen Halterungen. Das ASPEN-RoMi-Verfahren umfasst drei Berechnungsmodule, wie in Figur 4 gezeigt: - ein FDDC (Frequency Dependent Damage Calculation)-Modul, auch als Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungskomponente 13 bezeichnet, - ein SPEX (SuperPosition und EXtrapolation)-Modul, auch als Extrapolations- und Superpositionskomponente bezeichnet, welches eine Extrapolations- Subkomponente 14 und eine Superpositions-Subkomponente 15 umfasst, und - ein PRGN (PRofile GeNeration)-Modul, auch als Prüfprofil- Generierungskomponente 16 bezeichnet. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Darin werden einerseits Beschleunigungssignale gemessen (mit dem ASPEN- Verfahren können Profile für jede oszillierende Messgröße erstellt werden; einfachheitshalber wird hier über die Beschleunigung als die Eingangsgröße für die Profilberechnung gesprochen) während der Versuchsfahrten auf den Routen, andererseits auch ein speziell generiertes Zeitsignal – das Referenzsignal ausgewertet. Deswegen werden für die Profilberechnung mit dem Verfahren die zwei Module von drei – FDDC und SPEX – zweimal ausgeführt, siehe Figur 4. Die Auswertung sowohl der Messsignale von den Routenfahrten als auch die des Referenzsignals erfolgt auf eine gleiche Weise. Typische Berechnungsschritte des Verfahrens sind: - Berechnung eines PSS für jedes einzelne Signal (FDDC-Modul), - Extrapolation und Superposition der einzelnen PSS zu einem PSS (SPEX-Modul) und - Generierung eines Prüfprofils (PRGN-Modul). Einfachheitshalber wird zuerst die Vorgehensweise der Profilerstellung mit dem ASPEN-RoMi-Verfahren aus Messdaten nur einer Messgröße erläutert. Dies führt zu einigen Einschränkungen, z.B. schließt die Profilerstellung für eine Mehrpunktregelung aus. Später wird sie, bei der einzelnen Beschreibung der Module SPEX und PRGN aufgehoben. In der Beschreibung des Verfahrens werden folgende Begriffe der Messtechnik verwendet: ^ Messgröße ist nach DIN 1319-1 die zu messende, zeitlich veränderliche physikalische Größe (z.B. Beschleunigung); sie bezieht sich immer auf eine bestimmte Messstelle und (weil Schwingungen richtungsabhängig sind) - richtung. Weiter im Dokument wird sie ^(t) bezeichnet ^ Messstelle (Messort) ist eine räumlich begrenzte, lokale Stelle am Bauteil oder an seinen Halterungen, die dafür ausgewählt wird, eine Messgröße zu ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 erfassen. Dafür wird an dieser Stelle ein Aufnehmer (z.B. Beschleunigungsaufnehmer) angebracht. ^ Messsignal ist das Ergebnis der Messung einer Messgröße; es wird während der Fahrt auf einem Abschnitt (Messabschnitt) einer Route, nach einem einmaligen Auslösen und Stoppen der Messung durch das Messsystem erzeugt, und liegt in digitalisierter Form vor. Ein Messsignal der Messgröße ^(t), erfasst auf einem solchem Messabschnitt während der Fahrt auf der Route i, wird ^i(t) bezeichnet ^ Messdatei ist eine Datei mit Messignalen aller Messgrößen, welche während der Fahrt auf einem Messabschnitt einer Route durch das Messsystem zeitsynchron erfasst, digitalisiert und auf einem Datenträger gespeichert werden. Die Messdatei hat einen Namen und die Messsignale erscheinen dort digitalisiert abgelegt, unter den Namen der jeweiligen Messgröße. Es wird angenommen, für die Vibrationsfreigabe eines Bauteils (vorgesehen für Betrieb in einem Kraftfahrzeug) wurde ein Routenmix, bestehend aus n verschiedenen auslegungsrelevanten Routen, definiert. Die Fahrzeit TRM auf dem gesamten Routenmix setzt sich aus den Fahrzeiten auf den einzelnen Routen TRi (i = 1, …, n) zusammen. Das betrachtete Bauteil soll seine volle Lebensdauer TLD durch das (ggf. zyklisches) Fahren der Fahrzeuge auf diesem Routenmix erreichen. Das bedeutet (3.1) Des Weiteren wurden für die Datenerfassung auf jedem Abschnitt jeder Route Versuche (z.B. in einem Testfahrzeug) durchgeführt, mit der Messung an einer Stelle des untersuchten Bauteils einer Größe ^ (z.B. Beschleunigung in einer Richtung). Dadurch liegt je Messintervall (Messabschnitt) der Dauer t ^ i auf jeder Route i (i = 1, …, n) ein Beschleunigungssignal ^ i(t) vor. Auch wird angenommen, dass es in einer jeweils separaten Messdatei gespeichert wurde, so dass eine Messdatei mit diesem Signal pro gefahrene Route vorliegt (diese Annahme gilt für die Beschreibung des ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 ASPEN RoMi Verfahrens an allen Stellen dieser Beschreibung, mit Ausnahme der nachfolgenden „zusätzlichen Erläuterungen“ am Ende der Beschreibung, in welcher die Extrapolation und die Superposition der PSS für den Fall mehrerer Messdateienpro gefahrene Route behandelt werden). Aus diesen n Signalen (als Eingangsdaten) ist ein schädigungsäquivalentes Prüfprofil mit ASPEN RoMi Verfahren abzuleiten. Dabei werden die PSS für eine angenommene (fiktive) Wöhlerlinie berechnet. Mathematisch wird sie durch die Parameter NA, aA (Stützpunkt A) und kWL (Neigungskoeffizient) gemäß der Formel (3.8) beschrieben. Da sie bei allen Amplituden a einen gleichen Neigungskoeffizienten kWL hat, verläuft sie ohne Knick, insbesondere auch ohne einen Dauerfestigkeitsbereich. Weiter im Dokument wird sie als eine einfache Wöhlerlinie bezeichnet. Bekanntlich trifft die mathematische Beschreibung des Bauteilversagens mittels einer Wöhlerlinie nur für Ermüdung zu [1, 15]; diese wird also für die Profilerstellung im ASPEN-Verfahren vorausgesetzt. Der Prüffrequenzbereich beträgt von funt , …, fob . Die Profilerstellung für den betrachteten Fall wird unten, in den Schritten a) bis g) beschrieben. In Figur 4 werden sie wie folgt verdeutlicht: die Berechnungsschritte a) bis c) sind durch dicke Äste mit Pfeilen im linken Teil des Diagrammes, d) bis f) – durch dünne Äste im rechten Teil des Diagrammes gekennzeichnet; für den Berechnungsschritt g) werden diese Äste schließlich im PRGN-Modul zusammengeführt. a) Berechnung der PSS für Routenfahrten Als Erstes wird für jedes Beschleunigungssignal ^ i(t), gemessen auf jedem Abschnitt der Route i = 1, … , n, im definierten Prüffrequenzbereich f = funt , …, fob je ein PSS D ^ i(f) berechnet. Dafür wird ein Satz von linearen Bandpässen (z.B. des Typs Butterworth), jeder mit einem schmalen Durchlassbereich, definiert. Dabei grenzen die Durchlassbereiche der benachbarten Bandpassfilter so aneinander, dass sie sich weder überschneiden, noch keine Lücken zwischen ihnen entstehen, und sie ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 überdecken den gesamten Prüffrequenzbereich. Jedes Eingangssignal ^ i(t) wird mit ihnen gefiltert. Anschließend wird aus jedem bandpassgefilterten Signal mittels eines Zählverfahrens ein Lastkollektiv gebildet. Bevorzugt wird ein solches Klassierverfahren, welches neben den Amplituden auch Mittelwerte der Schwingspiele liefert (sog. Zweiparameter-Lastkollektiv). Im ASPEN Verfahren wird für die Klassierung die Rainflow-Zählung eingesetzt, welche Rainflow-Kollektive in Form von Rainflow-Matrizen liefert. Danach wird jedes solche Zweiparameter-Lastkollektiv mit Hilfe einer Amplitudentransformation nach Haigh [15] (Haigh-Diagramm) in ein schädigungsäquivalentes, mittelwertfreies Einparameter-Amplitudenkollektiv überführt. Aus ihm wird anschließend mit Hilfe einer einfachen Wöhlerlinie und einer linearen Schädigungsakkumulationshypothese (z.B. in der Form „Miner elementar“) eine PSZ berechnet. Des Weiteren wird jede so berechnete PSZ der Mittenfrequenz des Durchlassbereiches des entsprechenden Bandpasses zugeordnet. Die Aneinanderreihung dieser PSZ in der aufsteigenden Reihenfolge der Filter- Mittenfrequenzen ergibt schließlich das PSS D ^ i(f) des Signals ^ i(t). Alle diese Berechnungen werden im FDDC-Modul ausgeführt, s. n Rechenblöcke FDDC (auch bezeichnet als Pseudoschädigungsspektrum- Berechnungskomponente 13) im linken Teil des Diagramms in Figur 4. Ausführlicher wird der FDDC-Algorithmus für die Berechnung eines PSS aus einem Zeitsignal weiter unten beschrieben b) Extrapolation der PSS für Routenfahrten Diese einzelnen PSS D ^ i(f) (i = 1, …, n) gelten für die Signalmessdauer t ^ i auf dem Messabschnitt der entsprechenden Route. Um versuchs- und messtechnischen Aufwand bei der Datenerfassung möglichst gering zu halten, ist t ^ i i.d.R. deutlich kleiner, als die tatsächliche Fahrzeit TRi , welche das Fahrzeug auf dieser Route (innerhalb der geforderten Lebensdauer TLD) absolvieren wird: t ^ i ^ ^ TRi . Um das PSS zu erhalten, welches die gesamte Fahrdauer TRi auf der Route i abdeckt, wird das im vorigen Schritt berechnete PSS D ^ i(f) mit einem Faktor k ^ i multipliziert: ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 ^^^,^^ = ^^^ × ^^^ (3.2) Die Proportionalitätskonstante k ^ i berechnet sich als Verhältnis der beiden oben erläuterten Fahrzeiten: Dieses Prozedere heißt die Extrapolation der PSS. Sie stützt sich auf ein in der Betriebsfestigkeit bekanntes und etabliertes Verfahren der Extrapolation der Schädigungszahlen oder der PSZ und wird nun auf die PSS angewendet. Die Proportionalitätskonstante k ^ i ist dabei als Extrapolationsfaktor bekannt [1, 15]. Die Extrapolation der PSS wird im SPEX-Modul ausgeführt, s. n Rechenblöcke 14 (auch bezeichnet als Extrapolations-Subkomponente 14) im linken Teil des Diagramms in Figur 4. c) Superposition der PSS für Routenfahrten Die extrapolierten PSS D ^ i,EX(f), berechnet im vorigen Schritt nach (3.2), repräsentieren das Schädigungsmaß des Bauteils beim Fahren nur auf jeder einzelnen Route i (der entsprechenden Dauer TRi). Das Bauteil wird jedoch laut Annahme für den Betrieb auf dem gesamten Routenmix ausgelegt. Daher muss die gesamte Schädigung ermittelt werden, welche das Bauteil im kompletten Mix, bestehend aus n verschiedenen Routen erfahren wird. Da sich die Fahrzeit auf dem Routenmix aus Fahrzeiten TRi auf einzelnen Routen zusammensetzt, s. Beziehung (3.1), lässt sich das Schädigungsmaß des Routenmix auch als die Summe der Schädigungsmaße der einzelnen Routen berechnen. Daher können nun die einzelnen extrapolierten PSS D ^ zu einem gesamten PSS D ^,SPEX(f) aufaddiert werden: ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Dieses Prozedere heißt die Superposition der PSS. Sie ist wieder an das in der Betriebsfestigkeit bekannte Verfahren der Superposition der Schädigungszahlen oder der PSZ einzelner Betriebszustände (hier: Routen) zu der Gesamtschädigung angelehnt. Das superponierte PSS D ^,SPEX(f) gilt für die Fahrzeit TRM auf dem gesamten Routenmix; dabei verteilen sich die Fahrzeiten TR1 , TR2 , … , TRn . auf n einzelnen Routen dieses Mix zueinander gemäß (3.1). Da laut Annahme TLD.= TRM , repräsentiert das superponierte PSS D ^,SPEX(f) gleichzeitig das Schädigungsmaß des Bauteils für seine gesamte vorgesehene Lebensdauer TLD . Die Superposition der PSS wird ebenfalls im SPEX-Modul ausgeführt, insbesondere in der Superpositions-Subkomponente 16, siehe Figur 4. d) Erzeugung des Referenzsignals Nun stellt sich die Frage nach der Bestimmung der schädigungsäquivalenten Höhe des Prüfprofils. Gemäß der Formulierung des ASPEN-RoMi- Verfahrens bedeutet das: in einem Vibrationstest der Dauer TVT soll mit dem Profil dieser Höhe auf das Bauteil eine gleiche Schädigung aufgebracht werden, wie die Schädigung, welche es im Routenmix der Dauer TRM erfahren hat. Diese Schädigung wurde in den Schritten a) – c) rechnerisch ermittelt und wird durch das extrapolierte und superponierte PSS D ^,SPEX(f) ausgedrückt. Das Problem der Umrechnung eines PSS in schädigungsäquivalente Profilamplituden besteht darin, dass das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen bekannt sein muss, wobei es u.a. von der festgelegten Art der Schwingungserprobung (Sweep oder Rauschen) abhängt. Um dieses Problem zu lösen, wird es vorgeschlagen, ein Zeitsignal r(t), passend zu der Art der Schwingungserprobung, selbstständig zu erzeugen, und seine Schädigung für die vorgesehene Dauer der Vibrationserprobung TVT zu berechnen. r(t) wurde als Referenzsignal genannt. Es ist nichts Anderes, als ein Ansteuerungssignal, welches eine Schwingprüfanlage bei ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 der Umsetzung des Prüfprofils eines bestimmten Typs (Sweep- oder Rauschprofil) erzeugen würde. Es kann z.B. als ein reales Schwingungssignal auf einem Vibrationsprüfstand, ausgestattet mit einem geeigneten Regelungssystem generiert und mit einem geeigneten Messsystem aufgezeichnet werden. Eine alternative Möglichkeit hierzu bieten auch viele PC-gestützte Signalbearbeitungstools, z.B. Matlab, Famos, Labview. In ihrer Umgebung kann das Referenzsignal als ein fiktives, digitales Signal (z.B. für die Erstellung der Rauschprofile mit Hilfe eines Algorithmus der Generierung der Zufallszahlen) erzeugt werden. Dies ist eine zeitsparende und kostengünstige Möglichkeit, da es dafür weder ein Vibrationsprüfstand für die Schwingungserzeugung noch ein Messsystem für die Signalaufzeichnung notwendig sind. Der Level des Referenzsignals kann beliebig gewählt werden, er muss jedoch (gemäß dem Konzept des ASPEN Verfahrens) über die Frequenz f im gesamten Prüffrequenzbereich f = funt , …, fob konstant sein. Mit dem Level wird der Amplituden-Frequenz-Verlauf (AFV) SRef gemeint, wenn r(t) ein Sweepsignal (für eine Sweeperprobung) bzw. das LDS PSDRef , wenn r(t) ein stochastisches Signal (für eine Rauscherprobung) ist. Es wird also verlangt SRef = const, PSDRef = const. Im letzten Fall bedeutet diese Bedingung, dass r(t) im Prüffrequenzbereich f = funt , …, fob Weißes Rauschen generiert wird. Die Vorgehensweise zur Erzeugung eines solchen Signals, zusammen mit den nächsten Schritten e) und f), wurde das Konzept des Referenzsignals genannt. Ausführlich ist es weiter unten beschrieben. e) Berechnung des PSS des Referenzsignals Nachdem das Referenzsignal r(t) auf die oben beschriebene Weise erzeugt wurde, wird dessen PSS berechnet. Dafür wird der FDDC-Algorithmus noch einmal ausgeführt, s. den Rechenblock 13 im rechten Teil der Figur 4. Für das korrekte Funktionieren des ASPEN Verfahrens müssen dabei die gleichen Berechnungsparameter genutzt werden, wie für die Berechnung der PSS der Signale aus den Routenmixfahrten (im Schritt a)). Insbesondere betrifft das die Konfiguration der Bandpassfilter, sowie die Klassier- und die Wöhlerlinienparameter. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Das berechnete PSS wird Dr(f) bezeichnet, es gilt für die Dauer tr des erzeugten Referenzsignals r(t) f) Extrapolation des PSS des Referenzsignals Für die Berechnung des Schädigungsmaßes, welches sich in einem Vibrationstest der festgelegten Dauer einstellt, muss das im vorigen Schritt berechnete PSS des Referenzsignals Dr(f) auf diese Dauer extrapoliert werden. Das geschieht auf die gleiche Weise, wie die Extrapolation der PSS für Routenfahrten (s. Schritt b)), und zwar, durch das Multiplizieren Dr(f) mit dem entsprechenden Extrapolationsfaktor ^^,^^ ( ^ ) = ^^ × ^^(^) (3.5) Er wird wie folgt berechnet: ^^ = ^^^/^^ (3.6) Die Extrapolation des PSS des Referenzsignals erfolgt im SPEX-Modul 14, wie die der PSS aus Routenmessungen; das SPEX-Modul 14 wird dafür noch einmal ausgeführt, s. den Rechenblock 14 (auch bezeichnet als Extrapolations-Subkomponente 14) im rechten Teil von Figur 4. g) Berechnung der Höhe des Prüfprofils Nun liegen die beiden Schädigungsmaße vor – das superponierte PSS aus dem Routenmix D ^,SPEX(f), und das extrapolierte PSS des Referenzsignals Dr,EX(f) vor. Außerdem ist nun auch bekannt, dass die Bauteilschädigung Dr,EX(f) in einem Vibrationstest mit der Sweepanregung durch die Amplitude SRef , bzw. mit der Rauschanregung durch das LDS PSDRef (rechnerisch) zustande kommt, wenn die beiden Tests der Dauer jew. sind. Dies ermöglicht, SRef bzw. PSDRef in eine andere Amplitude SU bzw. in einen anderen LDS-Wert PSDU umzurechnen, welche zu der Schädigung D ^,SPEX(f) führen werden. Diese schädigungsäquivalente Umrechnung wird, je nach der Profilart, durch Formel (3.17) (für Sweepprofil), bzw. Formel (3.16) (für Rauschprofil) definiert (darin sind DRef(f) = Dr,EX(f) und DU(f) = D ^,SPEX(f)). Die ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 beiden Zusammenhänge (3.16) und (3.17) wurden eigenständig entwickelt und ASPEN-Transformation (AT) genannt. Für diese Umrechnung der PSS in die Profilamplituden wird das PRGN- Modul (auch bezeichnet als Prüfprofil-Generierungskomponente 16) ausgeführt, s. Figur 4. Die Umrechnung erfolgt dort separat für jede Frequenz f im definierten Prüffrequenzbereich f = funt , …, fob. Ein so berechnetes Sweep- bzw. Rauschprofil bildet das Ergebnis des Verfahrens. Es eignet sich für die schädigungsäquivalente Vibrationserprobung des betrachteten Bauteils mit der Profilregelung an der Stelle, an welcher die Beschleunigungsgröße x(t) in den Routenfahrten gemessen wurde (Einpunktregelung). Besonderheiten bzw. Ergänzungen des oben beschriebenen Vorgehens a) – g): ^ es wird für die Erstellung der Profile in jeder Raumachse separat angewendet. Dafür werden Signale ^ i(t), gemessen in der entsprechenden Raumrichtung, genutzt. Somit eignet sich das Verfahren vorrangig für Vibrationserprobungen auf Prüfständen mit der Möglichkeit der Erzeugung der Schwingungen nur in einer Raumachse (z.B. auf elektrodynamischen Shakerprüfständen). Wenn eine Schwingprüfeinrichtung die Erzeugung der Schwingungen simultan in drei Raumrichtungen zulässt (wie das z.B. auf servohydraulischen Püfständen typischerweise der Fall ist), können Profile gemäß dem oben beschriebenen Vorgehen für jede Richtung zuerst separat voneinander erstellt werden. Danach, während der Erprobung können Schwingungen, erzeugt durch das Schwingregelsystem entsprechend diesen Profilen in den zueinander senkrechten Richtungen, in den Prüfling gleichzeitig eingeleitet werden ^ das Referenzsignal kann auch ein Multisweep (für Erstellung eines Multisweep-Prüfprofils) oder ein Sinus mit fester Frequenz (für Erstellung eines Profils, mit welchem Verweildauererprobung durchgeführt werden kann) sein ^ nach diesem einheitlichen Vorgehen werden Anregungs- und Reaktionsprofile erstellt; sie unterscheidet nur die Nutzung der Signale verschiedener Messstellen – am Bauteil selbst (für die Erstellung eines Reaktionsprofils) bzw. an seinen Halterungen (für die Erstellung eines ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Anregungsprofils). Alle diese Signale müssen in Routenmixfahrten zeitsynchron aufgezeichnet werden; die Anregungsprofile werden i.d.R für die Prüfstandregelung, die Reaktionsprofile – für die Limitierung der Amplituden der Bauteilreaktion eingesetzt ^ für den Fall, wenn Signale mehreren Messstellen vorliegen und gemeinsam zur Profilerstellung ausgewertet werden sollen, s. Unterabschnitt „Mehrere Messstellen“ unmittelbar unten ^ außer für den gesamten Routenmix werden nach diesem Vorgehen auch Profile für die Abdeckung der Bauteilschädigung nur auf einzelnen Routen erstellt; dafür werden in der AT (3.16), (3.17) statt D ^,SPEX(f) die entsprechenden extrapolierten PSS D ^ i,EX(f) genutzt (sie wurden im Schritt b) für jede Route standardmäßig berechnet); solche Profile decken die Bauteilbeanspruchung für die Fahrzeit TRi auf jeder Route ab. Mehrere Messstellen: Bislang wurde das Verfahren für einen einfacheren Fall beschrieben, wenn Prüfprofile nur aus Signalen einer Messgröße (definiert für eine Messstelle) abzuleiten waren. In einer leicht modifizierten Form ist das Vorgehen auch anwendbar, wenn Messsignale in Routenfahrten an mehreren Stellen (z.B. am Bauteil und/oder an seinen Halterungen) in eine gleiche Richtung erfasst wurden, und sie zu einer Profilerstellung gemeinsam ausgewertet werden sollen. Der Unterschied im Verfahren betrifft dabei nur den PRGN-Algorithmus, und auch nur den Fall einer Mehrpunktregelung. Dieser Fall wird weiter unten behandelt. Pseudo-Schädigungsspektren (PSS): Für den Kennwert, welcher die Abhängigkeit der PSZ von der Mittenfrequenz jedes schmalbandigen Bandpasses ausdrückt, wurde im ASPEN Verfahren der Begriff Pseudo-Schädigungsspektrum eingeführt. PSS ist ein grundlegender, zentraler Kennwert des ASPEN-Verfahrens. Betrachtet man ein oszillierendes Zeitsignal, stellt das PSS eine Verteilung der PSZ seiner einzelnen harmonischen Komponenten über die Schwingungsfrequenz dar. Da die Abhängigkeit einer Funktion von der Frequenz eine physikalische Analogie zum ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Begriff Spektrum hat (wie es aus einem Zeitsignal auf klassische Weise durch die Fourier-Transformation berechnet wird [14]), wird im Begriff PSS das Wort Spektrum verwendet. Nach seinem physikalischen Inhalt ist PSS ähnlich dem Kennwert FDS (Fatigue Damage Spectrum). FDS findet eine breite Anwendung für die Analyse des Ermüdungsverhaltens der Bauteile sowie für die Synthese schädigungsäquivalenter Profile mit den schädigungs- und modellbasierten Verfahren, welche sich auf das Modell eines linearen schwach gedämpften EMS stützen [6-9]. FDS setzt also das Modell eines solchen EMS unbedingt voraus (mit der Beschleunigung des Fußpunktes als Eingangsgröße, und der relativen Auslenkungsamplitude des EMS als die Schwingungsreaktion). Die Berechnung eines PSS ist im ASPEN Verfahren dagegen nicht an ein mathematisches Modell des Bauteils, für welche das Prüfprofil erstellt werden soll, gebunden. Darin liegt der Unterschied zwischen FDS und PSS. Da ein PSS aus einzelnen PSZ besteht, handelt es sich bei einem PSS ebenso nicht um eine reale, sondern um eine fiktive Schädigung. Daher ist ein PSS für eine absolute Lebensdauervorhersage des Bauteils auch nicht geeignet. Erst durch den Vergleich von zwei PSS miteinander, berechnet z.B. für zwei verschiedene Zeitsignale, können die PSS sinnvoll interpretiert werden. Und zwar, im folgenden Sinne: „bei einer bestimmten Schwingungsfrequenz ist die Belastung eines Bauteils durch eine Zeitfolge schädigender (härter) als durch die andere“. Allerdings muss die Berechnung der beiden PSS dafür immer unter den gleichen Bedingungen durchgeführt werden. Dies betrifft alle Berechnungsparameter der PSS, vor allem die Parameter der Wöhlerlinie und die Breite des Durchlassbereiches der Bandpässe. Sollte (in seltenen Fällen) eine zutreffende Wöhlerlinie für das betrachtete Bauteil, Material, die Messgröße und den Lastfall tatsächlich bekannt sein, dann kann sie im ASPEN-Verfahren eingestellt und verwendet werden. Dadurch werden die berechneten Schädigungszahlen nicht mehr fiktiv und sie können (ggf. nach einer Extrapolation und Superposition) über eine tatsächliche Lebensdauer des Bauteils aussagen. In diesem Fall handelt es sich nicht um die PSZ und die PSS, sondern um reale Schädigungszahlen bzw. Schädigungsspektren. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Jedes PSS D(f) wird aus einem Zeitsignal x(t) einer bestimmten Dauer tX berechnet, und gilt nur für diese Dauer. Sie muss zusammen mit dem PSS angegeben werden. Ohne diese Angabe ist nicht bekannt, für welche Zeit die (Pseudo-)Schädigung bei jeder Frequenz akkumuliert wurde. Ein PSS kann nicht nur für die Synthese der schädigungsäquivalenten Prüfprofile, sondern auch z.B. für Vergleich der Härte zweier Profile verschiedener Typen (z.B. eines Sweep- mit einem Rauschprofil) genutzt werden.
ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Berechnung der PSS (FDDC-Algorithmus): Das FDDC-Modul dient der Berechnung der PSS aus Zeitsignalen, gemessen während der Routenfahrten, und aus dem Referenzsignal. Für jedes Signal x(t) der Dauer tX , unabhängig von seinem Ursprung, wird je ein PSS D(f) berechnet, und zwar, nach einem gleichen, unten beschriebenen Algorithmus. In den Bezeichnungen von oben sind hier x(t) = tX = t ^ i (i = 1, …, n). Der FDDC-Algorithmus umfasst folgendes, s. Figur 5: a) Filterung des Signals x(t) mit einem Satz mehrerer schmaler Bandpassfilter im Signalfilterschritt S1: Als Erstes werden im gewählten Prüffrequenzbereich f = funt , …, fob die Bandpassfilter konfiguriert. Sie können von jedem beliebigen Typ sein, z.B. Butterworth, Bessel, Tschebyschew etc. Um eine ausreichend hohe Auflösung der zu berechnenden Profilkurve über die Frequenz zu erreichen, werden in einem Frequenzbereich, wie er für Vibrationserprobung von Fahrzeugausrüstung typischerweise von funt = 10Hz bis fob = 2kHz definiert wird, mind.500...1000 Bandpässe konfiguriert. Dadurch beträgt der Durchlassbereich der Bandpässe nur einige Hertz, so dass sie als schmalbandig bezeichnet werden können. Je nach Wahl der Parameter der Filtersynthese (Eckfrequenzen und der Schritt der Änderung der Mittenfrequenzen) können die Bandpässe einen gleich breiten oder einen variablen Durchlassbereich besitzen. Unabhängig davon müssen diese Parameter so gewählt werden, dass sich die Durchlassbereiche der benachbarten Filter weder überschneiden noch Lücken dazwischen aufweisen. Unter diesen Gesichtspunkten können die Filterordnung und die - art (konventionelle oder „zero-phase“ Filterung) frei gewählt werden. Die Filterung eines Eingangssignals x(t) mit dem Satz von m solcher Bandpässe liefert m Ausgangsignale. Das Ausgangssignal des j. Bandpasses wird xBP,j(t) bezeichnet (j = 1, …, m) ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 b) Klassierung der bandpassgefilterten Signale im Klassierungsschritt S2: Anschließend wird aus dem Ausgangssignal xBP,j(t) jedes Filters mittels einer Klassierung ein Lastkollektiv gebildet. Dafür wird der gesamte Amplitudenbereich von xBP,j in l Klassen aufgeteilt, und für die Amplitude ai jeder Klasse i (i = 1, …, mit Hilfe eines Zähl- bzw. Klassierverfahrens die Zahl der Spiele NOP,i ermittelt. Dafür können verschiedene, aus der Betriebsfestigkeit bekannte Klassierverfahren genutzt werden; vorzugsweise jedoch solche, welche für jedes Spiel außer der Amplitude ai noch einen Mittelwert mi ermitteln lassen, z.B. das Rainflow-Zählverfahren. Somit beschreibt ein so berechnetes Lastkollektiv NOP = N(a, m) die Häufigkeit des Auftretens der Spiele mit bestimmten Amplituden a und Mittelwerten m im betrachteten Zeitsignal xBP,j(t). Aus dem o.g. Grund wird im ASPEN-Verfahren für die Bildung der Lastkollektive die Rainflow-Klassierung genutzt; sie liefert Rainflow-Kollektive in Form von Rainflow-Matrizen. Sie werden in den Koordinaten „Mittelwert / Amplitude“ dargestellt, d.h. jedes gezählte Schwingspiel wird durch seine Amplitude (eine halbe Spannweite) und den Mittelwert charakterisiert (somit sind z.B. für ein Beschleunigungssignal mit der Ordinateneinheit m/s² die beiden Abszissen der Rainflow-Matrix ebenfalls in m/s² skaliert, die Ordinate enthält dabei die Zahl der geschlossenen Schwingspiele). Ein evtl. vorhandenes Residuum wird nach dem Abschluss der Rainflow-Zählung in die Matrix hineingezählt. Auf solche Weise wird also für jedes gefilterte Signal xBP,j eine Rainflow- Matrix berechnet c) Umrechnung in schädigungsäquivalente mittelwertfreie Amplituden im Umrechnungsschritt S3: In der Rainflow-Matrix, wie oben ausgeführt, besitzt jedes Schwingspiel eine entsprechende Amplitude ai und Mittelwert mi .. Für die Bestimmung des Schädigungsmaßes eines Spiels mit Hilfe des in der Betriebsfestigkeit bekannten Ansatzes nach Wöhler (s. den nächsten Schritt d)) wird jedoch nur die Amplitude verwendet – bekanntlich berücksichtigt dieser Ansatz den Mittelwert eines Schwingspiels nicht. Da er u.U. das Schädigungsmaß eines ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Schwingspiels beeinflussen kann, wird die evtl. mittelwertbehaftetete Amplitude ai jedes Schwingspiels der Rainflow-Matrix zuerst in eine schädigungsäquivalente mittelwertfreie Amplitude (SMA) aSM,i umgerechnet. Dies erfolgt mit Hilfe des ebenfalls in der Betriebsfestigkeit bekannten Verfahrens nach Haigh [15] (genannt Haigh-Diagramm). Danach werden diese umgerechneten Amplituden in einer aufsteigenden Reihenfolge sortiert; daraus ergibt sich eine Abhängigkeit der Zahl der Schwingspiele (sie bleibt bei der Transformation nach Haigh unverändert) in der Rainflow-Matrix von den SMA NOP = N(aSM) d) Berechnung der Teilschädigungsbeträge im Teilschädigungsbeitrag- Berechnungsschritt S4: Nun wird für jede SMA aSM,i des Lastkollektivs mit l Klassen (i = 1, …, gebildet aus jedem gefilterten Signal xBP,j , das Schädigungsmaß berechnet: wobei Ni – die Zahl der Schwingspiele, die bei der Lastamplitude aSM,i zu einem Ausfall (Versagen) des Bauteils führt. Der Parameter Ni wird anhand einer einfachen Wöhlerlinie bestimmt; diese wird durch eine folgende Gleichung beschrieben: wobei NA, aA – die Zahl der Schwingspiele, die bei einer bestimmten Lastamplitude aA zum Bauteilausfall führt, und diese Amplitude (ein solcher Punkt A mit den Koordinaten (NA, aA) ist als ein sog. Stützpunkt der Wöhlerlinie bekannt), kWL – der Neigungskoeffizient (Neigungsfaktor) der Wöhlerlinie. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Um die Berechnung nach (3.8) durchführen zu können, werden zuerst die Parameter kWL, NA, aA der Wöhlerlinie festgelegt. Im ASPEN- Verfahren muss zwingend eine Wöhlerlinie in Form (3.8) genutzt werden. e) Berechnung der Summenschädigung für das Ausgangssignal jedes Bandpasses Summenschädigungs-Berechnungsschritt S5: Nachdem die Teilschädigungsbeiträge Di für jede Amplitude aSM,i jedes Lastkollektivs gemäß (3.7) bestimmt wurden, wird die resultierende Schädigung DGS , welche durch Einwirken auf das Bauteil l Lasten mit verschiedenen Amplituden aSM,i (i = 1, …, l) zustande kommt, unter Anwendung der linearen Schädigungsakkumulationshypothese (Palmgren- Miner-Regel) wie folgt berechnet: Das ergibt die Summenschädigung des Ausgangssignals xBP,j(t) eines j. Bandpassfilters. Da die für ihre Berechnung genutzte Wöhlerlinie in allermeisten Fällen fiktiv ist (siehe weiter oben), ist DGS die PSZ der Zeitfolge f) Bildung des PSS im Pseudoschädigungsspektrum-Bildungsschritt S6: Die PSZ, berechnet für Ausgangssignale aller m Bandpässe, welche im aktuellen Prüffrequenzbereich f = funt , …, fob definiert wurden, werden nun der Mittenfrequenz fBP des Durchlassbereiches des jeweiligen Bandpasses zugeordnet; die Darstellung der PSZ in Abhängigkeit von der jeweiligen Filter-Mittenfrequenz ergibt ein PSS D(f) (f = fBP). Hier wird noch einmal erwähnt, dass jedes Messsignal im FDDC-Modul (auch bezeichnet als Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungskomponente 13) nach diesem gleichen Algorithmus unabhängig von dem Signal einer anderen Messstelle oder einer gleichen Stelle, gemessen auf einer anderen Route, ausgewertet wird. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Deswegen, wenn z.B. mehrere Größen (Signale mehrerer Messstellen) während der Routenfahrten aufgezeichnet wurden, ändert sich im FDDC-Algorithmus dadurch nichts. Extrapolation und Superposition der PSS (SPEX-Algorithmus): Ein PSS D ^ i(f), berechnet mit dem FDDC-Algorithmus aus einem während einer Fahrt auf der Route i aufgezeichneten Zeitsignal ^ i(t), bezieht sich lediglich auf seine Messdauer t ^ i . Sie ist i.d.R. deutlich kürzer, als die volle Fahrzeit TRi auf der entsprechenden Route: t ^ i ≪ TRi . In der Schwingungserprobung mit einem Prüfprofil muss jedoch eine volle Lebensdauer des Bauteils abgesichert werden. Laut (3.1) setzt sich aus den Fahrzeiten TRi auf n einzelnen Routen zusammen (i = 1, …, n). Daher müssen alle, mit dem FDDC-Algorithmus berechneten PSS im nächsten Schritt extrapoliert und ggf. superponiert werden. Dafür wurde der SPEX-Algorithmus entwickelt. Die Extrapolation und die Superposition der PSS ist im ASPEN-RoMi-Verfahren an ein in der Betriebsfestigkeit bekanntes Vorgehen angelehnt, mit welchem (reale oder fiktive) Schädigungszahlen extrapoliert und superponiert werden. Die Extrapolation besteht darin in der Multiplikation der Schädigungszahlen, ermittelt aus Versuchen auf einzelnen Routen, mit entsprechend berechneten Extrapolationsfaktoren, die Superposition – in der Addition der extrapolierten Schädigungszahlen miteinander. Da jede Ordinate eines PSS ein PSZ ist, kann dieses Verfahren auf die Extrapolation und die Superposition der PSS unverändert übertragen werden. Bei den Erläuterungen des SPEX-Algorithmus unten wird, wie auch bisher, angenommen, dass eine Messdatei pro gefahrene Route vorliegt. Die Extrapolation und die Superposition der PSS für den Fall mehrerer Messdateien pro Route ist weiter unten beschrieben. Für die Ausführung der Extrapolations- und der Superpositionsalgorithmus im ASPEN RoMi Verfahren müssen nur die Fahrzeiten TRi auf n einzelnen Routen angegeben werden (i = 1, …, n). ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Im Blockdiagramm des ASPEN-RoMi-Verfahrens in Figur 4 wird die Extrapolation der PSS durch die n Rechenblöcke 14 (im linken Teil des Diagramms), die Superposition – durch den Block 15 veranschaulicht. Extrapolation der PSS für Routenfahrten: Die Extrapolation der PSS wird mit der Formel (3.2) beschrieben. Sie ist eine reine Multiplikationsprozedur eines PSS D ^ i(f) mit einer Konstanten k ^ i , genannt der Extrapolationsfaktor. Er wird als das Verhältnis TRi der vollen Fahrdauer auf einer Route i zu der (individuellen) Messzeit t ^ i des Signals ^ i(t) auf dem Messabschnitt dieser Route gemäß (3.3) berechnet. Da k ^ i für alle Frequenzen f eines PSS gleich ist, ist das extrapolierte PSS D ^ i,EX(f) immer eine skalierte Kopie von D ^ i(f). Physikalisch entspricht dieses Extrapolationsverfahren einer folgenden – idealisierten – Interpretation: die Fahrt auf dem vermessenen Abschnitt einer Route i wiederholt das Versuchsfahrzeug k ^ i Mal. Bei jeder Wiederholfahrt kommt für das betrachtete Messsignal exakt das gleiche PSS D ^ i(f) zustande. Dann wird am Ende aller dieser wiederholten Fahrten die festgelegte Fahrzeit TRi und die ihr entsprechende Schädigung, ausgedrückt durch das PSS D ^ i,EX(f), für das betrachtete Messsignal ^ i(t) erreicht. Der Extrapolationsalgorithmus des ASPEN-RoMi-Verfahrens berechnet ein extrapoliertes PSS D ^ i,EX(f) pro Messsignal ^ i(t) und Messdatei. Wenn eine Messdatei für jede gefahrene Route vorliegt, und TRi als die gesamte Fahrdauer auf der Route i angegeben wurde, zeigt das extrapolierte PSS D ^ i,EX(f) frequenzabhängig die Pseudoschädigung, die an der betrachteten Stelle (des Bauteils oder seinen Halterungen, und nur an dieser Stelle) für die gesamte Fahrdauer TRi auf der betrachteten Route rechnerisch zustande kommt. Da die Fahrdauer auf einer Route die volle geforderte Bauteillebensdauer TLD nicht abdeckt (es wird nach wie vor angenommen bzw. vorausgesetzt, dass das Bauteil für einen kompletten Routenmix ausgelegt werden soll), und TRi < TLD , bilden die extrapolierten PSS D ^ i,EX(f) ein Nebenergebnis des SPEX-Algorithmus. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Trotzdem haben die extrapolierten PSS D ^ i,EX(f) eine wichtige praktische Bedeutung. Sie ermöglichen den Vergleich der Härte verschiedener Routen eines Routenmix. Wenn D ^ i,EX(f), berechnet für eine gleiche Messstelle aus Fahrten auf verschiedenen Routen, übereinander (z.B. grafisch) gelegt werden, kann man Schlussfolgerungen ziehen, welche Route in welchem Frequenzbereich für die betrachtete Stelle schädigender ist, als eine andere Route. Dabei ist jedoch zu beachten, dass die Fahrdauern auf verschiedenen Routen ggf. ungleich sind: TR1 ^ TR2 ^ TR3 etc. Superposition der PSS für Routenfahrten: Die Superposition der PSS im ASPEN-RoMi-Verfahren wird mit der Formel (3.4) beschrieben. Sie erfolgt in Anschluss an die Extrapolation und ist eine reine Additionsprozedur mehrerer zuvor extrapolierter PSS D ^ i,EX(f) der Signale ^ i(t) einer gleichen Messgröße ^ zu einem gesamten PSS D ^,SPEX(f). Die PSS werden für jede Frequenz f einzeln addiert. Eine Folgerung daraus ist, dass das superponierte PSS D ^,SPEX(f), welches für den gesamten Routenmix gilt, bei allen Frequenzen immer schädigender ist, als jedes der extrapolierten PSS D ^ i,EX(f), welche die Pseudoschädigung nur auf einzelnen Routen repräsentieren. Das ist auch verständlich, denn die gesamte Fahrzeit auf dem Routenmix TRM ist größer als die Fahrzeit auf jeder einzelnen Route TRi , s. Formel (3.1). Wie oben erwähnt, berechnet der Superpositionsalgorithmus des ASPEN-RoMi- Verfahrens je ein superponiertes PSS D ^,SPEX(f) pro Messgröße ^. Dieses PSS D ^,SPEX(f) bestimmt die Pseudoschädigung, welche das Bauteil an der jeweiligen Messstelle für die volle vorgegebene Lebensdauer TLD bei jeder Schwingungsfrequenz f rechnerisch erfahren wird. Somit bilden alle superponierten PSS D ^,SPEX(f) das Hauptergebnis der Berechnungen im SPEX-Modul. Allerdings, als Folgerung daraus, werden die superponierten PSS nicht gebildet, wenn dem Verfahren nur eine Messdatei für die Profilerstellung zugeführt wurde. Dies könnte z.B. der Fall sein, wenn Messungen nur auf einer Route durchgeführt wurden (kein Routenmix). ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Extrapolation des PSS des Referenzsignals: Das PSS des Referenzsignals Dr(f) (berechnet zuvor im FDDC-Algorithmus) wird nach (3.5) extrapoliert. Der dafür benötigte Extrapolationsfaktor kr wird nach (3.6) bestimmt. Da diese Formel die Dauer der Vibrationserprobung enthält, muss man sich spätestens in dieser Etappe der Profilerstellung mit ASPEN-RoMi- Verfahren darauf festlegen. Weil das Referenzsignal ein einziges Signal ist, entfällt für sein extrapoliertes PSS die Superposition. Typisches Ausführungsbeispiel: Hier wird ein Beispiel der Ausführung des SPEX-Algorithmus (auch Extrapolations- und Superpositionsprozess P2 genannt) für zwei Messgrößen x, y ( ^ = x, y) gegeben, deren Signale in Versuchen auf n verschiedenen Routen eines Routenmix aufgezeichnet wurden. x, y können z.B. wieder die Beschleunigungsgrößen sein, gemessen an zwei verschiedenen Stellen des untersuchten Bauteils, oder an seinen Halterungen. Signale dieser Größen x und y, gemessen auf einem Abschnitt der i. Route (i = 1, …, n), werden xi(t), yi(t), ihre Messdauern txi , tyi bezeichnet (allgemein ^ tyi). Die PSS Dxi , Dyi wurden zuvor im FDDC-Algorithmus berechnet, sie werden nun zusammen mit txi , tyi dem SPEX-Modul zugeführt. Der Ablauf der Extrapolation und der Superposition verdeutlicht Figur 6. Zuerst werden die PSS Dxi , Dyi extrapoliert. Dafür wird die gesamte Fahrzeit TRi auf jeder Route i angegeben (das Verhältnis TRi zu der geforderten Lebensdauer des Bauteils TLD. wird nach wie vor durch (3.1) bestimmt), und nach (3.3) werden die Extrapolationsfaktoren kxi bzw. kyi, berechnet. Das Extrapolieren der PSS Dxi , Dyi geschieht durch ihr Multiplizieren mit dem entsprechenden Extrapolationsfaktor kxi bzw. kyi laut Formel (3.2). Die so gebildeten extrapolierten PSS sind in Figur 6 als Dxi,EX(f), Dyi,EX(f) bezeichnet (i = 1, …, n). Nun werden sie superponiert. Dies geschieht durch die Addition aller PSS Dxi,EX(f) des Kanals x und aller PSS Dyi,EX(f) des Kanals y von den einzelnen ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Routen miteinander laut (3.4). Dadurch wird pro Messgröße ^ je ein superponiertes PSS gebildet, also im betrachteten Beispiel insgesamt zwei PSS Dx,SPEX(f), Dx,SPEX(f). Die Ergebnisse der Ausführung des SPEX-Algorithmus im betrachteten Beispiel (s. Figur 6) sind also: ^ mehrere extrapolierten PSS Dxi,EX(f), Dyi,EX(f) (je zwei PSS pro Route i, das Nebenergebnis), sowie ^ die extrapolierten und superponierten PSS Dx,SPEX(f), Dy,SPEX(f) (insgesamt 2 PSS, das Hauptergebnis). Sie alle können dem PRGN-Algorithmus für die Berechnung verschiedener Profile zugeführt werden. Berechnung des Prüfprofils (PRGN-Algorithmus): Der PRGN-Algorithmus dient der Bestimmung der Profilamplituden aus den PSS. Dafür wird die ASPEN-Transformation (AT) genutzt. Der PRGN-Algorithmus wird zuerst in „Beschreibung“ ausführlich beschrieben. In „Typen der Ergebnisprofile“ werden Typen der resultierenden Profile, die der PRGN- Algorithmus (und somit das gesamte ASPEN-RoMi-Verfahren) berechnet, erläutert. Danach, in wird in „ ASPEN-Transformation“ die AT für zwei separate Fälle – die Erstellung eines Rausch- und eines Sweepprofils angegeben. Beschreibung: Eingangsdaten: Die Eingangsdaten des PRGN-Algorithmus sind: i) die extrapolierten PSS D ^ i,EX(f), bzw. extrapolierten und superponierten PSS D ^,SPEX(f) für Routenfahrten (berechnet im SPEX-Algorithmus) ii) das extrapolierte PSS Dr,EX(f) des Referenzsignals r(t) (berechnet ebenfalls im SPEX-Algorithmus) iii) Parameter des Referenzsignals r(t): o die Amplitude SRef , falls das Referenzsignal r(t) als ein Sweep (für die Erstellung eines Sweepprofils), bzw. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 o die Höhe des LDS PSDRef , falls das Referenzsignal r(t) als ein Weißes Rauschen (für die Erstellung eines Rauschprofils) generiert wurde. Bezeichnungen: Unabhängig davon, ob es sich um die extrapolierten bzw. um die extrapolierten und superponierten PSS handelt, erfolgt die Profilberechnung im PRGN-Modul nach einem gleichen Algorithmus. Von Bedeutung ist für die Durchführung der PRGN- Berechnungen nur die Unterscheidung der Messsignale ^ i(t), wenn Profile aus den extrapolierten, nicht superponierten PSS D ^ i,EX(f), oder die der Messgrößen ^ (s. Definition der Begriffs Messgröße weiter oben), wenn Profile aus extrapolierten und superponierten PSS D ^,SPEX(f) zu erstellen sind; und dies ist auch nur dann, wenn eine Mehrpunktregelung definiert ist. Für eine anschauliche Erläuterung der Funktion des PRGN-Moduls wird daher im Folgenden ein Fall behandelt, dass die PSS der insgesamt p Messsignale (oder Messgrößen) aus einer beliebigen SPEX- Ergebnisdatei mit dem PRGN-Algorithmus ausgewertet werden sollen, und q davon für eine Mehrpunktregelung vorgesehen sind (q ^ p). Dabei werden die Eingangs- PSS des PRGN-Algorithmus, die mit dem SPEX-Algorithmus berechnet wurden (s. sie oben, im Unterabschnitt „Eingangsdaten“), gegenüber der obigen Definition folgendermaßen umbenannt: ^ D ^ i,EX = DU,k – das extrapolierte PSS des Messsignals ^ i(t) einer Messgröße ^, gemessen auf einer Fahrtroute (der Index i, welcher die Nummer i der Route bestimmt, ist für die Erläuterung des PRGN-Algorithmus ohne Bedeutung, und wird daher weggelassen; stattdessen werden die Messsignale, gemessen auf dieser Route, einfach durchnummeriert, dabei bekommt das extrapolierte PSS eines Messsignals eine fortlaufende Nummer k: k = 1, …, p), ^ D ^,SPEX = DU,k – das superponierte PSS für die Messgröße ^ , berechnet für Fahrten auf allen Routen eines Routenmix; diese superponierten PSS jeder Messgröße werden auch hier einfach mit dem Index k durchnummeriert (k = 1, …, p). Mit anderen Worten – da die extrapolierten, aber nicht superponierte PSS von den extrapolierten und superponierten PSS für die Erläuterung des PRGN-Algorithmus nicht unterschieden werden müssen, werden ihre PSS also nun einheitlich als DU,k ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 bezeichnet, wobei k die fortlaufende Nummer des Messsignals bzw. des Messgröße in einer dem PRGN-Modul zugeführten Eingangsdatei ist. Beschreibung des PRGN-Algorithmus: Aus den PSS DU,k der insgesamt p Messsignale (oder Messgrößen) einer Eingangsdatei (k = 1, …, p) werden im PRGN-Modul p einzelne Profile bzw. Profile für Einpunktregelung PRV,k , sowie ein Profil PRMP für eine Mehrpunktregelung berechnet. Dies geschieht in folgenden Schritten: a) ASPEN-Transformation (AT) Als erstes wird aus jedem extrapolierten, bzw. extrapolierten und superponierten PSS DU,k , und unter Angabe des extrapolierten PSS Dr,EX(f) des Referenzsignals, seiner Amplitude SRef oder seines LDS PSDRef und des Neigungskoeffizienten kWL der einfachen Wöhlerlinie (die durch Gleichung (3.8) beschrieben wird), die Höhe eines Einzelprofils PRU,k berechnet. Je nach der Art des zu erstellenden Prüfprofils erfolgt das mit Hilfe der AT (3.16) oder (3.17). Und zwar, ^ für den Fall der Erstellung eines Sweepprofils wird die AT in der Form (3.17) genutzt; dabei wird in (3.17) die Amplitude SRef des zuvor generierten Sweep-Referenzsignals angegeben, ^ für den Fall der Erstellung eines Rauschprofils wird die AT in der Form (3.16) genutzt; dabei wird in (3.16) die Höhe des LDS PSDRef des zuvor generierten Weißen-Rauschen-Referenzsignals angegeben. In der AT muss ein gleicher Wert des Neigungskoeffizienten kWL der Wöhlerlinie genutzt werden, wie zuvor im FDDC-Algorithmus bei der Berechnung der PSS aus den Signalen, aufgezeichnet während der Routenfahrten, und aus dem Referenzsignal b) Profilberechnung für Mehrpunktregelung Im betrachteten Fall sind q aus den insgesamt p vorhandenen Messstellen für die Mehrpunktregelung vorgesehen. Die Einzelprofile PRU,k dieser q Messstellen werden nun zu einem Profil PRU,MP miteinander verrechnet. Dabei kann es zwischen den Strategien der Mittelwert- und Maximalwertregelung unterschieden werden. Um ein Profil, geeignet für die Mittelwertregelung zu bekommen, werden die Einzelprofile aller entsprechenden Stellen bei jeder Frequenz arithmetisch gemittelt: ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 vorgesehen ist, wird dagegen aus der höchsten Amplitude aller Einzelprofile bei jeder Frequenz gebildet („peak-hold“ Verfahren): ^^^,^^ = ^^^ ^^^^,^, … , ^^^,^^ (3.11) c) Gewichtung mit Sicherheits- und Testfaktor Die berechneten Profile PRU,k und PRU,MP können bereits in dieser Form für die Schwingungserprobung (mit der Profilregelung an den entsprechenden Stellen) eingesetzt werden. Jedoch könnte das Ergebnis der Bauteilerprobung mit solchen Profilen oft nicht ausreichend Vertrauen bieten, wie dies für eine Serienfreigabe notwendig ist. Die Gründe dafür sind: diese Profile berücksichtigen weder Streuung der Beanspruchung und Beanspruchbarkeit der Prüflinge, noch die Unsicherheit des Prüfergebnisses wegen eines begrenzten Stichprobenumfangs (d.h. die Unsicherheit wegen Erprobung einer begrenzten Zahl der Prüflinge). Deswegen, zur Steigerung des Vertrauens an das Prüfergebnis, und in Anlehnung an ein entsprechendes Vorgehen in der Betriebsfestigkeit, ist im ASPEN RoMi Verfahren eine Möglichkeit vorgesehen, die berechneten Profilamplituden zu erhöhen. Dafür wird ein Sicherheits- und Testfaktor jSTF eingeführt, und die zuvor berechneten Profilamplituden mit ihm folgendermaßen beaufschlagt (jSTF > 1): ^ bei der Erstellung eines Sweepprofils wird jede Ordinate von PRU,k und PRU,MP mit jSTF multipliziert ^^^,^ = ^^^,^ × ^^^^ (3.12) ^^^^ = ^^^,^^ × ^^^^ (3.13) ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 ^ bei der Erstellung eines Rauschprofils wird jede Ordinate von PRU,k und PRU,MP mit dem quadrierten Wert jSTF multipliziert (k = 1, …, p): ^^^^ = ^^^,^^ × (^^^^)^ (3.15) Der Unterschied der Formeln (3.12) von (3.14) und (3.13) von (3.15) hat einen folgenden Grund. Im Fall eines Sweepprofils sind PRU,k und PRU,MP Verläufe der Amplitude einer harmonischen Schwingung über die Frequenz, wie sie bei einer üblichen Definition eines Sweepprofils bekannt sind (z.B. für eine Beschleunigungsgröße sind sie in m/s² skaliert), während sie im Fall eines Rauschprofils die LDS sind (für die Beschleunigung ist dann ihre Einheit (m/s²)²/Hz). Ein LDS hat eine physikalische Ähnlichkeit den quadrierten Signalamplituden. Für einen praktischen Anwendungsfall muss der Sicherheits- und Testfaktor jSTF anhand ingenieurtechnischer Überlegungen festgelegt und/oder aus bekannter Literatur zur Betriebfestigkeit, z.B. [15], entnommen werden. Im Ergebnis der Ausführung der Schritte a) – c) liegen p einzelne Profile bzw. Profile für eine Einpunktregelung PRV,k (k = 1, …, p), sowie ein Profil PRMP für eine Mehrpunktregelung vor. Ebenso wie bei der Extrapolation und der Superposition der PSS (SPEX-Algorithmus), erfolgt die Berechnung der Höhe der Prüfprofile im PRGN- Algorithmus für jede Frequenz f individuell, unabhängig von der anderen Frequenz. Deswegen wurde das Zeichen f bei allen PSS DU,k und Profilfunktionen PR in der obigen Beschreibung, Schritte a) – c), weggelassen. Typisches Ausführungsbeispiel: ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Der oben allgemein beschriebene PRGN-Algorithmus soll nun an einem konkreten Beispiel verdeutlicht werden. Angenommen, nach Durchführung der Routenfahrten, der FDDC- und SPEX- Berechnungen liegen (in einer Datei) extrapolierte bzw. extrapolierte und superponierte PSS für drei Messsignale bzw. -größen x(t), y(t), z(t) vor. Diese drei PSS werden DU,k bezeichnet (k = 1, …, 3). Die ersten zwei Größen x(t), y(t) sind für eine Mehrpunktregelung vorgesehen. Die zu erstellenden Profile müssen diese PSS abdecken. Der Ablauf der Profilberechnung mit dem PRGN-Algorithmus, Schritte a) – c), für diesen Fall ist in Figur 7 zu sehen. Außer der drei PSS DU,k sind für den Algorithmus weitere Eingangsgrößen notwendig: das extrapolierte PSS Dr,EX und die Höhe Ar des Referenzsignals r(t). Sie ist die konstante Amplitude SRef des harmonischen Signals r(t), wenn Sweepprofile zu erstellen sind, oder das LDS der konstanten Amplitude PSDRef des stochastischen Signals r(t) (Weißes Rauschen), wenn Rauschprofile erstellt werden sollen: Ar = {SRef , PSDRef}. Aus diesen Eingangsgrößen werden zuerst, unter Angabe des Neigungskoeffizienten kWL der Wöhlerlinie, mit AT (3.16) oder (3.17) die drei Einzelprofile PRU,k berechnet (k = 1, …, 3). Die Profile PRU,1 , PRU,2 der ersten beiden Größen x(t), y(t) werden danach mit einer der Formeln (3.10) oder (3.11) zu einem Profil PRU,MP für eine Mehrpunktregelung zusammengeführt. In Figur 7 sind diese Formeln durch den Operator ^ ausgedrückt. Je nach dem Typ der zu erstellenden Profile (Sweep oder Rauschen) werden schließlich die Ordinaten aller 4 Profile mit dem Sicherheits- und Testfaktor j bzw. mit dem Quadrat davon 2 STF (jSTF ) multipliziert. Das Ergebnis der PRGN-Berechnungen bilden im betrachteten Beispiel die vier Profilfunktionen PRV,k (k = 1, …, 3) und PRMP . Je nach der Handhabung des Referenzsignals und der Nutzung der Formel der AT (3.16) oder (3.17), können sie alle entweder Sweep- oder Rauschprofile sein. Die ersten drei PRV,k sind dabei Einzelprofile, sie sind für eine Schwingungserprobung mit der Profilregelung an einzelnen Stellen, an welchen Signale der Größen x(t), y(t), z(t) während der Routenfahrten aufgezeichnet wurden, bestimmt. Das Profil PRMP ist mittels der ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Mehrpunktregelung der Signale der zwei Aufnehmer, platziert möglichst genau an den Stellen der Aufzeichnung der Größen x(t) und y(t) in den Routenfahrten, umzusetzen. Die Strategie der Profilregelung an diesen beiden Stellen (Mittelwert- oder Maximalwertregelung) richtet sich daran, ob bei der Berechnung der Amplituden des Profils PRMP die Formel (3.10) oder (3.11) genutzt wurde. Typen der Ergebnisprofile: Abhängig von den Eingangsdaten und der Parametrierung berechnet der PRGN- Algorithmus (und somit das gesamte ASPEN RoMi Verfahren, ggf. in einem Durchlauf) Prüfprofile mehrerer verschiedener Typen bzw. Profile mit verschiedenen Merkmalen. Hier folgt ihre Beschreibung, ggf. mit Angaben zur Umsetzung der Profile verschiedener Typen: a) Sweep- und Rauschprofile, Profile für eine Verweildauererprobung Es handelt sich um die Unterscheidung der Prüfprofile hinsichtlich der Art der generierten Schwingungen – mit harmonischer oder stochastischer Schwingungsanregung. Unter die erste Kategorie fällt die Erprobung mit Gleitfrequenzanregung (Sweep), bestehend aus einem Ton (Einzelsweep) oder aus mehreren Tönen (Multisweep), und auch die Verweildauererprobung mit einer festen Frequenz. Alle diese Erprobungsarten sind durch DIN EN 60068-2-6 genormt. Eine Einschränkung des ASPEN-Verfahrens besteht darin, dass sich Frequenzbänder der einzelnen Sweeptöne im Fall eines Multisweepprofils nicht überschneiden dürfen. Zur zweiten Kategorie gehört Breitbandrauschprüfung nach DIN EN 60068-2-64. Auch können mit dem ASPEN Verfahren Profile für kombinierte Anregung, bei welcher ein oder mehrere Sweeptöne mit Rauschen überlagert sind, erstellt werden. Diese Prüfart wird durch DIN EN 60068-2-80 genormt. Die Voraussetzung dafür ist es, dass bei einer Frequenz nur eine Profilamplitude (z.B. nur die Amplitude des Sweepprofils oder den Wert des LDS des Rauschprofils) bestimmt werden muss. b) Anregungs- und Reaktionsprofile ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Sinnvollerweise sollte die Messung der Schwingungs-, Belastungs- oder Beanspruchungsgrößen für die Profilerstellung mit dem ASPEN-Verfahren sowohl am betroffenen Bauteil als auch an seinen Befestigungs- bzw. Anbindungsstellen am Träger erfolgen (als Träger kann z.B. ein verbrennungsmotorischer, elektrischer oder ein anderer Antrieb eines Kraftfahrzeugs, ein Kfz-Getriebe, eine Karosserie oder eineFahrzeugachse sein). Aus Daten, gemessen an Halterungs- oder Befestigungsstellen des betroffenen Bauteils werden mit dem ASPEN-Verfahren Anregungsprofile abgeleitet. Sie dienen zur Erzeugung Schwingungen, welche während der Vibrationserprobung in dieses Bauteil (den Prüfling) eingeleitet werden. In den meisten Fällen wird das Anregungsprofil auch geregelt. Wenn Schwingungen auch unmittelbar am betrachteten Bauteil (während der Routenfahrten) aufgezeichnet werden, können aus diesen Daten mit dem ASPEN-Verfahren Reaktionsprofile berechnet werden. Sie beschreiben gewünschte bzw. geforderte Vibrationsamplituden, welche Prüfling während der Vibrationserprobung als Reaktion auf das eingeleitete Anregungsprofil erfahren soll. Im Gegensatz zu einem Anregungsprofil wird das Reaktionsprofil resonanzbehafteter Bauteile aus verschiedenen Gründen nur selten für eine Shakerregelung verwendet. Die Anregungs- und Reaktionsprofile unterscheidet also nur die Wahl der Messstellen, für welche ein Profil abgeleitet wird, und ihre Handhabung während der Vibrationserprobung – Regelung eines Anregungsprofils, bzw. Überwachung (mit ggf. Limitierung) anhand des Reaktionsprofils. Im ASPEN- Verfahren werden die Anregungs- und Reaktionsprofile nach einem gleichen Algorithmus erstellt. c) Profile für Ein- und Mehrpunktregelung Der Unterschied dieser Profiltypen besteht darin, ob ein Profil in einer Vibrationserprobung an einem oder mehreren Punkten (Stellen) geregelt wird. Bei einer Einpunktregelung wird ein Schwingungsaufnehmer an eine Stelle des Prüfaufbaus gesetzt, und die Schwingungen werden gemäß einem vorgegebenen Profil an dieser Stelle in die Struktur eingeleitet. Bei einer Mehrpunktregelung wird das vorgegebene Profil nach Signalen mehrerer ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Schwingungsaufnehmer, platziert an verschiedenen Stellen des Prüfaufbaus, geregelt. Profile für die Einpunktregelung werden im ASPEN-RoMi-Verfahren, PRGN- Modul, aus allen Signalen, gemessen auf einer Route oder auf dem kompletten Routenmix, mit der oben beschriebenen Prozedur standardmäßig erstellt. Wenn Signale an mehreren Stellen des Bauteils oder seiner Halterungen in verschiedenen Richtungen (während der Fahrversuche) aufgezeichnet wurden, liegt der Unterschied dieser Profile nur daran, für welche Stelle und Messrichtung sie gelten. Deswegen, wenn ein Prüfprofil PRV,k mit dem PRGN-Algorithmus aus dem Signal eines Messaufnehmers mit der laufenden Nummer k erstellt wurde, kann das Profil sinnvoll nur im Test mit der Profilregelung an der entsprechenden Stelle, an welcher dieser Aufnehmer in den Routenfahrten platziert war, und in die entsprechende Richtung (Messrichtung des Aufnehmers) genutzt werden. Profile für eine Mehrpunktregelung können aus allen Signalen, gemessen auf einer Route oder auf dem kompletten Routenmix, in ihrer beliebigen Kombination, erstellt werden. Dafür müssen diese Signale lediglich spezifiziert werden. Liegen in einer SPEX-Ergebnisdatei die extrapolierten oder die extrapolierten und superponierten PSS DU,k für p Messsignale vor, können q beliebige Signale davon im PRGN-Modul für die Berechnung eines Profils PRMP für eine Mehrpunktregelung angegeben werden (2 ^ q ^ p). Ein solches Prüfprofil PRMP , erstellt durch eine gemeinsame Verarbeitung der q Einzelprofile laut Formeln (3.10), (3.11), sollte im Vibrationstest auch nach den Signalen aller dieser q Aufnehmer, platziert an den entsprechenden Stellen, geregelt werden. D.h. dieses Profil kann nur durch die Mehrpunktregelung der Signale der entsprechenden Sensorstellen korrekt umgesetzt werden. Die Regelstrategie sollte dabei ebenfalls dem Algorithmus der Verrechnung der Einzelprofile entsprechen: wurde dafür die Formel (3.10) genutzt, sollte eine Mittelwertregelung, bei der Nutzung der Formel (3.11) – eine Maximalwertregelung angewendet werden. Diese Regelstrategien sind durch entsprechende Einstellungen im Schwingregelsystem des Prüfstandes umzusetzen. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Ein Prüfprofil für eine Mehrpunktregelung wird nicht berechnet, wenn dem ASPEN RoMi Verfahren nur eine Messdatei (s. oben) für die Profilerstellung zugeführt wurde. Dies könnte z.B. der Fall sein, wenn Messungen nur auf einer Route durchgeführt wurden (kein Routenmix) d) Profile, welche die Schädigung auf einzelnen Routen oder auf dem gesamten Routenmix abdecken Werden Messungen an mehreren verschiedenen auslegungsrelevanten Routen eines Routenmix durchgeführt, werden im ASPEN RoMi Verfahren Profile erstellt, welche die Schädigung sowohl auf jeder einzelnen Route, als auch auf dem gesamten Routenmix abdecken. Dies geschieht in einem Durchlauf des Verfahrens. ^ Einzelne Routen Die Profile PRV,k , PRMP , erstellt aus den extrapolierten, jedoch nicht superponierten PSS, decken die Fahrdauer TRi nur auf einer betrachteten Route i ab. Sie berücksichtigen weder Fahrten auf anderen Routen des Routenmix, noch decken sie die volle geforderte Bauteillebensdauer TLD ab (es wird nach wie vor angenommen bzw. vorausgesetzt, dass das Bauteil für einen kompletten Routenmix ausgelegt werden soll). Außerdem, da TRi < TLD , ist ein solches Profil schwächer, als das Profil, welches den kompletten Routenmix, und somit die geforderte Bauteillebensdauer abdeckt. Deswegen dürfen Profile, welche die Fahrdauer TRi nur auf einzelnen Routen eines Routenmix abdecken, für eine praktische Schwingungserprobung eher nachrangiger Bedeutung sein. Unter diesem Gesichtspunkt bilden diese Profile nur ein Nebenergebnis der Profilerstellung des ASPEN RoMi Verfahrens. Trotzdem haben die Profile PRV,k , PRMP , erstellt aus den extrapolierten, nicht superponierten PSS, eine wichtige praktische Bedeutung. Oben (s. letzten Absatz im Unterabschnitt „Extrapolation der PSS für Routenfahrten“) wurde bereits auf die Möglichkeit (und Zweckmäßigkeit) der Nutzung dieser PSS für den Vergleich der Härte verschiedener Routen eines Routenmix hingewiesen. Mit Hilfe der aus ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 diesen PSS erstellten Profile kann nun diese Aufgabe auf eine andere Weise gelöst werden. Wenn PRV,k bzw. PRMP , berechnet für eine gleiche Messstelle bzw. für die gleichen Messstellen aus Fahrten auf verschiedenen Routen, übereinander (z.B. grafisch) gelegt werden, kann man Schlussfolgerungen ziehen, welche Route in welchem Frequenzbereich für die betrachtete(n) Stelle(n) zu einem härteren Profil in einer Schwingungserprobung führt, als die einer anderen Route. Ein härteres Profil bedeutet eine größere (Pseudo- )Schädigung. Dabei ist jedoch wieder zu beachten, dass die Fahrdauern auf verschiedenen Routen ggf. ungleich sind: TR1 ^ TR2 ^ TR3 etc. ^ Routenmix Nur die Profile PRV,k , PRMP , erstellt aus den extrapolierten und superponierten PSS, decken die Fahrdauer auf dem gesamten Routenmix und somit die volle vorgegebene Lebensdauer TLD des Bauteils ab. Somit bilden sie das Hauptergebnis der Profilerstellung des ASPEN RoMi Verfahrens. Bei jedem Profil ist dieses Ergebnis allerdings nur im Fall der Profilregelung an einer entsprechenden, konkreten Stelle (für ein Einzelprofil PRV,k), oder an den mehreren entsprechenden Stellen (für das Profil PRMP) zutreffend. Dies sind verschiedene Stellen (am Bauteil oder an seinen Halterungen), deren Signale für die Erstellung der Profile PRV,k , PRMP genutzt wurden. Die Zugehörigkeit der Profile zu den Gruppen a) – d) ergibt sich aus den Eingangsdaten und der Festlegung der Berechnungsparameter. Die Merkmale aus den Gruppen a) – d) sind sich nicht widersprechend. Jedes erstellte Profil enthält ein Merkmal aus jeder Gruppe. Z.B. kann ein Prüfprofil hinsichtlich der Art der generierten Schwingungen ein Sweepprofil, hinsichtlich der Wahl der Stellen für seine Regelung/Anwendung – ein Anregungsprofil, hinsichtlich der Zahl der Regelstellen – ein Profil für die Mehrpunktregelung sein, und dabei gleichzeitig die Fahrdauer nur auf einer Route oder auf dem gesamten Routenmix ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 abdecken. Alle diese Profile sind einsatzfähig, die Wahl eines Profils daraus für eine praktische Durchführung der Vibrationserprobung trifft der Sachbearbeiter. ASPEN-Transformation: Hier werden Formeln für die Umrechnung der PSS, berechnet mit dem ASPEN- Verfahren aus den Routenfahrten (d.h. Pseudo-Schädigung, die das Bauteil im Fahrbetrieb erfährt), in die schädigungsäquivalenten Profilamplituden angegeben. Dafür wurden im ASPEN-Verfahren einfache, nicht iterative, analytische Formeln (3.16) und (3.17) entwickelt. Sie wurden ASPEN-Transformation (AT) genannt und sind im PRGN-Algorithmus umgesetzt (s. oben). In den beiden Varianten gilt die AT nur für eine einfache Wöhlerlinie. Diese wird durch die Gleichung (3.8) beschrieben. Wie man den Formeln (3.16), (3.17) entnimmt, ist die gesuchte Profilhöhe in diesem Fall nur vom Neigungskoeffizienten kWL, jedoch nicht von der Abszisse oder Ordinate des Stützpunktes der Wöhlerlinie abhängig. Welche Formel genutzt wird, ist nur vom Typ des zu erstellenden Profils abhängig. Dabei werden zwei Profiltypen unterschieden: a) Rauschprofile Ein solches Profil setzt eine stochastische Schwingungsanregung voraus, es wird durch ein LDS beschrieben. Die AT für die Berechnung der Höhe des LDS eines Rauschprofils bei einer Frequenz f lautet: wobei PSDU(f) – die gesuchte Höhe des LDS des Rauschprofils, PSDRef(f) – die Höhe des LDS des stochastischen Referenzsignals, DU(f) – die Ordinate des PSS, welche für stochastische Schwingung mit dem gesuchten LDS PSDU zustande kommt, ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 DRef(f) – die Ordinate des PSS des Referenzsignals mit dem LDS PSDRef(f), kWL – Neigungskoeffizient der Wöhlerlinie. Die AT (3.16) bestimmt die Höhe des LDS PSDU einer stochastischen Schwingung bei einer Frequenz f, um den definierten (geforderten) Schädigungswert DU bei dieser Frequenz zu erhalten. Für die Berechnung des LDS PSDU aus DU wird ein bekannter Zusammenhang genutzt, dass eine andere stochastische Schwingung (das Referenzsignal genannt) mit dem LDS PSDRef bei der gleichen Frequenz den Schädigungswert DRef erzeugt. Diesen Zusammenhang erhält man durch ein Vorgehen, welches das Generieren eines zum Profiltyp passenden Referenzsignals (hier: eines stochastischen Schwingungssignals) mit dem bekannten LDS PSDRef und die Berechnung seines Schädigungswertes DRef bei jeder Frequenz beinhaltet, s. den rechten Teil des Diagrammes in Figur 4. Ausführlich ist dieses Vorgehen oben beschrieben. Die Berechnung PSDU(f) in (3.16) erfolgt für jede Schwingungsfrequenz f individuell, unabhängig von einer anderen Frequenz. In den Formelbezeichnungen des Abschnitts, in welchem der PRGN-Algorithmus beschrieben ist (s. Abschnitt mit der Überschrift „Beschreibung“ oben) sind DU(f) = DU,k(f), PSDU(f) = PRU,k(f) (der Index k ist weggelassen, da es sich bei (3.16) um ein beliebiges Signal handelt), DRef(f) = Dr,EX(f). Weiter unten wird die Formel (3.16) mathematisch bewiesen. Dies basiert auf der Betrachtung des Verhältnisses zwischen den LDS und den PSS eines ergodischen, normalverteilten Rauschsignals und seiner skalierten Kopie. b) Sweepprofile Ein solches Profil setzt eine harmonische Schwingungsanregung voraus; es wird durch die Abhängigkeit der Amplitude S eines solchen harmonischen Schwingungssignals von seiner augenblicklichen Frequenz f, d.h. als ein AFV S(f) beschrieben. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Die AT für die Berechnung des AFV eines Sweepprofils (bestehend aus einem Einzelsweep) bei einer Frequenz f lautet: wobei SU(f) – die gesuchte Amplitude des AFV des Sweepprofils, SRef(f) – die Amplitude des AFV des monoharmonischen Referenzsignals, DU(f) – die Ordinate des PSS, welche für monoharmonische Schwingung mit der gesuchten Amplitude SU zustande kommt, DRef(f) – die Ordinate des PSS des Referenzsignals mit dem AFV SRef(f), kWL – Neigungskoeffizient der Wöhlerlinie. Die AT (3.17) bestimmt die Amplitude SU einer monoharmonischen Schwingung bei einer Frequenz f, um den definierten (geforderten) Schädigungswert DU bei dieser Frequenz zu erhalten. Für die Berechnung des AFV SU aus DU wird ein bekannter Zusammenhang genutzt, dass eine andere monoharmonische Schwingung (das Referenzsignal genannt) mit der Amplitude SRef bei der gleichen Frequenz den Schädigungswert DRef erzeugt. Diesen Zusammenhang erhält man durch ein Vorgehen, welches das Generieren eines zum Profiltyp passenden Referenzsignals (hier: eines Einzelsweepsignals) mit der bekannten Amplitude SRef und die Berechnung seines Schädigungswertes DRef bei jeder Frequenz beinhaltet, s. den rechten Teil der Diagramme in Figur 1 und Figur 4. Ausführlich ist dies weiter unten beschrieben. Die Berechnung SU(f) in (3.17) erfolgt für jede Schwingungsfrequenz f individuell, unabhängig von einer anderen Frequenz. In den Formelbezeichnungen des Abschnitts, in welchem der PRGN-Algorithmus beschrieben ist (s. Abschnitt mit der Überschrift „Beschreibung“ oben) sind DU(f) = SU(f) = PRU,k(f) (der Index k ist weggelassen, da es sich bei (3.17) um ein beliebiges Signal handelt), DRef(f) = Dr,EX(f). ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Außer der Einzelsweepprofile ist die AT (3.17) auch auf die Erstellung der folgenden Profile anwendbar: i) Profile für Verweildauererprobung mit monoharmonischer Anregung bei einer festen Frequenz (Festfrequenzsinus); diese können als ein Sonderfall der Einzelsweepprofile betrachtet werden, wenn die Sweepfrequenz konstant bleibt, und ii) Profile mit Multisweep-Anregung. Im Fall ii) besteht die Einschränkung des ASPEN Verfahrens darin, dass sich Frequenzbänder der einzelnen Sweeptöne eines Multisweepprofils nicht überschneiden dürfen. Diese Einschränkung führt dazu, dass, auch im Fall eines Multisweepprofils, bei jeder Frequenz immer nur ein Einzelsweepprofil definiert ist. Daher behält die Formel (3.17) auch für diesen Fall ihre Gültigkeit. Weiter unten wird die Formel (3.17) mathematisch bewiesen. Dies basiert auf der Betrachtung des Verhältnisses zwischen den Amplituden und den PSS eines monoharmonischen Zeitsignals mit fester Frequenz und seiner skalierten Kopie. Konzept des Referenzsignals: Wie bereits oben erwähnt, entsteht bei allen schädigungsbasierten Profilerstellungsverfahren das Problem der Umrechnung der Schädigungszahlen, die das Bauteil im Fahrbetrieb erfährt, in die schädigungsäquivalenten Amplituden des Prüfprofils. Die Schwierigkeit besteht hier darin, dass für eine nichtrekursive Durchführung einer solchen Umrechnung das Verhältnis zwischen diesen beiden Größen bekannt sein muss. Im ASPEN-Verfahren wird dieses Problem auf Basis des Konzeptes des Referenzsignals und der AT gelöst. Die AT, beschrieben durch die Formeln (3.16) und (3.17), wurde in Abschnitt „ASPEN-Transformation“ betrachtet. Hier wird das Konzept des Referenzsignals behandelt. Grundsätzlich beruht es darauf, dass, je nach dem Profiltyp, ein speziell definiertes Zeitsignal selbstständig, generiert, sein PSS berechnet und auf die festgelegte Dauer ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 der Vibrationserprobung extrapoliert wird – s. den rechten Teil des Diagramms in Figur 4 (die Generierung dieses Signals kann verfahrensintern oder -extern erfolgen). Da die Amplitude (oder das LDS) dieses Signals von vornherein festgelegt wurde, und sein PSS berechnet wird, löst dieses Vorgehen das oben beschriebenes Problem – das für die Umrechnung eines PSS in die schädigungsäquivalenten Profilamplituden benötigte Verhältnis zwischen diesen beiden Kenngrößen wird dadurch bei jeder Frequenz bekannt. Ein so generiertes Signal ist im ASPEN- Verfahren das Referenzsignal genannt. Seine Art muss zwingend der Art des zu erstellenden Prüfprofils entsprechen. Z.B. muss es als ein Sweep bei der Berechnung eines Sweepprofils, oder als ein stochastisches Signal für den Fall der Berechnung eines Rauschprofils generiert werden. Im Einzelnen sieht das Konzept des Referenzsignals für die Erstellung eines Prüfprofils im ASPEN-RoMi-Verfahren die Ausführung folgender Schritte vor: a) Festlegung des Profiltyps und -parameter Spätestens zu diesem Zeitpunkt der Profilerstellung muss man sich auf den Typ des zu erstellenden Prüfprofils, und die Dauer der Vibrationserprobung TVT festlegen (Hinweis: der Prüffrequenzbereich funt , …, fob musste bereits früher, für die FDDC-Auswertung der während der Routenfahrten gemessenen Signale gewählt werden – s. oben Die Typen der mit dem ASPEN Verfahren erstellbaren Profile sind: ^ Sweepprofile (Einzel- oder Multisweep) ^ Profile für eine Verweildauererprobung (Sinusanregung mit einer festen Frequenz), und ^ Rauschprofile (Erprobung mit stochastischer Schwingungsanregung). b) Generieren des Referenzsignals Abhängig von dem oben gewählten Profiltyp und -parametern wird nun ein Referenzsignal generiert, und zwar: ^ Sweepprofile ^ Bei Einzelsweepprofilen – das Referenzsignal wird im gesamten Prüffrequenzbereich funt , …, fob als ein Einzelsweep der gewählten Art (linear, logarithmisch), mit der Amplitude SRef , Durchstimmrate R und Dauer tr generiert. Die Dauer tr muss ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 eine ganze Zahl der halben Sweepzyklen (dies ist die Durchlaufzeit von der unteren zu der oberen Frequenz eines Gleitsinussignals) enthalten. Die Amplitude SRef darf beliebig gewählt werden, sie muss jedoch im gesamten Frequenzbereich funt , …, fob konstant sein. ^ Bei Multisweepprofilen – das Referenzsignal besteht hier aus nSwp einzelnen Sweeptönen (nSwp = 2; 3; 4; …); jeder von ihnen ist in einem eigenen Frequenzband definiert, mit der folgenden Aufteilung [fSwp,1 ; fSwp,2], …, funt , fSwp,l = fob); zusammen decken sie den gesamten Prüffrequenzbereich funt , …, fob ab. Dabei dürfen sich die einzelnen Frequenzbänder nicht überschneiden. Die Art (linear, logarithmisch), die Amplitude SRef und die Durchstimmrate R müssen für jeden Sweepton gleich gewählt werden (bez. der Durchstimmrate R gewährleistet diese Bedingung, dass alle Einzelsweep eine gleiche Durchlaufzeit des eigenen Frequenzbandes haben, d.h. zeitsynchron laufen). Auch hier muss die Dauer tr eine ganze Zahl der halben Sweepzyklen betragen, und die Amplitude SRef im gesamten Frequenzbereich funt , …, fob konstant sein. ^ Profile für Verweildauererprobung Dies ist der einfachste Fall – das Referenzsignal wird hier als eine monoharmonische Schwingung der gewählten Dauer tr (bevorzugt mind.1000 Perioden der Sinusschwingung) mit einer festen Frequenz fRef. generiert; diese ist die Prüffrequenz. Die Amplitude SRef der Schwingung kann, wie für die Sweepprofile, beliebig gewählt werden. ^ Rauschprofile Das Referenzsignal wird hier als ein stationäres stochastisches Signal mit einer über den gesamten Prüffrequenzbereich konstanten Leistungsdichte PSDRef, d.h. als ein Weißes Rauschen generiert; der Wert des LDS PSDRef darf beliebig gewählt werden. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Was die Dauer tr dieser Schwingung betrifft, sollte sie möglichst groß sein, um die Abweichung zwischen dem tatsächlichen LDS des Referenzsignals und dem vorgegebenen Wert PSDRef zu reduzieren. In der Praxis hat sich die Signaldauer tr = 400s als ausreichend lang erwiesen. Wenn ein solches Rauschsignal mit Hilfe von PC-gestützter Signalbearbeitungssoftware (z.B. Matlab, Famos, Labview etc.) erzeugt wird, können die dort verfügbaren Funktionen der Generierung der Zufallszahlen dafür genutzt werden (z.B. heißt diese Funktion in Famos „Random“, sie liefert ein digitales Weißes- Rauschen-Signal im Frequenzband bis Nyquist-Frequenz). c) Berechnung des PSS Nachdem das Referenzsignal r(t) auf die oben beschriebene Weise erzeugt wurde, wird dessen PSS Dr(f) berechnet. Dafür wird der FDDC-Algorithmus noch einmal ausgeführt, s. den Rechenblock 13 im rechten Teil des Diagramms in Figur 4. Es müssen dabei die gleichen Berechnungsparameter genutzt werden, wie für die Berechnung der PSS der Signale aus den Routenmixfahrten (s. oben). Insbesondere betrifft das die Konfiguration der Bandpassfilter, sowie die Klassier- und die Wöhlerlinienparameter. d) Extrapolieren des PSS Das im vorigen Punkt berechnete PSS Dr(f) gilt für die Dauer tr des erzeugten Referenzsignals. Um ein schädigungsäquivalentes Profil mit ASPEN Verfahren zu berechnen, werden jedoch die Schädigungszahlen benötigt, welche sich in der gesamten Schwingungserprobung der Dauer TVT (rechnerisch) einstellen würden. Dafür wird das PSS Dr(f) auf diese Dauer TVT extrapoliert. Dies geschieht durch eine erneute Ausführung des SPEX- Algorithmus, s. den Rechenblock 14 im rechten Teil des Diagramms in Figur 4. Der Extrapolationsalgorithmus wird darin durch die Formel (3.5) beschrieben, der dafür benötigte Extrapolationsfaktor kr wird nach (3.6) bestimmt. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Das extrapolierte PSS Dr,EX(f), welches für die festgelegte Dauer der Schwingungserprobung (rechnerisch) gilt, bildet das Ergebnis aller Berechnungen für das Referenzsignal. Dieses PSS wird weiter im PRGN- Algorithmus für die Bestimmung der Profilamplituden verwendet (s. Abschn. „Beschreibung“, Unterabschnitt „Beschreibung des PRGN-Algorithmus“, Punkt a)). Praktische Hinweise: Grundsätzlich stehen für das Generieren des Referenzsignals folgende Möglichkeiten zur Verfügung: ^ Generierung als ein reales Schwingungssignal auf einem Vibrationsprüfstand, ausgestattet mit einem geeigneten Regelungssystem. Da das Referenzsignal nur dafür notwendig ist, ein Verhältnis zwischen seinen Amplituden (oder dem LDS) und dem Schädigungsmaß für das Prüfprofil eines bestimmten Typs auszurechnen, ist das Aufstellen des Prüflings dafür nicht erforderlich. Das nötige Schwingungssignal kann auf einer leeren Shakerplatte, d.h. ohne Prüfling, aufgezeichnet werden. Dies gilt unabhängig davon, ob es sich bei der aktuellen Prüfprofilberechnung um ein Anregungs- oder Reaktionsprofil handelt. ^ Generierung als ein fiktives, digitales Signal in einem PC-gestützten Signalbearbeitungstool (z.B. in Matlab, Famos, Labview etc.). Dies ist eine alternative, zeitsparende und kostengünstige Möglichkeit, da es dafür weder ein Vibrationsprüfstand für die Schwingungserzeugung noch ein Messsystem für die Signalaufzeichnung notwendig sind. Dabei können – formal gesehen – die Amplituden eines so erzeugten Referenzsignals jede beliebige, oder sogar gar keine Einheit haben, da das Signal fiktiv ist. Für eine korrekte Arbeit mit ASPEN Verfahren muss jedoch den Ordinaten des erzeugten Referenzsignals unbedingt eine gleiche Einheit zugewiesen werden, wie die Einheit der Ordinaten der Signale aus den Routenfahrten ist, für welche Prüfprofile erstellt werden sollen. Entsprechend muss auch die Einheit für die Amplitude SRef bzw. für das LDS PSDRef des zu erzeugenden digitalen Referenzsignals gewählt werden, und zwar: o die Einheit der Amplitude SRef für die Erzeugung des Referenzsignals vom Typ Sweep (im Fall der Erstellung eines Einzel- oder ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Multisweepprofils) oder vom Typ einer harmonischen Schwingung mit einer festen Frequenz (im Fall der Erstellung eines Profils für eine Verweildauererprobung) muss der Einheit der Signale aus den Routenfahrten, für welche Prüfprofile zu erstellen sind, gleich sein (z.B. die Einheit SRef für die Größe Beschleunigung – m/s²) o die Einheit des LDS PSDRef für die Erzeugung des Weißen- Rauschen-Referenzsignals muss der Einheit der zu erstellenden Rauschprofile gleich sein (z.B. die Einheit PSDRef für die Größe Beschleunigung, welche in m/s² gemessen wurde – (m/s²)²/Hz). Weitere Hinweise: ^ es muss darauf geachtet werden, dass die für die Generierung des Referenzsignals genutzten Signalparameter (z.B. die Sweep-Durchstimmrate, die Zahl der einzelnen Sweeptöne und ihre Frequenzbänder) denjenigen identisch sind, welche bei der späteren Umsetzung des erstellten Prüfprofils auf einer Schwingprüfanlage für die Vibrationserprobung des Prüflings tatsächlich verwendet werden ^ für die Erstellung eines Anregungs- und Reaktionsprofils, welche sich auf einen Prüfling beziehen und in seiner Vibrationserprobung zusammen verwendet werden, kann dasselbe, einmal generierte Referenzsignal genutzt werden.
ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Weitere Erläuterungen/Anlagen: Extrapolation und Superposition der PSS bei mehreren Messdateien pro Fahrroute: Hier wird ein Sonderfall für die Extrapolation und Superposition der PSS im ASPEN- RoMi-Verfahren behandelt, wenn mehrere Messdateien pro gefahrene Route vorliegen. Dies kann z.B. dann der Fall sein, wenn die Speicherung des gesamten zu vermessenden Abschnitts auf dieser Route in einer Datei eine zu große Datenmenge ergeben würde. Deswegen kann der Messingenieur eine Entscheidung treffen, während der Routenfahrt die Messung mehrmals auszulösen und zu stoppen. Für weitere Ausführungen in diesem Unterabschnitt wird angenommen, dass die Daten jedes Messintervalls in je einer separaten Messdatei gespeichert werden. Die Aufteilung der Messdaten in mehrere Messdateien kann auch nachträglich gemacht werden, beispielsweise um die Größe einer Messdatei zu reduzieren. Da im SPEX-Modul für jede Messdatei die Fahrzeit, auf welche die PSS der Zeitsignale dieser Datei extrapoliert werden, individuell vorgegeben wird, darf sie für eine solche Datei natürlich nicht als die gesamte Fahrzeit TRi auf der vermessenen Route angegeben werden. Vielmehr muss die gesamte Fahrzeit TRi zwischen mehreren Abschnitten der Route aufgeteilt werden, wobei, wie im vorigen Absatz erwähnt, laut Annahme, pro Routenabschnitt eine Messdatei vorliegt. Die Summe der Fahrzeiten auf allen Teilabschnitten sollte sinngemäß die gesamte Fahrzeit auf der Route TRi ergeben. Diese Ausführung soll an einem folgenden Zahlenbeispiel verdeutlicht werden. Angenommen, auf zwei Abschnitten einer Fahrtroute i der Dauer 1000s und 1500s wurde eine Beschleunigungsgröße ^(t) gemessen, und in 2 separaten Messdateien gespeichert. Die Signale der beiden Abschnitte werden und ^ i,2(t), die entsprechenden Messdauern – t ^ i,1 und t ^ i,2 bezeichnet. Demnach betragen sie t ^ i,1 = 1000s, t ^ i,2 = 1500s, die volle Fahrdauer auf der betrachteten Route i im Rahmen eines Routenmix zum Abdecken der gesamten Lebensdauer wird beispielsweise TRi = 5000h angenommen. Die Arbeit mit den FDDC- und SPEX-Modulen des ASPEN RoMi Verfahrens erfolgt dabei folgendermaßen. Zuerst werden die beiden Messdateien dem FDDC-Modul ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 zugeführt und aus den beiden Signalen und die 2 PSS D ^ i,1(f) und D ^ i,2(f) berechnet. Diese PSS werden ebenfalls in einzelnen Dateien gespeichert. Nun werden sie dem SPEX-Modul für die Extrapolation zugeführt. Da sich die beiden PSS D ^ i,1(f) und D ^ i,2(f) wieder in zwei separaten Dateien befinden, werden sie separat extrapoliert, und der Extrapolationsalgorithmus benötigt dafür die Angabe der 2 verschiedenen Fahrzeiten TRi,1 , TRi,2. Diese sind die Dauern der Fahrten auf dem Abschnitt der Route i, auf welchem jedes Messsignal und ^ i,2(t) aufgezeichnet wurde. Ihr Verhältnis zueinander darf beliebig gewählt werden, es sollte lediglich sichergestellt werden, dass deren Summe die gesamte Fahrzeit auf der Route beträgt: TRi = TRi,1 + TRi,2. Wahrscheinlich bestünde eine sinnvolle Wahl TRi,1 , TRi,2 darin, dass sie in einem gleichen Verhältnis stehen, wie die Messdauern: TRi,1 / TRi,2 = t ^ i,1 / t ^ i,2. Bei einer solchen Wahl betragen TRi,1 = 2000h, TRi,2 = 3000h, und TRi = TRi,1 + TRi,2 = 5000h. Insofern wird im SPEX-Modul das PSS D ^ i,1 zu D ^ i,1,EX und D ^ i,2 zu D ^ i,2,EX extrapoliert. Das extrapolierte PSS D ^ i,1,EX gilt für die Fahrdauer TRi,1 (auf dem ersten Abschnitt der Route i), das extrapolierte PSS D ^ i,2,EX – für die Fahrdauer TRi,2 . Das PSS D ^ i,EX , welches für die volle Fahrzeit TRi = 5000h auf der gesamten Route i gilt, wird im SPEX-Modul erst durch die Superposition berechnet: D ^ i,EX. = D ^ i,1,EX + D ^ i,2,EX . Es bildet das Hauptergebnis der SPEX-Berechnungen für das betrachtete Fallbeispiel.
ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Beweis der ASPEN-Transformation: Der mathematische Beweis der AT, s. Formeln (3.16) und (3.17), basiert auf der Herleitung des Zusammenhanges zwischen den Amplituden (oder LDS) und den PSS, berechnet für zwei skalierte Kopien eines beliebigen Zeitsignals unter Nutzung einer einfachen, durch die Gleichung (3.8) beschriebenen Wöhlerlinie. Dieser Zusammenhang wird zuerst aufgestellt. Danach folgt der Beweis der Formeln (3.16) und (3.17). Beziehung zwischen den PSS der zwei skalierten Signale: Es wird ein beliebiges Zeitsignal a(t) betrachtet. Das PSS dieses Signals, ermittelt mit dem FDDC-Algorithmus des ASPEN-Verfahrens für eine einfache Wöhlerlinie (s. oben), wird durch Da(f) bezeichnet. Das Multiplizieren der Signalamplituden mit einem festen Faktor (der Konstanten) p führt zu einem neuen Signal b(t) = a(t) · p. Verwendet man für die Berechnung des PSS Db(f) des Signals b(t) mit dem FDDC- Algorithmus eine gleiche Wöhlerlinie, stehen die PSS der beiden Signale a(t) und b(t) in einer folgenden Relation zueinander (4.1) wobei kWL – der Neigungskoeffizient der Wöhlerlinie. Beweis der Gleichung (4.1): Angenommen, das Signal a(t) wurde mit einem Zählverfahren klassiert. Infolgedessen liegt für jeden Lasthorizont (d.h. für eine Amplitude) ai eine zugehörige Schwingspielzahl NOP(ai) vor. ai kann auch die SMA sein, wenn das genutzte Zählverfahren neben der Amplitude auch das Mittelwert jedes Spiels ermittelt (z.B. das Rainflow-Zählverfahren). Die Werte [ai ; NOP(ai)] bilden ein Lastkollektiv. In Figur 8 es schematisch als ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 dunkelbraune kontinuierliche Kurve dargestellt. Der Schädigungsbetrag jeder Amplitude ai wird nach (3.7) berechnet wobei N(ai) – Ausfallspielzahl für die Amplitude ai (sodass [ai ; N(ai)] ein Punkt der Wöhlerlinie ist, s. Figur 8). Die Gesamtschädigungszahl für alle Amplituden des Lastkollektivs, welches beispielsweise n Amplitudenstufen besitzt (i = 1, …, n), ergibt sich dann nach (3.9) als: Für die Gesamtschädigungszahl des Signals b(t) kann auf die gleiche Weise eine folgende Beziehung aufgestellt werden: Das Lastkollektiv für das Signal b(t) ist in Figur 8 schematisch als hellbraune gestrichelte Kurve dargestellt. Betrachtet man eine beliebige Spielzahl NOP(ai) des Lastkollektivs für ai , ist sie gleichzeitig die Spielzahl NOP(bi) des Kollektivs für bi mit dem Verhältnis bi = ai · p, welches aufgrund der Signalskalierung b(t) = a(t) · p zustande kommt: NOP(bi) = NOP(ai) für bi = ai · p. Außerdem liegen die Punkte [bi ; N(bi)] und [ai ; N(ai)] auf einer Wöhlerlinie, s. Figur 8. Deswegen gilt für sie die Gleichung (3.8): Da bi / ai = p, kann diese Gleichung folgendermaßen umgeformt werden ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 ^(^ ) ^(^^) = ^ ^^^^ Nach dem Substituieren in (ii) anstelle N(bi) des Ausdrucks (iii) und unter Berücksichtigung NOP(bi) = NOP(ai) ergibt sich für DGS(b) oder, unter Beachtung (i) Schließlich kann a(t) als Ausgangssignal eines schmalen Bandpasses, wie sie im FDDC-Algorithmus des ASPEN-Verfahrens definiert sind, betrachtet werden. Dann sind DGS(b), DGS(a) in (iv) die Ordinaten der PSS der Signale a(t) bzw. b(t) bei einer Frequenz, und die Beziehung (iv) gilt auch für die PSS. Somit ist die Gleichung (4.1) bewiesen. Herleitung der AT für den Fall eines Rauschprofils: Die mathematische Herleitung der Formel (3.16) basiert auf einer folgenden Betrachtung. Angenommen, das Referenzsignal a(t) ist ein ergodisches normalverteiltes Rauschen mit dem LDS PSDa(f) und dem PSS Da(f). Dieses PSS wurde mit dem oben beschriebenen FDDC-Algorithmus ermittelt. Aus a(t) wird nun ein neues (Referenz-)Signal b(t) durch das Multiplizieren der Amplituden a(t) mit einer Konstanten p gebildet: b(t) = a(t) · p. Gesucht wird das LDS PSDb(f) des Rauschsignals b(t), für welches sein PSS Db(f) (Vorgabewert) beträgt. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Das LDS des ergodischen Signals a(t) der Dauer T kann durch quadrierten Betrag seiner Fourier-Transformierten FTa(f) wie folgt berechnet werden [14]: Da b(t) seinerseits durch eine lineare Transformation aus dem ergodischen, normalverteilten Signal a(t) erhalten wurde, ist es ebenso ergodisch und normalverteilt [14]. Demnach gilt auch für b(t) Aus b(t) = a(t) · p folgt aufgrund der Linearität der Fourier-Transformation: FTb(f) = p · FTa(f). Deswegen oder Außerdem gilt für die PSS der beiden Signale a(t) und b(t) das Verhältnis (4.1) (s. oben): Aus (ii) bekommt man für die Konstante p Das Substituieren des Ausdrucks für p2 aus (iii) in (i) führt schließlich zum folgenden Ergebnis Unter Beachtung anderer Bezeichnungen ist dieser Ausdruck identisch der Formel (3.16). ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Herleitung der AT für den Fall eines Sweepprofils: Aufgrund der Bedingung des ASPEN Verfahrens, oben genannt, ist es ausreichend, die Formel (3.17) nur für den Fall eines Einzelsweepprofils herzuleiten. Ein solches Profil bestimmt eine Gleitfrequenzsinusschwingung, bestehend aus einem Ton. Weiterhin kann sie für jedes hinreichend klein gewähltes Zeitintervall als eine monoharmonische Schwingung mit einer festen Frequenz angenommen werden. Daraus folgt eine weitere Vereinfachung, dass die AT (3.17) nur für den Fall einer monoharmonischen Schwingung mit einer festen Frequenz bewiesen werden muss. Ein solches monoharmonisches (Referenz-)Signal a(t) mit einer festen Frequenz f wird nun betrachtet (die Frequenz f kann dabei beliebig sein). Der AFV von a(t) wird Sa(f), das PSS – als Da(f) bezeichnet. Dieses PSS wurde mit dem oben beschriebenen FDDC-Algorithmus ermittelt. Aus a(t) wird nun ein neues (Referenz- )Signal b(t) durch das Multiplizieren der Amplituden a(t) mit einer Konstanten p gebildet: b(t) = a(t) · p. Gesucht wird der AFV Sb(f) des Signals b(t), für welches sein PSS Db(f) (Vorgabewert) beträgt. Da Sb(f) und Sa(f) die Amplituden der beiden Signale b(t) und a(t) sind, folgt aus b(t) = a(t) · p offensichtlich ^^(^) = ^ × ^^(^) (i) Außerdem gilt für die PSS der beiden Signale a(t) und b(t) das Verhältnis (4.1) (s. oben): ^^ ( ^ ) = ^^ ( ^ ) × ^ ^^^ (ii) Aus (ii) bekommt man für die Konstante p Das Substituieren des Ausdrucks für p aus (iii) in (i) führt zum folgenden Ergebnis ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Wenn a(t) in (iv) ein Referenzsignal für eine Sweeperprobung ist, und unter Beachtung anderer Bezeichnungen ist (iv) identisch der Formel (3.17). Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Der Schutzumfang wird durch die Patentansprüche definiert.
ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Literatur: 1. Köhler, M.; Jenne, S.; Pötter, K.; Zenner, H.: Zählverfahren und Lastannahme in der Betriebsfestigkeit. Springer, 205S., 2012 2. MBN 10438-2 „Dauerfestigkeit von schwingenden Motoranbauteilen – Absicherung für die Serie. Anforderungen und Vorgehensweise“. Mercedes- Benz Werknorm, Ausgabe 2014-01, 22S 3. VW80200-1 „Motoranbauteile“. Volkswagen AG Konzernnorm, Ausgabe 2009- 03, 29S 4. DIN 30787-5 „Messen und Auswerten von mechanisch-dynamischen Belastungen. Teil 5: Ableitung von Prüfvorschriften“.09.2002, 20S 5. Cornelis, B.; Dendas, B.; Carrella, A.: “Qualification testing of racecar equipment subject to engine-induced vibrations: how to derive a test profile using a mission synthesis procedure”, Siemens Industry Leuven. In: IMAC XXXV, Garden Grove, USA, 30.01.-02.02.2017 (URL: https://www.researchgate.net/publication/313368832_A_Mission_Synthesis_pr ocedure_for_Sine-on-Random_excitations_in_a_helicopter_application) 6. Halfpenny, A.: “Accelerated Vibration Testing Based on Fatigue Damage Spectra”. nCode International, 2009 (nCode publication, URL: https://www.ncode.com/images/GlyphWorks/Downloads/Whitepaper_nCode_ AHP_AcceleratedVibrationTestingBasedonFatigueDamageSpectra_v2- Halfpenny.pdf) 7. Halfpenny, A.; Kihm, F.: “Mission Profiling and Test Synthesis Based on Fatigue Damage Spectra”.9th Int. Fatigue Congress, Atlanta, USA, 2006 8. Decker, M.; Kinscherf, S.; Hesse, R.; Dillinger, S.: “FatiResponse – Schädigungsäquivalenz in der Vibrationsprüfung”. DVM-Workshop “Prüfmethodik für Betriebsfestigkeitsversuche in der Fahrzeugindustrie”, Ottobrunn, 25.-26.01.2017 9. Decker, M.: “Ableitung schädigungsäquivalenter Leistungsdichtespektren für die Vibrationsprüfung unter Verwendung von Schädigungs-Antwort-Spektren”. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Dissertation, Heft 119, TU Darmstadt, Institut für Stahlbau und Werkstoffmechanik, 133S, 2018 10. Patent WO 98/14765 A“Method to Specify Random Vibration Tests for Product Durability Validation“. Ford Motor Company, 1998 11. Patent US 005565618A “Method to Specify Sinusoidal Vibration Tests for Product Durability Validation“. Ford Motor Company, 1996 12. Patent EP 3433593 B1 “Method and System for Accelerated Fatigue Damage Testing of an Object“. Siemens Industry Leuven, 2016 13. Patent DE 10236735 A1 “Verfahren zur Generierung von zum Fahrbetrieb schädigungsäquivalenten Rauschprofilen zur Vibrationsprüfung von Fahrzeugkomponenten“. BMW AG München, 2002 14. Bendat, J; Piersol, A.: Random Data. Analysis and Measurements Procedures. John Wiley, 566S., 1986 15. Haibach, E.: Betriebsfestigkeit. Verfahren und Daten zur Bauteilberechnung. Springer, 2. Auflage, 2002, 753S
ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Bezugszeichen 1.1, 1.2, …, 1.n Messsignale 2.1, 2.2, …, 2.n Pseudoschädigungsspektren 3 superponiertes Pseudoschädigungsspektrum 4 Prüfprofil (Routenmix) 5 Referenzsignal 6 extrapoliertes Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum 7.1, 7.2, …, 7.n extrapolierte Pseudoschädigungsspektren 8.1, 8.2, …, 8.n Prüfprofile (einzelne Routen) 9.1, 9.2, …, 9.n Messdateien 10 Pseudoschädigungs-Berechnungsparameter 11 Extrapolations- und Superpositions-Berechnungsparameter 12 Prüfprofil-Berechnungsparameter 13 Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungskomponente 14 Extrapolations-Subkomponente 15 Superpositions-Subkomponente 16 Prüfprofil-Generierungskomponente 17 Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum 18 Referenzsignal-Extrapolationsparameter Für die gesonderte Ausführungsform des Verfahrens in Figure 9: m – Zahl der Fahrtrouten n – Zahl der Messgrößen, aufgezeichnet auf jeder Route MSi,j , i = 1, …, m, j = 1, …, n – Messsignale PSi,j , i = 1, …, m, j = 1, …, n – Pseudoschädigungsspektren ESi,j , i = 1, …, m, j = 1, …, n – extrapolierte Pseudoschädigungsspektren SSj , j = 1, …, n – extrapolierte und superponierte Pseudoschädigungsspektren PPi,j , i = 1, …, m, j = 1, …, n – Prüfprofile (einzelne Routen) SPPj , j = 1, …, n – Prüfprofile (Routenmix) ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 P1 Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess P2 Extrapolations- und Superpositionsprozess P3 Prüfprofil-Generierungsprozess P4 Referenzsignal-Verarbeitungsprozess P5 Extrapolations-Subprozess P6 Superpositions-Subprozess S1 Signalfilterschritt S2 Klassierungsschritt S3 Umrechnungsschritt S4 Teilschädigungsbeitrag-Berechnungsschritt S5 Summenschädigungs-Berechnungsschritt S6 Pseudoschädigungsspektrum-Bildungsschritt

Claims

ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Patentansprüche 1. Verfahren zum Erzeugen eines Prüfprofils (4), umfassend - einen Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess (P1), in dessen Rahmen aus einer Mehrzahl von Messsignalen (1.1, 1.2, …, 1.n) mittels eines Spektrumberechnungs-Algorithmus eine Mehrzahl an Pseudoschädigungsspektren (2.1, 2.2, …, 2.n) berechnet wird, sodass zu jedem Messsignal (1.1, 1.2, …, 1.n) ein Pseudoschädigungsspektrum (2.1, 2.2, …, 2.n) erzeugt wird, wobei jedes Messsignal (1.1, 1.2, …, 1.n) vor Beginn des Verfahrens im Rahmen einer Routenfahrt eines Testfahrzeugs aufgezeichnet wurde, - einen Extrapolations- und Superpositionsprozess (P2), umfassend einen Extrapolations-Subprozess (P5) und einen Superpositions-Subprozess (P6), wobei im Rahmen des Extrapolations-Subprozesses (P5) jedes Pseudoschädigungsspektrum (2.1, 2.2, …, 2.n) mit einer Proportionalitätskonstante multipliziert wird, sodass eine Mehrzahl an extrapolierten Pseudoschädigungsspektren (7.1, 7.2, …, 7.n) erzeugt wird, wobei im Rahmen des Superpositions-Subprozesses (P6) die extrapolierten Pseudoschädigungsspektren (7.1, 7.2, …, 7.n) aufaddiert werden, sodass ein superponiertes Pseudoschädigungsspektrum (3) entsteht, - einen Prüfprofil-Generierungsprozess (P3), in dessen Rahmen das Prüfprofil (4) generiert wird, - einen Referenzsignal-Verarbeitungsprozess (P4), in dessen Rahmen aus einem Referenzsignal (5) zunächst mittels des Spektrumberechnungs-Algorithmus zunächst ein Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum (17) berechnet wird und anschliessend das Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum (17) mit der Proportionalitätskonstante multipliziert wird, sodass ein extrapoliertes Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrum (6) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 das Prüfprofil (4) im Rahmen des Prüfprofil-Generierungsprozesses (P3) auf Basis des superponierten Pseudoschädigungsspektrums (3) und des extrapolierten Referenzsignal-Pseudoschädigungsspektrums (6) generiert wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle mit dem Verfahren berechneten Prüfprofile rechnerisch das Prinzip der Schädigungsäquivalenz bezogen auf die im Verfahren berechneten Pseudoschädigungsspektren (2.1, 2.2, …, 2.n) erfüllen. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Referenzsignal- Verarbeitungsprozess (P4) parallel zum Pseudoschädigungsspektrum- Berechnungsprozess (P1) und/oder zum Extrapolations- und Superpositionsprozess (P2) abläuft. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Messsignal (1.1, 1.2, …, 1.n) einen zeitlichen Verlauf ein und derselben Messgrösse, typischerweise aufgezeichnet auf verschiedenen Routen (8.1, 8.2, …, 8.n) eines Routenmix (4), beschreibt. 5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Verfahrens mehrere Prüfprofile (8.1, 8.2, …, 8.n ) basierend auf einer Mehrzahl an Messsignal-Sätzen erzeugt werden, wobei jeder Messsignal-Satz einen zeitlichen Verlauf einer bestimmten Messgrösse beschreibt und/oder durch die Messung der Signale einer bestimmten Messgrösse auf dem Routenmix (4) gewonnen wird. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Verfahrens (abhängig von der Aufgabe, den Eingangsdaten und den Einstellparametern) Prüfprofile (8.1, 8.2, …, 8.n ) mehrerer verschiedener ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 Typen bzw. Profile mit verschiedenen Merkmalen, u.a. Anregungs- und Reaktionsprofile, Profile für Ein- und Mehrpunktregelung, sowie Profile, welche die Schädigung auf einzelnen Routen oder auf dem gesamten Routenmix (4) abdecken, erzeugt werden. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Pseudoschädigungsspektrum-Berechnungsprozess (P1) folgende Schritte umfasst: - einen Signalfilterschritt (S1), in dessen Rahmen jedes Messsignal (1.1, 1.2, …, 1.n) mittels einer Mehrzahl an Bandpässen gefiltert wird, sodass eine Mehrzahl an gefilterten Messsignalen entsteht, - einen Klassierungsschritt (S2), in dessen Rahmen aus jedem gefilterten Messignal mittels einer Klassierung ein Lastkollektiv gebildet wird, typischerweise dadurch, dass ein gesamter Amplitudenbereich jedes gefilterten Messsignals in Klassen aufgeteilt wird, wobei für die Amplitude jeder Klasse vorzugsweise mit einem Zählverfahren eine Zahl der Schwingspiele ermittelt wird, - einen Umrechnungsschritt (S3), in dessen Rahmen eine gegebenenfalls mittelwertbehaftete Amplitude jedes Schwingspiels zunächst in eine schädigungsäquivalente mittelwertfreie Amplitude umgerechnet wird, vorzugsweise mittels eines Haigh-Diagramms, und anschliessend die mittelwertfreien Amplituden in aufsteigender Reihenfolge sortiert werden, - einen Teilschädigungsbeitrag-Berechnungsschritt (S4), in dessen Rahmen für die Zahl der Schwingspiele bei jeder schädigungsäquivalenten mittelwertfreien Amplitude ein Teilschädigungsbeitrag berechnet wird, bevorzugt unter Verwendung einer Wöhlerlinie, - einen Summenschädigungs-Berechnungsschritt (S5), in dessen Rahmen für jedes gefilterte Messsignal die Teilschädigungsbeiträge zu einer Summenschädigung ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 aufsummiert werden, wobei jede Summenschädigung als Pseudo-Schädigungszahl des jeweiligen gefilterten Messignals bezeichnet wird, und - einen Pseudoschädigungsspektrum-Bildungsschritt (S6), in dessen Rahmen aus den Pseudo-Schädigungszahlen dadurch die Pseudoschädigungsspektren (2.1, 2.2, …, 2.n) gebildet werden, dass die Pseudo-Schädigungszahlen in Abhängigkeit der Bandpass-Mittenfrequenzen der Bandpässe dargestellt werden. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Prüfprofil-Generierungsprozesseses (P3) eine Berechnung eines Rauschprofils und/oder eine Berechnung eines Sweepprofils stattfindet. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Rahmen des Prüfprofil-Generierungsprozesseses (P3) die Umrechnung der Schädigung in eine schädigungsäquivalente Prüfamplitude für die Erstellung eines Sweepprofils mit der speziellen Transformation in Form (3.17), die Umrechnung der Schädigung in ein schädigungsäquivalentes LDS für die Erstellung eines Rauschprofils mit der speziellen Transformation in Form (3.16) durchgeführt wird. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für die Erstellung eines Sweep- oder eines Rauschprofils die gesamte Struktur und der gesamte Berechnungsablauf des Verfahrens unverändert bleiben, mit Ausnahme der Zuführung auf einen Eingang des Verfahrens des Referenzsignals von jew. verschiedenem Typ sowie der Nutzung im Prüfprofil- Generierungsprozessess (P3) des Verfahrens der verschiedenen Umrechnungsformeln (3.17) oder (3.16). 11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ein computerimplementiertes Verfahren ist. ZF Friedrichshafen AG Akte 212889 Friedrichshafen 2024-01-18 12. System zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das System bevorzugt geeignet ist, ein Verfahren zum Erzeugen eines Prüfprofils (4) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zumindest teilweise durchzuführen und/oder zu koordinieren und/oder zu steuern. 13. Computerprogramm umfassend Schritte, die bei einer Ausführung auf einem Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen. 14. Computerlesbares Medium, dadurch gekennzeichnet, dass das computerlesbare Medium Computerprogrammcode zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 umfasst.
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