DE102017200274A1

DE102017200274A1 - Verfahren zum Ermitteln der Lebensdauer von Bauteilen

Info

Publication number: DE102017200274A1
Application number: DE102017200274.3A
Authority: DE
Inventors: Roland Fischer; Lukas Jäger
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2017-01-10
Filing date: 2017-01-10
Publication date: 2018-07-12
Also published as: WO2018130348A1

Abstract

Ein Verfahren zur Ermittlung der Lebensdauer von Bauteilen in einem Mobilfahrzeug (2) weist eine Recheneinheit (1) auf, wobei im Mobilfahrzeug (2) ermittelte Zeitanteile einzelner Lastklassen an die Recheneinheit (1) übermittelt werden, um dort eine Restlebensdauer zu ermitteln.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung der Lebensdauer von Bauteilen in einem Mobilfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Die DE 10257793 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung der Lebensdauer von Bauteilen, bei welchem in einem Mobilfahrzeug die aktuelle Belastung von Bauteilen ermittelt wird und im Mobilfahrzeug online im Mobilfahrzeug eine Schädigungsberechnung der Restlebensdauer der Bauteile durchgeführt wird. Hierfür wird im Mobilfahrzeug ein großer Speicher und erhebliche Rechenleistung benötigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Lebensdauer von Bauteilen eines Mobilfahrzeug zu schaffen, bei welchem große Mengen an Daten, welche beim Betrieb des Mobilfahrzeugs anfallen, hinsichtlich der Lebensdauer von Bauteilen, auf einfache Weise auswertbar sind.
Die Aufgabe wird mit einem auch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs aufweisenden Verfahren zur Ermittlung der Lebensdauer gelöst.
Erfindungsgemäß wird die Auswertung der Lebensdauer der Bauteile nicht im Mobilfahrzeug durchgeführt sondern außerhalb des Mobilfahrzeugs. Um nicht eine zu große Menge an Daten übertragen zu müssen, weist das Mobilfahrzeug ein Steuergerät auf, in welchem die ermittelten Daten einzelnen Klassen, beispielsweise Drehmomentklassen, zugewiesen werden und in diesen Klassen nur die Zeitanteile summiert werden. Die summierten Zeitanteile werden anschließend nach außerhalb des Mobilfahrzeugs übertragen, um dort die Lebensdauerberechnung bzw. die Schädigung des Bauteils berechnen zu können. Dadurch benötigt das Mobilfahrzeug weder einen großen Speicher noch hohe Rechenleistungen. Auch die Menge an übertragenen Daten ist auf ein Minimum reduziert.
Um die klassierten Daten außerhalb des Mobilfahrzeugs auswerten zu können wird außerhalb des Mobilfahrzeugs zuvor einmalig die Basislebensdauer bzw. die Schädigungsberechnung für jedes Bauteil durchgeführt. Hierfür werden alle vorkommenden möglichen Lastklassen, beispielsweise klassiert nach dem Antriebsdrehmoment, mit einem theoretischen Zeitanteil von beispielsweise einer Stunde, in einem Statistikspeicher abgelegt. Die vorkommenden Lastklassen können beispielsweise aus einem zuvor im Feld ermittelten Lastkollektiv berechnet werden. Es besteht auch die Möglichkeit bis zu einem maximalen Drehmoment die Drehmomentlastklassen zu definieren, wobei die Lastklassen auch mit ungleichen Beträgen ausgeführt sein können, da es vorteilhaft ist, nahe dem Maximaldrehmoment oder bei Synchronpunkt oder im Bereich von Schaltungen die Lastklassen feiner abzustufen. Durch Einbeziehen der Wirkungsgrade und Antriebsdrehmomente für jede mögliche Lastklasse bzw. Drehmomentklasse mittels einer Fahrleistungsberechnung ist es möglich, für jede vorkommende Lastklasse eine Lebensdauer bzw. Schädigungsberechnung für jedes Bauteil durchzuführen. Das Ergebnis ist eine normierte Lebensdauer bzw. Schädigung für jede Lastklasse für ein definiertes Zeitintervall.
Um nun die tatsächliche Schädigung bzw. Restlebensdauer des Bauteils ermitteln zu können, werden die vom Mobilfahrzeug übermittelten tatsächlichen Verweilzeiten in den Lastklassen mit den theoretischen Verweilzeiten der Lastklassen verglichen bzw. multipliziert, wodurch die tatsächliche Schädigung bzw. Restlebensdauer des Bauteils ermittelt werden kann. Somit kann, durch einmalige Vorausberechnung einer theoretischen Lebensdauer bei einem zuvor definierten Zeitintervall, beispielsweise durch Multiplikation der summierten tatsächlichen Verweilzeiten, in den einzelnen Lastklassen eine tatsächliche Schädigung des Bauteils auf einfache Weise ohne Berechnung oder Übertragung großer Datenmengen ermittelt werden. Es besteht auch die Möglichkeit, dass Verweildauern oder Überrollungen aus einer Feldauslesung zur Basislebensdauer bzw. Schädigungsrechnung ins Verhältnis gesetzt werden. Die Lebensdauerberechnung der Bauteile muss nur 1 Mal vorab durchgeführt werden. Die Zeitanteile oder Überrollungen für die Basisrechnung können willkürlich gewählt werden, z. B. 1 Stunde oder 1.000 Überrollungen.
Es besteht zusätzlich die Möglichkeit die berechnete Lebensdauer bei einem Service des Mobilfahrzeugs mit der tatsächlichen Lebensdauer des Bauteils zu vergleichen, um die Ergebnisse abzusichern. Ebenso besteht die Möglichkeit durch Extrapolation der Schädigung auf die Ziellebensdauer dies mit einem Lastlauf am Prüfstand zu bestätigen.
Da die Wirkungsgradberechnung bzw. die Belastungsberechnung einmalig außerhalb des Mobilfahrzeugs durchgeführt und abgespeichert ist, besteht die Möglichkeit, im Mobilfahrzeug vereinfachte Belastungsdaten aufzuzeichnen, wie beispielsweise ausschließlich das Antriebsdrehmoment und die Antriebsdrehzahl des Antriebsmotors. Eine Ermittlung im Mobilfahrzeug der tatsächlichen Drehmomentbelastungen der einzelnen Bauteile ist jedoch nicht notwendig. Ebenso ist durch die einmalige Erstellung der Basisschädigungstabelle mit den einzelnen Lastklassen für jedes Bauteil eine aufwendige Berechnung bei der tatsächlichen Auswertung der übertragenen Daten vom Mobilfahrzeug nicht mehr notwendig. In dieser Lebensdauerbewertung wird dann jeder einzelne Lastpunkt mit der tatsächlichen Verweildauer betrachtet und es kann genau analysiert werden, aus welchen Lastpunkten die größte Schädigung resultiert. Das Verfahren kann bei leistungsverzweigten hydrostatisch-mechanischen Getrieben verwendet werden. Bei hydrostatisch-mechanisch leistungsverzweigten Getrieben muss eine große Zahl (mehrere 1.000) Lastklassen erfasst werden, da der Wirkungsgrad im hydrostatischen Zweig drehzahl- und drehmomentabhängig ist. Dies ist mit herkömmlichen Methoden nicht möglich. Es besteht jedoch auch die Möglichkeit, das Verfahren bei anderen Getriebebauarten oder Bauteilen zu verwenden.
Weitere Merkmale sind der Figurenbeschreibung zu entnehmen.
Die einzige Figur zeigt eine Recheneinheit 1, welche außerhalb eines Mobilfahrzeugs 2 angeordnet ist. In die Recheneinheit 1 wird ein im Feld ermitteltes Lastkollektiv 3 eingelesen. Einmalig wird das Lastkollektiv 3 in alle vorkommenden Lastklassen aufgeteilt, wobei jede Lastklasse einen theoretischen Zeitanteil von beispielsweise einer Stunde aufweist. Die Lastklassen können beispielsweise unterschiedliche Antriebsdrehmomente eines Antriebsmotors sein. Anschließend wird in der Recheneinheit 1 für jedes zu betrachtende Bauteil unter Berücksichtigung von Wirkungsgraden eine Lebensdauer bzw. Schädigungsberechnung einmalig durchgeführt. Dadurch erhält man für jedes Bauteil und jede Lastklasse für den zuvor definierten Zeitanteil die Lebensdauer. Im Mobilfahrzeug 2 wird beispielsweise durch Drehzahlsensoren und Drosselklappensensoren oder Hochdrucksensoren bei hydrostatischen Antrieben, das Antriebsdrehmoment beim Betrieb des Mobilfahrzeugs 2 ermittelt. Die unterschiedlichen Zeitanteile werden den in einem Speicher vorhandenen Lastklassen zu geordnet und summiert. Nach einem zuvor definierten Zeitintervall oder beispielsweise bei einem Service, werden ausschließlich die Zeitanteile der einzelnen Lastklassen vom Mobilfahrzeug 2 zur Recheneinheit 1 ausgelesen. Es besteht auch die Möglichkeit, die einzelnen Zeitanteile in einem außerhalb des Mobilfahrzeugs 2 angeordneten Zwischenspeicher, beispielsweise einer Cloud 4, zwischenzuspeichern. In der Recheneinheit 1 werden nun die vom Mobilfahrzeug 2 erhaltenen Zeitanteile mit den zuvor einmalig berechneten Zeitanteilen der einzelnen Lastklassen verglichen, wodurch die tatsächliche Lebensdauer bzw. Schädigung jedes Bauteils ermittelbar ist. Dadurch ist es möglich, eine Restlebensdauer für jedes Bauteil zu ermitteln. Indem nur die Zeitanteile vom Mobilfahrzeug 2 zur Recheneinheit 1 übertragen werden und in der Recheneinheit 1 nur einmalig die theoretische Lebensdauer bzw. Schädigung ermittelt werden muss, kann auf eine einfache und schnelle Weise die tatsächliche Lebensdauer bzw. Schädigung ohne aufwendige Rechenleistung und große Datenspeicher ermittelt werden.
Bezugszeichenliste

1: Recheneinheit
2: Mobilfahrzeug
3: Lastkollektiv
4: Cloud

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10257793 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Ermittlung der Lebensdauer von Bauteilen in einem Mobilfahrzeug (2), wobei im Mobilfahrzeug (2) erfasste Daten, mittels welcher eine Belastung eines Bauteils ermittelbar ist, verwendet werden und die Zeitanteile der einzelnen im Mobilfahrzeug (2) auftretenden Belastungen einzelnen Belastungsklassen zugeordnet werden und dort summiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die summierten Zeitanteile jeder einzelnen Belastungsklasse auf eine außerhalb des Mobilfahrzeugs (2) angeordnete Recheneinheit (1) übertragen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der außerhalb des Mobilfahrzeugs (2) angeordneten Recheneinheit (1) die summierten Zeitanteile jeder einzelnen Belastungsklasse mit den zugehörigen Bauteilschädigungen der für einen vorgegebenen festen Zeitraum oder Drehzahl definierten Bauteilschädigungsklasse verarbeitet werden, wodurch eine Gesamtschädigung des Bauteils ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die für den vorgegebenen festen Zeitraum definierten Bauteilschädigungsklassen mittels definierten Belastungen unter Berücksichtigung von Wirkungsgraden und Antriebsdrehmomenten ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine tatsächliche Schädigung des Bauteils mit der ermittelten Schädigung durch Prüfung des Bauteils auf dem Prüfstand oder einer Lasterprobung oder Vergleich mit ausgefallenen Bauteilen im Feld bestätigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungsklassen dadurch definiert werden, dass aus einem Lastkollektiv, welches mindestens mittels eines Feldversuches geschaffen wird, Belastungsklassen gebildet werden, wobei eine Belastungsklasse eine Belastung aufweist, welche im Lastkollektiv mit einer zuvor definierten Zeitspanne vorkommt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastungsklassen aus einer Fahrleistungsberechnung der schwersten Anwendung festgelegt werden.