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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines mechanischen Schädigungszustands einer Komponente eines Fahrzeugs, ein Verfahren zum Ermitteln eines Schwellwerts zum Einsatz in diesen Verfahren und ein Computerprogramm und eine Steuer und-/oder Regeleinrichtung zur Durchführung eines der Verfahren sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Stand der Technik
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In der
DE 10 2014 211 896 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung einer Fahrzeugsteuerung beschrieben. Mittels einer Korrekturfunktion werden Korrekturwerte ermittelt. Der Verlauf der Korrekturwerte wird aufgezeichnet und extrapoliert. Ausgehend von den extrapolierten Korrekturwerten wird ein Fehler prognostiziert.
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Aus der
DE 42 15 938 A1 ist ein Aussetzererkennungssystem bei einem Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem System Raddrehzahlschwankungen mindestens eines Rades des Kraftfahrzeuges gemessen werden und aus diesen ein Radunruhewert gebildet wird; untersucht wird, ob der Radunruhewert einen Schwellenwert überschreitet; und die Aussetzererkennung gesperrt wird, wenn der Radunruhewert den Schwellenwert überschreitet.
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Vorteile der Erfindung
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Das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass mit einfachen sensorischen Mitteln, die in jedem Kraftfahrzeug ohnehin vorhanden sind, eine effektive Schädigungserkennung von Komponenten erfolgen kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Offenbarung der Erfindung
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In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln eines mechanischen Schädigungszustands einer Komponente eines Fahrzeugs, bei dem der mechanische Schädigungszustand abhängig von mindestens einer Raddrehzahl des Fahrzeugs ermittelt wird. Der mechanische Schädigungszustand kann hierbei insbesondere eine Schädigung durch mechanischen Verschleiß in Folge von Schüttelbelastung sein.
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Vorteilhafterweise kann bei der Ermittlung des mechanischen Schädigungszustands die Ermittlung eines Radunruhewerts, wie er aus der
DE 42 15 938 A1 aus einem anderen Kontext bekannt ist, zum Einsatz kommen.
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Dies bedeutet, dass der mechanische Schädigungszustand abhängig von mindestens drei Zahnzeiten T1, T2, T3 (im folgenden „erste Zahnzeit,“, „zweite Zahnzeit“ und „dritte Zahnzeit“) eines Drehzahlgeberrades ermittelt wird. Drehzahlgeberräder haben üblicherweise Zähne und eine Zahnlücke. Vorteilhafterweise bezeichnen die Zahnzeiten T1, T2, T3 die Längen der Zeitspannen zwischen der Detektion aufeinanderfolgender Zähne. Vorzugsweise werden für die Auswertung Zahnzeiten in einem Winkelbereich des Drehzahlgeberrads herangezogen, in dem keine Zahnlücke liegt.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung wird der mechanische Schädigungszustand abhängig von dem Term ((T2 – T1) – (T3 – T2)) ermittelt wird. Insbesondere ist es zweckmäßig, den mechanischen Schädigungszustand abhängig von einem Radunruhewert RU zu bestimmen, der definiert ist als RU = ((T2 – T3) – (T3 – T2)) / f(Ti, Tj, Tk)
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Wobei Ti, Tj und Tk jeweils aus der Menge {T1, T2, T3} gewählt sind. Beispiele für f sind f = T1 oder f = T1·T2·T3.
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Vorteilhafterweise ist es weiter möglich, dass abhängig von dem Radunruhewert RU ein Inkrement Δ des mechanischen Schädigungszustands ermittelt wird, und der Schädigungszustand um dieses Inkrement Δ erhöht wird.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung kann vorgesehen sein, dass dann, wenn ein tatsächlicher Ausfall der Komponente erkannt wird, dieser Ausfall der Komponente zusammen mit dem ermittelten mechanischen Schädigungszustand einem Server übermittelt wird. Dies eröffnet die Möglichkeit, den mechanischen Schädigungszustand an Hand eines Vergleichs mit tatsächlichen Ausfällen innerhalb einer Fahrzeugflotte zu bewerten.
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In einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass abhängig von einem Verhältnis des mechanischen Schädigungszustands zu einem ermittelten Schwellwert darauf entschieden wird, ob der mechanische Schädigungszustand kritisch ist. Dies ermöglicht auf besonders einfache Weise einen Vergleich z.B. mit realen Messdaten und macht das Verfahren damit besonders genau.
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Dies kann insbesondere dadurch geschehen, ein zeitlicher Verlauf des Verhältnisses in einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich unterteilt wird, wobei der zeitliche Verlauf im ersten Bereich näherungsweise konstant ist und im zweiten Bereich näherungsweise linear ansteigt, und wobei abhängig von einer linearen Extrapolation des zeitlichen Verlaufs ein Zeitpunkt ermittelt wird, zu dem ein Ausfall der Komponente erwartet wird.
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Dadurch nimmt der zeitliche Verlauf des Verhältnisses diesen charakteristischen Verlauf an. Dies ermöglicht auf besonders einfache Weise eine sichere Vorhersage des Ausfalls einer Komponente, und ermöglicht beispielsweise, den Fahrer des Fahrzeugs frühzeitig darüber zu informieren und/oder automatisch mit einem Ersatzteilanbieter Kontakt aufzunehmen und die bald ausfallende Komponente nachzubestellen.
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In einem noch weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass das Fahrzeug bei kritischer Schädigung in einem schonenden Betriebsmodus betrieben wird, d.h. dass Aktuatoren im Fahrzeug abhängig davon angesteuert werden, ob entschieden wurde, dass der mechanische Schädigungszustand kritisch ist und/oder abhängig von dem ermittelten Zeitpunkt angesteuert werden.
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In einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass zum Ermitteln des Schwellwerts zum Einsatz in einem dieser Verfahren der Schwellwert abhängig von empfangenen Schädigungszuständen ermittelt wird, welche gemeinsam mit Ausfallmeldungen dieser Komponenten in Fahrzeugen empfangen wurden. Dies ermöglicht eine besondere genaue Kalibrierung des Verfahrens.
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In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Schwellwert gleich dem niedrigsten empfangenen Schädigungszustand ermittelt wird, zu dem eine Ausfallmeldung dieser Komponente in Fahrzeugen empfangen wurde.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch ein Fahrzeug, in dem das Verfahren zum Einsatz kommen kann;
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2 ein Diagramm, das den Ablaufplan des Verfahrens gemäß eines Ausführungsbeispiels zeigt.
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3 schematisch einen Verlauf des Inkrements als Funktion des Radunruhewerts;
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4 schematisch eine Diagramm, dass den Verlauf des Radunruhewerts illustriert;
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5 einen Verlauf des Quotienten als Funktion einer Laufleistung eines Fahrzeuges.
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1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 1, in dem das Verfahren zum Einsatz kommen kann. Das Fahrzeugzeug umfasst eine Komponente 30, deren mechanischer Schädigungszustand ermittelt werden soll. Bei der Komponente 30 kann es sich beispielsweise um eine Komponente einer Radaufhängung (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 1 handeln, z.B. ein Traggelenk, eine Buchse, ein Dämpfer oder eine Feder.
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Das Fahrzeug 1 umfasst eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 70 auf, beispielsweise ein Motorsteuergerät, die eingerichtet sein kann, das Verfahren auszuführen. Beispielsweise kann das Verfahren mit Hilfe eines Computerprogramms implementiert sein, welches auf einem maschinenlesbaren Speichermedium 71 gespeichert ist, das Teil der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 70 ist.
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In üblicher Weise ermittelt ein Drehzahlsensor 20 mit Hilfe eines Sensorelements 21, beispielsweise einem Hall-Geber, Zahnzeiten eines Geberrads 22, das beispielsweise auf einer Achse (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs 1 montiert ist.
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2 zeigt schematisch den Ablauf des Verfahrens. Dargestellt ist das Verfahren zum Ablauf im Fahrzeug 1. Angedeutet sind weitere Fahrzeuge 2, 3, in denen das Verfahren ebenfalls zum Einsatz kommen kann.
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Zunächst wird in Schritt 1000 eine Drehzahl des Drehzahlsensors 20 empfangen. Dies erfolgt beispielsweise durch die Übermittlung von Zahnzeiten, zu denen beispielsweise steigende Flanken am Geberrad 21 identifiziert werden. Die Dauern der Zeitintervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flanken werden als Zahnzeiten T1, T2, T3 bezeichnet.
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Es folgt Schritt 1010, in dem der Radunruhewert RU aus den Zahnzeiten T1, T2, T3 ermittelt wird. Ein typischer Verlauf des Radunruhewerts RU über der Zeit t ist in 4 gezeigt (durchgezogene Linie), ebenso ein gleichzeitiger Verlauf einer Geschwindigkeit v (gestrichelte Linie) des Fahrzeugs 1. Zu Zeitpunkten t1 und t2 überfährt das Fahrzeug 1 Unebenheiten, was sich in Spitzen des Radunruhewerts RU niederschlägt. Zum Zeitpunkt t3 beginnt eine schlechte Wegstrecke, bei der der Radunruhewert RU sprunghaft ansteigt, und die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 1 abfällt, weil der Fahrer bremst. Zum Zeitpunkt t4 endet die schlechte Wegstrecke, und der Radunruhewert RU fällt von seinem durchgängig hohen Niveau wieder ab auf Schwankungen um ein niedriges Niveau.
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Nach Schritt 1010 folgt Schritt 1020, in dem abhängig von dem Radunruhewert RU das entsprechende Inkrement Δ ermittelt wird. Dies kann beispielsweise einen in 3 illustrierten Verlauf annehmen und in einem Kennfeld hinterlegt sein, der in dem maschinenlesbaren Speichermedium 71 hinterlegt ist. Es ist möglich, dass die Ermittlung des Inkrements Δ nicht nur abhängig von dem Radunruhewert RU ermittelt wird, sondern auch von anderen Einflussgrößen wie beispielsweise einer Temperatur oder eines Reifendrucks, die in Schritt 1019 z.B. mit dedizierten Sensoren ermittelt werden.
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Nach Schritt 1030 folgt Schritt 1030, in dem der mechanische Schädigungszustand ermittelt wird. Vorzugsweise bei der Montage oder bei einem Erststart des Fahrzeugs 1 wird der Schädigungszustand auf den Wert „0“ initialisiert. Im Weiteren wird (beispielsweise in vorgegebenen Zeitintervallen) der aktuelle mechanische Schädigungszustand um das jeweils aktuell ermittelte Inkrement Δ erhöht. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass lediglich ein Inkrement Δ zum Schädigungszustand hinzuaddiert wird, wenn es einen vorgebbaren Mindestwert überschreitet.
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Im folgenden Schritt 1040 erfolgt optional eine Kommunikation mit einem Server 10. Beispielsweise kann in Schritt 1040 ermittelt werden, ob die Komponente 30 ausgefallen ist. Ist dies der Fall, wird dem Server 10 übermittelt, dass die Komponente 30 ausgefallen ist. Ebenso wird der Wert des ermittelten mechanischen Schädigungszustands zum Zeitpunkt des Ausfalls der Komponente 30 übermittelt.
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Im folgenden Schritt 1050 empfängt das Steuergerät 70 vom Server 10 einen ermittelten Schwellenwert. Ferner wird ein Quotient Q des aktuellen ermittelten mechanischen Schädigungszustands geteilt durch den Schwellenwert ermittelt. Anschließend wird abhängig vom Quotienten Q eine Restlebensstrecke Δs der Komponente 30 ermittelt.
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5 illustriert hierzu den Verlauf des Quotienten Q (gepunktet eingezeichnet) über einer gefahrenen Wegstrecke s des Fahrzeugs 1. Die Wegstrecke s ist hierbei die über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs 1 akkumulierte Wegstrecke, also eine Gesamtlaufleistung des Fahrzeugs 1.
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5 illustriert den charakteristischen Verlauf des Quotienten Q, der in einem ersten Bereich A bei einer gefahrenen Wegstrecke s kleiner als ein Grenzpunkt s0 näherungsweise einen konstanten Verlauf einnimmt, und ab diesem Grenzpunkt in einem zweiten Bereich B einen näherungsweise linear ansteigenden Verlauf (durchgezogen eingezeichnet). Durch ein mathematisches Fitting-Verfahren, beispielsweise einen Least-Square-Fit, lässt sich s0 ermitteln, und damit auch der extrapolierte Verlauf im zweiten Bereich B. Die Restlebensstrecke Δs kann dann als diejenige Wegstrecke ermittelt werden, die zwischen aktueller Wegestrecke und der Wegstrecke liegt, bei der die lineare Extrapolation (strickpunktiert eingezeichnet) einen Quotientenschwellwert Q0 schneidet.
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Nach Schritt 1050 folgt Schritt 1060, in dem ermittelt wird, ob die Restlebensstrecke Δs kleiner als ein vorgebbarer Restlebensstreckenschwellwert ist. Ist dies der Fall, kann das Fahrzeug 1 fortan in einem besonders schonenden Betriebsmodus betrieben werden und/oder eine Warnung an den Fahrer ausgegeben werden und/oder ein Ersatzteil für die Komponente 30 bestellt werden.
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Damit endet das Verfahren im Fahrzeug 1 bzw. es beginnt erneut.
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Im Server 10 wird in Schritt 1100 der Schwellenwert ermittelt. Hierzu empfängt der Server 10 von den Fahrzeugen 1, 2, 3 Rückmeldungen darüber, bei welchem weiligen Schädigungswert die Komponente 30, die in jedem der Fahrzeuge 1, 2, 3 verbaut ist, ausgefallen ist. Abhängig von diesen Ausfall-Schädigungswerten wird der Schwellenwert ermittelt. Beispielsweise wird der Schwellenwert als der kleinste Wert ermittelt, bei dem in einem der Fahrzeuge 1, 2, 3 die Komponente 30 aufgrund von mechanischer Belastung ausgefallen ist.
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Im optionalen Schritt 1110 werden optional Rechenschritte, die im Ausführungsbeispiel in einem der Schritte 1020 bis 1050 aufgeführt waren, auf dem Server 10 durchgeführt. Schließlich wird der ermittelte Schwellenwert an das Fahrzeug 1 übermittelt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014211896 A1 [0002]
- DE 4215938 A1 [0003, 0007]
