EP1599842A2

EP1599842A2 - Risikominimierung und wartungsoptimierung durch ermittlung von schädigungsanteilen aus betriebsdaten

Info

Publication number: EP1599842A2
Application number: EP04712485A
Authority: EP
Inventors: Herbert Depping; Matthias Maisch
Original assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Current assignee: Voith Turbo GmbH and Co KG
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2004-02-19
Publication date: 2005-11-30
Also published as: WO2004078543A2; DE10310116A1; WO2004078543A3

Abstract

Verfahren zur Bestimmung von Wartungsintervallen für Kraftfahrzeugbaugruppen, die wenigstens eine Wartungseinheit umfassen; wobei jeder Wartungseinheit eine Schadenssumme zugeordnet ist, deren Wert bei Betrieb des Kraftfahrzeugs zunimmt. Aus den Betriebsdaten des Fahrzeugs oder aus einem Teil dieser Daten wird in einem gewählten Zeitintervall die auf eine Wartungseinheit wirkende Belastung bestimmt oder abgeschätzt und in unterschiedliche Klassen eines Belastungsmusters eingeteilt. Aus einem anschliessenden Vergleich des Belastungsmusters eines Zeitintervalls mit gespeicherten Daten des Ausfallverhaltens der Wartungseinheit wird die Zunahme der Schadenssumme für dieses Zeitintervall berechnet. Das Ende des Wartungsintervalls für eine Wartungseinheit ist dann erreicht, wenn die zugeordnete Schadenssumme einen bestimmten kritischen Schwellwert überschreitet.

Description

Risikominimierung und Wartungsoptimierung durch Ermittlung von Schädigungsanteilen aus Betriebsdaten

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Festsetzung von Wartungsintervallen von Kraftfahrzeugbaugruppen oder ihrer Untereinheiten, die bei der Wartung des Fahrzeugs bei einem bestimmten Abnutzungs- bzw. Ermüdungsgrad zu ersetzen sind. Diese Untereinheiten werden im Folgenden als Wartungseinheiten bezeichnet, da sie typischerweise bei Wartungsaufgaben als Ganzes ersetzt werden.

Zur Wartung von Kraftfahrzeugbaugruppen werden üblicherweise einzelne Wartungseinheiten nach einer bestimmten festgesetzten Lebensdauer oder alternativ nach einer bestimmten Laufleistung ersetzt. Eine solche starre Festsetzung von Wartungsintervallen hat jedoch den Nachteil, dass Wartungseinheiten bei ganz unterschiedlichen Abnutzungs- bzw.

Ermüdungsgraden gewartet oder ganz ausgewechselt werden. Dabei bleibt unberücksichtigt, in welcher Form diese Wartungseinheiten im vorausgegangenen Betrieb belastet wurden. Hier können deutliche Unterschiede ausgemacht werden bezüglich der Abnutzung und Ermüdung, die durch eine unterschiedliche Einsatzdauer, die Art der Zuladung, die Charakteristika der zurückgelegten

Strecken, unterschiedliche klimatische Voraussetzungen und durch Unterschiede im individuellen Fahrverhalten bewirkt werden. Eine pauschale Annahme von Wartungsintervallen geht von einer gewissen Mittelung dieser Belastungen aus. Dabei werden jedoch häufig Wartungseinheiten zu früh ausgetauscht oder es kommt zu Fahrzeugausfällen, weil ungewöhnlich stark belastete Bauteile innerhalb des üblichen Wartungsintervalls ausfallen.

Eine Einzelfallentscheidung über das Ersetzen von Wartungseinheiten setzt eine regelmäßige Inspektion und meist eine Freilegung oder den Ausbau der jeweiligen Wartungseinheit voraus. Dies stellt gegenüber der Festsetzung von starren

Wartungsintervallen einen erheblichen Mehraufwand dar. Zusätzlich stützt sich eine Entscheidung über den Austausch von Wartungseinheiten meist nur auf ein

BESTATIGUNGSKOPIE äußeres Erscheinungsbild in Verbindung mit dem subjektiven Gesamteindruck des Kraftfahrzeugs. Es hängt somit vom Inspizierenden ab, wie treffend das Ausfallrisiko einer bestimmten Wartungseinheit eingeschätzt wird. Gleichwohl fehlen auch bei großer Erfahrung für eine präzise Beurteilung in den meisten Fällen Informationen über die tatsächliche Belastungsgeschichte der

Wartungseinheit. Bei komplexen Baugruppen, wie z.B. Fahrzeuggetrieben, sind zusätzlich die Bauteile in der Regel nicht zugänglich, wodurch keine Möglichkeit für eine visuelle Beurteilung besteht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung von

Wartungsintervallen für Kraftfahrzeugbaugruppen anzugeben, das die oben beschriebenen Nachteile pauschaler Wartungsintervalle oder subjektiver Einzelfallentscheidungen überwindet. Das Verfahren soll es ermöglichen, eine Wartung möglichst gut dem tatsächlichen Verschleißgrad und der daraus resultierenden Ausfallswahrscheinlichkeit anzupassen. Gleichzeitig soll das

Verfahren möglichst einfach mit bereits bestehenden elektronischen Steuerungskomponenten von Kraftfahrzeugen zu realisieren sein.

Die Erfinder haben erkannt, dass die Intervalle, nach denen Wartungseinheiten inspiziert oder ausgetauscht werden müssen, durch ein mehrstufiges Verfahren in geeigneter Art und Weise zu ermitteln sind.

In einer ersten Stufe des Verfahrens werden die relevanten Belastungen auf eine Wartungseinheit analysiert und das Ausfallverhalten, welches mit diesen Belastungen verbundenen ist, durch Versuche und Berechnungen, insbesondere

Korrelationsrechnungen, ermittelt. Hierbei können unterschiedliche Kriterien für den Ausfall einer Wartungseinheit festgelegt werden, wie beispielsweise nicht zulässiger Verschleiß, Bruch, Verformung oder auch eine nicht tolerierbare Funktionsänderung.

Das Ergebnis dieser ersten Stufe des Verfahrens ist ein Kennfeld, in dem das Ausfallverhalten in Abhängigkeit der unterschiedlichen Belastungshöhe und Belastungshäufigkeit dargestellt wird. Je nach Auswahl der relevanten Belastungen wird das Ausfallverhalten durch ein Kennfeld mit einem oder mehreren Parametern repräsentiert.

In der zweiten Stufe des Verfahrens werden die im Fahrbetrieb auftretenden

Belastungen auf die Wartungseinheit ermittelt. Im einfachsten Fall handelt es sich hierbei um die Erfassung der Häufigkeit des Auftretens einer bestimmten Belastung. Vielfach wird jedoch ein verfeinertes Verfahren notwendig, um die auftretenden Belastungen hinreichend genau erfassen zu können, insbesondere wenn es sich um mehrere relevante Belastungsfaktoren handelt oder wenn dynamische Effekte zu berücksichtigen sind.

Hierfür kann eine Einteilung der Belastung in Klassen und eine davon ausgehende Zählung der schädigungsrelevanten Ereignisse für jede diese Klassen durchgeführt werden. Diese Zählung kann auf unterschiedliche Art und Weise bewirkt werden, etwa durch die Bestimmung der Verweildauer in der jeweiligen Klasse, die Überschreitungshäufigkeit der Klassengrenze oder die Umkehr der Belastung in der jeweiligen Klasse. Als Ergebnis der zweiten Verfahrensstufe entsteht ein Belastungskollektiv, welches repräsentativ für die Beanspruchung der Wartungseinheit ist.

In der dritten Stufe des Verfahrens wird das im Fahrbetrieb ermittelte Belastungskollektiv in geeigneter Weise mit dem aus der ersten Stufe bekannten Ausfallverhalten der Wartungseinheit verrechnet. Das Ergebnis ist eine abstrakte Größe, die als Schadenssumme bezeichnet wird. Diese Schadenssumme, die im laufenden Betrieb zunimmt und auf einfache Art und Weise abgespeichert werden kann, ist im erfindungsgemäßen Verfahren die Kenngröße, die zu einer Inspektion einer Wartungseinheit führt, unter der Bedingung, dass die Schadenssumme eine bestimmte kritische Schwelle überschreitet. Die kritische Schwelle kann durch Kenntnis des Ausfallverhaltens aus der ersten

Stufe des Verfahrens festgelegt werden. Nachteilig wirken sich hierbei aber die Unsicherheiten aus, die sowohl aus den Korrelationsberechungen und der Kennfeldfestlegung als auch aus den vereinfachten Versuchsdurchführungen zur Ermittelung des Ausfallverhaltens resultieren. Die Ermittelung eines zur Praxis repräsentativen Ausfallverhaltens erfordert einen hohen Versuchsaufwand und ist nicht immer zufriedenstellend durchführbar.

Es schließt sich daher eine vierte Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens an, wonach durch eine Reihe von Felddaten das Ausfallverhalten der Wartungseinheiten in der Praxis ermittelt werden kann. Dazu werden die im Feld erreichten Schadenssummen ermittelt und mit den Versuchsergebnissen aus der ersten Verfahrensstufe verglichen. Anpassungen an das reale Ausfallverhalten können entweder durch Änderungen der Ermittlung der Schadenssumme im elektronischen Steuerungsgerät oder durch Verlegung der kritischen Schwelle der Schadenssumme vorgenommen werden.

Mit Kenntnis der Schadenssumme wird jeder Wartungseinheit eine mit geringem

Aufwand zu speichernde und zu verarbeitende Größe zugeordnet, die auf vereinfachte, aber dennoch hinreichend präzise Art und Weise, die tatsächliche Belastung auf das jeweilige Bauteil berücksichtigt und den Schädigungsgrad ermittelt. Diese Kenngröße der Schädigung erlaubt es, die Inspektion innerhalb eines deutlich besser angepassten Wartungsintervalls durchzuführen. Daraus ergibt sich eine deutlich verbesserte Festlegung von Wartungsintervallen mit einer ^"deutlich geringeren Bandbreite, innerhalb derer aus Kostengründen auf frühzeitige Inspektionen verzichtet und gleichzeitig die Ausfallwahrscheinlichkeit auf ein Minimum reduziert werden kann.

Die Erfindung ist anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin ist im einzelnen folgendes dargestellt:

Fig. 1 zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Wartungsoptimierung in einem Steuerungsgerät eines Fahrzeugs. Fig. 2 zeigt schematisch die Unterteilung einer Kraftfahrzeugbaugruppe in

Wartungseinheiten am Beispiel eines automatischen Getriebes.

Fig. 3 zeigt schematisch den Zusammenhang zwischen der Höhe und der Häufigkeit der Belastung auf eine Wartungseinheit und dem

Ausfallverhalten.

Fig. 4 zeigt beispielhaft die Einteilung einer Belastung auf eine

Wartungseinheit in nach der Belastungshöhe gestaffelten Klassen in Verbindung mit der Häufigkeit des Auftretens einer entsprechenden Belastung. i

Fig. 5 zeigt beispielhaft die Verknüpfung von Lastkollektiv und

Ausfallverhalten zur Bestimmung der Schadenssumme.

Fig. 6: zeigt beispielhaft den Zählvorgang zur Erstellung eines

Belastungskolletivs.

Fig. 7 zeigt beispielhaft die Ausfallwahrscheinlichkeit zweier Wartungseinheiten in Abhängigkeit der Schadenssumme sowie die

Festlegung eines kritischen Schwellwerts für eine der Wartungseinheiten.

Figur 2 zeigt in schematisch stark vereinfachter Art und Weise die Wartungseinheiten (W1 - W7) eines automatischen Getriebes, das im Folgenden exemplarisch zur Veranschaulichung der Erfindung herangezogen wird. Die in Figur 2 dargestellte Aufteilung der Wartungseinheiten ist ebenfalls nur beispielhaft. Sie wird sich in der Praxis durch die Bauart der Kraftfahrzeugbaugruppen ergeben, wodurch auch die Vorgehensweise bei Wartungsarbeiten festgelegt ist. So lassen sich aus konstruktiven Gründen nur bestimmte Einheiten als Ganzes inspizieren oder ersetzen, wobei hier die Einbaulage und die Wechselwirkung mit anderen Wartungseinheiten eine wichtige Rolle spielt. Eine weitere Einteilung in Wartungseinheiten wird sich aus der Art der Belastung während des Betriebes ergeben und den daraus resultierenden Abnutzungserscheinungen bzw. der Ermüdung dieses Bauteils.

In Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Festlegung von

Wartungsintervallen kann die Einteilung von Kraftfahrzeugbaugruppen in Wartungseinheiten auch so vorgenommen werden, dass die im Folgenden dargestellte Zuordnung von Belastungen zu Schadenssummen in geeigneter Art und Weise durchgeführt werden kann. Das heißt, die Art der Belastung auf eine Wartungseinheit sollte möglichst eindeutig klassifizierbar sein.

Ausgangspunkt für die Bestimmung der Belastung auf eine Wartungseinheit sind die Betriebsdaten des Fahrzeugs. Hierunter fallen sensorische Daten, beispielsweise über Drehzahlen, Drehmomente, Temperaturen unterschiedlicher Fahrzeugkomponenten, aber auch fahrdynamische Daten, die Fahrzustände charakterisieren. Ferner zählen auch Gebersignale zu den Betriebsdaten, die dem jeweiligen Fahrerwunsch, etwa nach Beschleunigung, entsprechen. Sensorische Daten und Gebersignale stehen in heutigen Fahrzeugen über Kommunikationsnetze, etwa den CAN-Bus, zur Verfügung und dienen der Fahrzeugsteuerung, wie beispielsweise dem Optimieren des Schaltverhaltens in automatischen Getrieben. Unter dem Begriff Betriebsdaten werden nachfolgend Buch alle Informationen über das Fahrzeug, seine Zuladung und die Fahrzeugkomponenten verstanden, die typischerweise in Steuergeräten abgelegt und über die genannten Kommunikationsverbindungen zugänglich sind. Beispielsweise handelt es sich hierbei um Kennlinien des Motors, des Getriebes, der Achs- und Getriebeübersetzungen sowie Massenträgheitsmomente etc.

Ausgehend von den Betriebsdaten können die auf die jeweiligen Wartungseinheiten einwirkenden Belastungen abgeschätzt werden. Hierfür müssen im Steuergerät der Wartungseinheiten oder der Kraftfahrzeugbaugruppen die zu den Betriebsdaten oder einem Teil dieser Daten zugeordneten Belastungen abgespeichert sein. Die Belastungswirkungen ergeben sich aus der Wirkung von Drehmoment, Drehzahl, Druck, Temperatur auf die Wartungseinheit und den daraus resultierenden Effekten, wie etwa Reibung, Spannung oder Verformung. Eine solche Zuordnung zwischen Betriebsdaten und Belastung ist für jede Wartungseinheit anzugeben und wird vom Hersteller der Wartungseinheit als Belastungsmodell festgesetzt. Diese zugeordneten Belastungsdaten können auch für alle Wartungseinheiten in einem zentralen Steuergerät abgelegt sein.

Für den ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es notwendig, mit Belastungstests einen quantitativen Zusammenhang zwischen Belastung und Ausfallswahrscheinlichkeit herzustellen. Dabei handelt es sich vielfach um

Belastungstests mit Wiederholungen auf einem bestimmten Belastungsniveau bis zum Ausfall in Kombination mit Korrelationsberechnungen. Im einfachsten Fall wird die Anzahl von Belastungsereignissen, dies kann beispielsweise bei einem Getriebe die Anzahl von Gangwechseln sein, mit dem Ausfallsverhalten verknüpft. Figur 3 zeigt in schematisch vereinfachter Art und Weise das Streuband des

Ausfallverhaltens bei einer ausgewählten Belastung im Verhältnis zur Belastungshöhe und zur Häufigkeit, mit der diese auftritt. Der schraffierte Bereich in Figur 2 erstreckt sich von einer unteren Schwelle, bei der die Wahrscheinlichkeit, dass ein gegebenes Paar aus Belastungshöhe und Belastungshäufigkeit zu einem Ausfall führt, bei ungefähr 1 % liegt, zu einer oberen Schwelle, welche entsprechend dadurch gekennzeichnet ist, dass die -Wahrscheinlichkeit des Ausfalls bei 99 % liegt. Diese Kurven können natürlich nur näherungsweise angegeben werden und weisen je nach Art der Bestimmung und der Anzahl und Genauigkeit der hierfür durchgeführten Tests eine gewisse Streubreite auf. Somit ist die Festlegung einer Schwelle, die repräsentativ für das

Ausfallverhalten steht, im Ermessen des Fachmanns und wird je nach Art oder Bedeutung der zugeordneten Fahrzeugbaugruppe auf die sichere Seite zu geringeren Ausfallwahrscheinlichkeiten, oder, falls dies tolerierbar ist, in Richtung höherer Ausfallwahrscheinlichkeit verschoben werden. In Figur 3 wird zur Illustration diese, im Folgenden als kritische Ausfallschwelle 1 bezeichnete

Festlegung, bei einer Ausfallwahrscheinlichkeit von 50 % eingezeichnet und ist als gestrichelte Linie dargestellt. Ferner kann es vorteilhaft sein, dass diese kritische Ausfallschwelle nicht über das gesamte Kennfeld der gleichen Ausfallswahrscheinlichkeit zugeordnet wird. Ist beispielsweise aus Belastungsversuchen bekannt, dass das tatsächliche Ausfallverhalten statistisch stark schwankt, so kann die kritische Ausfallsschwelle in Bereichen großer Variationen um eine mittlere Ausfallswahrscheinlichkeit so korrigiert werden, dass die kritische Ausfallschwelle zu einer sicheren Seite verschoben wird. Im Wesentlichen wird das Ergebnis der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens somit darin bestehen, relevante Belastungen, die in der Akkumulation zum Ausfall führen, zu bestimmen und ihnen in einem Kennfeld eine kritische Ausfallschwelle zuzuordnen.

Zur Charakterisierung von Ermüdungserscheinungen bei Belastungsversuchen können zerstörungsfreie Messverfahren eingesetzt werden. Ein Beispiel hierfür ist das Röntgen-Refraktionsverfahren, mit dem sich aus der Belastung resultierende, mikrostrukturelle Defekte wie Mikrorisse nachweisen lassen. Auch Simulationen wiederholter Bauteilbelastungen, Schadensakkumulationsrechnungen und Plausibilitätsannahmen sind geeignet, um einen quantitativen Zusammenhang von Belastungsfaktoren und Schädigung herzustellen.

Entscheidend für den nachfolgenden zweiten Schritt des erfindungsgemäßen

Verfahrens ist es, die für eine Wartungseinheit relevanten Belastungen innerhalb -eines Zeitintervalls aus den Betriebsdaten zu bestimmen und in ein nach der Belastungshöhe gestaffeltes Belastungsmuster zu klassieren. Basierend auf dieser Einteilung kann nun eine Zählung der schädigungsrelevanten Ereignisse durchgeführt werden. Hierbei wird unter einer Zählung im weitesten Sinne das

Erfassen der Häufigkeit mit der eine Klasse entsprechende Belastung auftritt verstanden. Ein Beispiel hierfür ist eine Einteilung einer thermischen Belastung in mehrere Temperaturüberschreitungsstufen, so dass als Beispiel für eine ereignisgesteuerte Zählweise in einer einzelnen Klasse eine Temperaturüberschreitung von 90° erfasst wird, und die Häufigkeit, mit der diese

Belastung auftritt, gezählt wird. In einem verallgemeinerten Fall kann diese Häufigkeitserfassung einer Belastung in einer Klasse auch eine Bestimmung der Zeitdauer sein, über die eine der Klasse entsprechende Belastung auftritt. Eine weitere Möglichkeit, die Häufigkeit des Auftretens einer zu einer Klasse gehörenden Belastung festzuhalten, kann die Bestimmung der Überschreitungshäufigkeit der Klassengrenze in eine festgelegte oder eine beliebige Richtung oder die Umkehr der Belastung in der jeweiligen Klasse sein.

Als Resultat dieses zweiten Schritts entsteht somit eine Darstellung der Belastungshistorie in der Form eines Belastungskollektivs, wie es in schematisch vereinfachter Art und Weise in Figur 4 dargestellt ist. Gezeigt sind vier unterschiedliche Klassen I - IV mit ansteigender Belastungshöhe sowie eine entsprechende Zählung der den jeweiligen Klassen zugeordneten Belastungsereignisse.

Aus dem anschließenden Vergleich dieses Belastungskollektivs mit dem Ausfallverhalten bei derartiger Belastung in der dritten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ergibt sich die Festsetzung einer Zunahme der Schadenssumme zum entsprechenden Zeitintervall. An einem schematisch vereinfachten Beispiel, dargestellt in Figur 5, soll dies erläutert werden:

Das im Verfahrensschritt 1 bestimmte Ausfallverhalten ist in Figur 5 anhand von zwei Kurven dargestellt, die, in Abhängigkeit der Belastungshöhe und der Ηäufigkeit des Auftretens einer solchen Belastung, eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 1 % und von 99 % angenähert beschreiben. Zusätzlich ist der Figur 5 das Belastungskollektiv der zweiten Verfahrensstufe hinzugefügt. Gestrichelt dargestellt ist die Häufigkeit Z_\, mit der eine Belastung aus der höchsten

Belastungsklasse IV aufgetreten ist. Für diese Klasse wurde eine Wiederholzahl ZAI für diese Belastung bestimmt bis die kritische Ausfallsschwelle erreicht ist; hier wird exemplarisch eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 1 % als kritische Ausfallschwelle angenommen. Demnach kann der bisherigen Wiederholungszahl in dieser Klasse eine Schadenssumme S zugerechnet werden, die sich aus dem

Quotienten Z|/ ZAI bestimmt. Entsprechend berechnet sich eine Zunahme der Schadenssumme als Zunahme der Belastungshäufigkeit ΔZ| um ΔS = ΔZ|/ZAI. Bei der in Figur 5 dargestellten progressiven Kurve für die Ausfallswahrscheinlichkeit resultiert, dass kleinere Belastungen zu einer geringeren Erhöhung der Schadenssumme führen, entsprechend stärker wird die Schadenssumme bei höheren Belastungen vergrößert. Zusätzlich ist es denkbar, dass Ausfallverhalten in Abhängigkeit von unterschiedlichen Belastungsparametern zu korrigieren. Dies kann beispielsweise bei erhöhter Temperatur, Druck usw. erfolgen. In diesen Fällen sind Lastkollektiv und Ausfallverhalten gesondert auszuwerten und die Ergebnisse der Schadensummenberechnung zusammenzuführen.

Als illustrierendes Ausführungsbeispiel wird ein durch Drehmomentschwankungen belastetes Getriebeteil betrachtet, das als Wartungseinheit ausgetauscht werden kann. Es wird ferner angenommen, dass aus den Betriebsdaten die Drehmomentesschwankungen bestimmt werden können oder diese zumindest indirekt über ein Modell des Getriebes und der Messung der antriebs- und abtriebsseitigen Drehmomente abgeschätzt werden können. Zunächst führt man eine Einteilung der Belastung in Klassen durch, wobei beispielsweise im vorliegenden Fall mehrere Schwellwerte für das Drehmoment gesetzt werden können und ein Ereignis einer Belastungsklasse dann hinzugefügt wird, wenn eine Überschreitung der Drehmomentschwelle vom niedrigeren zum höheren Drehmoment auftritt. Mögliche feinere Abstufungen und nicht-äquidistante

Schrittweiten in der Klassierung sind in Bereichen von Vorteil, in denen das Äusfallverhalten große Variationen bei kleinen Parameterveränderungen aufweist. Dies ist insbesondere in der Nähe von Maximalbelastungen der Fall.

Die Vorgehensweise zur Zählung von Belastungsereignissen in diesem illustrierenden Beispiel ist anhand von Figur 6 dargestellt. Gezeigt ist der zeitliche Verlauf des Drehmoments sowie vier Schwellwerte für das Drehmoment. Mit vertikalen Pfeilen ist jeweils eine Überschreitung einer dieser Schwellwerte und die entsprechende Zuordnung zu einer Belastungsklasse markiert.

Auf diese Art und Weise entsteht während des Betriebs ein Belastungskollektiv, welches mit dem aus der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten Ausfallverhalten verrechnet wird. Die Erhöhung der Belastungsanzahl in einer Klasse führt zu einer Erhöhung der Schadenssumme, die sich wie oben dargestellt über den Quotient der tatsächlichen Belastung bzw. der tatsächlichen Belastungszunahme und der in dieser Klasse zugeordneten mittleren Belastungsanzahl bis zur kritischen Ausfallsschwelle bestimmt. Dieser Anteil der

Schadenssumme wird für jede Klasse berechnet, so dass sich die gesamte Schadenssumme für diese Wartungseinheit aus den Teilsummen zusammensetzt, die sich für die unterschiedlichen Klassen ergeben.

Die Schadenssumme einer Wartungseinheit kann aus unterschiedlichen Beiträgen und somit aus gewichteten Teilschadenssummen bestehen, wenn unterschiedliche, nicht zusammenwirkende Schädigungsmechanismen existieren, die nicht sinnvoll in einem einheitlichen Belastungsmuster kombinierbar sind. Dies gilt insbesondere, wenn die Belastungsfaktoren deutlich unterschiedliche Zeitkonstanten besitzen und damit die Zunahme der Teilschadenssummen mit verschiedenen Zeitintervallen erfasst werden. Auch eine Kombination von Dauerbelastungen und Belastungsereignissen ist durch die Summation von getrennt ermittelten Teilschadenssummen zu einer der Wartungseinheit zugeordneten Schadenssumme möglich.

Zusätzlich weist das erfindungsgemäße Verfahren eine vierte Stufe auf, in der zur Korrektur von Ungenauigkeiten in den vorangehenden Verfahrensschritten ein kritischer Schwellwert S für die Schadenssumme anhand von realen Felddaten gesetzt wird. Nach der Vorgehensweise entsprechend der Schritte 1 bis 3 des Verfahren, sollte die abstrakte Größe der Schadenssumme möglichst gut die tatsächliche Belastung auf eine Wartungseinheit und damit ihr Ausfallverhalten nachbilden. Demnach sollte bei der Aufzeichnung der Schadenssumme im Betrieb diese mit der Ausfallwahrscheinlichkeit in einem typischen Zusammenhang stehen, welcher schematisch in Figur 7 gezeigt ist. Hierbei werden zwei interpolierte Ausfallwahrscheinlichkeiten für das Bauteil A und das Bauteil B in

Abhängigkeit der Schadenssumme dargestellt. Kennzeichnend in beiden Fällen ist ein weitestgehend ausfallfreier Bereich für Schadenssummen unterhalb eines bestimmten Grenzwertes. Der kritische Schwellwert S_k für die Schadenssumme ist nun so zu wählen, dass er noch mit hoher Sicherheit in diesem ausfallfreien Bereich oder, sollte ein gewisses Ausfallrisiko bei einer Baueinheit tolerabel sein, zumindest gerade zu Beginn des Anstiegs der Ausfallwahrscheinlichkeit zu liegen kommt. Durch diese Festlegung des kritischen Schwellwertes S_k für die

Schadenssumme ist eine gewisse Fehlerkorrektur der vorangehenden Verfahrensschritte durchzuführen. Ferner kann bei deutlich abweichenden Ergebnissen bei Betrieb einer Vielzahl von gleichen Wartungseinheiten eine sehr einfache Korrektur von Wartungsintervallen und damit des Ausfallrisikos vorgenommen werden, in dem der kritische Schwellwert S_k für die

Schadenssumme angepasst wird.

Figur 1 fasst das erfindungsgemäße Verfahren zusammen. Es zeigt die vier Verfahrensstufen zur Bestimmung von Wartungsintervallen in der Ablaufreihenfolge, wie sie in einem Steuergerät eines Fahrzeugs realisiert werden können. Das Steuergerät steht in Verbindung mit der Sensorik des Fahrzeugs und den Steuerungs- und Regelungsdaten der Wartungseinheiten und empfängt femer Gebersignale. Im Steuergerät sind zusätzliche Fahrzeugdaten sowie Belastungsmodelle für die zu überwachenden Wartungseinheiten abgelegt. Wie im Ablaufschema dargestellt, werden externe und interne Informationen zu

Betriebsdaten verbunden. Im nachfolgenden Schritt, welcher der zweiten Stufe ^"des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht, werden diese Betriebsdaten klassiert. Hierbei ist es möglich, sowohl die aktuellen Betriebsdaten, wie auch solche aus einem bestimmten Zeitintervall, zur Klassierung zu verwenden. Das Resultat ist die Verarbeitung der zu den Wartungseinheiten gehörenden

Belastungshistorie zu jeweils zugeordneten Belastungskollektiven. Diese werden dann mit dem aus der ersten Verfahrensstufe bekannten Ausfallverhalten der Wartungseinheiten verknüpft, wobei im Steuergerät nur die entsprechenden Informationen über das Ausfallverhalten abgelegt sind und die entsprechenden Versuche und Korrelationsberechnungen unabhängig vom Steuergerät durchgeführt werden. Aus der Verbindung von Belastungskollektiv und Ausfallsverhalten wird im Steuergerät die abstrakte, möglichst der Belastungshistorie entsprechende Größe der Schadenssumme bestimmt. Dies entspricht der dritten Verfahrensstufe. Die anschließende vierte Verfahrensstufe dient dem Vergleich der Schadenssumme mit einem kritischen Schwellwert S_k. Bei einer Überschreitung dieses Werts ist ein Wartungsintervall vollendet und ein Kundendienst mit Wartung und eventuellem Austausch der entsprechenden

Wartungseinheit ist die Folge. Ist dies nicht sofort möglich, besteht zumindest eine der Reaktionsmöglichkeiten in einem Schonbetrieb der Wartungseinheit.

Die Verfahrensschritte, die im Kraftfahrzeug selbst durchgeführt werden, sind sehr einfach und können meist mit bereits zur Verfügung stehenden Steuergeräten vollzogen werden. Dies wird dadurch erreicht, indem die aufwendigen Verfahrensschritte der Erstellung eines Belastungsmodells, um aus den Betriebsdaten Belastungen abzuschätzen, der Vorgehensweise zur Klassierung von Belastungen in Belastungsmuster sowie zur Erstellung von Belastungskollektiven und zur Zuordnung der Belastungen zu einer

Schadenssummenzunahme auf Voruntersuchungen beruhen, deren Resultate fest in den Steuerungsrealisierungen programmiert werden können. Die Einfachheit der Abarbeitung des Verfahrens im Kraftfahrzeug selbst wird somit durch die Vorarbeit vor Inbetriebnahme erreicht. Dasselbe gilt auch für die vierte Verfahrensstufe, in der die aufwendige Bestimmung eines kritischen

Schwellwertes unabhängig vom Fahrzeug durchgeführt wird. Hierbei kann -vorteilhafter Weise das Verfahren durch den ständigen Vergleich mit Felddaten aus dem Kundendienst nachgeeicht werden. So ist es möglich bei jeder Serviceuntersuchung auch die kritischen Schwellwerte an die Erfahrungen anzupassen, die sich aus der Betreuung einer entsprechend großen

Fahrzeugflotte ergibt.

Nach einem Überschreiten des kritischen Schwellwerts der Schadenssumme sind in Figur 1 verschiedene Optionen angegeben. Darüber hinaus kann der Fahrer oder das Steuergerät beim Erreichen des kritischen Schwellwertes über eine drahtlose Verbindung das Servicecenter über den Ablauf eines Wartungsintervalls informieren. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird beim Erreichen der kritischen Schadenssumme der Betrieb des Bauteils nur noch in einem Schonmodus durchgeführt bzw. eine entsprechende Empfehlung wird dem Fahrer signalisiert.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Bestimmung von Wartungsintervallen für Kraftfahrzeugbaugruppen, die wenigstens eine Wartungseinheit umfassen; 1.1 jeder Wartungseinheit ist eine Schadenssumme zugeordnet, deren Wert bei

Betrieb des Kraftfahrzeugs zunimmt;

1.2 aus den Betriebsdaten des Fahrzeugs oder aus einem Teil dieser Daten wird in einem gewählten Zeitintervall die auf eine Wartungseinheit wirkende Belastung bestimmt oder abgeschätzt und in unterschiedliche Klassen eines Belastungsmusters eingeteilt;

1.3 aus dem Vergleich des Belastungsmusters eines Zeitintervalls mit gespeicherten Daten des Ausfallverhaltens der Wartungseinheit wird die Zunahme der Schadenssumme für dieses Zeitintervall berechnet;

1.4 das Ende des Wartungsintervalls für eine Wartungseinheit ist dann erreicht, wenn die zugeordnete Schadenssumme einen bestimmten kritischen

Schwellwert überschreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitintervalle eine regelmäßige Dauer aufweisen, in denen die Klassierung der auf eine Wartungseinheit wirkenden Belastung in Belastungsmuster vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Zeitintervalle an die jeweilige Wartungseinheit angepasst wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitintervalle unterschiedlich sind, in denen die Einteilung der auf eine Wartungseinheit wirkenden Belastung in Belastungsmuster vorgenommen wird und ihr Beginn und ihre Dauer durch das Auftreten definierter Betriebszustände bestimmt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass als Daten zum Ausfallverhalten für jede Klasse des Belastungsmusters die Anzahl von Wiederholungen mit einer der Klasse entsprechenden Belastung bis zum Erreichen einer festgelegten Ausfallwahrscheinlichkeit abgespeichert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich beim Auftreten eines Belastungsereignisses, welches einer Klasse des Belastungsmusters zugeordnet werden kann, die Schadenssumme einer Wartungseinheit um den Kehrwert der Anzahl von Wiederholungen bis zum Erreichen einer festgelegten Ausfallwahrscheinlichkeit erhöht.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadenssumme einer Wartungseinheit aus Teilschadenssummen besteht, die den einzelnen Klassen des Belastungsmusters zugeordnet sind.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der kritische Schwellwert aus der Ausfallwahrscheinlichkeit der Wartungseinheit in Abhängigkeit der zugeordneten Schadenssumme bestimmt wird.

^"9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der kritische Schwellwert der Schadenssumme so gewählt wird, dass die Ausfallswahrscheinlichkeit unterhalb eines bestimmten Wertes bleibt.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadenssummen der Wartungseinheiten einer Kraftfahrzeugbaugruppe in einem Steuergerät gespeichert werden, die der Kraftfahrzeugbaugruppe zugeordnet ist.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadenssummen der Wartungseinheiten aller Kraftfahrzeugbaugruppen in einem zentralen Steuergerät gespeichert werden.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Fahrzeugbetrieb in Abhängigkeit der Schadenssummen angepasst wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadenssummen der Wartungseinheiten für Inspektionen ausgelesen werden kann.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer bestimmten Schadenssumme ein Warnhinweis ausgelöst wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für Wartungseinheiten in einem automatischen Getriebe verwendet wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für Wartungseinheiten in einem Antriebssystem verwendet wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren für Wartungseinheiten in einem Bremssystem verwendet wird.