Verschleißprognose zur zuverlässigkeitsorientierten Regelung für trockene Reibkupplungen

Bei der Entwicklung moderner Kraftfahrzeuge werden zunehmend höhere Anforderungen an die Zuverlässigkeit gestellt. Während es bisher akzeptabel war, bei einem Schaden eine Werkstatt aufzusuchen, so wird zukünftig erwartet, dass Schäden frühzeitig erkannt und behoben werden. Zur Verringerung der mit einem unerwarteten Ausfall verbundenen Risiken und finanziellen Einbußen werden vorausschauende Instandhaltungsstrategien benötigt.In dieser Arbeit wird eine vorausschauende Instandhaltungsstrategie in Form einer zuverlässigkeitsorientierten Regelung erarbeitet, welche auf einer Verschleißschätzung und -prognose basiert. Die Entwicklung der benötigten Methoden erfolgt am Beispiel einer trockenen Reibkupplung, welche eine wesentliche Komponente im klassischen Antriebsstrang darstellt. Zur Umsetzung der definierten Zielstellung wird zuerst ein physikalisches thermisches Modell der Reibkupplung hergeleitet. Anschließend wird ein Verschleißmodell auf Basis des theoretisch erwarteten Verschleißverhaltens entwickelt. Das thermische Modell und das Verschleißmodell werden anhand von experimentellen Untersuchungen an einem Getriebeprüfstand identifiziert. Aufbauend auf dem Verschleißmodell wird eine Lebensdauerprognose entwickelt. Diese ermittelt den zukünftigen Verschleiß mit Hilfe des Verschleißmodells aus der zukünftigen Beanspruchung, welche aus vergangenen Messdaten extrapoliert wird. Abschließend wird die prognostizierte Lebensdauer der zuverlässigkeitsorientierten Regelung als Eingangsgröße übergeben. Die zuverlässigkeitsorientierte Regelung besteht aus einer modellprädiktiven Anfahrregelung und einer überlagerten Fuzzy-Regelung. Durch die zuverlässigkeitsorientierte Regelung wird das Betriebsverhalten der Kupplungsregelung kontinuierlich angepasst, um eine geforderte Lebensdauer zu garantieren. In the development of modern vehicles demands on reliability increasing continuously. Formerly it was acceptable to visit a workshop in the event of damage. However, damage detection and repairement at an early stage will be expected in future. Predictive maintenance strategies are needed to reduce the risks associated with unexpected downtime and financial losses.In this work, a predictive maintenance strategy by a reliability-oriented control is developed, which is based on wear estimation and prognosis. The development of the required methods is based on the example of a dry friction clutch, which represents an essential component in the classic powertrain. To implement the defined objective, a physical thermal model of the friction clutch is first derived. Subsequently, a wear model is developed on the basis of the theoretically expected wear behavior. The thermal model and the wear model are identified by experimental investigations on a transmission test bench. Based on the wear model, a remaining useful life prediction is developed. This prediction determines future wear from future stress by using the wear model. Therefore, future stress is extrapolated from past data. Finally, the predicted lifetime is used as an input variable of the reliability-oriented control. The reliability-oriented control consists of a model-predictive vehicle launch control and a superimposed fuzzy control. It adapts continuously the operating behavior of the clutch control to guarantee a required system lifetime.