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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Auswerteeinrichtung zum Überprüfen einer Einrichtung eines Kraftfahrzeugs anhand einer Kenngröße, welche in Zusammenhang mit einem Betrieb der Einrichtung steht. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein System für ein Kraftfahrzeug umfassend eine Einrichtung und eine Auswerteeinrichtung zum Überprüfen der Einrichtung, und ein Verfahren zum Überprüfen einer Einrichtung eines Kraftfahrzeugs.
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Um eine zuverlässige Betriebsweise von Kraftfahrzeugen zu ermöglichen sowie um gesetzliche Bestimmungen zu erfüllen, werden Einrichtungen und Komponenten von Kraftfahrzeugen regelmäßig einer Überprüfung unterzogen. Zu diesem Zweck weisen Kraftfahrzeuge Auswerteeinrichtungen zur Plausibilitätsprüfung auf, welche zum Erkennen von Fehlfunktionen ausgebildet sind.
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Beispielsweise ist aus der
DE 10 2005 032 922 A1 ein Überprüfungsverfahren für Druck- und Temperatursensoren bekannt. Hierbei wird aus den Messsignalen eines Drucksensors und eines Temperatursensors eine Luftdichte berechnet, anhand derer die Funktionsfähigkeit der Sensoren bewertet wird. In der
DE 10 2004 008 142 A1 wird ein Temperatursensor eines Kühlkreislaufs mit Hilfe eines weiteren Temperatursensors überprüft, welcher die Motortemperatur erfasst. Zur Überprüfung werden mit beiden Sensoren Temperaturen zu verschiedenen Zeitpunkten gemessen, Differenzen aus den mit jedem Sensor gemessenen Temperaturen gebildet, und hierauf basierend eine Einstufung der Funktionsfähigkeit vorgenommen. Gemäß der
DE 10 2004 058 714 B4 wird zur Überprüfung eines Temperatursensors ein mit dem Sensor erfasster Temperaturwert mit einem Schwellenwert verglichen. Die Plausibilitätsprüfung findet nach Erkennen eines Kaltstarts einer Brennkraftmaschine (erfasst anhand von gemessenen Drehmomentwerten) statt.
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Neben Sensoren werden auch andere Komponenten eines Kraftfahrzeugs einer Überprüfung unterzogen. Ein Beispiel ist ein Thermostat, welches in einem Kühlkreislauf eines Motors angeordnet ist und zur Regelung der Motorkühlung eingesetzt wird. Das Kühlerthermostat ist in einem kalten Betriebszustand des Motors geschlossen, wodurch die Kühlung in einem sogenannten „kleinen Kühlkreislauf” erfolgt. Der Betrieb des Motors hat eine Erwärmung des Kühlmittels zur Folge, so dass das Thermostat ab einer bestimmten Kühlmitteltemperatur öffnet und ein sogenannter „großer Kühlkreislauf” über einen Kühler des Kraftfahrzeugs zugeschaltet wird. Eine mögliche Fehlfunktion besteht darin, dass das Thermostat offen klemmt, wodurch der große Kühlkreislauf dauerhaft zugeschaltet ist. Eine Folge hiervon ist eine langsame Erwärmung des Motors bis zu dessen optimaler Betriebstemperatur (verbunden mit einem hohen Kraftstoffverbrauch und Abgasausstoß), oder ein Verhindern des Erreichens der optimalen Betriebstemperatur.
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Eine bekannte Methode zum Überprüfen eines Thermostats besteht darin, eine gemessene Kühlmitteltemperatur mit einer mit Hilfe eines Modells berechneten Temperatur zu vergleichen. Der Vergleich findet zu einem definierten Zeitpunkt statt, bei welchem die gemessene oder die mit dem Modell nachgebildete Temperatur eine vorgegebene Temperaturschwelle überschreitet. Sofern der Unterschied („Delta Temperatur”) zwischen den beiden Temperaturen einen vorgegebenen Grenzwert (Diagnoseschwelle) überschreitet, wird das Thermostat als fehlerhaft eingestuft.
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Nachteilig an dieser Diagnostizierung ist, dass nur eine kurze Momentaufnahme darüber entscheidet, ob das Thermostat als fehlerhaft bewertet wird oder nicht, wodurch die Diagnose mit einer Ungenauigkeit behaftet sein kann. Insbesondere kann ein funktionierendes Thermostat fälschlicherweise als defekt bewertet werden. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Temperatur des Kühlmittels Schwankungen (beispielsweise durch langes Schubabschalten, hohe Wärmeabfuhr aufgrund eine Fahrgastzellenheizung, usw.) ausgesetzt ist. Tritt eine solche Schwankung direkt zum Diagnosezeitpunkt auf, kann der festgestellte Unterschied zwischen der gemessenen und der nachgebildeten Temperatur den Grenzwert überschreiten, wodurch das funktionsfähige Thermostat als defekt erkannt wird. Ein derartiger Nachteil kann auch bei den oben beschriebenen Verfahren zur Überprüfung von Sensoren auftreten.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Lösung zum Überprüfen einer Einrichtung eines Kraftfahrzeugs anzugeben.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß wird eine Auswerteeinrichtung zum Überprüfen einer Einrichtung eines Kraftfahrzeugs anhand einer Kenngröße vorgeschlagen, wobei die Kenngröße in Zusammenhang mit einem Betrieb der Einrichtung steht. Die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, einen Verlauf der Kenngröße in Abhängigkeit der Zeit zu ermitteln, und mit Hilfe eines Modells einen Verlauf einer Modellgröße in Abhängigkeit der Zeit zu ermitteln, wobei die Modellgröße die Kenngröße nachbildet. Die Auswerteeinrichtung ist weiter ausgebildet, den Betrieb der Einrichtung auf der Grundlage einer Flächenbilanz zwischen den Verläufen der Kenngröße und der Modellgröße zu bewerten.
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Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein Verfahren zum Überprüfen einer Einrichtung eines Kraftfahrzeugs anhand einer Kenngröße vorgeschlagen, wobei die Kenngröße in Zusammenhang steht mit einem Betrieb der Einrichtung. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln eines Verlaufs der Kenngröße in Abhängigkeit der Zeit, und ein Ermitteln eines Verlaufs einer Modellgröße in Abhängigkeit der Zeit mit Hilfe eines Modells, wobei die Modellgröße die Kenngröße nachbildet. Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Bewerten des Betriebs der Einrichtung auf der Grundlage einer Flächenbilanz zwischen den Verläufen der Kenngröße und der Modellgröße.
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Die Überprüfung der Funktionsweise der Einrichtung findet anhand einer Flächenbilanz zwischen den Verläufen der Kenngröße und der Modellgröße statt. Hierbei ist die Flächenbilanz die zwischen den beiden zeitlichen Verläufen vorliegende „Differenzfläche”, welche auch als Flächenintegral bezeichnet werden kann. Durch die Flächenbilanz werden die Verläufe der Kenngröße und der Modellgröße über einen (längeren) Zeitraum gegenüber gestellt. Die Bewertung erfolgt daher nicht auf der Grundlage einer Momentaufnahme, sondern unter Berücksichtigung des über eine Zeitdauer auftretenden Verhaltens der Einrichtung. Durch diese Vorgehensweise kann eine defekte Einrichtung sicherer und gegebenenfalls früher erkannt werden. Ferner kann verhindert werden, dass eine funktionsfähige Einrichtung fälschlicherweise als defekt eingestuft wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, ein Thermostat eines Kühlkreislaufs eines Motors des Kraftfahrzeugs anhand einer Temperatur eines Kühlmittels zu überprüfen. Die Auswerteeinrichtung ist hierbei ausgebildet, einen Verlauf der Temperatur des Kühlmittels in Abhängigkeit der Zeit zu ermitteln, und mit Hilfe eines Modells einen Verlauf einer Modelltemperatur in Abhängigkeit der Zeit zu ermitteln, wobei die Modelltemperatur die Temperatur des Kühlmittels nachbildet. Die Auswerteeinrichtung ist weiter ausgebildet, den Betrieb des Thermostats auf der Grundlage einer Flächenbilanz zwischen den Verläufen der Temperatur des Kühlmittels und der Modelltemperatur zu bewerten. Im Gegensatz zu der herkömmlichen Vorgehensweise kann die auf diese Weise ausgebildete Auswerteeinrichtung ein defektes Thermostat zuverlässiger und früher erkennen. Gleichzeitig kann verhindert werden, dass ein funktionsfähiges Thermostat fälschlicherweise als defekt identifiziert wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, eine Sensoreinrichtung des Kraftfahrzeugs anhand einer durch die Sensoreinrichtung erfassten Messgröße zu überprüfen. Hierbei ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, einen Verlauf der mit der Sensoreinrichtung erfassten Messgröße in Abhängigkeit der Zeit zu ermitteln, und mit Hilfe eines Modells einen Verlauf einer Modellgröße in Abhängigkeit der Zeit zu ermitteln, wobei die Modellgröße die mit der Sensoreinrichtung erfasste Messgröße nachbildet. Die Auswerteeinrichtung ist weiter ausgebildet, den Betrieb der Sensoreinrichtung auf der Grundlage einer Flächenbilanz zwischen den Verläufen der Messgröße und der Modellgröße zu bewerten. Hierdurch kann eine defekte Sensoreinrichtung zuverlässig erkannt werden. Ferner wird vermieden, dass eine funktionsfähige Sensoreinrichtung als fehlerhaft bewertet wird.
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Im Hinblick auf das Bewerten der Einrichtung stehen unterschiedliche Vorgehensweisen zur Verfügung. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, die Flächenbilanz zwischen den Verläufen der Kenngröße und der Modellgröße mit einem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen. Bei einem Überschreiten des Grenzwerts kann die Auswerteeinrichtung die zu überprüfende Einrichtung als fehlerhaft bewerten. Bei dem vorgegebenen Grenzwert kann es sich um einen „globalen” Grenzwert handeln, wodurch eine defekte Einrichtung, deren Betriebsverhalten eine (große) Abweichung zu dem anhand des Modells nachgebildeten Verhalten aufweist, gegebenenfalls relativ früh erkannt werden kann.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, zum Bewerten des Betriebs der Einrichtung die Flächenbilanz zwischen den Verläufen der Kenngröße und der Modellgröße für einen festgelegten Zeitpunkt mit einem für den Zeitpunkt vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen. Ferner besteht die Möglichkeit, dass die Auswerteeinrichtung gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ausgebildet ist, zum Bewerten des Betriebs der Einrichtung die Flächenbilanz zwischen den Verläufen der Kenngröße und der Modellgröße mit einem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen, wobei sich die Flächenbilanz auf das Erreichen eines festgelegten Werts durch die Modellgröße bezieht. Durch diese Ausgestaltungen kann die Genauigkeit bei der Bewertung der Einrichtung weiter verbessert werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung ausgebildet, zum Ermitteln der Flächenbilanz Differenzen zwischen der Kenngröße und der Modellgröße an vorgegebenen Zeitpunkten zu bilden und die Differenzen aufzusummieren. Die Zeitpunkte können sich hierbei auf ein Zeit- bzw. Rechenraster der Auswerteeinrichtung beziehen, in welchem die Auswerteeinrichtung Rechenvorgänge ausführt.
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Erfindungsgemäß wird des Weiteren ein System für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen. Das System erfasst eine Einrichtung, deren Betrieb mit einer Kenngröße in Zusammenhang steht. Das System umfasst des Weiteren eine Auswerteeinrichtung gemäß einer der oben beschriebenen Ausführungsformen zum Überprüfen der Einrichtung anhand der Kenngröße. Auf diese Weise wird ein Überprüfen der Funktionsweise der Einrichtung mit einer hohen Zuverlässigkeit ermöglicht.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überprüfen einer Einrichtung eines Kraftfahrzeugs;
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2 eine schematische Darstellung eines Kühlkreislaufs eines Kraftfahrzeugs mit einem zu überprüfenden Thermostat;
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3 schematische zeitliche Verläufe einer Kühlmitteltemperatur und einer Modelltemperatur für den Fall eines defekten Thermostats; und
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4 schematische zeitliche Verläufe einer Kühlmitteltemperatur und einer Modelltemperatur für den Fall eines funktionsfähigen Thermostats, wobei die Kühlmitteltemperatur Schwankungen aufweist.
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1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Überprüfen einer Einrichtung eines Kraftfahrzeugs, welches von einer in dem Kraftfahrzeug angeordneten Auswerteeinrichtung durchgeführt werden kann. Die Einrichtung wird anhand einer Kenngröße überprüft, welche in Zusammenhang steht mit einem Betrieb bzw. einer Funktionsweise der Einrichtung. Die zu überprüfende Einrichtung kann beispielsweise eine Sensoreinrichtung sein, mit deren Hilfe eine Messgröße erfasst wird.
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Ein Beispiel ist eine Sensoreinrichtung zum Erfassen einer Temperatur oder eines Drucks. In einem solchen Fall wird die erfasste Messgröße als Kenngröße herangezogen, anhand derer die Sensoreinrichtung überprüft wird. Alternativ besteht die Möglichkeit, dass die Kenngröße vom Betrieb der zu überprüfenden Einrichtung abhängt bzw. durch die Funktionsweise der Einrichtung beeinflusst oder verändert wird. Hierunter fällt zum Beispiel ein in einem Kühlkreislauf eines Kraftfahrzeugs verbautes Thermostat, durch welches eine Kühlmitteltemperatur (Kenngröße) geregelt wird. Auf die Überprüfung eines solchen Kühlerthermostat wird weiter unten noch näher eingegangen.
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Bei dem Verfahren wird in einem Schritt 101 im Betrieb der zu überprüfenden Einrichtung ein Verlauf der Kenngröße in Abhängigkeit der Zeit ermittelt. Des Weiteren wird in einem Schritt 102 mit Hilfe eines Modells ein Verlauf einer Modellgröße in Abhängigkeit der Zeit ermittelt. Hierbei simuliert das Modell die zu überprüfende Einrichtung (bzw. mit der Einrichtung in Beziehung stehende Komponenten und Einrichtungen), so dass die Modellgröße die Kenngröße nachbildet.
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In einem Schritt 103 wird eine Flächenbilanz zwischen den Verläufen der Kenngröße und der Modellgröße gebildet. Die Flächenbilanz ist die zwischen den beiden zeitlichen Verläufen vorliegende „Differenzfläche”, welche auch als Flächenintegral bezeichnet werden kann. Die Flächenbilanz kann beispielsweise dadurch bestimmt werden, dass Differenzen zwischen Werten der Kenngröße und der Modellgröße gebildet werden, welche miteinander addiert bzw. aufsummiert werden.
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In einem Schritt 104 wird die Funktionsweise der Einrichtung auf der Grundlage der gebildeten Flächenbilanz bewertet. Hierzu ist vorgesehen, die Flächenbilanz mit einem Grenzwert zu vergleichen. Sofern die Flächenbilanz (bzw. deren Betrag) den Grenzwert übertrifft, kann die zu überprüfende Einrichtung als fehlerhaft bewertet werden. Hierauf basierend kann beispielsweise veranlasst werden, dass eine Fehlfunktion, welche durch die als defekt erkannte Einrichtung hervorgerufen wird, ausgeglichen wird. Möglich ist es auch, dass eine Warnung und/oder eine durchzuführende Reparatur der als defekt erkannten Einrichtung angezeigt wird, beispielsweise auf optische und/oder akustische Weise.
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Das Überprüfungsverfahren von 1 wird im Folgenden anhand der Überprüfung eines Thermostats eines Kühlmittelkreislaufs näher erläutert. Hierbei wird darauf hingewiesen, dass die in diesem Zusammenhang beschriebenen Details und Merkmale auch bei der Überprüfung anderer Einrichtungen bzw. Sensoreinrichtungen zum Einsatz kommen bzw. in entsprechender Weise auf die Überwachung solcher Einrichtungen übertragen werden können.
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2 zeigt eine schematische Ansicht eines Kühlkreislaufs zum Kühlen eines Motors 110 eines Kraftfahrzeugs. Bei dem Motor 110 kann es sich um eine übliche Brennkraftmaschine wie zum Beispiel einen Otto- oder einen Dieselmotor handeln. Der Motor 110 ist derart ausgebildet, dass (zu kühlende) Komponenten und Teile des Motors 110 von einem Kühlmittel (zum Beispiel Wasser mit Additiven) umströmt werden können (nicht dargestellt). Um das Kühlmittel dem Motor 110 (bzw. Motorblock) zuzuführen und wieder aus dem Motor 110 abzuführen, ist der Motor 110 mit einem Kühlmitteleinlass 111 und einem Kühlmittelauslass 112 versehen (in 2 anhand von Pfeilen angedeutet).
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Im Bereich des Kühlmitteleinlasses 111 des Motors 110 ist eine Pumpe 140 angeordnet. Die Pumpe 140 dient dazu, das eingesetzte Kühlmittel zu fördern und infolgedessen eine Zirkulation des Kühlmittels zu ermöglichen (bzw. zu steuern). Im Bereich des Kühlmittelauslasses 112 des Motors 110 sind ein Temperatursensor 120 und ein Thermostat 130 vorgesehen. Über den Temperatursensor 120 wird die Temperatur des aus dem Motor 110 austretenden (und durch den Motor 110 erwärmten) Kühlmittels erfasst. Der Temperatursensor 120 ist wie in 2 angedeutet mit einer Auswerteeinrichtung 160 verbunden, um der Auswerteeinrichtung 160 die erfasste Temperatur (bzw. ein entsprechendes Messsignal) zu übermitteln. Die Auswerteeinrichtung 160, bei welcher es sich beispielsweise um die Motorsteuerung oder einen Bestandteil der Motorsteuerung handeln kann, ist zum Überprüfen der Funktionsweise des Thermostats 130 ausgebildet, wie weiter unten näher beschrieben wird.
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Das Thermostat 130 wird zur Regelung des Kühlkreislaufs und damit der Motortemperatur eingesetzt, und ist für die im Folgenden beschriebene Funktionsweise ausgebildet. In einem kalten Betriebszustand (kalte Temperatur des Kühlmittels bzw. Kaltstart des Motors 110) ist das Thermostat 130 zunächst geschlossen. In diesem Betriebszustand zirkuliert des Kühlmittel im Wesentlichen lediglich über den Motor 110 und die Wasserpumpe 140, was als kleiner Kühlkreislauf bezeichnet wird (in 2 anhand des Pfeils 171 angedeutet). Hierbei kann das Kühlmittel zusätzlich auch einen Wärmetauscher einer Fahrgastzellenheizung durchströmen (nicht dargestellt). Der Betrieb des Motors 110 und die hiermit verbundene Wärmeabgabe an das Kühlmittel führt zu einer zunehmenden Erwärmung des Kühlmittels. Ab einer bestimmten Kühlmitteltemperatur öffnet das Thermostat 130, so dass ein Kühler 150 des Kraftfahrzeugs mit in die Kühlung einbezogen wird, und die eigentliche Kühlung stattfinden kann. Die Zirkulation über den zugeschalteten Kühler 150 wird auch als großer Kühlmittelkreislauf bezeichnet (in 2 anhand der Pfeile 172 angedeutet).
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Die Regelung der Kühlmittelzirkulation durch Umschalten zwischen dem kleinen und großen Kühlkreislauf kann mithilfe eines mechanischen Thermostats 130 verwirklicht werden. Ein solches Thermostat 130 umfasst ein temperaturabhängiges Dehnstoffelement (beispielsweise ein Wachselement), welches sich mit zunehmender Temperatur ausdehnt. Die Temperaturausdehnung wird dazu genutzt, das Umschalten zwischen kleinem und großem Kühlkreislauf einzustellen. Zu diesem Zweck kann das mechanische Thermostat 130 ein entsprechendes Stellglied aufweisen, zum Beispiel in Form eines Ventils, welches von dem Dehnstoffelement betätigt werden kann. Hierbei kann das (zunächst geschlossene) Ventil durch die Wärmeausdehnung des Dehnstoffelements geöffnet und infolgedessen die Kühlmittelzirkulation über den Kühler 150 zugeschaltet werden. Das Thermostat 130 kann des Weiteren mit einer (optionalen) Heizung versehen sein, um das Zuschalten des Kühlers 150 zusätzlich beeinflussen zu können.
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Die beschriebene Regelung des Kühlkreislaufs dient dazu, eine angestrebte und gesetzlich geforderte Minimierung der Aufwärmzeit des Motors 110 zu erzielen. Die zu Betriebsbeginn zunächst stattfindende Zirkulation des Kühlmittels in dem kleinen Kühlkreislauf hat eine relativ schnelle Erwärmung des Motors 110 zur Folge. Hierdurch kann der Motor 110 möglichst schnell auf eine optimale Betriebstemperatur gebracht werden, an dem der Motor 110 einen optimalen Wirkungsgrad aufweist, bevor die Kühlung über den großen Kühlkreislauf zugeschaltet wird. Eine kleine Aufwärmzeit des Motors 110 ist insbesondere verbunden mit einem geringen Kraftstoffverbrauch und einem kleinen Abgasausstoß.
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Eine typische Fehlfunktion des Thermostat 130 kann darin bestehen, dass das Thermostat 130 offen klemmt, wodurch der große Kühlkreislauf über den Kühler 150 dauerhaft zugeschaltet ist. Dies kann zur Folge haben, dass sich der Motor 110 des Kraftfahrzeugs ab Betriebsbeginn (bzw. Kaltstart des Motors 110) nur relativ langsam erwärmt, wodurch der Kraftstoffverbrauch und der Abgasausstoß erhöht sein können. Darüber hinaus kann das Problem bestehen, dass der Motor 110 die optimale Betriebstemperatur erst gar nicht erreichen kann.
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Die Auswerteeinrichtung 160 ist zum zuverlässigen Erkennen einer solchen Fehlfunktion ausgebildet. Für die Überprüfung der Funktionsweise des Thermostat 130 nimmt die Aufnahmeeinrichtung 160 ab Betriebsbeginn anhand der mit dem Temperatursensor 120 erfassten Kühlmitteltemperaturen (bzw. der entsprechenden Messsignale) einen zeitlichen Verlauf der Kühlmitteltemperatur auf. Die Temperaturen können hierbei zu vorgegebenen Zeitpunkten, beispielsweise jeweils nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer (zum Beispiel 100 ms) entsprechend einem Zeit- bzw. Rechenraster der Auswerteeinrichtung 160 aufgenommen werden. Ein solches „quasikontinuierliches” Verfahren ermöglicht das Einsparen von Rechenkapazität. Für den Fall eines beheizten Thermostat 130 wird die Überprüfung vorzugsweise mit ausgeschalter Heizung durchgeführt.
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Des Weiteren bildet die Auswerteeinrichtung 160 anhand eines Modells des Kühlkreislaufs, bei dem ein funktionsfähiges Thermostat 130 zugrunde gelegt wird, einen zeitlichen Verlauf der Kühlmitteltemperatur (Modelltemperatur) nach. Das Modell basiert vorzugsweise auf einer minimal möglichen Erwärmung des Kühlmittels. Auf diese Weise liegt der gemessene Verlauf der Kühlmitteltemperatur bei funktionsfähigem Thermostat 130 in der Regel über der „minimalen” Temperatur des Modells. Zum Simulieren des Verlaufs der Kühlmitteltemperatur kann die Auswerteeinrichtung 160 eine zu Betriebsbeginn vorliegende Umgebungs- bzw. Starttemperatur (erfasst über den Temperatursensor 120) sowie weitere Parameter wie zum Beispiel im Betrieb des Motors 110 umgesetzte Luftmassen (welche der Auswerteeinrichtung 160 von weiteren nicht dargestellten Sensoreinrichtungen übermittelt werden können) berücksichtigen. Entsprechend dem Ermitteln des „realen” Temperaturverlaufs besteht auch hier die Möglichkeit, dass die Auswerteeinrichtung 160 für den nachgebildeten Verlauf der Kühlmitteltemperatur Temperaturwerte lediglich an vorgegebenen Zeitpunkten (entsprechend dem Rechenraster der Auswerteeinrichtung 160) bestimmt.
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Zum Bewerten der Funktionsweise des Thermostats 130 bildet die Auswerteeinrichtung 160 eine Flächenbilanz zwischen dem gemessenen und dem nachgebildeten Verlauf der Kühlmitteltemperatur. Zu diesem Zweck kann die Auswerteinrichtung 160 beispielsweise an vorgegebenen Zeitpunkten (entsprechend dem Rechenraster der Auswerteeinrichtung 160) Differenzen (Delta Temperatur) bzw. Differenzflächen zwischen den beiden Verläufen bilden, und diese zur Bildung eines Flächenintegrals aufsummieren.
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Die Flächenbilanz (d. h. deren Betrag und gegebenenfalls deren Vorzeichen) wird von der Auswerteeinrichtung 160 weiter mit einem Grenzwert verglichen, um die Funktionsweise des Thermostat 130 einzustufen. Bei einem Überschreiten des Grenzwerts durch die Flächenbilanz kann die Auswerteeinrichtung 160 das Thermostat 130 als fehlerhaft identifizieren. Dies wird im Folgenden anhand der beispielhaften Temperaturverläufe der 3 und 4 näher erläutert.
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3 zeigt schematische Verläufe 180, 181 der gemessenen und simulierten Kühlmitteltemperatur T in Abhängigkeit der Zeit t. Zu Betriebsbeginn weist das Kühlmittel eine „Start-Temperatur” Ts auf. Die gestrichelte Linie stellt den (mit Hilfe des Temperatursensors 120) gemessenen Verlauf 180 der Kühlmitteltemperatur dar für den Fall, dass das Thermostat 130 defekt ist bzw. offen klemmt. Die durchgezogene Linie stellt den Verlauf 181 der Modelltemperatur dar, welcher von der Auswerteinrichtung 160 mit Hilfe des Kühlmitteltemperaturmodells aufgestellt wird. Da das Thermostat 130 offen klemmt, und infolgedessen der große Kühlkreislauf über den Kühler 150 ab Betriebsbeginn zugeschaltet ist, liegt der gemessene Temperaturverlauf 180 unterhalb des simulierten Temperaturverlaufs 181.
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In 3 ist weiter eine zwischen den beiden Kurven 180, 181 vorliegende (negative) Flächenbilanz 185 angedeutet. Die Flächenbilanz 185, welche für einen bestimmten Zeitpunkt t (bezogen auf den Betriebsbeginn) von der Auswerteeinrichtung 160 ermittelt werden kann, wird von der Auswerteeinrichtung 160 mit einem Grenzwert verglichen, um die Funktionsweise des Thermostat 130 zu bewerten. Auf diese Weise kann das gesamte Aufwärmverhalten des Motors 110 überwacht werden. Die Bewertung erfolgt daher unter Berücksichtigung des über eine Zeitdauer auftretenden Verhaltens des Thermostat 130, wodurch die Bewertung mit einer hohen Sicherheit und Zuverlässigkeit durchgeführt werden kann.
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Im Hinblick auf den Vergleich mit einem Grenzwert stehen unterschiedliche Vorgehensweisen zur Verfügung, welche von der Auswerteeinrichtung 160 durchgeführt werden können. Beispielsweise kann die berechnete Flächenbilanz 185 mit einem globalen Grenzwert verglichen werden, welcher unabhängig ist von anderen Parametern oder Bedingungen. Die Flächenbilanz 185 kann hierbei ab Betriebsbeginn stetig, d. h. kontinuierlich bzw. für vorgegebene Zeitpunkte t (beispielsweise des oben genannten Rechenrasters) ermittelt und mit dem Grenzwert verglichen werden. Sofern der Grenzwert überschritten wird, kann die Auswerteeinrichtung 160 das Thermostat 130 als defekt einstufen. Auf diese Weise kann ein defektes Thermostat 130 gegebenenfalls relativ früh erkannt werden, beispielsweise weil das defekte Thermostat 130 sehr schnell eine große Abweichung zwischen gemessenem und nachgebildetem Temperaturverlauf 180, 181 bewirkt. Ein Diagnoseergebnis kann damit selbst bei einem relativ kurzen Fahrzyklus bzw. Betrieb des Motors 110 bereit gestellt werden.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Flächenbilanz 185 für einen festgelegten Zeitpunkt t mit einem für diesen Zeitpunkt t vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen. Hierbei können auch mehrere unterschiedliche Zeitpunkte t und entsprechende Grenzwerte vorgesehen sein, mit denen die (für diese Zeitpunkte t jeweils ermittelte) Flächenbilanz 185 verglichen wird. Möglich ist es auch, zunächst ein Erreichen eines festgelegten Temperaturwerts durch die Modelltemperatur abzuwarten, für den zugehörigen Zeitpunkt t die Flächenbilanz 185 zu ermitteln und mit einem Grenzwert zu vergleichen.
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Die Auswertung anhand der Flächenbilanz 185 bietet ferner die Möglichkeit, zu verhindern, dass ein funktionsfähiges Thermostat 130 fälschlicherweise als defekt eingestuft wird. In diesem Zusammenhang zeigt 4 weitere schematische Verläufe 190, 191 der gemessenen und simulierten Kühlmitteltemperatur T in Abhängigkeit der Zeit t. Die gestrichelte Linie stellt den (mit Hilfe des Temperatursensors 120) gemessenen Verlauf 190 der Kühlmitteltemperatur bei funktionsfähigem Thermostat 130 dar, wohingegen die durchgezogene Linie den Verlauf 191 der Modelltemperatur zeigt, welcher von der Auswerteinrichtung 160 mit Hilfe des Kühlmitteltemperaturmodells aufgestellt wird. Weiter angedeutet ist eine Flächenbilanz 195 zwischen den beiden zeitlichen Verläufen 190, 191.
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Der gemessene Verlauf 190 weist (trotz des funktionierenden Thermostats 130) Temperaturschwankungen auf. Derartige Temperaturschwankungen werden beispielsweise durch langes Schubabschalten (zum Beispiel Rollen des Kraftfahrzeugs mit dem Motor 110 im Leerlauf) oder eine hohe Wärmeabfuhr durch die Fahrgastzellenheizung verursacht. Bei Anwendung eines herkömmlichen Überprüfungverfahrens, bei welchem eine gemessene und eine mit einem Modell nachgebildete Temperatur zu einem bestimmten Zeitpunkt miteinander verglichen werden, kann es bei Vorliegen solcher Schwankungen dazu kommen, dass der Unterschied zwischen den beiden Temperaturen zum Diagnosezeitpunkt größer ist als ein vorgegebener Grenzwert. Auf diese Weise kann es zu einer Fehldiagnose kommen, wobei das funktionsfähige Thermostat 130 als fehlerhaft bewertet wird. Im Gegensatz dazu beruht die Bewertung mit Hilfe der Flächenbilanz 195 nicht auf einem momentanen Zustand, sondern auf einem Verhalten des Thermostats 130 über einen (längeren) Zeitraum. Hierbei führen die Schwankungen des gemessenen Verlaufs 190 zu einer relativ kleinen Flächenbilanz 195, welche unter einem vorgegeben Grenzwert liegen kann. Es besteht daher keine Gefahr, dass das funktionsfähige Thermostat 130 fälschlicherweise als defekt bewertet wird.
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Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen bevorzugte bzw. beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen bzw. Kombinationen von Merkmalen umfassen können.
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Insbesondere gelten die beschriebenen Ansätze auch für andere mögliche Fehlfunktionen eines Kühlerthermostats 130. Ein Beispiel ist ein geschlossen klemmendes Thermostat 130. Dies hat zur Folge, dass die Kühlmittelzirkulation lediglich im Rahmen des kleinen Kühlkreislaufs stattfindet, was verbunden ist mit einer relativ großen Erwärmung des Motors 110. Auch eine derartige Fehlfunktion kann auf der Grundlage einer Flächenbilanz zwischen den Verläufen der gemessenen und der anhand eines Ersatzmodells nachgebildeten Kühlmitteltemperatur zuverlässig und sicher erkannt werden.
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Wie oben angedeutet können mit dem beschriebenen Konzept auch andere Einrichtungen einer Plausibilitätsdiagnose unterzogen werden. Ein Beispiel ist der in dem Kühlkreislauf von 2 eingesetzte Temperatursensor 120. Zur Überprüfung des Sensors 120 (welches wiederum von der Auswerteeinrichtung 160 durchgeführt werden kann), können ein Verlauf der mit dem Sensor 120 erfassten Temperatur und mit Hilfe eines Modells (des Kühlkreislaufs) ein Verlauf einer Modelltemperatur ermittelt werden. Hierbei können in das Modell Messwerte von weiteren Sensoreinrichtungen bzw. Temperatursensoren einfließen. Durch Bilden einer Flächenbilanz kann die Funktionsweise des Temperatursensors 120 überprüft werden.
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Im Hinblick auf das Bilden einer Flächenbilanz stehen neben der beschriebenen Vorgehensweise (Aufsummieren von an Zeitpunkten gebildeten Differenzen) andere Methoden zur Verfügung. Beispielsweise kann eine Flächenbilanz auch dadurch gebildet werden, dass die Verläufe der Kenngröße und der Modellgröße über die Zeit integriert werden (bestimmtes Integral) und eine Differenz zwischen den Integralen gebildet wird.
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Eine zum Bewerten der Funktionsweise herangezogene Flächenbilanz kann sich nicht nur auf einen Zeitbereich beziehen, dessen Anfangszeit ein Betriebsbeginn (zum Beispiel eines Motors oder einer zu überprüfenden Einrichtung) darstellt. Möglich ist es auch, die Flächenbilanz auf einen späteren Anfangszeitpunkt zu beziehen. Des Weiteren ist eine Überprüfung einer Einrichtung nicht nur im Rahmen eines Kaltstarts möglich, sondern kann beispielsweise auch während des Betriebs oder im Rahmen eines Warmstarts (bei bereits aufgewärmtem Motor) erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005032922 A1 [0003]
- DE 102004008142 A1 [0003]
- DE 102004058714 B4 [0003]
