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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit
eines Temperatursensors, insbesondere eines Temperatursensors für die Erfassung
einer Temperatur in einer Kraftfahrzeugkomponente.
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Bei
dem Betrieb von Kraftfahrzeugen ist die Erfassung und Überwachung
von Temperaturen in verschiedenen Kraftfahrzeugkomponenten von großer Bedeutung.
Diese Temperaturen können
zum einen der Kontrolle des Kraftfahrzeugzustands, beziehungsweise
des Zustands einzelner Kraftfahrzeugkomponenten dienen. So wird
beispielsweise die Temperatur des Kühlmittels in einem Fahrzeug
regelmäßig gemessen.
Beim Überschreiten
eines gewissen Grenzwerts der Temperatur wird eine Warnfunktion
oder eine Gegenmaßnahme
ausgelöst.
Weiterhin kann die Messung von Temperaturen in einer Kraftfahrzeugkomponente
auch zum Detektieren von Fehlerzuständen anderer Kraftfahrzeugkomponenten
dienen. Hierzu wird in der
DE
199 61 064 A1 eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Detektieren
ventilbezogener Fehlerzustände
für einen
Verbrennungsmotor vorgeschlagen. Bei dieser Vorrichtung und diesem
Verfahren werden die Ansauglufttemperaturen an jedem einer Vielzahl
von Zylinderabschnitten des Motors gemessen. Durch Weiterverarbeitung dieser
gemessenen Temperaturwerte durch Überprüfen des Überschreitens eines vorbestimmten
Grenzwerts für
die Änderungsrate
der Temperatur kann ein ventilbezogener Fehler in einem Zylinderabschnitt oder
Motorquadranten frühzeitig
erkannt werden.
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Die
Messung von Temperaturen in Kraftfahrzeugkomponenten kann aber auch
für die
Steuerung eines Kraftfahrzeugs beziehungsweise einzelner Komponenten
des Kraftfahrzeugs herangezogen werden. So hat beispielsweise die
Temperatur der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug
Einfluss auf die Dichte der Luft in dem Verbrennungsraum. Hierdurch
wird die Menge des zur Verfügung
stehenden Verbrennungsgases beeinflusst, die wiederum über die
Stellung von geeigneten Drosselbauteilen, wie Drosselklappen oder
Ventilen, festgelegt wird. Die Stellung der Bauteile wird aufgrund
der Drehmomentberechnung, die in der Motorsteuerung durchgeführt wird,
festgelegt. Durch die ständige
Messung der Temperatur der Ansaugluft kann somit die Steuerung/Reglung
des Verbrennungsmotors und damit des Kraftfahrzeugs optimiert werden.
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Bei
allen oben genannten Einsatzmöglichkeiten
von Temperaturmessungen zur Steuerung oder Überwachung des Kraftfahrzeugzustands
ist die Funktionsfähigkeit
der zur Temperaturmessung verwendeten Sensoren von großer Bedeutung.
Ein bekanntes Problem bei Temperaturmesseinrichtungen, insbesondere
bei Temperatursensoren, ist das sogenannte Hängenbleiben. In diesem Zustand
gibt der Temperatursensor unabhängig
von der tatsächlich vorliegenden
Temperatur stets den gleichen oder einen nur geringfügig veränderten
Temperaturwert an. Eine solche fehlerhafte Temperaturangabe kann
zu Gefahrensituationen führen,
wenn beispielsweise Warnfunktionen nicht ausgelöst werden oder in der Motorsteuerung
fehlerhafte Temperaturangaben zugrunde gelegt werden.
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In
der
DE 199 58 384
A1 wird ein Verfahren zum Erkennen eines fehlerhaften Sensors
beschrieben. Der Sensor, der eine Messgröße ermittelt gibt ein von der
Messgröße abhängiges Ausgangssignal ab.
Ein Fehler wird erkannt, wenn sich innerhalb einer vorgebbaren Zeit
nach dem Aufschalten einer die Messgröße beeinflussenden Störgröße keine Änderung
des Ausgangssignals des Sensors einstellt. Wird eine ausreichend
schnelle Temperaturänderung in
einem Zeitfenster erkannt, so wird der Temperatursensor als in Ordnung
erkannt. Bei zu langsamer Änderung
wird die Störgröße aufgeschaltet.
Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass die Geschwindigkeit
der Temperaturänderung
als Kriterium angesetzt wird. Erfolgt somit eine schnelle Änderung
der Temperatur um einen geringen Betrag, so wird mit diesem Verfahren
ein defekter Sensor versehentlich als in Ordnung erkannt.
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Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde ein Verfahren zur Überwachung
der Funktionsfähigkeit
eines Temperatursensors für
die Erfassung einer Temperatur in einer Kraftfahrzeugkomponente
zu schaffen, das einfach durchführbar
ist und die zuverlässige
Erkennung eines defekten Sensors erlaubt.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Überwachung der
Funktionsfähigkeit
eines Temperatursensors für die
Erfassung einer Temperatur in einer Kraftfahrzeugkomponente zu schaffen.
Das Verfahren soll einfach durchführbar sein und auch während des
Betriebs des Kraftfahrzeugs zuverlässig verwendet werden können.
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Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass zur Lösung dieser
Aufgabe das Ansprechen des Temperatursensors überwacht werden kann.
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Die
Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung
durch ein Verfahren zur Überwachung
der Funktionsfähigkeit
eines Temperatursensors für
die Erfassung einer Temperatur in einer Kraftfahrzeugkomponente
gelöst,
wobei die Temperatur mittels des Sensors gemessen wird und das Vorliegen
einer vorbestimmten Mindesttemperaturänderung über einen vorbestimmten Zeitraum
geprüft
wird.
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Bei
diesem Verfahren kann für
die Überwachung
somit der gleiche Temperatursensor verwendet werden, dessen Funktionsfähigkeit überwacht werden
soll. Das Vorsehen einer umfangreichen Diagnosevorrichtung ist daher
entbehrlich. Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren das Vorliegen
einer Mindesttemperaturänderung überprüft wird,
kann ein Hängenbleiben
des Temperatursensors, dass heißt die
Ausgabe von unveränderten
oder nur geringfügig geänderten
Temperaturwerten über
einen vorbestimmten Zeitraum leicht erkannt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist darüber
hinaus unabhängig
von dem Temperaturverlauf, der bei einem funktionsfähigen Sensor
gemessen wird, einsetzbar. Mit dem Verfahren kann nämlich sowohl
bei hohen Temperaturen, bei niedrigen Temperaturen als auch bei
Temperaturverläufen
mit starken Temperaturschwankungen, die ordnungsgemäße Funktion
des Temperatursensors überwacht
werden. Somit können
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
Temperatursensoren in unterschiedlichen Kraftfahrzeugkomponenten
und unter unterschiedlichen Bedingungen, wie beispielsweise Motorbetriebsbereichen, überprüft werden.
Auch Umgebungseinflüsse,
wie beispielsweise die Umgebungstemperatur des Fahrzeugs, führen bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
nicht zu einer Verfälschung
des Überprüfungsergebnisses,
da für
die Bestimmung der Funktionsfähigkeit
nicht absolute Temperaturwerte, sondern eine Temperaturänderung
verwendet wird.
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Erfindungsgemäß wird für die Prüfung des Vorliegens
der Mindesttemperaturänderung
der Wert der Temperatur bei Beginn der Prüfung als Referenzwert verwendet.
Dieser Temperaturwert kann leicht identifiziert werden und trägt bereits
den Bedingungen in und um die Kraftfahrzeugkomponente Rechnung.
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Weiterhin
wird erfindungsgemäß der Beginn der
Prüfung
auf den Zeitpunkt des Startens des Motors gelegt, so dass der Wert
der Temperatur beim Starten des Motors des Kraftfahrzeugs als Referenzwert
verwendet wird. Dies weist den Vorteil auf, dass bereits zu einem
frühen
Zeitpunkt ein Fehlverhalten des Temperatursensors erkannt werden
kann.
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Die
Mindesttemperaturänderung
wird in der Regel in Abhängigkeit
des verwendeten Sensors festgelegt werden. Der Wert für die Temperaturänderung
kann entsprechend der Empfindlichkeit des Sensors gewählt werden
und beispielsweise das kleinste mit dem Sensor erfassbare Inkrement
sein. Durch eine solche Festlegung der Mindesttemperaturänderung
kann das sogenannte Hängenbleiben des
Temperatursensors und damit dessen mangelnde Funktionsfähigkeit
schnell erkannt werden. In gleicher Weise kann eine Funktionsfähigkeit
des Sensors ebenfalls schnell festgestellt werden, da beim ersten
Erfassen eines Temperaturwerts, der über die Mindesttemperaturänderung
hinausgeht, der Temperatursensor als in Ordnung befunden werden
kann.
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Die
Mindesttemperaturänderung
kann beispielsweise im Bereich von 0,01 Kelvin bis 10 Kelvin, insbesondere
von 0,25 Kelvin bis 1 Kelvin, bevorzugt bei 0,375 Kelvin liegen.
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Vorzugsweise
werden in dem diskreten Zeitintervall mehrere Temperaturmesswerte
von dem Temperatursensor verwendet. Vorzugsweise werden Messwerte
verwendet, die in Abständen
von 0,2 bis 5 Sekunden, vorzugsweise von 0,5 bis 1 Sekunde aufgenommen
wurden. Durch diese relativ zeitnah beieinanderliegenden Messzeitpunkte
kann ein versehentliches Übereinstimmen
von Temperaturwerten verhindert werden. Ein solches Zusammenfallen bzw. Übereinstimmen
von Messwerten kann auftreten, wenn der Temperaturverlauf beispielsweise
einen Temperaturanstieg und Temperaturabfall gegenüber der
Ausgangstemperatur umfasst. In diesem Fall könnte bei Messwerten mit einem
zu großen
zeitlichen Abstand der Anfangswert und der damit übereinstimmende
Endwert zu der fehlerhaften Schlussfolgerung führen, dass der Temperatursensor
nicht in Ordnung ist.
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Obwohl
es im Sinne der vorliegenden Erfindung auch möglich ist, Sensoren für die Erfassung der
Temperatur von Kraftfahrzeugkomponenten als solche zu verwenden,
werden vorzugsweise Temperatursensoren mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
auf ihre Funktionsfähigkeit überprüft, die
zur Ermittlung der Temperatur von Medien, insbesondere Gasen, in
einer Komponente des Kraftfahrzeugs dienen.
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In
einer Ausführungsform
stellt der Temperatursensor, dessen Funktionsfähigkeit überprüft werden soll, einen Ansaugluft-Temperatursensor
für den Verbrennungsmotor
des Kraftfahrzeugs dar. Insbesondere bei diesen Temperatursensoren
ist es von großer
Bedeutung, dass eine fehlerhafte Temperaturausgabe vermieden werden
kann. Bei fehlerhafter Temperaturmessung würde nämlich die Ansteuerung der Drosseleinrichtung
auf falschen Werten beruhen und diese würde somit in eine falsche Stellung
gebracht werden.
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Erfindungsgemäß ist es
weiterhin möglich, dass
das Verfahren zusätzlich
den Schritt einer Plausibilitätsprüfung umfasst,
in dem die Plausibilität
der gemessenen Temperatur durch Vergleich mit einem weiteren gemessenen
Temperaturwert ermittelt wird. Durch diese zusätzliche Plausibilitätsprüfung kann
im Rahmen eines einzigen Verfahrens sowohl das Hängenbleiben des Temperatursensors
bei einer oder um eine einzige Temperatur, als auch die Angabe einer
Temperatur, die nicht der tatsächlichen
Temperatur entspricht, erkannt werden. Hierbei wird vorzugsweise
der Temperaturwert, der für
den Vergleich zur Plausibilitätsprüfung verwendet
wird, von einer Temperaturerfassungsvorrichtung ermittelt, die nicht
dem Temperatursensor entspricht, dessen Funktionsfähigkeit überprüft werden
soll. Durch den Vergleich mit einer von dem Temperatursensor unabhängigen Temperaturerfassungsvorrichtung
kann die Zuverlässigkeit
der Plausibilitätsprüfung erhöht werden.
In einer Ausführungsform
wird zur Plausibilitätsprüfung der
Temperaturmessung eines Ansaugluft-Temperatursensors die Motortemperatur,
insbesondere die Kühlmitteltemperatur,
für den
Vergleich verwendet. Es ist aber auch möglich, beispielsweise die Temperatur
des Getriebeöls
oder die Temperatur von Bauteilen für den Vergleich zur Plausibilitätsprüfung zu verwenden.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
wird im Folgenden anhand der beiliegenden Figuren unter Bezugnahme
auf Ausführungsbeispiele
genauer erläutert.
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Es
zeigen:
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1: ein Flussdiagramm eines
möglichen Verfahrensablaufs
des Verfahrens gemäß der Erfindung
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2: Messergebnisse bei der
Durchführung
einer Ausführungsform
des Verfahrens gemäß der Erfindung.
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Soll
beispielsweise der Temperatursensor in der Ansaugluftleitung des
Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs auf seine Funktionsfähigkeit überprüft werden,
so kann das Verfahren, dessen Ablauf in 1 angedeutet ist, angewendet werden.
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Zu
einem Anfangszeitpunkt tStart der Prüfung, der
mit dem Motorstart zusammenfällt,
wird eine Temperatur TStart gemessen. Nach
einem vorgegebenen Zeitintervall, das beispielsweise 0,75 Sekunden betragen
kann, wird von dem Temperatursensor erneut die Temperatur in dem
Ansaugluftrohr gemessen. Die so gemessene Temperatur Tx+1 wird
anschließend
mit der zum Anfangszeitpunkt der Prüfung gemessenen Temperatur
Tstart verglichen. Weicht die Temperatur
Tx+1 von der Temperatur Tstart mindestens
um einen vorgegebenen Wert ΔTmin
ab, der beispielsweise einen Wert von 0,01 K besitzen kann, so kann
dies als Hinweis darauf gedeutet werden, dass der Temperatursensor
funktionsfähig
ist.
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Zur Überprüfung der
Funktionsfähigkeit
wird daher die folgende Gleichung verwendet: |Tstart – Tx+1| > |ΔTmin| (1)
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Ist
diese Gleichung erfüllt,
so kann die Diagnose bezüglich
der Funktionsfähigkeit
bereits zu diesem Zeitpunkt beendet werden, da die dadurch ermittelte
Temperaturänderung
das Ansprechen des Temperatursensors anzeigt.
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Ist
die Temperatur Tx+1 hingegen nicht abweichend
größer oder
kleiner als Tstart, d.h. ist die Gleichung
(1) nicht erfüllt,
so werden nach einer gewissen Zeit innerhalb des vorbestimmten Zeitintervalls die
Temperaturwerte, die in dem Ansaugluftrohr gemessen werden, erneut
aufgenommen. Vorzugsweise werden die Messwerte von äquidistanten
Zeitabständen
für die
Diagnose verwendet. Da die Temperaturmessung in der Ansaugluftleitung
für die
oben beschriebene Steuerung/Regelung des Kraftfahrzeuges laufend
erfolgt, können
die Zeitabstände
zwischen den Messwerten, die für
die Diagnose verwendet werden, beliebig gewählt werden.
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Die
gemessenen Temperaturen Tx+2 bis Tx+n werden dann jeweils mit der Temperatur
zu Beginn der Prüfung
Tstart verglichen. Die Beurteilung, die
aus diesen Vergleichen gezogen wird, entspricht derjenigen, die
auch beim ersten Vergleich bereits getroffen wurde. Die Erfassung
von Temperaturmesswerten nach bestimmten Zeitintervallen und der
Vergleich mit der Starttemperatur wird solange ausgeführt, bis entweder
die Diagnose abgebrochen wird, da die Funktionsfähigkeit des Temperatursensors
festgestellt wurde, oder bis eine Endzeit tEnde erreicht
worden ist. Die Zeitspanne zwischen dem Anfang der Prüfung und
tEnde kann beispielsweise 10 bis 15 Minuten
betragen. Hat sich der Temperaturwert innerhalb dieser Zeit nicht
geändert,
dass heißt,
ist zu allen Messzeitpunkten jeweils eine Temperatur, die den Wert
von Tstart besitzt, gemessen worden, so
zeigt dies, dass der Temperatursensor defekt ist. In diesem Fall
kann ein Warnsignal an den Fahrer des Kraftfahrzeugs geleitet werden
oder eine Fehlermeldung in einem Speicher der Motorsteuerung abgelegt
werden, die beim Service für
das Kraftfahrzeug ausgelesen werden kann.
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Durch
den Vergleich des Betrages der Differenz von Tstart und
Tx+1 beziehungsweise Tx+n mit
einem Toleranzwert, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren praktisch um
den Temperaturwert Tstart ein Toleranzband
gelegt, das während
des Diagnosezyklusses mindestens einmal verlassen worden sein muss,
um von einer Funktionsfähigkeit
des Temperatursensors ausgehen zu können.
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In 2 ist ein Diagramm wiedergegeben,
in dem die Messwerte einer Messung gemäß dem Verfahren nach der Erfindung
angezeigt sind. Bei den in 2 gezeigten
Messergebnissen ist die Temperatur zum Zeitpunkt tx+1 identisch
mit der Temperatur Tstart zum Anfangszeitpunkt.
Die Temperatur beim zweiten Messzeitpunkt tx+2 unterscheidet
sich von der Ausgangstemperatur Tstart.
Allerdings liegt diese gemessene Temperatur noch innerhalb des Toleranzbandes,
das um die Temperatur Tstart gelegt ist.
Somit wird bei geeigneter Überprüfung der
Funktionsfähigkeit
auch zu diesem Zeitpunkt noch nicht die Funktionsfähigkeit
des Temperatursensors erkannt werden. Der dritte Messpunkt, der
zur Zeit tx+3 aufgenommen wurde, liegt außerhalb
des Toleranzbandes, in der dargestellten Ausführungsform unterhalb der unteren Temperaturgrenze
des Toleranzbandes. Zu diesem Zeitpunkt kann die Diagnoseabgebrochen
werden mit dem Ergebnis, dass der Temperatursensor in Ordnung ist.
Alternativ kann die Diagnose weitergeführt werden bis zu einer Zeit
tende. Das Toleranzband, das um die Ausgangstemperatur
Tstart gelegt ist, stellt in Richtung aufsteigender
und abfallender Temperaturen die Mindesttemperaturänderung
dar, die für
die Überprüfung der
Funktionsfähigkeit
notwendig ist. Das Toleranzband entspricht somit 2·ΔTmin und deckt die Temperaturen von Tstart – ΔTmin bis Tstart + ΔTmin ab.
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Die
in Bezug auf die 1 und 2 beschriebenen Verfahren
stellen lediglich ein paar der möglichen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung dar.
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Es
sind aber auch weitere Variationen des Verfahrens möglich. So
kann beispielsweise festgelegt werden, dass eine gewisse Anzahl
von Messpunkten innerhalb eines Toleranzbandes vorliegen muss, bevor
ein Temperatursensor als nicht in Ordnung befunden wird. Die Anzahl
der Messpunkte kann beispielsweise zwischen 3 und 5 liegen.
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Weiterhin
ist es möglich,
bei dem in 1 gezeigten
Verfahren den Vergleich der Zeit mit einer vorbestimmten Endzeit
für die
Prüfung
nach jeder Temperaturmessung durchzuführen. Alternativ kann eine
Anzahl von Messungen für
den Zeitraum festgelegt werden und die Prüfung nach Erreichen dieser Anzahl
beendet werden.
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Die
technischen Voraussetzungen, die für die Durchführung des
Verfahrs gemäß der Erfindung innerhalb
des Kraftfahrzeugs notwendig sind, beschränken sich auf den Temperatursensor,
dessen Funktionsfähigkeit überprüft werden
soll und eine geeignete Verarbeitungseinheit für die erfassten Messwerte.
Diese kann beispielsweise innerhalb der Motorsteuerung realisiert
werden, indem eine Funktion für
diese Verarbeitung vorgesehen wird.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es auch möglich,
das Verfahren insbesondere zur Plausibilitätsprüfung für den Ansauglufttemperatur-Sensor
wie folgt auszugestalten. Die Prüfung
kann beim Motorstart erfolgen. Hierbei wird die Ansauglufttemperatur
mit der Motorkühlmitteltemperatur,
beispielsweise mittels der Kühlwassertemperatur
beziehungsweise der Öltemperatur
des Motors und Getriebes oder mit anderen Medien- beziehungsweise
Bauteil temperaturen, verglichen. Vorzugsweise ist hierbei der Motor
heiß abgestellt
worden und eine Temperaturdifferenz des Kühlmittels zwischen der Abstelltemperatur
und der Starttemperatur muss einen Mindestbetrag übersteigen.
Beispielsweise soll dieser mehr als 70 K betragen. Liegt nun die
Differenz zwischen der Ansauglufttemperatur und der Motorkühlmitteltemperatur
in einem bestimmten Bereich von zum Beispiel 10 K, so kann darauf
geschlossen werden, dass der Sensor bezüglich der Plausibilität der Messergebnisse
in Ordnung ist. Diese Schlussfolgerung kann gezogen werden, da nach
längerem
Abkühlen die
beiden Temperaturen ähnliche
Werte besitzen müssen.
Eine Meldung über
die Plausibilität
oder Nichtplausibilität
an beispielsweise das Motorsteuergerät wird aber in der Regel erst
dann gesandt, wenn auch der Motorkühlmitteltemperatur-Sensor als
in Ordnung befunden wurde. Dies kann über herkömmliche Diagnoseverfahren erfolgen.
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Durch
die vorliegende Erfindung wird somit ein Verfahren geschaffen, das
eine zuverlässige Überprüfung der
Funktionsfähigkeit
von Temperatursensoren innerhalb eines Kraftfahrzeugs zulässt. Aufgrund
der flexiblen Einsetzmöglichkeiten
des Verfahrens können
auch Anforderungen von Standards, wie diese beispielsweise in den
USA in Form der OBD (On Board Diagnostics) erfordert sind, erfüllt werden.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
kann in herkömmlichen
Kraftfahrzeugen implementiert werden, ohne große bauliche Maßnahmen
ergreifen zu müssen.
Weiterhin ist es auch möglich,
eine Diagnose bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs
durchführen
zu können.
So kann die Diagnose unmittelbar beim Motorstart erfolgen. Eine Überprüfung der
Geschwindigkeit kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vollständig entfallen,
so dass zusätzliche
Diagnoseerfordernisse, die eine Geschwindigkeitsmessung erfordern
würden,
nicht notwendig sind. Schließlich
ist das erfindungsgemäße Verfahren
nicht auf einen bestimmten Lastbereich eines Motors eines Kraftfahrzeugs
beschränkt.
Es können
somit Temperatursensoren sowohl in Saug- als auch in Turbomotoren
zuverlässig überprüft werden.