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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, mit dem eine Umgebungslufttemperatur (PAT) um ein Fahrzeug herum vorhergesagt wird gemäß Anspruch 1 und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Teils des Betriebs eines Fahrzeugs unter Verwendung der Umgebungslufttemperatur (PAT) gemäß Anspruch 5.
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Moderne Fahrzeuge verwenden eine Vielzahl von Sensoren, um Parameter zu messen, die zur Steuerung des Motors, des Getriebes, des Kraftstoffsystems, des Abgassystems wie auch anderer Fahrzeugteile erforderlich sind. Es muss auch eine Anzahl von Untersuchungen durchgeführt werden, um die vielen staatlichen und länderbezogenen gesetzlichen Bestimmungen hinsichtlich Fahrzeugemissionen wie auch Kraftstoffwirkungsgrad erfüllen zu können. Beispielsweise muss bei dem Fahrzeugkraftstoffsystem jedes Mal, wenn der Motor abgeschaltet wird, eine Untersuchung über das natürliche Vakuum bei abgeschaltetem Motor (EONV-Untersuchung (engl. ”Engine Off Natural Vaccum”)) durchgeführt werden. Diese Untersuchung dient dazu, Leckagen in dem Kraftstoffsystem zu erfassen, über die flüssiger Kraftstoff oder Kraftstoffdämpfe in die Atmosphäre entweichen können. Die Untersuchung wird ausgeführt, indem die Entlüftung des Kraftstoffsystems automatisch geschlossen wird, wenn der Motor abgeschaltet wird, und anschließend der Überdruck P(t) des Kraftstofftankes als eine Funktion der Zeit überwacht wird. Wenn das P(t)-Profil mit dem ”normalen” Profil übereinstimmt, das in dem Computerspeicher des Motormanagementsystems des Fahrzeugs oder einem anderen Computerspeicher gespeichert ist, dann wird das Kraftstoffsystem als im Wesentlichen leckfrei betrachtet, d. h. die EONV-Untersuchung wurde bestanden.
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Es sei angemerkt, dass der Druck P(t) in dem Kraftstofftank auch von der Umgebungstemperatur Ta abhängt, da dies die Temperatur des in dem Tank verbleibenden Kraftstoffes und daher den Überdruck in dem Dampfraum in dem Tank als eine Funktion der Zeit beeinflusst. Dies bedeutet, dass P eine Funktion von sowohl der Umgebungstemperatur Ta als auch der Zeit t ist. Somit gilt P = P(Ta, t).
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Die einfachste Art, mit der Temperaturabhängigkeit umzugehen, besteht darin, einen Umgebungslufttemperatursensor (AAT-Sensor) an dem Fahrzeug zu positionieren und den beobachteten AAT-Wert bei der Bewertung von P(Ta, t) zu verwenden. Die meisten modernen Fahrzeuge besitzen eine Anzahl von bereits installierten Temperatursensoren, wie beispielsweise einen Temperatursensor, um eine Einlasslufttemperatur (IAT) für den Motor zu messen, wie auch einen Sensor, um die Kühlmitteltemperatur des Kühlers (RCT-Temperatur) zu bestimmen, usw. Diese Temperatursensoren werden jedoch durch ihre Nähe zu dem heißen Motor erheblich beeinflusst und sind daher selbst nicht in der Lage, zuverlässige Ablesungen der Umgebungslufttemperatur (AAT) zu geben. Ein Sensor, um die AAT spezifisch zu messen, ist bei den meisten Fahrzeugen normalerweise nicht vorhanden, und es ist erwünscht, wenn es überhaupt möglich ist, zusätzliche Temperatursensoren zu diesem Zweck aufgrund der betreffenden zusätzlichen Kosten zu vermeiden.
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Demgemäß besteht in der Technik ein Bedarf, die Umgebungslufttemperatur (AAT), die das Fahrzeug umgibt, unter Verwendung anderer Sensoren, die für andere Zwecke bereits an Bord installiert sind, ohne zusätzliche größere Kosten schätzen oder vorhersagen zu können. Ferner ist es erwünscht, dass das Mittel wie auch das Verfahren, das zum Schätzen oder zur Vorhersage der AAT dient, auf eine breite Vielzahl von Fahrzeugen und Motortypen anpassbar ist. Geschätzte oder vorhergesagte AAT-Werte können zusätzlich zu der oben erwähnten EONV-Untersuchung für vielerlei Zwecke verwendet werden. Diese und andere erwünschte Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung wie auch der angefügten Ansprüche unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen und diesem Hintergrund der Erfindung offensichtlich.
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Die
US 6 088 661 A beschreibt ein Verfahren zum Bestimmen einer Umgebungslufttemperatur um ein Fahrzeug herum, bei dem eine gelernte Umgebungslufttemperatur T
aLEARNED gleich einer Einlasstemperatur T
i gesetzt wird, wenn entweder das Fahrzeug für eine vorbestimmte Haltezeit tsp im Stillstand steht oder die Differenz zwischen einer Kühlmitteltemperatur T
c und der Einlasstemperatur T
i größer als eine Differenzschwelle ΔT ist.
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Die
DE 695 26 522 T2 beschreibt ein Verfahren zur Steuerung von Brennkraftmaschinen, wobei eine Umgebungslufttemperatur T
AATP auf der Grundlage einer Lufttemperatur T
AIR, einer Motoröltemperatur T
OIL, einer Motordrehzahl RPM sowie einer Kühlventilatoroffsettemperatur Fan
off bestimmt wird. Die Umgebungslufttemperatur T
AATP ist gleich ihrem vorherigen Wert addiert zu einem skalierten Differenzwert, der über einen Skalierungsfaktor (K
F) bestimmt wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum verbesserten Bestimmen einer Umgebungslufttemperatur um ein Fahrzeug herum bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 5 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Die folgenden Zeichnungen veranschaulichen bestimmte Ausführungsformen. Sie sind dazu vorgesehen, ein richtiges Verständnis der Erfindung zu unterstützen. Die Zeichnungen sind nicht maßstabsgetreu (sofern es nicht anders angegeben ist) und sind zur Verwendung in Verbindung mit den Erläuterungen der folgenden detaillierten Beschreibung bestimmt. Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, wobei gleich bezeichnete Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, wobei:
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1 ein vereinfachtes schematisches Schaubild eines Computersystems ist, das in Verbindung mit dem Management verschiedener mechanischer und elektrischer Systeme in einem Fahrzeug verwendet wird, und
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2 ein vereinfachtes Prozess-Flussdiagramm gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in Verbindung mit dem System von 1 ist.
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Die folgende detaillierte Beschreibung der Erfindung ist lediglich beispielhafter Natur. Ferner ist es nicht beabsichtigt, durch eine in dem vorhergehenden Hintergrund der Erfindung oder in der folgenden detaillierten Beschreibung der Zeichnungen beschriebene Theorie gebunden zu sein.
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Das Mittel und das Verfahren der vorliegenden Erfindung verlässt sich auf die Verwendung von bereits existierenden Sensoren an Bord in Verbindung mit gewissen vorbestimmten gespeicherten Kalibrierungskonstanten, Schwellen, wie auch Interpolationstechniken, um die Temperaturen, die durch den bzw. die existierenden Temperatursensoren an Bord gemessen werden, zu korrigieren, um so die AAT genau vorhersagen oder abschätzen zu können. Die Abkürzung PAT bedeutet die vorhergesagte Umgebungs-(Luft)-Temperatur, und die Abkürzung LPAT bedeutet die letzte vorhergesagte Umgebungs-(Luft)-Temperatur.
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1 ist ein vereinfachtes schematisches Schaubild von System 10, das beim Betrieb eines Fahrzeugs verwendet wird. Das System 10 umfasst einen Motor 12 mit einem Lufteinlasssystem 14, das Luft 15 aufnimmt, einem Getriebe 16, einem Kraftstoffsystem 18, einem Abgassystem 20, einem Kühlsystem 22 wie auch einer Steuerung 24. In dem Lufteinlasssystem 14 sind ein IAT-Sensor 26 wie auch ein Luftmassendurchsatzsensor (MAF-Sensor) 28 angeordnet. Der IAT-Sensor 26 und der MAF-Sensor 28 stehen mit der Steuerung 24 über Leitungen bzw. Busse 30, 32 in Verbindung. Ein Bus oder eine Leitung 34 zwischen dem Motor 12 und der Steuerung 24 ist lediglich beispielhaft und gibt nur an, dass der Steuerung 24 eine Motorbetriebszeitinformation (ERT-Information) zur Verfügung steht. Für Fachleute ist es offensichtlich, dass die ERT an einer Vielzahl von Orten in dem System 10 erzeugt oder gemessen werden kann, und dass es nicht beabsichtigt ist, dass diese Erfindung auf die Quelle für ERT-Information beschränkt ist. Beispielsweise kann die Leitung 34 lediglich einen Hinweis liefern, dass der Motor 12 ”EIN” geschaltet ist, so dass die Steuerung 24 die ERT unter Verwendung einer internen Takt- oder Zeitgrundlage berechnen kann. Es genügt bereits ein beliebiges Motor-EIN-Signal oder eine Quelle für ERT-Werte. Die Leitung 36 gibt an, dass die Fahrzeuggeschwindigkeitsinformation (VSS-Information) der Steuerung 24 zur Verfügung steht. Die Leitung 36, die von dem Getriebe 16 an die Steuerung 24 verläuft, ist lediglich beispielhaft und nicht beschränkend. Die VSS kann im Getriebe 16 oder an einer anderen Stelle in dem Fahrzeug gemessen werden, wobei eine irgendeine Quelle für VSS-Werte ausreicht. Das Kraftstoffnebensystem 18 ist mit der Steuerung 24 über einen Bus oder Leitungen 38 gekoppelt, das Abgasnebensystem 20 ist mit der Steuerung 24 über einen Bus oder Leitungen 40 gekoppelt, und das Kühlnebensystem 22 ist mit der Steuerung 24 über einen Bus oder Leitungen 42 gekoppelt. Es können auch andere Fahrzeugnebensysteme (nicht gezeigt) mit der Steuerung 24 gekoppelt sein. Eingänge von dem Kraftstoffnebensystem 18, dem Abgasnebensystem 20 und dem Kühlnebensystem 22 sind für den Betrieb der vorliegenden Erfindung nicht notwendig, sogar obwohl die PAT-Werte, die durch die Steuerung 24 erzeugt werden, in Verbindung mit derartigen Nebensystemen verwendet werden können.
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Die Steuerung 24 umfasst einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 240, einen Nurlesespeicher (ROM) 242, eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 244, einen nichtflüchtigen Speicher (NVM) 246, einen Zähler 248 und eine I/O 250, die durch den Bus 252 gekoppelt sind. Die exakte Konstruktion der Steuerung 24 ist solange nicht kritisch, wie sie in der Lage ist, die nachfolgend in Verbindung mit dem Prozess-Flussdiagramm 100 von 2 beschriebenen Aufgaben ausführen zu können. Der Zähler 248 kann ein Hardware- oder Softwarezähler sein.
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2 zeigt ein vereinfachtes Prozess-Flussdiagramm 100 gemäß der vorliegenden Erfindung zur Verwendung in Verbindung mit der Steuerung 24 von 1 und verschiedenen Eingangsvariablen von anderen Teilen des Systems, um eine aktuelle vorhergesagte Umgebungs-(Luft)-Temperatur (PAT) zur Verwendung durch das Fahrzeugmanagementsystem 10 zu bestimmen. Während es nicht wesentlich ist, ist es beabsichtigt, dass der Prozessfluss 100 wiederholt wird, wobei der Parameter ”Schleifenzeit” (abgekürzt LT) definiert, wie häufig der Prozessfluss 100 wiederholt wird. LT beträgt geeigneterweise etwa 10 Sekunden, d. h. der Prozessfluss 100 wird etwa alle 10 Sekunden des Fahrzeugbetriebs wiederholt, es können jedoch auch größere oder kleinere Werte verwendet werden.
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Beginnend bei START 102 liest die Steuerung 24 bei Schritt 104 die Betriebsvariablen MAF, VSS, LPAT, ERT und IAT (siehe 1). MAF ist der Luftmassendurchsatz in den Lufteinlass 14 oder ein anderer Parameter, der mit dem Luftdurchsatz 15 und nicht nur mit dem Luftmassendurchsatz allein korreliert, und wird beispielsweise an die Steuerung 24 über einen Eingangsbus oder eine Eingangsleitung 32 übertragen. VSS ist die Fahrzeuggeschwindigkeit oder ein anderer Parameter, der mit der Fahrzeuggeschwindigkeit korreliert und beispielsweise an die Steuerung 24 über den Eingangsbus oder die Eingangsleitung 36 übertragen wird. LPAT ist der Wert der letzten vorhergesagten Umgebungslufttemperatur, der von dem System 10 und dem Verfahren 100 erzeugt und in dem Speicher 240 oder 246 der Steuerung 24 gespeichert wird. Die Motorbetriebszeit (ERT), beispielsweise wie lange der Motor betrieben worden ist, wird durch die Steuerung 24 beispielsweise in Verbindung mit dem Eingangsbus oder der Eingangsleitung 34 bestimmt. Die Einlasslufttemperatur (IAT) wird durch die Steuerung 24 beispielsweise über den Eingangsbus oder die Eingangsleitung 30 bestimmt.
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Der Ausdruck ”lesen” umfasst unabhängig davon, ob er in Großbuchstaben geschrieben ist oder nicht, jedes Mittel oder Verfahren zur Bestimmung von Werten für MAF, VSS, LPAT, ERT und IAT. Für Fachleute ist es offensichtlich, dass einige dieser Werte von verschiedenen mit der Steuerung 24 gekoppelten Sensoren bestimmt werden können, während andere in der Steuerung 24 oder an einer anderen beliebigen Stelle infolge einer Berechnung oder anderen Bewertung auf Grundlage eines Eingangs von einem Sensor oder einem anderen Datensender bzw. einer anderen Datenübertragungsvorrichtung oder auf eine andere Art und Weise bestimmt werden können. Somit ist es beabsichtigt, dass irgendein Mittel und Verfahren zur Bewertung bzw. Schätzung dieser Variablen ausreicht und diese als innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung liegend anzusehen sind.
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Für Fachleute sei zu verstehen, dass IAT und MAF an einer anderen Stelle als dem Motorlufteinlass (obwohl dies bevorzugt ist) gemessen werden können, und dass es beabsichtigt ist, dass die Abkürzungen IAT und MAF in diesem breiteren Sinne zu verstehen sind, so dass sie mit sich bewegender Luft in Verbindung stehen, deren Temperatur und Durchflussrate durch den Betrieb des Motors beeinflusst wird und deren Werte mit der AAT korrelieren, um nützliche PAT-Werte zu liefern. Ähnlicherweise sei zu verstehen, dass die VSS eine beliebige Variable sein kann, die mit der Fahrzeuggeschwindigkeit korreliert, und ERT eine beliebige Variable sein kann, die mit der Motorbetriebszeit korreliert, und dass die Abkürzungen VSS und ERT hier in diesem breiteren Sinne verwendet sind. Es sei auch zu verstehen, dass die Größen MAF, VSS, LPAT, ERT und IAT in einer beliebigen Reihenfolge und zu verschiedenen Zeiten im Prozess 100 gelesen werden können. Einzig notwendig ist, dass MAF und VSS vor Schritt 108 gelesen werden, ERT vor Schritt 118 gelesen wird, IAT vor den Schritten 120, 122 gelesen wird und LPAT vor den Schritten 116, 126 gelesen wird.
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Der Abfrageschritt 108 verwendet die MAF- und VSS-Werte, die bei Schritt 104 erhalten werden, und bestimmt, ob MAF eine erste Schwellenkonstante oder einen Referenzwert C1 überschreitet, und VSS eine zweite Schwellenkonstante oder einen Referenzwert C2 überschreitet. C1 und C2 sind geeigneterweise in dem Speicher 242 oder 246 der Steuerung 24 oder an einer anderen Stelle in dem System gespeichert. C1 und C2 sind Schwellenwerte, die bestimmen, ob die IAT-Werte eingestellt oder abgewandelt werden sollen, um PAT zu erhalten. Die Ergebnisse des Abfrageschrittes 108 werden bei den Schritten 110, 112 abhängig davon verwendet, ob das Ergebnis der Abfrage 108 ein ”NEIN” (FALSCH) oder ”JA” (WAHR) ist. Wenn das Ergebnis des Abfrageschrittes 108 ein ”JA” (WAHR) ist, wie durch Verbindung 111 angegeben ist, dann wird bei Schritt 112 der Leerlaufzähler (engl. idle counter) 248 der Steuerung 24 um 1 erhöht, wenn IC < N. Die Abkürzung ”IC” wird dazu verwendet, den von dem Leerlaufzähler 248 gehaltenen Wert (die Leerlaufzeit) darzustellen. Wie später detaillierter erläutert wird, bestimmt N teilweise, wie schnell oder langsam das System 10 von der Verwendung eines nicht korrigierten IAT-Wertes für PAT auf die Verwendung eines eingestellten oder kompensierten IAT-Wertes für PAT umschaltet. Der Wert N wird geeigneterweise auf etwa N = 100 gesetzt, obwohl auch größere oder kleinere Werte verwendet werden können. Solange der Leerlaufzähler 248 größer als Null ist, bleibt PAT unverändert, d. h. PAT = IAT oder LPAT, welcher eben niedriger ist. Wenn beispielsweise N = 100 und LT = 10 Sekunden, dann entspricht IC = N = 100 damit 10 × 100 = 1000 Sekunden = 16,7 Minuten. Somit wird das System 10 für eine Zeitdauer von bis zu 16,7 Minuten auf dem laufenden gehalten, wie lange MAF, VSS unter Bedingungen mit niedrigem Durchsatz und niedriger Geschwindigkeit gewesen sind. Durch Auswahl kleinerer oder größerer Werte von N kann diese Zeitdauer kürzer oder länger gemacht werden.
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Wenn das Ergebnis von Abfrage 108 ein ”NEIN” (FALSCH) ist, wie durch Verbindung 109 angegeben ist, dann wird bei Schritt 110 der Leerlaufzähler 248 durch einen Multiplikatorwert (engl. multiplier value) C3 verringert. C3 wird von dem Speicher 242 oder 246 oder von einer anderen Stelle in dem System 10 erhalten. Sein Wert hängt von dem Wert des MAF ab, der bei Schritt 104 bestimmt wird. Je größer der MAF-Wert ist, um so größer ist typischerweise der Wert von C3, der verwendet werden sollte. Allgemein bestimmen der verringernde Multiplikatorparameter C3 und die erhöhende Grenze N, wie schnell sich der PAT-Bestimmungsprozess von PAT = IAT oder LPAT, je nachdem, welche geringer ist, zu einem kompensierten Wert für stationären Zustand (SSAT) ändert, der aus IAT bestimmt wird, die durch gespeicherte Einstellungsparameter C5, C6 modifiziert ist, wie nachfolgend erläutert wird. Die Wirkung von C3 besteht darin, die Rate zu erhöhen oder zu verringern, mit der der Leerlaufzähler herunterzählt. Typischerweise sollte der Leerlaufzähler bei hohen MAF-Werten schneller herunterzählen, da die erhöhte IAT von vorhergehenden Leerlaufbedingungen (geringe VSS und geringer MAF) mit höheren MAF-Werten schneller verringert wird.
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Der Leerlaufzähler dient dazu, ein Schalten von PAT = IAT oder LPAT, je nachdem, welche niedriger ist, zu den SSAT-Werten zu verzögern, die bei den Schritten 122–128 erzeugt werden, wenn ein Fahrzeugbetrieb von nahezu Leerlaufbedingungen mit erhöhten IAT-Temperaturen umschaltet. Diese erhöhten IAT-Werte in Verbindung mit niedrigem MAF und VSS sind infolge von Faktoren, wie beispielsweise Wind und Sonnenbelastung bzw. -einfluss, variabler. Die Kombination von C1, C2 und C3 steuert den Leerlaufzähler und auch wie lange die Verwendung der Vorhersagewerte für stationären Zustand verzögert werden sollte, aufgrund von Bedingungen mit niedriger Geschwindigkeit und niedrigem Durchsatz. Werte für C3 werden durch empirische Messungen erhalten, die AAT und PAT für verschiedene Werte von MAF korrelieren, wenn sich Fahrzeugbetriebsbedingungen ändern, beispielsweise von Bedingungen mit niedrigem MAF, VSS umschalten oder umgekehrt. Geeignete Werte sind C3 = 0,5 bis etwa 2 abhängig von dem MAF, wobei gilt, dass, je größer MAF ist, um so größer der Wert C3 ist, der verwendet werden sollte. Die Ausdrucke ”niedriger Durchsatz, niedrige Geschwindigkeit” bedeuten, dass die Abfrage 108 ”JA” (WAHR) erzielt, und ”hoher Durchsatz, hohe Geschwindigkeit” bedeuten, dass die Abfrage 108 ”NEIN” (FALSCH) erzielt.
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Beispielsweise wird, um zu zeigen, wie N und C3 wechselwirken, um variable Verzögerungen abhängig von dem bisherigen Fahrzeugbetriebsverlauf und den aktuellen Bedingungen vorzusehen, während denen PAT auf der geringeren von IAT oder LPAT bleibt, angenommen, dass Bedingungen mit niedrigem Durchsatz und niedriger Geschwindigkeit für eine Dauer = t1 – t0 Minuten angehalten haben, wobei t1 – t0 = 16,7 Minuten oder mehr ist, so dass IC = N = 100 mit LT = 10 Sekunden ist. Anschließend bei etwa t = t1 Minuten schaltet der Fahrzeugbetrieb auf Bedingungen mit hohem Durchsatz und hoher Geschwindigkeit, und bei Schritt 110 beginnt IC jede Schleifenzeitdauer, beispielsweise alle LT = 10 Sekunden, um die Größe C3 abzunehmen. PAT bleibt auf der geringeren von IAT oder LPAT, bis IC = 0 ist. Wenn der aktuelle MAF-Wert hoch ist und beispielsweise C3 = 2 und LT = 10 Sekunden ist, dann zählt IC von IC = N = 100 in (10 × 100)/2 = 500 Sekunden = 8,3 Minuten herunter. Wenn der aktuelle MAF-Wert knapp über C1 liegt und beispielsweise C3 = 0,5 ist, dann zählt IC von IC = N = 100 in (10 × 100)/0,5 = 2000 Sekunden = 33,3 Minuten herunter. Somit sieht das erfindungsgemäße System eine PAT vor, die die kleinere von IAT oder LPAT ist, während Bedingungen mit niedrigem Durchsatz und niedriger Geschwindigkeit vorherrschen und während einer weiteren Verzögerungsperiode abhängig von der Kombination der Dauer der Bedingungen mit niedriger Geschwindigkeit und niedrigem Durchsatz und der Größe der aktuellen Durchsatzbedingungen, sobald die Bedingungen mit niedrigem Durchsatz und niedriger Geschwindigkeit enden.
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Die Ergebnisse der SET-Schritte 110 und 112 gelangen zu Abfrageschritt 114, bei dem bestimmt wird, ob IC gleich Null ist oder nicht. Der Leerlaufzähler 248 ist so ausgebildet, dass er niemals negativ wird, d. h. IC wird niemals kleiner als Null. Nur wenn der Leerlaufzähler IC = 0 und ERT > C4 ist, dann wird der SSAT-Wert bei Schritt 122 gesetzt. Wenn der Ausgang des Abfrageschrittes 114 ”NEIN” (FALSCH) ist, wie durch Verbindung 115 gezeigt ist, dann wird der SET-Schritt 116 ausgeführt, wobei PAT gleich LPAT gesetzt wird.
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Wenn der Ausgang der Abfrage 114 ”JA” (WAHR) ist und der Ausgang von Abfrage 118 ”JA” (WAHR) ist, dann gelangt, wie durch Verbindungen 117, 121 gezeigt ist, die Steuerung zu Schritt 122. Bei Abfrageschritt 118 wird bestimmt, ob der ERT-Wert, der bei Schritt 104 gelesen oder aufgenommen wird, größer als eine Schwellenkonstante C4 ist, d. h. eine minimale Betriebszeit, die allgemein gewählt ist, um sicherzustellen, dass der Motor vollständig aufgewärmt ist. Der Ausdruck ”niedrige Zeitdauer” bedeutet, dass die Abfrage 118 ein ”NEIN” (FALSCH) erzielt, und der Ausdruck ”lange Zeitdauer” bedeutet, dass die Abfrage 118 ein ”JA” (WAHR) erzielt.
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Wenn das Ergebnis von Abfrageschritt 118 ”NEIN” (FALSCH) ist, d. h. der Motor noch nicht erwärmt ist, dann wird, wie durch Verbindung 119 gezeigt ist, der Schritt 116 ausgeführt. Der Schritt 116 folgt aus einem ”NEIN”-(FALSCH)-Ausgang von entweder der Abfrage 114 oder Abfrage 118, und LPAT wird als PAT gehalten (SETZE PAT = LPAT). Dann wird zusammen mit den Ergebnissen von Schritt 128, 130, wie unten beschrieben ist, die Abfrage 120 dazu verwendet, um zu bestimmen, ob IAT kleiner als die PAT-Werte ist, die durch einen der Schritte 116, 128, 130 erzeugt sind. Wenn der Ausgang von Abfrageschritt 120 ”NEIN” (FALSCH) ist, wie durch Verbindung 123 gezeigt ist, dann gelangt der PAT-Wert, der bei den Schritten 116, 128 oder 130 bestimmt ist, zu Schritt 132. Wenn der Ausgang von Abfrageschritt 120 ”JA” (WAHR) ist, wie durch Verbindung 125 gezeigt ist, dann wird bei Schritt 124 PAT gleich IAT gesetzt, und dieser Wert wird zu Schritt 132 geführt. Mit anderen Worten wird bei Schritt 120, 124, wenn der IAT-Wert kälter als die PAT ist, die bei den Schritten 116, 128 oder 130 gesetzt wird, dann der IAT-Wert als die neue PAT verwendet, und wenn dies nicht der Fall ist, dann wird der PAT-Wert, der bei Schritt 116, 128 oder 130 gesetzt wird, für die PAT verwendet. Nur ein Wert von PAT gelangt schließlich zu Schritt 132: (a) entweder LPAT (von Schritt 116) oder LPAT + C6 (von Schritt 128) oder LPAT – C6 (von Schritt 130), der über Verbindung 123 gesendet wird oder (b) IAT (von Schritt 124).
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Wenn das Ergebnis von Abfrageschritt 118 ”JA” (WAHR) ist, wie durch Verbindung 121 gezeigt ist, dann wird bei Schritt 122 ein Umgebungstemperaturwert für stationären Zustand (SSAT-Wert) definiert, indem eine Konstante C5 abhängig von VSS und MAF von dem gemessenen IAT-Wert, der bei Schritt 104 bestimmt wird, subtrahiert wird. Die Größe des Offset- oder Kompensationsparameters C5 wird abhängig von MAF, VSS unter Verwendung beobachteter MAF, VSS-Werte, die bei Schritt 104 bestimmt sind, und einer Matrix von MAF, VSS- und C5-Werten, die in dem Speicher gespeichert sind, ausgewählt. Allgemein gilt, je höher die MAF-, VSS-Werte sind, um so kleiner ist der Wert von C5, der von der gespeicherten Matrix aus Werten erhalten wird. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine höhere VSS und ein größerer MAF die Tendenz haben, den Unterschied zwischen der AAT und der IAT zu verringern.
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Das Ergebnis von Schritt 122 gelangt zum Abfrageschritt 126, bei dem bestimmt wird, ob der bei Schritt 104 erhaltene LPAT-Wert größer als der bei Schritt 122 erhaltene SSAT-Wert ist. Wenn die Antwort auf den Abfrageschritt 126 ”NEIN” (FALSCH) ist, wie durch Verbindung 127 gezeigt ist, dann wird bei Schritt 128 ein Offsettemperaturwert C6 abhängig von dem beobachteten MAF-Wert zu dem LPAT-Wert addiert, der bei Schritt 104 erhalten wird, um einen aktualisierten PAT-Wert vorzusehen, der zu Schritt 120 geführt wird. Wenn der Ausgang von Abfrageschritt 126 ”JA” (WAHR) ist, wie durch Verbindung 129 gezeigt ist, dann wird bei Schritt 130 der Offsettemperaturwert C6 von dem LPAT-Wert, der bei Schritt 104 erhalten wird, subtrahiert, um den neuen PAT-Wert zu erzielen, und das Ergebnis wird zu Schritt 120 geführt. Das Führen der Ergebnisse der Schritte 128, 130 an Abfrage 120 ist nicht wesentlich, wobei diese Ergebnisse auch direkt zu Schritt 132 geführt werden können. Es wird nicht erwartet, dass das Ergebnis der Schritte 128, 130 die Abfrage 120 immer WAHR machen wird, da aber die Abfrage 120 vorhanden sein muss, um den Ausgang von Schritt 116 zu testen, trägt sie keine größeren Kosten bei, so dass diese genauso gut für den Ausgang der Schritte 128, 130 verwendet werden können. Somit ist das Führen des Ausgangs der Schritte 128, 130 zu Schritt 132 über Abfrage 120 bevorzugt, stellt jedoch keine wesentliche Ausführung dar.
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Bei Schritt 132 wird der PAT-Wert, der als Ergebnis der vorhergehenden Schritte 116, 124, 128 oder 130 (und Abfrage 120) erhalten wird, dazu verwendet, den LPAT-Wert zu aktualisieren, der in Speicher 240 oder 246 der Steuerung 24 gespeichert ist, und der aktualisierte LPAT-Wert wird bei Schritt 134 von dem Fahrzeugsteuersystem als der AAT-Wert für verschiedene durch das System 10 ausgeführte Betriebsabläufe verwendet, wie beispielsweise für die EONV-Untersuchung, die vorher beschrieben wurde. Wie durch eine Schleifenrückführung 136 gezeigt ist, wird der PAT-Vorhersage- oder Schätzprozess 100 durch das System 10 geeignet so oft wie nötig wiederholt, so dass verfügbare aktuelle PAT- und LPAT-Werte zur Verwendung durch das System 10 oder ein anderes Motor- oder Fahrzeugmanagementsystem erhalten werden. Beispielsweise ist es erwünscht, dass die Schleifenzeitdauer LT etwa 10 Sekunden beträgt, es können jedoch auch größere oder kleinere Werte verwendet werden. Jedes Mal, wenn der Prozess 100 wiederholt wird, wird ein neuer Wert von PAT abhängig von den aktuell beobachteten Variablen MAF, VSS, ERT, IAT, dem gespeicherten Wert LPAT und den Parametern C1–C6, N erzeugt, so dass PAT und LPAT zur Verwendung durch das System 10 und LPAT während der nächsten Iteration des Prozesses 100 aktualisiert werden.
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Die verschiedenen Offset-, Schwellen- oder Multiplikatorparameter C1–C6, N, die bei dem Prozess 100 verwendet werden, werden empirisch bestimmt, indem PAT mit MAF-, VSS-, ERT-, IAT-Werten und aktuellen Umgebungstemperaturwerten (AAT-Werten) korreliert wird, um die Unterschiede zwischen PAT und AAT zu minimieren. Allgemein ist C1 ein Schwellen-MAF-Wert, C2 ein Schwellen-VSS-Wert, C4 ein Schwellen-ERT-Wert und C3 ein Multiplikatorwert, um den Übergang von PAT-Schätzungen (IAT oder LPAT) bei niedrigem Durchsatz und niedriger Geschwindigkeit auf die PAT-Werte (beispielsweise IAT-C5+/–C6) bei vollständig aufgewärmtem Motor und hohem Durchsatz und hoher Geschwindigkeit zu steuern.
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Der Prozess 100 von 2 in Verbindung mit System 10 von 1 sagt die Umgebungslufttemperaturen um ein Fahrzeug herum vor, ohne dass ein Umgebungslufttemperatursensor an dem Fahrzeug vorhanden sein muss. Der Prozess 100 berücksichtigt verschiedene Fahrzeugbetriebsbedingungen. Wenn das Fahrzeug im Wesentlichen in einem stationären Zustand (beispielsweise hoher Durchsatz, hohe Geschwindigkeit und Zeitdauer) ist, definiert der Prozess einen SSAT-Wert auf Grundlage der IAT, die durch den Offsettemperaturwert 05 kompensiert wurde (SSAT = IAT-C5), um den Unterschied zwischen der AAT und der IAT aus der Wärme des Motors zu berücksichtigen. Der Wert des Offsettemperaturwerts C5 wird dadurch bestimmt, dass das Fahrzeug unter aufgewärmten Fahrbedingungen betrieben wird und der Unterschied zwischen der AAT und der IAT als Funktion von VSS, MAF gemessen wird. Dann kann eine Datentabelle mit VSS und MAF an den orthogonalen Achsen entworfen werden, so dass für jede Kombination von beobachteten VSS- und MAF-Werten ein empirisch bestimmter C5-Wert zur Verwendung bei Schritt 122 erhalten wird. Für Fachleute ist es anhand der vorliegenden Beschreibung offensichtlich, wie dies ausgeführt werden muss. Diese Datenmatrix wird in dem Speicher 242 oder 246 der Steuerung 24 oder an einer anderen Stelle in dem System gespeichert. Ein Korrekturparameter C5 wird größtenteils auf dieselbe Art und Weise wie C5 empirisch bestimmt.
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Wenn der Prozess 100 unter Bedingungen mit hohem Durchsatz, hoher Geschwindigkeit und Zeitdauer wiederholt wird, haben die Schritte 126, 128, 130 zur Folge, dass der PAT-Wert inkrementell durch eine Größe C6 von beispielsweise LPAT zu SSAT wandert und anschließend bei SSAT+/–C6 bleibt. Somit besitzt die Verwendung von Parameter C6 und der Schritten 126, 128, 130 die Wirkung, dass die Änderungsrate der PAT gesteuert wird, wenn das Fahrzeug in die Bedingungen mit hohem Durchsatz, hoher Geschwindigkeit und Zeitdauer eintritt und dort verbleibt. Somit passt die vorliegende Erfindung Variationen bei den Fahrzeugbetriebsbedingungen besser an. Die Parameter N, C3 steuern Verzögerungen (wie viele Schleifenzeiten), bevor der PAT-Übergang von einer Bedingung mit niedrigem Durchsatz, niedriger Geschwindigkeit zu hohem Durchsatz und hoher Geschwindigkeit beginnt, und C6 steuert, wie lange der Übergang dauert (beispielsweise wie viele Schleifenzeiten benötigt werden).
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Wie aus der vorhergehenden Beschreibung offensichtlich wird, existieren drei Situationen, bei denen der SSAT-Wert nicht verwendet wird: (a) wenn der Motor nicht aufgewärmt ist (Zustand mit niedriger Zeitdauer), wie durch Vergleich des ERT-Wertes mit der ERT-Schwelle C4 bestimmt wird, (b) wenn der MAF und die VSS zu niedrig sind (Bedingungen mit niedrigem Durchsatz und niedriger Geschwindigkeit), wie durch die Schwellenwerte C1, C2 definiert ist (112 macht IC > 0), und (c) wenn MAF, VSS unter Bedingungen mit hohem Durchsatz und hoher Geschwindigkeit sind, jedoch IC immer noch größer als Null ist (beispielsweise hat das Herunterzählen bei Schritt 110 begonnen, jedoch noch nicht Null erreicht). Für entweder (a), (b) oder (c) wird PAT gleich LPAT gesetzt, sofern IAT nicht kleiner als LPAT ist, woraufhin PAT gleich IAT gesetzt wird. Es ist erwünscht, dass, wenn IAT kleiner als PAT ist, unter allen Umständen PAT gleich IAT gesetzt wird.
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Wenn die MAF- und VSS-Werte hoch genug sind, damit sie gleich zu C1 und C2 sind bzw. diese überschreiten, dann verringert sich der Leerlaufzähler 248 um eine Größe C3 für jeden Zyklus von Prozess 100, bis er Null erreicht. Anschließend wird der SSAT-Wert erneut verwendet (siehe Schritt 122 wie auch folgendes). C3 wird im Wesentlichen auf die gleiche Weise wie die anderen Korrektur- oder Schwellenparameter durch Korrelation empirischer Messungen von Fahrzeugbetriebsvariablen MAF und VSS mit PAT- und AAT-Werten gewählt. C3 wird aus einer Nachschlagetabelle im Speicher 242 oder 246 oder an einer anderen Stelle im System erhalten.
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Die folgenden Werte von C1–C6, N, die lediglich beispielhaft und nicht beschränkend dargestellt sind, sind für einen typischen großen Personenkombi (engl. full sized truck) mit V8-Motor geeignet:
C1 = etwa 5 g/s,
C2 = etwa 20 MPH (etwa 32,2 km/h);
C3 = etwa 0,5 bis 2 Zählungen pro Softwareschleife abhängig von MAF;
C4 = etwa 10 Minuten;
C5 = etwa 5 bis 40 Grad Celsius abhängig von MAF, VSS;
C6 = etwa 0,1 Grad abhängig von MAF, VSS;
N = etwa 100 Zählungen.
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Allgemein sind die Werte von C1–C6, N für verschiedene Fahrzeug- und Motormodelle unterschiedlich. Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass diese Parameter ermöglichen, dass das Verfahren auf Fahrzeuge aller Typen angewendet werden kann, wobei unterschiedliche C1–C6-, N-Werte eine Kompensation vorsehen, die für die einzelnen Fahrzeugtypen angepasst ist, so dass die PAT-Werte in einem breiten Bereich von Betriebsbedingungen genau und zuverlässig sind.
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Da sich jeder Zyklus des Prozessflusses 100 wiederholt, während sich das Fahrzeug unter Bedingungen mit hoher Geschwindigkeit und hohem Durchsatz befindet, zählt der Leerlaufzähler 248 herunter, bis er Null erreicht. Die Rate, mit der er herunterzählt, hängt von C3 ab. Der Wert von C3, der verwendet wird, hängt von der MAF ab, wobei gilt, dass, je größer der Wert von MAF ist, um so größer der Parameter C3 ist, der verwendet werden soll. C3 ist ein Nachschlagewert, der aus dem Speicher abhängig von dem aktuellen MAF-Wert erhalten wird. Der Leerlaufzähler arbeitet abhängig von der Schleifenzeit LT zeitbasiert. Wenn ausreichend Schleifendurchgänge unter diesen Bedingungen erfolgen, erreicht IC schließlich Null.
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In Hinblick auf ERT, wenn der Motor weniger als etwa C4 Minuten betrieben worden ist, sind der Motorraum wie auch die umgebenden Teile nicht genug aufgewärmt worden, um die IAT groß zu verzerren. Daher wird für eine ERT kleiner als etwa C4 Minuten der IAT-Wert für die PAT verwendet, wenn sie kleiner als der LPAT-Wert ist, der vorher bestimmt wurde.
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Da sich jeder Zyklus des Prozessflusses 100 wiederholt, während sich das Fahrzeug unter Bedingungen mit niedriger Geschwindigkeit und niedrigem Durchsatz befindet, zählt der Leerlaufzähler 248 aufwärts. Je länger die Betriebsbedingungen in der Situation mit niedrigem Durchsatz und niedriger Geschwindigkeit bleiben, um so höher wird der IC-Wert bis zu einem Maximum von N. Die PAT-Werte bleiben gleich dem kleineren der IAT oder LPAT. Wenn der Fahrzeugbetrieb von niedriger Geschwindigkeit und niedrigem Durchsatz auf hohe Geschwindigkeit und hohen Durchsatz umschaltet, ist der Beginn des PAT-Wertes = IAT-C5+/–C6 verzögert, während der Leerlaufzähler 248 von einem Zählwert, der während des Betriebs mit niedrigem Durchsatz und niedriger Geschwindigkeit erreicht wurde, herunterzählt, bis er Null erreicht. Anschließend geht vorausgesetzt, dass ERT > C4 ist, PAT von IAT oder LPAT auf SSAT-C5+/–C6 über. Die Wirkung der Verwendung des Leerlaufzählers 248 auf die oben beschriebene Art und Weise besteht darin, den Beginn des Starts der Änderung der PAT-Werte in Richtung eines stationären Verhaltens zu verzögern. Somit sind das System 10 wie auch das Verfahren 100 anpassbar, d. h. die PAT-Werte hängen von dem näheren bisherigen Verlauf von Fahrzeugbetriebsbedingungen und aktuellen Betriebsbedingungen auf eine dynamische Art und Weise ab. Dies verbessert die PAT-Genauigkeit erheblich.
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Wenn MAF, VSS gleich den Schwellenwerten C1, C2 sind oder diese überschreiten und der Motor lang genug betrieben worden ist, erreicht der Leerlaufzähler 248 schließlich Null, und dann wird die gefilterte Vorhersage für stationären Zustand, die bei den Schritten 122, 126, 128, 130 bestimmt wird, verwendet. Der SSAT-Wert basiert auf der IAT, die um Größe C5 versetzt ist (Schritt 122). Die PAT-Werte sind dann eine gefilterte Version der SSAT. Mit ausreichend Zeit bei konstantem MAF, VSS, die die Schwellen C1, C2 überschreiten, ist die PAT gleich SSAT +/– C6. C6 ist ein Kalibrierungswert basierend auf einem Luftdurchsatz und beträgt typischerweise 0,1 Grad Celsius, wobei jedoch auch größere oder kleinere Werte verwendet werden können. Der Prozess 100 erhöht PAT zu jeder Schleifenzeit LT (beispielsweise alle 10 Sekunden) um eine Größe C6. Somit steuert C6 die Filter- oder Übergangsrate zwischen LPAT und SSAT. C6 wird bestimmt, während Daten für C5 gesammelt werden. Wenn ein Übergang zwischen Fahrbedingungen mit niedriger und hoher Geschwindigkeit und niedrigem und hohem Durchsatz erfolgt, wird C6 so eingestellt, dass der Übergang von PAT ähnlich dem gemacht wird, wie sich IAT ändert. Somit wird bei verlängerten Bedingungen im stationären Zustand mit hohem Durchsatz und hoher Geschwindigkeit PAT zu IAT-C5 +/– C6, was die AAT genau repliziert.
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Während der Leerlaufzähler 248 und die Schritte 108–116 verwendet werden, um PAT bei Startbedingungen und Bedingungen mit niedrigem Durchsatz und niedriger Geschwindigkeit auf eine adaptive Art und Weise einzustellen, die berücksichtigt, wie lange derartige Betriebsbedingungen bereits angedauert haben, ist die Verwendung des Leerlaufzählers 248 nicht wesentlich, und für Fachleute ist es offensichtlich, dass andere Mittel und Verfahren verwendet werden können. Beispielsweise kann das System 10 einige zurückliegende Kurzzeitdaten (beispielsweise 1 bis 20 Minuten) von MAF und VSS temporär halten, beispielsweise die Dauer der Bedingungen mit niedriger Geschwindigkeit und niedrigem Durchsatz (hier als (MAF, VSS)Verlauf), und diese in Verbindung mit aktuellen MAF, VSS-Werten (hier als (MAF, VSS)aktuell) in einer empirisch bestimmten Nachschlagetabelle oder Matrix verwenden, um eine Verzögerungszeit DT zu bestimmen, während die PAT weiterhin gleich der kleineren der IAT oder LPAT gesetzt wird. Genau wie bei der Verwendung des Leerlaufzählers 248 kann diese Ausführung DT-Werte vorsehen, die für unterschiedliche bisherige Betriebsverläufe und Betriebsbedingungen verschieden sind. Für Fachleute ist es auf Grundlage der vorliegenden Beschreibung offensichtlich, wie eine derartige Anordnung ausgebildet werden muss.
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Alternativ dazu kann, sobald ERT > C4 ist, der Wert von C5 und/oder C6 aus einer analogen Matrix gewählt werden, so dass der auf IAT angewendete Offset, um SSAT zu erhalten, neben anderen Dingen auch von einer Kombination des bisherigen Kurzzeit-Betriebsverlaufs, beispielsweise (MAF, VSS)Verlauf, und den aktuellen Bedingungen, beispielsweise (MAF, VSS)Aktuell, abhängt. Wenn der Prozess 100 im Schleifenbetrieb ist, aktualisieren sich die C5-Werte, wenn die Betriebsbedingungen geändert werden und der bisherige Betriebsverlauf alt wird, dahingehend, dass sie sich beispielsweise an die Werte annähern, die beispielsweise in dem fortgesetzten Diagramm von C1–C6-Werten aufgelistet sind. Für Fachleute ist es auf Grundlage der vorliegenden Beschreibung offensichtlich, wie eine derartige Anordnung ausgebildet werden muss.
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Bei einer noch weiteren Ausführung kann der für C6 verwendete Wert abhängig von (MAF, VSS)Verlauf geändert werden. Die Größe von C6 bestimmt die Anzahl von Schleifenrückführungszyklen, die erforderlich sind, damit sich die PAT-Werte an dem Übergang von niedrigen zu hohen Betriebsbedingungen PAT = IAT-C5 +/– C6 annähern. Durch Verwendung der C6-Werte, die von (MAF, VSS)Verlauf und/oder (MAF, VSS)Aktuell abhängen, können Übergangsbetriebszustände angepasst werden. Somit ist die vorliegende Erfindung nicht auf die bevorzugte Ausführungsform beschränkt, die einen Leerlaufzähler verwendet, sondern umfasst jegliches Mittel und Verfahren, wie beispielsweise, um eine dynamisch änderbare PAT-Übergangsverzögerung zwischen niedrigen und hohen Betriebszuständen vorzusehen, ist jedoch nicht auf diese alternativen Mittel und Verfahren, die oben beschrieben sind (oder deren Kombinationen) beschränkt. Für Fachleute ist es auf Grundlage der vorliegenden Beschreibung offensichtlich, wie eine derartige Anordnung ausgebildet werden muss.
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Somit ist es für Fachleute auf Grundlage der vorliegenden Beschreibung offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung ein flexibles und effektives Mittel und Verfahren vorsieht, um eine geschätzte oder vorhergesagte Umgebungslufttemperatur, die das Fahrzeug umgibt, zur Verwendung bei einer effizienten und effektiven Steuerung des Betriebs des Fahrzeugs zu erhalten, und dass eine derartige Vorhersage erhalten wird, ohne dass an dem Fahrzeug weitere Sensoren verwendet werden müssen oder andere Kosten entstehen. Dies ist darauf zurückzuführen, da die Sensoren und die Steuerung, die bei der Bestimmung der PAT verwendet werden, bereits an dem Fahrzeug vorhanden sind, und die Verarbeitungszeit und Ressourcen, die bei der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden, nur einen vernachlässigbaren zusätzlichen Aufwand für das Fahrzeugmanagementsystem darstellen.
