DE102019120493A1 - Verfahren zur Bereitstellung einer Messfunktion für eine Temperaturmessvorrichtung sowie Verwendung einer Messfunktion - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Bereitstellung einer Messfunktion (100) für eine Temperaturmessvorrichtung (10), wobei die nachfolgenden Schritte in einer Analysesituation durchgeführt werden, um anschließend die Temperaturmessvorrichtung (10) in einer Betriebssituation zur Messung mittels der Messfunktion (100) zu verwenden:- Durchführen eines Analysebetriebs eines Zielsystems (1), wobei eine Änderung einer Temperatur bei dem Zielsystem (1) initiiert wird,- Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs durch eine erste Messmethode (121), um wenigstens einen Temperaturreferenzwert (210) zu ermitteln, welcher für eine Referenz der Temperatur in der Analysesituation spezifisch ist,- Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs durch eine zweite Messmethode (122), um wenigstens einen Temperaturmesswert (220) zu ermitteln, welcher für die Messung in der Betriebssituation spezifisch ist,- Durchführen einer Verarbeitung (230) des wenigstens einen Temperaturreferenzwerts (210) und Temperaturmesswerts (220), um eine Analysefunktion (120) zur Simulation des wenigstens einen Temperaturmesswerts (220) aus dem wenigstens einen Temperaturreferenzwert (210) zu bestimmen,- Bestimmen der Messfunktion (100) zumindest aus der Analysefunktion (120).

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bereitstellung einer Messfunktion. Ferner bezieht sich die Erfindung auf eine Verwendung einer Messfunktion.
• Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass Temperaturmessungen bei Zielsystemen, wie z. B. Bauteilen in Fahrzeugen, aus Sicherheitsgründen durchgeführt werden. Beispielsweise erfolgt eine Abschaltung des Zielsystems, wenn die Temperaturmessung ergibt, dass eine vorgegebene Maximaltemperatur überschritten wird. Die für die Temperaturmessung genutzten Sensoren können jedoch aufgrund der Einbaulage und der Einbausituation thermisch nicht ideal angebunden sein. Zudem kann der verwendete Sensor eine prinzipbedingte Trägheit mit sich bringen. Daraus ergibt sich ein verzögertes Ansprechverhalten des Temperatursensors gegenüber der realen Temperatur.
• Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei der Temperaturmessung eines Zielsystems zumindest teilweise zu reduzieren. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Messung der Temperatur bei Zielsystemen, insbesondere bei Bauteilen von Fahrzeugen, zu ermöglichen.
• Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verwendung, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
• Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zur Bereitstellung einer Messfunktion für eine Temperaturmessvorrichtung (vorzugsweise zur Parametrisierung der Temperaturmessvorrichtung). Damit kann die Messfunktion die Durchführung einer Temperaturmessung durch die Temperaturmessvorrichtung beeinflussen und/oder verbessern.
• Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die nachfolgenden Schritte in einer Analysesituation durchgeführt werden, um anschließend die Temperaturmessvorrichtung in einer Betriebssituation zur Messung (Temperaturmessung) mittels der Messfunktion zu verwenden:
• - Durchführen eines Analysebetriebs eines Zielsystems, wobei eine Änderung einer Temperatur bei dem Zielsystem initiiert wird, z. B. durch das Betreiben des Zielsystems mit höchster Last bzw. Leistung, oder einer Last- bzw. Leistungssprunganregung.
• - Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs durch eine erste Messmethode, um wenigstens einen Temperaturreferenzwert zu ermitteln, welcher für eine Referenz der Temperatur in der Analysesituation spezifisch ist, also insbesondere für die „reale“ Temperatur,
• - Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs durch eine zweite Messmethode, um wenigstens einen Temperaturmesswert zu ermitteln, welcher für die Messung in der Betriebssituation spezifisch ist, wobei vorzugsweise die Erfassung durch die erste und zweite Messmethode zu (ungefähr) gleichen Zeitpunkten erfolgt, sodass der Temperaturmesswert und der Temperaturreferenzwert als Messgröße die gleiche Temperaturen betreffen,
• - Durchführen einer (insbesondere computergestützten digitalen Signal-) Verarbeitung des wenigstens einen Temperaturreferenzwerts und Temperaturmesswerts, um eine Analysefunktion, insbesondere Übertragungsfunktion, zur Simulation (insbesondere Berechnung) des wenigstens einen Temperaturmesswerts aus dem wenigstens einen Temperaturreferenzwert zu bestimmen,
• - Bestimmen (insbesondere computergestütztes Berechnen) der Messfunktion zumindest aus der Analysefunktion.
• Die vorgenannten Schritte können wiederholt und/oder nacheinander (in der angegebenen Reihenfolge) und/oder in beliebiger Reihenfolge durchgeführt werden, vorzugsweise automatisiert durch einen Computer. Auch ist es denkbar, dass einzelne der Schritte wiederholt werden.
• Damit der Temperaturmesswert und der Temperaturreferenzwert als Messgröße die gleiche Temperaturen betreffen, kann es vorgesehen sein, dass die Erfassung durch die erste und zweite Messmethode zeitsynchron erfolgt, oder alternativ bei nicht zeitsynchronen Signalen die Signale (also der Temperaturmesswert und der Temperaturreferenzwert) nachträglich durch eine Datenauswertung synchronisiert werden. Somit kann es erforderlich sein, dass die Laufzeitunterschiede der Signale bekannt sind oder ermittelt werden.
• Die Messfunktion kann ein Computerprogramm und/oder eine Parametrisierung und/oder eine Berechnungsmethode und/oder ein Modell und/oder eine Konfiguration für die Temperaturmessvorrichtung umfassen. Die Messfunktion kann z. B. in einen nicht-flüchtigen Datenspeicher der oder wenigstens einer anderen Temperaturmessvorrichtung gespeichert werden. Auf diese Weise kann das Bereitstellen der Messfunktion abgeschlossen werden. Dies ermöglicht es zudem, die Messfunktion für die Messung in der Betriebssituation - z. B. durch einen Mikrocontroller und/oder einen Prozessor und/oder eine andere Verarbeitungsvorrichtung der jeweiligen Temperaturmessvorrichtung - abzurufen. Auf diese Weise kann die Temperaturmessvorrichtung mittels der Messfunktion zur Messung verwendet werden. Die Temperaturmessvorrichtung umfasst z. B. auch ein Steuergerät eines Fahrzeuges und/oder ist mit einem solchen Steuergerät in der Betriebssituation verbunden. Unter der Parametrisierung kann auch die Bereitstellung eines Wertes für jeweilige Koeffizienten des Modells (z. B. eines Ersatzmodells) verstanden werden.
• In der Analysesituation kann zur Entwicklung der Messfunktion neben der Temperaturmessvorrichtung zusätzlich eine Analysemessvorrichtung vorgesehen sein. Die Temperaturmessvorrichtung kann die Ermittlung des Temperaturmesswerts (durch die zweite Messmethode), und die Analysemessvorrichtung die Ermittlung des Temperaturreferenzwerts (durch die erste Messmethode) durchführen. Die Analysemessvorrichtung kann hierzu wenigstens ein Präzisionssensorelement aufweisen, welches zur sehr genauen Temperaturmessung in einer Weise in das Zielsystem angeordnet wird, wie es in der Betriebssituation aus praktischen Gründen nicht möglich ist. Beispielsweise kann hierzu das Zielsystem auch modifiziert sein (z. B. ein Gehäuse des Zielsystems geöffnet sein oder für eine Funkverbindung wie bei einer Telemetrie-Messtechnik angepasst sein, um Temperatursignale mit den Temperaturreferenz- und/oder messwerten über Funk zu übertragen, oder eine angebohrte bzw. baulich veränderte Welle des Zielsystems genutzt werden, um Sensorleitungen und Thermoelemente zu verbauen), sodass es in diesem Zustand für die Betriebssituation nicht geeignet ist. Als Präzisionssensorelement kommen z. B. hochpräzise Thermoelemente infrage. In der Betriebssituation kann auf die Präzisionssensorelemente bzw. auf die Analysemessvorrichtung daher verzichtet werden.
• Die erste Messmethode kann sich auf eine hochgenaue Messmethode durch eine Analysemessvorrichtung beziehen, und die zweite Messmethode auf eine weniger genaue Messmethode durch die Temperaturmessvorrichtung. Insbesondere die
  Analysemessvorrichtung eignet sich dabei für die Analysesituation, um die Messfunktion zu entwickeln (bspw. unter Laborbedingungen), jedoch aus praktischen Gründen (z. B. Kosten oder aufgrund der ersten Messmethode, wenn diese funktionsbeschränkende Eingriffe in das Zielsystem erfordert) nicht für die Betriebssituation.
• Es kann möglich sein, dass der Temperaturreferenzwert (aufgrund der hochgenauen Messung) für die reale Temperatur spezifisch, und der Temperaturmesswert (aufgrund der weniger genauen Messung und/oder des Einsatzes der für die Betriebssituation vorgesehenen Temperaturmessvorrichtung) für die in der Betriebssituation gemessene Temperatur spezifisch ist. Damit ist konkret gemeint, dass die Temperaturmesswerte in der Analysesituation die durch die Messung in der Betriebssituation gemessenen Temperaturwerte (d. h. Temperaturmesswerte in der Betriebssituation) - z. B. hinsichtlich der Genauigkeit und/oder Abweichung und/oder Verzögerung zur realen Temperatur - für die Analysesituation repräsentieren. In der Betriebssituation (also „im Feld“, d. h. beim bestimmungsgemäßen Betrieb eines Zielsystems, und nicht in der Analysesituation) können die ermittelten Temperaturmesswerte von der realen Temperatur deutlich abweichen, und ggf. nur verzögert der realen Temperatur beim Zielsystem folgen. Dies hat zur Folge, dass auf kritische Situation ggf. zu spät reagiert werden kann. Die Temperaturmessvorrichtung ist bspw. zur Messung der Temperatur mit dem Zielsystem verbunden, und ebenfalls zur Übermittlung des Temperaturmesswerts und/oder einer anderen Information mit einem Steuergerät oder dergleichen verbunden. Auf diese Weise kann das Steuergerät eine Sicherheitsfunktion (wie eine Abschaltung des Zielsystems) durchführen, wenn der wenigstens eine Temperaturmesswert eine Schwelle überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Abschaltung auch schon dann erfolgen, wenn der Temperaturmesswert (also der „ungenaue“ Messwert) in einem bestimmten Temperaturbereich liegt, und der gemessene Temperaturgradient zu groß wird. Daher kann die Abschaltung des Zielsystems ggf. auch nicht alleine auf Basis eines Schwellenwertes erfolgen, sondern bspw. auch auf Basis einer Berechnungsgröße, welche durch den Temperaturmesswert und der Analyse- bzw. Übertragungsfunktion gespeist wird. Daher ist es ggf. notwendig, das Überschreiten der Schwelle durch die reale Temperatur mit geringer Verzögerung anhand der Temperaturmesswerte zu detektieren. Daher kann die Messfunktion genutzt werden, um diese Abweichung und/oder Verzögerung zu reduzieren. Hierzu kann die Messfunktion aus den in der Betriebssituation ermittelten Temperaturmesswerten die Temperaturreferenzwerte (und damit annähernd die reale Temperatur) berechnen.
• Unter Temperaturmesswert und/oder Temperaturreferenzwert kann im Rahmen dieser Erfindung jeweils auch ein zeitlicher Temperaturverlauf verstanden werden, welcher entsprechend mehrere Temperaturmesswerte und/oder Temperaturreferenzwerte umfasst.
• Vorteilhaft ist es zudem, wenn das Fahrzeug als ein Kraftfahrzeug, insbesondere gleisloses Landkraftfahrzeug, ausgebildet ist. So kann das Fahrzeug z. B. als ein Hybridfahrzeug, das eine Brennkraftmaschine und eine oder mehrere Elektromaschinen zur Traktion umfasst, oder als ein (reines) Elektrofahrzeug ausgebildet sein. Vorzugsweise kann das Fahrzeug mit einem Hochvolt-Bordnetz und/oder einem oder mehreren Elektromotoren ausgeführt sein. Auch kann das Fahrzeug als ein Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildet sein. Es kann sich weiter bei dem Fahrzeug um ein Personenkraftfahrzeug oder Lastkraftfahrzeug handeln. Bevorzugt ist bei Ausführungsformen von Elektrofahrzeugen kein Verbrennungsmotor beim Fahrzeug vorgesehen, es wird dann ausschließlich durch elektrische Energie angetrieben.
• Es kann von Vorteil sein, wenn im Rahmen der Erfindung der Temperaturmesswert durch die zweite Messmethode mit einer größeren Abweichung von der Temperatur ermittelt wird als der Temperaturreferenzwert durch die erste Messmethode, sodass der Temperaturreferenzwert als die Referenz der Temperatur nur für die Analysesituation und nicht für die Betriebssituation verwendet wird. Beispielsweise kann der wenigstens eine Temperaturreferenzwert durch eine Analysemessvorrichtung ermittelt werden, welche nur in der Analysesituation (z. B. im Labor) verfügbar ist, d. h. insbesondere nicht für die Betriebssituation. Allerdings bietet der Temperaturreferenzwert dann eine sehr gute Annäherung an die reale Temperatur beim Zielsystem. Entsprechend kann der Temperaturreferenzwert als Referenz genutzt werden, um die reale Temperatur beim Zielsystem zu repräsentieren.
• Ferner ist es denkbar, dass die Messfunktion ein thermisches Ersatzmodell verwendet, um ein Übertragungsverhalten zwischen dem Temperaturmesswert und dem Temperaturreferenzwert abzubilden. Auf diese Weise kann der in der Betriebssituation ebenfalls durch die zweite Messmethode ermittelte Temperaturmesswert dazu dienen, die durch den Temperaturreferenzwert repräsentierte reale Temperatur des Zielsystems annähernd durch das Ersatzmodell bzw. durch die Messfunktion zu bestimmen. Dabei kann das Zielsystem auch in der Betriebssituation vorgesehen sein, wobei es sich hierbei nicht zwingend um das identische Zielsystem handeln muss, welches auch in der Analysesituation verwendet wird. Es kann sich in anderen Worten in beiden Situationen um ein bestimmtes oder ähnlichen System und insbesondere Bauteil, wie ein Elektromotor, jedoch nicht zwingend um das identische System bzw. Bauteil handeln.
• Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass im Analysebetrieb die Änderung der Temperatur durch eine Anregung initiiert wird, und/oder die Änderung der Temperatur in der Form eines quasi-sprunghaften Anstiegs der Temperatur bei dem Zielsystem (1) initiiert wird, z. B. bei einem Lastsprung von einem Lastpunkt zu einem anderen, oder durch Initiierung eines Temperatursprungs durch ein Öffnen oder Schließen eines Ventils, welches eine sprunghafte Änderung z. B. eines Kühlmediums erzeugt. Die kann dazu dienen, den wenigstens einen Temperaturreferenzwert und/oder Temperaturmesswert in der Form einer Sprungantwort des Zielsystems zu ermitteln. Auf diese Weise kann das Wärmeübertragungsverhalten mittels der Sprungantwort des Zielsystems analysiert werden. Hierzu kann in der Analysesituation eine Verwendung eines Sonderaufbaus mit Präzisionssensorelementen (z. B. hochpräzisen dynamischen Thermoelementen) im jeweiligen Zielsystem (z. B. einem Bauteil wie ein Elektromotor) vorgesehen sein. Für den sprunghaften Anstieg kann z. B. eine Umschaltung von einem Kühlmittelvorratsbehälter (z. B. mit einer Temperatur von 20°C) auf einen anderen Behälter (z. B. mit 40°C) erfolgen. Die Anregung kann optional eine der folgenden Anregungen umfassen: Eine Sprunganregung, eine Impulsanregung, eine Sinusanregung, oder eine weitere Anregungsform. Unter einer sprunghaften Änderung wird selbstverständlich eine nicht-ideale also „quasi-‟sprunghafte Änderung verstanden, wie sie in realen Systemen möglich ist. Daher kann die Anregung auch als eine Quasi-Sprunganregung verstanden werden. Eine solche Quasi-Sprunganregung kann z. B. erzeugt werden durch eine sprunghafte Änderung des Betriebspunktes, und damit verbunden eine sprunghafte Änderung des Wärmeeintrags in dem Zielsystem, oder auch durch ein gezieltes Schließen und Öffnen von Ventilen mit zuvor „befüllten“ thermischen Speichern (z. B. Kühlmittel). Durch die Umschaltung eines Ventils kann ferner von einer Kühlmittel-Temperatur auf eine andere „gesprungen“ werden, um eine Temperaturänderung zu erhalten.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Temperaturreferenzwert dadurch für die Referenz der Temperatur in der Analysesituation spezifisch ist, dass das Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs durch die erste Messmethode durch wenigstens ein Präzisionssensorelement erfolgt, um den jeweiligen Temperaturreferenzwert als hochpräzisen Temperaturwert zu ermitteln, welcher einem realen Temperaturwert der Temperatur im Wesentlichen entspricht. In anderen Worten kann die erste Messmethode den wenigstens einen Temperaturreferenzwert in der Form eines hochpräzisen Temperaturwerts ermitteln. Unter einem hochpräzisen Temperaturwert wird somit insbesondere ein solcher Temperaturwert verstanden, welcher dem realen Temperaturwert der Temperatur bei dem Zielsystem mit höherer Annäherung entspricht, als der Temperaturmesswert.
• Es kann optional möglich sein, dass der wenigstens eine Temperaturmesswert dadurch für die Messung in der Betriebssituation spezifisch ist, dass für das Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs die zweite Messmethode einer Messmethode zur Messung in der Betriebssituation außerhalb der Analysesituation entspricht, wobei vorzugsweise in der Betriebssituation (im Gegensatz zur Analysesituation) auf die erste Messmethode verzichtet wird, bevorzugt ein Präzisionssensorelement der ersten Messmethode nicht für die Messung verfügbar ist. In anderen Worten kann die zweite Messmethode in der Analysesituation den wenigstens einen Temperaturmesswert ermitteln, um einen solchen wenigstens einen Temperaturmesswert für die Analysesituation bereitzustellen, welcher auch in der Betriebssituation durch die Messung ermittelt wird. Somit wird die zweite Messmethode der Betriebssituation zur Analyse bereitgestellt.
• Weiter ist im Rahmen der Erfindung denkbar, dass das Durchführen der Verarbeitung des wenigstens einen Temperaturreferenzwerts und Temperaturmesswerts zumindest die nachfolgenden Schritte umfasst:
• - Abbilden eines Übertragungsverhaltens zwischen der Referenz anhand des Temperaturreferenzwerts und der Messung anhand des Temperaturmesswerts durch ein thermisches Ersatzmodell, um durch das Ersatzmodell aus dem wenigstens einen Temperaturreferenzwert den wenigstens einen Temperaturmesswert zu simulieren,
• - Anpassen von Koeffizienten des Ersatzmodells durch eine Optimierungsmethode, sodass der Fehler zwischen dem simulierten Temperaturmesswert und dem ermittelten Temperaturmesswert minimiert wird, um die Analysefunktion zu bestimmen, welche hierdurch für das Übertragungsverhalten spezifisch ist.
• Optional kann als ein weiterer Schritt für das Durchführen der Verarbeitung des wenigstens einen Temperaturreferenzwerts und Temperaturmesswerts vorgesehen sein, dass die Analysefunktion und insbesondere das daraus final erstellte Modell getestet wird, z. B. dadurch, dass wiederholt in der Betriebssituation in den „Analysebetrieb“ gewechselt wird. Hierzu kann bspw. eine speziell ausgestatte E-Maschine im Fahrzeug vorgesehen sein, die neben der serienmäßig „ungenauen“ Messtechnik auch einen Präzisionssensor und die zuvor entwickelte Berechnungsmethodik zur Durchführung der Temperaturerfassung und/oder Verarbeitung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst. So dass das Modell schlussendlich auch in Situationen getestet werden kann, die u.U. im ersten Analysebetrieb noch nicht enthalten waren. Dabei handelt es sich somit um eine Modellvalidierung als weiterer Schritt.
• Das thermische Ersatzmodell kann z. B. in der Form eines thermischen RC-Netzwerks (Widerstand/Kondensator) vom Grad 1 oder mehr gebildet werden, welches somit das Übertragungsverhalten zwischen „realer“ und gemessener Temperatur abbilden kann. Es können mindestens ein oder mindestens zwei oder mindestens 30 oder mindestens 60 Koeffizienten des Ersatzmodells vorgesehen sein, welche durch die Optimierungsmethode bestimmt werden können. Die Optimierungsmethode kann z.B. einen Optimierungsalgorithmus umfassen, welcher die Koeffizienten derart anpasst, dass die Abweichung zwischen dem simulierten Temperaturmesswert (simulierte Temperatur) und dem ermittelten Temperaturmesswert (gemessene Temperatur) minimiert wird. Das auf diese Weise gebildete Ersatzmodell (parametrisiert durch die Koeffizienten) kann somit näherungsweise das Übertragungsverhalten zwischen gemessener und „realer“ Temperatur abbilden.
• Außerdem ist es von Vorteil, wenn das Bestimmen der Messfunktion zumindest aus der Analysefunktion zumindest den nachfolgenden Schritt umfasst:
• - Anpassen der Analysefunktion, um das Übertragungsverhalten zu invertieren, um anhand des Ersatzmodells aus dem wenigstens einen Temperaturmesswert den wenigstens einen Temperaturreferenzwert zu simulieren, um die Messfunktion bereitzustellen,
wobei insbesondere in der Betriebssituation zur Messung mittels der zuvor bereitgestellten Messfunktion die nachfolgenden Schritte wiederholt durchgeführt werden:
• - Erfassen der Temperatur durch die zweite Messmethode, um den wenigstens einen Temperaturmesswert zu ermitteln,
• - Durchführen einer Signalnachbearbeitung des wenigstens einen ermittelten Temperaturmesswerts.
• Die Analysefunktion kann z. B. als Übertragungsfunktion ausgebildet sein, sodass durch das Anpassen der Analysefunktion die inverse Übertragungsfunktion gebildet wird (Modellinvertierung). Auf diese Weise kann das Übertragungsverhalten invertiert werden, um nun „rückwärts“ durch das Ersatzmodell von der gemessenen Temperatur auf die „reale“ Temperatur schließen zu können. Die Invertierung kann erforderlich sein, wenn die „reale“ Temperatur nicht als Messgröße in der Betriebssituation vorliegt. Auch kann optional eine Signalnachbearbeitung der gemessenen Temperatur erforderlich sein. Die Signalnachbearbeitung umfasst z. B. eine Filterung (insbesondere durch einen frequenzabhängigen Filter, vorzugsweise einen Tiefpass-Filter, um insbesondere das Nutzsignal von einer Störung trennen zu können) und/oder die Bestimmung eines gleitenden Mittelwerts oder dergleichen, um eine hinreichend genaue Vorhersagegüte der „realen“ Temperatur zu ermöglichen.
• Weiter kann es zur Erhöhung der Modellstabilität in der Betriebssituation (also im Betrieb) vorgesehen sein, dass eine aufkumulierende Modellabweichung bzw. eine Modelldrift durch die Messfunktion berücksichtigt wird. Bspw. kann die zuvor beschriebene Modellinvertierung für ein Übertragungsverhalten ohne tilgendes Glied sorgen. Daher kann optional ein Tilgungsglied in die Messfunktion integriert werden.
• Von weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Zielsystem als ein Bauteil eines Fahrzeuges, vorzugsweise als ein Elektromotor, ausgeführt ist, und bevorzugt zur Ermittlung des Temperaturmesswertes durch die zweite Messmethode wenigstens ein Sensorelement im Bereich einer Statorwicklung des Elektromotors vorgesehen ist. Damit kann die Messfunktion zur Überwachung der Temperatur des Bauteils genutzt werden, um eine sicherheitsrelevante Funktion des Fahrzeuges anhand der Überwachung zu aktivieren (wie eine Abschaltung des Zielsystems).
• Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist eine Verwendung einer Messfunktion bei einem Fahrzeug, insbesondere für eine Temperaturmessung bei einem Zielsystem in der Form eines Elektromotors des Fahrzeuges. Hierbei ist vorgesehen, dass die Messfunktion durch ein erfindungsgemäßes Verfahren bereitgestellt wird. Damit bringt die erfindungsgemäße Verwendung die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Verfahren beschrieben worden sind.
• Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung zur Visualisierung von Verfahrensschritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 2 eine weitere schematische Darstellung zur Visualisierung von Verfahrensschritten eines erfindungsgemäßen Verfahrens,
• 3 eine schematische Darstellung eines Temperaturverlaufs,
• 4 eine schematische Darstellung eines Ersatzmodells,
• 5 eine schematische Darstellung eines Zielsystems eines Fahrzeuges.
• In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.
• In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bereitstellung einer Messfunktion 100 für eine Temperaturmessvorrichtung 10 visualisiert. Dabei werden die nachfolgenden Schritte in einer Analysesituation durchgeführt, um anschließend die Temperaturmessvorrichtung 10 in einer Betriebssituation zur Messung mittels der Messfunktion 100 zu verwenden. Gemäß einem ersten Verfahrensschritt 501 erfolgt ein Durchführen eines Analysebetriebs eines Zielsystems 1, wobei eine Änderung einer Temperatur bei dem Zielsystem 1 initiiert wird. Gemäß einem zweiten Verfahrensschritt 502 erfolgt ein Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs durch eine erste Messmethode 121, um wenigstens einen Temperaturreferenzwert 210 zu ermitteln, welcher für eine Referenz der Temperatur in der Analysesituation spezifisch ist. Anschließend erfolgt gemäß einem dritten Verfahrensschritt 503 ein Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs durch eine zweite Messmethode 122, um wenigstens einen Temperaturmesswert 220 zu ermitteln, welcher für die Messung in der Betriebssituation spezifisch ist. Gemäß einem vierten Verfahrensschritt 504 erfolgt ein Durchführen einer Verarbeitung 230 des wenigstens einen Temperaturreferenzwerts 210 und Temperaturmesswerts 220, um eine Analysefunktion 120 zur Simulation des wenigstens einen Temperaturmesswerts aus dem wenigstens einen Temperaturreferenzwert 210 zu bestimmen. Sodann erfolgt gemäß einem fünften Verfahrensschritt 505 ein Bestimmen der Messfunktion 100 zumindest aus der Analysefunktion 120.
• Gemäß 2 kann das Durchführen der Verarbeitung 230 des wenigstens einen Temperaturreferenzwerts 210 und Temperaturmesswerts 220 zumindest die nachfolgenden Schritte umfassen:
• - Abbilden eines Übertragungsverhaltens zwischen der Referenz anhand des Temperaturreferenzwerts 210 und der Messung anhand des Temperaturmesswerts 220 durch ein thermisches Ersatzmodell, um durch das Ersatzmodell aus dem wenigstens einen Temperaturreferenzwert 210 den wenigstens einen Temperaturmesswert 250 zu simulieren,
• - Anpassen von Koeffizienten des Ersatzmodells durch eine Optimierungsmethode, sodass der Fehler zwischen dem simulierten Temperaturmesswert 250 und dem ermittelten Temperaturmesswert 220 minimiert wird, um die Analysefunktion 120 zu bestimmen, welche hierdurch für das Übertragungsverhalten spezifisch ist.
• Außerdem kann gemäß 2 das Bestimmen der Messfunktion 100 (s. 1) zumindest aus der Analysefunktion 120 zumindest den nachfolgenden Schritt umfassen:
• - Anpassen der Analysefunktion 120, um das Übertragungsverhalten zu invertieren, um anhand des Ersatzmodells aus dem wenigstens einen Temperaturmesswert 220 den wenigstens einen Temperaturreferenzwert 251 zu simulieren, um die Messfunktion 100 bereitzustellen.
• Dabei können in der Betriebssituation zur Messung mittels der zuvor bereitgestellten Messfunktion 100 die nachfolgenden Schritte wiederholt durchgeführt werden:
• - Erfassen der Temperatur durch die zweite Messmethode 122, um den wenigstens einen Temperaturmesswert 220 zu ermitteln,
• - Durchführen einer Signalnachbearbeitung des wenigstens einen ermittelten Temperaturmesswerts 220.
• In 3 ist schematisch ein zeitlicher Verlauf von Temperaturreferenzwerten 210, Temperaturmesswerten 220 und simulierten Temperaturmesswerten 250 gezeigt. Die simulierten Temperaturmesswerte 250 können aus den Temperaturreferenzwerten 210 mittels eines in 4 gezeigten Ersatzmodels berechnet werden. Gemäß der Optimierungsmethode kann der Unterschied zwischen den Werten 250 und 220 minimiert werden. In 4 ist das Ersatzmodell beispielhaft mit einem Widerstand R und einer Kapazität C gezeigt. Die Kapazität C kann dabei für eine thermische Masse bzw. einen thermischen Speicher bei der Temperaturübertragung spezifisch sein. Die Abweichung der Temperaturmesswerte 220 zu den Temperaturreferenzwerten 210 kann z. B. durch die unterschiedliche Positionierung der Sensorelemente 30 der Temperaturmessvorrichtung 10 zu den Präzisionssensorelementen 20 begründet sein. Die Sensorelemente 30 sind z. B. Temperatursensoren in der Form von Widerstandssensoren, Thermoelementen oder dergleichen.
• Für die Verarbeitung 230 kann z. B. eine Optimierungsmethode zur Optimierung der Koeffizienten des in 4 gezeigten Ersatzmodells durchgeführt werden. Hierbei kann z. B. die Berechnung einer Wärmeenergie und/oder eines Wärmestroms durch das Ersatzmodell herangezogen werden. Die Berechnung des Wärmestroms erfolgt z. B. zumindest teilweise dadurch, dass die Differenz zwischen dem simulierten Temperaturmesswert 250 und dem gemessenen Temperaturreferenzwert 210 ermittelt und durch den Widerstand R geteilt wird. Die Berechnung der Wärmeenergie erfolgt z. B. zumindest teilweise dadurch, dass der simulierte Temperaturmesswert 250 mit der Kapazität C multipliziert wird. Der Wärmestrom steht ferner mit der Wärmeenergie in Beziehung, insbesondere als die Ableitung der Wärmeenergie nach der Zeit. Anhand dieser Berechnungen können die Koeffizienten R und C optimiert werden.
• Das vorgenannte Ersatzmodell kann invertiert werden, um die invertierte Übertragungsfunktion zu erhalten bzw. um das Übertragungsverhalten zu invertieren. Auf diese Weise erfolgt somit beispielhaft die Anpassung der Analysefunktion 120 gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. Mit X = 1/RC, Tsim als simulierter Temperaturmesswert 250 und Ts als Ableitung des simulierten Temperaturmesswerts 250 nach der Zeit sowie Treal als Temperaturreferenzwert 210 kann sich die folgende Differentialgleichung ergeben: $$\text{Ts}\left(\text{t}\right)\text{/X}+\text{Tsim}\left(\text{t}\right)=\text{Treal}$$

  
• Jetzt wird der simulierte Temperaturmesswert 250 durch die in der Betriebssituation gemessenen Temperatur (Temperaturmesswert 220) ersetzt, da nur diese gemessene Temperatur (und nicht der Temperaturreferenzwert 210 bzw. der daraus simulierte Temperaturmesswert 250) in der Betriebssituation vorliegt. Nachfolgend ergibt sich mit Tgemessen als Temperaturmesswert 220 und Tg als Ableitung von Tgemessen nach der Zeit: $$\text{Ts}\left(\text{t}\right)\text{/X}+\text{Tgemessen}\left(\text{t}\right)=\text{Treal}\text{.}$$

  
• Zur Prognose von Treal wird somit durch die Messfunktion 100 die zeitliche Ableitung des gemessenen Signals gebildet. Diese kann z. B. gebildet werden durch die Differenz zweier zeitlich nachfolgender gemessener Temperaturwerte geteilt durch deren zeitlicher Differenz (diskrete Ableitung) in der Betriebssituation. Dabei kann auch die Signalnachbearbeitung dieses Signals erfolgen.
• Außerdem kann ein Tilgungsglied für die Modellinvertierung etabliert werden. Hierzu kann z. B. das Integral der Modellabweichung gebildet werden, und in die Steuerung mit einfließen (entsprechend einem I- bzw. Integrator-Anteil im Übertragungsverhalten). Alternativ oder zusätzlich kann eine regelmäßige Reinitialisierung des Ersatzmodells in der Betriebssituation (z. B. im Fahrbetrieb des Fahrzeuges) durchgeführt werden. Auch ist es möglich, dass ein externer Regelkreis mit einem I- bzw. Integrator-Anteil aufgebaut wird, welcher den Prognosewert nachbearbeitet und eine Modelldrift verhindert. Auch eine Kombination dieser Möglichkeiten ist denkbar. Die Reinitialisierung kann z. B. nach wählbaren Ereignissen erfolgen, z. B. regelmäßig in einem bestimmten zeitlichen Raster, oder eventgesteuert nach einem Überschreiten einer maximalen Abweichung zwischen dem Temperaturmesswert und der Rechengröße.
• In 5 ist gezeigt, dass das Zielsystem 1 als ein Bauteil eines Fahrzeuges 2, vorzugsweise als ein Elektromotor 3, ausgeführt ist, und bevorzugt zur Ermittlung des Temperaturmesswertes 220 durch die zweite Messmethode 122 wenigstens ein Sensorelement 30 im Bereich einer Statorwicklung 4 des Elektromotors 3 vorgesehen ist. Damit ist auch eine erfindungsgemäße Verwendung einer Messfunktion 100 bei einem Fahrzeug 2 repräsentiert, insbesondere für eine Temperaturmessung bei einem Zielsystem 1 in der Form eines Elektromotors 3 des Fahrzeuges 2, wobei die Messfunktion 100 durch ein erfindungsgemäßes Verfahren bereitgestellt wird.
• Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
• Bezugszeichenliste

1

Zielsystem, E-Motor

2

Fahrzeug

3

Elektromotor

4

Statorwicklung

10

Temperaturmessvorrichtung

20

Präzisionssensorelement

30

Sensorelement

100

Messfunktion

120

Analysefunktion

121

erste Messmethode

122

zweite Messmethode

210

Temperaturreferenzwert

220

Temperaturmesswert

230

Verarbeitung

250

simulierter Temperaturmesswert

251

simulierter Temperaturreferenzwert

Claims (10)

1. Verfahren zur Bereitstellung einer Messfunktion (100) für eine Temperaturmessvorrichtung (10), wobei die nachfolgenden Schritte in einer Analysesituation durchgeführt werden, um anschließend die Temperaturmessvorrichtung (10) in einer Betriebssituation zur Messung mittels der Messfunktion (100) zu verwenden: - Durchführen eines Analysebetriebs eines Zielsystems (1), wobei eine Änderung einer Temperatur bei dem Zielsystem (1) initiiert wird, - Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs durch eine erste Messmethode (121), um wenigstens einen Temperaturreferenzwert (210) zu ermitteln, welcher für eine Referenz der Temperatur in der Analysesituation spezifisch ist, - Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs durch eine zweite Messmethode (122), um wenigstens einen Temperaturmesswert (220) zu ermitteln, welcher für die Messung in der Betriebssituation spezifisch ist, - Durchführen einer Verarbeitung (230) des wenigstens einen Temperaturreferenzwerts (210) und Temperaturmesswerts (220), um eine Analysefunktion (120) zur Simulation des wenigstens einen Temperaturmesswerts (220) aus dem wenigstens einen Temperaturreferenzwert (210) zu bestimmen, - Bestimmen der Messfunktion (100) zumindest aus der Analysefunktion (120).
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturmesswert (220) durch die zweite Messmethode (122) mit einer größeren Abweichung von der Temperatur ermittelt wird als der Temperaturreferenzwert (210) durch die erste Messmethode (121), sodass der Temperaturreferenzwert (210) als die Referenz der Temperatur nur für die Analysesituation und nicht für die Betriebssituation verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfunktion (100) ein thermisches Ersatzmodell verwendet, um ein Übertragungsverhalten zwischen dem Temperaturmesswert (220) und dem Temperaturreferenzwert (210) abzubilden.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Analysebetrieb die Änderung der Temperatur durch eine Anregung initiiert wird, und/oder die Änderung der Temperatur in der Form eines quasi-sprunghaften Anstiegs der Temperatur bei dem Zielsystem (1) initiiert wird, um den wenigstens einen Temperaturreferenzwert (210) und/oder Temperaturmesswert (220) in der Form einer Sprungantwort des Zielsystems (1) zu ermitteln.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Temperaturreferenzwert (210) dadurch für die Referenz der Temperatur in der Analysesituation spezifisch ist, dass das Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs durch die erste Messmethode (121) durch wenigstens ein Präzisionssensorelement (20) erfolgt, um den jeweiligen Temperaturreferenzwert (210) als hochpräzisen Temperaturwert zu ermitteln, welcher einem realen Temperaturwert der Temperatur im Wesentlichen entspricht.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Temperaturmesswert (220) dadurch für die Messung in der Betriebssituation spezifisch ist, dass für das Erfassen der Temperatur während des Analysebetriebs die zweite Messmethode (122) einer Messmethode zur Messung in der Betriebssituation außerhalb der Analysesituation entspricht, wobei vorzugsweise in der Betriebssituation auf die erste Messmethode (121) verzichtet wird, bevorzugt ein Präzisionssensorelement (20) der ersten Messmethode (121) nicht für die Messung verfügbar ist.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchführen der Verarbeitung (230) des wenigstens einen Temperaturreferenzwerts (210) und Temperaturmesswerts (220) zumindest die nachfolgenden Schritte umfasst: - Abbilden eines Übertragungsverhaltens zwischen der Referenz anhand des Temperaturreferenzwerts (210) und der Messung anhand des Temperaturmesswerts (220) durch ein thermisches Ersatzmodell, um durch das Ersatzmodell aus dem wenigstens einen Temperaturreferenzwert (210) den wenigstens einen Temperaturmesswert (250) zu simulieren, - Anpassen von Koeffizienten des Ersatzmodells durch eine Optimierungsmethode, sodass der Fehler zwischen dem simulierten Temperaturmesswert (250) und dem ermittelten Temperaturmesswert (220) minimiert wird, um die Analysefunktion (120) zu bestimmen, welche hierdurch für das Übertragungsverhalten spezifisch ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Messfunktion (100) zumindest aus der Analysefunktion (120) zumindest den nachfolgenden Schritt umfasst: - Anpassen der Analysefunktion (120), um das Übertragungsverhalten zu invertieren, um anhand des Ersatzmodells aus dem wenigstens einen Temperaturmesswert (220) den wenigstens einen Temperaturreferenzwert (251) zu simulieren, um die Messfunktion (100) bereitzustellen, wobei insbesondere in der Betriebssituation zur Messung mittels der zuvor bereitgestellten Messfunktion (100) die nachfolgenden Schritte wiederholt durchgeführt werden: - Erfassen der Temperatur durch die zweite Messmethode (122), um den wenigstens einen Temperaturmesswert (220) zu ermitteln, - Durchführen einer Signalnachbearbeitung des wenigstens einen ermittelten Temperaturmesswerts (220).
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zielsystem (1) als ein Bauteil eines Fahrzeuges (2), vorzugsweise als ein Elektromotor (3), ausgeführt ist, und bevorzugt zur Ermittlung des Temperaturmesswertes (220) durch die zweite Messmethode (122) wenigstens ein Sensorelement (30) im Bereich einer Statorwicklung (4) des Elektromotors (3) vorgesehen ist.
10. Verwendung einer Messfunktion (100) bei einem Fahrzeug (2), insbesondere für eine Temperaturmessung bei einem Zielsystem (1) in der Form eines Elektromotors (3) des Fahrzeuges (2), wobei die Messfunktion (100) durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche bereitgestellt wird.

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