DE102022004436A1

DE102022004436A1 - Replacement of a fine dust filter in a vehicle cooling module as required

Info

Publication number: DE102022004436A1
Application number: DE102022004436.6A
Authority: DE
Inventors: Stefan Hacker; Jörg Wille; Ertan Kurtlugil; Artyom Brecht
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-11-28
Filing date: 2022-11-28
Publication date: 2024-05-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System zum Erstellen einer Diagnose über den Beladungszustand eines luftdurchströmten Feinstaubfilters (1) eines Kühlmoduls (3) eines Fahrzeugs mit abgesondertem Feinstaub, aufweisend eine Recheneinheit (5), die dazu ausgeführt ist, aktuell vorherrschende Randbedingungen des Betriebs des Feinstaubfilters (1) zu erfassen und wiederholt zu verschiedenen Zeitpunkten mit Randbedingungen innerhalb vorgegebener Ähnlichkeitsgrenzen eine jeweils aktuelle Kühlleistung des Kühlmoduls (3) zu ermitteln, und durch einen Vergleich der aktuellen Kühlleistung des Kühlmoduls (3) mit zu den aktuellen Randbedingungen konsistenten Modellwerten der Kühlleistung des Kühlmoduls (3) einen Beladungszustand des Feinstaubfilters (1) zu ermitteln, und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts durch den ermittelten Beladungszustand ein Kommando an eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben einer Warnung über den Beladungszustand des Feinstaubfilters (1) zu übermitteln.The invention relates to a system for creating a diagnosis of the loading state of an air-flown fine dust filter (1) of a cooling module (3) of a vehicle with separated fine dust, having a computing unit (5) which is designed to record currently prevailing boundary conditions of the operation of the fine dust filter (1) and to repeatedly determine a current cooling capacity of the cooling module (3) at different times with boundary conditions within predetermined similarity limits, and to determine a loading state of the fine dust filter (1) by comparing the current cooling capacity of the cooling module (3) with model values of the cooling capacity of the cooling module (3) that are consistent with the current boundary conditions, and to transmit a command to an output unit to output a warning about the loading state of the fine dust filter (1) if a predetermined limit value is exceeded by the determined loading state.

Description

Die Erfindung betrifft ein System zum Erstellen einer Diagnose über den Beladungszustand eines luftdurchströmten Feinstaubfilters eines Kühlmoduls eines Fahrzeugs mit abgesondertem Feinstaub, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen System.The invention relates to a system for making a diagnosis about the loading state of an air-flowing fine dust filter of a cooling module of a vehicle with separated fine dust, as well as a vehicle with such a system.

Um Feinstaub-Emissionen von Fahrzeugen zu reduzieren, werden typischerweise Feinstaubfilter verwendet. Solche Feinstaubfilter können auch im Frontmodul (Kühlmodul) des Fahrzeugs eingesetzt werden, und werden in diesem Fall mit dem Fluid „Luft“ durchströmt. Dabei wird der Filter in den Luftpfad integriert und die durch das Kühlmodul strömende Luft durchströmt somit auch den Feinstaubfilter. Während ein Feinstaubfilter typischerweise bereits im Neuzustand einen gewissen Druckverlust erzeugt, steigt dieser mit zunehmender Feinstaubbeladung immer weiter an. Dieser Widerstand gegen die Durchströmung hat einen erheblichen Einfluss auf die Funktion eines solchen Kühlmoduls und sein Thermomanagement-System. Um beispielsweise die Temperierung der Kabine und diverser Antriebskomponenten auf einem gleichbleibenden Niveau zu halten, muss mit zunehmendem Beladungszustand der Druckverlust auch zunehmend kompensiert werden. Eine Wärmesenke im Frontmodul kann beispielsweise durch eine stärkere Ansteuerung eines elektrischen Sauglüfters, eines Kältemittelverdichters oder von Wasserpumpen auf dem ursprünglichen Niveau (eines unbeladenen Feinstaubfilters) gehalten werden. Je nach Lastfall kann das Kühlmodul aber an seine Grenzen kommen, d.h. alle Komponenten sind in diesem Fall in ihrer Höchstleistung betrieben und es kann keine weitere Kompensation des Druckverlusts mehr erfolgen. Die Häufigkeit dieser Konstellationen nimmt mit steigendem Beladungszustand des Feinstaubfilters mit abgesondertem Feinstaub zu. Somit wird der negative Einfluss des Feinstaubfilters für einen Anwender spürbar und kann unter Umständen die Lebensdauer der zu kühlenden Fahrzeugkomponenten reduzieren. Durch die stärkere Ansteuerung der Komponenten des Thermosystems wird mehr elektrische Energie verbraucht, was wiederum einen Einfluss auf zertifizierungsrelevante Größen wie die Reichweite eines elektrischen Fahrzeugs hat.Fine dust filters are typically used to reduce fine dust emissions from vehicles. Such fine dust filters can also be used in the front module (cooling module) of the vehicle, and in this case the fluid "air" flows through them. The filter is integrated into the air path and the air flowing through the cooling module also flows through the fine dust filter. While a fine dust filter typically generates a certain pressure loss even when new, this continues to increase as the fine dust load increases. This resistance to the flow has a significant impact on the function of such a cooling module and its thermal management system. In order to keep the temperature of the cabin and various drive components at a constant level, for example, the pressure loss must be increasingly compensated as the load increases. A heat sink in the front module can, for example, be kept at the original level (of an unloaded fine dust filter) by more strongly controlling an electric suction fan, a refrigerant compressor or water pumps. Depending on the load, the cooling module can reach its limits, i.e. all components are operating at their maximum performance and no further compensation of the pressure loss can be made. The frequency of these situations increases as the fine dust filter becomes increasingly loaded with separated fine dust. The negative influence of the fine dust filter is therefore noticeable for a user and can potentially reduce the service life of the vehicle components to be cooled. The stronger control of the components of the thermal system means that more electrical energy is consumed, which in turn has an impact on certification-relevant variables such as the range of an electric vehicle.

Ein möglichst großes zeitliches Intervall für den Tausch des Feinstaubfilters verhindert eine unnötig frühe Entsorgung. Gleichzeitig besteht die Gefahr, dass ein höherer Beladungszustand des Feinstaubfilters als erwartet im oben genannten Fall zu mangelnder Kühlleistung führen kann. Erschwerend kommt hinzu, dass die Notwendigkeit eines Filterwechsels stark vom Einsatzort des Fahrzeugs und der lokal vorherrschenden Feinstaubkonzentration abhängt. Ein Tausch des Feinstaubfilters nur im Bedarfsfall ist daher ideal, d.h. wenn ein gewisser Feinstaub-Beladungszustand vorliegt.A time interval for changing the fine dust filter as long as possible prevents unnecessarily early disposal. At the same time, there is a risk that a higher loading level of the fine dust filter than expected could lead to a lack of cooling performance in the case mentioned above. To make matters worse, the need to change the filter depends heavily on where the vehicle is used and the local concentration of fine dust. Changing the fine dust filter only when necessary is therefore ideal, i.e. when a certain level of fine dust loading is present.

Im Stand der Technik sind Lösungen bekannt, den Beladungszustand eines Feinstaubfilters zu überwachen. Diese basieren häufig auf der direkten Messung des Druckverlusts entlang eines Stromfadens durch den Feinstaubfilter.Solutions for monitoring the loading status of a fine dust filter are known in the state of the art. These are often based on the direct measurement of the pressure loss along a flow thread through the fine dust filter.

Die DE 10 2005 012 502 B4 betrifft hierzu eine Vorrichtung zur Überwachung eines Filters, der in einem Luftkanal einer Kraftfahrzeug-Belüftungs-, Heizungs- und/oder Klimaanlage angeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine chemische Überwachungseinheit und eine physikalische Überwachungseinheit umfasst, wobei die chemische Überwachungseinheit mindestens einen Sensor zur Konzentrationsmessung einer Leitsubstanz, sowie mindestens eine Auswerteelektronik für die Überwachungseinheiten aufweist, wobei die physikalische Überwachungseinheit eine Strömungsgeschwindigkeit der Luft im Luftkanal nach dem Filter und/oder eine Druckdifferenz zwischen einem Punkt vor dem Filter und einem Punkt hinter dem Filter überwacht.The EN 10 2005 012 502 B4 relates to a device for monitoring a filter which is arranged in an air duct of a motor vehicle ventilation, heating and/or air conditioning system, wherein the device comprises a chemical monitoring unit and a physical monitoring unit, wherein the chemical monitoring unit has at least one sensor for measuring the concentration of a lead substance, as well as at least one evaluation electronics for the monitoring units, wherein the physical monitoring unit monitors a flow velocity of the air in the air duct after the filter and/or a pressure difference between a point before the filter and a point after the filter.

Die DE 10 2005 027 072 A1 betrifft außerdem ein Steuermodul zur Ansteuerung einer Lüftungs- und/oder Klimatisierungseinheit für die Behandlung von Innenraumluft in einem abgeschlossenen Raum eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem oder mehreren Sensoren zur Detektion von unterschiedlichen chemischen Bestandteilen zu untersuchender Luftströme aus der Innenraumluft und/oder der Außenraumluft sowie mit einer Prozessoreinheit, die aufgrund von Signalen der Sensoren ein Steuersignal zur Ansteuerung der Lüftungs- und/oder Klimatisierungseinheit generiert, wobei ein erster zu untersuchender Luftstrom außerhalb des abgeschlossenen Raumes abgegriffen und mindestens einem Sensor für die Außenraumluft und ein zweiter zu untersuchender Luftstrom aus der Innenraumluft des abgeschlossenen Raumes abgegriffen und mindestens einem Sensor für die Innenraumluft zugeführt wird, und wobei eine Umluftklappe zur Zufuhr von Außenraumluft in den abgeschlossenen Raum sowie mindestens ein Filter zur Luftreinigung vorgesehen sind. Eine Vorrichtung zur Detektion des aktuellen Beladungszustands des mindestens einen Filters ist vorgesehen, die mindestens einen der Sensoren umfasst und derart aufgebaut ist, dass in einer 1. Messung die chemische Beschaffenheit eines durch den Filter hindurch geführten Luftstromes und in einer 2. Messung die chemische Beschaffenheit eines nicht durch den Filter hindurch geführten Luftstromes gemessen und aus dem Differenzsignal der beiden Messungen ein Wert des aktuellen Beladungszustands des Filters ermittelt werden kann.The EN 10 2005 027 072 A1 also relates to a control module for controlling a ventilation and/or air conditioning unit for treating interior air in a closed space of a vehicle, in particular a motor vehicle, with one or more sensors for detecting different chemical components of air flows to be examined from the interior air and/or the exterior air, and with a processor unit which generates a control signal for controlling the ventilation and/or air conditioning unit based on signals from the sensors, wherein a first air flow to be examined is tapped outside the closed space and fed to at least one sensor for the exterior air and a second air flow to be examined is tapped from the interior air of the closed space and fed to at least one sensor for the interior air, and wherein a recirculation flap for supplying exterior air into the closed space and at least one filter for air purification are provided. A device for detecting the current loading state of the at least one filter is provided, which comprises at least one of the sensors and is constructed in such a way that in a first measurement the chemical nature of an air flow passed through the filter and in a second measurement the chemical nature of an air flow not passed through the filter is measured and a value of the current loading state of the filter can be determined from the difference signal of the two measurements.

Die FR 3 082 454 B1 betrifft ferner eine Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimatisierungsvorrichtung für ein Kraftfahrzeug, wobei die Heizungs-, Lüftungs- und/oder Klimatisierungsvorrichtung umfasst: Einen Innenraumluftfilter und mindestens einen Massensensor, der dazu konfiguriert ist, ein Gewicht des Kabinenluftfilters im Gebrauch zu messen; ferner erfolgt das Übermitteln des Gewichts an eine Verstopfungserkennungsvorrichtung, damit letztere eine Gewichtsdifferenz aus dem Gewicht und einem Anfangsgewicht des Innenraumluftfilters berechnen und mit einem Referenzgewichtswert vergleichen kann.The FR 3 082 454 B1 further relates to a heating, ventilation and/or air conditioning device for a motor vehicle, wherein the heating, ventilation and/or air conditioning device comprises: an interior air filter and at least one mass sensor which is configured to measure a weight of the cabin air filter during use; furthermore, the weight is transmitted to a blockage detection device so that the latter can calculate a weight difference between the weight and an initial weight of the interior air filter and compare it with a reference weight value.

Aufgabe der Erfindung ist es, den Betrieb eines luftdurchströmten Feinstaubfilters in einem Fahrzeug, der sich insbesondere für die Verwendung in einem Kühlmodul eignet, zu verbessern und effizienter zu gestalten.The object of the invention is to improve and make more efficient the operation of an air-flow particulate filter in a vehicle, which is particularly suitable for use in a cooling module.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous further developments and embodiments are the subject of the dependent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Erstellen einer Diagnose über den Beladungszustand eines luftdurchströmten Feinstaubfilters eines Kühlmoduls eines Fahrzeugs mit abgesondertem Feinstaub, aufweisend eine Recheneinheit, die dazu ausgeführt ist, aktuell vorherrschende Randbedingungen des Betriebs des Feinstaubfilters zu erfassen und wiederholt zu verschiedenen Zeitpunkten mit Randbedingungen innerhalb vorgegebener Ähnlichkeitsgrenzen eine jeweils aktuelle Kühlleistung des Kühlmoduls zu ermitteln, und durch einen Vergleich der aktuellen Kühlleistung des Kühlmoduls mit zu den aktuellen Randbedingungen konsistenten Modellwerten der Kühlleistung des Kühlmoduls einen Beladungszustand des Feinstaubfilters zu ermitteln, und bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts durch den ermittelten Beladungszustand ein Kommando an eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben einer Warnung über den Beladungszustand des Feinstaubfilters zu übermitteln.A first aspect of the invention relates to a system for creating a diagnosis of the loading state of an air-flown fine dust filter of a cooling module of a vehicle with separated fine dust, comprising a computing unit which is designed to record currently prevailing boundary conditions of the operation of the fine dust filter and to repeatedly determine a current cooling performance of the cooling module at different times with boundary conditions within predetermined similarity limits, and to determine a loading state of the fine dust filter by comparing the current cooling performance of the cooling module with model values of the cooling performance of the cooling module that are consistent with the current boundary conditions, and to transmit a command to an output unit to output a warning about the loading state of the fine dust filter if a predetermined limit value is exceeded by the determined loading state.

Der Feinstaubfilter wird von Luft durchströmt, während die Luft Feinstaub enthält. Zweck des Feinstaubfilters ist es, den Feinstaub in möglichst hohem Maße herauszufiltern, was jedoch auch mangels Abtransport des gefangenen Feinstaubs zu einer über die Zeit zunehmenden Feinstaubbeladung des Feinstaubfilters mit dort abgesondertem Feinstaub führt. In welcher Menge der Feinstaub sich auf dem Luftfilter abgesetzt hat, wird durch den Beladungszustand ausgedrückt. Es ist dieser Beladungszustand, der maßgeblich den Druckverlust in der Strömung der Luft durch den Feinstaubfilter beeinflusst. Da jedoch auch der Druckverlust von weiteren Randbedingungen abhängt, werden diese Randbedingungen im Betrieb des Feinstaubfilters erfasst und insbesondere auf Ähnlichkeit überprüft, bevor eine Analyse des Kühlmoduls erfolgt, sodass die erfasste, durch das Kühlmodul gewonnene, Kühlleistung aussagekräftig interpretiert werden kann und Rückschlüsse auf den Beladungszustand des Feinstaubfilters möglich sind.Air flows through the fine dust filter, while the air contains fine dust. The purpose of the fine dust filter is to filter out as much fine dust as possible, which, however, also leads to an increasing fine dust load of the fine dust filter with the fine dust separated there over time due to a lack of removal of the captured fine dust. The amount of fine dust that has settled on the air filter is expressed by the loading state. It is this loading state that significantly influences the pressure loss in the flow of air through the fine dust filter. However, since the pressure loss also depends on other boundary conditions, these boundary conditions are recorded during operation of the fine dust filter and checked in particular for similarity before an analysis of the cooling module is carried out, so that the recorded cooling performance achieved by the cooling module can be meaningfully interpreted and conclusions can be drawn about the loading state of the fine dust filter.

Randbedingungen des Betriebs des Feinstaubfilters umfassen bevorzugt Parameter von Bauelementen des Kühlmoduls und/oder eine konstante Ansteuerung des Kühlmoduls und/oder vorgegebene Volumenströme von Kühlmittel im Kühlmodul. Der Begriff der Randbedingungen gibt damit prinzipiell einen Satz, d. h. eine Menge, von einzelnen messbaren oder schätzbaren Größen an, er kann jedoch auch so verstanden werden, dass genau eine Größe gemessen wird und ermittelt wird, welche naturgemäß in einem komplexen System wie einem Kühlmodul eine Vielzahl von Randbedingungen festlegt.Boundary conditions for the operation of the fine dust filter preferably include parameters of components of the cooling module and/or a constant control of the cooling module and/or predetermined volume flows of coolant in the cooling module. The term boundary conditions therefore basically indicates a set, i.e. a quantity, of individual measurable or estimable quantities, but it can also be understood to mean that exactly one quantity is measured and determined, which naturally determines a large number of boundary conditions in a complex system such as a cooling module.

Immer dann, wenn diese Randbedingungen zu verschiedenen Zeitpunkten ausreichend ähnlich sind, ist ein Vergleich der Kühlleistung möglich, um daraus einen Beladungszustand des Feinstaubfilters abzuleiten. Dass nur Zeitpunkte für Auswertungen herangezogen, während derer Randbedingungen innerhalb vorgegebener Ähnlichkeitsgrenzen vorherrschen, bedeutet, dass entweder (zumindest teilweise) identische Randbedingungen vorliegen, oder, wenn identische Randbedingungen nur selten oder nicht realistisch zu erreichen sind, ein Band von erlaubten Größen der Randbedingungen vorgegeben wird, innerhalb derer die aktuellen Randbedingungen liegen müssen, um einen sinnvollen Zeitpunkt zu bieten, um die aktuelle Kühlleistung zu ermitteln. In letzterem Fall werden die Randbedingungen insbesondere quantitativ erfasst.Whenever these boundary conditions are sufficiently similar at different points in time, a comparison of the cooling performance is possible in order to derive a loading state of the fine dust filter. The fact that only points in time are used for evaluations during which boundary conditions prevail within specified similarity limits means that either (at least partially) identical boundary conditions exist or, if identical boundary conditions are rarely or not realistically achievable, a band of permissible boundary condition sizes is specified within which the current boundary conditions must lie in order to offer a reasonable point in time to determine the current cooling performance. In the latter case, the boundary conditions are recorded in particular quantitatively.

Die Modellwerte geben insbesondere zu erwartende Kühlleistungen an. Somit kann über mehrere Zeitpunkte unter Randbedingungen, zu denen die Modellwerte konsistent passen, ein Vergleich der tatsächlichen Degradation des Feinstaubfilters mit einer Erwartung vorgenommen werden, und somit eine Abweichung vom nominal zu erwartenden Fall festgestellt werden. Dies lässt sowohl die Möglichkeit offen, dass verschiedenartige Randbedingungen betrachtet werden können und für die infrage kommenden Randbedingungen entsprechende Modellwerte vorliegen, als auch die Möglichkeit, dass nur eine Menge von Größen von Randbedingungen vorgesehen ist und dementsprechend auch nur ein Satz von Modellwerten über die Zeit vorliegt, sodass nur diese vorgesehenen Größen von Randbedingungen tatsächliche Werte der jeweils aktuellen Kühlleistung erfasst werden.The model values indicate in particular the expected cooling performance. This means that the actual degradation of the fine dust filter can be compared with an expectation over several points in time under boundary conditions to which the model values consistently match, and thus a deviation from the nominally expected case can be determined. This leaves open both the possibility that different boundary conditions can be considered and corresponding model values are available for the boundary conditions in question, and the possibility that only one set of boundary condition sizes is provided and accordingly only one set of model values is available over time, so that only these provided boundary condition sizes are recorded as actual values of the current cooling performance.

In anderen Worten ist das System dazu gedacht, die Diagnose unter möglichst vergleichbaren Umgebungsbedingungen in einem regelmäßigen Zeitintervall durchzuführen. Deshalb bietet sich beispielsweise der Ladevorgang des batterieelektrischen Fahrzeugs an, d.h. bei parkendem Fahrzeug, sobald der Ladevorgang der Batterie beginnt. Alternativ könnte die Detektion mittels vorhandener Sensoren unter allen Fahrzeug-Betriebszuständen erfolgen, sowohl definierte Zustände als auch im Regelbetrieb. Im beispielhaften Betriebszustand „Ladevorgang“ werden konstante Randbedingungen durch die Regelorgane des Thermo-Systems eingestellt. Die Kühlerjalousie (LRS) ist komplett geöffnet, der Lüfter wird mit einer definierten, konstanten Ansteuerung betrieben. Der Kühlkreislauf wird durch Regelventile und Pumpen in einen definierten Betriebszustand versetzt, der konstante Kühlmittel-Volumenströme durch den Wasserkühler garantiert. Durch wasserseitige Temperatursensoren vor Einlass und nach Auslass des Kühlmittelkühlers kann die Abkühlrate bestimmt werden. Dies geschieht unter Einbeziehung der Außenlufttemperatur, die über einen luftseitigen Sensor gemessen wird. Eine Verschlechterung der Kühlleistung in diesem definierten, reproduzierbaren Zustand ermöglicht einen direkten Rückschluss auf Veränderungen im Luftpfad, also einen sich erhöhenden Druckverlust aufgrund eines steigenden Beladungszustands des Feinstaubfilters.In other words, the system is designed to carry out the diagnosis under as comparable ambient conditions as possible at regular time intervals. For this reason, the charging process of the battery-electric vehicle, for example, is a good option, i.e. when the vehicle is parked, as soon as the battery charging process begins. Alternatively, detection could be carried out using existing sensors under all vehicle operating states, both defined states and in normal operation. In the example operating state "charging process", constant boundary conditions are set by the control elements of the thermal system. The radiator shutter (LRS) is completely open, the fan is operated with a defined, constant control. The cooling circuit is put into a defined operating state by control valves and pumps, which guarantees constant coolant volume flows through the water cooler. The cooling rate can be determined using water-side temperature sensors before the inlet and after the outlet of the coolant cooler. This is done by taking into account the outside air temperature, which is measured by an air-side sensor. A deterioration in the cooling performance in this defined, reproducible state allows a direct conclusion to be drawn about changes in the air path, i.e. an increasing pressure loss due to an increasing loading state of the fine dust filter.

Die regelmäßige Diagnose des Beladungszustands des Feinstaubfilters ermöglicht vorteilhaft eine bedarfsgerechte Steuerung des Wechselzeitpunkts des Feinstaubfilters. Dadurch können materielle Ressourcen und Service-Kosten geschont werden. Insbesondere kann verhindert werden, unnötig den Feinstaubfilter mit geringem Beladungszustand mit Feinstaub zu ersetzen und zu entsorgen. Ab einem gewissen Beladungszustand wird daher vorteilhaft ein Anwender auf den anstehenden Filterwechsel hingewiesen. Somit kann ein bedarfsgerechter Austausch des Filters erfolgen. Bei starren Wechselintervall-Vorgaben kann nicht ausgeschlossen werden, dass bei Fahrzeugen, die in Regionen mit geringen Feinstaubwerten wenig bewegt werden, ein unnötiger Filterwechsel durchgeführt wird. Zudem ermöglicht die Diagnose, dass das Fahrzeug mit einem definierten Beladungszustand des Filters zertifiziert wird und im Betrieb ein Wechsel des Filters erfolgt, sobald dieser zertifizierte Beladungszustand erreicht wird, d.h. der zertifizierte Grenzwert überschritten wird. Ein weiterer Vorteil der Diagnosefunktion ist, dass Fälle erkannt werden können, in denen beispielsweise das Fahrzeug in Kundenhand keinen Feinstaubfilter verbaut hat oder einen nichtfreigegebenen Feinstaubfilter (beispielsweise mit unplausiblem Druckverlust) eingesetzt wird.Regular diagnosis of the loading status of the fine dust filter advantageously enables the time at which the fine dust filter should be changed to meet requirements. This can save material resources and service costs. In particular, it can prevent unnecessary replacement and disposal of the fine dust filter when it is only slightly loaded with fine dust. From a certain loading status, a user is therefore advantageously informed that the filter needs to be changed. This means that the filter can be replaced as required. With rigid change interval specifications, it cannot be ruled out that an unnecessary filter change will be carried out on vehicles that are not driven much in regions with low levels of fine dust. In addition, the diagnosis enables the vehicle to be certified with a defined filter loading status and the filter to be changed during operation as soon as this certified loading status is reached, i.e. the certified limit is exceeded. A further advantage of the diagnostic function is that it can detect cases in which, for example, the vehicle in the customer's hands does not have a fine dust filter installed or an unapproved fine dust filter (for example with implausible pressure loss) is used.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform dient das System zum Ermitteln einer Diagnose und einer Prognose über den Beladungszustand des luftdurchströmten Feinstaubfilters, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, die Prognose über den künftigen Beladungszustand des Feinstaubfilters durch Ermitteln einer Änderung der Kühlleistung des Kühlmoduls von einem früheren Zeitpunkt zu einem späteren Zeitpunkt jeweils mit Randbedingungen innerhalb vorgegebener Ähnlichkeitsgrenzen und durch Extrapolation der Änderung zu ermitteln, wobei die Prognose über den Beladungszustand einen zukünftigen Zeitpunkt angibt, an dem das Überschreiten des vorgegebenen Grenzwerts durch den Beladungszustand voraussichtlich erfolgt.According to an advantageous embodiment, the system serves to determine a diagnosis and a prognosis about the loading state of the fine dust filter through which air flows, wherein the computing unit is designed to determine the prognosis about the future loading state of the fine dust filter by determining a change in the cooling capacity of the cooling module from an earlier point in time to a later point in time, in each case with boundary conditions within predetermined similarity limits and by extrapolating the change, wherein the prognosis about the loading state indicates a future point in time at which the exceeding of the predetermined limit value by the loading state is expected to occur.

Während die Diagnose den aktuellen Beladungszustand eines luftdurchströmten Feinstaubfilters angibt, erlaubt die Prognose über den zukünftigen Beladungszustand eine Abschätzung eines zukünftigen Zustands. Insbesondere eine regelmäßige Aktualisierung des Beladungszustands erlaubt somit eine Prognose der Restlebensdauer des verbauten Filters, die insbesondere an einer Mensch-Maschine-Schnittstelle des Fahrzeugs einem Anwender ausgegeben werden kann. Diese Prognose erfolgt vorteilhaft durch Extrapolation der aktuell festgestellten Zunahme des Beladungszustands des Feinstaubfilters.While the diagnosis indicates the current loading state of a fine dust filter through which air flows, the forecast of the future loading state allows an estimate of a future state. In particular, regular updating of the loading state allows a forecast of the remaining service life of the installed filter, which can be displayed to a user, in particular, at a human-machine interface in the vehicle. This forecast is advantageously carried out by extrapolating the currently determined increase in the loading state of the fine dust filter.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, zu detektieren, ob ein Batterie-Ladevorgang des Fahrzeugs vorliegt, und die verschiedenen Zeitpunkte über verschiedene Ladevorgänge verteilt zu wählen. Wie oben erläutert, bietet gerade der Batterie-Ladevorgang des Fahrzeugs konstante Randbedingungen, sodass vorteilhaft bei einem ersten Ladevorgang der erste Zeitpunkt und bei einem zweiten Ladevorgang der zweite Zeitpunkt gewählt wird, an dem jeweils eine Ermittlung des aktuellen Beladungszustands des Feinstaubfilters erfolgt.According to a further advantageous embodiment, the computing unit is designed to detect whether the vehicle's battery is being charged and to select the different points in time distributed over different charging processes. As explained above, the vehicle's battery charging process in particular offers constant boundary conditions, so that the first point in time is advantageously selected for a first charging process and the second point in time is selected for a second charging process, at which the current loading state of the fine dust filter is determined.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, die verschiedenen Zeitpunkte so zu wählen, dass sie in vorgegebenen Zeitintervallen hintereinander liegen. Die Zeitintervalle geben insbesondere eine maximale Zeitdauer an, nach der spätestens ein neuer Zeitpunkt gewählt werden soll, um den jeweils aktuellen Beladungszustand des Feinstaubfilters zu ermitteln. Damit wird sichergestellt, dass der Feinstaubfilter nicht unerkannt einen sehr hohen Beladungszustand annimmt.According to a further advantageous embodiment, the computing unit is designed to select the different points in time such that they occur one after the other at predetermined time intervals. The time intervals indicate in particular a maximum period of time after which a new point in time should be selected at the latest in order to determine the current loading state of the fine dust filter. This ensures that the fine dust filter does not assume a very high loading state without being detected.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das System weiterhin einen ersten Temperatursensor zum Ermitteln einer Einlasstemperatur eines Kühlmittelkühlers des Kühlmoduls und einen zweiten Temperatursensor zum Ermitteln einer Auslasstemperatur des Kühlmittelkühlers des Kühlmoduls auf, wobei die Recheneinheit dazu ausgeführt ist, eine aktuelle Kühlleistung durch Vergleich der von dem ersten Temperatursensor und dem zweiten Temperatursensor jeweilig ermittelten Temperatur zu ermitteln.According to a further advantageous embodiment, the system further comprises a first temperature sensor for determining an inlet temperature of a coolant cooler of the cooling module and a second temperature sensor for determining a Outlet temperature of the coolant cooler of the cooling module, wherein the computing unit is designed to determine a current cooling performance by comparing the temperature determined by the first temperature sensor and the second temperature sensor.

Grundsätzlich ist die zu entwickelnde Funktion auch mit nur einem wasserseitigen Temperatursensor denkbar.In principle, the function to be developed is also conceivable with only one water-side temperature sensor.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die von den Randbedingungen abhängigen Modellwerte des Kühlmoduls in einer Tabelle als vorab gespeicherte Sollwerte abgelegt, oder werden modellbasiert von der Recheneinheit von den aktuellen Werten der Randbedingungen errechnet.According to a further advantageous embodiment, the model values of the cooling module that depend on the boundary conditions are stored in a table as pre-stored setpoint values, or are calculated model-based by the computing unit from the current values of the boundary conditions.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, eine Historie der seit dem jüngsten Austausch des Feinstaubfilters ermittelten Ergebnisse über den Beladungszustand des Feinstaubfilters abzuspeichern, und nur dann bei Überschreiten des vorgegebenen Grenzwerts durch den ermittelten Beladungszustand das Kommando an die Ausgabeeinheit zum Ausgeben der Warnung zu übermitteln, wenn der aktuell ermittelte Beladungszustand höchstens eine Abweichung von der aus der Historie abgeleiteten Tendenz innerhalb vorgegebener Grenzen aufweist.According to a further advantageous embodiment, the computing unit is designed to store a history of the results on the loading state of the fine dust filter determined since the most recent replacement of the fine dust filter, and to transmit the command to the output unit to issue the warning only when the predetermined limit value is exceeded by the determined loading state if the currently determined loading state shows at most a deviation from the trend derived from the history within predetermined limits.

Um Fehlfunktionen z.B. bei Vereisung des Filters im Winter auszuschließen, wird gemäß dieser Ausführungsform die Historie der seit letztmaligem Filtertausch durchgeführten Diagnose-Vorgänge in der Software dokumentiert und auf Plausibilität überprüft. Nur die Kombination aus plausibler Historie (kontinuierliche Steigerung der Filterbeladung mit entsprechendem Gradienten) und die Überschreitung eines festgelegten Schwellenwerts soll gemäß dieser Ausführungsform zu einer Meldung führen, die den Anwender darauf aufmerksam macht und insbesondere darum bittet, eine Werkstatt zur Durchführung des Filterwechsels aufzusuchen.In order to rule out malfunctions, e.g. when the filter freezes in winter, according to this embodiment, the history of the diagnostic processes carried out since the last filter change is documented in the software and checked for plausibility. According to this embodiment, only the combination of a plausible history (continuous increase in filter load with a corresponding gradient) and the exceedance of a specified threshold value should lead to a message that draws the user's attention to this and in particular asks them to visit a workshop to have the filter changed.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, bei der Ermittlung der Kühlleistung absolute Werte der Kühlleistung zu ermitteln und jeweils mit dem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen.According to a further advantageous embodiment, the computing unit is designed to determine absolute values of the cooling performance when determining the cooling performance and to compare each value with the predetermined limit value.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Recheneinheit dazu ausgeführt, bei der Ermittlung der Kühlleistung absolute Werte der Kühlleistung und Differenzen im zeitlichen Verlauf der Kühlleistung zwischen späteren und früheren Zeitpunkten zu ermitteln und eine Kostenfunktion aus den absoluten Werten und den Differenzen mit dem vorgegebenen Grenzwert zu vergleichen.According to a further advantageous embodiment, the computing unit is designed to determine absolute values of the cooling performance and differences in the temporal course of the cooling performance between later and earlier points in time when determining the cooling performance and to compare a cost function from the absolute values and the differences with the predetermined limit value.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem System wie oben und im Folgenden beschrieben.A further aspect of the invention relates to a vehicle with a system as described above and below.

Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Fahrzeugs ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen System vorstehend gemachten Ausführungen.Advantages and preferred further developments of the proposed vehicle result from an analogous and analogous transfer of the statements made above in connection with the proposed system.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details emerge from the following description, in which - if necessary with reference to the drawing - at least one embodiment is described in detail. Identical, similar and/or functionally identical parts are provided with the same reference numerals.

Es zeigt:

1: Ein System zum Erstellen einer Diagnose über den Beladungszustand eines luftdurchströmten Feinstaubfilters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

It shows:

1 : A system for making a diagnosis about the loading state of an air-flowing fine dust filter according to an embodiment of the invention.

Die Darstellungen in der Figur sind schematisch und nicht maßstäblich.The representations in the figure are schematic and not to scale.

1 zeigt ein System zum Erstellen einer Diagnose über den Beladungszustand eines luftdurchströmten Feinstaubfilters 1 eines Kühlmoduls 3 eines Fahrzeugs. Der Beladungszustand wird hierbei bevorzugt als prozentualer Wert ermittelt. Da der Beladungszustand des Feinstaubfilters eine Menge an abgesondertem Feinstaub am Feinstaubfilter 1 angibt, und der Druckverlust der durchströmenden Luft durch den Feinstaubfilter 1 typischerweise exponentiell über den prozentualen Wert zunimmt, korreliert ein Beladungszustand von 100% näherungsweise mit einem so großen Druckverlust, dass er nicht mehr durch erhöhte Pumpenleistung kompensiert werden kann. In der Realität wird jedoch kein vollständiger Druckverlust erreicht, da der Feinstaubfilter 1 auch bei einem Beladungszustand von 100% keine vollständige Dichtheit gegen Durchströmung annehmen kann. Tritt im Umkehrschluss bei gleichen Volumenströmen ein unterschiedlicher Druckverlust auf, so deutet dies auf einen geänderten Beladungszustand des Feinstaubfilters hin. Zum Ermitteln dieses Beladungszustands erfasst eine Recheneinheit 5 des Fahrzeugs aktuell vorherrschende Randbedingungen des Betriebs des Feinstaubfilters 1, um Randbedingungen zu identifizieren, die einen Vergleich zulassen. Dieser Vergleich findet dabei über die erfasste Kühlleistung des Kühlmoduls 3 des Fahrzeugs statt. Handelt es sich bei dem Fahrzeug um ein elektrisches Fahrzeug, so kann davon ausgegangen werden, dass nach bestimmten maximal zu erwartenden Fahrzeiten und/oder Fahrstrecken ein Ladevorgang der Batterie des Fahrzeugs erfolgt. Ein solcher Ladevorgang bietet insoweit konstante Randbedingungen, als dass insbesondere bei jedem Ladevorgang von einem gleichen Öffnungszustand einer Kühlerjalousie sowie von einem gleichen Zustand von Regelventilen und Pumpen für konstante Kühlmittel-Volumenströme durch einen Wasserkühler ausgegangen werden kann. Wird von der Recheneinheit 5 demnach ein solcher elektrischer Ladevorgang der Batterie des Fahrzeugs erkannt, wird nach einer gewissen Einschwing- Zeit (zur Vermeidung der Erfassung von transienten Effekten) die Kühlleistung des Kühlmoduls 1 ermittelt. Die Kühlleistung geht einher mit einer Abkühlrate, welche mithilfe von Temperatursensoren und der erfassten Zeitdauer zwischen den Messpunkten leicht berechenbar ist. Für verschiedene Ladevorgänge wird daher mit Randbedingungen innerhalb vorgegebener Ähnlichkeitsgrenzen gearbeitet und in jedem Ladevorgang ein Zeitpunkt der Messung festgelegt. Durch einen Vergleich der aktuellen Kühlleistung des Kühlmoduls 3 mit Modellwerten der Kühlleistung des Kühlmoduls 3 für stationäre Ladevorgänge des Fahrzeugs abhängig von der insgesamt seit dem jüngsten Feinstaubfilter-Wechsel gefahrenen Wegstrecke des Fahrzeugs wird auf den Beladungszustand des Feinstaubfilters 1 zurückgerechnet mit der zugrundeliegenden Annahme, dass die Kühlleistung durch eine festgelegte mathematische Funktion mit steigendem Beladungszustand des Feinstaubfilters abnimmt. Bei Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwerts durch den ermittelten Beladungszustand wird dann von der Recheneinheit 5 ein Kommando an eine Ausgabeeinheit zum Ausgeben einer Warnung über den Beladungszustand des Feinstaubfilters 1 übermittelt. Zusammen mit der Warnung wird eine Information über eine ermittelte Prognose über den Beladungszustand des luftdurchströmten Feinstaubfilters 1 ausgegeben. Diese Prognose über den künftigen Beladungszustand des Feinstaubfilters 1 erfolgt durch die Recheneinheit 5 durch Ermitteln einer Änderung der Kühlleistung des Kühlmoduls 3 von einem früheren Zeitpunkt eines ersten Ladevorgangs zu einem späteren Zeitpunkt eines zweiten Ladevorgangs durch Extrapolation der ermittelten vergangenen Änderung. Somit ist dem Anwender ein zukünftiger Zeitpunkt bekannt, an dem das Überschreiten des vorgegebenen Grenzwerts durch den Beladungszustand voraussichtlich erfolgt. 1 shows a system for creating a diagnosis of the loading state of an air-flown fine dust filter 1 of a cooling module 3 of a vehicle. The loading state is preferably determined as a percentage value. Since the loading state of the fine dust filter indicates an amount of fine dust separated at the fine dust filter 1, and the pressure loss of the air flowing through the fine dust filter 1 typically increases exponentially above the percentage value, a loading state of 100% correlates approximately with such a large pressure loss that it can no longer be compensated by increased pump performance. In reality, however, a complete pressure loss is not achieved, since the fine dust filter 1 cannot assume complete airtightness even at a loading state of 100%. Conversely, if a different pressure loss occurs with the same volume flows, this indicates a changed loading state of the fine dust filter. To determine this loading state, a computing unit 5 of the vehicle records the currently prevailing boundary conditions of the operation of the fine dust filter 1 in order to identify boundary conditions that allow a comparison. This comparison is carried out via the recorded cooling performance of the cooling module 3 of the vehicle. If the vehicle is an electric vehicle, it can be assumed that after certain maximum expected driving times and/or distances, the vehicle's battery will be charged. Such a charging process offers constant Boundary conditions, in particular that for each charging process, it can be assumed that the opening state of a radiator shutter is the same, as well as that the control valves and pumps for constant coolant volume flows through a water cooler are the same. If the computing unit 5 detects such an electrical charging process of the vehicle's battery, the cooling capacity of the cooling module 1 is determined after a certain settling time (to avoid the detection of transient effects). The cooling capacity is associated with a cooling rate, which is easy to calculate using temperature sensors and the recorded time between the measuring points. For different charging processes, boundary conditions within specified similarity limits are therefore used, and a time for measurement is set for each charging process. By comparing the current cooling capacity of the cooling module 3 with model values of the cooling capacity of the cooling module 3 for stationary charging processes of the vehicle depending on the total distance traveled by the vehicle since the most recent fine dust filter change, the loading state of the fine dust filter 1 is calculated back with the underlying assumption that the cooling capacity decreases as the loading state of the fine dust filter increases due to a defined mathematical function. If a predetermined limit value is exceeded by the determined loading state, the computing unit 5 then transmits a command to an output unit to issue a warning about the loading state of the fine dust filter 1. Together with the warning, information about a determined forecast about the loading state of the air-flowing fine dust filter 1 is issued. This forecast about the future loading state of the fine dust filter 1 is made by the computing unit 5 by determining a change in the cooling capacity of the cooling module 3 from an earlier point in time of a first charging process to a later point in time of a second charging process by extrapolating the determined past change. This means that the user knows a future point in time at which the specified limit value is likely to be exceeded due to the loading condition.

Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.Although the invention has been illustrated and explained in detail by preferred embodiments, the invention is not limited by the disclosed examples and other variations can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the scope of the invention. It is therefore clear that a multitude of possible variations exist. It is also clear that embodiments mentioned as examples really only represent examples that are not to be understood in any way as a limitation of the scope of protection, the possible applications or the configuration of the invention. Rather, the preceding description and the description of the figures enable the person skilled in the art to implement the exemplary embodiments in concrete terms, whereby the person skilled in the art, with knowledge of the disclosed inventive concept, can make various changes, for example with regard to the function or the arrangement of individual elements mentioned in an exemplary embodiment, without departing from the scope of protection defined by the claims and their legal equivalents, such as further explanations in the description.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005012502 B4 [0005]
DE 102005027072 A1 [0006]
FR 3082454 B1 [0007]

Claims

System for creating a diagnosis of the loading state of an air-flown fine dust filter (1) of a cooling module (3) of a vehicle with separated fine dust, comprising a computing unit (5) which is designed to record currently prevailing boundary conditions of the operation of the fine dust filter (1) and to repeatedly determine a current cooling performance of the cooling module (3) at different points in time with boundary conditions within predetermined similarity limits, and to determine a loading state of the fine dust filter (1) by comparing the current cooling performance of the cooling module (3) with model values of the cooling performance of the cooling module (3) that are consistent with the current boundary conditions, and to transmit a command to an output unit for issuing a warning about the loading state of the fine dust filter (1) if a predetermined limit value is exceeded by the determined loading state.

System according to Claim 1 , wherein the system serves to determine a diagnosis and a prognosis about the loading state of the air-flown fine dust filter (1), wherein the computing unit (5) is designed to determine the prognosis about the future loading state of the fine dust filter (1) by determining a change in the cooling capacity of the cooling module (3) from an earlier point in time to a later point in time, in each case with boundary conditions within predetermined similarity limits, and by extrapolating the change, wherein the prognosis about the loading state indicates a future point in time at which the predetermined limit value is expected to be exceeded by the loading state.

System according to one of the preceding claims, wherein the computing unit (5) is designed to detect whether a battery charging process of the vehicle is taking place and to select the different points in time distributed over different charging processes.

System according to one of the preceding claims, wherein the computing unit (5) is designed to select the different points in time such that they lie one after the other at predetermined time intervals.

System according to one of the preceding claims, comprising a first temperature sensor for determining an inlet temperature of a coolant cooler of the cooling module (3) and comprising a second temperature sensor for determining an outlet temperature of the coolant cooler of the cooling module (3), wherein the computing unit (5) is designed to determine a current cooling performance by comparing the temperature respectively determined by the first temperature sensor and the second temperature sensor.

System according to one of the preceding claims, wherein the model values of the cooling module (3) dependent on the boundary conditions are stored in a table as pre-stored target values, or are calculated model-based by the computing unit (5) from the current values of the boundary conditions.

System according to one of the preceding claims, wherein the computing unit (5) is designed to store a history of the results on the loading state of the fine dust filter (1) determined since the most recent replacement of the fine dust filter (1), and to transmit the command to the output unit for issuing the warning only when the predetermined limit value is exceeded by the determined loading state if the currently determined loading state shows at most a deviation from the trend derived from the history within predetermined limits.

System according to one of the Claims 1 until 7 , wherein the computing unit (5) is designed to determine absolute values of the cooling capacity when determining the cooling capacity and to compare each with the predetermined limit value.

System according to one of the Claims 1 until 7 , wherein the computing unit (5) is designed to determine absolute values of the cooling capacity and differences in the temporal course of the cooling capacity between later and earlier points in time when determining the cooling capacity and to compare a cost function from the absolute values and the differences with the predetermined limit value.

Vehicle with a system according to one of the preceding claims.