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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Außentemperatur
bei einem Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Bei
Kraftfahrzeugen sind zur Außentemperaturerfassung
herkömmlicherweise
Temperatursensoren vorgesehen, die ein der Umgebungstemperatur entsprechendes
Signal abgeben. Die Bestimmung der Außentemperatur ist beispielsweise
zur Steuerung bzw. Regelung eines Heiz- oder Klimasystems eines
Fahrzeugs erforderlich.
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Nachteilig
bei bisherigen Systemen ist, dass Fahrzeugeinflüsse – wie die Motorwärme – insbesondere
bei niedrigen Fahrgeschwindigkeiten beziehungsweise bei Stillstand
des Kraftfahrzeugs keine korrekte Außentemperaturerfassung ermöglichen. Durch
die vom Motorblock abgegebene Wärme
wird der Außentemperatursensor
je nach Fahrzeuggeschwindigkeit unterschiedlich erwärmt und
entsprechend die Temperaturerfassung verfälscht.
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In
der US-A-5416728 und der DE-A-4130680 sind Vorrichtungen zur Erfassung
der Außentemperatur
bei einem Kraftfahrzeug beschrieben, die versuchen dieses Problem
zu lösen,
indem die Anzeige eines unkorrekt hohen Außentemperaturwertes bei noch
nicht abgekühltem
Motor und nach Wiedereinschalten der Zündung vermieden wird.
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Darüber hinaus
ist aus der DE-A-19624078 ein gattungsbildendes Verfahren zur Bestimmung
der Außentemperatur
bei Kraftfahrzeugen bekannt, mittels welchem die Außentemperatur
anhand eines Sensors erfasst und in Abhängigkeit von Fahrzeugbetriebs-
und/oder Fahrzeugzustandsbedingungen eine korrigierte Außentemperatur
ermittelt wird. Hierfür
wird ein Korrekturwert gebildet und das vom Sensor abgegebene Temperatursignal
entsprechend dem Korrekturwert zu einem korrigierten Temperatursignal
abgeändert.
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Die
angegebenen Verfahren zur Ermittlung einer korrekten Außentemperatur
haben sich in der Vergangenheit weitestgehend bewährt.
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Ferner
ist aus der
DE 43 31
142 C2 ein Verfahren zur Regelung der Temperatur eines
Innenraums eines Kraftfahrzeugs bekannt. Hierbei sollen im Regelbetrieb
auftretende Regeldifferenzen zuverlässig eliminiert und anfängliche
größere Abweichungen
vom Regelgleichgewicht in einer Startphase schnellstmöglich verringert
werden. Dies erfolgt, indem im eingefahrenen Regelbetrieb eine herkömmliche
PI-Regelung und in der Anlaufphase die Regelung mittels einem vom
Startzustand abhängigen Reglerbetrieb
durchgeführt
wird.
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Des
Weiteren ist aus der
DE
37 31 687 A1 ein Verfahren zur sich selbsttätig anpassenden
Steuerung der Temperatur eines Gebäuderaumes bekannt, bei dem
die Steuerung und die Anpassung der Steuerung mit periodischen Messungen
der Heizungsvorlauftemperatur am Eingang und der Heizungsrücklauftemperatur
am Ausgang des Heizkreises sowie der Außentemperatur vorgenommen wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein verbessertes von Fahrzeugbetriebbedingungen
abhängiges
Verfahren zur Bestimmung der Außentemperatur
angewandt bei einem Kraftfahrzeug anzugeben. Ihr liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass einerseits für
eine möglichst
genaue Bestimmung der Außentemperatur
genaueste Messsignale von Sensoren für die Erfassung von Fahrzeugbetriebsbedingungen
(wie Motor-, Kühlmittel-
oder Öltemperatur) und
gegebenenfalls von Fahrzeugumgebungsbedingungen (wie Außen- bzw.
Lufttemperatur, Sonneneinstrahlung, Windverhältnisse) unentbehrlich sind und
andererseits das andauernde Messen oder Abrufen solcher Messwerte
einen relativ hohen Strombedarf erfordert, so dass bei Fahrzeugen
mit längerer Standzeit
es zu einer Entladung der Batterie und somit zu Problemen bei einem
Startvorgang kommen kann.
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Erfindungsgemäß wird die
Aufgabe der Erfindung durch die Gesamtheit der Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
Erfindungsgemäß erfolgt
die Korrektur der Außentemperatur,
indem ausgehend von einem Startwert der mindestens einen Fahrzeugbetriebsbedingung,
diese anhand eines Rechenmodells mit Abkühlzeitkonstante bestimmt und
die Außentemperatur
anhand eines berechneten Fahrzeugbetriebsbedingungswertes korrigiert
wird. Ferner wird in zeitlich voneinander beabstandeten Messkorrekturzeitpunkten
die mindestens eine Fahrzeugbetriebsbedingung messtechnisch erfasst
und der zu diesem Zeitpunkt gemäß Berechnungsmodell
vorliegende Fahrzeugbetriebsbedingungswert anhand der messtechnisch
ermittelten Werte abgeändert.
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Dabei
kann die Abänderung
des im Messkorrekturzeitpunkt vorliegenden Fahrzeugbetriebsbedingungswertes
durch einfachen Austausch des berechneten Wertes durch den gemessenen
Wert erfolgen, für
den Fall, dass die für
die Abänderung
messtechnisch ermittelte Fahrzeugbetriebsbedingung die gleiche ist,
wie die, die der Berechnung zugrunde liegt. Für den Fall, dass die für die Abänderung
messtechnisch ermittelte Fahrzeugbetriebsbedingung und die, die
der Berechnung zugrunde liegt nicht die gleichen Fahrzeugbetriebsbedingungen
sind, müsste
die Abänderung
zwecks Anpassung über
Zwischenberechnungen erfolgen. Beispielsweise kann die Kühlmitteltemperatur
die berechnete und die erfasste Größe sein – es ist aber auch denkbar
die Kühlmitteltemperatur
als berechnete Größe über die
Motortemperatur oder eine andere Fahrzeugbetriebsbedingung zu korrigieren.
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Die
Außentemperatur
wird anschließend
anhand des korrigierten Fahrzeugbetriebsbedingungswertes ebenfalls
korrigiert. Die weitere Berechnung der mindestens einen Fahrzeugbetriebsbedingung anhand
des Rechenmodells erfolgt auf der Grundlage der erfassten Messwerte
beziehungsweise des aufgrund der Messwerte korrigierten Fahrzeugbetriebsbedingungswertes.
Dabei kann der korrigierte Fahrzeugbetriebsbedingungswert als neuer „Startwert" für die Weiterberechnung
mit dem Rechenmodell dienen. Die in die Berechnung einfließende Abkühlzeitkonstante
wird jeweils in Abhängigkeit
von zumindest einem der erfassten Messwerte verändert.
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Durch
die Kombination von Korrekturvorgängen bei der Außentemperatur – zum einen
anhand berechneter Fahrzeugbetriebsbedingungen gemäß dem vorliegenden
Berechnungsmodell zu Zeitpunkten (im Folgenden Berechnungskorrekturzeitpunkte x1 ... xn genannt)
die in der Regel zwischen den Messkorrekturzeitpunkten (im Folgenden
Messkorrekturzeitpunkte T1, ..., Tn genannt) zur Erfassung der Fahrzeugbetriebsbedingungswerte
liegen und zum anderen anhand von zu den Messkorrekturzeitpunkten gemessenen
Werten – wird
eine hohe Genauigkeit der zu ermittelnden Außentemperatur gewährleistet. Je
nach Verteilung der Korrekturzeitpunkte kann ein Messkorrekturzeitpunkt
auch mit einem Berechnungskorrekturzeitpunkt zusammenfallen. In
diesem Fall hat die Korrektur anhand des gemessenen Wertes Vorrang.
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Durch
die möglichst
genaue Ermittlung der die Außentemperatur
beeinflussenden Motorabwärme über die
Erfassung und Auswertung vorliegender Fahrzeugbetriebsbedingungen,
kann z.B. ein Außentemperaturfilter
oder ein anderer Algorithmus zur Berechnung oder Korrektur der Außentemperatur
sehr genau angepasst werden.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden die zeitlichen Abstände aufeinanderfolgender Messkorrekturzeitpunkte
zur Erfassung der Fahrzeugbetriebsbedingung(en) von Messkorrekturzeitpunkt
zu Messkorrekturzeitpunkt entweder nach jedem Messkorrekturzeitpunkt
oder nach einer Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Messkorrekturzeitpunkten
vergrößert. Hierdurch
kann der benötigte
Energiebedarf – insbesondere
der Ruhestrom bei Fahrzeugstillstand – weiter gesenkt werden.
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Indem
eine erfasste Außentemperatur
in Abhängigkeit
von erfassten Fahrzeugbetriebsbedingungen zu zeitlich zyklisch aufeinanderfolgenden
Zeitpunkten korrigiert wird, kann eine energieintensive Dauererfassung
von Messwerten unterbleiben und der Energiehaushalt eines sich außer Betrieb
befindlichen Fahrzeugs optimiert werden. Dadurch, dass zur Berechnung
der Fahrzeugbetriebsbedingung(en) eine Berechnungsvorschrift mit
veränderbarer
Abkühlzeitkonstante – insbesondere
eine Exponentialfunktion – Verwendung
findet, lässt
sich die Genauigkeit der Berechnung deutlich erhöhen, so dass eine erheblich
geringere Anzahl von Messkorrekturzeitpunkten für eine ausreichend genaue Berechnung der
Fahrzeugbetriebsbedingung(en) und damit für eine Korrektur der Außentemperatur
anhand von tatsächlich
vorliegenden (gemessenen) Fahrzeugbetriebsbedingungswerten erforderlich
ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
kann somit erheblich der Energiebedarf für die Funktion der Außentemperaturbestimmung,
insbesondere bei nicht in Betrieb befindlichem Fahrzeug, gesenkt
und eine erhöhte Verfügbarkeit
des Fahrzeugs auch nach längerer Standzeit
gewährleistet
werden.
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Der
Energieverbrauch kann weiter verbessert werden, wenn die Messungen
für die
Ermittlung der Fahrzeugbetriebsbedingungswerte zeitlich nicht unendlich
andauern, sondern entweder nach einer vorbestimmten oder vorbestimmbaren
Zeit oder wenn eine vorbestimmte oder vorbestimmbare Differenz aufeinanderfolgender
korrigierter Fahrzeugbetriebsbedingungswerte unterschritten wird
automatisch beendet werden. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen beschrieben.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren zu einem Ausführungsbeispiel
näher erläutert. Es
zeigen:
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1: unterschiedliche Kurvenverläufe, die das
Abkühlverhalten
einer Fahrzeugbetriebsbedingung darstellen und
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2: einen Detailausschnitt
gemäß 1.
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1 zeigt in einem Koordinatensystem – beispielhaft
anhand der Kühlmitteltemperatur – die Abhängigkeit
einer Fahrzeugbetriebsbedingung als Funktion der Zeit. Dabei steht
die Kühlmitteltemperatur
beispielhaft für
andere Fahrzeugbetriebsbedingungen, wie Motortemperatur, Motoröltemperatur, Motorraumtemperatur.
Die dargestellten Kurven stellen das Abkühlverhalten der Kühlflüssigkeit
nach Abstellen des Motors dar.
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Die
durchgängige
Kurve 2 stellt den tatsächlichen
Abkühlvorgang
des Kühlmittels
dar, während die
gestrichelte Kurve 4 den unstetigen Kurvenverlauf eines anhand eines
Berechnungsmodells – im Folgenden
Abkühlkurvenmodell
genannt – berechneten
und in den unstetigen Stellen korrigierten Abkühlvorganges des Kühlmittels
darstellt. Die Korrektur von den Abkühlvorgang nachbildenden Kühlmitteltemperaturwerten
erfolgt, indem zu bestimmten Messkorrekturzeitpunkten der Berechnungswert
der Kühlmitteltemperatur
(KMT) aus dem Abkühlkurvenmodell
unter Verwendung der aktuell ermittelten Messwerte entweder einfach
ersetzt oder neu berechnet und abgeändert wird und die nachfolgende Berechnung
ab diesem Zeitpunkt jeweils mit aktualisierten Kühlmitteltemperaturwerten berechnet
wird. So werden zu jedem Messkorrekturzeitpunkt einzelne Kühlmitteltemperaturwerte
für die
Berechnung des Abkühlkurvenmodells
aktualisiert.
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Die
Kühlflüssigkeit
kühlt im
dargestellten Beispiel tatsächlich
(real) deutlich langsamer ab (Kurve 2), als dies gemäß dem hinterlegten
Abkühlkurvenmodell
mit geschätzten
festen Verzögerungszeiten und
Parameterwerten und ohne Korrektur berechnet würde. Ein nicht korrigierter
berechneter Abkühlvorgang
ist beispielhaft durch die strichpunktierte Kurve 6 dargestellt.
Um zu vermeiden, dass vom System anhand des Abkühlkurvenmodells ein deutlich
verfälschter
Kühlmitteltemperaturwert
(siehe Kurve 6) und damit zugleich ein erheblich verfälschter
Außentemperaturwert
ermittelt wird, aber zugleich nur ein geringer Energieverbrauch
für die
Ermittlung aufgewendet wird, erfolgt gemäß der Erfindung die Erfassung
aktueller Fahrzeugbetriebsbedingungen zur Ermittlung eines korrigierten
Fahrzeugbetriebsbedingungswertes beziehungsweise eines anhand des korrigierten
Fahrzeugbetriebsbedingungswertes korrigierten Außentemperaturwertes zu zeitlich
beabstandeten aufeinanderfolgenden Messkorrekturzeitpunkten T1, ..., Tn. Verwendung
findet hier ein Rechenmodell mit einer Abkühlzeitkonstanten, die in jedem
Messkorrekturzeitpunkt in Abhängigkeit
von zumindest einem der aktualisierten Messwerte der Fahrzeugbetriebsbedingungen
verändert
wird. Hierdurch werden indirekt die vorliegenden Fahrzeugumgebungsbedingungen
bei einer Korrektur automatisch mit berücksichtigt. Mit Vorteil sind
die zeitlichen Abstände
aufeinanderfolgender Messkorrekturzeitpunkte T1,
..., Tn von Messkorrekturzeitpunkt zu Messkorrekturzeitpunkt
immer größer ausgebildet.
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Die
energieintensive Messung der Fahrzeugbetriebsbedingungen wird vorzugsweise
nur für eine
bestimmte Zeitdauer durchgeführt
beziehungsweise nach einer bestimmten Zeitdauer abgebrochen. Diese
Zeitdauer kann vorbestimmt oder vorbestimmbar sein. Es kann aber
auch eine Überwachung der
korrigierten Außentemperaturwerte
oder der korrigierten Fahrzeugbetriebsbedingungswerte erfolgen derart,
dass für
den Fall, dass die Differenz aufeinanderfolgender korrigierter Außentemperaturwerte
eine vorbestimmte beziehungsweise vorbestimmbare Größe unterschreitet
oder die bei gleichen Messkorrekturzeitpunkten rechnerisch und messtechnisch
ermittelten Fahrzeugbetriebsbedingungswerte entsprechend gering
voneinander abweichen, die Messung beendet wird.
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Gemäß dem dargestellten
Beispiel wird nach Abstellen des Fahrzeugs ausgehend von einem Kühlmitteltemperatur-Startwert
die Abkühlkurve
des Kühlmittels
zunächst
anhand des hinterlegten Abkühlkurvenmodells
berechnet (siehe erster Teil der gestrichelten Kurve 4), bis im
Zeitpunkt T1 durch die messtechnische Erfassung
einer Fahrzeugbetriebsbedingung (z.B. der Kühlmitteltemperatur, aber auch jede
andere Fahrzeugbetriebsbedingung kann für die Korrektur herangezogen
werden) die berechnete Fahrzeugbetriebsbedingung, im vorliegenden
Fall die Kühlmitteltemperatur,
korrigiert wird. Die Neuberechnung der Fahrzeugbetriebsbedingung „Kühlmitteltemperatur" erfolgt dabei zyklisch
in insbesondere größer werdenden
Zeitabständen
tZyklus. Zu den verschiedenen Messkorrekturzeitpunkten
T1, ..., Tn wird die
berechnete Funktion anhand tatsächlich
vorliegender (gemessener) Fahrzeugbetriebsbedingungswerte auf den
tatsächlichen
Wert der Kühlmitteltemperatur
korrigiert.
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Der
Abkühlvorgang
wird beispielsweise durch die Rechenvorschrift T[Tx]
= T[T0] × e–t/τ berechnet,
mit:
T[T0]= Ausgangstemperatur T (z.B.
Kühlmitteltemperatur-Startwert)
einer Fahrzeugbetriebsbedingung (Motor-, Motorraum-, Motoröl-, Kühlmitteltemperatur, ....)
im Zeitpunkt T0 (z.B. beim Abstellen des
Fahrzeugs),
T[Tx] = aktuell berechnete
Temperatur T der Fahrzeugbetriebsbedingung im aktuellen Zeitpunkt
Tx,
t = Zeitdauer seit Berechnungsbeginn
(z.B. seit Abstellen des Fahrzeugs);
τ = Abkühlzeitkonstante (Verzögerungszeit).
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Die
Abkühlzeitkonstante τ des verwendeten Rechenmodells
ist erfindungsgemäß in Abhängigkeit von
zumindest einem der jeweils aktuellen Messwerte einer Fahrzeugbetriebsbedingung
veränderbar. Hierdurch
können
zu den jeweiligen Messkorrekturzeitpunkten T1,
..., Tn bereits Änderungen in den Fahrzeugumgebungsbedingungen
(Wind, Sonneneinstrahlung, Lufttemperatur) frühzeitig berücksichtigt werden, so dass
der folgende Kurvenabschnitt wesentlich genauer berechnet werden
kann (Kurve 8). Aufgrund dieser genaueren Berechnung sind weniger
Messwerte für
eine ausreichende Genauigkeit erforderlich – die aufeinanderfolgenden
Messkorrekturzeitpunkte T1, ..., Tn können
somit zeitlich deutlich größer beabstandet
werden. Im dargestellten Beispiel wird gemäß Kurve 8 im Vergleich zu Kurve
4 nur jeder zweite Messkorrekturzeitpunkt T1,
..., Tn für eine korrigierte Neuberechnung
eines Fahrzeugbetriebsbedingungswertes unter Einbeziehung aktueller Messwerte
irgendeiner Fahrzeugbetriebsbedingung – vorzugsweise, derselben Fahrzeugbetriebsbedingung,
die auch korrigiert werden soll, verwendet.
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Die
Abkühlzeitkonstante τ lässt sich
dabei bevorzugt wie folgt berechnen:
τ = t/(In(T[Tx]/T[T0])), wobei T[Tx]
ein realer Messwert z.B. der Kühlmitteltemperatur
zu einem Messkorrekturzeitpunkt T1....Tn ist.
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Um
Ruhestrom während
der Standzeit des Fahrzeugs einzusparen, sollten unter Berücksichtigung
der geringer werdenden Steigung der Exponentialfunktion die Messungen
und Korrekturen der Fahrzeugbetriebsbedingungen bzw. der Fahrzeugbetriebsbedingungswerte
in zeitlich größer werdenden
Abständen
erfolgen.
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Vorzugsweise
wird die Messung und Korrektur zu einem späteren Zeitpunkt nach längerer Standzeit
ganz eingestellt.
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Anhand
des Detailausschnittes gemäß 2 soll das Gesamtverfahren
der Korrektur einer Außentemperatur
mittels Korrektur von Fahrzeugbetriebsbedingungswerten weiter veranschaulicht
werden. Hierfür
sind im Diagramm lediglich die Kurve 2 für den realen Abkühlvorgang
und die Kurve 8 für den,
gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren
optimiert nachgebildeten Abkühlvorgang
dargestellt. Dabei ist veranschaulicht, dass neben der Korrektur in
den Messkorrekturzeitpunkten T1, ..., Tn, in denen anhand gemessener Fahrzeugbetriebsbedingungswerte
eine Korrektur der berechneten Fahrzeugbetriebsbedingungswerte und
eine anschließende
Korrektur der über
Sensoren erfassten Außentemperatur erfolgt,
auch in den zeitlich deutlich geringer von einander beabstandeten
Berechnungskorrekturzeitpunkten x1, ...,
xn die über
Sensoren erfasste Außentemperatur
anhand berechneter Fahrzeugbetriebsbedingungswerte korrigiert wird.
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Um
vorliegende Fahrzeugumgebungsbedingungen bei der Ermittlung der
Außentemperatur
zu berücksichtigen,
wird in den zeitlich größer voneinander
beabstandeten Messkorrekturzeitpunkten T1,
..., Tn die über den Außentemperatursensor eingelesene Außentemperatur
mittels korrigierter Fahrzeugbetriebsbedingungswerte korrigiert.
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Wie
zu erkennen ist, würde
die Kurve 8 ohne Korrektur mit zunehmender Zeit immer stärker von der
den tatsächlichen
Abkühlvorgang
darstellenden Kurve 2 abweichen.
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Mit
einer derartig ungenauen Kühlmitteltemperatur
könnte
nur eine sehr ungenaue Aussage über die
tatsächlich
vorliegende, in Abhängigkeit
von der vorliegenden Kühlmitteltemperatur
zu korrigierenden, Außentemperatur
gemacht werden. Aus diesem Grund wird zu den Messkorrekturzeitpunkten
T1, ...., Tn eine
oder mehrere Fahrzeugbetriebsbedingungen messtechnisch erfasst und
anhand der erfassten Messwerte die zu berechnende Fahrzeugbetriebsbedingung
korrigiert (Kurve 4). Im einfachsten Fall, wird beispielsweise für die zu
berechnende Kühlmitteltemperatur
im jeweiligen Messkorrekturzeitpunkt T1, ...,
Tn die tatsächlich vorliegende Kühlmitteltemperatur
gemessen und der zu berechnende Wert an dieser Stelle durch den
messtechnisch ermittelten Wert ersetzt. Auf diese Weise ist gewährleistet,
dass zumindest zu den Messkorrekturzeitpunkten die tatsächliche
Kühlmitteltemperatur
vorliegt. Die in diesen Zeitpunkten ermittelte tatsächliche
Kühlmitteltemperatur
bildet dann die Berechnungsgrundlage für die rechnerische Ermittlung
der Kühlmitteltemperatur zwischen
dem jeweils letzten Messkorrekturzeitpunkt und dem auf diesen folgenden
Messkorrekturzeitpunkt, so dass auch die berechneten Zwischenwerte wiederum
eine verbesserte Genauigkeit aufweisen.
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Dadurch,
dass eine Berechnungsvorschrift mit einer Abkühlzeitkonstante τ, die ein
Maß für die Geschwindigkeit
des Abkühlvorganges
darstellt, Verwendung findet und diese Abkühlzeitkonstante τ ebenfalls
in Abhängigkeit
von den zu den Messkorrekturzeitpunkten T1,
..., Tn erfassten Messwerten der Fahrzeugbetriebsbedingungen
abgeändert
wird, wird eine weitere Erhöhung
der Genauigkeit erzielt. Um eine ausreichende Genauigkeit zu gewährleisten sind
somit deutlich weniger bzw. zeitlich deutlich weiter voneinander
beabstandete Messkorrekturzeitpunkte erforderlich als bei einem
Verfahren ohne adaptive Abkühlzeitkonstante τ. Die Anzahl
der Messkorrekturzeitpunkte zu verringern ist aus energietechnischen
Gründen
insbesondere immer dann von Interesse, wenn beispielsweise für die Messung
von Fahrzeugbetriebsbedingungen ein Bussystem komplett oder teilweise
wieder in Betrieb genommen werden muss (sogenanntes Wecken eines
schlafenden Bussystems).