WO2022156987A1 - Verfahren und vorrichtung zum ermitteln eines umgebungsdrucks - Google Patents

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WO2022156987A1
WO2022156987A1 PCT/EP2021/087193 EP2021087193W WO2022156987A1 WO 2022156987 A1 WO2022156987 A1 WO 2022156987A1 EP 2021087193 W EP2021087193 W EP 2021087193W WO 2022156987 A1 WO2022156987 A1 WO 2022156987A1
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control unit
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PCT/EP2021/087193
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Thomas Riepl
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Vitesco Technologies GmbH
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    • G01L7/02—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges
    • G01L7/08—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the flexible-diaphragm type
    • G01L7/088—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the flexible-diaphragm type correcting or regulating means for flexible diaphragms
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    • G01D3/0365—Indicating or recording apparatus with provision for the special purposes referred to in the subgroups mitigating undesired influences, e.g. temperature, pressure on measuring arrangements themselves the undesired influence being measured using a separate sensor, which produces an influence related signal
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    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G01L19/0046—Fluidic connecting means using isolation membranes

Definitions

  • the present disclosure relates to a method and a device for determining an ambient pressure which prevails around a control unit, the control unit having a housing with an opening and a membrane with a specific permeability covering the opening, a pressure sensor being arranged inside the housing is.
  • control units for example in control units for an engine or for a vehicle, it is known to arrange a pressure sensor within a housing of the control unit.
  • the housing conventionally has an opening so that pressure equalization or air equalization can take place between the housing volume inside and in the environment.
  • the ambient pressure corresponds to the pressure inside the housing of the control unit.
  • the pressure sensor which is conventionally arranged within the control unit, can accordingly detect a measurement signal that is characteristic of the ambient pressure that prevails around the control unit.
  • the pressure sensor is arranged inside the housing of the control unit, since it is thereby protected from dirt and other external influences, such as the effects of violence.
  • the object of the present disclosure is therefore to create a method and a device with which an ambient pressure which prevails around a control unit can be determined in an advantageously simple and reliable manner.
  • the control unit includes a housing having an opening and a membrane covering the opening.
  • the membrane has a certain permeability.
  • the permeability indicates how much fluid (air) from one side of the membrane through the membrane to the other side of the membrane depending on other properties such.
  • B. pressure difference and temperature difference can flow.
  • the control unit has a pressure sensor inside the housing, which is set up to detect a measurement signal which is characteristic of the pressure inside the housing.
  • the pressure reading being characteristic of an internal pressure within the housing.
  • the measured pressure value that is characteristic of the internal pressure inside the housing is accordingly detected with the pressure sensor, which is arranged inside the housing.
  • a correction value which has a constant and a variable.
  • the correction value is formed, for example, from the constant and the variable. According to a further embodiment, it is also conceivable that further constants or further variables form the correction value. According to one embodiment, the correction value is determined by the control unit itself.
  • the ambient pressure is determined using the previously recorded pressure measurement value and the determined correction value. This can be done in the control unit itself, for example, so that this can be done directly by the control unit even the ambient pressure that prevails around the control unit can be inferred.
  • the diaphragm closes the opening which would allow pressure equalization from the environment to the interior volume of the housing.
  • the membrane has a certain permeability, so that the ambient pressure would adapt to changes in pressure over a longer period of time even inside the housing.
  • the ambient pressure does not immediately correspond to the internal pressure within the housing.
  • the internal pressure adjusts accordingly over time to the ambient pressure. This deviation can be compensated for with the method according to the present disclosure.
  • the flow rate of fluid through the diaphragm is proportional to the pressure difference between the ambient pressure and the internal housing pressure. See the formula below, where dN/dt is the flow rate, pint is the internal pressure, and p ex t is the ambient pressure.
  • the flow rate through the diaphragm is also proportional to the change in pressure within the housing. See the formula below, where dN/dt is the flow rate, dpint/dt is the change in internal pressure over time. dN dp int dt dt
  • the external pressure can be determined based on the measured internal pressure and the correction value, the correction value being determined, for example, the pressure change inside the housing and a constant which, for example, contains the permeability of the membrane and the opening size of the opening of the housing. See the formula below, where X is the constant.
  • the correction value is formed from the constant X and the variable dpint/dt.
  • the constant can be determined, for example, during the development of the control unit with the opening and the membrane and stored in the control unit itself.
  • the variable can be continuously determined by the control unit itself. Accordingly, according to the present disclosure, the control unit can determine the atmospheric pressure existing around the control unit only with the detected pressure measurement value of the pressure sensor and the correction value, which is determined from the constant and the variable. Overall, the ambient pressure can accordingly be determined in a reliable manner despite the legal changes and the concomitant arrangement of the membrane at the opening.
  • the pressure sensor is arranged within the housing according to the present disclosure, as a result of which it is advantageously protected from environmental influences, as a result of which the method for determining the environmental pressure can be carried out in a robust manner even under adverse environmental influences.
  • the variable of the correction value comprises a pressure change over time within the housing, the pressure change being determined using a history of the detected pressure measurement value of the pressure sensor.
  • the measured pressure value recorded by the pressure sensor can, for example, be recorded within the control unit itself over a specific period of time, resulting in the course of the measured pressure value.
  • the change in pressure can accordingly be determined on the basis of the curve.
  • the change in pressure within the housing is proportional to a pressure difference which arises between the ambient pressure and the pressure within the housing. Accordingly, the ambient pressure can be advantageously simply inferred by means of the variable that shows the pressure change over time within the housing.
  • the necessary calculations for determining the ambient pressure can be carried out by means of a microcontroller, which is arranged in the control unit itself. Accordingly, the ambient pressure can advantageously be determined quickly and accurately. According to one embodiment, additionally or alternatively, for example, a gradient of Pressure change over time can be used within the housing to determine the ambient pressure. The gradient or the slope of the gradient can provide conclusions about how strong the pressure difference between the ambient pressure and the internal housing pressure is, which in turn can advantageously be used to draw conclusions about the ambient pressure simply and reliably using the measured pressure value recorded with the pressure sensor.
  • the constant of the correction value has a first constant that includes specific properties of the membrane.
  • these specific properties of the membrane can include geometry data such as its thickness or an aging function.
  • the first constant can be determined, for example, during the development process of the development of the control unit and stored within the control unit, in which case it can then be queried and used to determine the ambient pressure.
  • the more precise the first constant (e.g. C) is, the more precisely the ambient pressure can be determined. It is accordingly important that the first constant is determined precisely during the development process and that, if possible, aging effects are also taken into account. If, according to the above formula, the constant is only formed from the first constant, then X C would apply accordingly.
  • a temperature sensor is arranged inside the housing, which detects a temperature measurement value that is characteristic of an internal temperature inside the housing, the variable of the correction value having a temperature change over time inside the housing, the temperature change being measured by means of a curve of the detected temperature reading of the temperature sensor is determined.
  • the temperature sensor is arranged primarily inside the housing, for example, in order to monitor the internal temperature, so that if the internal temperature exceeds or falls below a critical limit value, measures can be initiated so that the control unit can be protected from damage.
  • the measured temperature value is recorded over a specific period of time, resulting in a profile of the recorded temperature measurement value, which in turn can be stored within the control unit.
  • the change in temperature inside the housing can be determined by means of the course of the measured temperature value.
  • the temperature change inside the housing can be proportional to a pressure difference between the ambient pressure and the internal pressure inside the housing. Accordingly, conclusions can be drawn about the ambient pressure that prevails around the housing by means of the temperature change. This embodiment is based on the finding according to the following formula, where dT / dt is the temperature change.
  • a heat source for example a microprocessor, which emits heat
  • this additional heat source can also be taken into account, as a result of which the ambient pressure can also advantageously be determined accurately and reliably.
  • the variable of the correction value is a combination of the temperature change and the pressure change over time. Accordingly, the measured pressure value recorded by means of the pressure sensor and the measured temperature value recorded by means of the temperature sensor are used to determine the ambient pressure which prevails around the control unit. In this way, the ambient pressure can also be precisely determined.
  • the atmospheric pressure can be found using the following formula, where dpint /dT is the variable of the correction value, indicating the proportionality of the pressure change to the temperature change, and X is the constant of the correction value.
  • the constant of the correction value has a second constant that contains specific properties of the membrane that is used to determine the ambient pressure if the ambient pressure is determined by means of the temperature change.
  • the second constant D can also be determined, for example, during a development process of the control unit and can be stored within the control unit, for example in a memory, and used to determine the ambient pressure in each case.
  • the second constant can additionally have aging effects which, for example, depict a change in permeability over time.
  • the second constant is determined during a period of time within which the control device is not or hardly moved relative to its surroundings, so that the ambient pressure remains constant and the internal temperature within the housing is initially above an ambient temperature and then to the ambient temperature adjusted.
  • the drop in temperature within the housing can, for example, be due to the fact that the control unit is initially in operation, for example while the vehicle is being moved with the control unit, and is then taken out of operation, for example when the vehicle is parked.
  • heat is produced inside the control unit by the heat source, thereby increasing the temperature inside the control unit.
  • the vehicle is then switched off, for example, and no further heat is produced within the control unit by means of the heat source.
  • the second constant can advantageously be determined simply, reliably and accurately.
  • the first constant is determined using the ascertained second constant.
  • the first constant and the second constant are linked to one another via physical parameters, so that the first constant can be determined using the determined second constant.
  • the second constant can be calculated, for example, by means of the control unit itself.
  • the second constant can be determined continuously over the entire service life of the control unit, so that in particular aging effects of the membrane can be mapped advantageously simply and depending on the operation or the frequency of use of the control unit, so that the ambient pressure can advantageously be accurate over the entire service life the control unit can be determined.
  • the constant of the correction value is a combination of the first constant and the second constant. If, for example, the variable of the correction value is determined by means of the pressure change and temperature change over time, then it is particularly advantageous to specify the constant of the correction value from a combination of the first constant and the second constant. As a result, the ambient temperature can advantageously be determined accurately and reliably.
  • a control unit which has a housing with an opening and a membrane with a specific permeability which covers the opening, a pressure sensor and a microcontroller being arranged inside the housing, the microcontroller being designed for this purpose is to carry out one of the aforementioned methods in order to determine an ambient pressure which prevails around the control unit.
  • a vehicle is specified which has the control unit.
  • FIG. 1 shows a first schematic representation of a control unit according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a second schematic representation of a control unit according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a control unit 100 according to a first embodiment.
  • the control unit 100 has a housing 110 .
  • the housing 110 has an opening 112 .
  • the opening 112 is provided so that a fluid exchange between an environment 200 of the control unit 100 and the interior of the housing 110 of the control unit 100 is possible.
  • the control unit 100 further has a membrane 120 .
  • the membrane 120 covers the opening 112 completely, so that a fluid exchange between the environment 200 and the inner volume 220 of the housing 110 of the control unit 100 is only possible through the membrane 120 itself.
  • the membrane 120 has a certain permeability, ie a certain permeability of fluid (for example air).
  • the control unit 100 additionally has a pressure sensor 130 which is arranged inside the housing 110 .
  • the pressure sensor 130 is set up to detect a measured pressure value that is characteristic of an internal pressure 210 that prevails within the housing 110 .
  • the ambient pressure 200 which prevails around the control unit 100, is determined by means of the recorded measured pressure value and a determined correction value, which has a constant and a variable.
  • the constant of the correction value can, for example, be a be the first constant C.
  • the first constant C can, for example, record parameters of the membrane 120 and be stored within the control unit 100 and used to determine the ambient pressure 200 .
  • the control unit 100 has, for example, a microcontroller, which performs the calculation for determining the ambient pressure 200 .
  • the determined measured pressure value can be supplied to the microcontroller by means of the pressure sensor 130 .
  • an inner volume 220 of the housing 110 that remains constant can be provided on the microcontroller or stored on the microcontroller.
  • the ambient pressure 200 can accordingly be determined using the data provided and the measured pressure value recorded using the pressure sensor 130 .
  • FIG. 2 differs from FIG. 1 in that a temperature sensor 140 is additionally arranged within control unit 100 and is set up to detect a temperature that prevails within control unit 100 .
  • a temperature measurement value is recorded by means of the temperature sensor 140 and is made available, for example, to the microcontroller of the control unit 100 .
  • the control unit 100 has a heat source 150 .
  • the heat source 150 can be, for example, the microcontroller, which emits some heat during the operation of the control unit 100 . This heat, which the microcontroller or the heat source 150 emits, can be calculated and taken into account when determining the temperature measurement value of the temperature sensor 140 .
  • the constant of the correction value can have a second constant D in addition or as an alternative.
  • the ambient pressure 200 can accordingly be inferred using the measured pressure value detected by the pressure sensor 130 and the correction value, which according to one embodiment is specified from the second constant D and a pressure change as a function of a temperature change.
  • the internal pressure 210 within the housing 110 detected by the pressure sensor 130 can accordingly be made available to the microcontroller.
  • the internal temperature 230 detected by the temperature sensor 140 within the Housing 110 are provided to the microcontroller.
  • the determined internal temperature 230 and the determined internal pressure 210 can be recorded over time, so that curves of the internal pressure 210 and the internal temperature 230 are recorded.
  • a pressure change in the internal pressure 210 and a temperature change in the internal temperature 230 can be inferred or determined.
  • the change in the internal pressure 210 and the change in the internal temperature are proportional to a pressure difference between the ambient pressure and the internal pressure. Since the profile of the internal pressure 210 and the profile of the internal temperature 230 can be determined or are known, the ambient pressure 200 can be determined or calculated accordingly.
  • the first constant C required for this and the second constant D that is additionally required for this, for example, can be determined, for example, during the development of the control unit 100 in the laboratory or on a test bench and stored on or within the control unit 100, for example in a memory, and made available to the microcontroller will.
  • the first constant C and the second constant D can, for example, take into account aging effects of the membrane 120 . It is also conceivable, for example, for the first constant C or the second constant D or both constants C, D to be continuously re-determined and re-stored during the operation of the control unit 100, as a result of which aging effects of the membrane 120 can advantageously be mapped.
  • variable of the correction value has a pressure change over time within the housing (110), the pressure change being determined by means of a profile of the recorded pressure measurement value of the pressure sensor (130).
  • a temperature sensor (140) is arranged within the housing (110), which detects a temperature measurement value that is characteristic of an internal temperature (230) within the housing (110), the variable of the correction value has a temperature change over time within the housing (110), the temperature change being determined by means of a profile of the recorded temperature measurement value of the temperature sensor (140).
  • the constant of the correction value comprises a second constant (D) that includes specific properties of the membrane (120).
  • Control unit (100) having a housing (110) with an opening (112) and a membrane (120) with a certain permeability covering the opening (112), wherein within the housing a pressure sensor (130) and a microcontroller is arranged, wherein the microcontroller is designed to carry out a method according to one of the preceding aspects.
  • Vehicle with a control unit (100) according to aspect 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Umgebungsdrucks (200), welcher um eine Steuereinheit (100) herrscht, wobei die Steuereinheit (100) ein Gehäuse (110) mit einer Öffnung (112) und eine Membran (120) mit einer bestimmten Permeabilität, die die Öffnung (112) abdeckt, aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses (110) ein Drucksensor (130) angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: - Erfassen eines Druck-Messwerts mit dem Drucksensor (130), wobei der Druck-Messwert charakteristisch für einen Innendruck (210) innerhalb des Gehäuses (110) ist; - Ermitteln eines Korrekturwerts, der eine Konstante und eine Variable aufweist; - Ermitteln des Umgebungsdrucks (200) mittels des ermittelten Druck-Messwerts und des ermittelten Korrekturwerts.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln eines Umgebungsdrucks
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ermitteln eines Umgebungsdrucks, welcher um eine Steuereinheit herrscht, wobei die Steuereinheit ein Gehäuse mit einer Öffnung und eine Membran mit einer bestimmten Permeabilität, die die Öffnung abdeckt, aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses ein Drucksensor angeordnet ist.
In herkömmlichen Steuereinheiten, beispielsweise in Steuereinheiten für einen Motor oder für ein Fahrzeug ist es bekannt, einen Drucksensor innerhalb eines Gehäuses der Steuereinheit anzuordnen. Das Gehäuse weist herkömmlich eine Öffnung auf, so dass ein Druckausgleich bzw. ein Luftausgleich zwischen dem Gehäusevolumen innerhalb und in der Umgebung stattfinden kann.
Dementsprechend entspricht der Umgebungsdruck dem Gehäuseinnendruck der Steuereinheit. Der Drucksensor, der herkömmlich innerhalb der Steuereinheit angeordnet ist, kann dementsprechend ein Messsignal erfassen, das charakteristisch für den Umgebungsdruck, welcher um die Steuereinheit herrscht, ist. Der Drucksensor ist innerhalb des Gehäuses der Steuereinheit angeordnet, da er dadurch von Verschmutzungen und weiteren äußeren Einwirkungen, wie beispielsweise Gewalteinwirkungen, geschützt ist.
Aufgrund von Änderungen in der Gesetzeslage in Ländern bzw. Regionen weltweit, die das Gehäuse von Steuereinheiten, insbesondere das Gehäuse von Steuereinheiten für ein Fahrzeug (Motorsteuereinheiten) betreffen, ist es nicht mehr möglich, dass in dem Gehäuse eine Öffnung vorgesehen ist, mit welcher wie herkömmlich der erforderliche Druckausgleich bzw. Luftausgleich derart schnell vonstattengeht, dass das mit dem Drucksensor, welcher innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, erfasste Messsignal eine gute Aussage über den herrschenden Umgebungsdruck, um die Steuereinheit möglich ist.
Diese Problematik wurde bisher dahingehend umgangen, in dem der Drucksensor von innerhalb des Gehäuses nach außerhalb des Gehäuses umpositioniert wurde, allerdings ist ein derartiger Drucksensor außerhalb des Gehäuses anfällig für Umwelteinflüsse wie beispielsweise Verschmutzungen oder Beschädigungen. Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen mit dem bzw. mit der ein Umgebungsdruck, welcher um eine Steuereinheit herrscht, vorteilhaft einfach und zuverlässig zu ermitteln.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein Verfahren zum Ermitteln eines Umgebungsdrucks, welcher um eine Steuereinheit vorliegt, die nachfolgend aufgezählten Schritte auf. Die Steuereinheit weist gemäß der vorliegenden Offenbarung ein Gehäuse mit einer Öffnung und eine Membran, die die Öffnung abdeckt, auf. Die Membran hat dabei eine bestimmte Permeabilität. Die Permeabilität gibt an, wie viel Fluid (Luft) von der einen Seite der Membran durch die Membran auf die andere Seite der Membran in Abhängigkeit von weiteren Eigenschaften wie z. B. Druckunterschied und Temperaturunterschied strömen kann. Die Steuereinheit weist gemäß der vorliegenden Offenbarung innerhalb des Gehäuses einen Drucksensor auf, der dazu eingerichtet ist, ein Messsignal zu erfassen, welches charakteristisch für den Druck innerhalb des Gehäuses ist.
- Erfassen eines Druck-Messwerts mit dem Drucksensor, wobei der Druck-Messwert charakteristisch für einen Innendruck innerhalb des Gehäuses ist. Gemäß diesem Verfahrensschritt wird dementsprechend mit dem Drucksensor, der innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, der Druck-Messwert erfasst, der charakteristisch für den Innendruck innerhalb des Gehäuses ist.
- Ermitteln eines Korrekturwerts, der eine Konstante und eine Variable aufweist. Der Korrekturwert bildet sich beispielsweise aus der Konstante und der Variablen. Es ist gemäß einer weiteren Ausführungsform auch denkbar, dass noch weiteren Konstanten oder weitere Variablen den Korrekturwert bilden. Der Korrekturwert wird gemäß einer Ausführungsform von der Steuereinheit selbst ermittelt.
- Ermitteln des Umgebungsdrucks mittels des ermittelten Druck-Messwerts und des ermittelten Korrekturwerts. In diesem Schritt wird der Umgebungsdruck anhand des zuvor erfassten Druck-Messwerts und des ermittelten Korrekturwerts bestimmt. Dies kann beispielsweise in der Steuereinheit selbst erfolgen, so dass dadurch direkt von der Steuereinheit selbst auf den Umgebungsdruck, welcher um die Steuereinheit herrscht, rückgeschlossen werden kann.
Die Membran schließt die Öffnung, welche einen Druckausgleich von der Umgebung zu dem Innenvolumen des Gehäuses ermöglichen würde. Die Membran weist jedoch eine bestimmte Permeabilität auf, so dass der Umgebungsdruck sich bei Druckänderungen über eine längere Zeit auch innerhalb des Gehäuses anpassen würde. Allerdings entspricht bei Druckveränderungen des Umgebungsdruckes aufgrund der Membran der Umgebungsdruck nicht sofort dem Innendruck innerhalb des Gehäuses. Der Innendruck gleicht sich entsprechend über die Zeit an den Umgebungsdruck an. Diese Abweichung kann mit dem Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeglichen bzw. kompensiert werden. Die Durchflussrate vom Fluid durch die Membran ist proportional zum Druckunterschied zwischen dem Umgebungsdruck und dem Gehäuseinnendruck. Siehe folgende Formel, wobei dN/dt die Durchflussrate, pint der Innendruck und pext der Umgebungsdruck ist.
Figure imgf000005_0001
Dementsprechend ist die Durchflussrate durch die Membran auch proportional zu der Druckveränderung des Druckes innerhalb des Gehäuses. Siehe folgende Formel, wobei dN/dt die Durchflussrate, dpint/dt die Veränderung des Innendrucks über die Zeit ist. dN dpint dt dt
Dementsprechend kann der Außendruck wie gemäß der vorliegenden Offenbarung erläutert anhand des gemessenen Innendrucks und des Korrekturwerts ermittelt werden, wobei der Korrekturwert beispielsweise die Druckveränderung innerhalb des Gehäuses und eine Konstante, die beispielsweise die Permeabilität der Membran und die Öffnungsgröße der Öffnung des Gehäuses beinhaltet ermittelt werden. Siehe folgende Formel, wobei X die Konstante ist. dptnt
Pext ~ Pint + * Der Korrekturwert bildet sich demgemäß aus der Konstante X und der Variable dpint/dt.
Die Konstante kann beispielsweise während der Entwicklung des Steuergeräts mit der Öffnung und der Membran ermittelt und in der Steuereinheit selbst hinterlegt werden. Zusätzlich kann die Variable von der Steuereinheit laufend selbst ermittelt werden. Dementsprechend kann gemäß der vorliegenden Offenbarung die Steuereinheit lediglich mit dem erfassten Druck-Messwert des Drucksensors und des Korrekturwerts, welcher aus der Konstante und der Variable bestimmt wird, den Umgebungsdruck, welcher um die Steuereinheit vorliegt, ermitteln. Insgesamt kann dementsprechend trotz der gesetzlichen Änderungen und der dadurch einhergehenden Anordnung der Membran an der Öffnung in zuverlässiger Weise der Umgebungsdruck ermittelt werden. Zusätzlich ist der Drucksensor innerhalb des Gehäuses gemäß der vorliegenden Offenbarung angeordnet, wodurch er vor Umgebungseinflüsse vorteilhaft geschützt ist, wodurch das Verfahren zum Ermitteln des Umgebungsdrucks robust auch bei widrigen Umgebungseinflüssen durchgeführt werden kann.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist die Variable des Korrekturwerts eine Druckveränderung über eine Zeit innerhalb des Gehäuses auf, wobei die Druckveränderung mittels eines Verlaufs des erfassten Druck-Messwerts des Drucksensors ermittelt wird. Der erfasste Druck-Messwert des Drucksensors kann beispielsweise innerhalb der Steuereinheit selbst über eine bestimmte Zeitspanne erfasst werden, sodass sich der Verlauf des Druck-Messwerts ergibt. Anhand des Verlaufs kann dementsprechend die Druckveränderung ermittelt werden. Wie bereits erläutert ist die Druckveränderung innerhalb des Gehäuses proportional zu einem Druckunterschied, welcher sich zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck innerhalb des Gehäuses ergibt. Dementsprechend kann mittels der Variable, die die Druckveränderung über die Zeit innerhalb des Gehäuses aufweist, vorteilhaft einfach auf den Umgebungsdruck geschlossen werden. Dabei kann gemäß einer Ausführungsform mittels eine Mikrocontrollers, welcher in der Steuereinheit selbst angeordnet ist, die notwendigen Berechnungen zur Ermittlung des Umgebungsdrucks durchgeführt werden. Dementsprechend kann vorteilhaft schnell und genau der Umgebungsdruck ermittelt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ beispielsweise ein Gradient der Druckveränderung über die Zeit innerhalb des Gehäuses zur Ermittlung des Umgebungsdrucks herangezogen werden. Der Gradient bzw. die Steigung des Gradienten kann dabei Rückschlüsse darüber geben, wie stark der Druckunterschied zwischen dem Umgebungsdruck und dem Gehäuseinnendruck ist, wodurch wiederum vorteilhaft einfach und zuverlässig auf den Umgebungsdruck mittels des erfassten Druck-Messwerts mit dem Drucksensor rückgeschlossen werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Konstante des Korrekturwerts eine erste Konstante auf, die spezifische Eigenschaften der Membran beinhaltet. Diese spezifischen Eigenschaften der Membran können neben der Permeabilität Geometriedaten wie beispielsweise deren Dicke oder eine Alterungsfunktion beinhalten. Die erste Konstante, kann beispielsweise während des Entwicklungsprozesses der Entwicklung der Steuereinheit ermittelt werden und innerhalb der Steuereinheit hinterlegt werden, wobei sie dann zur Ermittlung des Umgebungsdrucks abgefragt und herangezogen werden kann. Je genauer die erste Konstante (beispielsweise C) ist, umso genauer kann der Umgebungsdruck ermittelt werden, dementsprechend wichtig ist es, dass die erste Konstante während des Entwicklungsprozesses genau ermittelt wird bzw. das, wenn möglich, Alterungseffekte mitberücksichtigt werden. Sofern gemäß der obigen Formel sich die Konstante lediglich aus der ersten Konstante bildet würde dementsprechend X = C gelten.
Gemäß einer Ausführungsform ist innerhalb des Gehäuses ein Temperatursensor angeordnet, der einen Temperatur-Messwert erfasst, der charakteristisch für eine Innentemperatur innerhalb des Gehäuses ist, wobei die Variable des Korrekturwerts eine Temperaturveränderung über eine Zeit innerhalb des Gehäuses aufweist, wobei die Temperaturveränderung mittels eines Verlaufs des erfassten Temperatur-Messwerts des Temperatursensors ermittelt wird. Der Temperatursensor ist beispielsweise primär innerhalb des Gehäuses angeordnet, um die Innentemperatur zu überwachen, so dass sofern die Innentemperatur einen kritischen Grenzwert über- oder unterschreitet Maßnahmen eingeleitet werden können, so dass das Steuergerät vor Schäden geschützt werden kann. Der Temperatur-Messwert wird gemäß dieser Ausführungsform über eine bestimmte Zeit erfasst, wodurch sich ein Verlauf des erfassten Temperatur-Messwerts ergibt, der wiederum innerhalb der Steuereinheit gespeichert werden kann. Mittels des Verlaufs des Temperatur-Messwerts kann die Temperaturveränderung innerhalb des Gehäuses ermittelt werden. Die Temperaturveränderung innerhalb des Gehäuses kann proportional zu einem Druckunterschied zwischen dem Umgebungsdruck und dem Innendruck innerhalb des Gehäuses sein. Dementsprechend kann mittels der Temperaturveränderung auf den Umgebungsdruck, welcher um das Gehäuse herrscht, rückgeschlossen werden. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis gemäß der folgenden Formel zugrunde, wobei dT / dt die Temperaturveränderung ist.
Figure imgf000008_0001
Gemäß einer Ausführungsform ist innerhalb des Gehäuses zusätzlich beispielsweise eine Wärmequelle, wie beispielsweise ein Mikroprozessor angeordnet, der Wärme abgibt. Diese zusätzliche Wärmequelle kann gemäß dieser Ausführungsform zusätzlich berücksichtigt werden, wodurch der Umgebungsdruck zusätzlich vorteilhaft genau und zuverlässig ermittelt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Variable des Korrekturwerts eine Kombination der Temperaturveränderung und der Druckveränderung über die Zeit. Dabei wird dementsprechend der mittelts des Drucksensors erfasste Druck-Messwert und der mittels des Temperatursensors erfasste Temperatur-Messwert zur Ermittlung des Umgebungsdrucks, welcher um die Steuereinheit herrscht, herangezogen. Dadurch kann zusätzlich genau der Umgebungsdruck ermittelt werden. Der Umgebungsdruck kann mittels der folgenden Formel ermittelt werden, wobei dpint /dT die Variable des Korrekturwerts ist und die Proportionalität der Druckveränderung zur Temperaturveränderung angibt und X die Konstante des Korrekturwerts ist.
Figure imgf000008_0002
Gemäß einer Ausführungsform weist die Konstante des Korrekturwerts eine zweite Konstante auf, die spezifische Eigenschaften der Membran beinhaltet, die für die Ermittlung des Umgebungsdrucks herangezogen wird, sofern der Umgebungsdruck mittels der Temperaturveränderung ermittelt wird. Die zweite Konstante D kann dabei beispielsweise ebenso während eines Entwicklungsprozesses der Steuereinheit ermittelt werden und innerhalb der Steuereinheit beispielsweise auf einem Speicher hinterlegt sein und zur Ermittlung des Umgebungsdrucks jeweils herangezogen werden. Die zweite Konstante kann dabei gemäß einer Ausführungsform zusätzlich Alterungseffekte, die beispielsweise eine Veränderung der Permeabilität über die Zeit abbilden, aufweisen. Gemäß der obigen letztgenannten Formel wäre entsprechend die Konstante des Korrekturwerts gleich die erste Konstante, also X = D.
Gemäß einer Ausführungsform wird die zweite Konstante während einer Zeitspanne ermittelt, innerhalb welcher das Steuergerät relativ zu seiner Umgebung nicht oder kaum bewegt wird, so dass der Umgebungsdruck konstant bleibt und wobei die Innentemperatur innerhalb des Gehäuses zunächst oberhalb einer Umgebungstemperatur liegt und sich anschließend an die Umgebungstemperatur angleicht. Der Temperaturabfall innerhalb des Gehäuses kann beispielsweise daher rühren, dass das Steuergerät zunächst im Betrieb ist, beispielsweise während das Fahrzeug mit dem Steuergerät bewegt wird, und anschließend außer Betrieb genommen wird, beispielsweise wenn das Fahrzeug abgestellt wird. Während des Betriebs der Steuereinheit wird beispielsweise Hitze innerhalb der Steuereinheit durch die Wärmequelle produziert, wodurch die Temperatur innerhalb der Steuereinheit ansteigt. Anschließend wird beispielsweise das Fahrzeug abgestellt und keine weitere Wärme innerhalb der Steuereinheit mittels der Wärmequelle produziert. Dadurch sinkt die Temperatur innerhalb des Gehäuses ab, bis sich die Temperatur innerhalb des Gehäuses an die Umgebungstemperatur angepasst hat. Ein wesentlicher Faktor nach welchem sich die Angleichung von der Temperatur innerhalb des Gehäuses an die Umgebungstemperatur richtet, ist die zweite Konstante, da aufgrund des Temperaturunterschieds und des damit einhergehenden Druckunterschieds zwischen dem Innenraum innerhalb des Gehäuses und der Umgebung ein Ausgleich via die Membran erfolgt.
Dementsprechend kann gemäß dieses Verfahrens die zweite Konstante vorteilhaft einfach, zuverlässig und genau ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird die erste Konstante mittels der ermittelten zweiten Konstante bestimmt. Die erste Konstante und die zweite Konstante sind via physikalischer Parameter miteinander verknüpft, so dass die erste Konstante mittels der ermittelten zweiten Konstante ermittelt werden kann. Die Berechnung der zweiten Konstante kann beispielsweise mittels der Steuereinheit selbst erfolgen.
Gemäß dieser Ausführungsform kann die zweite Konstante über die gesamte Lebenszeit der Steuereinheit kontinuierlich ermittelt werden, sodass insbesondere Alterungseffekte der Membran vorteilhaft einfach und in Abhängigkeit des Betriebs bzw. der Einsatzhäufigkeit der Steuereinheit vorteilhaft gut abgebildet werden können, sodass der Umgebungsdruck vorteilhaft genau über die gesamte Lebenszeit der Steuereinheit ermittelt werden kann.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Konstante des Korrekturwerts eine Kombination aus der ersten Konstante und der zweiten Konstante. Wird beispielsweise die Variable des Korrekturwerts mittels der Druckveränderung und Temperaturveränderung über die Zeit ermittelt, so ist es insbesondere vorteilhaft auch die Konstante des Korrekturwerts aus einer Kombination der ersten Konstante und der zweiten Konstante anzugeben. Dadurch kann die Umgebungstemperatur vorteilhaft genau und zuverlässig ermittelt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Steuereinheit angegeben, die ein Gehäuse mit einer Öffnung und eine Membran mit einer bestimmten Permeabilität, die die Öffnung abdeckt, aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses ein Drucksensor und ein Mikrocontroller angeordnet sind, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, eines der vorgenannten Verfahren auszuführen, um einen Umgebungsdruck, der um die Steuereinheit herrscht, zu ermitteln. Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeug angegeben, dass die Steuereinheit aufweist.
Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen des Verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erste schematische Darstellung einer Steuereinheit gemäß einer ersten Ausführungsform,
Fig. 2 eine zweite schematische Darstellung einer Steuereinheit gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Die Figur 1 zeigt eine Steuereinheit 100 gemäß einer ersten Ausführungsform. Die Steuereinheit 100 weist ein Gehäuse 110 auf. Das Gehäuse 110 weist eine Öffnung 112 auf. Die Öffnung 112 ist dazu vorgesehen, dass ein Fluidaustausch zwischen einer Umgebung 200 der Steuereinheit 100 und den Innenraum des Gehäuses 110 der Steuereinheit 100 möglich ist. Die Steuereinheit 100 weist weiter eine Membran 120 auf. Die Membran 120 deckt die Öffnung 112 vollständig ab, so dass ein Fluidaustausch zwischen der Umgebung 200 und dem Innenvolumen 220 des Gehäuses 110 der Steuereinheit 100 nur durch die Membran 120 selbst möglich ist. Die Membran 120 weist eine bestimmte Permeabilität auf, also eine bestimmte Durchlässigkeit von Fluid (beispielsweise Luft). Die Steuereinheit 100 weist zusätzlich einen Drucksensor 130 auf, der innerhalb des Gehäuses 110 angeordnet ist. Der Drucksensor 130 ist dazu eingerichtet einen Druck-Messwert zu erfassen, der charakteristisch für einen Innendruck 210, welcher innerhalb des Gehäuses 110 herrscht, ist. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird mittels des erfassten Druck-Messwerts und eines ermittelten Korrekturwerts, welcher eine Konstante und eine Variable aufweist, der Umgebungsdruck 200, welcher um die Steuereinheit 100 herrscht, ermittelt. Die Konstante des Korrekturwerts kann beispielsweise eine erste Konstante C sein. Die erste Konstante C kann beispielsweise Parameter der Membran 120 erfassen und innerhalb der Steuereinheit 100 hinterlegt sein und zur Ermittlung des Umgebungsdrucks 200 herangezogen werden. Die Steuereinheit 100 weist diesbezüglich beispielsweise einen Mikrocontroller auf, der die Berechnung zur Ermittlung des Umgebungsdrucks 200 vornimmt. Dem Mikrocontroller kann dementsprechend der ermittelte Druck-Messwert mittels des Drucksensors 130 zugeführt werden. Zusätzlich kann ein konstant bleibendes Innenvolumen 220 des Gehäuses 110 auf den Mikrocontroller bereitgestellt bzw. auf den Mikrocontroller hinterlegt sein. Mittels der bereitgestellten Daten und des erfassten Druck-Messwerts mittels des Drucksensors 130 kann gemäß dieser Ausführungsform dementsprechend der Umgebungsdruck 200 ermittelt werden.
Die Figur 2 unterscheidet sich von der Figur 1 dahingehend, dass innerhalb der Steuereinheit 100 zusätzlich ein Temperatursensor 140 angeordnet ist, der dazu eingerichtet ist, eine Temperatur, welche innerhalb der Steuereinheit 100 herrscht, zu erfassen. Diesbezüglich wird mittels des Temperatursensors 140 ein Temperatur-Messwert erfasst, und beispielsweise dem Mikrocontroller der Steuereinheit 100 zur Verfügung gestellt. Zusätzlich weist gemäß dieser Ausführungsform die Steuereinheit 100 eine Wärmequelle 150 auf. Die Wärmequelle 150 kann beispielsweise der Mikrocontroller sein, der während des Betriebs der Steuereinheit 100 eine gewisse Wärme abgibt. Diese Wärme, die der Mikrocontroller bzw. die Wärmequelle 150 abgibt kann berechnet werden und bei der Ermittlung des Temperatur-Messwerts des Temperatursensors 140 berücksichtigt werden. Zur Ermittlung des Umgebungsdrucks 200 gemäß dieser Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ die Konstante des Korrekturwerts eine zweite Konstante D aufweisen. Mittels des erfassten Druck-Messwerts mittels des Drucksensors 130, und des Korrekturwerts, welcher gemäß einer Ausführungsform aus der zweiten Konstanten D und einer Druckänderung in Abhängigkeit einer Temperaturänderung angegeben ist, kann dementsprechend auf den Umgebungsdruck 200 rückgeschlossen werden. Der mittels des Drucksensors 130 erfasste Innendruck 210 innerhalb des Gehäuses 110 kann dementsprechend dem Mikrocontroller bereitgestellt werden. Zusätzlich kann die mittels des Temperatursensors 140 erfasste Innentemperatur 230 innerhalb des Gehäuses 110 dem Mikrocontroller bereitgestellt werden. Die ermittelte Innentemperatur 230 und der ermittelte Innendruck 210 können dabei über die Zeit erfasst werden, sodass Verläufe des Innendrucks 210 und der Innentemperatur 230 erfasst werden. Dementsprechend kann auf eine Druckveränderung des Innendrucks 210 und auf eine Temperaturveränderung der Innentemperatur 230 rückgeschlossen bzw. diese ermittelt werden. Die Veränderung des Innendrucks 210 und die Veränderung der Innentemperatur sind dabei proportional zu einem Druckunterschied zwischen dem Umgebungsdruck und dem Innendruck. Dadurch, dass der Verlauf des Innendrucks 210 und der Verlauf der Innentemperatur 230 ermittelbar sind bzw. bekannt sind, kann dementsprechend der Umgebungsdruck 200 ermittelt bzw. berechnet werden. Die dafür notwendige erste Konstante C und die dafür beispielsweise zusätzlich notwendige zweite Konstante D können beispielsweise während der Entwicklung der Steuereinheit 100 im Labor bzw. auf einen Prüfstand ermittelt werden und auf oder innerhalb der Steuereinheit 100 gespeichert beispielsweise in einem Speicher gespeichert werden und dem Mikrocontroller bereitgestellt werden. Die erste Konstante C und die zweite Konstante D können beispielsweise Alterungseffekte der Membran 120 berücksichtigen. Dies ist beispielsweise auch denkbar, dass die erste Konstante C bzw. die zweite Konstante D oder beide Konstanten C, D während des Betriebs der Steuereinheit 100 kontinuierlich neu ermittelt werden und neu hinterlegt werden, wodurch vorteilhaft Alterungseffekte der Membran 120 abgebildet werden können.
Im folgenden Text sind weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung beschrieben, wobei die einzelnen Aspekte nummeriert sind, um die Bezugnahme auf Merkmale anderer Aspekte zu erleichtern.
1 . Verfahren zum Ermitteln eines Umgebungsdrucks (200), welcher um eine Steuereinheit (100) herrscht, wobei die Steuereinheit (100) ein Gehäuse (110) mit einer Öffnung (112) und eine Membran (120) mit einer bestimmten Permeabilität, die die Öffnung (112) abdeckt, aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses (110) ein Drucksensor (130) angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Erfassen eines Druck-Messwerts mit dem Drucksensor (130), wobei der Druck-Messwert charakteristisch für einen Innendruck (210) innerhalb des Gehäuses (110) ist;
Ermitteln eines Korrekturwerts, der eine Konstante und eine Variable aufweist;
Ermitteln des Umgebungsdrucks (200) mittels des ermittelten Druck-Messwerts und des ermittelten Korrekturwerts.
2. Verfahren gemäß Aspekt 1 , wobei die Variable des Korrekturwerts eine Druckveränderung über eine Zeit innerhalb des Gehäuses (110) aufweist, wobei die Druckveränderung mittels eines Verlaufs des erfassten Druck-Messwerts des Drucksensors (130) ermittelt wird.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Konstante des Korrekturwerts eine erste Konstante (C) aufweist, die spezifische Eigenschaften der Membran (120) beinhaltet.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei innerhalb des Gehäuses (110) ein Temperatursensor (140) angeordnet ist, der einen Temperatur-Messwert erfasst, der charakteristisch für eine Innentemperatur (230) innerhalb des Gehäuses (110) ist, wobei die Variable des Korrekturwerts eine Temperaturveränderung über eine Zeit innerhalb des Gehäuses (110) aufweist, wobei die Temperaturveränderung mittels eines Verlaufs des erfassten Temperatur-Messwerts des Temperatursensors (140) ermittelt wird.
5. Verfahren gemäß Aspekt 4, wobei die Konstante des Korrekturwerts eine zweite Konstante (D) aufweist, die spezifische Eigenschaften der Membran (120) beinhaltet.
6. Verfahren gemäß Aspekt 5, wobei die zweite Konstante (D) während einer Zeitspanne ermittelt wird, innerhalb welcher das Steuergerät (100) relativ zu seiner Umgebung nicht oder nur kaum bewegt wird, sodass der Umgebungsdruck (200) konstant ist und wobei die Innentemperatur (230) zunächst oberhalb einer Umgebungstemperatur liegt und sich anschließend an die Umgebungstemperatur angleicht.
7. Verfahren gemäß Aspekt 5, wobei die erste Konstante (C) mittels der ermittelten zweiten Konstante (D) bestimmt wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Aspekte, wobei die Konstante des Korrekturwerts eine Kombination aus der ersten Konstante (C) und der zweiten Konstante (D) ist.
9. Steuereinheit (100), die ein Gehäuse (110) mit einer Öffnung (112) und eine Membran (120) mit einer bestimmten Permeabilität, die die Öffnung (112) abdeckt, aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses ein Drucksensor (130) und ein Mikrocontroller angeordnet ist, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Aspekte durchzuführen.
10. Fahrzeug mit einer Steuereinheit (100) gemäß Aspekt 9.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zum Ermitteln eines Umgebungsdrucks (200), welcher um eine Steuereinheit (100) herrscht, wobei die Steuereinheit (100) ein Gehäuse (110) mit einer Öffnung (112) und eine Membran (120) mit einer bestimmten Permeabilität, die die Öffnung (112) abdeckt, aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses (110) ein Drucksensor (130) angeordnet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Erfassen eines Druck-Messwerts mit dem Drucksensor (130), wobei der Druck-Messwert charakteristisch für einen Innendruck (210) innerhalb des Gehäuses (110) ist;
Ermitteln eines Korrekturwerts, der eine Konstante und eine Variable aufweist, wobei die Variable des Korrekturwerts eine Druckveränderung über eine Zeit innerhalb des Gehäuses (110) aufweist, wobei die Druckveränderung mittels eines Verlaufs des erfassten Druck-Messwerts des Drucksensors (130) ermittelt wird;
Ermitteln des Umgebungsdrucks (200) mittels des ermittelten Druck-Messwerts und des ermittelten Korrekturwerts.
2. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konstante des Korrekturwerts eine erste Konstante (C) aufweist, die spezifische Eigenschaften der Membran (120) beinhaltet.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb des Gehäuses (110) ein Temperatursensor (140) angeordnet ist, der einen Temperatur-Messwert erfasst, der charakteristisch für eine Innentemperatur (230) innerhalb des Gehäuses (110) ist, wobei die Variable des Korrekturwerts eine Temperaturveränderung über eine Zeit innerhalb des Gehäuses (110) aufweist, wobei die Temperaturveränderung mittels eines Verlaufs des erfassten Temperatur-Messwerts des Temperatursensors (140) ermittelt wird.
4. Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die Konstante des Korrekturwerts eine zweite Konstante (D) aufweist, die spezifische Eigenschaften der Membran (120) beinhaltet.
5. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die zweite Konstante (D) während einer Zeitspanne ermittelt wird, innerhalb welcher das Steuergerät (100) relativ zu seiner Umgebung nicht oder nur kaum bewegt wird, sodass der Umgebungsdruck (200) konstant ist und wobei die Innentemperatur (230) zunächst oberhalb einer Umgebungstemperatur liegt und sich anschließend an die Umgebungstemperatur angleicht.
6. Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei die erste Konstante (C) mittels der ermittelten zweiten Konstante (D) bestimmt wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Konstante des Korrekturwerts eine Kombination aus der ersten Konstante (C) und der zweiten Konstante (D) ist.
8. Steuereinheit (100), die ein Gehäuse (110) mit einer Öffnung (112) und eine Membran (120) mit einer bestimmten Permeabilität, die die Öffnung (112) abdeckt, aufweist, wobei innerhalb des Gehäuses ein Drucksensor (130) und ein Mikrocontroller angeordnet ist, wobei der Mikrocontroller dazu ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
9. Fahrzeug mit einer Steuereinheit (100) gemäß Anspruch 8.
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