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Title:
METHOD AND DEVICE FOR CHECKING THE VALIDITY OF THE MEASURED VALUES OF A HUMIDITY SENSOR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/154623
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for checking the validity of the measured values of a humidity sensor in a motor vehicle, and to a device for carrying out said method.

Inventors:
RÄTSCHER, Christian (Klausnerweg 1, Lenting, 85101, DE)
KRANZ, Jürgen (Zeppelinstr. 149, Ingolstadt, 85051, DE)
TRATZ, Josef (Litterzhofen 12, Beilngries, 92339, DE)
Application Number:
EP2019/051625
Publication Date:
August 15, 2019
Filing Date:
January 23, 2019
Export Citation:
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Assignee:
AUDI AG (85045 Ingolstadt, 85045, DE)
International Classes:
G01K15/00; B60H1/00
Foreign References:
JP2010237130A2010-10-21
EP3244199A12017-11-15
EP3379218A12018-09-26
DE10254485B42008-08-07
DE102007005498A12008-07-31
EP1327138B12012-08-29
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE:

1. Verfahren zur Plausibilisierung der Messwerte eines einen

Feuchtesensor und einen Temperatursensor enthaltenden Luftfeuchtigkeits- Messelements in einem Kraftfahrzeug, welches die folgenden Schritte umfasst:

a) Messung der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit mit dem Luftfeuchtigkeits-Messelement zu einem ersten Zeitpunkt tO;

b) Berechnung einer Zustandsgröße, insbesondere der absoluten Luftfeuchtigkeit oder des Taupunkts, aus der gemessenen Lufttemperatur und relativen Luftfeuchtigkeit;

c) Veränderung der Temperatur, insbesondere Aufheizen, des Luftfeuchtigkeits-Messelements zu einem Zeitpunkt ti ;

d) Messung der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit mit dem eine veränderte Temperatur aufweisenden Luftfeuchtigkeits- Messelement zu einem zweiten Zeitpunkt t2;

e) Berechnung der Zustandsgröße aus der gemessenen Lufttemperatur und relativen Luftfeuchtigkeit;

f) Konstatieren eines Defekts des Luftfeuchtigkeits-Messelements bei Nichtübereinstimmung der für die Zeitpunkte tO und t2 berechneten Werte der Zustandsgröße.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem ein Defekt konstatiert wird, wenn die für die Zeitpunkte tO und t2 berechneten Werte der Zustandsgröße sich um mehr als 20% unterscheiden, bezogen auf den für den

Zeitpunkt tO berechneten Wert.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches bei Stop-and-Go-Verkehr durchgeführt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, in dem mehrere Zyklen a) - e) zur statistischen Absicherung des Ergebnisses durchgeführt werden.

5. Vorrichtung zur Plausibilisierung der Messwerte eines Luftfeuchtigkeits- Messelements in einem Kraftfahrzeug, umfassend

i) ein einen Feuchtesensor und einen Temperatursensor enthaltendes Luftfeuchtigkeits-Messelement;

ii) eine zum Aufheizen des Feuchtesensors eingerichtete

Sensorheizung oder eine zum Abkühlen des Feuchtesensors eingerichtete Sensorkühlung; und

iii) eine Einheit, die dafür eingerichtet ist,

a) die Sensorheizung bzw. Sensorkühlung zu steuern; b) Messsignale des Feuchtesensors und des Temperatursensors zu empfangen und daraus Messwerte für relative Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur abzuleiten; und

c) aus den Messwerten eine Zustandsgröße zu berechnen; und d) die zu verschiedenen Zeitpunkten berechneten Werte der Zustandsgröße miteinander zu vergleichen und, wenn die Werte nicht übereinstimmen, auf einen Defekt des Luftfeuchtigkeits-Messelements zu schließen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin die Sensorheizung bzw.

Sensorkühlung als interne Sensorheizung bzw. Sensorkühlung ausgeführt ist, die innerhalb des Luftfeuchtigkeits-Messelements angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, worin die Sensorheizung bzw.

Sensorkühlung als externe Sensorheizung bzw. Sensorkühlung ausgeführt ist, die außerhalb des Luftfeuchtigkeits-Messelements angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, worin die Zustandsgröße die absolute Luftfeuchtigkeit ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, worin die

Zustandsgröße der Taupunkt ist. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, worin die Einheit dafür eingerichtet ist, bei Feststellung eines Defekts des Luftfeuchtigkeits- Messelements durch Logikverknüpfungen zu ermitteln, welche der Sensorinformationen fehlerhaft erfasst wird.

Description:
Verfahren und Vorrichtung zur Plausibilisierung der Messwerte eines

Feuchtesensors

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung der Messwerte eines Feuchtesensors in einem Kraftfahrzeug und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. In Kraftfahrzeugen kommen zur Erfassung des Klimas außerhalb des Fahrzeugs Feuchtesensoren und Temperatursensoren zum Einsatz. Diese Umgebungsinformationen werden Steuergeräten zur weiteren internen Verwendung zur Verfügung gestellt (Klimasteuergerät, Motorsteuergerät, Kombinationsinstrument, etc.). Die Signale werden dabei nicht weiter auf ihre Richtigkeit plausibilisiert. Sensorinformationen , wie Außentemperatur und Außenfeuchte, können jedoch z. B. direkten Einfluss auf die Start/Stopp- Zyklen im Fahrzeugbetrieb haben und damit indirekt auch den Kraftstoffverbrauch beeinflussen. Die Signale müssen deshalb zukünftig plausibilisiert werden. Dies könnte beispielsweise durch einen zusätzlichen Sensor erreicht werden, was jedoch die Kosten erhöhen würde.

So ist aus der DE 102 54 485 B4 ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem eine Motorsteuerungseinrichtung mit einem nahe am Motor angeordneten Temperatursensor die Ansauglufttemperatur erfasst und auf deren Basis auf die Umgebungslufttemperatur schließt. Die Motorsteuerungseinrichtung kommuniziert mit wenigstens einem zweiten motorextern angeordneten Temperatursensor und führt eine Plausibilitätsprüfung des von diesem zweiten Temperatursensor gelieferten Temperaturwerts anhand des vom motornahen Temperatursensor gelieferten Temperaturwerts durch. Es sind auch noch weitere Verfahren zur Plausibilitätsprüfung der Messwerte diverser in Kraftfahrzeugen eingesetzter Sensoren bekannt geworden. Die DE 10 2007 005 498 A1 offenbart eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einem Kältemittelkreislauf, in dem sich im Bereich zwischen dem Kompressor und dem Gaskühler ein Temperatursensor befindet, der zur Überwachung der Kältemittelmenge des Kältemittelkreislaufs eingesetzt wird. Die Überwachungseinrichtung umfasst ein Kennfeld für die Unterscheidung plausibler Werte und nicht plausibler Werte der vom Temperatursensor gemessenen Temperatur in Abhängigkeit von einem weiteren messtechnisch ermittelten Wert, z. B. dem Kältemitteldruck, der Lufttemperatur nach dem Kompressor, der Lufttemperatur nach dem Verdampfer, der Luftmenge des Klimagebläses, der Umgebungstemperatur, der Kompressor-Drehzahl , der Kompressor-Ansteuerung, der Fahrgeschwindigkeit, der Innentemperatur, der Sonneneinstrahlung oder der Luftfeuchtigkeit. Hierbei wird die gemessene Temperatur dahingehend überprüft, ob sie bei den gegebenen Betriebsbedingungen und -parametern plausibel ist. Aus der EP 1 327 138 B1 geht ein Verfahren zur Eigendiagnose eines in einer Abgasanlage eines Verbrennungsmotors angeordneten NO x -Sensors hervor. Dabei werden ermittelte Werte des Lambdasignals mit bei vorgegebenen Betriebsparametern plausiblen Lambda-Werten des Abgases verglichen. In Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis wird ein erstes NO x - Sensor-Diagnosesignal gebildet. Dieses wird mit bei vorgegebenen Betriebsparametern plausiblen Werten der NO x -Konzentration verglichen und in Abhängigkeit von dem Vergleichsergebnis wird ein zweites NO x - Sensor-Diagnosesignal gebildet. Eine besonders umfassende Diagnose wird erreicht, wenn der Vergleich der Werte des Lambda-, NO x -, Pumpzellen- oder Temperatursignals bei nicht beheiztem und bei beheiztem NO x -Sensor erfolgt.

Vor diesem Hintergrund hat sich die vorliegende Erfindung die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plausibilisierung der Messwerte eines Luftfeuchtigkeits-Messelements in einem Kraftfahrzeug zur

Verfügung zu stellen, die eine selbständige Plausibilisierung der Messwerte der Sensorelemente für Luftfeuchtigkeit und Temperatur über dessen Lebenszeit ermöglichten und für die keine redundanten Sensoren notwendig sind, so dass keine Kosten für zusätzliche Hardware anfallen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5. Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Plausibilisierung der Messwerte eines einen Feuchtesensor und einen Temperatursensor enthaltenden Luftfeuchtigkeits-Messelements in einem Kraftfahrzeug, welches die folgenden Schritte umfasst:

a) Messung der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit mit dem Luftfeuchtigkeits-Messelement zu einem ersten Zeitpunkt tO;

b) Berechnung einer Zustandsgröße aus der gemessenen Lufttemperatur und relativen Luftfeuchtigkeit;

c) Veränderung der Temperatur des Luftfeuchtigkeits-Messelements zu einem Zeitpunkt t1 ;

d) Messung der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit mit dem eine veränderte Temperatur aufweisenden Luftfeuchtigkeits- Messelement zu einem zweiten Zeitpunkt t2;

e) Berechnung der Zustandsgröße aus der gemessenen Lufttemperatur und relativen Luftfeuchtigkeit;

f) Konstatieren eines Defekts des Luftfeuchtigkeits-Messelements bei Nichtübereinstimmung der für die Zeitpunkte tO und t2 berechneten Werte der Zustandsgröße.

Erfindungsgemäß werden Sensorsignale eines Luftfeuchtigkeits- Messelementes plausibilisiert, indem zunächst eine Zustandsgröße, beispielsweise die absolute Luftfeuchtigkeit, der Taupunkt oder der Energiegehalt der Luft (die Luftenthalpie), aus einem Sensorsignal an einem den Feuchtesensor enthaltenden Luftfeuchtigkeits-Messelement aus der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchte berechnet wird. In einem nachfolgenden Plausibilisierungszyklus wird die Temperatur des Luftfeuchtigkeits-Messelements temporär verändert, indem es aufgeheizt oder abgekühlt wird (beispielsweise mittels einer internen Sensorheizung bzw. einer Sensorkühlung). Damit verändern sich die gemessene Lufttemperatur am Luftfeuchtigkeits-Messelement und gleichzeitig die gemessene relative Luftfeuchtigkeit. In einem weiteren Schritt wird die Zustandsgröße aus der mit dem eine veränderte Temperatur aufweisenden Luftfeuchtigkeits-Messelement gemessenen Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit berechnet, so dass ein Vergleich mit den Werten vor dem Aufheizen möglich ist. Bei einer Abweichung liegt bspw. ein Defekt des Luftfeuchtigkeits-Messelements (z. B. des Feuchtesensors oder des Temperatursensors) vor.

Anders als die Verfahren des Standes der Technik, die zur Plausibilitätsprüfung auf festgelegte Erwartungshaltungen oder Muster zurückgreifen und teils sogar mehrere gleichartige Sensoren benötigen, wird erfindungsgemäß ein indirekter Weg über die Berechnung des Energiegehalts der Luft bei verschiedenen erzwungenen Betriebszuständen beschritten. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sogar auf physikalischer Grundlage durch Rücktransformation die Einzelelemente des Luftfeuchtigkeits-Messelements plausibilisieren.

Die relative Luftfeuchtigkeit gibt an, wie viel Prozent des maximalen Wasserdampfgehaltes die Luft enthält. Bei gleichbleibender absoluter Luftfeuchtigkeit fällt die relative Luftfeuchtigkeit mit steigender Temperatur (und umgekehrt).

Der Taupunkt ist definiert als die Temperatur, bei der der aktuelle Wasserdampfgehalt in der Luft maximal ist (100% relative Luftfeuchtigkeit). Die relative Luftfeuchtigkeit beträgt in diesem Zustand f = 1. Aus Temperatur und relativer Luftfeuchtigkeit lassen sich die absolute

Luftfeuchtigkeit, d.h. der Wassergehalt der Luft in Gramm Wasserdampf pro Kubikmeter sowie der Taupunkt in Grad Celsius berechnen.

Dieses physikalische Verhalten wird erfindungsgemäß genutzt, um die Sensorsignale zu plausibilisieren. In einer Ausführungsform wird der Plausibilisierungszyklus bei Stop-and-Go-Verkehr durchgeführt, wenn keine unmittelbare Änderung der Umgebungsbedingungen zu erwarten ist. In einer anderen Ausführungsform wird eine Plausibilisierung im laufenden Betrieb durchgeführt. In einer bevorzugten Variante wird die Plausibilisierung dann zur statistischen Absicherung mit mehreren Zyklen durchgeführt.

Das Luftfeuchtigkeits-Messelement wird zum Zeitpunkt t1 für einen Plausibilisierungszyklus temporär aufgeheizt oder abgekühlt. In einer Ausführungsform erfolgt das Aufheizen durch eine interne Sensorheizung. In einer anderen Ausführungsform erfolgt das Aufheizen durch externe Komponenten wie Heizelemente. Diese werden aber meist nicht benötigt, da verfügbare Luftfeuchtigkeits-Messelemente meist mit einer internen Sensorheizung ausgestattet sind. Durch das Aufheizen steigt auch die Lufttemperatur am Sensorelement und damit sinkt bei gleichbleibenden Umgebungsbedingungen die gemessene relative Luftfeuchtigkeit am Sensorelement. In einer Ausführungsform erfolgt das Abkühlen durch eine interne Sensorkühlung. In einer anderen Ausführungsform erfolgt das Abkühlen durch externe Komponenten wie Kühlelemente. Durch das Abkühlen sinkt auch die Lufttemperatur am Sensorelement und damit steigt bei gleichbleibenden Umgebungsbedingungen die gemessene relative Luftfeuchtigkeit am Sensorelement.

Schritte a) bis d) allein lassen noch keinen eindeutigen Rückschluss auf die Richtigkeit der Signale zu, da zwar eine absolute Änderung der Signale sichtbar wird, diese aber quantitativ noch nicht bewertet werden kann. Deshalb ist ein weiterer Schritt notwendig, nämlich die Berechnung der Zustandsgröße, also der absoluten Luftfeuchtigkeit, des Taupunkts oder der L nthalpie, aus den mit dem eine veränderte Temperatur aufweisenden 8

Luftfeuchtigkeits-Messelement zum Zeitpunkt t2 gemessenen Werten für

Lufttemperatur und relative Luftfeuchtigkeit.

Die berechnete Zustandsgröße zum Zeitpunkt t2 wird nun mit der zum Zeitpunkt tO verglichen. Die für die beiden Zeitpunkte berechneten Zustandsgrößen müssen innerhalb der Messtoleranz übereinstimmen bzw. sich um nicht mehr als einen vorgegebenen Prozentsatz unterscheiden. In einer Ausführungsform dürfen sich die Werte um nicht mehr als 20% unterscheiden, bezogen auf den für tO berechneten Wert. In einer anderen Ausführungsform, insbesondere bei Verwendung von Sensoren mit geringer Messtoleranz, dürfen sich die Werte um nicht mehr als 10%, bevorzugt nicht mehr als 5%, insbesondere nicht mehr als 3% unterscheiden, bezogen auf den für tO berechneten Wert.

Ist dies nicht der Fall, kann von einem Defekt des Luftfeuchtigkeits- Messelements bzw. des Temperatur- oder Feuchtesensors ausgegangen werden. Durch einfache weitere Logikverknüpfungen kann mit dieser Methodik sogar identifiziert werden, welche Sensorinformation (Feuchte oder Temperatur) fehlerhaft erfasst wird.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine Vorrichtung zur Plausibilisierung der Messwerte eines Luftfeuchtigkeits-Messelements in einem Kraftfahrzeug. Die Vorrichtung umfasst ein einen Feuchtesensor und einen Temperatursensor enthaltendes Luftfeuchtigkeits-Messelement sowie eine Sensorheizung oder eine Sensorkühlung.

In einer Ausführungsform enthält das Luftfeuchtigkeits-Messelement eine interne Sensorheizung. In einer anderen Ausführungsform weist die Vorrichtung eine externe Sensorheizung auf, beispielsweise ein außerhalb des Luftfeuchtigkeits-Messelements angeordnetes Heizelement, welches dafür eingerichtet ist, das Luftfeuchtigkeits-Messelement aufzu heizen.

In einer anderen Ausführungsform enthält das Luftfeuchtigkeits-Messelement eine interne Sensorkühlung. In einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine externe Sensorkühlung auf, beispielsweise ein außerhalb des Luftfeuchtigkeits-Messelements angeordnetes Kühlelement, welches dafür eingerichtet ist, das Luftfeuchtigkeits-Messelement abzukühlen. Die Vorrichtung umfasst ferner eine Einheit, die dafür eingerichtet ist,

Messsignale des Feuchtesensors und des Temperatursensors zu empfangen und zu verarbeiten. Die Einheit ist weiterhin dafür eingerichtet, die Sensorheizung bzw. Sensorkühlung zu steuern und das Luftfeuchtigkeits- Messelement aufzuheizen bzw. abzukühlen.

Die Einheit ist auch dafür eingerichtet, aus den Messsignalen des

Feuchtesensors und des T em peratu rsensors Messwerte für relative

Luftfeuchtigkeit und Lufttemperatur abzuleiten und daraus eine Zustandsgröße zu berechnen. In einer Ausführungsform ist die Zustandsgröße die absolute Luftfeuchtigkeit. In einer anderen

Ausführungsform ist die Zustandsgröße der Taupunkt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Zustandsgröße der Energiegehalt der Luft (die Luftenthalpie). Die Einheit ist ferner dafür eingerichtet, die zu verschiedenen Zeitpunkten berechneten Werte der Zustandsgröße miteinander zu vergleichen und, wenn die Werte nicht übereinstimmen, auf einen Defekt des Luftfeuchtigkeits-Messelements zu schließen. In einer weiteren Ausführungsform ist die Einheit dafür eingerichtet, durch Logikverknüpfungen zu ermitteln, welche der Sensorinformationen fehlerhaft erfasst wird.