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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Motorsteuerungseinrichtung
mit zugeordnetem motornah angeordnetem Temperatursensor zur Erfassung
der Ansauglufttemperatur, auf deren Basis auf die Umgebungslufttemperatur
rückgeschlossen wird.
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Eine
moderne Motorsteuerungseinrichtung eines oben definierten Kraftfahrzeugs
benötigt
zur optimalen Gemischaufbereitung immer mehr Informationen aus dem
direkten Umfeld des Motors, damit die strengen gesetzlichen Vorgaben
hinsichtlich Emissionen und Diagnose erfüllt werden können. Für verschiedene
Funktionen wie z. B. Steuerung der Sekundärluft, Diagnose eines Thermostats
und Überwachung
des Tanksystems auf Leckage ist es bei den strengen Anforderungen
wichtig, die Umgebungstemperatur zu kennen und zu berücksichtigen. In
der Regel wird hierfür
die Temperatur der Ansaugluft gemessen und verarbeitet. Die Ansauglufttemperatur
entspricht bei Saugmotoren mit einer Sensorposition im Luftmassensensor
in etwa der Umgebungstemperatur. Selbst in diesem Fall weicht bei
bestimmten Betriebsbedingungen wie z. B. nach einem Heißstart die
Ansauglufttemperatur deutlich von der Umgebungstemperatur ab. Bei
Saugmotoren mit einem Ansaugluftsensor im Saugrohr und bei Turbomotoren entspricht
die Ansauglufttemperatur nur in ganz seltenen Fällen der Umgebungstemperatur.
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Aus
JP 60-240 842 AA ist
eine ausfallsichere Vorrichtung für einen Wassertemperatursensor
bekannt. In einem ersten Schritt wird seitens der Vorrichtung bestimmt,
ob bei einem Kühlwassertemperatursensor
ein Problem gegeben ist. Wenn dies bejaht wird, wird in einem nächsten Schritt
die Wassertemperatur durch die Ansauglufttemperatur ersetzt. Nach
Ablauf einer vorbestimmten Zeit wird die Kühlwassertemperatur pauschal
auf 80°C
gesetzt. Dort geht es also um einen Ersatz für einen Kühlwassertemperatursensor im
Falle eines Defekts.
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Aus
DE 196 52 646 A1 ist
ein Verfahren zur Ermittlung der Abstellzeit einer Brennkraftmaschine bekannt.
Dabei ermittelt das Steuergerät
anhand der Temperatur der Brennkraftmaschine beim Abstellen und
Wiedereinschalten sowie der Umgebungstemperatur, wie lange die tatsächliche
Abstellzeit war.
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In
EP 0 831 222 A2 ist
eine Vorrichtung beschrieben, die der Detektion einer Anomalie eines Lufttemperatursensors
dient. Dieser Lufttemperatursensor muss nicht unbedingt der Ansaugluftsensor sein,
sondern kann jeder beliebige Luftsensor, z. B. der einer Klimaanlage
sein. Der Einsatz eines zweiten Temperatursensors, dessen Temperatursignal
in Verbindung mit einem ersten Temperatursignal für eine Plausibilisierungsprüfung verwendet
wird, ist dort nicht beschrieben.
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Der
Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, ein Kraftfahrzeug anzugeben,
bei dem eine genauere Erfassung der der Motorsteuerungseinrichtung
gegebenen Umgebungstemperatur möglich
ist.
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Zur
Lösung
dieses Problems ist bei einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten
Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass die Motorsteuerungseinrichtung mit wenigstens einem zweiten
motorextern angeordneten und einem anderen System als dem Motorsteuerungssystem
zugeordneten Temperatursensor kommuniziert und zur Plausibilitätsprüfung des
von diesem Temperatursensor gelieferten Temperaturwerts anhand des
vom motornahen Temperatursensor gelieferten Temperaturwerts ausgebildet
ist.
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Beim
erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug
wird als primäres
Temperatursignal das Signal eines motorexternen Temperatursensors
verwendet, der also an einer Position im Kraftfahrzeug entfernt
vom Motor angeordnet ist. Dieser Temperatursensor ist einem anderen
System des Kraftfahrzeugs zugeordnet, beispielsweise dem Klimasystem
oder dem Fahrerinformationssystem, über das dem Fahrer u. a. die
Außentemperatur
angezeigt wird. Es wird also ein ohnehin fahrzeugseitig vorgesehener
Temperatursensor verwendet, dessen Signal neben der eigentlichen Verarbeitung
durch das System, dem er zugeordnet ist, nunmehr erfindungsgemäß auch vom
Motorsteuerungssystem verarbeitet wird. Um Sicherheit zu haben,
dass der vom motorexternen Temperatursensor gegebene Temperaturwert
auch plausibel ist, ist erfindungsgemäß die Motorsteuerungseinrichtung
zur Durchführung
einer Plausibilitätsprüfung des
gegebenen Temperaturwerts ausgebildet, wozu wiederum der zwangsläufig vorhandene
motornah angeordnete Temperatursensor bzw. dessen gegebener Temperaturwert
dient. In einem definierten Motorbetriebsbereich, der im Wesentlichen
von der Motorisierung, vom Motortyp (Saugmotor, Turbomotor) und
der Einbauposition des Ansauglufttemperatursensors abhängt, entspricht
die Ansauglufttemperatur im Rahmen der notwendigen Genauigkeit der
Umgebungstemperatur. Dieser Betriebsbereich bzw. innerhalb dieses
Betriebsbereichs wird die Plausibilitätsprüfung durchgeführt, da
dann Sicherheit gegeben ist, dass das vom motornahen Temperatursensor
gegebene Signal hinreichend genau (aber in der Regel nicht exakt)
die tatsächliche
Umgebungstemperatur angibt.
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Wie
bereits beschrieben kann der zweite Temperatursensor einem Fahrerinformationssystem, bei
dem dem Fahrer an einem Display oder geeigneten Anzeigen Informationen
wiedergegeben werden, oder einem Klimatisierungssystem, also der
Klimaanlage zugeordnet ist. Selbstverständlich ist es auch denkbar,
einen einem anderen System zugeordneten Temperatursensor zu verwenden.
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In
Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann vorgesehen sein, dass
die Motorsteuerungseinrichtung zur Plausibilitätsprüfung ein Intervall um den vom
motornahen Temperatursensor gelieferten Temperaturwert bildet und
zum Vergleich des Temperaturwerts des zweiten Temperatursensors
mit dem Intervall bzw. den Intervallgrenzen ausgebildet ist. Man bildet
quasi einen Toleranzbereich bzw. legt zwei Toleranzschwellen um
den vom motornahen Temperatursensor gelieferten Temperaturwert,
mit dem oder denen der Temperaturwert des zweiten Temperatursensors
im Rahmen der Plausibilitätsprüfung verglichen
wird. Liegt der Temperaturwert des zweiten Temperatursensors innerhalb
des Intervalls oder innerhalb der Toleranzschwellen, so ist der
gegebene zweite Temperaturwert plausibel, der zweite Temperatursensor
arbeitet korrekt, liegt er außerhalb,
liegt ein offensichtlicher Sensordefekt vor.
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Zweckmäßig ist
es ferner, wenn die Motorsteuerungseinrichtung zumindest dann, wenn
der vom zweiten Temperatursensor gelieferte Temperaturwert nicht
plausibel erscheint, zur Durchführung einer
Funktionsprüfung
des motornahen Temperatursensors ausgebildet ist. Denn es muss sichergestellt sein,
dass der motornahe Temperatursensor, also der Ansaugluftsensor korrekt
funktioniert, damit ein Fehler dieses Sensors nicht zu einem Folgefehler
bei der Auswertung des Temperaturwerts des zweiten Temperatursensors
führt.
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Wie
beschrieben erfolgt die Plausibilitätsprüfung zweckmäßigerweise in einem definierten
Betriebsbereich, also nach Erreichen und definiert langem Beibehalten
eines definierten Fahrzeugbetriebszustands. Dieser kann beispielsweise
dadurch definiert sein, dass das Fahrzeug beispielsweise für eine hinreichend
lange Zeit mit relativ konstanter Geschwindigkeit gefahren ist oder
bei einem Turbomotor der Ladeluftkühler für eine hinreichend lange Zeit mit
hohen Luftdurchsätzen
und mit niedrigerem Ladedruck und kleiner Leistung gearbeitet hat
etc. Die Definition des Betriebsbereichs ist fahrzeug- bzw. motorenabhängig und
muss je nach Typ gewählt
werden.
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Es
kann nun der seltene, jedoch mögliche Fall
auftreten, dass der zweite Temperatursensor ein konstantes Signal
auch im Betriebsbereich, in dem eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt wird,
ausgibt, der Sensor „hängt" also. Dies wird
durch die Plausibilitätsprüfung nicht
erkannt. Um dem Rechnung zu tragen ist erfindungsgemäß ferner
vorgesehen, dass die Motorsteuerungseinrichtung zur Durchführung eines
Funktionstests des zweiten Temperatursensors ausgebildet ist. Im
Rahmen eines solchen Funktionstests, der auch „Stucktest" genannt wird, kann die Motorsteuerungseinrichtung
erfindungsgemäß einen Differenzwert
des während
des laufenden Fahrbetriebs gegebenen maximalen und minimalen Temperaturwerts
ermitteln und diesen Differenzwert mit einem Schwellwert vergleichen.
Dieser Schwellwert ist vorab definiert. Ist der Differenzwert größer als
der Schwellwert, liegen also die maximale und der minimale vom zweiten
Temperatursensor gegebene Temperaturwert hinreichend weit auseinander,
ist davon auszugehen, dass der zweite Temperatursensor nicht permanent
einen konstanten Temperaturwert ausgibt. Ist der Differenzwert jedoch
kleiner als der Schwellwert, so ist die Motorsteuerungseinrichtung erfindungsgemäß zur Überprüfung, ob
der Fahrzeugbetrieb derart war, dass eine Temperaturänderung möglich war,
anhand wenigstens eines betriebsspezifischen Fahrzeugparameters
ausgebildet. Das heißt,
dass dann, wenn anhand des Differenzwerts festgestellt wird, dass
der zweite Temperatursensor ein konstantes oder über sehr langen Zeitraum konstantes
Signal gegeben hat, überprüft wird,
ob die Randbedingungen derart waren, dass eine Temperaturänderung überhaupt
eingetreten sein kann, das heißt,
dass sich das Signal des Umgebungstemperatursensors letztlich aufgrund
des Fahrzeugbetriebs auch tatsächlich
hat ändern
können.
Dies kann beispielsweise dergestalt erfolgen, dass bei einer Verwendung
eines im Stoßfänger angeordneten
zweiten Temperatursensors nach Betrieb des Fahrzeugs mit einer Mindestgeschwindigkeit
für eine
Mindestzeit sichergestellt ist, dass der zweite Temperatursensor korrekt
die Außentemperatur
anzeigt. Dies wird in einem geeigneten Speichermittel der Motorsteuerungseinrichtung
als erste Bedingung gespeichert. Im Verlauf der weiteren Fahrt muss
mit betriebswarmem Motor eine Leerlaufphase für eine Mindestzeit erfolgen,
so dass die Wärmeabstrahlung
des Kühlers zu
einer Erhöhung
der Temperatur im Bereich des zweiten Temperatursensors im Stoßfänger führt. Diese
Temperaturveränderung
kann auch dann eintreten, wenn der Motor nach längerer Fahrt steht und abkühlt. Die
Umgebungstemperatur hat sich also zwangsläufig fahrbedingt geändert. Dies
wird als zweite Bedingung gespeichert. Wenn nun die erste und die
zweite Bedingung erfüllt
sind und die Temperaturdifferenz, also der Differenzwert immer noch kleiner
als der Schwellwert ist, kann davon ausgegangen werden, dass der
Sensor defekt ist.
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Ferner
kann vorgesehen sein, dass die Motorsteuerungseinrichtung zur Gabe
einer Fehlerinformation bei erfasster Nicht-Plausibilität und/oder
bei erfasster Fehlfunktion des motornahen und/oder des motorexternen
Temperatursensors ausgebildet ist. Diese Fehlerinformation wird
zweckmäßigerweise
in einen geeigneten Speicher der Motorsteuerungseinrichtung eingeschrieben,
wo sie im Rahmen der nächsten
Wartung ausgelesen und gegebenenfalls der Fehler behoben werden
kann. Es ist auch denkbar, dem Fahrer direkt den Fehler zu signalisieren
(z. B. über
eine Warnlampe am Armaturenbrett oder dergleichen), so dass dieser
in nächster
Zeit die Werkstatt aufsuchen kann.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der
Zeichnung. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
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2 ein
Flussdiagramm zur Darstellung des Ablaufs der Plausibilitätsprüfung, und
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3 ein
Flussdiagramm zur Darstellung des Funktionstests zur Ermittlung
des „hängenden" zweiten Temperatursensors.
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 mit
einem Motor 2 und einer diesem zugeordneten Motorsteuerungseinrichtung 3, über die
der Betrieb des Motors sowie die Gemischaufbereitung etc. gesteuert
wird. Derartige Motorsteuerungseinrichtungen sind in ihrer Funktion
hinreichend bekannt. Dem Motor 2 ist ein motornaher erster
Temperatursensor 4 zugeordnet, der mit der Motorsteuerungseinrichtung 3 kommuniziert
und dessen Temperaturwert im Rahmen der Steuerung berücksichtigt wird.
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Ferner
ist ein zweiter Temperatursensor 5 vorgesehen, der im gezeigten
Ausführungsbeispiel im
vorderen Stoßfänger 6 des
Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist und der eigentlich zur
Erfassung der Umgebungstemperatur für ein Fahrerinformationssystem 7 dient,
von dem im gezeigten Ausführungsbeispiel
lediglich das Display 8 gezeigt ist, an dem unter anderem
der vom zweiten Temperatursensor 5 erfasste Temperaturwert
dem Fahrer angezeigt wird. Beim erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug 1 kommuniziert
dieser zweite Temperatursensor 5 aber zusätzlich auch mit
der Motorsteuerungseinrichtung 3, die den von ihm gegebenen
Temperaturwert ebenfalls verarbeitet, worauf nachfolgend noch eingegangen
wird.
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Ferner
erhält
die Motorsteuerungseinrichtung 3 Informationen über einen
oder mehrere weitere Betriebsparameter des Fahrzeugs, wie z. B.
die Geschwindigkeit über
eine Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 9 und dergleichen.
Hierüber
besteht die Möglichkeit,
den Fahrbetrieb zu erfassen, was für die nachfolgend noch beschriebene
Verarbeitung der Temperaturwerte erforderlich ist. Weiterhin kommuniziert
die Steuerungseinrichtung 3 im gezeigten Ausführungsbeispiel
mit einer Anzeigeeinrichtung 10 in Form einer Warnlampe,
die eine etwaige Fehlfunktion eines der Temperatursensoren 4, 5 dem Fahrer
anzeigt. Selbstverständlich
ist es auch denkbar, eine Fehlerinformation auch über das
Display 8 auszugeben.
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2 zeigt
in Form eines Flussdiagramms den prinzipiellen Ablauf der Plausibilitätsprüfung des vom
zweiten Temperatursensor 5 gegebenen Temperaturwerts. Im
Schritt a wird zunächst
der Motor gestartet, wonach im Schritt b überprüft wird, ob der Fahrzeugbetrieb
für eine
hinreichend lange Zeit t in einem definierten Bereich erfolgte.
Hier wird also überprüft, ob das
Fahrzeug z. B. für
eine vorbestimmte Zeit t im Bereich einer vorbestimmten Geschwindigkeit
v gefahren wurde etc., was z. B. anhand des von der Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 9 gelieferten
Geschwindigkeitssignals und unter Verwendung eines Zeitglieds, das
z. B. in der Motorsteuerungseinrichtung 3 integriert ist,
erfolgt. Dies ist deshalb erforderlich, da die Umgebungstemperatur
im Bereich des ersten motornahen Temperatursensors 4 sehr
stark vom Motorbetrieb (Wärmestrahlung, Wärmeübergang)
und der entsprechenden Vorgeschichte der Fahrt abhängt. Aufgrund
der thermischen Masse des Motors und der engen Anordnung der im
Motorraum angeordneten Gerätschaften
erreicht die Umgebungstemperatur am ersten Temperatursensor, bei
einem Saugmotor z. B. die Ansauglufttemperatur, nach starkem Aufheizen
des Motors z. B. durch Volllastfahrt, langen Leerlauf etc. erst nach
einiger Zeit wieder das Niveau der Umgebungstemperatur. Deshalb
ist es für
die Plausibilitätsprüfung notwendig,
dass der Motor hinreichend lange in dem definierten Betriebsbereich
betrieben wird. Dies erfolgt im Schritt b. Die Überprüfung des Betriebszustands erfolgt
solange, bis der definierte Betriebszustand erreicht wurde. Anschließend wird
im Schritt c geprüft,
ob der Temperaturwert Text des motorexternen
zweiten Temperatursensors 5 kleiner als der Temperaturwert
Tmot des motornahen Temperatursensors abzüglich eines
gewissen Temperaturintervalls dT1 ist. Es
wird hier eine Toleranzschwelle dT1 berücksichtigt,
die zur Bildung eines Temperaturwerteintervalls um den Temperaturwert
des ersten motornahen Temperatursensors dient. Falls der Temperaturwert
Text kleiner ist, wird ein Bemessungs- oder Verarbeitungswert
B1 = 0 gesetzt (bei c'). Falls nicht wird B1 =
1 gesetzt (siehe c''). Im Schritt d wird überprüft, ob der
Temperaturwert Text größer als der Temperaturwert
Tmot plus einer Toleranzschwelle dT2 ist. Das heißt es wird auch eine obere
Toleranzschwelle berücksichtigt.
Das gesamte Temperaturintervall ergibt sich also durch die Begrenzung über die
Toleranzschwellen dT1 und dT2.
Ist der Temperaturwert Text größer, wird
ein Bemessungs- oder Verarbeitungswert B2 =
0 gesetzt (siehe d').
Falls nicht wird B2 = 1 gesetzt (siehe d''). Nun wird im Schritt e geprüft, ob B1 = B2 = 1 ist oder
nicht. Falls beide 1 sind ist der Sensor in Ordnung. Ergibt sich
also bei den jeweiligen Prüfungen,
dass beide Bedingungen nicht erfüllt sind,
liegt der Temperaturwert Text im zulässigen Intervall,
der motorexterne Sensor 5 ist in Ordnung und arbeitet korrekt
(Schritt e).
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Ergibt
jedoch die Prüfung,
dass der externe Temperaturwert Text außerhalb
des Toleranzschwellenintervalls liegt, wird im Schritt g geprüft, ob die
Funktion des motornahen Sensors geprüft wurde. Im Schritt h wird
das Funktionstestergebnis verarbeitet, nämlich ob der motornahe Sensor
in Ordnung ist oder nicht. Ist der motornahe Sensor 4 in
Ordnung, ist klar, dass der externe Sensor 5 defekt ist,
was im Schritt i festgestellt wird. Ergibt sich, dass der motornahe
Sensor 4 selbst nicht in Ordnung ist, ist, wie im Schritt
j dargestellt ist, keine Plausibilitätsprüfung möglich da das Plausibilitätssignal
des motornahen Sensors 4 falsch ist und nicht verarbeitet
werden kann.
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3 gibt
das Flussdiagramm für
den parallel ablaufenden Funktionstest des zweiten Temperatursensors 5 an.
Auch hier beginnt der Test mit dem Motorstart
gemäß Schritt
a. Im Schritt k wird zunächst permanent
während
des Betriebs der minimale externe Temperaturwert Text(min)
des Temperatursensors 5 und der maximale externe Temperaturwert Text(max) ermittelt. Anhand dieser beiden
minimalen und maximalen Werte wird nun im Schritt l die Differenz
Text(max) – Text(min)
gebildet und dieser Differenzwert mit einem Schwellwert verglichen.
Ist der Differenzwert größer als
der Schwellwert, ist die im Schritt l angegebene Bedingung also
nicht erfüllt,
ist – siehe
Schritt m – der
externe Sensor 5 in Ordnung. Denn es hat sich durch die
Prüfung
im Schritt l gezeigt, dass der externe Temperatursensor 5 Umgebungstemperaturschwankungen
korrekt erfasst und die entsprechenden Temperaturwerte schwanken, wie
die maximalen und minimalen Temperaturwerte zeigen.
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Ergibt
sich jedoch, dass die Bedingung, wonach der Differenzwert kleiner
als der Schwellwert ist, im Schritt l erfüllt ist, wird im Schritt n überprüft, ob der Fahrzeugbetrieb
in einem ersten Bereich für
eine vorbestimmte Zeit t1 erfolgt ist. Ist
dies der Fall, wird im Schritt o überprüft, ob der Fahrzeugbetrieb
in einem zweiten Bereich für
eine bestimmte Zeit t2 erfolgt ist. Über diese
beiden Prüfungsschritte
n, o wird überprüft, ob sich überhaupt
die Möglichkeit ergeben
hat, dass sich die Temperatur hat hinreichend ändern können, das heißt, es wird überprüft, ob das
Fahrzeug derart betrieben wurde, dass sich zwangsläufig eine
Temperaturänderung
in der Umgebung des zweiten Temperatursensors 5 hat einstellen
können. Bei
einer Überwachung
des externen zweiten Temperatursensors 5 im Stoßfänger 6 kann
diese Strategie wie folgt ausgebildet sein:
Nach Betrieb des
Fahrzeugs mit einer Mindestgeschwindigkeit (erfasst über die
Geschwindigkeitserfassungseinrichtung 9) für eine Mindestzeit
(über einen
geeigneten in der Motorsteuerungseinrichtung 3 integrierten
Timer) ist sichergestellt, dass der Sensor korrekt die Umgebungstemperatur
anzeigt. Dies wird als Bedingung 1 gespeichert und im Schritt n überprüft. Im Verlauf
der weiteren Fahrt muss mit betriebswarmem Motor z. B. eine Leerlaufphase
für eine
Mindestzeit erfolgen, worüber
aufgrund der Wärmeabstrahlung
des Kühlers
eine Erhöhung
der Umgebungstemperatur im Bereich des zweiten Temperatursensors 5 im
Stoßfänger erfolgt.
Dies wird als Bedingung 2 gespeichert und im Schritt o überprüft. Sind
nun in beiden Prüfungsschritten
n, o die Bedingungen erfüllt,
hat sich also die Temperatur am zweiten Temperatursensor 5 hinreichend
betriebsbedingt geändert,
und ist der Differenzwert im Schritt l trotz allem kleiner als der
Schwellwert, so kann davon ausgegangen werden, dass der externe
Temperatursensor 5 defekt ist, was im Schritt p hierüber ermittelt wird.
In den Schritten n und o wird das jeweils zugeschaltete Zeitglied
(Timer) bei Verlassen der jeweiligen Prüfungsbedingung jeweils zurückgesetzt.
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Abschließend ist
darauf hinzuweisen, dass die Plausibilitätsprüfung wie auch der Funktionstest, wie
sie in den 2 und 3 beschrieben
sind, nicht zu jedem Zeitpunkt, sondern nur bei Erreichen der jeweiligen
Betriebsbedingungen durchgeführt werden
können.
Dies ist jedoch dahingehend ausreichend, als grundsätzlich von
einer korrekten Funktion der jeweiligen Temperatursensoren ausgegangen werden
kann, und eine von Zeit zu Zeit erfolgende Überprüfung dann, wenn die jeweiligen
Randbedingungen für
den jeweiligen Test erfüllt
sind, ausreichend ist.