DE10056692C2 - Anordnung eines Infrarotsensors innerhalb eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Anordnung eines Infrarotsensors innerhalb eines Kraftfahrzeuges zur Erzeugung eines Temperatursignals. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Bediengerät einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Gehäuse, das eine Frontblende aufweist und in dem ein Infrarotsensor angeordnet ist, dessen Messsignal einer Regelelektronik der Klimaanlage zugeführt wird.

In Steuer- und Regelgeräten für Kraftfahrzeugklimaanlagen werden ver­ schiedene Sensoren zur Ermittlung von Ist-Zuständen eingesetzt. Bei­ spiele sind Sensoren zur Ermittlung einer Innenraumtemperatur, einer Au­ ßentemperatur, einer Ausblastemperatur der dem Innenraum zugeführten Luft sowie ein Sonnensensor. Zur Temperaturmessung werden beispiels­ weise NTC- oder PTC-Temperatursensoren eingesetzt, denen durch ei­ nen Ventilator aus dem Fahrgastraum angesaugte Luft zugeführt wird. Problematisch ist bei dieser Lösung neben der Gefahr des Ausfalls des Ventilators insbesondere das beim Betrieb des Ventilators auftretende Ge­ räusch.

Um hier Abhilfe zu schaffen ist es aus der US 5,400,964 A und der DE 198 42 895 A1 bereits bekannt einen Infrarotsensor zur Temperaturmessung für Kraftfahrzeugklimaanlagen einzusetzen. Gemäß der US 5,400,964 A fasst der Infrarotsensor einen bestimmten Winkelbereich des Innenraums, wobei insbesondere auch Insassen des Fahrzeuges mit erfasst werden.

In der DE 198 42 895 A1 ist eine Lösung beschrieben, bei der ein Infrarot­ sensor innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist, wobei das Gehäuse ins­ besondere Bestandteil eines Bediengerätes der Klimaanlage ist. Das Ge­ häuse weist eine Frontblende auf, die dem Fahrgastraum zugewandt ist. Der innerhalb des Gehäuses angeordnete Infrarotsensor detektiert Wär­ mestrahlung, die auf die dem Fahrzeuginnenraum zugewandte Außenflä­ che der Frontblende auftrifft. Gemäß der beschriebenen Ausführungsbei­ spiele ist hierbei ein Strahlungsfilter vorgesehen, das in die Frontblende integriert ist. Die auf das Strahlungsfilter auftreffende Infrarotstrahlung kann dieses passieren und trifft auf das strahlungssensitive Element des Infrarotsensors. Nachteilig ist bei dieser Ausführungsform, dass ein Strahlungsfilter in die Frontblende integriert werden muss, beziehungswei­ se die gesamte Frontblende aus einem strahlungsdurchlässigen Material bestehen muss. Hierdurch werden die Gestaltungsmöglichkeiten der Frontblende eingeschränkt.

Durch Sonneneinstrahlung auf den durch den Infrarotsensor detektierten Bereich im Fahrgastraum können die Messergebnisse des Sensors in un­ zulässigerweise verfälscht werden. Eine Verfälschung der Messergebnis­ se ist weiterhin dann möglich, wenn ein Insasse des Fahrzeugs sich in­ nerhalb des Messbereichs des Sensors befindet, da insbesondere bei sommerlicher Kleidung oder unbekleidetem Oberkörper im wesentlichen die Körper- oder Hauttemperatur des Insassen gemessen wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung für einen Infrarotsen­ sor anzugeben, die die obengenannten Nachteile weitgehend vermeidet. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Infrarotsen­ sor derart angeordnet ist, das sowohl Wärmestrahlung einer mit dem Fahrgastraum thermisch gekoppelten Fläche, die dem Fahrgastraum ab­ gewandt ist, als auch Wärmestrahlung eines im Fahrgastraum befindli­ chen Objekts auf einen sensitiven Bereich des Sensors auftrifft. Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird somit zum einen, wie bei den be­ kannten Anordnungen, Wärmestrahlung detektiert, die von einem im Fahrzeug befindlichen Objekt ausgeht. Bei diesem Objekt kann es sich um eine Person im Fahrzeug handeln oder um einen festen Bestandteil des Fahrgastraumes, wie beispielsweise den Deckenraum. Zusätzlich wird mit der erfindungsgemäßen Anordnung des Infrarotsensors jedoch auch Wärmestrahlung detektiert, die von einer mit dem Fahrgastraum thermisch gekoppelten Fläche ausgeht, die dem Fahrgastraum abgewandt ist. Hier­ durch geht in das Messsignal die Temperatur eines zweiten Bereichs ein, der räumlich im Fahrzeug entfernt von dem im Fahrgastraum befindlichen Objekt angeordnet ist. Hierdurch wird eine bessere Mittelung über ver­ schiedene Temperaturbereiche im Kraftfahrzeug erreicht.

Erfindungsgemäß wird mit der Anordnung auch die Wärmestrahlung einer Fläche detektiert, die dem Fahrgastraum abgewandt ist. Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, das es nicht erforderlich ist, mittels des Infrarotsensors Wärmestrahlung zu detektieren, die direkt aus dem Fahr­ gastraum auf den Temperatursensor auftrifft. Es wurde vielmehr gefun­ den, dass es ausreichend ist Wärmestrahlung zu detektieren, die von ei­ ner Fläche ausgestrahlt wird, die eine gute thermische Kopplung zum Fahrgastraum aufweist. Durch die gute thermische Kopplung dieser Flä­ che mit dem Fahrgastraum weist diese Fläche im wesentlichen die gleiche Temperatur auf wie der Fahrgastraum selbst. Hierbei möglicherweise auf­ tretende systematische Abweichungen zwischen der Temperatur dieser Fläche und der Temperatur des Fahrgastraums können durch eine ent­ sprechende Korrektur des Messsignals im Rahmen des Steuer- und Re­ gelalgorithmus der Klimaanlage berücksichtigt werden.

Die Fläche, deren Wärmestrahlung zusätzlich durch den Infrarotsensor detektiert wird, kann somit insbesondere auch Bestandteil eines Bauteils sein, das im sensitiven Wellenlängenbereich des Infrarotsensors weitge­ hend strahlungsundurchlässig ist. Hierdurch ergibt sich eine vergrößerte Auswahlmöglichkeit hinsichtlich des Bauteils, das für die Temperaturmes­ sung zusätzlich benutzt wird. Insbesondere werden die Designvorgaben nicht durch Vorgaben hinsichtlich des Materials dieses Bauteils einge­ schränkt.

Vorzugsweise besteht das weitgehend strahlungsundurchlässige Bauteil im wesentlichen aus Kunststoff, Keramik oder Metall. Von besonderem Vorteil ist eine hohe thermische Leitfähigkeit des Bauteils, zumindest in dem Bereich, dessen Temperatur von dem Infrarotsensor detektiert wird. Eine sehr hohe Wärmeleitfähigkeit ist bei Metallen ohnehin vorhanden. Bei Kunststoffen oder Keramik kann die Leitfähigkeit gegebenenfalls durch die Beimischung von Metallteilen erhöht werden, sofern dies erforderlich ist. Durch eine geringe Dicke des Bauteils kann jedoch ebenfalls ein geringer Wärmewiderstand realisiert werden.

In einer besonderen Ausführungsform weist das strahlungsundurchlässige Bauteil eine dem Fahrgastraum zugewandte Fläche auf, die mit einer re­ flektierenden Beschichtung versehen ist. Durch diese reflektierende Be­ schichtung des Bauteils wird eine Aufheizung und damit eine Verfälschung des Messergebnisses durch direkte Sonneneinstrahlung auf das Bauteil weitgehend vermieden. Durch die reflektierende Beschichtung werden auftreffende Sonnenstrahlen reflektiert, sodass das Bauteil im wesentli­ chen die Temperatur des Innenraums aufweist. Eine reflektierende Be­ schichtung kann beispielsweise durch eine Verspiegelung oder eine Ver­ chromung der dem Fahrzeuginnenraum zugewandten Seite des Bauteils erreicht werden.

Die von dem im Fahrgastraum befindlichen Objekt abgegebene Wär­ mestrahlung kann insbesondere durch eine Aussparung in dem strah­ lungsundurchlässigen Bauteil zum Infrarotsensor gelangen. In einer be­ sonderen Ausführungsform enthält diese Aussparung ein Infrarotfilter, so­ dass der Wellenlängenbereich der detektierten Strahlung eingeschränkt werden kann. Zudem kann durch optische Elemente, insbesondere eine oder mehrere Linsen, ein Winkelbereich festgelegt werden, dessen Wär­ mestrahlung durch den Infrarotsensor detektiert wird.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Fläche, deren Wärmestrahlung detektiert wird und die dem Fahrgastraum abgewandt ist, Bestandteil ei­ nes Bediengerätes, insbesondere eines Bediengerätes der Klimaanlage selbst. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Infrarotsensor in einem Gehäuse zusammen mit anderen Elementen der Klimaanlage an­ geordnet werden kann. Der Infrarotsensor kann dabei beispielsweise in­ nerhalb des Bediengerätes auf einer Platine angeordnet werden die auch die Steuer- und Regelelektronik der Klimaanlage beinhaltet. Auf diese Weise kann eine besonders einfache Verbindung zwischen dem Infrarot­ sensor und den sonstigen elektronischen Komponenten der Steuer- und Regelelektronik erreicht werden. Eine aufwendige Verkabelung kann hier­ bei ganz entfallen, wenn die Verbindungen durch Leiterbahnen der Leiter­ platte realisiert werden.

Der Infrarotsensor enthält vorzugsweise als sensitiven Bereich ein Ther­ mopileelement. Hierbei handelt es sich um eine Anordnung mit mehreren Thermoelementen, in der eine Umwandlung von Wärmestrahlung in ein elektrisches Signal nach dem Seebeck-Effekt erfolgt. Entsprechende Sen­ soren sind kommerziell erhältlich.

Vorteilhafterweise wird bei der Anordnung des Infrarotsensors innerhalb eines Bediengerätes die Temperatur einer Fläche detektiert, die Bestand­ teil einer Frontblende des Bediengerätes ist. Eine solche Frontblende weist eine dem Fahrzeuginnenraum zugewandte und eine dem Fahrzeu­ ginnenraum abgewandte Fläche auf. Durch die geringe Dicke einer sol­ chen Frontblende wird zudem eine gute Wärmeleitung von der dem Fahr­ zeuginnenraum zugewandten Fläche zu der dem Fahrzeuginnenraum ab­ gewandten Fläche erreicht.

Ein erfindungsgemäßes Bediengerät ist dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotsensor sowohl Wärmestrahlung detektiert, die von der Front­ blende ins Gehäuseinnere abgestrahlt wird, als auch Wärmestrahlung, die von einem in einem Fahrgastraum befindlichen Objekt abgestrahlt wird.

Vorzugsweise ist die Frontblende von Wärmequellen innerhalb des Ge­ häuses thermische gut entkoppelt, um eine Verfälschung des Messergeb­ nisses zu vermeiden. Eine solche thermische Entkopplung der Frontblen­ de kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Frontblende nur punktuell mit dem sonstigen Gehäuse verbunden ist. Durch eine solche punktuelle Verbindung wird ein hoher Wärmewiderstand zwischen der Frontblende und dem sonstigen Gehäuse realisiert. Zur weiteren Verbes­ serung des Wärmeübergangs zwischen dem Fahrgastraum und der Frontblende kann die Frontblende insbesondere auf der dem Fahrga­ straum zugewandten Seite mit einer Verrippung versehen sein, wodurch die Oberfläche vergrößert wird. Eine solche Verrippung kann auf den Be­ reich der Frontblende beschränkt sein, der für die Temperaturmessung genutzt wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Klima- und Belüftungsanla­ ge eines Kraftfahrzeugs

Fig. 2 die Anordnung eines Infrarotsensors in einem Bediengerät

Fig. 3 die schematische Darstellung der durch den Infrarotsensor er­ fassten Bereiche

Fig. 4 die Anordnung eines Infrarotsensors innerhalb eines rohrförmi­ gen Bauteils

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Klimaanlage eines Kraft­ fahrzeugs dargestellt. Über die Frischluftklappe 2 wird Frischluft aus der Umgebung des Fahrzeugs in das Kraftfahrzeug selbst angesaugt. Die Stellung der Frischluftklappe 2 wird von einem Stellmotor 13 in Abhängig­ keit von elektrischen Signalen gesteuert, die vom Steuer- und Bediengerät 7 ausgegeben werden. Über die Umluftklappe 3, die in Abhängigkeit von elektrischen Signalen des Steuer- und Bediengerätes 7 über einen Stell­ motor 14 angesteuert wird, kann Luft aus dem Fahrgastraum 15 des Kraftfahrzeugs angesaugt werden. Durch den Ventilator 4 werden Um- und Frischluft in den Fahrgastraum 15 befördert. Auf dem Weg in den Fahrgastraum 15 passiert die Luft einen Verdampfer 6 einer Kälteanlage sowie gegebenenfalls - abhängig von der Stellung einer Temperaturklap­ pe 9 - einen Wärmetauscher 8. Im Heizbetrieb wird die Luft durch den Wärmetauscher 8 erwärmt. Über Ausströmer 10 wird die gegebenenfalls gekühlte oder erwärmte Luft dem Fahrgastraum 15 zugeführt. Die Luft­ verteilung kann hierbei mit Luftverteilerklappen 11 reguliert werden.

Nicht näher dargestellte Sensoren, insbesondere Temperatursensoren, liefern Ist-Werte für die Klimaregelung. Soll-Werte können über Be­ dienelemente eingestellt werden, die am Steuer- und Bediengerät 7 ange­ bracht sind.

Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung eines Infrarotsensors 1 innerhalb des Gehäuses 21 eines Bediengerätes 7 der Klimaanlage. Bestandteil des Gehäuses 21 ist die Frontblende 22, die dem Fahrgastinnenraum 15 zu­ gewandt ist. Ein solches Bediengerät ist in der Regel in die Mittelkonsole 23 des Fahrzeugs integriert. Die Frontblende 22 enthält ein Anzeigeele­ ment 24 sowie Bedienelemente 25, 26. Der Infrarotsensor 1 kann inner­ halb des Bediengerätes 7 beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnet sein, die auch die Steuer- und Regelelektronik trägt. Die Außenseite 27 der Frontblende 22 ist dem Fahrgastraum 15 zugewandt und weist weit­ gehend die selbe Temperatur auf wie der Fahrgastraum selbst. Eine Auf­ heizung der Frontblende 22 durch Sonneneinstrahlung kann durch geeig­ nete Platzierung des Geräts innerhalb des Kraftfahrzeuges oder durch eine reflektierende Beschichtung der Frontblende 22 erreicht werden. Die Frontblende 22 weist weiterhin eine Aussparung 29 auf.

Durch den Infrarotsensor 1 wird nunmehr sowohl Wärmestrahlung detek­ tiert, die von einem im Fahrgastraum 15 angeordneten Objekt 30 ausge­ strahlt und durch die Aussparung 29 zum Infrarotsensor 1 gelangt, als auch Wärme Strahlung, die von der Innenseite 28 der Frontblende 22 aus­ gestrahlt wir 1. Hierdurch wird erreicht, dass unterschiedlichste Bereiche des Kraftfahrzeugs zur Erzeugung des Temperatursignals durch den lnfra­ rotsensor 1 beitragen. Handelt es sich bei dem Objekt 30 im wesentlichen um eine im Fahrgastraum sich aufhaltende Person, so wird durch die An­ ordnung vermieden, dass bei sommerlicher Bekleidung im wesentlichen die Körpertemperatur dieser Person durch den Infrarotsensor 1 detektiert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die von dem Objekt 30 ausgehende Strahlung nur einen Teilbeitrag zum Signal des Infrarotsensors 1 liefert. Zudem wird durch die Registrierung von Wärmestrahlung aus zwei unter­ schiedlichen Bereichen des Kraftfahrzeuges eine übermäßige Verfäl­ schung des Messsignals durch direkte Sonneneinstrahlung auf einen die­ ser Bereiche vermieden. Wird beispielsweise das Objekt 30, bei dem es sich auch uni ein Innenbauteil des Fahrgastraums 15 handeln kann, durch Sonneneinstrahlung aufgeheizt, so ist es unwahrscheinlich, dass gleich­ zeitig die in der Mittelkonsole angeordnete Frontblende 22 durch Sonnen­ einstrahlung aufgeheizt wird.

In Fig. 3 ist der Detektionsbereich des Infrarotsensors 1 näher darge­ stellt. Der Infrarotsensor 1 enthält einen sensitiven Bereich 31, der einen gewissen Raumwinkel erfasst. In der zweidimensionalen Darstellung ge­ mäß Fig. 3 ist dies der Winkelbereich W1. Vor dem Infrarotsensor befin­ det sich eine Blende 32, die beispielsweise durch die Frontblende 22 ge­ mäß Fig. 2 realisiert sein kann. Jenseits der Blende 32 befindet sich das Objekt 30. Die von dem Objekt 30 ausgehende Wärmestrahlung kann von dem sensitiven Element 31 des Infrarotsensors 1 bedingt durch die Wir­ kung der Blende 32 nur innerhalb des Winkels W2 erfasst werden. Der durch die Differenz von W1 und W2 definierte verbleibende Erfassungsbe­ reich des sensitiven Elementes 31 wird daher Wärmestrahlung detektie­ ren, die von der dem Temperatursensor 1 zugewandten Seite der Blende 32 abgestrahlt wird. Das Ausgangssignal des Infrarotsensors 31 enthält daher Beiträge der von dem Objekt 30 und der Blende 32 abgestrahlten Wärmestrahlung. Das Verhältnis der beiden Beiträge kann durch die Öff­ nung der Blende 32, d. h. durch den Winkelbereich W2 sowie gegebe­ nenfalls durch eine Linse im Strahlengang an die gewünschten Verhältnis­ se angepasst werden. Befindet sich die Blende 32 in einem Bereich des Kraftfahrzeuges, der von Sonneneinstrahlung nicht erfasst wird, so gibt die von der Blende 32 abgegebene Temperaturstrahlung sehr gut die Innen­ raumtemperatur des Fahrgastraums 15 wieder. Befindet sich das Objekt 30 dagegen im Einstrahlungsbereich der Sonne, so wird es entsprechend aufgeheizt. In diesem Falle gibt der Temperatursensor 1 ein Ausgangs­ signal ab, dass sowohl die Innenraumtemperatur enthält als auch Auf­ schluss über die Sonneneinstrahlung erlaubt. Ein separater Sonnensensor kann daher entbehrlich sein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Anordnung eines Infrarotsensors 1. Der Infrarot­ sensor 1 mit dem sensitiven Bereich 31 befindet sich hierbei innerhalb ei­ nes Rohres 41. Außerhalb des Rohres befindet sich das Objekt 30. Wär­ mestrahlung des Objekts 30 wird innerhalb des durch die Abmessungen des Rohres 41 definierten Erfassungswinkels W3 von dem sensitiven Be­ reich 31 des Infrarotsensors 1 detektiert. Der Erfassungsbereich des sen­ sitiven Elements 31 ist gleich W1 und damit größer als der Erfassungsbe­ reich W3. Somit wird auch bei dieser Anordnung wiederum Wärmestrah­ lung detektiert, die zusätzlich auch von dem Rohr 41 abgestrahlt wird. Be­ findet sich das Rohr 41 in gutem thermischem Kontakt zum Fahrgastraum des Fahrzeuges so wird bei dieser Anordnung somit ebenfalls ein Signal detektiert, dass sich aus der Innenraumtemperatur des Fahrgastraumes und der Objekttemperatur des Objektes 30 zusammensetzt.

Die spezielle Anordnung des Infrarotsensors wurde anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen näher erläutert. Weitere konstruktive Abwandlungen zur Erfassung von Wärmestrahlung aus zwei unterschiedlichen Bereichen sind ohne weiteres möglich.

Claims (14)

1. Anordnung eines Infrarotsensors (1) innerhalb eines Kraftfahrzeugs zur Erzeugung eines Temperatursignals, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotsensor (1) derart angeordnet ist, dass sowohl Wärmestrah­ lung einer mit einem Fahrgastraum (15) thermisch gekoppelten Fläche (28), die dem Fahrgastraum (15) abgewandt ist, als auch Wärme­ strahlung eines im Fahrgastraum befindlichen Objekts (30) auf einen sensitiven Bereich (31) des Sensors (1) auftrifft.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Flä­ che (28) Bestandteil eines im sensitiven Wellenlängenbereich des Inf­ rarotsensors (1) weitgehend strahlungsundurchlässigen Bauteils ist.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das weit­ gehend strahlungsundurchlässige Bauteil im wesentlichen aus Kunst­ stoff, Keramik oder Metall besteht.

4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil eine dem Fahrgastraum (15) zugewandte Fläche (27) auf­ weist, die mit einer reflektierenden Beschichtung versehen ist.

5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Wärmestrahlung von dem im Fahrgastraum befindlichen Objekt (30) durch eine Aussparung (33) im strahlungsun­ durchlässigen Bauteil zum Infrarotsensor (1) gelangt.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aus­ sparung (33) ein Infrarotfilter enthält.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass die Fläche (28) Bestandteil eines Bediengeräts (29), insbesondere einer Frontblende (22) des Bediengeräts (29), ist.

8. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Objekt (30) eine Person ist.

9. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, dass das Objekt (30) fester Bestandteil des Fahrgastraums (15) ist.

10. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Sensor (1) als sensitiven Bereich (31) ein Thermopile-Element enthält.

11. Bediengerät einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Gehäuse (21), das eine Frontblende (22) aufweist und in dem ein Infrarotsensor (1) angeordnet ist, dessen Meßsignal einer Regelelektronik der Klimaan­ lage zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Infrarotsensor (1) sowohl Wärmestrahlung detektiert, die von der Frontblende (22) ins Gehäuseinnere abgestrahlt wird, als auch Wärmestrahlung, die von ei­ nem in einem Fahrgastraum (15) befindlichen Objekt (30) abgestrahlt wird.

12. Bediengerät nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Frontblende (22) von Wärmequellen innerhalb des Gehäuses (21) thermisch weitgehend entkoppelt ist.

13. Bediengerät nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Frontblende (22) eine Aussparung (33) aufweist, durch die Wär­ mestrahlung von dem im Fahrgastraum (15) befindlichen Objekt (30) zum Infrarotsensor (1) gelangt.

14. Bediengerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass in der Aussparung (33) ein Infrarotfilter angeordnet ist.