DE10056693A1 - Anordnung eines Infrarotsensors einer Kraftfahrzeugklimaanlage - Google Patents
Anordnung eines Infrarotsensors einer KraftfahrzeugklimaanlageInfo
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Abstract
Es wird die Anordndung eines Infrarotsensors (1) innerhalb eines Kraftfahrzeuges zur Erzeugung eines zu einer Innenraumtemperatur eines Fahrgastraumes (15) des Fahrzeuges proportionalen Signals vorgeschlagen. Der Infrarotsensor (1) selbst ist derart angeordnet, daß durch einen sensitiven Bereich des Sensors Wärmestrahlung einer mit dem Fahrgastraum thermisch gekoppelten Fläche (28) detektiert wird, die dem Fahrgastraum (15) abgewandt ist.
Description
Die Erfindung betrifft die Anordnung eines Infrarotsensors innerhalb eines
Kraftfahrzeugs zur Erzeugung eines zu einer Innenraumtemperatur eines
Fahrgastraums des Fahrzeugs proportionalen Signals. 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, sowie ein Bedienelement für eine Kraftfahrzeugklimaanla
ge.
In Steuer- und Regelgeräten für Kraftfahrzeugklimaanlagen werden ver
schiedene Sensoren zur Ermittlung von Ist-Zuständen eingesetzt. Bei
spiele sind Sensoren zur Ermittlung der Innenraumtemperatur, der Au
ßentemperatur und der Ausblastemperatur der dem Innenraum zugeführ
ten Luft sowie ein Sonnensensor. Zur Temperaturmessung werden bei
spielsweise NTC- oder PTC-Temperatursensoren eingesetzt, denen durch
einen kleinen 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
Geräusch.
Um hier Abhilfe zu schaffen, ist es bereits bekannt, einen Infrarotsensor
zur Temperaturmessung für Kraftfahrzeugklimaanlagen einzusetzen. In
der DE 198 42 895 A1 ist eine Lösung beschrieben, bei der ein Infrarot
sensor innerhalb eines Gehäuses angeordnet ist. Bei dem Gehäuse kann
es sich insbesondere um das Gehäuse eines Bediengerätes der Klima
anlage handeln. Das Gehäuse weist eine Frontblende auf, die dem Fahr
gastraum zugewandt ist. Der innerhalb des Gehäuses angeordnete Infra
rotsensor detektiert Wärmestrahlung, die auf die dem Fahrzeuginnenraum
zugewandte Außenfläche der Frontblende auftrifft. Gemäß der beschrie
benen Ausführungsbeispiele ist hierbei ein Strahlungsfilter vorgesehen,
das in die Frontblende integriert ist. Die auf das Strahlungsfilter auftreffen
de Infrarotstrahlung kann dieses passieren und trifft auf das strahlungs
sensitive Element des Infrarotsensors. Nachteilig ist bei dieser Ausfüh
rungsform, daß ein Strahlungsfilter in die Frontblende integriert werden
muß bzw. die gesamte Frontblende aus einem strahlungsdurchlässigen
Material bestehen muß. Hierdurch werden die Gestaltungsmöglichkeiten
der Frontblende eingeschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung für einen Infrarotsen
sor anzugeben, die die genannten Nachteile vermeidet. Die Aufgabe wird
erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Infrarotsensor derart angeord
net ist, daß durch einen sensitiven Bereich des Sensors Wärmestrahlung
einer mit dem Fahrgastraum thermisch gekoppelten Fläche detektiert wird,
die dem Fahrgastraum abgewandt ist. Grundlage der Erfindung ist die Er
kenntnis, daß es nicht erforderlich ist, mittels des Infrarotsensors Wär
mestrahlung zu detektieren, die direkt aus dem Fahrgastraum auf den
Temperatursensor auftrifft. Es wurde gefunden, daß es vielmehr ausrei
chend ist, die Wärmestrahlung zu detektieren, die von einer Fläche aus
gestrahlt wird, die eine gute thermische Kopplung zum Fahrgastraum hat.
Durch die gute thermische Kopplung dieser Fläche mit dem Fahrgastraum
weist diese Fläche im wesentlichen die gleiche Temperatur auf wie der
Fahrgastraum selbst. Somit kann durch die Messung der Temperatur die
ser Fläche auf die Temperatur des Fahrgastraums geschlossen werden.
Hierbei möglicherweise auftretende systematische Abweichungen zwi
schen der Temperatur dieser Fläche und der Temperatur des Fahrga
straums können durch eine entsprechende Korrektur des Meßsignals im
Rahmen des Steuer- und Regelalgorithmus der Klimaanlage berücksich
tigt werden.
Die Fläche, deren Wärmestrahlung durch den Infrarotsensor detektiert
wird, kann somit insbesondere auch Bestandteil eines Bauteils sein, das
im sensitiven Wellenlängenbereich des Infrarotsensors weitgehend strah
lungsundurchlässig ist. Hierdurch ergibt sich eine vergrößerte Auswahl
möglichkeit hinsichtlich des Bauteils, das für die Temperaturmessung be
nutzt wird. Insbesondere werden Designvorgaben nicht durch Vorgaben
hinsichtlich des Materials dieses Bauteils eingeschränkt.
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 ggf. durch die Beimi
schung von Metallteilen erhöht werden, sofern dies erforderlich ist. Durch
eine geringe Dicke des Bauteils kann jedoch ebenfalls ein geringer Wär
mewiderstand realisiert werden.
In einer besonderen Ausführungsform weist das Bauteil eine dem Fahrga
straum zugewandte Fläche auf, die mit einer reflektierenden Beschichtung
versehen ist. Durch die reflektierende Beschichtung des Bauteils wird eine
Aufheizung und damit eine Verfälschung des Meßergebnisses durch di
rekte Sonneneinstrahlung auf das Bauteil weitgehend vermieden. Durch
die reflektierende Beschichtung werden auftreffende Sonnenstrahlen re
flektiert, so daß das Bauteil im wesentlichen die Temperatur des Innen
raumes aufweist. Eine reflektierende Beschichtung kann beispielsweise
durch eine Verspiegelung oder eine Verchromung der dem Fahrzeugin
nenraum zugewandten Seite des Bauteils erreicht werden.
In einer besonderen Ausführungsform ist der Infrarotsensor in einem Ge
häuse eines Innenspiegels des Kraftfahrzeugs angeordnet und mißt die
von der Rückseite des Innenspiegels emittierte Strahlung. Diese Ausfüh
rungsform hat den Vorteil, daß zur Messung der Innenraumtemperatur ein
Bauteil verwendet wird, dessen dem Innenraum zugewandte Seite ohne
hin verspiegelt ist. Hierdurch wird eine Aufheizung des Bauteils durch
Sonneneinstrahlung sicher vermieden. Eine zusätzliche spiegelnde Fläche
muß nicht in das Fahrzeug eingebracht werden.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Fläche Bestandteil eines Bedi
engerätes, insbesondere eines Bediengerätes der Klimaanlage selbst.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Infrarotsensor in einem
Gehäuse zusammen mit anderen Elementen der Klimaanlage angeordnet
werden kann. Der Infrarotsensor kann dabei beispielsweise innerhalb 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 Infrarotsensor und
den sonstigen elektronischen Komponenten der Steuer- und Regelelek
tronik erreicht werden. Eine aufwendige Verkabelung kann hierbei ganz
entfallen, wenn die Verbindungen durch Leiterbahnen der Leiterplatte rea
lisiert werden.
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 Fahrzeug
innenraum abgewandte Fläche auf. Durch die geringe Dicke einer solchen
Frontblende wird zudem eine gute Wärmeleitung von der dem Fahrzeug
innenraum zugewandten Fläche zu der dem Fahrzeuginnenraum abge
wandten Fläche erreicht. Vorzugsweise ist die Frontblende von den restli
chen Teilen des Gehäuses thermisch gut entkoppelt, um eine Verfäl
schung des Meßergebnisses zu vermeiden. Eine solche thermische Entkopplung
der Frontblende kann beispielsweise dadurch erreicht werden,
daß die Frontblende nur punktuell mit dem sonstigen Gehäuse verbunden
ist. Durch eine solche punktuelle Verbindung wird ein hoher Wärmewider
stand zwischen der Frontblende und dem sonstigen Gehäuse realisiert.
Zur weiteren Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem Fahrga
straum und der Frontblende kann die Frontblende insbesondere auf der
dem Fahrgastraum zugewandten Seite mit einer Verrippung versehen
sein, wodurch die Oberfläche vergrößert wird. Eine solche Verrippung
kann auf den Bereich der Frontblende beschränkt sein, der für die Tempe
raturmessung genutzt wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Fläche, deren Wärmestrahlung
durch den Infrarotsensor detektiert wird, Bestandteil eines Bedienele
mentes des Bediengerätes. Bei dem Bedienelement kann es sich bei
spielsweise um einen Taster oder einen Drehschalter handeln. Diese
Ausführungsform hat den Vorteil, daß der Sensor bereits direkt in das Be
dienelement selbst integriert sein kann. Hierdurch kann sich eine verein
fachte Montage ergeben.
In einer weiteren Ausführungsform ist der Infrarotsensor in einem Abluft-
oder Umluftkanal des Fahrzeuges angeordnet. Es hat sich gezeigt, daß
auch bei Temperaturmessung in einem Abluftkanal des Fahrzeuges das
Temperaturprofil des Fahrzeuginnenraumes gut nachgebildet werden
kann. Durch Anordnung des Temperatursensors in einem Abluft- oder
Umluftkanal ergibt sich somit auch eine Möglichkeit, den Temperatursen
sor verdeckt anzuordnen und dennoch ein zur Temperatur des Fahrzeug
innenraums proportionales Signal zu gewinnen.
Ein erfindungsgemäßes Bediengerät einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit
einem Gehäuse, das eine Frontblende aufweist und in dem ein Infrarot
sensor angeordnet ist, dessen Meßsignal einer Regelelektronik der Klima
anlage zugeführt wird, weist einen Infrarotsensor zur Messung der von der
Frontblende ins Gehäuseinnere abgestrahlten Wärmestrahlung auf. Wei
terhin besteht die Frontblende aus einem im sensitiven Wellenlängenbe
reich des Infrarotsensors weitgehend strahlungsundurchlässigen Material.
Ein erfindungsgemäßes Bedienelement für eine Kraftfahrzeugklimaanlage
weist einen in das Bedienelement integrierten Infrarotsensor auf. Insbe
sondere ist der Infrarotsensor derart angeordnet, daß durch den Infrarot
sensor die Temperatur einer Oberfläche, vorzugsweise einer inneren
Oberfläche, des Bauelementes meßbar ist. Der Infrarotsensor enthält als
sensitives Element vorzugsweise ein Thermopile-Element.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1: die schematische Darstellung einer Klimaanlage eines Kraft
fahrzeuges,
Fig. 2: die Anordnung eines Infrarotsensors in einem Bediengerät,
Fig. 3: die Anordnung eines Infrarotsensors in einem Innenspiegelge
häuse,
Fig. 4: die Anordnung eines Infrarotsensors in einem Bedienelement.
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Klimaanlage eines Kraft
fahrzeuges dargestellt. Über die Frischluftklappe 2 wird Frischluft aus der
Umgebung des Fahrzeuges in das Kraftfahrzeug selbst angesaugt. Die
Stellung der Frischluftklappe 2 wird von einem Stellmotor 13 in Abhängig
keit von elektrischen Signalen gesteuert, die vom Klimasteuergerät 7 aus
gegeben werden. Über die Umluftklappe 3, die in Abhängigkeit von elek
trischen Signalen des Klimasteuergerätes 7 über einen Stellmotor 14 ge
steuert wird, kann Luft aus dem Fahrgastraum 15 des Kraftfahrzeuges
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 ggf. - ab
hängig von der Stellung einer Temperaturklappe 9 - einen Wärmetauscher
8. Im Heizbetrieb wird die Luft durch den Wärmetauscher 8 erwärmt. Über
Ausströmer 10 wird die ggf. gekühlte oder erwärmte Luft dem Fahrga
straum 15 zugeführt. Die Luftverteilung kann hierbei mit Luftverteilerklap
pen 11 reguliert werden.
Nicht dargestellte Sensoren, insbesondere Temperatursensoren, liefern
Istwerte für die Klimaregelung. Sollwerte können über Bedienelemente
eingestellt werden, die üblicherweise am Klimasteuergerät 7 selbst ange
bracht sind, so daß dieses auch als Bediengerät nutzbar ist.
Fig. 2 zeigt schematisch die Anordnung eines Infrarotsensors 1 innerhalb
des Gehäuses 21 eines Bediengeräts der Klimaanlage. Bestandteil des
Gehäuses 21 ist die Frontblende 22, die dem Fahrgastinnenraum 15 zu
gewandt ist. Ein solches Bediengerät ist meist in die Mittelkonsole 23 des
Fahrzeuges integriert. Die Frontblende 22 enthält ein Anzeigeelement 24
sowie Bedienelemente 25, 26. Der Infrarotsensor 1 kann innerhalb des
Bediengerätes beispielsweise auf einer Leiterplatte angeordnet sein, die
auch die Steuer- und Regelelektronik trägt. Die Außenseite 27 der Front
blende 22 ist dem Fahrgastraum 15 zugewandt und weist weitgehend die
selbe Temperatur auf wie der Fahrgastraum selbst. Eine Aufheizung der
Frontblende 22 durch Sonneneinstrahlung kann durch geeignete Plazie
rung des Geräts innerhalb des Kraftfahrzeuges oder durch eine reflektie
rende Beschichtung der Frontblende erreicht werden. Durch den Infrarot
sensor 1 wird die von der Innenseite 28 der Frontblende 22 ausgehende
Wärmestrahlung detektiert. Bei einem ausreichend niedrigen Wärmewi
derstand der Frontblende 22 entspricht die Temperatur der Innenseite 28
der Temperatur der Außenseite 27 der Frontblende 22. Das durch den
Infrarotsensor 11 an die Regelelektronik ausgegebene Signal ist somit
weitgehend proportional zur Temperatur im Fahrgastraum selbst. Das Si
gnal des Infrarotsensors 1 wird in an sich bekannter Weise als Innen
raumtemperatursignal durch die Steuer- und Regelelektronik der Klima
anlage verarbeitet.
Fig. 3 zeigt die Anordnung des Infrarotsensors 1 innerhalb des Gehäu
ses 31 eines Innenspiegels 32. Der Innenspiegel 32 weist eine dem Fahr
gastraum 15 zugewandte Spiegelfläche 33 sowie eine rückseitige Fläche
34 auf. Der Temperatursensor mißt hierbei die von der Rückseite 34 aus
gehende Wärmestrahlung des Spiegels 32. Das Signal des Infrarotsen
sors 31 wird wiederum der Regelelektronik der Klimaanlage zugeführt.
In Fig. 4 ist ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Hierbei ist der Infrarotsensor 1 innerhalb eines Drehknopfes 41 angeord
net und detektiert die von der Innenseite 42 des Drehknopfes 41 emittierte
Wärmestrahlung. Die der Fläche 42 gegenüberliegende Außenfläche 43
ist dabei wiederum dem Fahrgastraum 15 des Kraftfahrzeuges zuge
wandt. Über die Achse 44 ist der Drehknopf 41 mit einem Schalter, einem
Potentiometer oder dergleichen verbunden.
Claims (16)
1. Anordnung eines Infrarotsensors (1) innerhalb eines Kraftfahrzeugs
zur Erzeugung eines zu einer Innenraumtemperatur eines Fahr
gastraums (15) des Fahrzeugs proportionalen Signals, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Infrarotsensor (1) derart angeordnet ist, daß
durch einen sensitiven Bereich des Sensors Wärmestrahlung einer
mit dem Fahrgastraum (15) thermisch gekoppelten Fläche (28; 34;
42) detektiert wird, die dem Fahrgastraum (15) abgewandt ist.
2. . Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flä
che (28; 34; 42) Bestandteil eines im sensitiven Wellenlängenbereich
des Infrarotsensors (1) weitgehend strahlungsundurchlässigen Bau
teils ist.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das
weitgehend strahlungsundurchlässige Bauteil im wesentlichen aus
Kunststoff, Keramik oder Metall besteht.
4. Anordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Bauteil eine dem Fahrgastraum (15) zugewandte Fläche (27; 33;
43) aufweist, die mit einer reflektierenden Beschichtung versehen ist.
5. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor in einem Gehäuse (31) eines In
nenspiegels angeordnet ist und die von der Rückseite (34) des In
nenspiegels emittierte Strahlung mißt.
6. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Fläche (28) Bestandteil eines Bediengeräts
ist.
7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flä
che (38) Bestandteil einer Frontblende (22) des Bediengeräts ist.
8. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flä
che (42) Bestandteil eines Bedienelements des Bediengeräts ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sen
sor (1) in das Bedienelement integriert ist.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Sensor (1) in einem Abluft- oder Umluftkanal des
Fahrzeugs angeordnet ist.
11. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der Sensor (1) als sensitives Element ein
Thermopile-Element enthält.
12. Bediengerät einer Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem Gehäuse
(21), das eine Frontblende (22) aufweist und in dem ein Infrarotsen
sor (1) angeordnet ist, dessen Meßsignal einer Regelelektronik der
Klimaanlage zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- der Infrarotsensor (1) zur Messung der von der Frontblende (22) ins
Gehäuseinnere abgestrahlten Wärmestrahlung vorgesehen ist und
die Frontblende (22) aus einem im sensitiven Wellenlängenbereich
des Infrarotsensors (1) weitgehend strahlungsundurchlässigen Mate
rial besteht.
13. Bediengerät nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Frontblende (22) von dem Bediengerät thermisch weitgehend ent
koppelt ist.
14. Bedienelement, insbesondere für eine Kraftfahrzeugklimaanlage, mit
einem in das Bedienelement integrierten Infrarotsensor (1).
15. Bedienelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der
Infrarotsensor (1) derart angeordnet ist, daß durch den Infrarotsensor
(1) die Temperatur einer Oberfläche des Bedienelements meßbar ist.
16. Bedienelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß es
sich bei der Oberfläche um eine innere Oberfläche (42) des Be
dienelements handelt.
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