DE10056693C2 - Anordnung eines Infrarotsensors einer Kraftfahrzeugklimaanlage - Google Patents

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 Ent­ kopplung 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 Regel- elektronik 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.