DE10058434A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Heizung eines Außenspiegels - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Heizung eines Außenspiegels an einem Fahrzeug, wobei die Heizleistung (P, PWM) der Heizung (2) in Abhängigkeit von einer Änderung der Außentemperatur (DELTATa) pro Zeiteinheit (DELTAt) gesteuert wird. Die betriftt überdies eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Heizung eines Außenspiegels an einem Fahrzeug.

Die Heizung eines Außenspiegels an einem Fahrzeug soll gewährleisten, daß Regentropfen, Feuchtigkeitsbeschlag oder eine Eisschicht, die sich auf dem Außenspiegel gebildet haben, durch Verdunstung entfernt werden und somit eine gute Sicht nach hinten ermöglicht wird. Auch ist es Aufgabe der Heizung eines Außenspiegels, eine Entstehung eines Feuchtigkeitsbeschlags oder einer Eisschicht zu verhindern. Eine herkömmliche Außenspiegelheizung hat hierfür eine Widerstandsheizeinrichtung, die über einen Schalter, der vom Fahrer bei Bedarf betätigt wird, ein- und ausschaltbar ist.

Problematisch bei dieser Art der Außenspiegelheizung ist, daß es bei hohem Fahrtwind und niedrigen Außentemperaturen trotz der Heizung zu einem Vereisen des Außenspiegels kommen kann. Um auch diesen hohen Anforderungen gerecht zu werden, muß die Leistung der Spiegelheizung sehr hoch ausgelegt werden, was einerseits, insbesondere beim Heizen von üblicherweise zwei Außenspiegeln, zu einem hohen Energieverbrauch führt. Andererseits wird der Spiegelaufbau mit seinen unterschiedlichen Schichten (durchsichtige Glasschicht, rückseitige Reflexionsschicht, Widerstandsheizschicht usw.) übermäßig thermisch belastet, was infolge der sich abwechselnden Ausdehnung und Schrumpfung der Materialien zu einem Ablösen und damit zu einer Verkürzung der Lebensdauer des Außenspiegels führen kann.

Weiterhin kann es zum Beschlagen des Außenspiegels kommen, wenn das Fahrzeug innerhalb kurzer Zeit aus einer kalten Umgebung in eine warme Umgebung gefahren wird. Dies kann beispielsweise in heißen Ländern mit hoher Luftfeuchtigkeit auftreten, wenn das Fahrzeug aus einer kalten Tiefgarage in die warme Umgebung bewegt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Heizen eines Außenspiegels an einem Fahrzeug zur Verfügung zu stellen, bei dem in jeder Situation eine gute rückwärtige Sicht gewährleistet ist, wobei der Energieverbrauch minimiert und bei hoher Zuverlässigkeit eine lange Lebensdauer der Außenspiegelanordnung gewährleistet ist. Weiterhin liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Umsetzen des Verfahrens zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Steuerung der Heizung eines Außenspiegels an einem Fahrzeug mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 und durch eine Vorrichtung zur Durchführung des vorstehenden Verfahrens mit den Merkmalen von Patentanspruch 12.

Indem die Heizleistung der Heizung eines Außenspiegels in Abhängigkeit von der Änderung der Außentemperatur pro Zeiteinheit gesteuert wird, kann die Heizleistung bei einem starken Temperaturanstieg binnen kurzer Zeit oder bei einem starken Temperaturabfall binnen kurzer Zeit den sich plötzlich ändernden Gegebenheiten entsprechend angepaßt werden, so daß auch in den Fällen einer plötzlichen Änderung der Außentemperatur eine gute rückwärtige Sicht über den Außenspiegel gewährleistet wird.

So wird in einer bevorzugten Ausführungsform bei einer Außentemperatursteigerungsrate, die größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, die Heizung eingeschaltet oder die Heizleistung der Heizung gegenüber der aktuellen Heizleistung erhöht. Durch diese Steuerungsverfahren kann beispielsweise bei einem starken Anstieg der Umgebungstemperatur innerhalb kurzer Zeit, wenn z. B. das Fahrzeug in einem heißen Land mit hoher Luftfeuchtigkeit aus einer kühlen Tiefgarage in die heiße und feuchte Außenluft gefahren wird, die Heizleistung der Spiegelheizung derart angepaßt werden, daß ein durch diesen Temperatursprung auf dem Außenspiegel gebildeter Beschlag schnell entfernt wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die aktuelle Außentemperatur nach jeder vorbestimmten Zeiteinheit ermittelt, der aktuelle Temperaturwert vom vorher ermittelten Temperaturwert abgezogen und ein Temperaturunterschied gebildet, wobei bei einem Temperaturunterschied größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert innerhalb der vorbestimmten Zeiteinheit die Heizung des Außenspiegels für eine vorbestimmte Zeitdauer eingeschaltet oder die Heizleistung der bereits eingeschalteten Heizung erhöht wird. Mit diesem Steuerungsverfahren kann ein plötzlicher Sprung der Außentemperatur besonders einfach erfaßt und berücksichtigt werden.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Heizleistung der Außenspiegelheizung für den Fall, daß kein Temperatursprung festgestellt wird, in einem normalen Modus betrieben, bei dem die Heizleistung bevorzugt in Abhängigkeit von der Außentemperatur und /oder der Fahrgeschwindigkeit gesteuert wird. Dabei nimmt die Heizleistung mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit und mit abnehmender Außentemperatur zu, wobei dem Außenspiegel genau die Heizleistung zugeführt werden kann, die im Hinblick auf die momentanen Umgebungsbedingungen erforderlich ist, um den Außenspiegel beschlag- und eisfrei bzw. trocken zu halten.

Weiterhin wird durch diese Maßnahme die thermische Belastung des Außenspiegels deutlich verringert, da er lediglich dann beheizt wird, wenn es erforderlich ist. Außerdem wird nur soviel Energie zugeführt, wie aufgrund der Umgebungsbedingungen benötigt wird, wobei diese zugeführte Energie meist unter der maximalen Heizenergie liegt. Eine derartige kurzzeitige erhöhte Wärmezufuhr zum Außenspiegel ist unproblematisch.

In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform wird die Heizleistung derart gesteuert, daß die Temperatur des Spiegels auf einer Solltemperatur gehalten wird, wobei die Wärmeabfuhr vom Außenspiegel, bedingt durch die momentane Außentemperatur und die momentane Fahrgeschwindigkeit berücksichtigt wird.

Diese Haupteinflußgrößen, vorliegend insbesondere Außentemperatur und Fahrgeschwindigkeit, sind in einer parametrisierten, empirisch im Versuch ermittelten Formel in einem Speicher der Steuerung hinterlegt, um gemäß dieser Formel die Heizleistung zu steuern.

Mit diesem Verfahren kann die Spiegelheizung auf einfache Weise gesteuert werden, da Signale aus einem Außentemperaturfühler und einem Geschwindigkeitsmesser verwendet werden, die bereits standardmäßig in einem Fahrzeug vorliegen. Es muß also keine zusätzliche Sensorik vorgesehen werden, um die Heizleistung optimal zu steuern.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird zusammen mit dem Einschalten der Zündung die Spiegelheizung aktiviert, wobei die Heizleistung für eine vorbestimmte Zeit, bevorzugt 2 Minuten, auf den maximalen Wert gesteuert wird, so daß möglichst schnell nach Fahrtantritt eine gute Sicht nach hinten ermöglicht wird.

Weiterhin wird bei einer Außentemperatur von größer oder gleich der Solltemperatur die Heizleistung bevorzugt auf Null gesteuert. Ebenso wird die Heizung des Außenspiegels bei einer Überspannung oder bei einer Unterspannung bevorzugt abgeschaltet, um das Bordnetz in diesen extremen Situationen nicht zusätzlich zu belasten.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird im folgenden unter Hinweis auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben, wobei

Fig. 1 eine Vorrichtung zum Steuern der Heizung eines Außenspiegels nach der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Steuerung der Heizung im Fall eines Sprungs der Außentemperatur innerhalb kurzer Zeit zeigt;

Fig. 3 ein Diagramm zur Bestimmung der Außentemperatursteigerungsrate zeigt.

In Fig. 1 ist eine Steuerung 1 zum Steuern der Heizung 2 eines Außenspiegels (nicht dargestellt) eines Fahrzeugs (nicht dargestellt) gezeigt, wobei der Steuerung 1 Signale eines Außentemperatursensors 3 und eines Fahrgeschwindigkeitssensors 4 zugeführt werden. In der Steuerung 1 werden die Eingangssignale auf eine weiter unten näher beschriebene Weise verarbeitet, und Signale zum Steuern der Heizleistung P der Heizung 2 ausgegeben. Die Heizung 2 ist als elektrische Widerstandsheizung ausgebildet, wobei die Heizleistung P über eine Pulsweitenmodulation (PWM) gesteuert wird.

Die Steuerung umfaßt einen Speicher, einen Timer und eine Verarbeitungseinheit. Im Speicher ist eine Formel (a) abgelegt, anhand welcher die Heizleistung P in Abhängigkeit von der Außentemperatur Ta und bevorzugt auch in Abhängigkeit von der Fahrgeschwindigkeit v des Fahrzeugs gesteuert wird.

Die Steuerung 1 der Heizung 2 wird aktiviert nach Einschalten der Zündung oder bei einem entsprechenden Signal "Signalheizung EIN" auf einem Bus des Bordnetzes an die Steuerung 1 der Heizung 2.

Mit der vorstehend dargestellten Steuerung 1 für die Außenspiegelheizung 2 sind nachstehend beschriebene Steuerungsabläufe bzw. Steuerungsverfahren möglich.

Unter normalen Bedingungen, d. h. wenn kein Sprung der Außentemperatur innerhalb kurzer Zeit erfaßt wird, wird die Spiegelheizung gemäß der Formel (a) für die Heizleistung P gesteuert, und zwar in Abhängigkeit der Außentemperatur Ta und der Fahrgeschwindigkeit v (ohne Berücksichtigung einer Zeitsteuerung):

P = PWM in % = f(Außentemperatur Ta, Fahrgeschwindigkeit v) (a)

Gemäß dieser Formel (a) wird die Heizleistung P in Abhängigkeit von der Außentemperatur Ta und der Fahrgeschwindigkeit v derart gesteuert, daß die Heizleistung P mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit v und mit abnehmender Außentemperatur Ta zunimmt. Ziel ist es dabei, den Außenspiegel auf einer Solltemperatur Ts zu halten. Bevorzugt liegt die Solltemperatur Ts in einem Bereich von 15°C bis 25°C. Besonders bevorzugt beträgt die Solltemperatur Ts = 20°C.

Liegt die Außentemperatur Ta unter der Solltemperatur Ts, so nimmt die Wärmeübertragung vom Außenspiegel an die Umgebung mit größer werdender Temperaturdifferenz zwischen Ts und der Außentemperatur Ta zu. Weiterhin nimmt die Wärmeübertragung vom Außenspiegel an die Umgebung mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit v und dem damit zunehmenden Fahrtwind zu, sofern die Außentemperatur Ta unterhalb der Solltemperatur Ts liegt.

Zur Ermittlung der Details der Formel (a) sind für einen bestimmten Außenspiegel im Versuch die Wärmeabgaberate des Außenspiegels an die Umgebung bei unterschiedlichen Außentemperaturen Ta und bei unterschiedlichen Fahrgeschwindigkeiten v zu ermitteln. Diese Wärmeabgaberate entspricht rein theoretisch der jeweils benötigten Heizleistung. Aus diesen Daten für die Wärmeabgaberate wurde durch Interpolation zwischen den verschiedenen Meßpunkten die Formel (a) derart ermittelt, daß die Solltemperatur Ts am Außenspiegel durch Variation der Heizleistung bis zu einer vorbestimmten minimalen Außentemperatur, beispielsweise -40°C, und bis zu einer vorbestimmten, maximalen Fahrgeschwindigkeit v, beispielsweise 10 m/s, eingestellt werden kann. In diesem Steuerungsbereich wird die Heizleistung P = f(Ta, v) über die Steuerung 1 zwischen der maximalen Heizleistung Pmax = PWMmax = 100% und der minimalen Heizleistung Pmin = PWMmin = 0% gesteuert.

Die Formel (a) umfasst neben den variablen Einflußgrößen Außentemperatur Ta und Fahrgeschwindigkeit v Parameter, mit denen spezifische Außenspiegeleigenschaften, wie z. B. Spiegelgröße oder Anbringungsart des Außenspiegels am Fahrzeug, berücksichtigt werden.

Wird die minimale Außentemperatur Tamin unterschritten und/oder die maximale Fahrgeschwindigkeit vmax überschritten, so wird zwar die maximale Heizleistung Pmax = PWMmax = 100% über die Steuerung 1 eingestellt, der Außenspiegel kann dann jedoch nicht mehr auf der Solltemperatur Ts gehalten werden, d. h. die Außenspiegeltemperatur sinkt unter die Solltemperatur Ts ab.

Liegt die Außentemperatur Ta über der Solltemperatur Ts, so wird die Heizleistung P auf P = PWM = 0% gesteuert, d. h. die Heizung wird abgeschaltet.

Nach dem Aktivieren der Steuerung wird die Heizleistung für eine vorbestimmte Zeit von bevorzugt 2 Minuten auf den maximalen Wert von P = PWM = 100% gesteuert. Für den Fall, daß die gegenwärtige Außentemperatur Ta größer als die Solltemperatur Ts ist, kann diese Funktion außer Kraft gesetzt werden.

Wird durch die Steuerung ein Sprung in der Außentemperatur erfaßt, wie z. B. wenn das Fahrzeug innerhalb kurzer Zeit aus einer kalten Umgebung in eine warme Umgebung gefahren wird, so wird die Spiegelheizung für eine vorbestimmte Zeit eingeschaltet oder, wenn die Spiegelheizung bereits eingeschaltet ist, für eine vorbestimmte Zeit in der Heizleistung erhöht. Das Erkennen, ob ein derartiger Temperatursprung vorliegt, erfolgt über die Steuerung, in der die Signale des Außentemperatursensors und des Timers verarbeitet werden, wie dies in Fig. 2 und 3 dargestellt ist. Die Steuerung vergleicht nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer Δt, die bevorzugt 2 s dauert, den aktuellen, erfaßten Wert der Außentemperatur Ta(neu) mit dem zuletzt erfaßten Wert der Außentemperatur Ta(alt). Gemäß Fig. 3 wird dadurch der Temperatursteigerungsquotient ΔTa/Δt gebildet. Ist der aktuelle Außentemperaturwert Ta(neu) um einen vorbestimmten Wert ΔTa(grenz) von bevorzugt 5°K höher als der zuletzt bestimmte Außentemperaturwert Ta(alt) oder liegt damit der Temperatursteigerungsquotient über einem bestimmten vorgebbaren Wert, so wird für eine vorbestimmte Zeitdauer t(heiz) von bevorzugt 1 min die Spiegelheizung eingeschaltet oder die Heizleistung der Spiegelheizung erhöht. Nach Ablauf der Zeitdauer t(heiz) kehrt die Steuerung in den normalen Steuerungsmodus, wie vorstehend beschrieben, zurück.

Um bei Überspannung oder Unterspannung das Bordnetz nicht zusätzlich zu belasten, wird die Steuerung der Heizung bei einer Überspannung von bevorzugt ≧ 16 V und bei einer Unterspannung von bevorzugt ≦ 8 V abgeschaltet.

Nachstehend werden Abwandlungen zu vorstehendem Ausführungsbeispiel erläutert.

Anstatt die Heizleistung anhand der Formel (a) und der Signale des Außentemperatursensors und des Fahrgeschwindigkeitssensors zu steuern, ist es auch möglich, die Wärmeabfuhr bedingt durch die Einflußgrößen Außentemperatur Ta und Fahrgeschwindigkeit v mittels eines am Außenspiegel angeordneten Temperaturfühlers (nicht dargestellt) zu erfassen und die Heizleistung derart zu regeln, daß die Solltemperatur Ts des Außenspiegels innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um die Solltemperatur Ts herum aufrecht erhalten wird.

Alternativ zur Formel (a) können die der Formel (a) entsprechenden Daten in einer Tabelle im Speicher der Steuerung 1 hinterlegt werden. Diese Daten der Tabelle geben dann in einem Kennfeld die benötigte Heizleistung in Abhängigkeit von den Einflußgrößen Außentemperatur Ta und Fahrgeschwindigkeit v wieder.

Es können weitere Einflußgrößen bei der Formel (a) berücksichtigt werden, wie z. B. die Signale von einem Regensensor.

Anstatt der elektrischen Widerstandsheizung kann auch eine Heizung mit geheiztem Fluid, wie z. B. mit warmem Kühlmittel aus der Motorkühlung verwendet werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Steuern der Heizung eines Außenspiegels an einem Fahrzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung (P, PWM) der Heizung (2) in Abhängigkeit von einer Änderung der Außentemperatur (ΔTa) pro Zeiteinheit (Δt) gesteuert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Außentemperatursteigerungsrate (ΔTa/Δt), die größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, die Heizung eingeschaltet oder die Heizleistung (P, PWM) der Heizung gegenüber der aktuellen Heizleistung (P, PWM) erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aktuelle Außentemperatur nach jeder vorbestimmten Zeiteinheit Δt ermittelt wird, daß der aktuelle Temperaturwert Ta(neu) vom vorher ermittelten Temperaturwert Ta(alt) abgezogen wird und ein Temperaturunterschied ΔTa gebildet wird, daß bei einem ΔTa größer oder gleich einem vorbestimmten Schwellenwert ΔTa(grenz) die Heizung des Außenspiegels für eine vorbestimmte Zeitdauer t(heiz) eingeschaltet oder die Heizleistung der bereits eingeschalteten Heizung erhöht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bevorzugt die Zeiteinheit Δt = 2 s, der Schwellenwert für den Temperaturunterschied ΔTa(grenz) = 5°K und die Zeitdauer t(heiz) = 60 s beträgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung (P, PWM) in Abhängigkeit von der Außentemperatur (Ta) und der Fahrgeschwindigkeit (v) gesteuert wird, wobei die Heizleistung (P) mit zunehmender Fahrgeschwindigkeit (v) und mit abnehmender Außentemperatur (Ta) zunimmt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizleistung (P) derart geregelt wird, daß die Temperatur des Außenspiegels auf einer Solltemperatur (Ts) gehalten wird, wobei die Wärmeabfuhr vom Außenspiegel bedingt durch die momentane Außentemperatur (Ta) und die momentane Fahrgeschwindigkeit (v) berücksichtigt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Solltemperatur (Ts) in einem Bereich von 15 bis 25°C, bevorzugt bei 20°C, liegt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung einer Formel (a) zur Steuerung der Heizleistung (P) in Abhängigkeit von der Außentemperatur (Ta) und von der Fahrgeschwindigkeit (v) die vom Außenspiegel abgeführte Wärmemenge pro Zeiteinheit in Abhängigkeit von der Außentemperatur (Ta) und von der Fahrgeschwindigkeit (v) ermittelt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß nach Einschalten der Zündung oder bei einem Signal "Spiegelheizung EIN" auf einem Bus des Fahrzeugs die Heizleistung (P) für eine vorbestimmte Zeit, insbesondere von 2 Minuten, auf den maximalen Wert gesteuert wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Außentemperatur (Ta) von größer oder gleich der Solltemperatur (Ts) die Heizleistung (P) auf Null gesteuert wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizung (2) bei einer Überspannung von bevorzugt ≧ 16 V und bei einer Unterspannung von bevorzugt ≦ 8 V abgeschaltet wird.

12. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Steuerung (1) für die Heizung (2) des Außenspiegels aufweist, wobei mit der Steuerung (1) Signale eines Außentemperatursensors (3) und eines Timers verarbeitbar sind, und die Steuerung (1) eine Einrichtung zum Ermitteln einer Änderung der Außentemperatur pro vorgebbarer Zeiteinheit (ΔTa/Δt) aus den Signalen des Außentemperatursensors (3) und des Timers umfaßt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) weiterhin ausgelegt ist, Signale eines Fahrgeschwindigkeitssensors (4) zu verarbeiten, und daß die Steuerung (1) einen Speicher umfaßt, in dem eine Formel (a) zur Steuerung der Heizleistung (P) abgespeichert ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung (1) der Heizung (2) eine Pulsweitenmodulationssteuerung (PWM) ist.