DE10151801A1

DE10151801A1 - Vorrichtung zum Steuern einer Fahrzeugklimaanlage

Info

Publication number: DE10151801A1
Application number: DE10151801A
Authority: DE
Inventors: Markus Salm; Peter G Dipl-Ing Diehl; Peter Schneiker; Gregor Gattnar; Hans-Peter Pflug
Original assignee: Adam Opel GmbH
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2003-04-30

Abstract

Es ist bekannt, zur Steuerung der Klimaanlage eines Fahrzeuges (1) die Sonneneinstrahlung sowohl hinsichtlich der Richtung als auch der Stärke zu berücksichtigen. Bisher wurden dazu Kombinationen aus mehreren Sonneneinstrahlungssensoren verwandt. Dabei ergaben sich aber Probleme hinsichtlich des Einbaus der Sensorkombination und der Winkelauflösung. DOLLAR A Die Erfindung sieht daher vor, dass eine Einrichtung zur Bestimmung der geografischen Position des Fahrzeuges (GPS) in Verbindung mit der Kenntnis der aktuellen Zeit und der Ausrichtung des Fahrzeuges dazu genutzt wird, die Sonneneinstrahlungsrichtung zu bestimmen, so dass lediglich mit nur einem Sonneneinstrahlungssensor die Stärke der Sonneneinstrahlung ermittelt werden braucht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Steuern einer Fahrzeugklimaanlage mit einer elektronischen Auswerteeinheit, die die aktuelle Sonneneinstrahlung auf das Fahrzeug ermittelt und entsprechende Daten einer Steuerung der Klimaanlage zur Verfügung stellt.

Eine derartige Anlage ist aus der DE 40 24 431 A1 bekannt. Eine solche Vorrichtung bzw. Anlage beruht auf der Überlegung, dass die Wärmebelastung in einem Fahrzeuginnenraum nicht nur von der Stärke der Sonneneinstrahlung, sondern auch von der Richtung der Sonneneinstrahlung abhängt. Erfolgt die Einstrahlung in die Fahrerseite, so wird die Kühlleistung auf dieser Seite größer sein müssen, als wenn eine Einstrahlung von der Beifahrerseite her erfolgt, um ein angenehmes Klima für den Fahrer des Fahrzeuges zu schaffen. Um eine Information über die Richtung der Sonneneinstrahlung zu erhalten, wird in der DE 40 24 431 A1 eine Einrichtung zur Berechnung der Richtung der Sonneneinstrahlung vorgeschlagen, die auf der Messung der Stärke der Sonneneinstrahlung durch wenigstens zwei unterschiedlich ausgerichtete Sonneneinstrahlungssensoren basiert. Eine solche Sensorkombination ist auch in der EP 0 926 478 A1 beschrieben, bei der sich jeweils auf den Seiten einer dreiseitigen Pyramide ein Sonneneinstrahlungssensor in Form eines Temperatursensors befindet. Derartige Sensorkombinationen weisen aber Beschränkungen hinsichtlich des Einbauortes, der Anzahl der Fotozellen und der Winkelauflösung auf. Dies kann dazu führen, dass die Regelung des Innenraumklimas unter gewissen Bedingungen unbefriedigend ist. Durch eine Erhöhung der Anzahl der einzelnen Sensoren ließe sich zwar die Winkelauflösung verbessern. Damit handelt man sich aber gleichzeitig eine Einschränkung hinsichtlich eines möglichen Einbauortes ein.

Die Erfindung beruht somit auf der Aufgabe, eine Vorrichtung zum Steuern einer Fahrzeugklimaanlage zu schaffen, bei der der Sensoraufwand gering bleibt und trotzdem die Sonneneinstrahlung bestimmt werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 vorgesehen mit den weiteren Merkmalen, dass eine Einrichtung zur Ermittlung der aktuellen geografischen Ortskoordinaten des Fahrzeuges vorgesehen ist, wobei die von dieser Einrichtung ermittelten Daten der Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden und bei der Ermittlung der Sonneneinstrahlung Berücksichtigung finden.

Während bei den bisherigen Vorrichtungen Sensoren eingesetzt worden sind, die die Sonneneinstrahlung direkt gemessen haben, sieht die vorliegende Erfindung vor, dass die Daten einer in der Regel im Fahrzeug schon vorhandenen Einrichtung zur Ermittlung der geografischen Ortskoordinaten Berücksichtigung finden. Auf diese Weise kann der sonstige Sensoraufwand klein gehalten werden.

Eine Möglichkeit, die Daten der Einrichtung zu nutzen, besteht darin, die Sonneneinstrahlungsrichtung zu bestimmen, so dass die Steuerung der Klimaanlage sonnenstandsabhängig erfolgen kann. In der schon erwähnten DE 40 24 431 werden zwei unterschiedlich ausgerichtete Sonneneinstrahlungssensoren eingesetzt. Auch hier besteht die Aufgabe, den Sensoraufwand zu verringern.

Gemäß einer ersten Weiterbildung der Erfindung ist daher vorgesehen, dass die Vorrichtung zum sonnenstandsabhängigen Steuern der Klimaanlage eingerichtet ist, wobei die elektronische Auswerteeinheit die aktuelle Richtung der Sonneneinstrahlung in Bezug auf das Fahrzeug ermittelt und entsprechende Daten der Steuerung der Klimaanlage zur Verfügung stellt, und dass
eine Einrichtung zur Ermittlung der aktuellen Zeit,
ein elektronischer Speicher mit einem Kennfeld, das Ort, Zeit und Sonnenstand in Bezug setzt,
eine Einrichtung, die die Ausrichtung des Fahrzeuges ermittelt,
eine elektronische Auswerteeinheit, die aus den Daten der vorgenannten Einrichtungen die Sonneneinstrahlungsrichtung ermittelt, und
ein Sonneneinstrahlungssensor, der die Sonneneinstrahlung als skalare Größe erfasst,
vorgesehen sind.

Wenn die Auflistung der benötigten Einrichtung einen höheren Aufwand zur Bestimmung der Sonneneinstrahlungsrichtung vermuten lässt, so muss allerdings berücksichtigt werden, dass eine Vielzahl der Einrichtungen im Fahrzeug schon vorhanden ist und von anderen Geräten genutzt wird. So wird z. B. die Einrichtung zur Ermittlung der aktuellen geografischen Ortskoordinaten des Fahrzeuges für ein Navigationssystem genutzt. Eine Uhr, also eine Einrichtung zur Ermittlung der aktuellen Zeit (Datum und Uhrzeit), ist heute in jedem Fahrzeug vorhanden. Die Zeit kann jedoch auch aus Radiosignalen (RDS-Zeit) oder aus Satellitensignalen (GPS-Signale) abgeleitet werden. Auch eine Einrichtung, die die Ausrichtung des Fahrzeuges ermittelt, lässt sich - wie weiter unten näher dargestellt werden soll - mit vorhandenen Mitteln realisieren.

Mit den Daten, die die Einrichtungen zur Verfügung stellen, kann eine elektronische Auswerteeinheit die Sonneneinstrahlungseinrichtung ermitteln. Es muss lediglich aus den aktuellen Ortskoordinaten und der aktuellen Zeit der aktuelle Sonnenstand ermittelt und in Bezug zur Ausrichtung des Fahrzeuges gesetzt werden. Ein einzelner Sonneneinstrahlungssensor, der in beliebiger Weise realisiert werden kann, liefert einen skalaren Wert für die Stärke der Sonneneinstrahlung. Dieser wird mit der Richtungsinformation verknüpft, so dass die Sonneneinstrahlungsintensität vektoriell, also nach Größe und Richtung bekannt ist. Diese Werte können zur Steuerung der Klimaanlage herangezogen werden. Diese Steuerung bezieht sich z. B. auf die Verteilung der Luftströme auf Fahrer- und Beifahrerseite, deren jeweilige Menge und die Temperatur. Mit den Daten kann auch gesteuert werden, ob sich die Klimaanlage im Umluft- oder im Außenluftbetrieb befinden soll. Beim Umluftbetrieb wird Luft aus dem Fahrzeuginnenraum angesaugt, erneut gekühlt und getrocknet und in den Innenraum zurückgeleitet. Beim Außenluftbetrieb wird Luft von außen angesaugt, durch die Klimaanlage geführt und in den Innenraum geleitet.

Die Ausrichtung des Fahrzeuges kann - Geradeausfahrt vorausgesetzt - durch zwei aufeinander folgende Messdaten der Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Ortskoordinaten des Fahrzeuges ermittelt werden. Da mit den heutigen zur Verfügung stehenden Systemen, z. B. ein GPS (Global Positioning System), die Ortskoordinaten auf wenige Meter genau bestimmt werden können, kann auch die tatsächliche Ausrichtung des Fahrzeuges relativ exakt erfasst werden. Wenn sich das Fahrzeug allerdings langsam bewegt, z. B. in der Stadt und beim Einparken, kann es notwendig sein, die Ausrichtung des Fahrzeuges anhand seiner Geschwindigkeit und dem Lenkwinkel zu berechnen. Auch diese Daten stehen in der Regel zumindest bei modernen Fahrzeugen zur Verfügung. Geschwindigkeitsinformationen stellen z. B. die Radsensoren eines ABS-Systems zur Verfügung, Lenkwinkelinformationen werden für elektronische bzw. automatische Stabilitätskontrollen benötigt.

Eine weitere wichtige Einstellung, die sich unmittelbar auf das Klima im Fahrzeuginnenraum auswirkt, bezieht sich auf die Frage, ob die Klimaanlage im Umluft- oder Außenluftbetrieb arbeiten soll. Insbesondere bei Einfahrten in Tunnel bzw. in überdachte Bereiche, bei denen eine erhebliche Schadstoffbelastung der Umgebungsluft zu vermuten ist, wird normalerweise routinemäßig vorgesehen, dass sich die Klimaanlage in Umluftbetrieb schaltet. Zwar kann eine plötzliche Verdunkelung, festgestellt durch den Sonneneinstrahlungssensor, als Hinweis auf die Einfahrt in einen Tunnel verstanden werden. Diese Information ist aber nicht zuverlässig, da Tunnel häufig beleuchtet sind und somit dem Sensor Tageslicht vorgetäuscht wird.

Es besteht somit die weitere Aufgabe, die Steuerung der Klimaanlage so einzurichten, dass sie beim Vorliegen einer entsprechenden Außenbedingung automatisch vom Außenluftbetrieb in den Umluftbetrieb schaltet.

Eine zweite Ausgestaltung der Erfindung liegt somit darin, eine Einrichtung zur Bestimmung der Ortskoordinaten des Fahrzeuges einzusetzen. Diese besteht in der Regel aus einem satellitengestützten System, bei dem eine mit dem Fahrzeug mitgeführte Bodenstation mit mehreren geostationären Satelliten Funkkontakt aufnimmt. Für diesen Funkkontakt muss eine direkte Sichtlinie vorhanden sein. Wird diese Sichtlinie abgeschattet, so dass der Funkkontakt mit mindestens einem Satelliten ausbleibt, kann dies dahin gewertet werden, dass sich das Fahrzeug an einem überdachten Ort befindet, so dass die Klimaanlage in den Umluftmodus geschaltet wird.

Die ermittelten geografischen Daten können allerdings auch mit einer Datensammlung abgeglichen werden, in der die geografische Lage von überdachten Orten gespeichert ist. Wird auf diese Weise festgestellt, dass das Fahrzeug in einen überdachten Bereich - z. B. einen Tunnel - einfährt, kann die Klimaanlage in den Umluftmodus geschaltet werden. Wenn der Betrieb der Klimaanlage im Umluftmodus im überdachten Bereich auch als vorrangig betrachtet wird, so kann es Situationen geben, die es notwendig machen, dies zu überschreiten. Dies ist z. B. der Fall, wenn sich die Klimaanlage im Defrostermodus befindet. Für diesen Fall ist die Auswerteeinrichtung so eingerichtet, dass kein Umschalten in den Umluftmodus erfolgt.

Im Folgenden soll anhand eines Ausführungsbeispieles die Erfindung näher erläutert werden. Die Fig. 1 zeigt die Draufsicht auf ein Fahrzeug 1 mit einer Fahrgastzelle 2, die seitlich durch eine Windschutzscheibe 3 eine Rückscheibe 4 sowie Seitenscheiben 5, 6 begrenzt ist. Scheint die Sonne, wie durch die Pfeile 7 angedeutet, auf die Fahrerseite, so ist diese Seite thermisch stärker belastet. Die Klimaanlage 8 müsste so eingestellt sein, dass die zur Fahrerseite strömende Luft deutlich kühler ist als die zur Beifahrerseite.

Um die Klimaanlage 8 in entsprechender Weise steuern zu können, ist es notwendig, die Sonneneinstrahlungsrichtung in Bezug auf das Fahrzeug zu kennen. Dazu verfügt das Fahrzeug über einen Sonneneinstrahlungssensor in Form eines Helligkeitssensors 10, z. B. auf dem Dach des Fahrzeuges sowie eine satellitengestützte Einrichtung zur Bestimmung der Ortskoordinaten des Fahrzeuges. Aus den Daten dieser Einrichtung 11 lassen sich die geografischen Ortsdaten ermitteln und diese mit der aktuellen Zeit verknüpfen, so dass sich der Sonnenstand ermitteln lässt. Aus den Daten der satellitengestützten Einrichtung 11 lässt sich weiterhin die Ausrichtung des Fahrzeuges ermitteln, so dass die Sonneneinstrahlungsrichtung bestimmt werden kann.

Aus den Ortskoordinaten ergibt sich auch die Höhenlage des Fahrzeuges, so dass z. B. der Anteil von UV-Licht im Sonnenlicht abgeschätzt werden kann, so dass z. B. eine automatische Abdunklung der Scheiben erfolgen kann. Liste der Bezugszeichen 1 Fahrzeug
2 Fahrgastelle
3 Windschutzscheibe
4 Rückscheibe
5 Seitenscheibe
6 Seitenscheibe
7 Pfeil
8 Klimaanlage
10 Helligkeitssensor
11 Einrichtung

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern einer Fahrzeugklimaanlage mit einer elektronischen Auswerteeinheit, die die aktuelle Sonneneinstrahlung auf das Fahrzeug ermittelt und entsprechende Daten einer Steuerung der Klimaanlage zur Verfügung stellt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einrichtung zur Ermittlung der aktuellen geografischen Ortskoordinaten des Fahrzeuges vorgesehen ist, wobei die von dieser Einrichtung ermittelten Daten der Auswerteeinheit zur Verfügung gestellt werden und bei der Ermittlung der Sonneneinstrahlung Berücksichtigung finden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass diese zum sonnenstandsabhängigen Steuern der Klimaanlage eingerichtet ist, wobei die elektronische Auswerteeinheit die aktuelle Richtung der Sonneneinstrahlung in Bezug auf das Fahrzeug ermittelt und entsprechende Daten der Steuerung der Klimaanlage zur Verfügung stellt, und dass
eine Einrichtung zur Ermittlung der aktuellen Zeit,
ein elektronischer Speicher mit einem Kennfeld, das Ort, Zeit und Sonnenstand in Bezug setzt,
eine Einrichtung, die die Ausrichtung des Fahrzeuges ermittelt,
eine elektronische Auswerteeinheit, die aus den Daten der vorgenannten Einrichtungen die Sonneneinstrahlungsrichtung ermittelt, und
ein Sonneneinstrahlungssensor, der die Sonneneinstrahlung als skalare Größe erfasst,
vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung des Fahrzeuges (1) aus zwei aufeinander folgende Messdaten der Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Ortskoordinaten des Fahrzeuges (1) ermittelt wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Lenksensor zur Ermittlung des Lenkeinschlages und ein Tachometer zur Ermittlung der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgesehen sind und dass zur Bestimmung der aktuellen Ausrichtung des Fahrzeuges (1) der zeitliche Verlauf des Lenkeinschlages und der Geschwindigkeit Berücksichtigung findet.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Bestimmung der geografischen Ortskoordinaten des Fahrzeuges (1) ein satellitengestütztes System nutzt, bei dem eine mit dem Fahrzeug (1) mitgeführte Bodenstation mit mehreren geostationären Satelliten Funkkontakt aufnimmt, wobei das Ausbleiben des Kontaktes mit mindestens einem Satelliten derart gewertet wird, dass sich das Fahrzeug (1) in einem überdachten Ort befindet, und dass die Klimaanlage (8) über eine Umluftklappe verfügt, wobei die Klimaanlage (8) in den Umluftmodus geschaltete wird, wenn die Wertung ergibt, dass sich das Fahrzeug (1) in einem überdachten Bereich befindet.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Datensammlung zur Verfügung gestellt ist, in der die geografische Lage von überdachten Orten gespeichert ist, dass der ermittelte aktuelle geografische Ort des Fahrzeuges (1) mit dieser Datensammlung verglichen wird und dass die Klimaanlage (8) über eine Umluftklappe verfügt, wobei die Klimaanlage (8) in den Umluftmodus geschaltete wird, wenn die Wertung ergibt, dass sich das Fahrzeug (1) in einem überdachten Bereich befindet.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlage (8) einen Defrostermodus aufweist, in dem sich die Umluftklappe in der Außenluftstellung befindet, und dass die Schaltung in den Umluftmodus nicht durchgeführt wird, solange sich die Klimaanlage (8) im Defrostermodus befindet.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Ortskoordinaten auch die Höhe über dem Meeresspiegel bestimmt und dieser Wert der Steuerung der Klimaanlage (8) zur Verfügung gestellt ist, so dass er bei der Steuerung der Klimaanlage (8) Berücksichtigung findet.