DE102009007521A1 - Verfahren zur Ermittlung des Sonnenstandes für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung des Sonnenstandes für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges aufgrund der Messwerte von zwei Sonnenstrahlungssensoren eines zweizonigen Sensors, von denen der eine Sonnenstrahlungssensor gegenüber der Fahrzeuglängsrichtung 2 um einen bestimmten Winkel nach rechts und der andere Sonnenstrahlungssensor um einen bestimmten Winkel nach links geneigt ist, wobei durch die Sonnenstrahlungssensoren die Winkel des Sonnenstandes zur Fahrzeuglängsrichtung 2 und die Intensitäten Iund Ider Sonnenstrahlung ermittelbar sind. Während einer Drehung des Sensors um eine vertikale Achse werden von jedem Sonnenstrahlungssensor mehrfache Messungen der Intensität der Sonneneinstrahlung Iund Idurchgeführt, aus denen eine normierte Differenz nach der Formel $F1 berechnet und gespeichert wird. Die Elevation Θ der Sonne 4 wird aus einer gespeicherten Elevations-Kennlinie des Sensors zu der ermittelten normierten Differenz δ ermittelt. Zu der ermittelten Elevation Θ der Sonne 4 und der aktuellen normierten Differenz δ aus einem gespeicherten Elevations-Kennfeld des Sensors wird der Azimut 4 ermittelt. Zu der aus der ermittelten Elevation Θ und dem ermittelten Azimut φ der Sonne 4 sowie den gemessenen Intensitäten I, Iwird die tatsächliche Intensität Iaus einem gespeicherten Intensitäts-Kennfeld des Sensors ermittelt.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Ermittlung des Sonnenstandes für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges aufgrund der Messwerte von zwei Sonnenstrahlungssensoren eines zweizonigen Sensors, von denen der eine Sonnenstrahlungssensor gegenüber der Fahrzeuglängsrichtung um einen bestimmten Winkel nach rechts und der andere Sonnenstrahlungssensor um einen bestimmten Winkel nach links geneigt ist, wobei durch die Sonnenstrahlungssensoren die Winkel des Sonnenstandes zur Fahrzeuglängsrichtung und die Intensitäten der Sonneneinstrahlung ermittelbar sind.
  • Abhängig vom Stand der Sonne relativ zum Kraftfahrzeug und von der Intensität der Sonnenstrahlung kommt es zu einer unterschiedlichen Aufheizung des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeuges. Weiterhin hat auch die Exposition potentieller Insassen des Kraftfahrzeugs wesentlichen Einfluss auf den empfundenen Komfort. Zur gleichmäßigen Klimatisierung des Fahrgastraumes muss daher der dreidimensionale Sonnenstand berücksichtigt werden.
  • Zur Klimatisierung von Kraftfahrzeugen ist neben der Intensität der Sonne auch deren Position relativ zum Fahrzeug eine wichtige Einflussgröße. Aus Kostengründen wird meist ein Zweizonensensor angewandt, der außer der Information der Helligkeit auch eine Information darüber liefert, ob die Sonne momentan mittig vor dem Fahrzeug oder rechts oder links vor dem Fahrzeug steht.
  • Eine direkte Information über die Höhe des Sonnenstandes liefert dieser Zweizonensensor nicht.
  • Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, durch das in einfacher Weise aus den Informationen eines zweizonigen Sensors der Sonnenstand dreidimensional sowie die tatsächlich das Kraftfahrzeug beaufschlagende Intensität der Sonnenstrahlung ermittelt wird.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während einer Drehung des Sensors um eine vertikale Achse von jedem Sonnenstrahlungssensor mehrfach Messungen der Intensität der Sonneneinstrahlung Il und Ir durchgeführt werden, aus denen eine normierte Differenz nach der Formel
    Figure 00020001
    berechnet und gespeichert wird, dass die Elevation θ der Sonne aus einer gespeicherten Elevations-Kennlinie des Sensors zu der ermittelten normierten Differenz δ ermittelt wird, dass zu der ermittelten Elevation θ der Sonne und der aktuellen normierten Differenz δ aus einem gespeicherten Elevations-Kennfeld des Sensors der Azimut φ ermittelt wird, zu der aus der ermittelten Elevation θ und dem ermittelten Azimut φ der Sonne sowie den gemessenen Intensitäten Il, Ir die tatsächliche Intensität Ireal aus einem gespeicherten Intensitäts-Kennfeld des Sensors ermittelt wird. Il ist dabei die von dem linken Sonnenstrahlungssensor und Ir die von dem rechten Sonnenstrahlungssensor gemessene Intensität der Sonneneinstrahlung.
  • Die Sonneneinstrahlungen Il und Ir können in verschiedenen Dimensionen wie z. B. V und A gemessen werden, wobei δ dimensionslos ist.
  • Auf diese Weise ist unter Verwendung eines kostengünstigen zweizonigen Sensors die tatsächlich das Kraftfahrzeug beaufschlagende Intensität der Sonneneinstrahlung ermittelbar, so dass eine exaktere Regelung der Klimaanlage zu einer gleichmäßigen Klimatisierung erfolgen kann.
  • Der zweizonige Sensor ist dabei vorzugsweise frontseitig nach vorn gerichtet an dem Kraftfahrzeug angeordnet.
  • Der Sensor kann drehbar antreibbar an dem Kraftfahrzeug gelagert sein und die Drehung des Sensors mittels eines Drehantriebs erfolgen, wobei eine Drehung des Sensors um einen Winkel zwischen annähernd 10° und bis zu 360° erfolgen kann.
  • Kostengünstiger ist es, wenn der Sensor fest am Kraftfahrzeug angeordnet ist und die Drehung des Sensors durch Lenkbewegungen des Fahrzeugs während eines Fahrbetriebs erfolgt, so dass kein Drehantrieb benötigt wird.
  • Dabei können die Messungen quasi kontinuierlich oder aber auch in Zeitintervallen von z. B. 15 Minuten erfolgen.
  • Bei bekannter räumlicher Empfindlichkeit des Sensors kann die tatsächliche Intensität mit einem erhöhten Maß an Genauigkeit ermittelt werden, wenn die tatsächliche Intensität Ireal nach der Formel
    Figure 00030001
    korrigiert wird.
  • Ireal besitzt die Einheit W (Watt).
  • I1000W(φ,θ) ist das Kennfeld |Il + Ir| bei einer Strahlung von 1 kW/m2 aus verschiedenen Richtungen.
  • Eine einfache Möglichkeit zur Ermittlung des Azimuts der Sonne besteht darin, dass während der Drehung des Sensors das Maximum der beobachteten normierten Differenz gesucht und mit dem gefundenen δmax aus der gespeicherten Elevations-Kennlinie des Sensors die Elevation θ der Sonne ermittelt wird und zu der aktuellen normierten Differenz δ und der zuletzt ermittelten Elevation θ der Sonne der Azimut φ der Son ne aus dem gespeicherten Elevations-Kennfeld des Sensors ermittelt wird.
  • Dazu kann das Maximum der beobachteten normierten Differenz nach der Formel δmax = max|δ(t)|gesucht werden.
  • Bei der Suche nach dem δmax erfolgen die Messungen in geeigneten Zeitintervallen von z. B. 15 Minuten. Dabei genügt es den jeweils größten Wert von |δ| zu speichern.
  • Zur Bestimmung der Elevation der Sonne bei passiver Drehung des fest am Kraftfahrzeug angeordneten Sensors kann die Drehung des Sensors um die vertikale Achse aus erfaßten Lenkwinkelinformationen und Geschwindigkeitsinformationen des Kraftfahrzeugs als ∂φ/∂t ermittelt sowie gleichzeitig die Änderung der normierten Differenz δ als ∂δ/∂t ermittelt werden und aus diesen beiden Informationen die Ableitung
    Figure 00040001
    bestimmt werden und dass im Moment des Nulldurchgangs δ(t) = 0 zu der ermittelten Ableitung aus der gespeicherten Elevations-Kennlinie des Sensors die Elevation θ der Sonne ermittelt wird.
  • ∂δ/∂φ ist bei der Angabe der Winkel im Bogenmaß dimensionslos.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen
  • 1 eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit der Elevation der Sonne
  • 2 eine Draufsicht eines Kraftfahrzeugs mit dem Azimut der Sonne
  • 3 ein Ablaufdiagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Ermittlung der tatsächlichen Intensität der Sonne
  • 4 ein Kennfeld der normierten Differenz der Signale eines zweizonigen Sensors des Kraftfahrzeugs nach 1 als Funktion von Azimut und Elevation
  • 5 eine Elevations-Kennlinie des Sensors des Kraftfahrzeugs nach 1 als Funktion der maximalen normierten Differenz der Signale des Sensors
  • 6 ein Intensitäts-Kennfeld der räumlichen Empfindlichkeit des Sensors des Kraftfahrzeugs nach 1
  • 7 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Ermittlung der tatsächlichen Intensität der Sonne
  • 8 eine zweite Elevations-Kennlinie des Sensors des Kraftfahrzeugs nach 1 als Funktion der normierten Signaldifferenz.
  • In 1 ist ein Kraftfahrzeug 1 in der Seitenansicht dargestellt. Dieses Kraftfahrzeug 1 weist an seiner Vorderfront mittig einen nicht dargestellten zweizonigen Sensor auf, dessen beide Sonnenstrahlungssensoren eine Elevation von annähernd 45° zur Horizontalen 3 besitzen und einander entgegengesetzt jeweils um 45° gegenüber der in Frontrichtung gerichteten Fahrzeuglängsrichtung 2 geneigt sind.
  • Von den Sonnenstrahlungssensoren sind die Intensitäten der Sonneneinstrahlung Il (Intensität des linken Sonnenstrahlungssensors) und Ir (Intensität des rechten Sonnenstrah lungssensors) erfassbar und einer nicht dargestellten Recheneinheit zuleitbar.
  • Weiterhin wird von den Sonnenstrahlungssensoren die Information ermittelt und an die Recheneinheit weitergeleitet, ob die Sonne 4 mittig vor dem Kraftfahrzeug 1 steht oder eher links der rechts zur Fahrzeugslängsrichtung 2.
  • In 1 ist weiterhin der Winkel der Elevation θ und in 2 der Winkel des Azimuts φ eingetragen.
  • Dabei entspricht bei dem Sensor des Ausführungsbeispiels die Elevation θ von 90° dem Zenit und der Azimut φ von 0° der Fahrtrichtung.
  • Bei den in den 3 und 7 dargestellten Verfahren werden in einem ersten Schritt 5 kontinuierlich Messungen die Intensitäten Il und Ir der Sonneneinstrahlung durch die beiden Sonnenstrahlungssensoren durchgeführt.
  • Durch den gleichzeitigen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs während dieser Messungen kommt es durch Kurvenfahrten zu einer oder mehreren Drehungen des fest am Kraftfahrzeug 1 angeordneten Sensors um eine vertikale Achse.
  • In einem zweiten Schritt 6 wird aus den gemessenen Intensitäten Il und Ir eine normierte Differenz nach der Formel
    Figure 00060001
    und in einem Speicher der Recheneinheit gespeichert.
  • Der Wert δ = 0 entspricht dabei einer Sonnenposition, bei der beide Sonnenstrahlungssensoren gleich beschienen werden, was der Fahrzeugslängsrichtung 2 bei einem Azimut φ = 0 entspricht.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 3 erfolgt während der Drehung des Sensors um die vertikale Achse in einem dritten Schritt 7 eine Suche nach dem Maximum der auf den erfassten Intensitäten Il und Ir basierende normierten Differenz nach der Formel δmax = max|δ(t)|.
  • Mit dem so gefundenen δmax kann in einem vierten Schritt 8 aus einer gespeicherten Elevations-Kennlinie 9 (5) des Sensors die Elevation θ der Sonne 4 abgelesen werden.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel der 7 erfolgt nach dem zweiten Schritt 6 in einem dritten Schritt 7' aus dem erfassten Lenkwinkel und der erfassten Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs 1 die Rotation des Kraftfahrzeugs 1 um eine vertikale Achse eine Ermittlung der Änderung des Azimuts 4 ∂φ/∂t während gleichzeitig der Änderung der normierten Differenz ∂δ/∂t beobachtet wird.
  • Aus beiden Informationen wird die Ableitung
    Figure 00070001
    bestimmt.
  • Im Moment des Nulldurchgangs δ(t) = 0 wird in einem vierten Schritt zu der Ableitung
    Figure 00070002
    aus einer gespeicherten zweiten Elevations-Kennlinie 9' (8) die Elevation θ der Sonne 4 abgelesen.
  • Die Verfahren beider Ausführungsbeispiele werden nun auf gleiche Weise fortgesetzt, indem in einem fünften Schritt 10 zu der bekannten Elevation θ der Sonne 4 aus einem gespeicherten Kennfeld (4) des Sensors zu der aktuellen normierten Differenz δt der Azimut φ abgelesen werden kann.
  • In einem sechsten Schritt 11 wird aus einem Intensitäts-Kennfeld (6) entsprechend der bekannten räumlichen Empfindlichkeit des Sensors zu der durch den ermittelten Azimut φ und der ermittelten Elevation θ sowie den gemessenen Intensitäten Il und Ir die aktuell beobachtete Intensität nach der Formel
    Figure 00080001
    korrigiert werden.
  • Die tatsächliche Intensität Ireal dient nun als zusätzliche Information zur Regelung eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug 1.
    • 1
    Kraftfahrzeug
    2
    Fahrzeuglängsrichtung
    3
    Horizontale
    4
    Sonne
    5
    erster Schritt
    6
    zweiter Schritt
    7
    dritter Schritt
    7'
    dritter Schritt
    8
    vierter Schritt
    8'
    vierter Schritt
    9
    Elevations-Kennlinie
    9'
    Elevations-Kennlinie
    10
    fünfter Schritt
    11
    sechster Schritt

Claims (7)

  1. Verfahren zur Ermittlung des Sonnenstandes für eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges aufgrund der Messwerte von zwei Sonnenstrahlungssensoren eines zweizonigen Sensors, von denen der eine Sonnenstrahlungssensor gegenüber der Fahrzeuglängsrichtung um einen bestimmten Winkel nach rechts und der andere Sonnenstrahlungssensor um einen bestimmten Winkel nach links geneigt ist, wobei durch die Sonnenstrahlungssensoren die Winkel des Sonnenstandes zur Fahrzeuglängsrichtung und die Intensitäten der Sonneneinstrahlung ermittelbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Drehung des Sensors um eine vertikale Achse von jedem Sonnenstrahlungssensor mehrfach Messungen der Intensität der Sonneneinstrahlung Il und Ir durchgeführt werden, aus denen eine normierte Differenz nach der Formel
    Figure 00100001
    berechnet und gespeichert wird, dass die Elevation θ der Sonne 4 aus einer gespeicherten Elevations-Kennlinie des Sensors zu der ermittelten normierten Differenz δ ermittelt wird, dass zu der ermittelten Elevation θ der Sonne 4 und der aktuellen normierten Differenz δ aus einem gespeicherten Elevations-Kennfeld des Sensors der Azimut φ ermittelt wird, zu der aus der ermittelten Elevation θ und dem ermittelten Azimut φ der Sonne 4 sowie den gemessenen Intensitäten Il, Ir die tatsächliche Intensität Ireal der Sonne 4 aus einem gespeicherten Intensitäts-Kennfeld des Sensors ermittelt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor drehbar antreibbar am Kraftfahrzeug gelagert ist und die Drehung des Sensors mittels eines Drehantriebs erfolgt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor fest am Kraftfahrzeug 1 angeordnet ist und die Drehung des Sensors durch Lenkbewegungen des Kraftfahrzeugs während eines Fahrbetriebs erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächliche Intensität Ireal nach der Formel
    Figure 00110001
    korrigiert wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Drehung des Sensors das Maximum der beobachteten normierten Differenz gesucht und mit dem gefundenen δmax aus der gespeicherten Elevations-Kennlinie des Sensors die Elevation θ der Sonne 4 ermittelt wird und zu der aktuellen normierten Differenz δ und der zuletzt ermittelten Elevation θ der Sonne 4 der Azimut φ der Sonne aus dem gespeicherten Elevations-Kennfeld des Sensors ermittelt wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Maximum der beobachteten normierten Differenz nach der Formel δmax = max|δ(t)|gesucht wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehung des Sensors um die vertikale Achse aus erfassten Lenkwinkelinformationen und Geschwindigkeitsinformationen des Kraftfahrzeugs als ∂φ/∂t ermittelt sowie gleichzeitig die Änderung der normierten Differenz δ als ∂δ/∂t ermittelt wird und aus diesen beiden Informationen die Ableitung
    Figure 00120001
    bestimmt wird und dass im Moment des Nulldurchgangs δ(t) = 0 zu der ermittelten Ableitung aus der gespeicherten Elevations-Kennlinie des Sensors die Elevation θ der Sonne 4 ermittelt wird.
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