-
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Innenraumtemperatur eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
-
In den meisten Fahrzeugen wird derzeit zur Regelung der Innenraumtemperatur als Hauptregler ein P-Regler verwendet, wobei als Rückführungsgröße lediglich die mittels eines Sensors gemessene Innenraumtemperatur herangezogen wird. Vorhandene Hilfsregler sind dabei dem Hauptregler untergeordnet. Ausgangssignal des Reglers ist eine Stellgröße, aufgrund dessen sämtliche für die Klimatisierung relevanten Zustände (z. B. sämtliche Ausblastemperaturen, Gebläseleistung, Klappenstellung, usw.) vorgegeben bzw. berechnet werden. Die Stellgröße kann zusätzlich in Abhängigkeit eines vorliegenden Tag/Nacht-Signals, der Außentemperatur und der Solarstrahlung vorab korrigiert werden.
-
Aus der
DE 198 29 143 C1 ist ein Verfahren zur Änderung der Innenraumtemperatur eines Fahrzeugs zur Kompensation einer Veränderung des Istwerts der Innenraumtemperatur infolge von äußeren Einflüssen, insb. von niedrigen Außentemperaturen bekannt.
-
Aus der
DE 196 47 503 A1 ist eine Klimaanlage für Fahrzeuge bekannt, die einem Fahrer die Steuerung der Klimaanlage basierend auf einer festgestellten Solltemperatur und eines mittels eines Sensors gemessenen Wärmeflusses zwischen zwei unterschiedlichen Stellen ermöglicht.
-
Aus der
DE 26 21 663 A1 ist ein Verfahren zur Regelung der Innenraumtemperatur auf einen willkürlich beeinflussbaren Sollwert bekannt, wobei das Regelorgan in Abhängigkeit vom Vergleich zwischen einem vom Sollwert der Innenraumtemperatur abhängigen Signal und einem Istwert der von der Heizung abgegebenen Wärmemenge arbeitet.
-
Durch diese bekannten Verfahren können unter Umständen vor allem nach einem passiven Aufheizen des Fahrgastraums durch die Sonne Probleme auftauchen. Wird das Fahrzeug bspw. über einen längeren Zeitraum in der Sonne abgestellt, heizen sich im Innenraum die Umschließungsflächen je nach Standzeit unterschiedlich stark auf. Dies wird bei einer herkömmlichen Temperaturregelung, die sich nur auf den Sensorwert des Innenraumsensors stützt, nicht berücksichtigt werden. Sobald die vom Sensor gemessene Temperatur den Sollwert erreicht, beginnt der Temperaturregler abzuregeln. Zu diesem Zeitpunkt können die Umschließungsflächen jedoch noch sehr warm sein und somit das Klimaempfinden des Insassen beeinflussen, d. h. der Insasse empfindet es noch als zu warm.
-
Analog dazu ist bei kalten Außentemperaturen die Aufheizungsleistung vor allem dann zu gering, wenn die Oberflächentemperaturen der Umschließungsflächen sehr gering sind. In diesem Fall misst zwar der Innenfühler bald die gewünschte Temperatur, der Insasse friert jedoch noch aufgrund der kalten Umschließungsflächen. Bei Außentemperaturen von unter Null Grad und Sonneneinstrahlung kann auch der Zustand eintreten, dass zu stark geheizt wird.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Temperaturregelung für ein Fahrzeug anzugeben, bei der insbesondere bei instationären Zuständen die Umschließungsflächen-Temperaturen berücksichtigt werden und somit Rücksicht auf thermophysiologische Gegebenheiten genommen werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Grundgedanke der Erfindung ist eine Temperaturregelung anzugeben, die einerseits auf der bisherigen Temperatur-Regelstrategie basiert, aber gleichzeitig das Aufheizen bzw. Abkühlen der Umschließungsflächen berücksichtigt. Da die Berücksichtigung des Energieaustausches zwischen Insasse und den Umschließungsflächen bei der Temperaturregelung für das Wohlbefinden von wesentlicher Bedeutung ist, basiert das erfindungsgemäße Verfahren zur Regelung der Innenraumtemperatur des Fahrzeugs in bekannter Weise auf einem Sollwert der Innenraumtemperatur und einer ermittelten tatsächlichen Innenraumtemperatur, wobei in Abhängigkeit vom Sollwert der Innenraumtemperatur und dem ermittelten Wert für die tatsächliche Innenraumtemperatur im Fahrzeuginnenraum eine Stellgröße für die Ansteuerung zumindest eines die Klimatisierung des Innenraums beeinflussenden Aktuators (Klappen, Gebläse, Kältekreislauf) ermittelt wird. Die Erfindung zeichnet sich nun dadurch aus, dass bei der Ermittlung des Sollwertes für die Innenraumtemperatur die zwischen dem zumindest einem Fahrzeuginsassen und den berücksichtigten Umschließungsflächen im Fahrzeuginnenraum ermittelte ausgetauschte Wärmeleistung berücksichtigt wird.
-
Der Vorteil der Erfindung liegt darin, dass ohne eine wesentliche Änderung der Grundstruktur des Regelalgorithmus die zwischen den Insassen und Umschließungsflächen ausgetauschte Wärmeleistung berücksichtigt werden kann, welche insbesondere im Winter und im Sommer einen erheblichen Einfluss auf das Klima im Fahrzeuginnenraum hat. Bspw. sind im Winter die Umschließungsflächen oft kalt und der Insasse gibt somit eine erhebliche Menge an Wärme ab. Bei unzureichender Heizleistung würde der Insasse zu frieren beginnen. Die gesamte Strahlungsleistung auf den Insassen aufgrund der Umschließungsflächen bzw. die ausgetauschte Wärmeleistung zwischen Insasse und Umschließungsflächen setzt sich im Wesentlichen aus der Strahlungsleistung der Instrumententafel, der Türen, der Fenster und des Dachs zusammen.
-
Vorteilhafterweise wird die zwischen den Insassen und Umschließungsflächen ausgetauschte Wärmeleistung bei der Ermittlung des Sollwertes für die Innenraumtemperatur derart berücksichtigt, dass der Sollwert der Innenraumtemperatur aus einem ermittelten Basis-Sollwert der Innenraumtemperatur und einem aus der ermittelten ausgetauschten Wärmeleistung ermittelten Korrekturwert ermittelt wird. Der Basis-Sollwert der Innenraumtemperatur kann dabei analog dem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Ermittlung eines Sollwertes der Innenraumtemperatur ermittelt werden. Zusätzlich können weitere Korrekturwerte, wie z. B. ein von der Außentemperatur abhängiger Korrekturwert und/oder ein von der Luftfeuchtigkeit abhängiger Korrekturwert berücksichtigt werden. Zumindest der aus der ermittelten ausgetauschten Wärmeleistung ermittelte Korrekturwert kann dabei derart berücksichtigt werden, dass der Basis-Sollwert der Innenraumtemperatur mit dem Korrekturwert für die ausgetauschte Wärmeleistung beaufschlagt wird. Der Korrekturwert kann in einfachster Weise über eine Kennlinie aus der im Vorfeld ermittelten ausgetauschten Wärmeleistung ermittelt werden.
-
Die ausgetauschte Wärmeleistung zwischen dem Insassen und den Umschließungsflächen kann bspw. mit Hilfe eines physikalischen Simulationsmodells berechnet werden. Zur Ermittlung bzw. Berechnung der ausgetauschten Wärmeleistung zwischen Insassen und Umschließungsflächen können verschiedene ermittelte Werte oder Sensorsignale von (Klima)-Sensoren berücksichtigt werden. Insbesondere kann die ausgetauschte Wärmeleistung dabei in Abhängigkeit von der ermittelten Außentemperatur und/oder der ermittelten Temperatur der Umschließungsflächen und/oder vom Signal eines Solarsensors und/oder in Abhängigkeit vom AktivitätsZustand eines Fahrzeugaußenlichts (relevant für die Tag/Nachterkennung) ermittelt werden. Zur Vermeidung zusätzlicher Sensoren können die Temperaturen der Umschließungsflächen und die dadurch verursachte Wärmeabgabemenge bzw. Wärmeleistung anhand der Daten aus der ohnehin vorhandenen Sensorik ermittelt werden.
-
Neben der ausgetauschten Wärmeleistung zwischen Insassen und Umschließungsflächen können auch aufgrund anderer Einflüsse verursachte ausgetauschte Wärmeleistungen bei der Ermittlung des Korrekturwertes berücksichtigt werden. So kann bspw. neben der aufgrund der Umschließungsflächen verursachten Wärmeleistung auch die Konvektion, d. h. die Wärmeübertragung von thermischer Energie von einem Ort zu einem anderen Ort berücksichtigt werden. Dabei wird zwischen freier und erzwungener Konvektion unterschieden, wobei bei der freien Konvektion der Teilchentransport ausschließlich durch Auswirkungen des Temperaturgradienten, also zum Beispiel durch Auf- bzw. Abtrieb der Teilchen infolge der durch die Temperaturänderung hervorgerufenen Dichteunterschiede bewirkt wird. Die sog. erzwungene Konvektion wird durch äußere Einflüsse (z. B. Gebläse) hervorgerufen.
-
Anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nochmals näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur ein stark vereinfachtes Strukturdiagramm zur Ermittlung einer Stellgröße Y für die Ansteuerung zumindest eines (hier nicht dargestellten) die Klimatisierung des Innenraums beeinflussenden Aktuators. Das hier als Strukturdiagramm dargestellte Verfahren kann - wie hier dargestellt - in einem bereits vorhandenen Steuergerät SG, insbesondere in einem Klimasteuergerät implementiert sein.
-
Prinzipiell erfolgt die Klimaregelung im Fahrzeug gemäß dem Stand der Technik durch Regelung der Innenraumtemperatur Tist des Fahrzeugs auf einen Sollwert Tsoll der Innenraumtemperatur durch Ermitteln zumindest einer Stellgröße Y für die Ansteuerung des zumindest einen die Klimatisierung des Innenraums beeinflussenden Aktuators. Die Stellgröße Y wird dabei in Abhängigkeit von einem ermittelten Sollwert Tsoll der Innenraumtemperatur und einer ermittelten tatsächlichen Innenraumtemperatur Tist im Fahrzeuginnenraum durch Differenzbildung Td beider Werte Tist und Tsoll und anschließender Ermittlung der Stellgröße Y in der Einheit E ermittelt. Die Ist-Temperatur Tist kann mittels eines im Innenraum angeordneten Sensors STi (entweder direkt oder durch eine entsprechende Weiterverarbeitung des Signals des Sensors) ermittelt werden.
-
Der für die Ermittlung der Stellgröße Y maßgebliche Sollwert Tsoll für die Innenraumtemperatur wird aus einem unkorrigierten Sollwert Tsoll_unkorr (auch Basissollwert genannt) und einer Reihe von verschiedenen Korrekturwerten TA_korr, L_korr, D_korr, B_korr und WL_korr ermittelt, wobei der unkorrigierte Sollwert Tsoll_unkorr bspw. aufgrund der von den Insassen vorgenommenen Einstellungen ermittelt wird. Die Korrekturwerte TA_korr, L_korr, D_korr und B_korr werden - wie bereits bekannt - in Abhängigkeit verschiedener Sensorsignale TA, Status_L und B ermittelt. So wird der außentemperaturabhängige Korrekturwert TA_korr aus der mittels eines Außenfühlers s1 ermittelten Außentemperatur TA durch eine entsprechende Bearbeitung in der Berechnungseinheit b1 ermittelt. Weiter wird aus dem mittels eines Sensors s2 detektierten Aktivitätszustand des Fahrlichts Status_L der lichtabhängige Korrekturwert L_korr durch die Berechnungseinheit b2, und der defrost-abhängige Korrekturfaktor D_korr durch die Berechnungseinheit b3 ermittelt.
-
Im Unterschied zum Stand der Technik fließt nun eine weiterer Korrekturwert WL_korr in die Ermittlung des Sollwertes Tsoll für die Innenraumtemperatur des Fahrzeugs ein, wobei der weitere Korrekturwert WL_korr in Abhängigkeit einer zwischen dem zumindest einem Fahrzeuginsassen und den Umschließungsflächen im Fahrzeuginnenraum ermittelten ausgetauschten Wärmeleistung WL ermittelt wird. Diese Wärmeleistung WL wird ebenfalls in Abhängigkeit verschiedener (Sensor-)signale TA, TUI (Temperatur der Umschließungsflächen), StatusS (Status eines Solarsensors) und StatusL mithilfe eines physikalischen Simulationsmodels in der Berechungseinheit b5 ermittelt. Die notwendigen Eingangssignale TA, TUI, StatusS und StatusL für die Ermittlung der Wärmeleistung WL können entweder direkt vom jeweiligen Sensor s1, s2, s4 und s5 oder als bereits im Vorfeld bearbeitete Sensorsignale bereitgestellt werden. In Abhängigkeit von der ermittelten Wärmeleistung WL wird dann in der Berechungseinheit b6, bspw. mittels einer Kennlinie der wärmeleistungsabhängige Korrekturwert WL_korr ermittelt.
-
Aus dem unkorrigierten Basis-Sollwert Tsoll_unkorr für die Innenraumtemperatur und den Korrekturwerten TA_korr, L_korr, D_korr, B_korr und WL_korr kann dann in der dargestellten Summeneinheit S durch Summenbildung der für die Ermittlung der Stellgröße maßgebliche Sollwert Tsoll für die Innenraumtemperatur berechnet werden.
-
Durch die Berücksichtigung aller relevanten thermophysiologischen Einflüsse der Umschließungsflächen kann somit im Rahmen der erfindungsgemäßen Innenraumtemperaturregelung stets das von den Insassen durch Sollwertvorgabe gewünschte Klima eingestellt werden. Insbesondere bei instationären Vorgängen, wie z. B. bei einer Aufheizung des Fahrzeugs im Winter oder bei einem Abkühlen des Fahrzeugs eines durch hohe Außentemperaturen und Sonneneinstrahlung passiv aufgeheizten Fahrzeugs kann das Aufheiz- und Abkühlverhalten durch die Erfindung stark verbessert werden. So wird bei einem Abkühlen des Fahrzeugs nicht etwa zu früh abgeregelt, sondern entsprechend dem Komfortempfinden der Fahrzeuginnenraum noch länger und ggf. stärker als bei bisherigen Regelstrategien abgekühlt. Auch bei einem kurz abgestellten Fahrzeug bei niedriger Außentemperatur erfolgt bei Start kein Überheizen, sondern ein angemessener Heizbetrieb.
