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Hintergrund
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1. Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Klimaregelungssystem sowie ein Klimaregelungsverfahren, und insbesondere eine Klimaregelungsstrategie, welche Fahrzeuginsassen-Komfortniveau-Einstellungen verwendet, um die Kraftstoffeinsparung zu optimieren.
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2. Hintergrund der Technik
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Heute ist eine automatische Klimaregelung in Fahrzeugen zunehmend verbreitet. In manchen Fahrzeugen wählt der Fahrer anhand einer Klimaregelungskopfeinheit lediglich eine Temperatureinstellung, und ein Regelungssystem betreibt ein Klimaregelungssystem, um die gewünschte Temperatur zu erzielen. Das Klimaregelungssystem kann die jeweilige Funktion/Arbeitsweise eines Gebläses – z. B. an/aus und die Gebläsegeschwindigkeit – sowie eines Klimaanlagen(A/C)-Systems steuern. Ein derartiges Klimaregelungssystem kann zudem die Position und Bewegung von verschiedenen Luftklappen oder Luftflusstüren steuern, um die Luftbewegung durch einen Verdampferkern oder einen Heizkörperkern, die Rezirkulation von Luft durch das Fahrzeug, den Einlass von frischer Luft oder eine Kombination davon zu steuern.
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Eine herkömmliche automatische Temperaturregelung erlaubt es den Benutzern, extreme Temperatursollwerte einzustellen, was oft zu signifikanten Nachteilen hinsichtlich der Kraftstoffeinsparung führt. Z. B. kann ein Insasse die automatische Temperaturregelung bei warmen Umgebungsbedingungen auf die extrem niedrige Einstellung einstellen, während er gleichzeitig die Fahrzeugfenster öffnet. Dabei verwendet das Klimaanlagensystem einen Klimaanlagenkompressor und einen Kondensator, um eine Kühlung der Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu bewirken. Jedoch benötigt der Betrieb des Klimaanlagenkompressors eine relativ große Menge von Energie. Dabei geht ein Teil der Kühlleistung des A/C-Systems verloren, wenn die Fenster geöffnet sind.
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Je niedriger die automatische Temperatureinstellung, desto heftiger müssen der Kompressor und ein Heiz-, Lüftungs- und Klimaanlagen-(HVAC)-Gebläse arbeiten, um die extreme Einstellung zu erzielen. In dem Fall eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) erfordert der Betrieb eines elektrischen Kompressors oft den Start des Motors, um sicher zu stellen, dass die Batterie nicht übermäßig entladen wird. Einer der Vorteile eines HEV ist die Kraftstoffeinsparung, welche erzielt wird durch das Antreiben des Fahrzeugs unter Verwendung von Elektromotorleistung, wobei die Zeit maximiert wird, während der der Motor ausgeschaltet ist. Folglich kann ein ineffizienter Betrieb des Klimaregelungssystems einige der Vorteile aufheben, welche durch das Fahren eines HEV erzielt werden.
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Folglich besteht Bedarf für ein System und ein Verfahren für eine Fahrzeugklimaregelung, welche einen Mittelweg findet zwischen dem Erfüllen der Komfortanforderungen von Fahrzeuginsassen und dem Minimiren der Gesamtleistung, welche durch das Klimaregelungssystem verbraucht wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 ist eine vereinfachte, als Beispiel dienende schematische Ansicht, welche ein System zum Umwelt- bzw. Klimamanagement eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung zeigt,
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2 ist ein vereinfachtes, als Beispiel dienendes Blockdiagramm, welches ein System zum Umwelt-/Klimamanagement eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung zeigt,
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3 ist eine vereinfachte, als Beispiel dienende Draufsicht von vorn auf einen Klimaregelungskopf gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung,
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4 ist eine vereinfachte, als Beispiel dienende Tabelle, welche eine Klimaregelungs-Komforteinstellungs-Skala gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung zeigt,
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5a ist eine vereinfachte, als Beispiel dienende Wertetabelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung,
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5b ist ein vereinfachtes, als Beispiel dienendes Diagramm entsprechend der Wertetabelle in 5a,
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6a ist eine weitere vereinfachte, als Beispiel dienende Wertetabelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung,
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6b ist ein vereinfachtes, als Beispiel dienendes Diagramm entsprechend der Wertetabelle in 6a,
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7a ist noch eine andere vereinfachte, als Beispiel dienende Wertetabelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung,
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7b ist ein vereinfachtes, als Beispiel dienendes Diagramm entsprechend der Wertetabelle in 7a und
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8 ist ein vereinfachtes, als Beispiel dienendes Flussdiagramm, welches ein Verfahren zum Umwelt-/Klimamanagement eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Üblicherweise erfolgt die Regelung der Fahrgastzellentemperatur sowie der Windschutzscheibentemperatur und eines Entnebelns der Windschutzscheibe in einem Automobil unter Verwendung verschiedener Aktuatoren, um die Temperatur und die Strömung von Luft einzustellen, welche der Fahrgastzelle des Fahrzeugs zugeführt wird. 1 zeigt schematisch ein als Beispiel dienendes Klimaregelungssystem 10 für das Umwelt/Klima-Management eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung. Das Fahrzeug kann ein Heiz-, Lüftungs- und Klimaanlagen(HVAC)-System aufweisen, welches mit dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet ist. Das HVAC-System 20 kann eine Anordnung bzw. Gruppe von Luftströmungstüren aufweisen, umfassend eine Panel-Abtau-Klappe/Tür 22, eine Boden-Panel-Klappe/Tür 24 und eine Außen/Rezirkulation-Luft-Klappe/Tür 28, sowie entsprechende Aktuatoren.
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Die Klappen oder Türen können Teil eines Luftverteilungssystems zum Richten der Strömung von klimatisierter Luft auf verschiedene Orte innerhalb der Fahrgastzelle 29 des Fahrzeugs sein, wie z. B. auf die Windschutzscheibe, den Fußraum oder das Armaturenbrett, wie es üblicherweise bekannt ist. Die Türen 22, 24 und 28 können durch Vakuummotoren (nicht gezeigt) zwischen ihren verschiedenen Positionen Vakuum, teilweises Vakuum und kein Vakuum in herkömmlicher Art und Weise angetrieben werden, wie in 1 angedeutet ist, oder können von einem elektrischen Servomotor angetrieben werden. Eine Temperaturregelungsmischtür 26 kann ebenfalls vorgesehen sein, und kann angetrieben werden durch einen elektrischen Servomotor (nicht gezeigt). Die Temperaturregelungsmischtür 26 ermöglicht ein Heißluftmischen, wodurch eine gewünschte Sollauslasslufttemperatur erhalten wird, welche die Temperatur der Luft wiedergibt, die von dem HVAC-System 20 in die Fahrgastzelle 29 hinein strömt.
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Das HVAC-System 20 kann zudem ein Gebläsesystem mit variabler Geschwindigkeit (hierin auch bezeichnet als ein HVAC-Gebläse) 30 aufweisen, welches ein Gebläserad 32 zum Erzeugen von Luftströmung aufweist. Das HVAC-System 20 kann ferner ein Heizsystem aufweisen, welches in 1 in Form eines Heizkerns 34 gezeigt ist, sowie ein Klimaanlagen(A/C)-System 35, aufweisend einen Verdampferkern 36 und einen Kompressor 37. Der Kompressor 37 kann ein elektrischer Kompressor sein, anstelle eines Kompressors, der mechanisch durch einen Motor angetrieben ist. Hierdurch kann eine bessere Regelung des Betriebs des HVAC-Systems 20 erreicht werden, da elektrische Kompressoren für einen variablen Geschwindigkeitsbetrieb konfiguriert werden können, im Gegensatz zu ihrem mechanischen Pendant, dessen Geschwindigkeit untrennbar mit der Geschwindigkeit des Motors verbunden ist. Das Klimaanlagensystem 35 kann andere verschiedene Komponenten aufweisen, welche dem Fachmann bekannt sind.
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Der Heizkern 34 und der Verdampferkern 36 heizen bzw. kühlen den Luftstrom, der durch das Gebläsesystem 30 erzeugt wird. Der erzeugte Luftstrom kann durch ein Luftstromverteilungssystem und ein zugehöriges Kanalnetz 38 verteilt werden. Das HVAC-System 20 kann die Temperatur, die Richtung des Luftstroms sowie das Verhältnis von frischer Luft zu rezirkulierter Luft steuern/regeln. Das HVAC-System 20 kann ferner einen Niederdruckzyklusschalter 39 aufweisen, welcher mit dem Kompressor 37 kommuniziert. Der Niederdruckschalter 39 kann betrieben werden, um den Kompressor 37 unter bestimmten Bedingungen zu deaktivieren. Darüber hinaus kann der Kompressor 37 deaktiviert werden, wenn die Verdampferkerntemperatur unter einen vorbestimmten Wert fällt; dies hilft, ein Einfrieren des Verdampferkerns 36 zu verhindern.
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Der Betrieb des HVAC-Systems 20 kann durch eine elektronische Steuereinheit 40 bzw. einen Regler 40 gesteuert/geregelt werden. Der Regler 40 kann Signale erzeugen, um das HVAC-System 20 gemäß einer Vielzahl von Eingaben zu regeln. Darüber hinaus kann der Regler 40 Eingaben von einer Anzahl von Klimaregelungsvorrichtungen empfangen, wie z. B. von Sensoren, anderen Steuermodulen o. ä. Zusätzlich zu dem Empfangen von Eingaben von verschiedenen Klimaregelungsvorrichtungen kann der Regler 40 zudem über eine Eingabevorrichtung, welche z. B. ein wie in 3 gezeigter Klimaregelungskopf 42 sein kann, Eingaben von einem Fahrzeuginsassen empfangen.
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2 zeigt ein vereinfachtes, als Beispiel dienendes Blockdiagramm des Klimaregelungssystems 10, aufweisend den Regler 40. Wie oben erwähnt, kann der Regler 40 Eingaben/Eingangssignale von einer Anzahl von Klimaregelungsvorrichtungen sowie von anderen Vorrichtungen oder Modulen empfangen. Zum Beispiel kann der Regler 40 Eingaben von einem Fahrgastzellentemperatursensor 44, einem Umgebungstemperatursensor 46, einem Verdampfertemperatursensor 48, einem Luftfeuchtigkeitsensor 50, einem Solarlastsensor 52 und einem Auslasslufttemperatursensor 54 empfangen. Die Sensoren 44 bis 54 können Signale bereitstellen, welche repräsentativ sind für die Innenkabinentemperatur, die Umgebungs(Außen)-Lufttemperatur, die Verdampfertemperatur, die relative Luftfeuchtigkeit der Fahrgastzelle, die Solarenergie bzw. Sonnenenergie, umfassend Richtung und Winkel des Sonnenlichts, welches in das Fahrzeug eintritt, bzw. die Auslasslufttemperatur (d. h., die Temperatur der Luft, welche von dem HVAC-System 20 in die Fahrzeugkabine ausgestoßen wird).
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Die Steuereinheit bzw. der Regler 40 kann zudem Eingaben von dem Steuerkopf 42 empfangen, entsprechend verschiedenen Insassenauswahlen bezüglich des Klimas der Fahrgastzelle 29. Wie im Detail unten beschrieben ist, kann der Regelungskopf 42 einem Fahrzeuginsassen ermöglichen, ein relatives Komfortlevel oder Komfortniveau einzustellen, und das HVAC-System 20 kann automatisch betrieben werden, um das von dem Insassen eingestellte Komfortlevel zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Ferner kann der Regelungskopf 42 einem Fahrzeuginsassen ermöglichen, die HVAC-Funktionen manuell zu steuern und in manchen Fällen den automatischen Betrieb des HVAC-Systems 20 aufzuheben. Der Regler 40 kann den Betrieb des Kompressors 37 und des Gebläsesystems 30 sowie die Türen bzw. Klappen 22 bis 28 steuern, um die Temperatur und Strömung der Luft zu regulieren, um letztendlich den Komfort des Fahrers und des Beifahrers in dem Fahrzeug aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus kann der Regler 40 mit einem Algorithmus programmiert sein, um ein automatisches Entnebeln bzw. Entfernen eines Beschlags der Fahrzeugwindschutzscheibe zu erzielen.
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3 zeigt einen als Beispiel dienenden Klimaregelungskopf 42 im Detail. Der Regelungskopf 42 kann als eine Eingabevorrichtung für Fahrzeuginsassen dienen, welche eine manuelle Auswahl von verschiedenen Klimaregelungsfunktionen erlaubt. Ein Modusauswahlschalter 56 kann einem Insassen ermöglichen, manuell auszuwählen, wohin Luftströmung gerichtet wird. Der Modusauswahlschalter 56 kann dem Insassen zudem ermöglichen, einen automatischen Modus auszuwählen, welcher dem Klimaregelungssystem 10 erlaubt, den Insassenkomfort zu regeln sowie verschiedene Klimaregelungsfunktionen automatisch zu regeln basierend auf Umwelt/Umgebungs-Zuständen und/oder Fahrzeugbetriebseigenschaften. Der Regelungskopf 42 kann ferner einen Gebläseauswahlschalter 58 zum Bereitstellen von an/aus sowie einer manuellen und automatischen Gebläsegeschwindigkeitssteuerung aufweisen. Ein Rezirkulationsschalter 60 kann eine vollständige Rezirkulation von Kabinenluft, ausschließlich Frischluft oder eine Kombination davon ermöglichen.
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Der Klimaregelungskopf 42 kann auch einen A/C-Schalter 62 aufweisen, welcher es dem Insassen erlaubt, die Luftaufbereitung manuell auszuwählen. Darüber hinaus kann auch ein automatischer Entnebelungsschalter 64 vorgesehen sein. Einige automatische Klimaregelungssysteme überwachen eine Temperatur und ein Luftfeuchtigkeitslevel der Fahrzeugkabine, um zu bestimmen, ob ein Entnebelungsbetrieb der Windschutzscheibe wünschenswert ist. Wenn bestimmt wird, dass ein automatischer Entnebelungsbetrieb gewünscht ist, wird das Klimaanlagensystem üblicherweise betrieben, um eine Zufuhr von relativ trockener Luft an die Windschutzscheibe bereitzustellen, um den Entnebelungsbetrieb schnell zu bewirken.
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Der Regelungskopf 42, welcher die oben beschriebenen Merkmale aufweist, ist lediglich ein Beispiel eines Klimaregelungskopfs, der gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Anmeldung verwendet werden kann. Andere Regelungs-/Kontrollköpfe, einschließlich andere analoge oder digitale Regelungsköpfe, können auch verwendet werden, und können alternative oder zusätzliche Merkmale aufweisen, welche anders sind als die hierin beschriebenen, ohne von dem Umfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung kann der Klimaregelungskopf 42 eine oder mehrere Insassen-Komfortniveau-Auswahlvorrichtungen 66 aufweisen, welche eine relative Komfortregelung der Fahrgastzelle 29 in sowohl dem manuellen als auch dem automatischen Modus bereitstellen können. Die Komfortniveau-Auswahlvorrichtung 66 kann anstatt eines Automatische-Temperaturregelung(ATC)-Schalters vorgesehen sein. Ein Insasse kann eine relative Komfortniveau-Einstellung auswählen, anstelle eines spezifischen Temperatursollwerts. Z. B. kann sich ein Insasse für eine wärmer/kälter-Klimaregelung entscheiden, anstatt eine gewünschte Kabinentemperatur zu spezifizieren. In diesem Zusammenhang kann ein Bereich von Komfortniveau-Einstellungen, wie sie im größeren Detail in 4 beschrieben sind, angeboten werden, um eine effizientere Klimaregelung bereitzustellen.
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Die Komfortniveau-Auswahlvorrichtungen 66 können eine Fahrer-Komfortniveau-Auswahlvorrichtung und eine Beifahrer-Komfortniveau-Auswahlvorrichtung für eine Dual-Zonen-Klimaregelung aufweisen. Jede Komfortniveau-Auswahlvorrichtung 66 kann von einem Insassen verwendet werden, um ein relatives Komfortniveau der Kabine 29 inkrementell auszuwählen, was durch eine entsprechende Komfortniveau-Anzeige 68 unter Verwendung eines Displaypanels 70 angezeigt werden kann. Das Klimaregelungssystem 10 kann dann betrieben werden, um das von dem Insassen eingestellte Komfortniveau automatisch zu erreichen und aufrechtzuhalten. Die Komfortniveau-Anzeige 68 kann eine Anzahl von relativen Komfortniveaus anzeigen, welche z. B. von kühl bis warm oder kalt bis heiß reichen. Das Displaypanel 70 kann zusätzliche Inhalte anzeigen, wie z. B. die gegenwärtige Kabinentemperatur, die gegenwärtige äußere Umgebungstemperatur o. ä.
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Im Folgenden wird auf 4 Bezug genommen, welche eine vereinfachte als Beispiel dienende Tabelle 72 zeigt, welche eine thermische Komfortskala 74 darstellt, welche von dem System 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Anmeldung angewandt werden kann. Wie ersichtlich ist, ist für illustrative Zwecke ein relatives Wärmekomfortspektrum bereitgestellt, das unterteilt bzw. klassifiziert ist in „kalt” an einem Ende bis „heiß” an dem anderen Ende. Durch das Einstellen des gewünschten relativen thermischen Komfortniveaus unter Verwendung des Komfortniveau-Auswahlelements 66 wird beeinflusst, wohin die Komfortniveauauswahl auf der thermischen Komfortskala 74 fällt. Z. B. führt eine Anpassung der Komfortniveau-Auswahlvorrichtung 66 für ein kühleres Kabinenklima zu einer Verschiebung der Komfortniveauauswahl auf der Skala 74 nach links.
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Wie in 4 gezeigt, kann die Komfortskala 74 in mehrere Komfortklassen 76 unterteilt sein, wobei jeder Klasse eine eigene thermische Komfortbewertung/Komforteinstufung (TCR) 78 zugeordnet ist. Es ist zu beachten, dass mehr oder weniger TCRs vorgesehen sein können, ohne von dem Umfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen. Z. B. können die Enden des angewandten thermischen Komfortspektrums, welches in der Skala 74 vorgesehen ist, „kühl” und „warm” sein, anstelle von „kalt” und „heiß”. Darüber hinaus entspricht eine inkrementelle Veränderung der Komfortniveauauswahl durch einen Insassen nicht notwendigerweise der gleichen inkrementellen Veränderung der TCR. Ferner können bei der Bestimmung/Ermittlung der TCR zusätzlich zu der Komfortniveauauswahl eines Insassens unter Verwendung der Komfortniveau-Auswahlvorrichtung 66 andere Zustände berücksichtigt werden. Z. B. können Umweltzustände oder die Umgebung betreffende Zustande, wie z. B. die Sonnenlast und Luftfeuchtigkeit, die Art und Weise beeinflussen, in der die TCR bestimmt wird. Obgleich 4 ein spezifisches Komfortniveau (z. B. „kühl”, „Komfort”, „warm”) zeigt, welches einer eigenen TCR zugeordnet ist, ist dies lediglich illustrativ, um zu zeigen, wie inkrementelle Veränderungen der Komfortniveauauswahl die TCR beeinflussen können. Üblicherweise kann die Auswahl einer wärmeren Komfortniveaueinstellung an dem Regelungskopf 42 eine Tendenz aufweisen, die TCR zu erhöhen.
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Da der Klimaregelungskopf 42 anstatt spezifischer Temperaturwerte die Auswahl eines relativen thermischen Komforts bereitstellt, ist es verständlich, dass eine bestimmte TCR einem Bereich von Temperaturen entsprechen kann. Zum Beispiel kann eine TCR von 5, welche beschrieben ist als „angenehm – kein thermisches Unbehagen”, möglicherweise Temperaturen entsprechen, welche in dem Bereich von 68°F bis 73°F liegen. In diesem Zusammenhang kann eine TCR von 4 einem Bereich von Temperaturen entsprechen, der unterhalb desjenigen der TCR 5 ist, während eine TCR von 6 einem Bereich von Temperaturen entsprechen kann, welcher oberhalb von dem der TCR 5 ist. Die speziellen TCR-Temperaturbereiche können variieren basierend auf verschiedenen Designanforderungen, Vorzügen und/oder anderen Systemparametern, ohne von dem Umfang der vorliegenden Anmeldung abzuweichen.
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Wie gezeigt, kann die TCR 5 in die Nähe der Mitte des Spektrums des relativen thermischen Komforts fallen. Dies liegt daran, dass sie dem optimalen Niveau des thermischen Komforts entsprechen kann, innerhalb eines Bereiches, welcher sowohl kalte als auch heiße Temperaturextreme enthält. Wie oben beschrieben wurde, entsprechen die thermischen Komfortbewertungen üblicherweise dem relativen thermischen Komfort im Inneren der Fahrgastzelle 29. Folglich ist es verständlich, dass obgleich die Enden des Komfortspektrums in der Skala 74 als Unbehagen bzw. Unannehmlichkeit beschrieben sind, ein gewisses Niveau an allgemeinem Komfort aufrechterhalten werden kann.
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Bei wärmeren Umgebungstemperaturen kann das A/C-System verwendet werden, um die Kabine 29 zu kühlen und dadurch den Wärmekomfort zu erhöhen. Je wärmer die Umgebungsluft ist, desto heftiger muss das A/C-System arbeiten, um ein gewünschtes Wärmekomfortniveau zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Gleichermaßen muss das A/C-System desto heftiger arbeiten, je kühler die Komfortniveauauswahl durch einen Insassen ist. Folglich kann der Regelungskopf 42 ein gewisses Niveau an automatischer Temperaturregelung im allgemeinen Sinne bereitstellen für extreme Umgebungs- und Fahrgastzellentemperaturen sowie für eine extreme Insassen-Sollwert-Einstellung während dem A/C-Runterschalten. Auch wenn ein gewisses Niveau an allgemeinem Komfort aufrechterhalten werden kann, sind die Einstellungen an dem Regelungskopf 42 z. B. nicht mit Zahlen versehen, wie dies bei herkömmlichen automatischen Temperaturregelungen der Fall ist. Folglich gibt es von dem Steuerkopf 42 keine Implikation dahingehend, dass das Klimaregelungssystem 10 automatisch eine spezifische Temperatur aufrechterhält. Da stattdessen relative thermische Komfortniveaus vorgesehen sind, kann die Kraftstoffeinsparungseffizienz erhöht werden, ohne mit einer ineffizienten automatischen Temperaturregelung zu konkurrieren.
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Da jede TCR einem Bereich von Temperaturen entsprechen kann, können verschiedene Klimaregelungssystemvorrichtungen (wie z. B. das HVAC-Gebläse 30, der elektrische Kompressor 37, der Heizkern 34 o. ä.) weniger geneigt sein, zusätzliche Energie zu verbrauchen, sobald die Fahrgastzellentemperatur den entsprechenden Komfortbereich erreicht hat. Hierzu kann das System 10 im Betrieb des Klimaanlagensystems 35 abgeneigt oder unwillig sein, die Kompressorgeschwindigkeit zu erhöhen, um Komfort zurück zu gewinnen, was eine Verbesserung oder Aufrechterhaltung der Kraftstoffeinsparung unterstützen kann. Wenn z. B. die Sonnenlast ansteigt, kann der Insasse etwas Komfort verlieren, jedoch wird die Kraftstoffeinsparung im Allgemeinen aufrechterhalten. Wenn die Kabine 29 zu warm wird und der Insasse ein größeres Wohlgefühl wünscht, so kann es erforderlich sein, dass der Insasse die Komfortniveau-Auswahlvorrichtung 66 manuell auf ein kühleres relatives Komfortniveau einstellen muss und wissentlich Kraftstoffeinsparung opfert.
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In dem A/C-Modus passt das System 10 das Klima durch Steuern/Regeln der Kompressorgeschwindigkeit und der Temperaturmischtürposition an. Die Mischtürposition kann die in dem HVAC-System auftretende Heißluftmischmenge bestimmen. Wenn die Mischtür vollständig geöffnet ist, wird die maximale Heißluftmischmenge in die Fahrgastzelle ausgestoßen. Darüber hinaus gilt, dass je schneller der Kompressor betrieben wird, desto mehr Kühlleistung wird generiert. Das System 10 kann eine im Wesentlichen lineare Klimaregelungsstrategie bereitstellen, welche zumindest auf der Umgebungstemperatur, der Kabinentemperatur und der TCR basiert. Wie zuvor erwähnt wurde, kann die TCR zumindest zum Teil auf Basis der Komfortniveauauswahl durch einen Insassen bestimmt werden. Das Klimaregelungssystem kann beim Ausführen der Strategie eine Mehrzahl von Wertetabellen (LUTs) verwenden. In diesem Zusammenhang kann der Regler 40 für jede TCR eine LUT speichern. Die Kompressorgeschwindigkeitsausgabe und die Mischtürpositionsausgabe können aus der anwendbaren LUT als eine Funktion der Umgebungstemperatur und der Kabinentemperatur bestimmt werden.
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Die 5a, 6a und 7a stellen vereinfachte, als Beispiel dienende LUTs 80 für TCRs entsprechend 5, 6 bzw. 7 dar. Zu der Fahrgastzellentemperatureingabe gehörende Werte sind in der Spalte ganz links gezeigt, während zu der Umgebungstemperatureingabe gehörende Werte in der oberen Zeile bereitgestellt sind. Die in den 5a, 6a und 7a gezeigten LUTs dienen lediglich der Veranschaulichung und sind folglich lediglich repräsentativ für die darin enthaltene Art von Information, jedoch nicht notwendigerweise für die Quantität oder Auflösung solcher Informationen. Z. B. können viel mehr Kabinentemperaturwerte und Umgebungstemperaturwerte in einer typischen LUT zum Bestimmen der Kompressorgeschwindigkeitsausgabe und der Mischtürausgabe aufgezeichnet sein. Wie gezeigt, kann die Kompressorgeschwindigkeit in Umdrehungen pro Minute (RPM) bereitgestellt sein, und die Mischtürposition kann in Form von Prozenten bereitgestellt sein, wobei 100% einer maximalen Öffnung der Mischtür entspricht.
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Die spezifischen Werte, welche in den LUTs abgebildet/aufgezeichnet sind, sind ebenfalls exemplarisch und können in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Designüberlegungen und -einschränkungen variieren. Z. B. zeigen die 5a, 6a und 7a jeweils, dass sich der Kompressor einschalten kann, wenn die Umgebungstemperatur 30°F ist. Obgleich dies unwahrscheinlich ist und sogar untersagt sein kann, wurde dies getan, um die Linien 94, 94' und 94'' in den 5b, 6b und 7b, die unten detailliert beschrieben sind, noch deutlicher zu zeigen. In ähnlicher Weise ist es unwahrscheinlich, dass die Fahrgastzellentemperatur Werte von 110°F erreicht, wenn die Umgebungstemperatur 30°F ist, jedoch existieren solche Werte in den LUTs, um die Art und Quantität an Information zu demonstrieren, welche darin enthalten sein kann.
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Die 5b, 6b und 7b sind graphische Darstellungen 82 entsprechend den LUTs 80 in den 5a, 6a bzw. 7a. Jedes Diagramm stellt die Kompressorgeschwindigkeitsausgabe und die Mischtürpositionsausgabe als eine Funktion der Kabinentemperatur und der Umgebungstemperatur für eine gegebene TCR graphisch dar.
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5b, welche einer TCR gleich 5 entspricht, kann repräsentativ sein für einen idealen Insassenkomfort. Die Linie 84 stellt die Mischtürposition als eine Funktion der Kabinentemperatur dar, wenn die Umgebungstemperatur ungefähr 90°F ist. Die Linie 86 stellt die Mischtürposition als eine Funktion der Kabinentemperatur dar, wenn die Umgebungstemperatur ungefähr 75°F ist. Die Linie 88 stellt die Mischtürposition als eine Funktion der Kabinentemperatur dar, wenn die Umgebungstemperatur ungefähr 30°F ist. Entsprechend stellt die Linie 90 die Kompressorgeschwindigkeit als eine Funktion der Kabinentemperatur dar, wenn die Umgebungstemperatur ungefähr 90°F beträgt. Die Linie 92 stellt die Kompressorgeschwindigkeit als eine Funktion der Kabinentemperatur dar, wenn die Umgebungstemperatur ungefähr 75°F beträgt. Die Linie 94 stellt die Kompressorgeschwindigkeit als eine Funktion der Kabinentemperatur dar, wenn die Umgebungstemperatur ungefähr 30°F ist. Die Linien 84 und 90, welche einer 90°F-Umgebung entsprechen, schneiden sich bei dem Punkt 96. Die Linien 86 und 92, welche einer 75°F-Umgebung entsprechen, schneiden sich bei dem Punkt 98. Die Linien 88 und 94, welche einer 30°F-Umgebung entsprechen, schneiden bzw. kreuzen sich bei dem Punkt 100. Die Flächen 102, 104 und 106 unterhalb der Schnittpunkte 96, 98 bzw. 100 können indikativ sein für die Energieineffizienz des Klimaregelungssystems bei der Optimierung des Komforts.
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6b entspricht einer TCR gleich 6, bei der der Insasse ein wenig Komfort opfern kann, um die Kraftstoffeinsparung zu verbessern. Es ist zu beachten, dass TCR 6 für viele Fahrer noch immer sehr angenehm sein kann, lediglich geringfügig wärmer als TCR 5. Wie gezeigt, sind die Flächen 102', 104' und 106' unterhalb der Schnittpunkte 96', 98' bzw. 100' viel kleiner, wenn TCR gleich 6 ist. Dies kann ein Anzeichen sein, dass das System effizienter betrieben wird, was in einer verbesserten Kraftstoffersparnis resultiert.
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7 entspricht einer TCR gleich 7, bei der der Insasse ein moderates Unbehagen empfinden kann. Nochmals, obgleich als moderates Unbehagen beschrieben, kann ein gewisses allgemeines Niveau an Komfort aufrechterhalten werden. Die Flächen 102'', 104'' und 106'' unterhalb der Schnittpunkte 96'', 98'' bzw. 100'' sind sogar noch kleiner, wenn TCR gleich 7 ist. Folglich ist ersichtlich, dass das Klimaregelungssystem effizienter betrieben werden kann, wenn das relative Komfortniveau reduziert wird.
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Sobald die Fahrgastzellentemperatur in den Bereich der Temperaturen fällt, welche der bestimmten/ermittelten TCR entsprechen, kann das System 10 den Kompressor 37 bei seiner gegenwärtigen Geschwindigkeit und die Mischtür 26 in ihrer gegenwärtigen Position halten. Wie vorher beschrieben, kann das System 10 dann abgeneigt oder unwillig sein, die Kompressorgeschwindigkeit zu erhöhen, sollte die Kabinentemperatur ansteigen. Dies liegt daran, dass die von dem Klimaregelungssystem 10 der vorliegenden Anmeldung angewandte Strategie gestaltet ist, um die Kraftstoffeinsparung bei Aufrechterhaltung des Insassenkomforts zu verbessern, anstatt zu versuchen, eine spezifische Solltemperatur aufrechtzuerhalten. Dabei kann die Klimaregelungsstrategie der vorliegenden Anmeldung eine relativ schnelle bzw. steile Rampe nach unten zu einer minimalen Kompressorgeschwindigkeit hin verwenden. Sobald der Sollkomfortbereich erreicht ist, ist der Kompressor 37 weniger geneigt, zusätzliche Energie zu verbrauchen, verglichen mit einem System, welches versucht, eine Stationärer-Zustand-Regelung einer Solltemperatur zu garantieren.
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Im Folgenden wird auf 8 Bezug genommen, welche ein vereinfachtes, als Beispiel dienendes Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zum Betreiben eines Klimaregelungssystems darstellt. Schritt 205 stellt einen Eintritt in das Verfahren dar. Bei dem Schritt 210 kann das System Eingaben/Eingangssignale empfangen, welche die gegenwärtigen Umwelt/Umgebungs-Zustände betreffen. Z. B. kann der Regler 40 von dem Umgebungstemperatursensor 64 eine der Außenumgebungstemperatur entsprechende Eingabe und von dem Kabinentemperatursensor 44 eine der Fahrgastzellentemperatur entsprechende Eingabe empfangen. Darüber hinaus kann der Regler verschiedene zusätzliche Eingaben empfangen, wie z. B. die Luftfeuchtigkeit und die Solarlast/Sonnenlast. Als nächstes kann das System über den Klimaregelungskopf 42 Anwendereingaben empfangen. Insbesondere kann ein Insasse ein gewünschtes relatives thermisches Komfortniveau unter Verwendung der Komfortniveau-Auswahlvorrichtung 66 auswählen. Entsprechend kann der Regler 40 bei dem Schritt 215 von dem Regelungskopf die Komfortniveauauswahl empfangen. Sobald die Komfortniveauauswahl erhalten wurde, kann das System in dem Schritt 220 eine thermische Komfortbewertung bzw. -einstufung (TCR) vornehmen. Wie vorher beschrieben wurde, kann die TCR indikativ sein für das Soll-Komfortniveau, welches in der Komfortskala 74 definiert ist. Die TCR kann im Wesentlichen auf der Komfortniveauauswahl basieren. Zusätzlich kann die TCR ferner auf der Luftfeuchtigkeit und der Solarlast basieren.
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Sobald die TCR eingangs bestimmt ist, kann das System bei dem Schritt 225 Änderungen in der Komfortniveauauswahl kontinuierlich überwachen. Wenn ein Insasse das Komfortniveau angepasst hat, so kann das Verfahren zu 215 zurückkehren, so dass die neue Komfortniveauauswahl von dem Regler 40 empfangen werden kann. Wenn jedoch die Komforteinstellung nicht angepasst bzw. verändert wurde, so schreitet das Verfahren zu dem Schritt 230 voran. Bei dem Schritt 230 kann das System ermitteln, ob die gegenwärtige Kabinentemperatur innerhalb des Bereichs von Temperaturen ist, die mit der bestimmten TCR verknüpft sind. Wenn die gegenwärtige Kabinentemperatur nicht innerhalb des Komfortbereichs ist, kann das Verfahren zu dem Schritt 235 voranschreiten, wobei das System auf eine von einer Mehrzahl von Wertetabellen zugreift. Die Mehrzahl von Wertetabellen kann in einem Speicher gespeichert sein, der bezüglich des Reglers 40 intern oder extern vorgesehen ist. Es kann für jede TCR eine Wertetabelle vorgesehen sein. Bei dem Schritt 235 greift das System auf die Wertetabelle zu, welche der TCR entspricht, welche bei dem Schritt 220 bestimmt wurde. Bei dem Schritt 240 kann das System die Kompressorgeschwindigkeit (oder Soll-Verdampfertemperatur) und die Mischtürposition bestimmen, und zwar unter Verwendung der abgerufenen Wertetabelle basierend auf der Kabinentemperatur und der Umgebungstemperatur, welche bei dem Schritt 210 erhalten wurden. Sobald die Kompressorgeschwindigkeit und die Mischtürposition bestimmt sind, werden repräsentative elektrische Signale an den Kompressor 37 und die Mischtür 26 übermittelt, so dass diese entsprechend betrieben werden (Schritt 245). Das Verfahren kann dann zu dem Schritt 210 zurückkehren.
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Wieder auf Schritt 230 Bezug nehmend, kann das Verfahren andererseits zu dem Schritt 250 voranschreiten, wenn die gegenwärtige Kabinentemperatur innerhalb des Komfortbereichs ist. Bei dem Schritt 250 kann das System die Kompressorgeschwindigkeit und die Mischtürposition auf ihren gegenwärtigen Werten halten. Solange die Kabinentemperatur innerhalb des Komfortbereichs ist, können die Kompressorgeschwindigkeit und die Mischtürposition unverändert bleiben. In diesem Zusammenhang kann das Verfahren wieder zu dem Schritt 245 voranschreiten, in dem Signale, welche repräsentativ sind für die gegenwärtige Kompressorgeschwindigkeit und Mischtürposition, weiterhin an den Kompressor 37 und die Mischtür 26 übermittelt werden, so dass diese bei demselben Niveau betrieben werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Klimaregelungssystems bereitgestellt, welches einen Kompressor, eine Mischtür und einen Regelungskopf aufweist, der zumindest ein Komfortniveauauswahlelement hat. Das Verfahren umfasst:
Empfangen von Eingaben, welche einer Umgebungstemperatur, einer Kabinentemperatur und einer Komfortniveauauswahl entsprechen, und
Bestimmen der Kompressorgeschwindigkeit und der Mischtürposition basierend zumindest im Teil auf der Umgebungstemperatur, der Kabinentemperatur und der Komfortniveauauswahl.
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Das Verfahren kann ferner aufweisen:
Bestimmen einer thermischen Komforteinstufung (TCR) basierend zumindest im Teil auf der Komfortniveauauswahl und
Bestimmen der Kompressorgeschwindigkeit und der Mischtürposition basierend zumindest im Teil auf der Umgebungstemperatur, der Kabinentemperatur und der TCR.
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Die TCR kann ferner auf einer Solarlast und einer Luftfeuchtigkeit basieren.
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Das Verfahren kann ferner aufweisen:
Speichern von einer Mehrzahl von Wertetabellen, wobei jede Wertetabelle einer unterschiedlichen TCR entspricht, und
Zugreifen auf eine der Mehrzahl von Wertetabellen entsprechend der bestimmten TCR.
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Die Kompressorgeschwindigkeit und die Mischtürposition können z. B. gemäß der abgerufenen Wertetabelle als eine Funktion der Umgebungstemperatur und der Kabinentemperatur bestimmt werden.
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Dabei kann das Verfahren z. B. ferner aufweisen:
Übermitteln einer Ausgabe an den Kompressor entsprechend der bestimmten Kompressorgeschwindigkeit, so dass der Kompressor ungefähr bei der bestimmten Kompressorgeschwindigkeit betrieben wird, und
Übermitteln einer Ausgabe an die Mischtür entsprechend der bestimmten Mischtürposition, so dass die Mischtür ungefähr bei der bestimmten Mischtürposition betrieben wird.
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Jede TCR kann mit einem Bereich von Kabinentemperaturen verknüpft sein.
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Das Verfahren kann dabei ferner aufweisen:
Aufrechterhalten einer gegenwärtigen Kompressorgeschwindigkeit und Mischtürposition, wenn die Kabinentemperatur innerhalb des Bereichs ist, welcher mit der bestimmten TCR verknüpft ist.
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Gemäß einer noch anderen Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Klimaregelungssystems in einem Fahrzeug bereitgestellt, das einen Kompressor, eine Mischtür und einen Regelungskopf aufweist, der zumindest ein Komfortniveauauswahlelement zur Benutzung durch eine Fahrzeugbedienperson aufweist, wobei das Verfahren aufweist:
Empfangen von Eingaben entsprechend einer Umgebungstemperatur, einer Kabinentemperatur und einer Komfortniveauauswahl, die einem gewünschten Komfortniveau entspricht, das durch die Bedienperson ausgewählt wurde,
Bestimmen einer thermischen Komforteinstufung (TCR) basierend zumindest im Teil auf der Komfortniveauauswahl, wobei die TCR mit einem Bereich von Kabinentemperaturen verknüpft ist,
Bestimmen der Kompressorgeschwindigkeit und der Mischtürposition basierend zumindest im Teil auf der Umgebungstemperatur, der Kabinentemperatur und der TCR,
Übermitteln einer Ausgabe an den Kompressor entsprechend der bestimmten Kompressorgeschwindigkeit, so dass der Kompressor bei ungefähr der bestimmten Kompressorgeschwindigkeit betrieben wird, und
Übermitteln einer Ausgabe an die Mischtür entsprechend der bestimmten Mischtürposition, so dass die Mischtür bei ungefähr der bestimmten Mischtürposition betrieben wird.
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Das Verfahren kann ferner aufweisen:
Speichern von einer Mehrzahl von Wertetabellen, wobei jede Wertetabelle einer unterschiedlichen TCR entspricht, und
Abrufen von einer der Mehrzahl von Wertetabellen entsprechend der bestimmten TCR, so dass die Kompressorgeschwindigkeit und Mischtürposition gemäß der abgerufenen Wertetabelle als eine Funktion der Umgebungstemperatur und der Kabinentemperatur bestimmt werden.
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Zusätzlich kann das Verfahren ferner aufweisen:
Aufrechterhalten einer gegenwärtigen Kompressorgeschwindigkeit und Mischtürposition, wenn die Kabinentemperatur innerhalb des Bereichs ist, welcher zu der bestimmten TCR gehört.
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Während die beste Art zum Ausführen der Erfindung im Detail beschrieben wurde, werden diejenigen, die mit der Technik vertraut sind, auf die sich diese Erfindung bezieht, verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen zum Praktizieren der Erfindung, wie sie in den angehängten Ansprüchen definiert ist, erkennen.
