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Die Erfindung betrifft eine Heizung für wenigstens eine Fläche wie eine Scheibe oder einen Spiegel eines Kraftfahrzeugs, mit jeweils einem der Fläche zugeordneten elektrischen Heizelement, das unabhängig von dem Betrieb eines Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs betreibbar ist.
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Kraftfahrzeuge sind mit derartigen Heizungen ausgerüstet, um eine Frontscheibe und/oder eine Heckscheibe zu beheizen. Daneben sind elektrische Heizungen zum Beheizen der Außenspiegel von Kraftfahrzeugen bekannt. Das elektrische Heizelement kann als in eine Glasscheibe integrierte Heizwendel, als auf die Scheibe aufgedruckte Heizleitung und/oder als auf die Scheibe aufgedampfte leitende Schicht ausgebildet sein. Weitere Scheiben eines Kraftfahrzeugs werden mittels Warmluft durch ein Gebläse beheizt, gegebenenfalls auch durch eine Standheizung.
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Eine gattungsgemäße Heizung ist aus der
DE 10 2008 040 301 A1 bekannt. Dort ist ein separater wiederaufladbarer Energiespeicher vorgesehen, so dass das elektrische Heizelement eingeschaltet werden kann, ohne die zum Starten des Motors benötigte Fahrzeugbatterie zu entladen.
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Aus der Druckschrift
US 7 783 400 B1 ist eine Vorrichtung zum Entfernen von Schnee und Eis von Scheiben eines Fahrzeugs bekannt. Diese Vorrichtung kann auch bei stehendem Fahrzeug betrieben werden, Beläge wie Schnee und Eis werden durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlen erwärmt, bis die beheizten Flächen von den Belägen befreit sind.
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Herkömmliche Heizungen und entsprechende Heizverfahren weisen den Nachteil auf, dass der Energieverbrauch vergleichsweise groß ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Heizung für wenigstens eine Fläche eines Kraftfahrzeugs anzugeben, deren Energieverbrauch reduziert ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Heizung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass jeder beheizbaren Fläche ein separater Sensor zugeordnet ist, dessen Sensorsignal in einer Steuerungseinrichtung zum Feststellen der Notwendigkeit einer Beheizung auswertbar ist, um das der jeweiligen Fläche zugeordnete Heizelement selektiv ein- oder auszuschalten.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass häufig lediglich bestimmte Flächen eines Kraftfahrzeugs einen Belag aufweisen, der vor Fahrtantritt entfernt werden muss. Ein Beispiel dafür ist ein neben einem Gebäude geparktes Fahrzeug, das häufig nur auf bestimmten Flächen einen Belag aufweist. Während bei herkömmlichen Heizungen stets sämtliche Heizelemente eingeschaltet werden, kann erfindungsgemäß selektiv eine Auswahl der benötigten Heizelemente erfolgen, so dass lediglich diejenigen Flächen beheizt werden, bei denen ein Belag entfernt werden muss. Beispielsweise kann der Fall eintreten, dass bei einem Kraftfahrzeug lediglich die Frontscheibe einen Belag aufweist, die Heckscheibe oder andere Scheiben jedoch nicht, dementsprechend wird lediglich das der Frontscheibe zugeordnete Heizelement eingeschaltet, wodurch sich eine beträchtliche Einsparung von Energie im Vergleich zu einer herkömmlichen Heizung, bei der sämtliche Heizelemente gleichzeitig in Betrieb sind, ergibt.
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Bei der erfindungsgemäßen Heizung kann es vorgesehen sein, dass der Zustand einer Fläche von der Steuerungseinrichtung anhand des Sensorsignals detektierbar ist. Nach der Detektion des Zustands kann von der Steuerungseinrichtung entschieden werden, ob eine bestimmte Fläche beheizt werden muss, um einen Belag zu entfernen. Die Auswertung des Sensorsignals durch die Steuerungseinrichtung liefert eine Zustandsinformation der jeweiligen Fläche, Beispiele dafür sind „Fläche beschlagen”, „Fläche vereist”, „Fläche nass” oder „Fläche schneebedeckt”. Da unterschiedliche Arten eines Belags detektiert werden können, liegt es auch im Rahmen der Erfindung, dass die Einschaltdauer eines Heizelements von der Steuerungseinrichtung in Abhängigkeit des Zustands der zu beheizenden Fläche festlegbar ist. Beispielsweise genügt eine kurze Einschaltdauer, wenn eine Fläche lediglich beschlagen ist. Eine längere Einschaltdauer ist hingegen erforderlich, wenn die Fläche schneebedeckt oder vereist ist. Neben der Einschaltdauer eines Heizelements kann auch die Heizleistung als steuerbarer Parameter verwendet werden. Dementsprechend kann eine Anpassung des Heizvorgangs sowohl durch die Länge der Einschaltdauer als auch durch die Wahl einer bestimmten Heizleistung beeinflusst werden.
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Ein besonders geringer Energieverbrauch ergibt, sich, wenn die Steuerungseinrichtung so ausgebildet ist, dass bei einem eingeschalteten Heizelement der Zustand der beheizten Fläche anhand des Sensorsignals überwacht wird und das Heizelement ausgeschaltet wird, wenn keine Notwendigkeit einer Beheizung mehr besteht. Auf diese Weise wird eine Rückkopplung während des Heizvorgangs erzielt, da die Steuerungseinrichtung den Heizvorgang unter Berücksichtigung des aktuellen Zustands der Fläche steuert. Auf diese Weise kann der Heizvorgang flexibel beeinflusst werden, beispielsweise kann die Heizleistung erhöht werden, wenn der Heizvorgang sehr langsam abläuft, andererseits können einzelne Heizelemente individuell und separat ausgeschaltet werden, wenn die jeweilige dem Heizelement zugeordnete Fläche keinen Belag mehr aufweist.
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Um den Komfort für einen Nutzer zu erhöhen, kann es vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäße Heizung eine Zeitschaltuhr aufweist, wodurch die Heizung zeitabhängig ein- oder ausgeschaltet wird. Beispielsweise kann eine Uhrzeit festgelegt werden, die z. B. 20 Minuten vor einem gewünschten, programmierten Abfahrtzeitpunkt liegt, so dass die erfindungsgemäße Heizung zu diesem Zeitpunkt eingeschaltet wird und die Flächen des Fahrzeugs bis zu dem Abfahrtzeitpunkt von einem Belag befreit Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine Heizung der beschriebenen Art auf.
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Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann es als netzladefähiges elektrifiziertes Fahrzeug mit einem Hochvolt-Energiespeicher ausgebildet sein, durch den die elektrischen Heizelemente mit Energie versorgt werden. Wenn die elektrischen Heizelemente durch den Hochvolt-Energiespeicher mit Energie versorgt werden entfällt das Risiko, dass eine Starterbatterie bzw. eine Bordnetzbatterie durch den Betrieb der elektrischen Heizelemente entladen wird.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass die Heizung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit Netzstrom betreibbar ist, insbesondere während einer Aufladung des oder eines Hochvolt-Energiespeichers. Zweckmäßig erfolgt das Beheizen von Flächen des Kraftfahrzeugs während des Aufladevorgangs eines Hochvolt-Energiespeichers. In diesem Zustand ist das Kraftfahrzeug ohnehin an ein Stromnetz angeschlossen, so dass eine praktisch unbegrenzte elektrische Kapazität und Leistung für die elektrischen Heizelemente zur Verfügung steht.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen und zeigen:
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1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Heizung; und
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2 ein Flussdiagramm zur Erläuterung eines Heizvorgangs.
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Das in 1 gezeigte Fahrzeug 1 umfasst eine Heizung für Scheiben und Spiegel, insbesondere kann eine Frontscheibe 2, eine Heckscheibe 3 sowie Seitenscheiben 4 beheizt werden. Jeder Scheibe ist dabei ein elektrisches Heizelement zugeordnet, das als in die Scheibe integrierter Heizdraht ausgebildet ist. Es sind auch andere Ausführungen denkbar, bei denen das Heizelement als auf eine Scheibe aufgebrachter elektrischer Leiter oder elektrisch leitende aufgedampfte Schicht ausgebildet ist. Ebenso sind Kombinationen dieser verschiedenen elektrischen Heizelemente möglich. Zusätzlich weist das Fahrzeug 1 einen Spiegel 5 auf, der als Außenrückspiegel ausgebildet ist und dessen Spiegelfläche ebenfalls elektrisch beheizbar ist.
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Dem Heizelement für die Seitenscheibe 4 ist ein separater Sensor 6 zugeordnet. Der Sensor 6 ist ein Außentemperatursensor, so dass aus der Unterschreitung eines Schwellwerts geschlossen werden kann, dass die Seitenscheibe 4 einen Belag in Form von Eis oder Schnee aufweist.
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Der Frontscheibe 2 ist ein Sensor zugeordnet, um auf dieser Fläche einen Belag zu detektieren. Der der Frontscheibe 2 zugeordnete Sensor ist ein lediglich schematisch dargestellter Regensensor 7. Bei anderen Ausgestaltungen kann das Fahrzeug einen optischen Sensor aufweisen, beispielsweise kann es sich dabei um eine Videokamera eines Lane-Assist-Systems handeln. Der Heckscheibe 3 ist ein kapazitiver Sensor 8 zugeordnet, um festzustellen, ob die Heckscheibe 3 beschlagen ist oder nicht. Ebenso ist jedem Spiegel 5 ein kapazitiver Sensor 9 zugeordnet. Mittels der in der Heckscheibe 3 und der Fläche der Spiegel 5 vorgesehenen Heizdrähte kann ein gegebenenfalls vorhandener Belag festgestellt werden.
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Der Sensor 6, der Regensensor 7, der kapazitive Sensor 8 und der dem Spiegel 5 zugeordnete Sensor 9 sind mit einer Steuerungseinrichtung 10 über nicht dargestellte Leitungsverbindungen verbunden, in der die von den einzelnen Sensoren erzeugten Sensorsignale erfasst und ausgewertet werden. Die Steuerungseinrichtung 10 ist so ausgebildet, dass die Notwendigkeit einer Beheizung festgestellt werden kann. Im Hinblick auf den der Seitenscheibe 4 zugeordneten Sensor 6 wird von der Notwendigkeit einer Beheizung ausgegangen, wenn die Außentemperatur einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel beträgt dieser Grenzwert +2°C.
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Mittels des an der Frontscheibe vorgesehenen Regensensors 7 wird die Notwendigkeit einer Beheizung festgestellt, wenn das Signal des Regensensors 7 die Information enthält, dass sich Regen oder ein anderer Belag auf der Frontscheibe 2 befindet. Im Hinblick auf den kapazitiven Sensor 8 wird die Notwendigkeit einer Beheizung festgestellt, wenn die Auswertung des Sensorsignals ergibt, dass ein Belag auf der Heckscheibe 3 vorhanden ist.
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Zusätzlich weist das Fahrzeug 1 einen Sensor (nicht gezeigt) für die Innenraumtemperatur auf, ebenso einen Sensor zur Erfassung der Luftfeuchtigkeit im Inneren des Fahrzeugs 1. Durch eine Auswertung der Temperatur und der Luftfeuchtigkeit kann erkannt werden, ob eine Unterschreitung des Taupunkts droht oder bereits stattgefunden hat. Bei unterschrittenem Taupunkt kondensiert Luftfeuchtigkeit, so dass die Notwendigkeit einer Beheizung gegeben ist.
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Die Steuerungseinrichtung prüft für jeden Sensor, ob die Notwendigkeit einer Beheizung gegeben ist und schaltet das dem Sensor zugeordnete Heizelement selektiv ein. Die Heizleistung wird dabei an den erwarteten Heizbedarf angepasst. Eine erhöhte Heizleistung wird benötigt, wenn sich auf der Frontscheibe Schnee oder Eis befindet, andererseits wird lediglich eine geringe Heizleistung benötigt, wenn ein Außenrückspiegel oder eine andere Fläche beschlagen ist.
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Die Steuerungseinrichtung 10 wertet in bestimmten Zeitabständen die Sensorsignale aus, so dass der aktuelle Zustand einer beheizten. Fläche berücksichtigt wird. Durch diese Rückkopplung wird automatisch festgestellt, wenn eine beheizte Fläche keinen Belag mehr aufweist, in diesem Zustand kann dass der jeweiligen beheizten Fläche zugeordnete elektrische Heizelement umgehend ausgeschaltet werden, so dass keine weitere Energie verbraucht wird. Die Steuerungseinrichtung 10 überprüft somit kontinuierlich und selektiv für jede beheizbare Fläche, ob die Beheizung fortgesetzt werden muss oder nicht.
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In 1 ist ferner dargestellt, dass das Fahrzeug 1 einen Hochvolt-Energiespeicher 11 aufweist, der über ein Ladekabel 12 an ein Stromnetz angeschlossen ist. Während des Ladevorgangs des Hochvolt-Energiespeichers 11 erfolgt die Versorgung der elektrischen Heizelemente aus derselben Energiequelle, d. h. über das Stromnetz.
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2 zeigt ein Flussdiagramm mit den wichtigsten Schritten beim Betrieb der Heizung des Kraftfahrzeugs. In 2 wird das Verfahren für den Betrieb der Heizung beispielhaft für ein Sensorsignal dargestellt, tatsächlich werden mehrere Sensorsignale parallel erfasst und ausgewertet.
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Nach dem Start 13 des Verfahrens für den Betrieb der Heizung werden Sensorsignale in Schritt 14 erfasst. Im Rahmen einer Auswertung 15 wird durch die Steuerungseinrichtung 10 geprüft, ob eine Beheizung notwendig ist oder nicht. Sofern keine Beheizung erforderlich ist, beispielsweise weil sich kein Belag auf einer beheizbaren Fläche befindet, wird das Verfahren in Schritt 16 beendet. Das Verfahren zum Betrieb der Heizung wird für weitere Sensoren parallel bzw. analog fortgesetzt.
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Andererseits, wenn die Auswertung 15 ergeben hat, dass sich auf einer Fläche ein Belag befindet, wird in Schritt 17 ein Heizelement selektiv eingeschaltet. Selbstverständlich können auch mehrere Heizelemente, die unterschiedlichen Flächen zugeordnet sind, selektiv eingeschaltet werden. Das Verfahren wird im Schritt 14 fortgesetzt, so dass wiederum Sensorsignale erfasst werden. Auf diese Weise kann ein Heizvorgang, der eine Entfernung eines Belags von einer Fläche bewirkt, verfolgt, gesteuert und kontrolliert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008040301 A1 [0003]
- US 7783400 B1 [0004]
