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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Steuersignals zur Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung für einen Innenraum, insbesondere für einen Innenraum eines Fahrzeugs, in Abhängigkeit von gemessenen Zustandsgrößen des Innenraumklimas. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens mit mindestens einem Innenraumtemperatursensor, mindestens einem Luftfeuchtesensor und mindestens einem Luftgütesensor zur Bestimmung des Anteils flüchtiger organischer Verbindungen in der Innenraumatmosphäre. Außerdem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer vorbezeichneten Vorrichtung.
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Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung sind bekannt und kommen in sehr vielen Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Um eine Steuerung des Fahrzeuginnenraumklimas zu ermöglichen, werden verschiedene Zustandsgrößen des Innenraumklimas überwacht. Sensoren zur Erfassung der einzelnen, das Innenraumklima beschreibenden Parameter, wie zum Beispiel zur Erfassung der Innenraumtemperatur, der Innenraumluftfeuchtigkeit, der Scheibenoberflächentemperatur, der Sonneneinstrahlung und der Luftgüte sind bekannt und kommen in Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Die Vielzahl der in einem Kraftfahrzeug zur Erfassung der klimabeschreibenden Parameter verbauten Sensoren kann zu Problemen bei der Verkabelung und beim Auswerten der sensorisch erfassten Messgrößen führen. Daraus resultierende, aufwendige Kabelarchitekturen und eine Vielzahl an benötigten Datenknoten bzw. Recheneinrichtungen führen zu kostenintensiven Konstruktionen.
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Ein besonderes Problem stellt die sensorische Erfassung der Innenraumluftqualität dar. Hierfür kommen zumeist Kohlenstoffdioxidsensoren zum Einsatz, die den Kohlenstoffdioxidanteil in der Innenraumluft durch optische Verfahren erfassen. Solche optischen Sensoren haben einen hohen Stromverbrauch, sind kostenintensiv und sind zudem noch sehr störanfällig. Problematisch ist vor allem, dass die optischen Kohlenstoffdioxidsensoren durch Ereignisse in der Innenraumatmosphäre, bei denen beispielsweise sehr viele Schwebstoffe freigesetzt werden, zeitweise funktionsuntüchtig gemacht werden können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine kostengünstige und energieeffiziente Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung für einen Innenraum eines Fahrzeuges ermöglicht ist.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruches 1, einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 und einem Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 15. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.
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Bei einem Verfahren zur Bestimmung mindestens eines Steuersignals zur Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung für einen Innenraum, insbesondere für einen Innenraum eines Fahrzeuges, in Abhängigkeit von gemessenen Zustandsgrößen des Innenraumklimas ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass aus Messwerten der Innenraumtemperatur und aus Messwerten der Innenraumluftfeuchtigkeit durch eine signalverarbeitende Funktion ein das Innenraumklima beschreibender Innenraumklimawert berechnet wird und dass aus Messwerten des Anteils flüchtiger organischer Verbindungen in der Innenraumatmosphäre durch eine signalverarbeitende Funktion ein die Luftqualität beschreibender Luftqualitätswert berechnet wird und dass aus dem Innenraumklimawert und dem Luftqualitätswert durch mindestens eine signalverarbeitende Funktion ein Steuersignal für eine Klimatisierungseinrichtung berechnet wird. Zur Erfassung der benötigten Messwerte des Innenraumklimas, hier die Innenraumtemperatur, die Innenraumluftfeuchtigkeit und der Anteil flüchtiger organischer Verbindungen in der Innenraumatmosphäre, stehen in vielen Kraftfahrzeugen standardmäßig entsprechende Sensoren bereit. Aus den Messwerten der Innenraumtemperatur und der Innenraumluftfeuchtigkeit wird ein Innenraumklimawert berechnet, der beispielsweise der Komforttemperatur des Menschen entsprechen kann. Die Komforttemperatur beschreibt dabei die Temperatur, oder den Temperaturbereich, der von Menschen im Allgemeinen als angenehm empfunden wird. Diese Größe ist von mehreren Zustandsgrößen des Innenraumklimas abhängig. So hat beispielsweise die Luftfeuchtigkeit einen großen Einfluss darauf, ob eine Temperatur als angenehm empfunden wird oder nicht. Des Weiteren können in die Berechnung des Innenraumklimawertes vorbestimmte Parameter, die den menschlichen Komforttemperaturbereich beschreiben, eingehen. Der berechnete Innenraumklimawert geht in eine signalverarbeitende Funktion ein, die ein Steuersignal an die Klimatisierungseinrichtung ausgibt. Neben einer als angenehm empfundenen Temperatur ist die Luftqualität im Innenraum eines Fahrzeuges für den Komfort der Insassen von entscheidender Bedeutung. In die Berechnung eines Luftqualitätswertes gehen Messwerte des Anteils flüchtiger organischer Verbindungen in der Innenraumatmosphäre ein. Der Luftqualitätswert geht in ein Steuersignal für die Klimatisierungseinrichtung ein, um ein gezieltes Belüften des Innenraums zu ermöglichen. Zu den flüchtigen organischen Verbindungen im Innenraum können zum Beispiel Treibstoffdämpfe zählen, die beispielsweise beim Ein- und Aussteigen oder beim Belüften in den Innenraum gelangen können, oder auch Lösungsmitteldämpfe, die aus der Innenverkleidung des Kraftfahrzeuges ausdunsten können. Auch vom menschlichen Körper abgegebene organische Verbindungen können in die Detektion der flüchtigen organische Verbindungen mit eingehen.
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In einer Weiterentwicklung des Verfahrens geht in die Berechnung des Innenraumklimawertes mindestens ein Messwert der Sonneneinstrahlung ein. Zur präzisen Erfassung der Innenraumtemperatur wird neben der vom Innenraum ausgehenden Wärmestrahlung auch die Sonneneinstrahlung in den Innenraum sensorisch erfasst. Durch die Messwerte der Sonneneinstrahlung ist ein genaueres rechnerisches Modell der Innenraumtemperatur möglich, da auch die Aufheizung von sonnenbeschienenen Elementen des Innenraums berücksichtigt werden kann. Somit ist eine präzisere Abschätzung der Innenraumtemperatur möglich. Des Weiteren hat die Sonneneinstrahlung in den Innenraum einen Einfluss auf das Temperaturempfinden der sich im Innenraum aufhaltenden Personen. Messwerte der Sonneneinstrahlung können in die Berechnung des Innenraumklimawertes eingehen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens geht in die Berechnung des Luftqualitätswertes mindestens ein durch einen Außenraumluftgütesensor erfasster, die Außenraumluft beschreibender, Messwert ein. Durch die Detektion von flüchtigen organischen Verbindungen wird die Innenraumluftqualität überwacht. Überschreitet beispielsweise der Anteil flüchtiger organischer Verbindungen einen Schwellwert, so kann beispielsweise ein Steuersignal an eine Steuereinrichtung einer Klimatisierungseinrichtung gesendet werden, um entsprechende Maßnahmen einzuleiten. Eine Maßnahme zur Senkung des Anteils flüchtiger organischer Verbindungen im Innenraum ist beispielsweise die Belüftung mit Frischluft. Dies ist allerdings nur sinnvoll, wenn die Außenluft eine höhere Qualität, also beispielsweise einen niedrigeren Anteil flüchtiger organischer Verbindungen, als die Innenluft aufweist. Zusätzlich kann die Außenluft auf ihren Anteil an in Fahrzeugabgasen vorkommenden Verbindungen, wie beispielsweise Stickstoffdioxid, Kohlenstoffdioxid oder Kohlenstoffmonoxid untersucht werden. Die Zustandsgrößen der Außenluft werden sensorisch von einem Außenraumluftgütesensor, beispielsweise im Bereich des Luftansaugeinlasses, erfasst. Die Ausgabewerte des Außenraumluftgütesensors gehen in die Berechnung des Luftqualitätswertes und somit in das Steuersignal, das an eine Klimatisierungseinrichtung gesendet wird, ein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens gehen mindestens ein Innenraumklimawert und mindestens ein Luftqualitätswert in die Berechnung einer Komfortfunktion ein und in die Komfortfunktion gehen vorgegebene, den klimatischen Behaglichkeitsbereich des Menschen beschreibende, Parameter ein und mindestens ein Ausgabewert der Komfortfunktion geht in ein Steuersignal ein, das an eine Steuereinheit einer Klimatisierungseinrichtung weitergeleitet wird. In die Berechnung der Komfortfunktion gehen die Zustandsgrößen des Innenraumklimas ein, die einen Einfluss auf die klimatische Behaglichkeit des Menschen haben. Über den berechneten Innenraumklimawert gehen die Innenraumtemperatur, die Innenraumluftfeuchtigkeit und die Sonneneinstrahlung in die Komfortfunktion ein. Über den Luftqualitätswert gehen der Anteil der flüchtigen organischen Verbindungen in der Innenraumluft und die Qualität der Außenluft, beispielsweise der Anteil an Stickstoffoxiden oder Kohlenstoffmonoxid, ein. Die Komfortfunktion gibt nach Berechnung beispielsweise einen das Innenraumklima beschreibenden Komfortwert aus. Der Komfortwert geht in ein Steuersignal zur Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung ein. Es kann beispielsweise ein Schwellenwert festgelegt werden, dessen Überschreitung ein Hinweis darauf sein kann, dass eine oder mehrere Zustandsgrößen des Innenraumklimas außerhalb des Behaglichkeitsbereiches des Menschen liegen. Durch die Steuerung der Klimatisierungseinrichtung können die betreffenden Zustandsgrößen entsprechend reguliert werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens gehen der Luftqualitätswert und der Innenraumklimawert in ein Energiebedarfsteuerungsmodel zur Minimierung des Energiebedarfs der Klimatisierungseinrichtung ein und mindestens ein Ausgabewert des Energiebedarfsteuerungsmodels geht in ein Steuersignal ein, das an eine Steuereinheit einer Klimatisierungseinrichtung weitergeleitet wird. Ein wesentliches Ziel bei der Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung ist ein energieeffizienter Betrieb der Klimatisierungseinrichtung. Ein sehr energieaufwendiger Prozess, bei dem zusätzlich noch Energie ungenutzt abgegeben wird, ist die Zufuhr von Frischluft in den Innenraum bei entsprechender Abgabe eines Teils der Innenraumluft. Besonders hoch ist der Energieverlust hierbei, wenn ein großer Temperaturunterschied zwischen Innenraumluft und Außenraumluft besteht. In diesen Fällen ist ein starkes Erwärmen oder Abkühlen der Außenraumluft erforderlich. Hinzu kommt eine aufwendige Aufbereitung der zugeführten Frischluft. Beispielsweise können durch zusätzliche Filter Pollen, Feinstaub oder sonstige Fremdbestandteile der Außenluft herausgefiltert werden. Insbesondere stark beladene Filter können die Ansaugleistung der Klimatisierungseinrichtung verringern und tragen somit zu einem höheren Energieverbrauch bei. Eine mögliche Maßnahme zur Reduzierung des Energieverbrauchs der Klimatisierungseinrichtung ist, die Klimatisierungseinrichtung einen möglichst großen Anteil der Betriebszeit im Umluftbetrieb zu nutzen. Im Umluftbetrieb wird die Innenraumluft im Innenraum umgewälzt. Hierdurch bleibt die Temperatur der Innenraumluft annähernd auf dem gleichen Niveau. Ein starkes Herabkühlen oder Erwärmen der Luft ist nicht notwendig. Problematisch beim Umluftbetrieb ist, dass sich flüchtige organische Verbindungen, oder auch Kohlenstoffdioxid bzw. Kohlenstoffmonoxid in der Innenraumluft anreichern. Dies stellt ein Sicherheitsrisiko dar, da besonders ein gesteigerter Anteil an Kohlenstoffdioxid bzw. Kohlenstoffmonoxid beispielsweise die Konzentrationsfähigkeit eines Fahrers herabsetzen können. Hinzu kommt, dass sich bei mangelnder Belüftung des Innenraums der Wert der Luftfeuchtigkeit im Innenraum erhöht, der wiederum einen Einfluss auf das Komfortempfinden der Insassen haben kann. Unter Umständen kann ein hoher Luftfeuchtigkeitswert auch zur Kondensation des Wassers an den Fensterscheiben des Innenraums führen. Durch ein Energiebedarfsteuerungsmodel wird berechnet, wann die Zufuhr von Frischluft im Hinblick auf die Energieeffizienz am sinnvollsten ist. Dazu gehen in das Energiebedarfsteuerungsmodel Ausgabewerte des Innenraumklimawertes und des Luftqualitätswertes ein. Dabei werden beispielsweise der Innenraumklimawert und der Luftqualitätswert jeweils mit Schwellwerten verglichen, bei deren Überschreitung eine Frischluftzufuhr in den Innenraum notwendig ist. Die Ausgabewerte des Energiebedarfsteuerungsmodels gehen in ein Steuersignal ein, das an eine Steuereinheit der Klimatisierungseinrichtung geleitet wird.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens werden Ausgabewerte der Komfortfunktion und Ausgabewerte des Energiebedarfsteuerungsmodels in ein Verhältnis gesetzt und bei bestimmten Verhältnissen der Ausgabewerte wird ein Steuersignal an die Steuereinheit der Klimatisierungseinrichtung zur Belüftung des Innenraums gesendet. Da die Belüftung des Innenraums einen erhöhten Energiebedarf zur Folge hat, ist es vorteilhaft, eine Klimatisierungseinrichtung einen möglichst großen Anteil der Betriebszeit im Umluftbetrieb zu nutzen. Hier stehen das Komfortempfinden der sich im Innenraum aufhaltenden Personen und das Bestreben nach einem energieeffizienten Betrieb der Klimatisierungseinrichtung einander gegenüber. Eine häufige Belüftung des Innenraums verbessert den empfundenen Komfort, hat aber einen erhöhten Energieverbrauch zur Folge. Über das Verhältnis der Ausgabewerte der Komfortfunktion und des Energiebedarfsteuerungsmodells kann beispielsweise durch eine Steuerroutine entschieden werden, ob eine Belüftung notwendig ist oder nicht. Dabei kann beispielsweise manuell eingestellt werden, ab welchem Verhältnis der Ausgabewerte eine Belüftung erfolgen soll. Es ist also einstellbar, ob eine eher energieeffiziente oder eine eher komfortorientierte Steuerung der Klimatisierungseinrichtung erfolgen soll.
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In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens gehen mindestens ein Temperaturmesswert an einer Fläche im Innenraum, insbesondere der Innenfläche einer Fensterscheibe, und mindestens ein Messwert der Innenraumluftfeuchtigkeit in eine signalverarbeitende Funktion zur Bestimmung der Kondensationswahrscheinlichkeit von Wasser im Innenraum ein und die Ausgabewerte der Funktion gehen in ein Steuersignal einer Klimatisierungseinrichtung ein. Neben der Einstellung der klimatischen Zustandsgrößen des Innenraumklimas innerhalb der Grenzen des menschlichen Komfortbereiches hat eine Klimatisierungseinrichtung auch für die Fahrsicherheit relevante Funktionen. So kann beispielsweise das Beschlagen der Fensterscheiben des Fahrzeuginnenraums durch gezielte Regulierung der relevanten Zustandsgrößen durch die Klimatisierungseinrichtung verhindert werden. Hierzu gehen Messwerte der Innenraumluftfeuchtigkeit und Messwerte der Temperatur an einer Fensterscheibe im Innenraum, beispielsweise der Innenflächen der Windschutzscheibe, in eine Funktion zur Bestimmung der Kondensationswahrscheinlichkeit von Wasser ein. Fällt bei einer bestimmten Luftfeuchtigkeit die Temperatur an einer Fensterscheibe unter die Taupunkttemperatur, so kondensiert ein Teil des in der Luft enthaltenen Wassers an der Fensterscheibe. Ausgabewerte der Funktion zur Bestimmung der Kondensationswahrscheinlichkeit im Innenraum gehen in ein Steuersignal einer Klimatisierungseinrichtung ein, um beispielsweise durch Temperaturerhöhung oder Verringerung der Luftfeuchtigkeit durch Frischluftzufuhr einer Kondensation entgegenzuwirken.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens geht mindestens ein Messwert der Innenraumtemperatur in die Funktion zur Bestimmung der Kondensationswahrscheinlichkeit ein. Neben der Temperatur an einer Fensterinnenfläche im Innenraum ist auch die Innenraumtemperatur ein entscheidender Parameter für die Wahrscheinlichkeit auftretender Kondensation im Innenraum. Die Innenraumtemperatur wird sensorisch erfasst und geht zusätzlich in die Funktion zur Bestimmung der Kondensationswahrscheinlichkeit ein.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die Messwerte der Innenraumtemperatur in räumlicher Abhängigkeit erfasst und aus den räumlich abhängigen Messwerten wird auf den Aufenthaltsort von Personen im Innenraum, insbesondere auf eine Sitzplatzbelegung, in einem Fahrzeug geschlossen. Die Innenraumtemperatur kann insbesondere durch die Erfassung der vom Innenraum ausgehenden Wärmestrahlung detektiert werden. Die sich im Innenraum aufhaltenden Personen tragen erheblich zur Erwärmung des Innenraums bei. Durch eine hinreichende räumliche Auflösung der vom Innenraum und somit auch der von den Insassen ausgehenden Wärmestrahlung ist es möglich festzustellen, ob beispielsweise ein Sitzplatz in einem Auto von einer Person belegt ist oder nicht. Es lässt sich somit durch die Temperaturerfassung auch die Anzahl der Personen ermitteln, die sich im Innenraum des Fahrzeuges aufhalten, insbesondere auf welchen Sitzplätzen sie sich aufhalten.
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In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens geht die Anzahl der sich im Innenraum aufhaltenden Personen in ein Steuersignal, das an die Steuereinrichtung einer Klimatisierungseinrichtung geleitet wird, ein. Um einen energieeffizienten Betrieb einer Klimatisierungseinrichtung zu erreichen, wird der Betrieb in der Luftumwälzungseinstellung gegenüber einer ständigen Frischluftzufuhr bevorzugt. Die Vermeidung von Frischluftzufuhr birgt dabei die Gefahr, dass sich unter anderem Kohlenstoffdioxid in der Innenraumluft ansammelt. Hier liegt ein Sicherheitsrisiko, da Kohlenstoffdioxid bei Überschreitung gewisser Grenzwerte die Konzentrationsfähigkeit der Fahrzeuginsassen herabsetzen kann. Die direkte Erfassung der Kohlenstoffdioxidkonzentration in der Innenraumluft ist nur mit kostenintensiven optischen Kohlenstoffdioxidsensoren möglich. Zudem sind die Messwerte von Kohlenstoffdioxidsensoren relativ unzuverlässig, da das optische Messverfahren beispielsweise durch andere Stoffe in der Innenraumluft beeinflusst werden kann. Durch die Bestimmung der Anzahl der Personen, die sich im Innenraum aufhalten, ist unter Berücksichtigung vorgegebener Parameter eine Vorhersage des Kohlenstoffdioxidgehalts in der Innenraumluft möglich. Bei den vorgegebenen Parametern kann es sich beispielsweise um den Kohlenstoffdioxidausstoß pro Person und Zeitabschnitt handeln. Der theoretisch ermittelte Kohlenstoffdioxidgehalt kann in ein Steuersignal eingehen, das an die Steuereinrichtung einer Klimatisierungseinrichtung geleitet wird. Bei Überschreitung eines Kohlenstoffdioxidgrenzwertes durch den berechneten Kohlenstoffdioxidanteil in der Innenraumluft wird Frischluft durch die Klimatisierungseinrichtung zugeführt. Neben der Anzahl der sich im Innenraum aufhaltenden Personen kann auch der detektierte Anteil flüchtiger organischer Verbindungen in der Innenraumluft in die Berechnung des Kohlenstoffdioxidwertes eingehen. Jede Person im Innenraum trägt zu dem Anteil flüchtiger organischer Verbindungen bei, so dass vom Anteil der flüchtigen organischen Verbindungen in der Innenraumluft auf die Kohlenstoffdioxid-Konzentration in der Innenluft geschlossen werden kann. Der Anteil flüchtiger organischer Verbindungen in der Innenraumluft kann also ein Indikator für die Kohlenstoffdioxidkonzentration sein.
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In einer Weiterbildung des Verfahrens wird die Steuerung von Frischluftzufuhr in den Innenraum durch die Ausgabewerte des Energiebedarfsteuerungsmodels geregelt. Durch die Steuerung der Frischluftzufuhr durch das Energiebedarfsteuerungsmodel ist eine erhebliche Reduzierung des Energiebedarfs der Klimatisierungseinrichtung gegeben. Frischluft wird dem Innenraum vorzugsweise nur zugeführt, wenn dies im Hinblick auf die Energieeffizienz günstig ist. So lange es die Zustandswerte des Innenraumklimas zulassen, wird die Klimatisierungseinrichtung im Umwälzbetrieb betrieben.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit mindestens einem Innenraumtemperatursensor, mindestens einem Luftfeuchtesensor und mindestens einem Luftgütesensor zur Bestimmung des Anteils flüchtiger organischer Verbindungen in der Innenraumatmosphäre. Bei der Vorrichtung ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass die Sensoren signalleitend mit einer Recheneinheit zur Berechnung eines Steuersignals auf Basis der Ausgabewerte der Sensoren verbunden sind und dass die Recheneinheit signalleitend mit mindestens einer Steuereinheit einer Klimatisierungseinrichtung verbunden ist. Durch die Verwendung eines Innenraumtemperatursensors, eines Luftfeuchtesensors und eines Luftgütesensors können alle wesentlichen, das Innenraumklima beschreibende Parameter, erfasst werden. Die verschiedenen Sensoren sind signalleitend mit einer Recheneinheit, vorzugsweise einer zentralen Recheneinheit, verbunden. In dieser Recheneinheit berechnete Steuersignale können über eine weitere signalleitende Verbindung zu einer Steuereinheit einer Klimatisierungseinrichtung geleitet werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind wenigstens zwei Sensoren in einer Baugruppe verbaut. Die Anordnung mehrerer, vorzugsweise aller Sensoren in einer Baugruppe und somit auch in einem Bauraum, ist vorteilhaft gegenüber der Verteilung der Sensoren über den Innenraum. Insbesondere die Nutzung eines bereits vorhandenen Sensorbauraums, wie zum Beispiel dem Bauraum des Regen-Licht-Sensors im oberen Bereich der oberen Kante der Windschutzscheibe, hat den Vorteil, dass bereits vorhandene Sensoren, Datenknotenpunkte und Kabelstränge zur Weiterleitung der Signale genutzt werden können. Zusätzliche Sensoren, wie beispielsweise ein Luftgütesensor zur Messung des Anteils flüchtiger organischer Verbindungen, oder ein Innenraumtemperatursensor können, beispielsweise als Modul zusammengefasst, dem Regen-Licht-Sensor hinzugefügt werden. Alle Sensoren zur Erfassung des Innenraumklimas sind somit in einem Bauraum vereint. Die entsprechenden Module können beispielsweise auch in den Bauraum eines bereits vorhandenen Frontkamerasystems integriert werden.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist die Vorrichtung einen Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur an einer Fläche, insbesondere einer Fensterinnenfläche, des Innenraums auf. Dieser Temperatursensor kann beispielsweise auch im Bereich des Regen-Licht-Sensors und/oder im Bereich der Frontkamera angeordnet sein. Durch Auslesen des Temperatursensors kann in Verbindung mit Messwerten der Innenraumluftfeuchtigkeit eine Vorhersage der Kondensationswahrscheinlichkeit von Wasser, beispielsweise an einer Fensterinnenfläche, getroffen werden. Die Ausgabewerte der Berechnung der Kondensationswahrscheinlichkeit können in die Steuerung der Klimatisierungseinrichtung einfließen.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine signalleitende Verbindung zu einem Außenraumluftgütesensor auf. Vorzugsweise ist der Außenraumluftgütesensor außerhalb des Innenraums im Bereich eines Luftansaugeinlasses der Klimatisierungseinrichtung angeordnet. Der Außenraumluftgütesensor weist dabei eine signalleitende Verbindung zu einer Recheneinheit bzw. einer Auswerteeinheit auf. Durch den Außenraumluftgütesensor ist beispielsweise eine Überwachung des Anteils an Kohlenstoffmonoxid oder Stickstoffoxiden in der Außenluft möglich.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung einen Sonneneinstrahlungssensor auf. Ein Sonneneinstrahlungssensor kann beispielsweise im Bereich einer Frontkamera angeordnet sein. Dabei ist der Sonneneinstrahlungssensor so angeordnet, dass die Sonneneinstrahlung in den Innenraum in Abhängigkeit des Einstrahlungswinkels aufgenommen werden kann. Die Vom Sonneneinstrahlungssensor erfassten Messwerte gehen in das Steuersignal zur Steuerung der Klimatisierungseinrichtung ein, um der Erwärmung und auch dem Temperaturempfinden der Insassen aufgrund der Sonneneinstrahlung Rechnung zu tragen. Insbesondere kann durch die winkelaufgelösten Messwerte des Sonneinstrahlungssensors bestimmt werden, welcher Bereich des Innenraums durch die Sonneneinstrahlung erwärmt wird.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist mindestens ein Innenraumtemperatursensor dem Innenraum, insbesondere den Sitzplätzen, in einem Fahrzeug zugewandt. Vorzugsweise sind alle Sensoren im Bereich beispielsweise einer Frontkamera und/oder eines Regen-Licht-Sensors angeordnet. Der Temperatursensor zur Bestimmung der Temperatur an der Innenfläche einer Fensterscheibe sowie der Sonneneinstrahlungssensor können dabei beispielsweise der Frontscheibe zugewandt sein. Die Sensoren zur Bestimmung der Innenraumtemperatur, der Innenraumluftfeuchtigkeit und der Innenraumluftgüte, also des Anteils organischer flüchtiger Verbindungen, können dem Innenraum zugewandt sein. Die Innenraumtemperatursensoren erfassen dabei die Innenraumtemperatur vorzugsweise in Form von Wärmestrahlung, die vom Innenraum ausgeht. Die Temperatursensoren können dabei so ausgerichtet sein, dass jeder Temperatursensor die Wärmestrahlung eines bestimmten Winkelbereichs erfasst. Durch die Auswertung der verschiedenen Winkelbereiche ist eine Bestimmung einer Sitzplatzbelegung möglich, da Insassen auf den Fahrzeugsitzen aufgrund ihrer Wärmeabstrahlung registriert werden können. Zusätzlich können Temperatursensoren in der Baugruppe der Oberfläche des Armaturenbretts angeordnet sein, um vom Armaturenbrett abgestrahlte Wärmestrahlung zu erfassen.
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In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung weist der Innenraumtemperatursensor wenigstens eine Thermosäule auf. Thermosäulen sind elektrische Bauelemente, die thermische Energie in elektrische Energie umwandeln. Thermosäulen sind Massenartikel und somit sehr günstig erhältlich. Durch die Anordnung mehrerer Temperatursäulen nebeneinander in unterschiedlichen Winkelausrichtungen kann die Wärmestrahlung unterschiedlicher Raumwinkel erfasst werden.
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Zudem betrifft die Erfindung ein Fahrzeug, insbesondere ein Kraftfahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Bei einem Kraftfahrzeug können eine Vielzahl bereits vorhandener Sensoren zur Erfassung der verschiedenen Innenraumklimazustandsgrößen genutzt werden.
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Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmalskombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, aus dem sich weitere erfinderische Merkmale ergeben, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung des Verfahrens,
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2: eine schematische, perspektivische Teilansicht eines Fahrzeuges mit einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens,
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3: eine schematische, perspektivische Teilansicht eines Fahrzeugs mit einer Vorrichtung gemäß 2.
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In 1 ist schematisch der Ablauf eines Verfahrens zur Bestimmung mindestens eines Steuersignals 1 zur Steuerung einer Klimatisierungseinrichtung dargestellt. Messwerte der Innenraumtemperatur 2, der Innenraumluftfeuchtigkeit 3 und der Sonneneinstrahlung 4 gehen in eine signalverarbeitende Funktion 5 ein. Aus diesen Messwerten 2, 3, 4 wird in der signalverarbeitenden Funktion 5 ein das Innenraumklima beschreibender Innenraumklimawert 6 berechnet. Messwerte des Anteils flüchtiger organischer Verbindungen 7 in der Innenraumluft und Messwerte der Außenraumluftgüte 8 gehen in eine signalverarbeitende Funktion 9 ein, durch die ein die Luftqualität beschreibender Luftqualitätswert 10 berechnet wird.
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Durch die Messwerte der Innenraumluftfeuchtigkeit 3 und der Innenraumtemperatur 2 sind zentrale Größen erfasst, die den Behaglichkeitsbereich des Menschen beeinflussen. Ein weiterer Messwert, von dem der Behaglichkeitsbereich des Menschen abhängt, ist die Sonneneinstrahlung 4 in den Innenraum eines Fahrzeuges. Diese Zustandsgrößen gehen in die Berechnung des Innenraumklimawertes 6 ein, der beispielsweise eine Komforttemperatur des Menschen sein kann. Zudem ist die Luftqualität im Innenraum für das Behaglichkeitsempfinden des Menschen von entscheidender Bedeutung. Ein Luftqualitätswert 10 wird aus dem Anteil flüchtiger organischer Verbindungen 7, die zum Beispiel Lösungsmittelausdunstungen, Treibstoffspuren, oder auch Absonderungen des menschlichen Körpers sein können, berechnet. Der Anteil flüchtiger organischer Verbindungen in der Innenraumluft ist zudem ein Indikator für den Kohlenstoffdioxidanteil. Durch vorbestimmte Parameter lässt sich somit durch Berechnung aus dem Anteil organischer Verbindungen ein Wert für den Kohlenstoffdioxidanteil in der Innenraumluft abschätzen. Auf die Detektion von Kohlenstoffdioxid durch optische Sensoren kann somit verzichtet werden. Zudem gehen in den Luftqualitätswert 10 Messwerte der Außenraumluftgüte 8 ein, die im Bereich des Frischlufteinlasses der Klimatisierungseinrichtung aufgenommen werden.
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Innenraumklimawerte 6 und Luftqualitätswerte 10 gehen zusammen mit vorgegebenen, den klimatischen Behaglichkeitsbereich des Menschen beschreibenden, Parametern in eine Funktion 11 zur Beschreibung des Komforts im Innenraum ein. Die Ausgabewerte dieser Komfortfunktion 11 gehen in ein Steuersignal 1 ein, das an eine Steuereinheit einer Klimatisierungseinrichtung weitergeleitet wird. Neben der Komfortfunktion 11 wird aus den Innenraumklimawerten 6 und den Luftqualitätswerten 10 ein Energiebedarfsteuerungsmodel 12 zur Minimierung des Energiebedarfs der Klimatisierungseinrichtung berechnet. Die größten Energieverluste bei der Klimatisierung eines Fahrzeuges treten bei der Zufuhr von Frischluft auf. Dies liegt darin begründet, dass Frischluft auf die gewünschte Temperatur gekühlt bzw. erwärmt werden muss und dass die Frischluft durch Filterung aufbereitet werden muss. Um dies zu vermeiden, wird eine Klimatisierungseinrichtung so lange wie möglich im Umluftbetrieb betrieben. Durch das Energiebedarfsteuerungsmodel 12 wird die Frischluftzufuhr des Innenraums so gesteuert, dass es zu möglichst wenig Energieverlusten kommt.
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Temperaturmesswerte 13 an einer Fläche im Innenraum, beispielsweise der Windschutzscheibe, der Innenraumtemperatur 2 und der Innenraumluftfeuchtigkeit 3 gehen in eine Funktion 14 zur Berechnung der Kondensationswahrscheinlichkeit von Wasser im Innenraum ein. Fällt die Temperatur an der Windschutzscheibe bei einer bestimmten Luftfeuchtigkeit unter die Taupunkttemperatur, so ist eine Kondensation von Wasser an der Innenseite der Windschutzscheibe wahrscheinlich. Ausgabewerte 15 dieser Funktion 14 werden an die Steuereinrichtung 16 der Klimatisierungseinrichtung weitergegeben. Bei einer hohen Kondensationswahrscheinlichkeit kann entsprechend die Innenraumtemperatur geregelt werden, und/oder die Luftfeuchtigkeit durch die Zufuhr von Frischluft gesenkt werden.
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In 2 ist eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die zur Erfassung der einzelnen, das Innenraumklima beschreibenden, Zustandsgrößen benötigten Einzelsensoren sind in einem zum Regen-Licht-Sensor gehörigen Bauraum 17 angeordnet. Dieser Bauraum kann im Bereich einer Frontkamera angeordnet sein. Hierbei kann auf die bereits vorhandenen Einzelsensoren und die zugehörigen Datenknoten und entsprechende Verkabelung zurückgegriffen werden. Der Luftgütesensor 18 zur Bestimmung des Anteils flüchtiger organischer Verbindungen in der Innenraumluft ist dem Fahrgastinnenraum 19 zugewandt. Die Erfassung der Innenraumtemperatur erfolgt über einen Innenraumtemperatursensor 20, der insbesondere als eine Thermosäulenanordnung ausgebildet ist, in der einzelne Thermosäulen in unterschiedlichen Winkeln dem Innenraum 19 des Fahrzeugs zugewandt sind. Durch die verschiedene Orientierung der Thermosäulen kann die vom Innenraum 19 ausgehende Wärmestrahlung 21 ortsabhängig erfasst werden. Durch die Ortsabhängigkeit der Messwerte ist eine Erkennung, ob ein Sitzplatz im Innenraum 19 von einer Person belegt ist oder nicht, möglich. Des Weiteren ist eine Thermosäule 22 der Oberfläche 23 des Armaturenbretts zugewandt, um die vom Armaturenbrett ausgehende Wärmestrahlung 24 zu erfassen. Durch die erhöhte Sonneneinstrahlung in diesem Bereich und durch die zumeist dunkle Färbung eines Armaturenbretts trägt die von dem Armaturenbrett 23 zurückgestrahlte Wärmestrahlung 24 erheblich zur Erwärmung des Fahrzeuginnenraums 19 bei.
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In 3 sind die Sensoren der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die der Fensterinnenfläche 25 der Windschutzscheibe eines Fahrzeugs zugewandt sind. Im Bereich der Frontkamera 26 und der Regensensoren 27 ist ein Sonneneinstrahlungssensor 28 und ein Temperatursensor 29 zur Bestimmung der Temperatur an der Windschutzscheibe 25 angeordnet. Der Sonneneinstrahlungssensor 28 liefert Messwerte der solaren Einstrahlung in den Fahrzeuginnenraum 19.
