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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Derzeit ist es bei den meisten Fahrzeug-Heiz-Klimaanlagen üblich, im Kühlbetrieb die Heiz-Klimaanlage im Umluftbetrieb (also mit 100% Umluft) oder Teilfrischluftbetrieb mit einem vorgegebenen Frischluftanteil von ca. 20%-30% zu betreiben, so dass die angesaugte und zu temperierende Luft, die dann in den Fahrzeuginnenraum geblasen wird, vollständig oder zum großen Teil aus dem Innenraum des Fahrzeugs angesaugt wird. Dadurch kann eine wesentlich wirksamere Abkühlleistung erzielt werden, da nicht immer die meist wesentlich höher temperierte und häufig feuchtere Frischluft abgekühlt und entfeuchtet werden muss, sondern auf die bereits vortemperierte, abgekühlte Luft aus dem Fahrzeuginnenraum zurückgegriffen wird. Somit kann der Energiebedarf während eines Kühlbetriebs mit Umluft wesentlich geringer gehalten werden, als bei reinem Frischluftbetrieb.
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Zwar wäre im Heizbetrieb der Heiz-Klimaanlage ein Umluftbetrieb oder Teilfrischluftbetrieb mit geringem Frischluftanteil energetisch gesehen ebenfalls sinnvoll, allerdings ist das aufgrund einer größeren Gefahr hinsichtlich der Entstehung von Scheibenbeschlag im höchsten Maße kritisch. Der Scheibenbeschlag im Heizbetrieb entsteht bei vorrangigem Umluftbetrieb deshalb, weil im Heizbetrieb die Scheiben in der Regel kalt sind und es dann zu einer Kondensation von Luftfeuchte an den Scheiben kommt, sobald die Luftfeuchte im Fahrzeug so hoch ist, dass der Taupunkt der Luft im Bereich der Scheibentemperatur liegt.
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Aus der
DE 196 37 232 A1 ist bereits ein Verfahren zur Steuerung von Lüftungselementen zum Einstellen eines Umluft- und eines Frischluftanteils im Fahrzeug in Abhängigkeit von der Feuchte im Fahrzeuginnenraum bekannt. Insbesondere wird hier das Luftführungselement in Abhängigkeit von der Feuchte im Fahrzeuginnenraum derart angesteuert, dass unter der Voraussetzung, dass die Innenraumfeuchte keinen maximalen Feuchtewert überschreitet, der Frischluftanteil bei hoher Schadstoffbelastung erst nach und nach erhöht wird. Wird nur eine geringe oder keine Schadstoffbelastung erkannt, wird das Luftführungselement derart angesteuert, dass ein konstanter Feuchtesollwert im Fahrzeuginnenraum erzielt wird.
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Schließlich ist aus der
DE 10 2011 018 402 A1 ein Verfahren zur Steuerung einer Heiz- und Belüftungsvorrichtung in einem Fahrzeug bekannt, wobei die Scheibenbeschlagsneigung erfasst wird und dann ein Umluftanteil und eine Heizleistung der Scheibe derart eingestellt werden, dass der Gesamtenergieaufwand minimiert wird. In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel erfolgt dies derart, dass bei erkannter Scheibenbeschlagsneigung zunächst die Heizleistung der Scheibe bis zu einem Maximalwert erhöht wird und erst dann - falls erforderlich - der Umluftanteil gesenkt wird.
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Ein weiteres Problem beim Heizen im Umluftbetrieb ist darin zu sehen, dass dadurch der Fall eintreten kann, dass die an den Belüftungsauslässen austretende Luft schnell den Temperatursollwert überschreitet und dann automatisch der Heizbetrieb beendet, und in den Kühlbetrieb gewechselt werden würde. Dieses Problem wird bei keinem der genannten Verfahren berücksichtigt.
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Aufgabe der Erfindung ist nun, ein Verfahren zur Steuerung einer Heiz-Klimaanlage zur Vermeidung von Scheibenbeschlag bereitzustellen, welches einfach in der Umsetzung und wirtschaftlich ist.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Grundgedanke der Erfindung ist, dass der Frischluftanteil und Umluftanteil der von der Heiz-Klimaanlage angesaugten Luft mittels der Frischluftklappe und Umluftklappe anhand der Beschlagsgefahr so zu steuern ist, dass bei geringerer Beschlagsgefahr ein möglichst hoher Umluftanteil, und bei hoher Beschlagsgefahr ein niedriger Umluftanteil eingestellt wird. Dies wird erreicht, indem die Frischluftklappe und Umluftklappe jeweils (separat) in Abhängigkeit von der Beschlagsgefahr entsprechend angesteuert werden, d. h. es ist sowohl für den Frischluftstrom, als auch für den Umluftstrom eine eigne Klappe vorgesehen, die in Abhängigkeit von der Beschlagsgefahr individuell ansteuerbar sind.
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Darauf basierend ist das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Heiz-Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug während eines Heizbetriebs der Heiz-Klimaanlage derart ausgestaltet, dass zumindest im Heizbetrieb ein mit der Beschlagsgefahr korrelierender Beschlagmaßnahmenwert ermittelt wird und in Abhängigkeit vom ermittelten Beschlagmaßnahmenwert der Frischluft- und Umluftanteil (oder der Frischluftstrom und Umluftstrom) durch eine Ansteuerung sowohl einer Frischluftklappe, also auch einer Umluftklappe der Heiz-Klimaanlage eingestellt wird.
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Vorteilhafterweise wird der Frischluft- und Umluftanteil durch eine Ansteuerung einer Frischluftklappe und einer Umluftklappe der Heiz-Klimaanlage in Abhängigkeit vom ermittelten Beschlagmaßnahmenwert derart eingestellt, dass mit steigendem Beschlagmaßnahmenwert der Frischluftanteil durch eine Ansteuerung der Frischluftklappe in Richtung Öffnen tendenziell erhöht und der Umluftanteil durch eine Ansteuerung der Umluftklappe in Richtung Schließen tendenziell reduziert wird. Ebenso ist denkbar, dass der Frischluftanteil durch eine Ansteuerung der Umluftklappe in Richtung schließen tendenziell erhöht und der Umluftanteil durch eine Ansteuerung der Frischluftklappe in Richtung Öffnen tendenziell erhöht wird, da sich der jeweilige Anteil durch eine Beeinflussung sowohl des Frischluftstroms, als auch des Umluftstroms ändert.
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Erfindungsgemäß werden die Frischluft- und Umluftklappe jeweils über eigene Kennlinien in Abhängigkeit vom ermittelten Beschlagmaßnahmenwert eingestellt, d. h. wird aufgrund eines geänderten Beschlagmaßnahmenwertes eine Änderung des Frischluft- und Umluftanteils angefordert, wird die Frischluftklappe entsprechend einer hinterlegten ersten Kennlinie angesteuert und die Umluftklappe entsprechen einer hinterlegten zweiten Kennlinie. Idealerweise erfolgt die Ansteuerung der Frischluftklappe und der Umluftklappe mittels einer gemeinsamen Kinematik, d. h. es wird bspw. nur ein Motor für beide Klappen verwendet.
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Um zu verhindern, dass die Heizfunktion im vorrangigen Umluftbetrieb deaktiviert werden muss, was bspw. der Fall wäre, wenn die an den Belüftungsauslässen ausströmende Luft einen vorgegebenen Temperatursollwert überschreitet (dies würde nämlich dann eine Aktivierung der Kühlfunktion nach sich ziehen), wird vorteilhafterweise die Umluftklappe maximal soweit geöffnet, dass ein vorgegebener Temperatursollwert an den Belüftungsklappen der Heiz-Klimaanlage, durch die der Luftstrom in den Fahrzeuginnenraum gelangt, nicht überschritten wird. Dieser Maximalwert kann fest vorgegeben oder in Abhängigkeit verschiedener Parameter wie bspw. der Solltemperatur für den Fahrzeuginnenraum und der aktuellen Temperatur im Fahrzeuginnenraum variabel vorgegeben werden.
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Unter Berücksichtigung oben genannter Problematik, kann das Verfahren derart weitergebildet werden, dass zunächst in Abhängigkeit von vorgegebenen Parametern eine maximal erlaubte Umluftklappenöffnung und eine minimal erlaubte Frischluftklappenöffnung, so dass ein vorgegebener Temperatursollwert an den Belüftungsklappen der Heiz-Klimaanlage nicht überschritten wird, ermittelt werden, und dass in Abhängigkeit vom Beschlagmaßnahmenwert eine maximal erlaubte Umluftklappenöffnung und eine minimale Frischluftklappenöffnung, so dass kein Beschlag an den Scheiben auftritt, ermittelt werden. Anschließend wird die Umluftklappe auf die niedrigeren der beiden ermittelten Umluftklappenöffnungen und/oder die Frischluftklappe auf die höheren der beiden ermittelten Frischluftklappenöffnungen eingestellt.
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Zur Ermittlung des Beschlagmaßnahmenwertes, welcher mit der Beschlagsgefahr bzw. mit dem Ausmaß des Beschlags an den Scheiben, insbesondere an der Frontscheibe, korreliert, können verschiedene Ermittlungsmethoden herangezogen werden. Wie bereits eingangs erwähnt, tritt an den Scheiben ein Beschlag auf, wenn die Scheiben kalt sind und es aufgrund der erwärmten Luft (welche viel Feuchtigkeit speichern kann) zur Kondensation von Luftfeuchte kommt. Die Kondensation tritt dann ein, wenn die Luftfeuchtigkeit so hoch ist, dass der Taupunkt der Luft im Bereich der Scheibentemperatur liegt. Dieser kann insbesondere im Heizbetrieb bei mehreren Fahrzeuginsassen schnell eintreten.
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Auf Grundlage dieser Erkenntnis kann der Beschlagmaßnahmenwert bspw. in Abhängigkeit von der Differenz zwischen einer ermittelten Scheibentemperatur und einem ermittelten Taupunkt der Luft ermittelt werden, wobei der Taupunkt der Luft wiederum in Abhängigkeit einer ermittelten relativen Luftfeuchte und einer aus Scheibentemperatur und Innenraumtemperatur ermittelten Referenztemperatur ermittelt wird. Im Detail wird die bspw. mittels eines Sensors ermittelbare relative Luftfeuchte im Bezug zu der aus der ermittelten Luftfeuchte und der Scheibentemperatur ermittelten Referenztemperatur gesetzt und daraus der Taupunkt der Luft berechnet. Maßgeblich für die Beschlagsgefahr ist nun die Differenz zwischen der (bspw. mittels eines Sensors gemessenen) Scheibentemperatur und dem Taupunkt der Luft. Aus der so ermittelten Beschlagsgefahr wird dann der Beschlagmaßnahmenwert abgeleitet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigt
- 1 ein vereinfachtes beispielhaftes Ablaufdiagramm zur Darstellung des Verfahrens zur Steuerung einer Heiz-Klimaanlage in einem Fahrzeug während eines Heizbetrieb,
- 2 eine vereinfachte Darstellung zur Ermittlung eines Beschlagmaßnahmenwertes,
- 3 ein erste Kennlinie zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen ermitteltem Beschlagmaßnahmenwert und der minimalen Frischluftklappenöffnung, und
- 4 eine zweite Kennlinie zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen ermitteltem Beschlagmaßnahmenwert und der maximalen Umluftklappenöffnung.
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Das in 1 dargestellte Ablaufdiagramm zur Darstellung einer vorteilhaften Ausgestaltung zur Steuerung einer Heiz-Klimaanlage in einem Fahrzeug im Heizbetrieb startet in Schritt 10 sobald erkannt wird, dass ein Heizbetrieb angefordert wird oder sich die Heiz-Klimaanlage im Heizbetrieb befindet. Wird ein Heizbetrieb angefordert oder festgestellt, wird im nächsten Schritt 20 zunächst die Umluftklappe vollständig geöffnet, d. h. die Umluftklappenöffnung beträgt 100%, und die Frischluftklappe vollständig geschlossen, d. h. die Frischluftklappenöffnung beträgt 0%. Alternativ wird im sog. Teilfrischluftbetrieb TFL gestartet (z. B. mit 100% Umluftklappenöffnung und 20% Frischluftklappenöffnung), so dass eine ausreichende Frischluftzufuhr in den Innenraum gewährleistet ist.
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Um zu verhindern, dass sich aufgrund des reinen Umluftbetriebs ein Beschlag an den Scheiben bildet, wird im nächsten Schritt 30 ein Beschlagmaßnahmenwert BMW ermittelt. Gleichzeitig wird eine aufgrund der Temperaturregelung maximal erlaubte Umluftklappenöffnung ULmaxT und eine entsprechende minimal erlaubte Frischluftklappenöffnung FLminT ermittelt. Diese beiden Werte ULmaxT und FLminT dürfen während des gesamten Heizbetriebs nicht über- oder unterschritten werden, da ansonsten der Fall eintreten könnte, dass die an den Belüftungsklappen austretende Luft bereits einen vorgegebenen Temperatursollwert überschreitet und deshalb in den Kühlbetrieb geschaltet werden würde, obwohl dies nicht gewünscht ist.
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Anschließend wird im nächsten Schritt 40 - bspw. mittels entsprechender Kennlinien, die später in 3 und 4 näher erläutert werden - eine aufgrund des Beschlagmaßnahmenwertes BMW maximal erlaubte Umluftklappenöffnung ULmaxBMW und eine aufgrund des Beschlagmaßnahmenwertes BMW minimal erlaubte Frischluftklappenöffnung FLminBMW ermittelt.
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Um nun sicherstellen zu können, dass die Heiz-Klimaanlage einerseits sehr wirtschaftlich betrieben wird, gleichzeitig aber auch verhindert wird, dass nicht ungewollt in den Kühlbetrieb gewechselt wird, wird nun im nächsten Schritt 50 die Umluftklappe ULK auf die kleinere der beiden ermittelten Umluftklappenöffnungen ULmaxT und ULmaxBMW eingestellt d. h. es wird das Minimum der beiden ausgewählt, und die Umluftklappe ULK entsprechend angesteuert. Analog wird die Frischluftklappe FLK auf den größeren der beiden ermittelten Frischluftklappenöffnungen FLminT und FLminBMW eingestellt, d. h. es wird das Maximum der beiden ausgewählt, und die Frischluftklappe FLK entsprechend angesteuert.
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Anschließend wird im nächsten Schritt 60 überprüft, ob der Heizbetrieb weiterhin aktiv ist. Falls er deaktiviert wurde, wird diese Routine beendet und in die reguläre Klimareglung zurückgesprungen. Ist der Heizbetrieb weiterhin aktiv, wird zu Schritt 30 zurückgegangen und die Ermittlung des Beschlagmaßnahmenwertes BMW sowie der jeweiligen Luftklappenöffnungen ULmaxBMW, ULmaxT, FLminBMW und FLminT wird erneute durchgeführt.
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Die 2 zeigt nun eine vereinfachte Darstellung, wie der Beschlagmaßnahmenwert BMW ermittelt wird. Voraussetzung ist hierbei, dass im Fahrzeug ein Beschlagsensor angeordnet ist, der die Scheibentemperatur TS und die relative Feuchte φ im Fahrzeug misst. Weiter ist im Fahrzeug ein Sensor zur Ermittlung der Fahrzeuginnenraumtemperatur TI angeordnet oder diese Fahrzeuginnentemperatur wird anderweitig (z.B. durch ein Modell) ermittelt.
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Aus der Innenraumtemperatur TI und der gemessenen Scheibentemperatur TS wird nun zunächst eine Referenztemperatur TRef ermittelt. Die gemessene relative Feuchte φ wird anschließend in Bezug zu dieser Referenztemperatur TRef gesetzt und daraus der sog. Taupunkt TTP der Luft berechnet. Maßgeblich für die Beschlagsgefahr ist nun die Differenz zwischen der gemessenen Scheibentemperatur TS und eben diesem Taupunkt TTP der Luft, d. h. durch Auswertung der beiden Werte TTP und TS erhält man einen Wert BS der das Ausmaß des Scheibenbeschlags wiedergibt. In Abhängigkeit des ermittelten Wertes BS für das Ausmaß des Scheibenbeschlags wird unter Berücksichtigung weiterer, hier nicht dargestellter Parameter der Beschlagmaßnahmenwert BMW ermittelt, anhand dessen dann der Klappenöffnungswinkel für die Umluftklappe und Frischluftklappe im Bezug zum Beschlagmaßnahmenwert ermittelbar ist.
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Abschließend sind nun in den 3 und 4 jeweils eine Kennlinie zur Darstellung des Zusammenhangs zwischen ermitteltem Beschlagmaßnahmenwert BMW und der daraus abgeleiteten Klappenöffnung für die Frischluftklappe und Umluftklappe dargestellt. Im Detail zeigt 3 durch die Kennlinie 1 den konkreten Zusammenhang zwischen ermitteltem Beschlagmaßnahmenwert BMW in % und einer aufgrund des Beschlagmaßnahmenwertes BMW anzusteuernden minimalen Frischluftklappenöffnung FLminBMW in %, wobei bei 0% die Frischluftklappe vollständig geschlossen, und bei 100% vollständig geöffnet ist. Analog dazu zeigt 4 durch die Kennlinie 2 den konkreten Zusammenhang zwischen ermitteltem Beschlagmaßnahmenwert BMW in % und einer aufgrund des Beschlagmaßnahmenwertes BMW anzusteuernden maximalen Umluftklappenöffnung ULmaxBMW in %, wobei bei 0% die Umluftklappe vollständig geschlossen, und bei 100% vollständig geöffnet ist.
