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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie einen Datenträger, der dieses Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein Steuergerät, welches zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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Viele Energieverbraucher in einem Kraftfahrzeug entfalten ihre Wirkung erst nach gewisser Zeit, verbrauchen aber bereits ab dem Einschalten elektrische Energie. Dieser Effekt tritt vorrangig bei der Klimaanlage auf. Klimaanlagen sind in Kraftfahrzeugen weit verbreitet. Wenn die Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeugs oberhalb eines an der Klimaanlage eingestellten Sollwertes liegt, beginnt der Klimakompressor der Klimaanlage wenige Sekunden nach dem Start des Kraftfahrzeugmotors zu laufen. Dabei verbraucht er elektrische Energie. Außerdem werden die Fahrzeuginsassen durch das Lüftergeräusch des Kompressors gestört. Dasselbe gilt, wenn die Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeugs unterhalb des eingestellten Sollwertes liegt. Dann beginnt bei Kraftfahrzeugen mit einem verbrauchsarmen Verbrennungsmotor oder mit einem Elektromotor eine Zusatzheizanlage zu arbeiten und elektrische Energie zu verbrauchen.
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Weitere Parameter werden bei der Klima-Temperatur-Einstellung des Kraftfahrzeuginnenraums nicht berücksichtigt. Ebensowenig finden diese Informationen Eingang in die Temperaturregelung weiterer Fahrzeugkomponenten, beispielsweise für das Aufheizen eines Verbrennungskatalysators. Thermomanagementmaßnahmen zur Aufheizung von Kraftfahrzeugkomponenten werden in der Regel erst dann aktiv, wenn im Kraftfahrzeuginnenraum für die Fahrzeuginsassen komfortable Bedingungen herrschen. Der Komfort der Fahrzeuginsassen wird also durch Regelalgorithmen höher priorisiert als die Optimierung des Thermomanagements hinsichtlich Emissionen und Verbrauch.
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Die Nachteile einer eingeschalteten Klimaanlage nehmen Kraftfahrzeuginsassen gern in Kauf, wenn eine Absenkung oder Erhöhung der Innenraumtemperatur des Kraftfahrzeugs in Richtung der Komforttemperatur spürbar wird. Dies ist aber insbesondere bei Kurzstreckenfahrten nicht der Fall. Dann hat die Klimaanlage keine Zeit, ihre Wirkung in spürbarer Weise zu entfalten. Die Fahrzeuginsassen spüren lediglich ihre Nachteile, insbesondere durch einen erhöhten Geräuschpegel im Fahrzeuginnenraum.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs umfasst das Ermitteln von Informationen über eine Fahrstrecke und/oder einen Fahrzeitraum, die/der vor einem Abstellen des Kraftfahrzeugs voraussichtlich zurückzulegen ist, das Ermitteln, ob ein Einschalten der Klimaanlage über die Fahrstrecke und/oder den Fahrzeitraum, die/der vor einem Abstellen des Kraftfahrzeugs voraussichtlich zurückzulegen ist, eine Verringerung einer Differenz zwischen einer Temperatur des Innenraumes des Kraftfahrzeugs und einem Sollwert der Temperatur des Innenraums bewirken würde, deren Betrag einen, von der/dem voraussichtlich vor dem Abstellen des Kraftfahrzeugs zurückzulegenden Fahrstrecke und/oder den Fahrzeitraum abhängigen, Schwellenwert überschreitet und das Verringern der Leistung der Klimaanlage, wenn der Betrag den Schwellenwert nicht überschreiten würde.
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Die Informationen über die Fahrstrecke und/oder einen Fahrzeitraum, die/der vor dem Abstellen des Kraftfahrzeugs voraussichtlich zurückzulegen ist, kann insbesondere einem Navigationsgerät entnommen werden. Eine Routenplanung im Navigationssystem kann zur Prädiktion der noch zurückzulegenden Fahrtstrecke bzw. Fahrtzeit genutzt werden. Weiterhin kann die Information insbesondere aus einem eingelernten Fahrverhalten eines Fahrers des Kraftfahrzeugs ermittelt werden. Ein Lernalgorithmus kann zur Erkennung von Fahrtmustern beispielsweise in einem Navigationsgerät implementiert sein. Nachdem das Fahrverhalten des Fahrers mittels dieses Lernalgorithmus eingelernt wurde, ist eine Erkennung von kurzen, oft gefahrenen Strecken insbesondere anhand von GPS-Daten und Wochentag und Uhrzeit möglich. Beispielsweise kann auf diese Weise eine tägliche kurze Fahrt zur Arbeit erkannt werden. Außerdem kann die Information insbesondere einer Benutzereingabe entnommen werden. Die Benutzereingabe kann beispielsweise über einen speziell dafür vorgesehenen Schalter im Innenraum des Kraftfahrzeugs erfolgen. So ist es erfindungsgemäß beispielsweise möglich, dass in der Mittelkonsole des Kraftfahrzeugs ein „Kurzstreckenknopf“ angeordnet ist, welchen der Fahrer des Kraftfahrzeugs betätigen kann, wenn er eine Fahrt über einen voraussichtlich kurzen Zeitraum oder eine kurze Strecke beginnt.
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Es ist bevorzugt, dass bei dem Ermitteln, ob ein Einschalten der Klimaanlage über die Fahrstrecke und/oder den Fahrzeitraum, die/der vor dem Abstellen des Kraftfahrzeugs voraussichtlich zurückzulegen ist, eine Verringerung der Differenz zwischen der Temperatur des Innenraums des Kraftfahrzeugs und dem Sollwert der Temperatur des Innenraums bewirken würde, deren Betrag den Schwellenwert überschreitet, Informationen über eine Beladung des Kraftfahrzeugs berücksichtigt werden. Eine hohe Beladung kann sich aus einer hohen Anzahl von Fahrzeuginsassen und/oder aus einer schweren, in dem Kraftfahrzeug transportierten Fracht ergeben. Weiterhin ist es bevorzugt, dass Informationen über eine Steigung der Fahrtstrecke berücksichtigt werden, die vor dem Abstellen des Kraftfahrzeugs voraussichtlich zurückzulegen ist. Eine hohe Beladung bzw. eine hohe Steigung der Fahrtstrecke führt zu einer höheren Drehmomentanforderung an eine Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs, um einen gleichbleibenden Vortrieb zu gewährleisten. Dementsprechend wird von der Verbrennungskraftmaschine mehr Wärme abgegeben, die auch zum Beheizen des Kraftfahrzeuginnenraums verwendet werden kann. Folglich ist eine geringere Heizleistung der Zusatzheizanlage der Klimaanlage notwendig. Auch Informationen über weitere Dinge, die sich im Kraftfahrzeug befinden („Internet der Dinge“), können bei der Ermittlung, ob ein Einschalten der Klimaanlage über die Fahrstrecke oder den Fahrzeitraum, die/der vor einem Abstellen des Kraftfahrzeugs voraussichtlich zurückzulegen ist, eine Verringerung einer Differenz zwischen einer Temperatur des Innenraums des Kraftfahrzeugs und einem Sollwert der Temperatur des Innenraums bewirken würde, deren Betrag den Schwellenwert überschreitet, berücksichtigt werden.
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Um eine maximale Verringerung der Geräuschemission und des Energieverbrauchs der Klimaanlage zu erreichen, erfolgt das Verringern der Leistung der Klimaanlage vorzugsweise durch ein Abschalten der Klimaanlage. Bei Kurzstreckenfahrten kann durch eine Nichtaktivierung der Klimaanlage Energie gespart werden und der Komfort der Insassen, durch Wegfall des Lüftergeräusches, erhöht werden. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, dass bei längeren Fahrten die Kühlleistung bzw. Heizleistung der Klimaanlage zurückgenommen wird, wenn das Kraftfahrzeug sich dem Ziel nähert, ohne die Klimaanlage komplett abzuschalten. Dadurch wird Energie gespart, ohne den Komfort der Fahrzeuginsassen wesentlich zu verschlechtern.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird aus Informationen über die verbleibende Fahrtdauer bzw. Fahrtstrecke das Kosten-Nutzen-Verhältnis der Komfortbereitstellung für die Fahrzeuginsassen beurteilt. Dies ist beispielsweise sehr niedrig einzuschätzen, wenn bei einer Kurzstrecke trotz hohem Energieeinsatz kaum Komfort bereit gestellt werden kann, weil es in der Kürze der Zeit nicht gelingt, die thermischen Maßnahmen im Innenraum des Kraftfahrzeugs auf eine entsprechende Temperatur zu bringen. Es ist bevorzugt, dass bei einem Verringern der Leistung der Klimaanlage Kühlkreislaufventile des Kraftfahrzeugs derart geschaltet werden, dass eine Aufheizung mindestens einer Antriebskomponente des Kraftfahrzeugs erfolgt, die aus der Gruppe ausgewählt ist, bestehend aus einer Verbrennungskraftmaschine, einem Getriebe und einem Verbrennungskatalysator. Wird die Komfortbereitstellung im Ergebnis als nicht sinnvoll eingeschätzt, so kann durch die Aufheizung von Antriebskomponenten eine Reibungsreduzierung erzeugt werden, durch welche Kraftstoff eingespart wird, und durch eine Aufheizung des Verbrennungskatalysators können Emmissionen vermieden bzw. verringert werden. Dieser Vorteil ergibt sich zusätzlich zur Energieersparnis durch den Verzicht auf Zusatzheizmaßnahmen im Kraftfahrzeuginnenraum.
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Damit in dem erfindungsgemäßen Verfahren der Wille eines Fahrers des Kraftfahrzeugs gewährleistet bleibt, ist es bevorzugt, dass ein Signal an einen Fahrer des Kraftfahrzeugs ausgegeben wird, wenn die Leistung der Klimaanlage verringert wird und dass dem Fahrer ein Benutzereingriff ermöglicht wird, um die Verringerung der Leistung der Klimaanlage zu stoppen. Um die Akzeptanz des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Fahrer zu erhöhen, kann das Signal beispielsweise aus einer Ausgabe über ein Fahrzeugdisplay bestehen, welche den Fahrer zugleich darüber informiert, welche Energieersparnis durch die Reduzierung der Klimaanlagenleistung erzielt werden kann. Es ist weiterhin bevorzugt, dass jeder Benutzereingriff zum Stoppen der Leistungsverringerung der Klimaanlage gespeichert wird, beispielsweise in einem Steuergerät des Kraftfahrzeugs. Für den Fall, dass der Fahrer einen Kraftstoffmehrverbrauch seines Fahrzeugs gegenüber einer Herstellerangabe reklamieren sollte, wird dem Fahrzeughersteller hiermit die Möglichkeit gegeben, den Fahrer auf die Benutzereingriffe als Ursache des Mehrverbrauchs hinzuweisen.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren in einem vorhandenen Steuergerät zu implementieren, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu führt es alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Der erfindungsgemäße Datenträger speichert das erfindungsgemäße Computerprogramm. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein Steuergerät wird das erfindungsgemäße Steuergerät erhalten, das dazu ausgebildet ist, eine Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu steuern.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs, in dem eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgeführt werden kann.
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2 zeigt in einem Diagramm, welches Verhältnis zwischen geplanter Fahrtstrecke bzw. Fahrtdauer zum Differenzbetrag zwischen Kraftfahrzeug-Innenraumtemperatur und dem Sollwert der Kraftfahrzeug-Innenraumtemperatur in einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zu einer Verringerung der Leistung einer Klimaanlage führt.
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3 zeigt schematisch den Ablauf eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Ein herkömmliches Kraftfahrzeug 1, dessen Klimaanlage 11 mit einem Verfahren gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gesteuert werden kann, ist in 1 dargestellt. Im Innenraum 12 des Kraftfahrzeugs 1, welches Platz für einen Fahrer 2 bietet, ist ein Navigationsgerät 13 angeordnet. Kühlkreislaufventile 14 verbinden einen Kühlkreislauf (nicht gezeigt) des Kraftfahrzeugs 1 mit einem Heizungswärmetauscher 19 und mit Antriebskomponenten des Kraftfahrzeugs 1 wie einer Verbrennungskraftmaschine 15, einem Getriebe 16 und einem Verbrennungskatalysator 17. Die Klimaanlage 11 und die Kühlkreislaufventile 14 werden durch ein Steuergerät 18 gesteuert.
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In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden Informationen über eine Fahrstrecke oder einen Fahrzeitraum, die/der vor einem Abstellen des Kraftfahrzeugs 1 voraussichtlich zurückzulegen ist, dem Navigationsgerät 13 entnommen. Hierzu kann sowohl eine Routenplanung als auch ein eingelerntes Fahrverhalten des Fahrers 2 herangezogen werden. Der Fahrer 2 kann eine Information über eine kurze Fahrstrecke bzw. einen kurzen Fahrzeitraum auch manuell mittels eines „Kurzstreckenknopfes“ (nicht gezeigt) im Fahrzeuginnenraum 12 bereitstellen. Es wird ermittelt, ob ein Einschalten der Klimaanlage 11 über die Fahrstrecke und/oder den Fahrzeitraum, die/der vor einem Abstellen des Kraftfahrzeugs 1 voraussichtlich zurückzulegen ist, eine Verringerung einer Differenz ∆T zwischen einer Temperatur T des Kraftfahrzeuginnenraums 12 und einem Sollwert Ts der Temperatur T des Innenraums 12 bewirken würde, deren Betrag |∆T| einen, von der/dem voraussichtlich vor dem Abstellen des Kraftfahrzeugs 1 zurückzulegenden Fahrstrecke s und/oder den Fahrzeitraum t abhängigen, |∆T|s überschreitet. Die Differenz ∆T ergibt sich dabei gemäß Formel 1: ∆T = T – Ts (Formel 1)
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Bei der Ermittlung werden Informationen über die Beladung des Kraftfahrzeugs 1 sowie Informationen über eine positive oder negative Steigung der vorausliegenden Fahrstrecke berücksichtigt. Die Informationen über die Steigung werden dem Navigationsgerät 13 entnommen.
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In 2 ist in einem Diagramm der Betrag |∆T| der Differenz ∆T zwischen der Innenraumtemperatur T und dem Sollwert Ts gegen die voraussichtlich zurückzulegende Fahrtstrecke s bzw. Fahrtdauer t aufgetragen. Der Schwellenwert |∆T|s unterteilt dieses Diagramm in zwei Bereiche 31, 32, wobei in dem erfindungsgemäßen Verfahren in dem Bereich 31 kein Eingriff in die Funktion der Klimaanlage 11 erfolgt und in dem Bereich 32 die Leistung der Klimaanlage 11 verringert wird. Erfolgt eine Verringerung der Leistung der Klimaanlage 11, weil die geplante Fahrtstrecke s bzw. Fahrtdauer t aufgrund eines eingelernten Fahrerverhaltens als kurz abgeschätzt wird, so wird die Klimaanlage 11 sofort in ihren Standardbetriebsmodus umgeschaltet, wenn die Fahrtstrecke s bzw. die Fahrtdauer t den aufgrund des eingelernten Fahrerverhaltens abgeschätzten Wert übersteigt. Dies kann z.B. dann geschehen, wenn das Kraftfahrzeug 1 entgegen einem üblichen Fahrerverhalten ohne zu Halten an einem Supermarkt vorbeigefahren wird.
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Die Verringerung der Leistung der Klimaanlage 11 kann durch Abschalten der Klimaanlage 11 erfolgen. Zusätzlich werden die Kühlkreislaufventile 14 derart geschaltet, dass eine Aufheizung der Verbrennungskraftmaschine 15 des Getriebes 16 und des Verbrennungskatalysators 17 erfolgt.
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In 3 ist der Ablauf eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt. Die Klimaanlage 11 bildet einen Stromkreis mit einer elektrischen Energiequelle 111, beispielsweise der Batterie des Kraftfahrzeugs 1, oder einem Schalter 112. In einem ersten Verfahrensschritt 41 werden Verbrauchereigenschaften der Klimaanlage 11 bereitgestellt. Diese Verbrauchereigenschaften geben an, welche zeitliche Temperaturänderung des Kraftfahrzeuginnenraums 12 durch ein Einschalten der Klimaanlage 11 erreicht werden kann und welcher elektrische Energieverbrauch dadurch entsteht. In einem Entscheidungsschritt 42 stellt ein Temperatursensor 121 im Fahrzeuginnenraum 12 die Innenraumtemperatur T bereit, welche mit dem Sollwert Ts verglichen wird. Das Navigationsgerät 13 stellt die voraussichtlich zurückzulegende Fahrstrecke s und/oder den voraussichtlich zurückzulegenden Fahrzeitraum t bereit. Gemäß dem in 2 dargestellten Diagramm wird anhand des Schwellenwerts |∆T|s ermittelt, ob ein Einschalten der Klimaanlage 11 über die voraussichtlich zurückzulegende Fahrstrecke s und/oder den Fahrzeitraum t eine Verringerung des Betrages |∆T| bewirken würde, die den Schwellenwert |∆T|s überschreitet, und aufgrund dessen entschieden, ob die Klimaanlage 11 eingeschaltet oder ausgeschaltet werden soll. Gemäß dieser Entscheidung wird in einem weiteren Verfahrensschritt 43 der Schalter 112 betätigt. Wird die Verbindung der Klimaanlage 11 mit der Energiequelle 111 unterbrochen, obwohl die Innenraumtemperatur T von ihrem Sollwert Ts abweicht, so wird dies dem Fahrer 2 in einem Display im Fahrzeuginnenraum 12 in einem weiteren Verfahrensschritt 44 angezeigt. Der Fahrer 2 hat nun die Möglichkeit, durch Betätigung eines Schalters (nicht gezeigt) im Fahrzeuginnenraum 12 einen Benutzereingriff 45 durchzuführen und damit den Stromkreis zwischen Klimaanlage 11 und der Energiequelle 111 zu schließen. Macht der Fahrer 2 von dieser Möglichkeit Gebrauch, so erfolgt ein Eintrag 46 in einem Fahrzeugdatenspeicher im Steuergerät 18, um zu einem späteren Zeitpunkt den Benutzereingriff 45 als Ursache eines möglicherweise erhöhten Kraftstoffverbrauchs des Fahrzeugs 1 erkennen zu können.
