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Die Erfindung betrifft ein System zur Simulation einer Luftströmung in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges, gemäß dem Anspruch 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Simulation einer Luftströmung in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges, gemäß dem Anspruch 6.
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Aus der Druckschrift
EP 1 669 226 B1 ist eine Klimaanlage mit einem Luftverteilungssystem bekannt, wobei das Luftverteilungssystem einen Lufteinlass, eine Strömungseinheit, welche als Gebläse ausgebildet ist, eine Temperiervorrichtung, Luftverteilklappen und mehrere verschließbare Luftauslässe aufweist. Zudem weist die Klimaanlage eine Regelung für die Verteilung von Luftmassenströmen auf die einzelnen Luftauslässe auf. Die Regelung erfolgt dabei auf Basis eines mathematischen Models des Luftverteilungssystems. Als nachteilig hat sich hier allerdings herausgestellt, dass kein Rückschluss von einer Luftströmung auf einen bestimmten Ort innerhalb eines Fahrgastraumes eines Kraftfahrzeuges geschlossen werden kann.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein System und ein Verfahren zur Simulation einer Luftströmung an einem bestimmten Ort in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges bereit zu stellen, wobei das System einfach und zuverlässig aufgebaut ist und das Verfahren einfach und zuverlässig betrieben werden kann. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass ein System und ein Verfahren zur Simulation einer Luftströmung an wenigstens einem Ort in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges bereit gestellt wird, wobei an dem Ort eine bestimmte Stärke der Luftströmung regelbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein System mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 6 vorgeschlagen. In den abhängigen Ansprüchen sind bevorzugte Weiterbildungen ausgeführt. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in Kombination erfindungswesentlich sein. Merkmale und Details die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen System und umgekehrt.
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Die Erfindung offenbart ein System zur Simulation einer Luftströmung in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges, insbesondere eines Cabriolet-Fahrzeuges. Das System weist mindestens einen Raum zur Abbildung des Fahrgastraumes auf. Weiter weist das System mindestens eine Strömungsquelle zur Erzeugung eines Luftstromes auf, wobei der Raum die Strömungsquelle aufweist und die Strömungsquelle an eine Steuereinheit zur Steuerung der Strömungsquelle angeschlossen ist. Es ist mindestens eine Sensoreinheit an einem Ort angeordnet, wodurch Daten kommunizierend an der Steuereinheit angeschlossen sind. Damit ist durch die Sensoreinheit die Luftströmung an dem Ort erfassbar, wodurch eine bestimmte Stärke der Luftströmung durch die Strömungsquelle an dem Ort innerhalb des Raumes regelbar ist. Durch die geregelte Luftströmung durch die Strömungsquelle an dem Ort kann insbesondere in einem Cabriolet-Fahrzeug eine Luftzugerscheinung für einen Fahrer und/oder insbesondere für mindestens einen Fahrzeuginsassen simuliert werden. Der Ort definiert dabei einen bestimmten Bereich eines Unterraumes, wobei der Unterraum innerhalb des Raumes abgebildet ist. In dem Raum, wobei der Raum den Fahrgastraum des Kraftfahrzeuges abbildet, können dabei mehrere Strömungsquellen zum Einsatz kommen, so dass die Nachbildung eines Strömungszustandes in dem Fahrgastraum nachgebildet werden kann. Die Nachbildung des Strömungszustandes gleicht dann z.B. dem Strömungszustand eines Fahrgastraumes in einem Windkanal. Vorteilhafterweise kann die Abbildung des Fahrgastraumes in einer räumlich-körperlichen Ausgestaltung und die anschließende Installation des Fahrgastraumes in einen Windkanal unterbleiben. Dadurch kann die Luftzugerscheinung während der Fahrt des Kraftfahrzeuges kostengünstig durch den Raum abgebildet bzw. simuliert werden.
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Es ist dabei vorteilhaft, dass der Raum mindestens einen Strömungswiderstand aufweist, insbesondere zumindest einen Kraftfahrzeugsitz aufweist. Durch die Nutzung eines Strömungswiderstandes kann dementsprechend der gesamte Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges durch den Raum abgebildet werden. Dazu können in dem Raum zusätzliche Sitze, ein Lenkrad, ein Armaturenbrett, eine Sonnenblende und dergleichen installiert werden. Dementsprechend kann der Raum einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges gleichen, so dass die gleichen Strömungsbedingungen wie in einem derartigen realen Fahrgastraum herrschen können.
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Zudem ist es vorteilhaft, dass die Strömungsquelle an dem Ort angeordnet ist. Durch die Anordnung der Strömungsquelle an dem Ort kann eine direkte Luftströmung an dem Ort erzeugt werden. Dazu können Strömungsquellen z. B. in Form eines motorangetriebenen Ventilators zum Einsatz kommen. Die Ventilatoren können dabei in einem Rohrelement angeordnet sein, wobei dadurch eine direkte Luftströmung durch den Ventilator, d. h. der Strömungsquelle, erzeugbar ist. Der Ort kann dabei z. B. der Bereich einer Kopfstütze des Kraftfahrzeugsitzes sein. An diesem Ort, z.B. an der Kopfstütze, kann dementsprechend die Strömungsquelle angeordnet werden. Damit kann ein Luftzug z. B. an einem Nackenbereich eines Kraftfahrzeugnutzers simuliert werden. Durch Nutzung des erfindungsgemäßen Systems kann ein Kraftfahrzeugnutzer eine Zugerscheinung bei einer bestimmten Geschwindigkeit erfahren.
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Zudem ist es erfindungsgemäß denkbar, dass die Steuereinheit eine Rechnereinheit ist, wobei die Rechnereinheit einen Speicher mit wenigstens einem gespeicherten Sollwert aufweist. Dabei können die Sollwerte virtuell aus einer 3D-CFD-Simulation berechnet werden. Die Berechnung der Sollwerte kann dabei für verschiedene Fahrzeugkonfigurationen erfolgen. Dementsprechend kann der Raum für verschiedene Fahrzeugsimulationen genutzt werden. Dabei kann die Steuerung der Strömungsquelle über einen Regelkreis erfolgen, wobei der Regelkreis aus einer Vorgabe von Sollwerten, d. h. Strömungsgeschwindigkeiten im Fahrgastraum, und der Überwachung der Sollwerte durch den Strömungssensor erfolgen kann. Die Sollwerte können als Ergebnisse in dem Speicher der Rechnereinheit gespeichert werden. Die Strömungsquelle kann dann so angesteuert werden, dass der Sollwert eingehalten wird und der Fahrer im Simulator, d. h. im Raum, einen „realen“ Eindruck über die subjektiven Luftzugerscheinungen bekommt.
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Weiterhin ist es erfindungsgemäß denkbar, dass die Strömungsquelle und/oder die Sensoreinheit drahtlos mit der Steuereinheit datenkommunizierend verbunden ist. Die drahtlose Kommunikation der Strömungsquelle und/oder der Sensoreinheit mit der Steuereinheit kann dabei über ein Bluetooth-Protokoll erfolgen. Auch sind andere Protokolle dabei denkbar, wie z. B. ein WLAN-Protokoll. Auch ist es denkbar, dass eine drahtlose Kommunikation über einen GSM-Standard erfolgt. Dabei kann über weite Strecken eine Kommunikation der Steuereinheit mit der Strömungsquelle und/oder der Sensoreinheit erfolgen. Ebenso ist eine drahtgebundene Verbindung der Strömungsquelle und/oder der Sensoreinheit mit der Steuereinheit denkbar, wobei über die drahtgebundene Lösung ebenfalls eine energetische Versorgung der Strömungsquelle und/oder der Sensoreinheit, z.B. bei einer aktiven Sensoreinheit, denkbar ist. Die Strömungsquelle kann ein Ventilator sein, der über einen Elektromotor angetrieben wird. Die Sensoreinheit kann dabei ein Strömungssensor sein, wobei der Strömungssensor ebenfalls ein Ventilator ist, wobei allerdings der Ventilator durch die Luftströmung angetrieben wird, und an dem Ventilator ein Elektromotor angeordnet ist. Der Antrieb des Elektromotors durch die Luftströmung induziert dabei eine Spannung, wobei die induzierte Spannung an die Steuereinheit weiterleitbar ist.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiter gelöst durch ein Verfahren zur Simulation einer Luftströmung in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges. Dabei wird der Fahrgastraum durch einen Raum abgebildet. Das Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:
- - Erzeugung eines Luftstromes in einem Raum durch eine Strömungsquelle,
- - Erfassen eines durch den Luftstrom erzeugten Luftstromwertes durch eine Sensoreinheit an einem Ort in dem Raum.
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Durch das Erfassen eines erzeugten Luftstromwertes durch die Sensoreinheit kann dabei die Strömungsquelle über eine Steuereinheit kontrolliert werden. Unter Kontrolle wird innerhalb dieser Schrift die Steuerung und/oder Regelung der Strömungsquelle verstanden. Bestimmte Strömungsgeschwindigkeiten können dabei innerhalb des Raumes durch die Sensoreinheit erfasst werden und der Steuereinheit dementsprechend zugeleitet werden.
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Erfindungsgemäß ist es dabei denkbar, dass das Verfahren folgenden Schritt aufweist:
- - Steuerung der Strömungsquelle über einen Regelkreis, wobei der Regelkreis durch mindestens einen Sollwert geregelt wird.
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Wie die Strömungsquelle kontrolliert werden kann, kann über einen Regelkreis bestimmt werden, der aus einer Vorgabe von Sollwerten (Strömungsgeschwindigkeiten im Fahrgastraum) und der Überwachung der Sollwerte durch den Strömungssensor erfolgt. Die Regelgröße ist dabei die Luftströmung, wobei die Luftströmung d. h. die Regelgröße durch die Sensoreinheit erfasst wird. Ein Istwert der Luftströmung kann dabei an die Steuereinheit weitergeleitet werden. Ein Vergleich des Istwertes der Luftströmung mit dem Sollwert der Luftströmung führt dabei zu einer Regeldifferenz, wobei über den Regelkreis die Regeldifferenz ausgeregelt wird.
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Zudem ist es erfindungsgemäß denkbar, dass das Verfahren folgenden Schritt aufweist: Berechnung des Sollwertes durch eine zweite Rechnereinheit für eine bestimmte Konfiguration des Raumes.
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Damit können verschiedene Fahrzeugkonfigurationen durch das erfindungsgemäße Verfahren simuliert werden. Die Sollwerte können dabei virtuell aus einer 3D-CFD-Simulation im vornhinein berechnet werden, wobei die Sollwerte dementsprechend für verschiedene Fahrzeugkonfigurationen ausgelegt sein können.
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Weitere Maßnahmen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei können die in den Ansprüchen und der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen:
- 1 eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Systems 1 und
- 2 eine schematische Ansicht eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist eine schematische Ansicht eines Systems 1 dargestellt. Das System 1 weist dabei einen Raum 12 auf, wobei in dem Raum 12 ein Strömungswiderstand 20 angeordnet ist. Der Strömungswiderstand 20 ist dabei ein Kraftfahrzeugsitz. In der Nähe einer Kopfstütze des Kraftfahrzeugsitzes 20 ist dabei eine Strömungsquelle 14 angeordnet. In direkter Nähe dazu ist ebenfalls eine Sensoreinheit 18 angeordnet. Dabei ist ein Ort 10 innerhalb des Raumes 12 ein Unterraum im Bereich von der Kopfstütze des Fahrersitzes 20, der Strömungsquelle 14 und der Sensoreinheit 18 In dem Raum 12 befinden sich weitere Strömungsquellen 14.1, 14.2, 14.3 und 14.4. Durch die Strömungsquellen 14, 14.1, 14.2, 14.3 und 14.4 kann eine Luftströmung in dem Raum 12 erzeugt werden. Die Strömungsquellen 14, 14.1, 14.2, 14.3 und 14.4 können dabei eine bestimmte Stärke der Luftströmung an dem Ort 10 innerhalb des Raumes 12 erzeugen. Auch ist es denkbar, dass nur die Strömungsquelle 14 an dem Ort 10 eine bestimmte Stärke der Luftströmung erzeugt. Auch können die Strömungsquellen 14, 14.1, 14.2, 14.3 und 14.4 einzeln durch eine Steuereinheit 16 kontrolliert werden. Die Sensoreinheit 18 kann dabei die Stärke der Luftströmung an dem Ort 10 erfassen und den erfassten Luftströmungswert an die Steuereinheit 16 senden. Dabei kann die Übermittlung des Luftströmungswertes drahtlos oder drahtgebunden erfolgen. In der Steuereinheit 16 ist ein Speicher 22 angeordnet, wobei in dem Speicher 22 mindestens ein Sollwert gespeichert ist. Der Sollwert wird dabei virtuell z.B. aus einer 3D-CFD-Simulation im vornhinein berechnet und in dem Speicher 22 gespeichert. Dabei können verschiedene Sollwerte für verschiedene Fahrzeugkonfigurationen in den Speicher 22 gespeichert werden. Dementsprechend können die Strömungsquellen 14, 14.1, 14.2, 14.3 und 14.4 derart kontrolliert, d. h. gesteuert und geregelt werden, dass die Sollwerte, welche in der Steuereinheit 16 gespeichert sind, eingehalten werden. Damit kann ein Fahrer, der auf dem Kraftfahrzeugsitz 20 Platz nimmt einen realen Eindruck über subjektive Zugerscheinungen in einem Kraftfahrzeug bekommen. In einem Bereich des Kraftfahrzeugsitzes ist eine weitere Sensoreinheit 18.1 angeordnet. Ein weiterer Ort 10.1 ist dabei der Bereich, welcher um die Sensoreinheit aufgespannt wird. An dem Ort 10.1 kann durch die Strömungsquelle 14.1 eine Luftströmung erzeugt werden. So kann für verschiedene Bereiche, insbesondere z.B. für die Orte 10 und 10.1 des Kraftfahrzeugsitzes 20, ein realer Luftzug wie in einem Fahrgastraum eines fahrenden Kraftfahrzeuges simuliert werden.
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In 2 ist schematisch ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. In einem ersten Schritt 40 wird ein Luftstrom in einem Raum durch eine Strömungsquelle erzeugt. In einem zweiten Schritt 42 wird der erzeugte Luftstrom durch einen Luftstromwert einer Sensoreinheit an einem Ort in dem Raum erfasst. In einem Schritt 46 wird dabei die Strömungsquelle über einen Regelkreis gesteuert, wobei der Regelkreis durch mindestens einen Sollwert geregelt wird. Der Sollwert aus dem Schritt 42 kann dabei in einem Schritt 44 durch eine zweite Rechnereinheit für eine bestimmte Konfiguration des Raumes berechnet werden und in einem Speicher einer Rechnereinheit gespeichert werden. In dem Raum können eine Vielzahl von Lüftern angeordnet werden, die für eine Nachbildung des Strömungszustandes zuständig sind. Wie die Lüfter kontrolliert werden müssen, wird über einen Regelkreis bestimmt, der aus einer Vorgabe von Sollwerten (Strömungsgeschwindigkeiten im Raum) und der Überwachung der Sollwerte durch wenigstens einen Strömungssensor erfolgt. Die Sollwerte können dabei virtuell aus einer 3D-CFD-Simulation im vornhinein berechnet werden, insbesondere für verschiedene Fahrzeugkonfigurationen berechnet werden. Die Ergebnisse können in dem Steuergerät in einem Speicher des Steuergerätes als Sollwerte abgelegt werden. Die Strömungsquellen können dann so angesteuert werden, dass die Sollwerte eingehalten werden. Ein Fahrer, der sich in dem Raum befindet, kann damit einen realen Eindruck über die subjektiven Zugerscheinungen in dem Raum, d.h. simuliert in dem Raum, für einen bestimmten Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges bekommen.
