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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansteuern einer Belüftungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, die mit mindestens einem Sensorelement zum Erfassen mindestens eines Umgebungsparameters ausgelegt ist, wobei die Belüftungsvorrichtung entsprechend dem Umgebungsparameter angesteuert wird.
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Es sind Belüftungsvorrichtungen bekannt, die dazu dienen, die Luft im Innenraum eines Kraftfahrzeuges zu konditionieren. Die Belüftungsvorrichtungen werden dabei angesteuert, um Außenluft in den Innenraum einzulassen, die gefiltert, mit Innenluft vermischt, entfeuchtet, gekühlt oder erwärmt werden kann. Die Belüftungsvorrichtungen und entsprechende Verfahren zum Ansteuern der Belüftungsvorrichtungen dienen durch Einstellen einer bestimmten Temperatur und Luftfeuchtigkeit neben dem Komfort der Insassen außerdem dafür, dass die Scheiben nicht beschlagen und eine bessere Sicht gewährleistet werden kann. Es sind Belüftungsvorrichtungen bekannt, die automatisch angesteuert werden. Bei den automatischen Belüftungsvorrichtungen kann der Fahrer die gewünschte Temperatur einstellen, wobei Sensoren vorgesehen werden können, um die Temperatur im Innenraum zu detektieren. Wenn die Temperatur von der gewünschten Temperatur abweicht, kann die Kühlleistung automatisch angepasst werden. Darüber hinaus können wechselnde Umgebungsverhältnisse, wie z. B. Tunnelfahrt oder sich ändernde Sonnenstrahlung eine Anpassung der Kühlleistung erforderlich machen. Dabei können entsprechende Sensoren die Umgebung beobachten, um die sich wechselnden Umgebungsverhältnisse zu registrieren und durch automatische Ansteuerung der Kühlleistung für eine konstante Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeuges zu sorgen.
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Bekannte automatische Belüftungsvorrichtungen weisen dabei Lichtsensoren auf, um die durch die Sonnenleistung eingebrachte Energie einzuschätzen und die betroffene Seite des Kraftfahrzeugs oder den gesamten Fahrzeuginnenraum entsprechend abzukühlen. Andere Belüftungsvorrichtungen weisen Luftgütesensoren auf, die bei schlechter Außenluft in einem Stau oder im starken Stadtverkehr vollständig oder verhältnismäßig zur Außenluft auf die Umluft umschalten, um das Ansaugen von schlechter Außenluft zu vermeiden oder zu reduzieren.
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Ein derartiges Verfahren zum Ansteuern einer Belüftungsvorrichtung ist aus der
DE 10 2011 055 684 A1 bekannt, wobei die Belüftungsvorrichtung eine Stelleinrichtung aufweist, um wahlweise einen Außenlufteinlass- oder den Umlufteinlass zu schließen oder um ein bestimmtes Verhältnis zwischen Umluft und Frischluft einzustellen, wenn sich die Umgebungsverhältnisse ändern, insbesondere wenn sich die Luftqualität draußen verschlechtert.
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Dabei hat sich als Nachteil herausgestellt, dass die aktuelle Sensorik recht träge ist, was zur Verzögerungen beim Ansteuern der Belüftungsvorrichtungen und dadurch zu Komforteinbußen führen kann. Ein Lichtsensor, der die Sonneneinstrahlung misst, bildet meistens einen Mittelwert in einem bestimmten Zeitintervall, beispielsweise in einer Minute, damit er, beispielsweise auf Alleen, nicht auf die sich ständig wechselnden Werte reagieren muss. Wenn sich nun abrupt und dauerhaft die Sonneneinstrahlung ändert, z. B. bei Tunneleinfahrten, plötzlicher Verschattung durch Wolken oder Gebäude, liefert der Sensor erst nach einer großen Verzögerung, in dem oben genannten Beispiel erst in einer Minute, den entsprechend veränderten Wert und erst danach kann die Regelung auf den geänderten Wert reagieren. Das führt zu einer trägen Regelung mit entsprechenden temporären Übersteuerungen, wie z. B. zu kalt, zu warm und dergleichen, die durch Fahrzeuginsassen deutlich fühlbar sind. Ein Luftgütesensor reagiert erst, wenn sich bereits Abgase oder Gerüche in der Luft befinden, wodurch stets auch ein Teil der schlechten Außenluft in den Innenraum getragen wird, was zu Komfortbeeinträchtigungen führen kann.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein Verfahren zum Ansteuern einer Belüftungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, das mindestens einen der oben genannten Nachteile zumindest zum Teil überwindet. Insbesondere ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine schnellere und verbesserte Regelung der Belüftungsvorrichtung ermöglicht, um den Klimakomfort für die Fahrzeuginsassen zu erhöhen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Ansteuern der Belüftungsvorrichtung mindestens einen der folgenden Schritte umfasst, wie:
- a) Voraussagen des Umgebungsparameters entsprechend einer Streckeninformation vor dem Erfassen durch das Sensorelement,
- b) Verifizieren des Umgebungsparameters entsprechend einer Streckeninformation nach dem Erfassen durch das Sensorelement.
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Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, prädiktive Streckeninformationen (prädiktive Daten) zu nutzen, um einen Umgebungsparameter, der für die Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung bzw. für die Klimaregelung im Kraftfahrzeug relevant ist, vorauszusagen und ohne Verzögerung die Belüftungsvorrichtung entsprechend anzusteuern. Die Streckeninformation kann folgende prädiktiven Daten umfassen, die den wahrscheinlich kommenden Streckenverlauf beschreiben, wie Geometrie/Richtung der vorausliegenden Fahrtrichtung, Höhe über n. N., Streckenumgebung (Stadt, Land, Gewässer, etc.), Tunnel, Haltepunkte (Ampeln, Stoppschilder etc.), Straßentypen, Gefälle, erwartete Geschwindigkeit und vieles mehr. Typischerweise werden solche Daten vom Motorsteuergerät verwendet, um die Motorregelung hinsichtlich solcher Kriterien, wie optimale Betriebstemperatur oder optimaler Verbrauch, zu optimieren. Diese prädiktiven Daten können erfindungsgemäß auch für die Klimaregelung herangezogen werden, um schnellere Ansteuerung zu erzielen und dadurch einen Komfortgewinn für die Insassen des Kraftfahrzeuges zu erzielen. Da beispielsweise die subjektiv von den Insassen wahrgenommene Temperatur stark von der Sonneneinstrahlung abhängig ist, die auf ihre Körper trifft, muss bei einer Veränderung dieser Einstrahlung in wenigen Sekunden mit geeigneten Mitteln gegengeregelt werden, um eine subjektiv empfundene Temperaturveränderung im Fahrzeug zu vermeiden (hierfür könnte man z.B. Wärmestrahlern auf entsprechende Körperstellen zuschalten, da Nutzung von Konventionshitze durch Ausströmer zu träge wäre). Zudem liegt der Erfindungsgedanke darin, dass somit die Zeitverzögerung beim Erfassen von Umgebungsparameter durch übliche Sensoren, beinahe vollständig, vermieden werden kann. Die Auswertung von prädiktiven Streckeninformationen kann vorteilhafterweise helfen, um im Vorfeld Zeitpunkte und Orte zu ermitteln, an denen eine Reduzierung der Heiz-/Kühlleistung sinnvoll ist, z. B. beim Eintritt in einen Tunnel, bevor dies durch einen Sensor mit einer gewissen Trägheit überhaupt erfassbar wäre. Ebenfalls ist es erfindungsgemäß denkbar, dass die Streckeninformationen als Vergleichswert zu den Messwerten der üblichen Sensoren herangezogen werden können, um den Wert des gemessenen Umgebungsparameters zu verifizieren. Vorteilhafterweise kann dabei der gemessene Umgebungsparameter bestätigt werden, um zufällige und kurzfristige Werte von den plausiblen Werten zu unterscheiden, bevor die Belüftungsvorrichtung tatsächlich angesteuert wird. Wenn der aktuelle Messwert des Lichtsensors beispielsweise einen starken Abfall des eintreffenden Lichts erkennt, man sich aber auf einer normalen Landstraße befindet, handelt es sich mit hoher Wahrscheinlichkeit um einen kurzzeitigen, einzelnen Schattenwurf durch beispielsweise ein anderes Fahrzeug, einen Baum oder dergleichen. Solcher kurzfristiger Wert darf daher die Regelung der Belüftungsvorrichtung nicht unmittelbar beeinflussen. Wenn eine solche Messwertveränderung jedoch bei einem Eintritt in eine Allee, einen Tunnel oder einen Bereich mit hoher Verkehrsdichte stattfindet, so wird es vermutlich häufigere Verschattungen geben und die Leistung der Klimaanlage kann entsprechend angepasst werden. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass die Klimaregelung bzw. die Belüftungsvorrichtung nicht nur schnell und flexibel auf die sich ändernde Umgebungsverhältnisse angepasst werden kann, sondern auch effizient erfolgen kann.
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Vorteilhafterweise kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass der Umgebungsparameter mindestens einen der Parameter umfassen kann, wie:
- – Lichtintensität, und ggf. -einfallsrichtung (welche Lichtmenge erreicht tatsächlich den Innenraum oder trifft direkt auf die Insassen)
- – Temperatur,
- – Luftfeuchtigkeit,
- – Luftqualität,
oder dergleichen.
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Gemäß der Erfindung können neben den genannten Parametern unterschiedlichste Umgebungsparameter herangezogen werden, die die Umgebungsverhältnisse beschreiben und dabei helfen können, die Belüftungsvorrichtung entsprechend einzustellen. So kann z. B. die Lichtintensität draußen einen Aufschluss darüber geben, wie viel Energie für die Heizung des Innenraums durch die Sonneneinstrahlung eingespart werden kann, um die Heizungsleitung der Belüftungsvorrichtung entsprechend zu reduzieren. Um die Lichintensität unmittelbar zu messen, können außen am Fahrzeug oder drinnen unter den Scheiben Lichtsensoren vorgesehen werden. Um die Lichtintensität zu schätzen oder zu plausibilisieren, können erfindungsgemäß solche Streckeninformationen herangezogen werden, wie der Straßenverlauf, wobei beim Fahren über eine Autobahn mit wenig Schatten mehr Sonnenenergie für die Heizung eingespart werden kann als beim Fahren in Unterführungen, Tunneln, Tiefgaragen, unter Hochstraßen, in Alleen, in Innenstadtbereichen mit hohen Gebäuden oder in Straßenzügen, in denen eine Verschattung aufgrund des Sonnenstands und nahegelegener Geografischer Verhältnisse besteht, durch Berge, oder dergleichen. Umgekehrt muss der Innenraum beim Fahren in schattigen Straßenzügen mehr geheizt werden als draußen auf der Autobahn.
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Ein weiteres Beispiel des Umgebungsparameters ist die Temperatur, die unmittelbar durch Sensoren gemessen werden kann oder erfindungsgemäß durch bestimmte Streckeninformationen vorausgesagt werden kann, wie beispielsweise Fahren auf einem offenen Feld, wo viel Wind für die schnelle Abkühlung der Umgebung sorgt, oder hoch in den Bergen, wo die Temperatur geringer ist als in den tiefer liegenden Tälern, so dass mehr geheizt werden muss, um die Temperatur im Innenraum des Kraftfahrzeuges zu halten. Da durch die prädiktiven Streckendaten auch der kommende Streckenverlauf bekannt ist, kann die Temperatur entlang dieses mit Hilfe von Online-Diensten oder dergleichen bestimmt werden. Der Umgebungsparameter, wie die Luftfeuchtigkeit, die durch spezielle Feuchtigkeitssensoren erfasst werden kann und/oder bei solchen Streckeninformationen vorausgesagt werden kann, wie Fahren an einem Küstenabschnitt, im Wald, am See oder Ähnliches, kann ebenfalls rechtzeitig daraufhin deuten, dass die Innenluft im Fahrzeug mehr geheizt werden muss, damit die Scheiben durch Ansaugen der feuchten Außenluft nicht beschlagen.
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Um den Umgebungsparameter, wie die Luftqualität, vorauszusagen, kann eine Streckeninformation helfen, wie beispielsweise über einen bevorstehenden Tunnel, Tiefgarage o. Ä., um rechtzeitig bei Tunneldurchfahrt von Außenluftzufuhr auf Umluft umzuschalten, bevor dies mit aktueller Sensorik überhaupt erfassbar wäre, dass die Luftqualität gesunken ist. Somit kann vorteilhafterweise das Ansaugen von schlechter Tunnelluft in den Fahrzeuginnenraum vermieden werden. Ebenfalls kann eine Streckeninformation über einen Stau helfen, rechtzeitig vor der Einfahrt in den Stau oder in den zähfließenden Verkehr sowie bei Halt an Ampeln auf Umluft zu schalten, was ansonsten mit Hilfe der normalen Sensorik nicht oder nicht rechtzeitig erfassbar wäre.
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Solche Streckeninformationen können dabei helfen, den Umgebungsparameter zu schätzen, wenn im Voraus bekannt ist, wann sich eine gewisse Fahrsituation ergibt, um die Kühl- bzw. Heizleistung entsprechend anzupassen. Folglich kann gemäß der Erfindung ein bestimmter Umgebungsparameter, der für die Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung relevant ist, beim Kennen der kommenden Fahrsituation im Voraus prognostiziert werden. Dann kann die Klimaregelung bzw. die Belüftungsvorrichtung entsprechend dem geschätzten Umgebungsparameter und ohne Verzögerung für die Messung und Auswertung dieses Umgebungsparameters angesteuert werden. Zudem kann es erfindungswesentlich sein, dass beim Messen eines bestimmten stark veränderten Umgebungsparameters, die Kenntnis über die aktuelle Fahrsituation helfen kann, zu entscheiden, ob diese Änderung einer tatsächlichen Fahrsituation entspricht oder die gemessene Änderung einem zufälligen und/oder vorübergehenden Ereignis entspricht und keine Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung erfordert, um so kurzzeitige Über- oder Unterregelungen zu vermeiden.
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Vorteilhafterweise kann der Umgebungsparameter periodisch erfasst werden. Dabei kann sowohl die sensorische Erfassung periodisch geschehen als auch die Plausibilisierung der gemessenen Werte. Ebenfalls ist es denkbar, dass die kommende Streckeninformation periodisch aktualisiert und/oder abgefragt werden kann, um bei Änderung der Fahrsituation im Voraus den Umgebungsparameter zu schätzen und die Belüftungsvorrichtung entsprechend anzusteuern.
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Außerdem ist es gemäß der Erfindung denkbar, dass zum Ausführen des Verfahrens ein entsprechendes Computerprogrammprodukt bereitgestellt werden kann, das in einer zentralen Steuereinheit des Kraftfahrzeuges oder speziellen Steuereinheit der Belüftungsvorrichtung integriert werden kann.
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Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass die Streckeninformation durch mindestens eine Vorrichtung bereitgestellt werden kann, wie:
- – eine Navigationsvorrichtung,
- – eine Verkehrsfunkvorrichtung,
- – eine Mobilfunkvorrichtung,
- – eine Kommunikationsvorrichtung,
oder dergleichen.
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Einige moderne Navigationssysteme bieten über den Fahrzeugbus anderen Steuergeräten sog. prädiktive Streckeninformationen an. Diese Streckeninformationen beschreiben den wahrscheinlich kommenden Streckenverlauf, wie Geometrie/Richtung der vorausliegenden Fahrtrichtung, Höhe über n. N., Streckenumgebung (Stadt, Land, Gewässer, etc.), Tunnel, Haltepunkte (Ampeln, Stoppschilder etc.) Straßentypen, Gefälle, erwartete Geschwindigkeit und vieles mehr. Vorteilhafterweise kann die Erfindung diese prädiktiven Streckeninformationen dazu verwenden, um die Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung, wie oben beschrieben, effizient auszuführen. Auch Verkehrsfunkvorrichtungen können relevante Streckeninformationen über Staus, stockender Verkehr, Baustellen und dergleichen liefern, die dazu genutzt werden können, erfindungsgemäß den Umgebungsparameter zu schätzen, der für die Klimaregelung relevant sein kann. Außerdem können in modernen Kraftfahrzeugen Mobilfunkvorrichtungen, wie beispielsweise ein Mobiltelefon, ein Smartphone, ein Tablet-Computer und Ähnliches, angeschlossen werden, um die Funktionen der Navigationsvorrichtung, Verkehrsfunkvorrichtung sowie Kommunikationsvorrichtung zu übernehmen und die prädiktiven Streckeninformationen bereitzustellen. Der Vorteil liegt dabei darin, dass das erfindungsgemäße Verfahren somit mit verschiedenen Fahrzeugen, mit oder ohne solcher eingebauter Vorrichtungen, wie die Navigationsvorrichtung, mit Hilfe einfacher Maßnahmen angewendet werden kann, indem eine Mobilfunkvorrichtung, z. B. ein Mobiltelefon, zum Gewinnen der prädiktiven Daten im Kraftfahrzeug angeschlossen wird. Ferner ist es denkbar, dass eine beliebige Kommunikationsvorrichtung die Streckeninformationen bereitstellen kann, die dazu benutzt werden kann, die prädiktiven Daten bereitzustellen und somit das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Zudem ist es denkbar, dass die Wetterberichte herangezogen werden können, um so eine mögliche Änderung eines relevanten Umgebungsparameters vorauszusagen.
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Erfindungsgemäß kann die Streckeninformation durch mindestens eine sich ändernde Fahrsituation bestimmt werden, wie insbesondere:
- – Einfahren in einen Tunnel,
- – Einfahren in eine bestimmte Umgebung, wie eine Landstraße, eine Autobahn, einen Stadtverkehr, eine beruhigte Verkehrszone oder dergleichen,
- – Einfahren in ein Parkhaus,
- – Einfahren in eine Garage,
- – Heranfahren an ein Stauende,
- – Heranfahren an einen Baustellenbereich,
- – Halten an einer Ampel,
oder dergleichen.
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Vorteilhafterweise kann eine sich ändernde Fahrsituation eine prädiktive Streckeninformation enthalten, die über einen sich bald ändernden Umgebungsparameter Auskunft geben kann, der wiederum die entsprechende Ansteuerung der Klimaanlage erfordern kann, um die bestimmte Temperatur im Fahrzeuginnenraum zu halten. Die aufgelisteten Fahrsituationen sollen vorteilhafte Beispiele zur Anwendung der Erfindung darstellen, wobei die Liste nicht abschließend ist und andere mögliche Fahrsituationen denkbar sind, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren genutzt werden können, um die Klimatisierung eines Kraftfahrzeugs zu verbessern.
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Erfindungsgemäß kann Ansteuern der Belüftungsvorrichtung mindestens einen der folgenden Schritte umfassen, wie:
- c) Einstellen einer Temperatur,
- d) Einstellen einer Belüftung, insbesondere einer Frischluftbelüftung und/oder einer Umluft,
- e) Einstellen einer Anströmrichtung (Kopf, Körper, Beine, ...),
- f) Einstellen einer Anströmart (hart, sanft),
- g) Einstellen einer Wärmequelle (Strahler oder Konvektion),
oder dergleichen.)
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Dabei kann Außenluft von draußen in den Fahrzeuginnenbereich angesaugt werden, die außerdem gefiltert, mit der Innenluft vermischt, gekühlt oder erwärmt werden kann. Neben der Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung, die Heizung und Kühlung umfassen kann, kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise für automatische Ansteuerung von Innen- und Außenbeleuchtung sowie einer Belüftung dienen.
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Um ein Verfahren zum Ansteuern einer Belüftungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, insbesondere um das erfindungsgemäße Verfahren, zu verbessern, kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass das Ansteuern der Belüftungsvorrichtung mindestens einen Schritt umfassen kann, wie:
- f) Ermittlung von Fahrzeugbereichen, die als variable Wärmespeicher dienen können, insbesondere mittels Sitzbelegungssensoren, Drucksensoren oder dergleichen.
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Zudem kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass das Ansteuern der Belüftungsvorrichtung mindestens einen Schritt umfassen kann, wie:
- g) Heranziehen eines variablen Wärmespeichers zum Einstellen der Temperatur.
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Der Weiterbildungsgedanke der Erfindung liegt dabei darin, die nicht besetzten Fahrzeugbereiche als variable Wärmespeicher zu verwenden, da diese Wärmespeicher kein zusätzliches Gewicht, etwaige Kosten oder separaten Bauraum erfordern. Beispielsweise können solche Bereiche im Kraftfahrzeug als variable Wärmespeicher dienen, wie der Kofferraum oder auch Bereiche, in denen derzeit keine Insassen sitzen, in denen somit die Temperaturschwankungen nicht wahrgenommen werden und aus denen eine relativ langsame Diffusion der Wärme/Kälte in die belegten Zonen im Fahrzeug stattfindet. Um die hierfür tauglichen Bereiche im Fahrzeuginnenraum, insbesondere automatisch, zu ermitteln, können Sensoren verwendet werden. Vorteilhafterweise können hierzu bereits vorhandene Sensoren genutzt werden, wie die Drucksensoren zur Ermittlung der besetzten Plätze im Fahrzeug oder Ähnliches. Erfindungsgemäß kann als Erstes eine Identifikation der nicht besetzten Fahrzeugsitze durch Sitzbelegungssensoren erfolgen, um so die zu verwendenden Innenraumzonen zu bestimmen. Darüber hinaus können auch geöffnete Klappen und Fenster sowie umgelegte Sitze, wie z. B. Rücksitzbank, ermittelt werden, um in Verbindung mit der bekannten Fahrzeuggeometrie die Wärmespeichereigenschaften und/oder Anströmpositionen entsprechender Fahrzeugbereiche zu bestimmen, um deren Wärmekapazität und Wärmediffusion abzuschätzen und die Regelung der Belüftungsvorrichtung entsprechend anzupassen. Dann können die prädiktiven Streckendaten zur Identifizierung von vorausliegenden Streckenabschnitten mit "günstiger" (weil überschüssig, z. B. bei Gefälle, Geschwindigkeitsreduzierungen etc.) und "teurer" Energie (Steigungen, voraussichtlichen Geschwindigkeitssteigerungen etc.) genutzt werden, um zu entscheiden, wann die Energie verfügbar sein kann, um in die ermittelten Bereiche geleitet zu werden. Wenn die „günstige“ Energie gewonnen werden kann, kann sie nach einem besonderen Vorteil der Erfindung in den Wärmespeicher geleitet werden und bei Bedarf schnell zur Verfügung gestellt werden. Andere Energiequellen, die gemäß der Erfindung zur Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung verwendet werden können, können beispielsweise Wärmestrahler sein, die eingeschaltet werden können, wenn keine „günstige Energie“, beispielsweise aus dem variablen Wärmespeicher, bezogen werden kann. Vorteilhafterweise kann somit die Regelung der Belüftungsvorrichtung an Verfügbarkeit der „günstigen“ Energie orientiert werden, um eine Wohlfühltemperatur im Innenraum schnell einzustellen und/oder aufrechtzuerhalten. Dabei kann der Energieaufwand verbessert werden, um die gewünschte, gefühlte Temperatur der Fahrzeuginsassen zu erzielen, indem zwischen verschiedenen Wärmequellen ausgewählt werden kann, die gerade „günstige“ Energie liefern können oder das Einschalten einzelner Infrarotstrahler zur Erwärmung des Innenraums erfordern. Vorteilhafterweise können dadurch weitere Parameter verbessert werden, wie die Effizienz der Wärmezufuhr, Halten der Temperatur und dergleichen. Der Vorteil liegt dabei darin, dass auf externe bzw. speziell ausgebildete, zusätzliche Wärmespeicher verzichtet werden kann, die teuer sind, zusätzliches Gewicht und Bauraum erfordern und zudem unbemerkt von den Insassen angebracht sein müssen, was sich oft als schwierig erweist. Im Gegensatz dazu kann erfindungsgemäß durch Nutzung der variablen Wärmespeicher, die aktuell zur Verfügung stehen, ohne sonstige Kosten, ohne zusätzliches Gewicht oder Bauraum die effiziente Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung gewährleistet werden.
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Vorteilhafterweise kann gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass das Ansteuern der Belüftungsvorrichtung mindestens einen Schritt umfassen kann, wie:
- h) Leiten von Kühl- bzw. Heizleistung in einen variablen Wärmespeicher auf Streckenabschnitten, an denen überschüssige Energie zur Verfügung steht, insbesondere mittels eines Klimakompressors.
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Weiterhin kann vorteilhaft gemäß der Erfindung vorgesehen sein, dass das Ansteuern der Belüftungsvorrichtung mindestens einen der folgenden Schritte umfassen kann, wie:
- i) Bereitstellen von Kühl- bzw. Heizleistung aus einem variablen Wärmespeicher,
- j) Bereitstellen von Kühl- bzw. Heizleistung aus einem stationären Wärmespeicher,
- k) Zuschalten eines Wärmestrahlers,
oder dergleichen.
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Der Erfindungsgedanke liegt grundsätzlich darin, die Kenntnis über zukünftige Fahrsituationen auszunutzen. Insbesondere kann die Kenntnis über kommende Gefälle/Steigungen auf der prognostizierten Route die Möglichkeit schaffen, „günstige“ Kälteleistung in die Bereiche im Fahrzeug zu leiten, die die Insassen zur Zeit nicht gebrauchen, um den natürlichen Luftaustausch später in einen Energiesparvorteil umzuwandeln. Erfindungsgemäß können unterschiedliche Bereiche im Fahrzeug, wie der Kofferraum oder andere unbesetzte Plätze, die sowieso schon da sind, auch zur Verbesserung der Effizienz prädiktive Klimaregelung genutzt werden. Die Nutzung des Fahrzeuginnenraums statt eines zusätzlichen Latenzwärmespeichers vermeidet vorteilhafterweise zusätzliche Kosten, Bauraum und Gewicht. Selbstverständlich ist es ebenfalls denkbar, dass zur schnellen Erzielung einer Wohlfühltemperatur die Wärmestrahler für kurze Zeit eingeschaltet werden können oder dann, wenn die Temperaturunterschiede zwischen der aktuellen und der gewünschten Temperatur nicht zu groß sind. Das Ziel der Erfindung ist es jedoch, über längere Zeiten für eine entsprechende Innenraumtemperatur zu sorgen. Um Energiesparpotentiale zu heben, kann die erfindungsgemäße prädiktive Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung vorteilhafterweise die zur Verfügung stehenden variablen Wärmespeicher nutzen, um Wärme oder Kälte unbemerkt von Insassen über einen gewissen, größeren Zeitraum abzuspeichern und bei Bedarf kontinuierlich bereitzustellen. Vorteilhafterweise kann gemäß der Erfindung die Kühl- bzw. Heizleistung in den variablen Wärmespeicher im Fahrzeug auf Streckenabschnitten geleitet werden, an denen überschüssige Energie zur Verfügung steht, z. B. durch Zuschalten eines Klimakompressors bei Bergabfahrten oder im Schubbetrieb oder bei Beginn einer Zone mit reduziertem Geschwindigkeitslimit. Außerdem kann die zusätzlich für Klimatisierung erforderliche Energie auf Streckenabschnitten reduziert werden, bei denen diese Energie durch zusätzlichen Kraftstoff/Energiebedarf abgedeckt werden müsste, beispielsweise bei Bergauffahrten, vor Zonen mit höherem Geschwindigkeitslimit oder dergleichen. Dann, wenn keine „günstige“ Energie zur Verfügung steht, kann der Klimakompressor ausgeschaltet werden und die notwendige Heiz-/Kühlleistung für den Innenraum aus dem variablen Wärmespeicher bezogen werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei können Merkmale der Beschreibung, insbesondere des erfindungsgemäßen Verfahrens und der Figurenbeschreibung miteinander frei kombiniert werden, soweit es technisch sinnvoll ist. Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, und
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2 eine schematische Darstellung zur Heranziehung eines variablen Wärmespeichers.
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Die 1 zeigt einen schematischen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Blockdiagramms. Das Ziel der Erfindung ist dabei, eine Belüftungsvorrichtung derart automatisch anzusteuern, dass die Temperatur T im Innenraum des Kraftfahrzeuges einer bestimmten Temperatur T* entspricht. Dabei kann es sich um eine durch die Insassen eingestellte Temperatur T* handeln. Erfahrungsgemäß kann sich die Temperatur T je nach der Umgebung des Fahrzeuges variieren bzw. sich verändern. Zum Beispiel kann die Temperatur T auf einer Landstraße bei gutem Wetter steigen, da durch die Sonneneinstrahlung der Innenraum des Kraftfahrzeuges aufgeheizt wird. Andererseits kann die Temperatur T in einer windigen oder schattigen Umgebung schnell sinken, so dass eine Wärmezufuhr ∆E durch die Belüftungsvorrichtung notwendig wird, um die Temperatur T auf dem Niveau T=T* zu halten. Dabei ist es ersichtlich, dass die Temperatur T im Fahrzeuginnenraum von mindestens einem Umgebungsparameter abhängig sein kann, wie die Lichintensität, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Luftqualität und dergleichen. Dieser Umgebungsparameter kann durch Sensoren beobachtet werden. Oft ist es jedoch aufgrund der Trägheit der Sensoren zu spät, um die Belüftungsvorrichtung entsprechend anzusteuern, damit sich die gefühlte Temperatur T im Innenraum nicht ändert. Diese Umgebungsparameter können sich ändern, wenn sich die Fahrsituation ändert, z. B. beim Einfahren in einen Tunnel, Einfahren in schattige und windige Gebiete oder Ähnliches. Die Erfindung schlägt dabei vor, dass das Ansteuern der Belüftungsvorrichtung mindestens einen der folgenden Schritte umfassen kann, wie:
- a) Voraussagen des Umgebungsparameters entsprechend einer Streckeninformation vor dem Erfassen durch das Sensorelement,
- b) Verifizieren des Umgebungsparameters entsprechend einer Streckeninformation nach dem Erfassen durch das Sensorelement.
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Mit anderen Worten strebt die Erfindung an, die Kenntnis über die zukünftige Streckeninformation I, die so genannte prädiktive Streckeninformationen I auszunutzen, um den Umgebungsparameter rechtzeitig abzuschätzen und die Änderung der gefühlten Temperatur im Kraftfahrzeug vorauszusagen. Wenn sich ergibt, dass die Temperatur T in Abhängigkeit von der kommenden Fahrsituation I sich ändern wird: T(I) ≠ T*, so kann die Belüftungsvorrichtung bzw. die Klimaregelung im Kraftfahrzeug, ohne Verzögerung für die Messung dieses Umgebungsparameters, entsprechend angesteuert werden, um der Änderung der Temperatur T entgegenzuwirken. Dabei kann beispielsweise eine Zufuhr von Energie ∆E notwendig sein, um die Temperatur T gleich der Wohlfühltemperatur T* zu halten.
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Das Fahrzeug tauscht über seine Außenhaut und durch die Sonneneinstrahlung ständig Wärme mit seiner Umgebung aus. Zudem gibt es Wärmequellen im Fahrzeug, die Wärme in den Innenraum abgeben (Insassen, Fahrzeugkomponenten). Es muss dabei kontinuierlich Kälte oder Wärme zugeführt werden, um die Innenraumtemperatur aufrecht zu erhalten, wobei die zuzuführende Menge sich nicht ändert, wenn sich an den Umgebungsbedingungen wie Außentemperatur etc. ebenfalls nichts ändert. Wenn sich die Fahrsituation jedoch nicht ändert I=const, so braucht die Belüftungsvorrichtung normalerweise keine veränderte Wärmeleistung oder keine Kälteleistung ∆E zu erzeugen, es sei denn dass die Tageszeit sich ändert und die Außentemperatur sich deswegen ändert. Dabei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Energiezufuhr entsprechend der sich ändernden Temperatur in Abhängigkeit von der Tageszeit angepasst wird. Hierzu können Daten eines Wetterberichts herangezogen werden.
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Die Streckeninformation I kann erfindungsgemäß unterschiedliche prädiktive Daten umfassen, wie Straßentypen, Informationen über Gefälle oder Steigungen, erwartete Geschwindigkeit oder dergleichen. Dabei kann die Zeitverzögerung beim Erfassen des Umgebungsparameters in Folge sich ändernden Fahrsituation durch übliche Sensoren fast vollständig vermieden werden. Die Auswertung von prädiktiven Streckeninformationen I kann erfindungsgemäß helfen, um im Voraus Zeitpunkte und Orte zu wissen, an denen beispielsweise eine Reduzierung der Heiz-/Kühlleistung ∆E notwendig sein wird, wie beispielsweise beim Eintritt in einen Tunnel, bevor dies durch einen Sensor nach einer gewissen Zeit überhaupt erfassbar wäre.
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Darüber hinaus ist es erfindungsgemäß denkbar, dass die Streckeninformationen I als Vergleichswert zu den aktuellen Messwerten der üblichen Sensoren herangezogen werden können, um den Wert des gemessenen Umgebungsparameters zu plausibilisieren, um zufällige und kurzfristige Werte von den plausiblen Werten zu unterscheiden und um eine unnötige Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung zu vermeiden. Wenn z. B. die aktuelle Lichteinstrahlung rapide sinkt, man sich aber auf einer normalen Landstraße befindet, handelt es sich wahrscheinlich bloß um einen vorübergehenden Schattenwurf durch beispielsweise ein anderes Fahrzeug, einen Baum oder dergleichen. Solche kurzfristigen Änderungen der Messwerte der Sensoren dürfen die Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung nicht sofort beeinflussen. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass Ansteuerung die Belüftungsvorrichtung nicht nur schnell, sondern auch effizient erfolgen kann, und dass die Übersteuerung oder Untersteuerung der Belüftungsvorrichtung vermieden werden kann.
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Das Überprüfen der Fahrsituation I und ihre Auswirkung auf die Temperatur T kann erfindungsgemäß periodisch erfolgen, um bei Änderung der Fahrsituation den Umgebungsparameter im Voraus zu schätzen und die Belüftungsvorrichtung entsprechend anzusteuern. Außerdem kann es erfindungsgemäß denkbar sein, dass sowohl die sensorische Erfassung des Umgebungsparameters periodisch geschehen kann als auch die Plausibilisierung der gemessenen Werte.
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Erfindungsgemäß kann die Streckeninformation I durch eine stationäre, externe oder mobile Navigationsvorrichtung sowie durch eine beliebige Kommunikationsvorrichtung bereitgestellt werden. Diese Streckeninformationen I, die den wahrscheinlich kommenden Streckenverlauf beschreiben, beeinflussen zumindest zum Teil die Temperatur T im Innenraum des Kraftfahrzeuges und können erfindungsgemäß dazu genutzt werden, die notwendige Kühl- oder Wärmeleistung ∆E abzuschätzen, um die gewünschte Temperatur T* im Fahrzeuginnenraum einzustellen.
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Neben der notwendigen Kühl- oder Wärmeleistung ∆E kann die Streckeninformation I vorteilhafterweise außerdem eine Auskunft darüber geben, ob die Lüftung durch Ansaugen von Außenluft und/oder durch Umluft sinnvoll ist, je nachdem, wie gut die zu erwartende Luftqualität gemäß der Streckeninformation I ist. So ist es bei Einfahren an ein Stauende sinnvoll, auf Umluft umzuschalten, um das Ansaugen von Abgasen zu vermeiden. Zudem kann mit der Streckeninformation I auch ein geeignetes Heiz-/Kühlmittel (Wärmestrahler oder Gebläse), Anströmart und Position gewählt werden. So können beispielsweise Wärmestrahler auf Personen gerichtet werden, die zuvor viel Wärme durch Sonneneinstrahlung erreicht hatte und bei denen dies nun durch eine Verschattung oder eine veränderte Sonneneinstrahlrichtung nach Kurvenfahrt nicht mehr der Fall ist.
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Die 2 zeigt schematisch, wie das erfindungsgemäße Verfahren zum Ansteuern einer Belüftungsvorrichtung noch weiter verbessert werden kann. Hierzu können Fahrzeugbereiche W ermittelt werden, die als variable Wärmespeicher W dienen können. Als Wärmespeicher W können dabei nicht besetzte Fahrzeugbereiche dienen, die vorteilhafterweise kein zusätzliches Gewicht, keine etwaigen Kosten oder separaten Bauraum erfordern. In den nicht besetzten Bereichen werden die Temperaturschwankungen nicht wahrgenommen. Diese Bereiche können durch Sensoren S erfasst werden, wie z. B. Sitzbelegungssensoren, Drucksensoren oder dergleichen. Danach kann der ermittelte variable Wärmespeicher W zum Einstellen der Temperatur T, insbesondere zum Zuführen von Energie +∆E oder zum Kühlen der Luft –∆E herangezogen werden.
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Ferner kann gemäß der Erfindung berücksichtigt werden, ob im Fahrzeug Klappen und/oder Fenster offen sind, und ob Sitze, wie z. B. die Rücksitzbank, umgelegt sind und viele andere Faktoren, um die Wärmespeichereigenschaften dieser Fahrzeugbereiche W zu berechnen, und um die Regelung der Belüftungsvorrichtung entsprechend deren Wärmekapazität und Wärmediffusion anzupassen. Dann können die prädiktiven Streckendaten I dazu dienen, Strecken mit "günstiger" (weil überschüssig, z. B. bei Gefälle, Geschwindigkeitsreduzierungen etc.) und "teurer" Energie (Steigungen, voraussichtlichen Geschwindigkeitssteigerungen etc.) vorauszusagen, um die Wärmespeicher W entsprechend zu nutzen. Dabei kann die Kenntnis über kommende Gefälle/Steigungen auf der prognostizierten Route helfen, „günstige“ Kälteleistung in die Bereiche im Fahrzeug zu leiten, die die Insassen zur Zeit nicht gebrauchen, um den natürlichen Luftaustausch später in einen Energiesparvorteil ∆E umzuwandeln. Selbstverständlich ist es daneben denkbar, dass zur schnellen Erzielung einer Wohlfühltemperatur T* herkömmliche Wärmestrahler bzw. Ventilatoren für kurze Zeit eingeschaltet werden können oder dann, wenn die Temperaturunterschiede zwischen der aktuellen und der gewünschten Temperatur nicht zu groß sind. Das Ziel der Erfindung ist es jedoch, eine effizientere Ansteuerung der Belüftungsvorrichtung über längere Zeiten zu schaffen. Hierzu können die zur Verfügung stehenden variablen Wärmespeicher W ausgenutzt werden, um Wärme oder Kälte unbemerkt von Insassen über einen gewissen, größeren Zeitraum zwischen zu speichern und bei Bedarf kontinuierlich bereitzustellen. Um die Kühl- bzw. Heizleistung in den variablen Wärmespeicher W zu leiten, kann z. B. ein Klimakompressor in Bereichen mit „günstiger“ Energie, wie z. B. bei Bergabfahrten, zugeschaltet werden. Dann jedoch, wenn „günstige“ Energie nicht zur Verfügung steht, kann der Klimakompressor wieder ausgeschaltet werden und die notwendige Heiz-/Kühlleistung für den Innenraum aus dem variablen Wärmespeicher W bezogen werden.
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Die voranstehende Erfindung der Ausführungsform beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- E
- Wärmeenergie
- I
- Streckeninformation
- S
- Sensor
- T
- Temperatur
- T*
- gewünschte Temperatur
- W
- Wärmespeicher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011055684 A1 [0004]
