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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf das technische Gebiet der Fahrzeuge und insbesondere auf Verfahren und Systeme zur Schätzung der Luftgüte auf Grundlage der Verkehrsbedingungen des Fahrzeugs.
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HINTERGRUND
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Bestimmte Fahrzeuge können heute auf Sensordaten angewiesen sein, die sie von einem oder mehreren Luftgütesensoren zur Bestimmung der Luftgüte empfangen. Die Luftgütesensoren messen die Qualität der Umgebungsluft in der Nähe des Fahrzeuges und stellen dem Fahrzeug den erfassten Daten bereit. Das Fahrzeug interpretiert die erfassten Daten zur Bestimmung einer Luftgüte. Die Einbeziehung solcher Sensoren in ein Fahrzeug kann die Kosten erhöhen.
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Entsprechend ist es wünschenswert, Verfahren und Systeme bereitzustellen, welche die Luftgüte ohne Luftgütesensor schätzen. Darüber hinaus ist es wünschenswert, Verfahren und Systeme für eine Kompensation bereitzustellen, wenn die ermittelte Luftgüte schlecht ist. Andere wünschenswerte Funktionen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden des Weiteren aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den hinzugefügten Ansprüchen in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und dem vorangegangenen technischen Gebiet und Hintergrund ersichtlich.
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KURZDARSTELLUNG
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Systeme und Verfahren zur Schätzung einer Luftgüte in der Nähe eines Fahrzeugs werden bereitgestellt. Ein Verfahren beinhaltet: das Bestimmen eines Radius des Fahrzeugs; die Schätzung einer Anzahl von Fahrzeugen innerhalb des Radius des Fahrzeugs; die Schätzung der Luftgüte auf Grundlage der Anzahl von Fahrzeugen; und die selektive Erzeugung eines Steuersignals an ein Lufteinlassventil auf Grundlage der Luftgüte.
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Ein System beinhaltet ein erstes Modul, das durch einen Prozessor eine Anzahl von Fahrzeugen innerhalb eines Radius des Fahrzeugs schätzt. Das System beinhaltet des Weiteren ein zweites Modul, das durch einen Prozessor die Luftgüte auf Grundlage der Anzahl von Fahrzeugen schätzt. Das System beinhaltet des Weiteren ein drittes Modul, das durch einen Prozessor selektiv ein Steuersignal an ein Lufteinlassventil auf Grundlage der Luftgüte erzeugt.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird hierin in Verbindung mit den nachfolgend abgebildeten Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Zahlen für gleiche Elemente stehen und
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1 ein funktionales Blockschaltbild zur Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Luftgüteschätzungs- und Steuersystem gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist;
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2 ein Datenflussdiagramm ist, das ein Luftgüteschätzungs- und Steuermodul gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt; und
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3 ein Flussdiagramm ist, das ein Luftgüteschätzungs- und Steuerverfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen darstellt.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die folgende ausführliche Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich exemplarisch und beabsichtigt nicht, die Erfindung oder die Anmeldung und Verwendungen davon zu begrenzen. Weiterhin besteht keine Absicht, an eine Theorie gebunden zu sein, die im vorstehenden Hintergrund oder in der folgenden ausführlichen Beschreibung dargestellt ist. Der hierin verwendete Begriff „Modul” bezieht sich auf alle Hardware-, Software-, Firmwareprodukte, elektronische Steuerkomponenten, Verarbeitungslogik und/oder Prozessorgeräte, einzeln oder in allen Kombinationen, unter anderem beinhaltend, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist ein Fahrzeug 100 dargestellt, das ein Luftgüteschätzungs- und Steuersystem 102 gemäß verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet. Obwohl die hierin gezeigten Figuren exemplarische Anordnungen von Elementen darstellen, können auch zusätzliche (dazwischen liegende) Elemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten bei einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein. Es muss auch darauf hingewiesen werden, dass 1 lediglich veranschaulichend und möglicherweise nicht maßstabsgetreu dargestellt ist.
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Wie dargestellt in 1 beinhaltet das Fahrzeug 100 im Allgemeinen ein Chassis 104, eine Karosserie 106, Vorderräder 108, Hinterräder 110, ein Lenksystem 112, ein Heiz- Belüftungs- und/oder Klimaanlagen-(HVAC-)System 114 und ein Antriebssystem 116. Die Karosserie 106 ist in verschiedenen Ausführungsformen auf dem Fahrgestell 104 angeordnet und umschließt im Wesentlichen die anderen Komponenten des Fahrzeugs 100. Die Karosserie 106 und das Fahrgestell 104 können gemeinsam einen Rahmen bilden. Die Räder 108–110 sind jeweils im Fahrgestell 104 in der Nähe einer jeden Ecke der Karosserie 106 drehbar verbunden. Das Lenksystem 112 beinhaltet mindestens ein Lenkrad 118, das mit einer eine Lenkwelle 120 verbunden ist. In unterschiedlichen Ausführungsformen beinhaltet das Lenksystem 112 ferner verschiedene andere Merkmale (nicht in 1 abgebildet), wie etwa ein Lenkgetriebe, Verbindungswellen zwischen der Säule und dem Getriebe, entweder flexible oder starre Anschlussgelenke, welche die erwünschten Beugewinkel zwischen den dazwischenliegenden Verbindungswellen ermöglichen, sowie Spurstangen. Das Lenkgetriebe wiederum umfasst eine Zahnstange, eine Eingangswelle und eine Innenverzahnung. Während des Lenkvorgangs beeinflusst das Lenksystem 112 die lenkbaren Vorderräder 108 auf Grundlage des vom Fahrer des Fahrzeugs 100 über das Lenkrad 118 ausgeübten Drehmoments.
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Das HVAC-System 114 beinhaltet eine oder mehrere Komponenten zur Steuerung der fahrzeuginternen Lufttemperatur und Luftgüte. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das HVAC-System 114 neben anderen Funktionen eine Lufteinlassklappe 122, die Umgebungsluft von außerhalb des Fahrzeugs 100 in das Innere des Fahrzeugs 100 lässt. Die Lufteinlassklappe 122 kann durch eine oder mehrere Stellgliedvorrichtungen (nicht dargestellt) mechanisch und/oder elektronisch gesteuert werden.
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Das Antriebssystem 116 kann irgendeines oder eine Kombination aus einer Anzahl von unterschiedlichen Arten von Antriebssystemen umfassen, wie beispielsweise einen mit Benzin oder Diesel betriebenen Verbrennungsmotor, einen „Flexfuel-Fahrzeug“- oder FFV-Motor, (d. h. einen, der eine Mischung aus Benzin und Ethanol verwendet), einen Motor, der mit einer gasförmigen Verbindung (z. B. Wasserstoff oder Erdgas) betrieben wird, einen Verbrennungs-/Elektro-Hybridmotor und einen Elektromotor. Wie zu einzusehen ist kann das Fahrzeug 100 eines aus einer Reihe verschiedener Automobiltypen sein, zum Beispiel eine Limousine, ein Kombi, ein Lastwagen oder ein SUV, und kann einen Zweiradantrieb (2WD) (d. h. Heck- oder Frontantrieb), einen Vierradantrieb (4WD), einen Allradantrieb (AWD) haben oder jeder andere Fahrzeugtyp sein.
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Das Fahrzeug 100 beinhaltet des Weiteren mindestens eine Steuerung 124, die kommunikativ mit einem oder mehreren Sensoren 126–130 und einem globalen Positionsbestimmungssystem (GPS) 132 verbunden ist. In verschiedenen Ausführungsformen, beinhalten die Sensoren 126–130, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, einen Umgebungslufttemperatursensor 126, einen Windgeschwindigkeitssensor 128, und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 130. Der Umgebungslufttemperatursensor 126 erfasst eine Temperatur der Umgebungsluft außerhalb des Fahrzeugs 100 und generiert auf dieser Grundlage Temperatur-Sensorsignale. Der Windgeschwindigkeitssensor 128 erfasst eine Geschwindigkeit der Luft oder des Windes außerhalb des Fahrzeugs 100 und generiert auf dieser Grundlage Windgeschwindigkeits-Sensorsignale. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 130 erfasst eine Drehzahl des einen oder der mehreren Räder 108–110 des Fahrzeugs 100 und generiert auf dieser Grundlage Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensorsignale. Das GPS 132 beinhaltet eine oder mehrere Kommunikationsvorrichtungen zur Kommunikation mit einem oder mehreren Satelliten. Das GPS 132 der Steuerung 124 Zeit- und Ortsinformationen auf Grundlage der Kommunikation mit den Satelliten bereit.
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Die Steuerung 124 empfängt und verarbeitet die verschiedenen Sensorsignale und die GPS-Informationen und steuert eine oder mehrere Komponenten des Fahrzeugs 100 auf dieser Grundlage. In verschiedenen Ausführungsformen steuert die Steuerung 124 das HVAC-System 114. Wie einzusehen ist kann die Steuerung 124 die anderen Fahrzeugkomponenten wie zum Beispiel, aber ohne darauf beschränkt zu sein, das Lenksystem 112, das Antriebssystem 116 und/oder andere hier nicht beschriebene Komponenten steuern.
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In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet die Steuerung 124 eine Luftgüteschätzung und Steuermodul 134. Das Luftgüteschätzungs- und Steuermodul 134 empfängt die Sensorsignale und die GPS-Informationen. Das Luftgüteschätzungs- und Steuermodul 134 verarbeitet die Sensorsignale und die GPS-Informationen, um eine Luftgüte außerhalb des Fahrzeugs 100 zu schätzen. Das Luftgüteschätzungs- und Steuermodul 134 generiert Steuersignale, um das HVAC-System 122 auf Grundlage der geschätzten Luftgüte zu steuern. Wenn zum Beispiel die geschätzte Luftgüte schlecht ist, dann erzeugt das Luftgüteschätzungs- und Steuermodul 134 Steuersignale, um die Einlassklappe 122 des HVAC-Systems 114 zu steuern, sodass das Eindringen der Schadstoffe in das Fahrzeug 100 verhindert wird. Die Steuersignale steuern beispielsweise eine oder mehrere Stellgliedvorrichtungen, die mit der Einlassklappe 122 zusammenhängen, um eine Position der Einlassklappe 122 zu steuern.
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Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 veranschaulicht ein Datenflussdiagramm das Luftgüteschätzungs- und Steuermodul 134 aus 1 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Wie einzusehen ist können verschiedene Ausführungsformen des Luftgüteschätzungs- und Steuermoduls 134 gemäß der vorliegenden Offenbarung eine beliebige Anzahl von Teilmodulen beinhalten. So können zum Beispiel die Teilmodule, die in 2 gezeigt werden, kombiniert und/oder weiter unterteilt werden, um gleichermaßen die Luftgüte zu schätzen und eines oder mehrere Merkmale des HVAC-Systems 122 zu steuern. Wie oben erörtert können Eingaben zur Luftgüteschätzung und Steuermodul 134 von den Sensoren 126–130 des Fahrzeugs 100 und/oder anderen Sensoren (nicht dargestellt) empfangen werden, von anderen Steuergeräten (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 100 empfangen werden, von anderen Modulen der Steuerung 124 empfangen werden, oder durch andere Teilmodule (nicht gezeigt) des Luftgüteschätzungs- und Steuermoduls 134 bestimmt werden. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet das Luftgüteschätzungs- und Steuermodul 134 ein Radius-Bestimmungsmodul 140, ein Fahrzeuganzahl-Bestimmungsmodul 142 ein Luftgüte-Schätzmodul 144, ein Umluftbetrieb-Steuermodul 146, einen Radius-Datenspeicher 148, und einen Luftgüte-Datenspeicher 150.
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Das Radius-Bestimmungsmodul 140 empfängt als Eingabe Umgebungsluft-Temperaturdaten 152. Die Umgebungsluft-Temperaturdaten 152 können beispielsweise auf den Sensorsignalen vom Umgebungslufttemperatursensor 126 beruhen. Das Radius-Bestimmungsmodul 140 bestimmt einen Radius 154 auf Grundlage der Umgebungsluft-Temperaturdaten 152. Der Radius 154 entspricht einem Radius um das Fahrzeug 100 (wobei z. B. das Fahrzeug den Mittelpunkt des Radius bildet). Der Radius 154 kann beispielsweise aus einem Wert 156 bestimmt werden, der nach einer Nachschlagtabelle bestimmt wird, die im Radius-Datenspeicher 148 abgespeichert ist.
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Die Nachschlagtabelle kann eine eindimensionale Interpolationstabelle sein, die nach der Umgebungslufttemperatur indexiert ist. Die Radiuswerte können in der Nachschlagtabelle auf Grundlage der Beziehungen zwischen Umgebungslufttemperatur, Luftdichte und Rauchbewegungseigenschaften angereichert werden. Wenn zum Beispiel die Umgebungslufttemperatur niedrig ist, wird die Luftdichte höher sein. Eine höhere Luftdichte wird dem Rauch nicht erlauben, sich am Boden abzusetzen. Eine höhere Rauchtemperatur bei niedrigerem Druck, wird den Rauch aufsteigen lassen. In diesem Fall besteht weniger Wahrscheinlichkeit, dass der Rauch eine große Entfernung zurücklegen wird, um Fahrzeug 100 zu erreichen. Somit kann bei niedrigen Umgebungslufttemperaturen der um das Fahrzeug 100 auszuwertende Radius auf einen niedrigeren Wert gesetzt werden (z. B. Radius = 200 m für Umgebungslufttemperatur = 5 Grad und weniger, 500 m für Umgebungslufttemperatur = 6 Grad bis 20 Grad, etc.]); und bei höheren Umgebungslufttemperaturen kann der um das Fahrzeug auszuwertende Radius auf einen höheren Wert gesetzt werden (z. B. 1 km für Umgebungslufttemperatur = 21 Grad oder mehr).
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Das Fahrzeuganzahl-Bestimmungsmodul 142 empfängt als Eingabe den ermittelten Radius 154 und die GPS-Daten 158. Die GPS-Daten 158 können Koordinaten von anderen Fahrzeugen in einer Nähe des Fahrzeugs 100 beinhalten. Die GPS-Daten 158 können beispielsweise auf den vom GPS 132 empfangenen Informationen beruhen. Das Fahrzeuganzahl-Bestimmungsmodul 142 bestimmt eine Anzahl von Fahrzeugen 160 innerhalb des bestimmten Radius 154 des Fahrzeugs 100 auf Grundlage der GPS-Daten 158. Das Fahrzeuganzahl-Bestimmungsmodul 142 zählt beispielsweise die Anzahl anderer Fahrzeuge mit Koordinaten innerhalb des bestimmten Radius des Fahrzeugs 100, wie sie in den GPS-Daten 158 identifiziert wurden; und der Zählwert wird der Anzahl von Fahrzeugen 160 gleichgesetzt.
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Das Luftgüte-Schätzmodul 144 empfängt als Eingabe die Anzahl von Fahrzeugen 160, Windgeschwindigkeitsdaten 162 und Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten 164. Die Windgeschwindigkeitsdaten 162 können beispielsweise auf den vom Windgeschwindigkeitssensor 128 empfangenen Sensorsignalen beruhen. Die Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten 164 können beispielsweise auf den vom Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 130 empfangenen Sensorsignalen beruhen. Das Luftgüte-Schätzmodul 144 schätzt eine Luftgüte 166 in der Nähe des Fahrzeugs 100 auf Grundlage der empfangenen Daten 160–164. Die geschätzte Luftgüte 166 kann beispielsweise aus einem Wert 168 bestimmt werden, der nach einer Nachschlagetabelle bestimmt wird, die im Luftgüte-Datenspeicher 150 abgespeichert ist.
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Die Nachschlagtabelle kann eine eindimensionale Interpolationstabelle sein, die nach der durch die Anzahl von Fahrzeugen 160 indexiert ist. Die Luftgütewerte 168 können beispielsweise in der Nachschlagtabelle auf Grundlage eines vorbestimmten Emissionswerts pro Fahrzeug angereichert werden. In einem anderen Beispiel können die Luftgütewerte 168 niedrig, mittel und hoch anzeigen und auf einem Umfang von Fahrzeugen beruhen (z. B. Zahl der Fahrzeuge 160 < 5, dann wird die Luftgüte 166 auf keine Schadstoffbelastung gesetzt; Zahl der Fahrzeuge 160 = 5–15, dann wird die Luftgüte 166 auf niedrige Schadstoffbelastung gesetzt; Zahl der Fahrzeuge 160 > 15, dann wird die Luftgüte 166 auf hohe Schadstoffbelastung gesetzt). Wie einzusehen ist können bei verschiedenen Ausführungsformen Informationen über die anderen Fahrzeuge (z. B. Bauart, Modell, Baujahr, usw.) ebenfalls verwendet werden, um die Luftgütewerte 168 zu bestimmen, wenn wie vom GPS 132 oder einem anderen System verfügbar sind.
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Das Umluftbetrieb-Steuermodul 146 empfängt als Eingabe die geschätzte Luftgüte 166. Das Umluftbetrieb-Steuermodul 146 wertet die geschätzte Luftgüte 166 aus und generiert selektiv Steuersignale 170 zur Steuerung des HVAC-Systems 114 auf Grundlage der Auswertung. Das Umluftbetrieb-Steuermodul 146 erzeugt beispielsweise Steuersignale 170 zur Steuerung der Einlassklappe 122 auf eine Position, die einen Luftstrom in das Fahrzeug 100 verhindert, wenn die Luftgüteschätzung größer als ein erster Schwellenwert ist. In einem anderen Beispiel generiert das Umluftbetrieb-Steuermodul 146 Steuersignale 170 zur Steuerung der Einlassklappe 122 auf eine zweite Position, die einen Luftstrom in das Fahrzeug 100 zulässt, wenn die Luftgüteschätzung niedriger als ein zweiter Schwellenwert ist. Wie einzusehen ist können der erste Schwellenwert und der zweite Schwellenwert der gleiche oder verschiedene Werte sein.
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Mit Bezug auf 3 wird ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zur Schätzung einer Luftgüte in der Nähe des Fahrzeugs und zur darauf beruhenden Steuerung des HVAC-Systems gemäß beispielhaften Ausführungsformen dargestellt. Das Verfahren 200 kann in Verbindung mit dem Fahrzeug 100 und der Luftgüteschätzung und Steuersystem 102 gemäß beispielhaften Ausführungsformen verwendet werden. Wie aus der Offenbarung ersichtlich, ist der funktionale Ablauf im Rahmen des Verfahrens nicht auf die Sequenzabfolge begrenzt, die in 3 dargestellt ist, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Abfolgen ausgeführt werden, je nach Eignung und gemäß der vorliegenden Offenbarung.
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Wie dargestellt in 3 kann das Verfahren bei 205 beginnen. Die Umgebungslufttemperatur-Sensorsignale werden empfangen und verarbeitet, um die Umgebungsluft-Temperaturdaten 152 bei 210 zu bestimmen. Die Windgeschwindigkeits-Sensorsignale werden empfangen und verarbeitet, um die Windgeschwindigkeits-Sensordaten 162 bei 220 zu bestimmen. Die Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensorsignale werden verarbeitet, um die Fahrzeuggeschwindigkeitsdaten 164 bei 230 zu bestimmen. Die Windgeschwindigkeits-Sensordaten 162 und die Fahrzeuggeschwindigkeits-Sensordaten 164 werden bei 240 und 250 ausgewertet. Es wird beispielsweise bei 240 bestimmt, ob die Windgeschwindigkeit größer ist als eine Windgeschwindigkeits-Schadstoffbelastungsschwelle und bei 250, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit größer ist als eine Fahrzeuggeschwindigkeits-Schadstoffbelastungsschwelle. Ist die Windgeschwindigkeit bei 240 größer als die Windgeschwindigkeits-Schwelle, oder die Fahrzeuggeschwindigkeit bei 250 kleiner als die Fahrzeuggeschwindigkeits-Schadstoffbelastungsschwelle, dann wird bei 260 bestimmt, dass es keine effektive Luftbelastung gibt, und das Verfahren kann bei 270 enden.
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Wenn indessen die Windgeschwindigkeit bei 240 kleiner ist als die Windgeschwindigkeits-Schadstoffbelastungsschwelle und die Fahrzeuggeschwindigkeit bei 250 kleiner als die Fahrzeuggeschwindigkeits-Schadstoffbelastungsschwelle, läuft das Verfahren mit der Schätzung der Luftgüte 166 außerhalb des Fahrzeugs 100 und gegebenenfalls mit der Steuerung HVAC-Systems 114 des Fahrzeugs 100 auf dieser Grundlage bei 280–300 weiter. Der Radius 154 wird beispielsweise auf Grundlage der Umgebungsluft-Temperaturdaten 152 bei 280 bestimmt. Die Anzahl der Fahrzeuge 160 innerhalb des Radius 154 wird auf Grundlage der GPS-Daten 158 bei 290 bestimmt. Die Luftgüte 166 wird auf Grundlage der Anzahl von Fahrzeugen 160 bei 300 geschätzt.
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Gegebenenfalls wird die geschätzte Luftgüte bei 310 ausgewertet. Wenn zum Beispiel die geschätzte Luftgüte 166 bei 310 größer ist als ein Schwellwert, dann werden Steuersignale 170 zur Steuerung der Einlassklappe 122 generiert, um bei 320 ein Eindringen von Luft in das Fahrzeug zu verhindern. Ansonsten kann das Verfahren bei 270 enden.
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Während mindestens eine beispielhafte Ausführungsform in der vorstehenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung dargestellt wurde, versteht es sich, dass es eine große Anzahl an Varianten gibt. Es versteht sich weiterhin, dass die beispielhafte Ausführungsform oder die beispielhaften Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration dieser Erfindung nicht in irgendeiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird die vorstehende ausführliche Beschreibung den Fachleuten auf dem Gebiet einen geeigneten Plan für die Implementierung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung bereitstellen, wobei klar ist, dass verschiedene Änderungen in der Funktion und Anordnung von Elementen, die in einer beispielhaften Ausführungsform beschrieben werden, vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den hinzugefügten Ansprüchen und deren juristischen Äquivalenten dargelegt ist.
