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Die Erfindung betrifft ein Fußraumklimatisierungssystem, mit dessen Hilfe ein Fußraum eines Kraftfahrzeugs klimatisiert werden kann.
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Aus
JP 3818294 B2 ist ein Fußraumklimatisierungssystem bekannt, bei dem Temperatursensoren die Lage eines Fußes innerhalb eines Fußraums detektieren, so dass eine Ausströmeinheit warme Luft zielgerichtet auf den detektierten Fuß lenken kann.
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Aus
DE 10 2013 007 080 A1 ist es bekannt bei einem offenen Kraftfahrzeug mit Hilfe einer Wärmebildkamera zu überprüfen, ob ein Kopf, ein Oberkörper oder Hände eines Fahrzeuginsassens von einer Soll-Temperatur abweicht und den Kopf, den Oberkörper oder die Hände mit Hilfe einer Klimatisierungseinrichtung auf die Soll-Temperatur zu temperieren.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis den Komfort eines Fahrzeuginsassen in einem Kraftfahrzeug zu erhöhen.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen hohen Komfort eines Fahrzeuginsassen in einem Kraftfahrzeug ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Fußraumklimatisierungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist ein Fußraumklimatisierungssystem zur Klimatisierung eines Fußraums eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einer Ausströmeinheit zum Einleiten von temperierter Luft in den Fußraum, einem Detektionssystem zur Detektion der Lage mindestens eines Fußes innerhalb des Fußraums und einer Steuereinrichtung zur Ausrichtung einer Ausströmrichtung der Ausströmeinheit auf einen Bereich des von dem Detektionssystem detektierten Fußes, wobei das Detektionssystem ausgerichtet ist eine Temperaturverteilung innerhalb des jeweiligen Fußes zu detektieren und eine Differenzierung des detektierten Fußes in warme und kalte Teilbereiche vorzunehmen, und wobei die Steuereinrichtung ausgestaltet ist die Ausströmrichtung der Ausströmeinheit auf den von einer Durchschnittstemperatur aller detektierten Füße am stärksten abweichenden Teilbereich zu richten.
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Da das Detektionssystem nicht nur die Existenz eines warmen Körpers innerhalb des Fußraums, sondern auch eine Temperaturverteilung innerhalb diesen Körpers detektiert, ist es der Steuereinheit möglich die Ausströmeinheit nicht nur grob in Richtung des warmen Körpers auszurichten, sondern mit der Ausströmeinheit gezielt Teilbereiche des Körpers anzuströmen, wo die warme oder kalte Luft am stärksten benötigt wird, um eine gleichmäßige Temperierung des Körpers zu erreichen. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass die unteren Extremitäten eines Fahrzeuginsassen sehr häufig gerade nicht überall die gleiche Temperatur aufweisen, sondern innerhalb des Beins des Fahrzeuginsassen unterschiedliche Temperaturbereiche auftreten. So kann es insbesondere bei kalten Wetter vorkommen, dass die Zehen des Fußes deutlich stärker ausgekühlt sind als der übrige Fuß und der Unterschenkel. Da das Detektionssystem die unterkühlten Zehen als Solche erkennen kann, können die Zehen verstärkt mit warmer Luft angeströmt werden, so dass sich allmählich eine als komfortabel und bequem empfundene gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Fußes und des Beins des Fahrzeuginsassen ergibt. Insbesondere ist es dadurch möglich bereits besonders warme Bereiche des Fußes gerade nicht mit warmer Luft anzuströmen. Das zusätzliche Erwärmen eines sowieso schon sehr warmen Bereich des Fußes würde vom Fahrzeuginsassen als unangenehm und unkomfortabel empfunden. Stattdessen ist es möglich einen besonders kalten Bereich des Fußes verstärkt zu wärmen und/oder einen besonders warmen Bereich des Fußes verstärkt zu kühlen, um einen gleichmäßig warmen Fuß des Fahrzeuginsassen zu erreichen. Durch die Differenzierung des detektierten Fußes in warme und kalte Teilbereiche ist es möglich eine Temperierung gezielt an den am stärksten benötigten Teilbereichen vorzunehmen, so dass ein hoher Komfort eines Fahrzeuginsassen in einem Kraftfahrzeug ermöglicht ist.
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Das Detektionssystem weist insbesondere mehrere Sensoren auf, so dass die dreidimensionale Temperaturverteilung und die Lage der unteren Extremität, insbesondere des Fußes, des Fahrzeuginsassen innerhalb des dreidimensionalen Volumens des Fußraums ermittelt werden kann. Durch die Mehrzahl der Sensoren kann zudem eine entsprechend hohe Auflösung und/oder eine Redundanz der ermittelten Daten erreicht werden. Das Detektionssystem kann insbesondere eine Veränderung der Lage des Fußes innerhalb des Fußraums detektieren und mit Hilfe der Steuereinrichtung den von der Ausströmeinheit in den Fußraum geleiteten Luftstrom entsprechend anpassen. Insbesondere weist das Detektionssystem eine Auswerteeinheit auf, mit deren Hilfe die Messergebnisse ausgewertet und für die Steuereinrichtung aufbereitet werden können. Die Steuereinheit kann über die von dem Detektionssystem ermittelte Temperaturverteilung einen Bereich, beispielsweise eine gekrümmte Ebene, innerhalb des dreidimensionalen Raums des Fußraums ermitteln, der von der Ausströmeinheit ausschließlich oder verstärkt angeströmt werden soll. Die Steuereinheit kann hierzu insbesondere einen Anströmwinkel der Ausströmeinheit steuern. Der Anströmwinkel der Ausströmeinheit ist von der Steuereinheit insbesondere in zwei unterschiedliche Winkelrichtungen verstellbar. Vorzugsweise kann auch ein Öffnungswinkel einer Auslassöffnung der Ausströmeinheit von der Steuereinheit gesteuert werden. Besonders bevorzugt kann ein Volumenstrom der von der Auströmeinheit in den Fußraum ausgeströmten Luft von der Steuereinheit gesteuert werden. Es ist möglich, dass die Ausströmeinheit nur genau eine in den einem bestimmten Fahrzeuginsassen zugeordneten Fußraum ausströmende Auslassöffnung aufweist. Vorzugsweise weist die Ausströmeinheit zwei oder mehrere Auslassöffnungen auf, die jeweils einzeln von der Steuereinheit gesteuert werden können. Vorzugsweise kann die Steuereinheit die Temperatur der einer bestimmten Auslassöffnung verlassenden Luft steuern. Der die Auslassöffnung in den Fußraum verlassende Luftstrom ist insbesondere zum Erwärmen mit Hilfe einer Heizung geheizt oder zum Kühlen mit Hilfe einer Kühleinrichtung gekühlt. Insbesondere ist jedem Fahrzeuginsassen jeweils ein Fußraum zugeordnet, so dass regelmäßig von zwei unteren Extremitäten pro Fahrzeuginsassen ausgegangen werden kann. Im Fußraum abgestellte Gegenstände weisen in der Regel eine deutlich geringere Temperatur als die unteren Extremitäten auf, so dass ein versehentliches Anströmen eines von der unteren Extremität verschiedenen Gegenstands vermieden werden kann. Beispielsweise weist das Detektionssystem eine Lichtschranke auf. Ein Passieren der Lichtschranke kann einen Start des Fußraumklimatisierungssystem auslösen, so dass das Fußraumklimatisierungssystem in einem stromsparenden Schlafmodus versetzt sein kann, wenn einige Zeit lang von dem Detektionssystem keine untere Extremität detektiert und/oder die Lichtschranke unterbrochen wurde. Zudem ist es möglich mit Hilfe der Lichtschranke die Detektion der dreidimensionalen Lage des Fußes zumindest zu unterstützen.
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Insbesondere weist das Detektionssystem mindestens eine Wärmebildkamera zur Detektion der Temperaturverteilung innerhalb des jeweiligen Fußes auf, wobei insbesondere die Wärmebildkamera ausgestaltet ist, die Lage des jeweiligen Fußes innerhalb des Fußraums zu detektieren. Mit Hilfe der Wärmebildkamera kann auch ohne eine Vielzahl von separaten am Rand des Fußraums verteilten Temperatursensoren die Temperaturverteilung detektiert werden, wobei die Wärmebildkamera gleichzeitig auch die Lage des Fußes innerhalb des Fußraums detektieren kann. Die für die Steuereinheit benötigten Daten können mit Hilfe einer herkömmlichen Bildauswerteeinheit aus den von der Wärmebildkamera erhaltenen Daten leicht erzeugt werden.
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Vorzugsweise ist das Detektionssystem ausgestaltet die Temperaturverteilung des jeweiligen Fußes und/oder einer zugehörigen Wade und/oder eines zugehörigen Beins über einen Umfangsbereich von über 180° zu detektieren, wobei insbesondere sowohl eine Vorderseite als auch eine Rückseite des jeweiligen Fußes und/oder einer zugehörigen Wade und/oder eines zugehörigen Beins detektierbar ist. Da nicht nur eine einzelne Seite der unteren Extremität des Fahrzeuginsassen, sondern ein größerer Bereich in Umfangsrichtung untersucht wird, kann die Lage eines bevorzugt anzuströmenden Bereichs besonders genau ermittelt und überwacht werden.
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Besonders bevorzugt ist das Detektionssystem ausgestaltet eine Verteilung von Temperaturänderungsgradienten entlang des detektierten jeweiligen Fußes zu ermitteln und der Steuereinrichtung zur Verfügung zu stellen. Das Detektionssystem ermittelt somit nicht nur eine aktuelle Momentaufnahme der Temperaturverteilung, sondern auch den zeitlichen Verlauf. Dadurch ist es möglich unterschiedliche Wärmeübertragungswiderstände zu ermitteln. So ist es beispielsweise möglich, dass eine Fußsohle eines von dem Fuß des Fahrzeuginsassen getragenen Schuhs einen hohen Wärmeübertragungswiderstand bereitstellt, der ein Erwärmen von unterkühlten Zehen behindert. Durch die Detektion des mit einem hohen Wärmeübertragungswiderstand korrelierenden niedrigen Temperaturänderungsgradienten, kann der reduzierte Effekt eines Erwärmens der unterkühlten Zehen von dem Detektionssystem erkannt und beispielsweise durch eine von der Steuereinrichtung veranlassten Erhöhung der Temperatur der ausströmenden Luft, Erhöhung des Volumenstroms und/oder stärkere Konzentrierung auf diesen Bereich kompensiert werden. Dies ermöglicht es auch Bedingungen für die Ausströmeinheit vorzusehen, die von dem Fahrzeuginsassen bei einem hohen Wärmeübertragungswiderstand noch als angenehm aber bei einem niedrigen Wärmeübertragungswiderstand als unangenehm empfunden werden. Die Leistungsfähigkeit des Fußraumklimatisierungssystems kann dadurch je nach detektierten Umständen stärker oder weniger stark ausgenutzt werden, ohne eine Komforteinbuße für den Fahrzeuginsassen zu riskieren.
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Insbesondere weist das Detektionssystem eine berührungsempfindliche Fußmatte zur Detektion mindestens eines Aufstandpunktes mindestens eines Fußes auf. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass in der Regel ein Fuß des Fahrzeuginsassen auf einem Untergrund im Fußraum aufgesetzt ist. Dieser mindestens eine Aufstandpunkt kann mit der auf dem Untergrund des Fußraums aufgelegten berührungsempfindlichen Fußmatte detektiert werden. Diese Information kann die Auswertung der detektierten Temperaturverteilung erleichtern und insbesondere die Detektion der dreidimensionale Lage des Fußes im Fußraum erleichtern. Ein von der berührungsempfindliche Fußmatte detektierter Kontakt mit der Fußmatte kann auch verwendet werden, um das Fußraumklimatisierungssystem aus einem stromsparenden Schlafmodus aufzuwecken. Die Fußmatte kann beispielsweise mehrere bestimmten Regionen der Fußmatte zugeordnete Sensoren aufweisen, die dadurch mit einer erhöhten Auflösung den von dem Fuß abgedeckten Bereich der Fußmatte detektieren können.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass von einer mit dem Detektionssystem verbundenen Auswerteeinheit einem die von dem Detektionssystem zu detektierenden Füße aufweisenden Fahrzeuginsassen zugeordnete bevorzugte Fußpositionen und/oder temperaturempfindliche Bereiche des jeweiligen Fußes dieses Fahrzeuginsassen ermittelbar sind, die ermittelten bevorzugten Fußpositionen und/oder temperaturempfindliche Bereichen in einer Speichereinheit speicherbar sind und von der Steuereinrichtung abrufbar sind, wobei insbesondere ein Identifizierungssystem zur Identifikation dieses Fahrzeuginsassen, insbesondere anhand eines mitgeführten Kraftfahrzeugschlüssels, vorgesehen ist. Das Fußraumklimatisierungssystem ist dadurch in der Lage das Nutzerverhalten des Fahrzeuginsassen zu erlernen und zu berücksichtigen. Dies kann beispielsweise dazu führen, dass bereits bei einem Öffnen des Kraftfahrzeugs mit einem einem bestimmten Fahrzeuginsassen zugeordneten Kraftfahrzeugschlüssel eine sich in der Vergangenheit als besonders bewährt herausgestellte Einstellungskonfiguration der Ausströmeinheit als Starteinstellung verwendet wird. Zudem kann ein Volumen einer diesem Fahrzeuginsassen zugeordneten bevorzugten Fußposition bereits vorab temperiert werden, obwohl der Fuß dort noch gar nicht positioniert ist, wodurch der Komfort weiter gesteigert sein kann.
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Besonders bevorzugt weist die Ausströmeinheit einen relativ zu einer Anströmleitung drehbaren und/oder schwenkbaren, insbesondere im Wesentlichen kugelförmigen, Ausströmkopf auf, wobei der Ausströmkopf eine mit der Anströmleitung kommunizierende Verbindungsöffnung und eine mit dem Fußraum kommunizierende Auslassöffnung aufweist, wobei der Ausströmkopf um zwei verschiedene, insbesondre senkrecht zueinander verlaufende, Achsen drehbar und/oder schwenkbar ist. Der Ausströmkopf kann beispielsweise in einer kugelförmigen Gelenkpfanne drehbar eingeclipst sein, so dass der Ausströmkopf nahezu beliebig in unterschiedliche Winkelrichtungen verdreht werden kann. Vorzugsweise weist der Ausströmkopf mindestens einen Anschlag und/oder eine Führung auf, damit in jeder zulässigen Relativlage des Ausströmkopfs die Verbindungsöffnung an der Anströmleitung angeschlossen bleibt und die Auslassöffnung zum Fußraum weist. Der Ausströmkopf kann dadurch einen über die Anströmleitung zugeführten temperierten Luftstrom nahe beliebig in den Fußraum ausrichten, um den Bereich, der am stärksten von der Durchschnittstemperatur abweicht und wo der temperierte Luftstrom am stärksten benötigt wird, mit dem Luftstrom erreichen zu können.
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Insbesondere weist die Ausströmeinheit eine Vielzahl separat betätigbarer Klappen zum Öffnen und/oder Schließen einer der jeweiligen Klappe jeweils zugeordneten Auslassöffnung auf. In einer den Fußraum begrenzenden Fahrzeugwand können die mehreren Auslassöffnungen vorgesehen sein, so dass über die mit Hilfe der Steuereinheit individuelle Betätigung der jeweils zugeordneten Klappe ein temperierter Luftstrom in bestimmte Richtungen und an bestimmte Bereiche geleitet werden kann.
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Vorzugsweise ist die Klappe aus einem verformbaren Material hergestellt, wobei an der Klappe ein aus einer Formgedächtnislegierung hergestellter, elektrisch betätigbarer Aktor angreift. Der Aktor kann beispielsweise als längs der Klappe verlaufender gerader Draht ausgestaltet sein, der sich bei einem durchfließenden Strom biegen kann und hierbei die Klappe mitnimmt, um die Auslassöffnung zu öffnen oder zu schließen. Dadurch kann bei einem geringen Bauraumbedarf eine sehr kleine Klappe leicht und effizient betätigt werden.
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Besonders bevorzugt weist die Klappe eine weitere Klappe zur Vergrößerung eines Strömungsumlenkungswinkels auf, wobei insbesondere die weitere Klappe aus einem verformbaren Material hergestellt ist und an der weiteren Klappe ein aus einer Formgedächtnislegierung hergestellter, elektrisch betätigbarer weiterer Aktor angreift. Die weitere Klappe kann insbesondere vergleichbar zu der Klappe betätigt werden. Vorzugsweise kann die Klappe um eine Schwenkachse geschwenkt werden, während die weitere Klappe um eine an einem von der Schenkachse wegweisenden Ende der Klappe vorgesehenen weitere Schwenkachse geschwenkt werden kann. Die Klappe und die weitere Klappe können hierbei in unterschiedliche Richtungen verschwenkt werden, so dass sich beispielsweise durch ein Verschwenken der Klappe nach oben und ein Verschwenken der weiteren Klappe nach unten auf einem kleinen Bauraum ein besonders großer Strömungsumlenkungswinkel von beispielsweise ca. 90° ergibt.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Kraftfahrzeugs,
- 2 eine schematische Draufsicht auf Füße in einem Fußraum des Kraftfahrzeugs aus 1 in einer Wärmebilddarstellung,
- 3 eine schematische perspektivische Ansicht auf eine berührungsempfindliche Fußmatte für ein Fußraumklimatisierungssystem des Kraftfahrzeugs aus 1,
- 4 eine schematische geschnittene Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer Ausströmeinheit für ein Fußraumklimatisierungssystem des Kraftfahrzeugs aus 1,
- 5 eine schematische Schnittansicht eines Details der Ausströmeinheit aus 4 in einer ersten Stellung,
- 6 eine schematische Schnittansicht eines Details der Ausströmeinheit aus 4 in einer zweiten Stellung,
- 7 eine schematische perspektivische Ansicht einer zweiten Ausführungsform einer Ausströmeinheit für ein Fußraumklimatisierungssystem des Kraftfahrzeugs aus 1,
- 8 eine schematische perspektivische Ansicht eines Details der Ausströmeinheit aus 7,
- 9 eine schematische Schnittansicht der Ausströmeinheit aus 8,
- 10 eine schematische perspektivische Ansicht eines Details der Ausströmeinheit aus 7 in einer weitergebildeten Ausführungsform und
- 11 eine schematische Schnittansicht der Ausströmeinheit aus 10.
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Das in 1 dargestellte Kraftfahrzeug 10 weist einen Fahrgastinnenraum 12 für einen Fahrzeuginsassen 14 auf, dessen Beine 16 und dessen Füße 18 in einem Fußraum 20 positioniert sind. Der Fußraum 20 wird von einem Fußraumklimatisierungssystem 22 temperiert. Hierzu weist das Fußraumklimatisierungssystem 22 ein eine Wärmebildkamera aufweisendes Detektionssystem 24 auf, das mit einer Steuereinheit 26 verbunden ist. Die Steuereinheit 26 kann in Abhängigkeit der von dem Detektionssystem 24 ermittelten Daten über die Lage und die Temperaturverteilung in den Beinen 16 und in den Füßen 18 des Fahrzeuginsassen 14 eine Ausströmeinheit 28 steuern.
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Wie in 2 dargestellt ist es beispielsweise möglich, dass je nach vorliegender Situation das Detektionssystem 24 unterschiedlich stark erwärmte Füße 18 detektiert. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der linke Fuß 18 in der rechten Bildhälfte wärmer als der rechte Fuß 18 in der linken Bildhälfte, bei dem im Vergleich zu einer Durchschnittstemperatur der Füße 18 deutlich unterkühlte Zehen 30 zu sehen sind. In einem derartigen Fall würde die Steuereinrichtung 26 aufgrund derartiger von dem Detektionssystem 24 detektierter Verhältnisse von der Ausströmeinheit 28 einen warmen Luftstrom ausschließlich oder zumindest verstärkt auf die ausgekühlten Zehen 30 ausrichten, damit sich die Temperatur der unterkühlten Zehen 30 an die Durchschnittstemperatur der Füße 18 annähern kann.
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Wie in 3 dargestellt, kann die Detektion der Relativlage der Füße 18 von dem Detektionssystem 24 durch eine berührungssensitive Fußmatte 32 zumindest unterstützt werden. Ein einer bestimmten Region 34 der Fußmatte 32 zugeordneter Sensor kann den Kontakt eines Fußes 18 in der jeweiligen Region detektieren, so dass zumindest ein Aufstandspunkt des Fußes 18 auf einen Boden des Fußraums 20 mit einem nichtoptischen Sensorsystem detektiert werden kann.
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Wie in 4 dargestellt, kann die Ausströmeinheit 28 eine Anströmleitung 36 aufweisen, die an mindestens einem, vorzugsweise mehreren, drehbaren Ausströmköpfen 38 angeschlossen ist. Der jeweilige Ausströmkopf 38 kann einen Luftstrom auf einen Fuß 18 richten.
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Wie in 5 und 6 dargestellt, kann der hohl ausgeführte Ausströmkopf 38 über eine Verbindungsöffnung 40 mit der Anströmleitung 36 und über eine Auslassöffnung 42 mit dem Fußraum 20 kommunizieren. An der Anströmleitung 36 ist eine kugelförmige Gelenkpfanne 44 ausgebildet, in welcher der kugelförmige Ausströmkopf 38 drehbar gelagert ist. Der Ausströmkopf 38 kann dadurch in unterschiedliche Winkelrichtungen von der Steuereinheit 26 verdreht werden, um den Luftstrom um einen großen (5) oder weniger großen (6) Strömungsumlenkwinkel umzulenken.
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Bei der in 7 dargestellten Ausführungsform der Ausströmeinheit 28 ist die Anströmleitung 36 mit einer Vielzahl reihenweise und spaltenweise zueinander angeordneter Auslassöffnungen 42 verbunden, die jeweils von einer Klappe 46 geöffnet und geschlossen werden können. Wie in 8 dargestellt, ist die Klappe 46 aus einem elastischen Material hergestellt, an dem als gerader Draht ausgestaltete Aktoren 48 befestigt sind, die aus einer Formgedächtnislegierung hergestellt sind. Wenn die Aktoren 48 bestromt werden, können die Aktoren 48 sich verbiegen, um die Klappe 46 zu öffnen, wie in 9 dargestellt. Dadurch kann der aus der Anströmleitung 36 kommende Luftstrom mit einem bestimmten Strömungsumlenkwinkel an der Klappe 46 in den Fußraum 20 umgelenkt werden. Wie in 10 und 11 dargestellt kann der Strömungsumlenkwinkel weiter erhöht werden, indem in der Klappe 46 eine weitere Klappe 50 vorgesehen ist, die vergleichbar zur Klappe 46 von weiteren drahtförmigen aus einer Formgedächtnislegierung bestehenden weiteren Aktoren 52 verschwenkt werden kann.
