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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimatisierungsanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer Fahrzeugklimatisierungsanordnung.
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Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet der Erfindung besteht in der Klimatisierung von Fahrzeugen und insbesondere von Elektrofahrzeugen.
Zur Klimatisierung von Fahrzeugen werden Klimageräte eingesetzt, die auch als Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungseinheiten bezeichnet werden. Die Klimageräte sind dabei dazu ausgelegt, Innenraumtemperaturen in der Fahrzeugkabine eines Fahrzeuges zwischen 21°C und 26°C zu ermöglichen. Der thermische Komfort für die Fahrgäste wird durch eine Klimatisierung mittels Kältemittelkreisläufen mit Standardkältemitteln und elektrische Zusatzheizer zur Kühlung, Beheizung und Entfeuchtung bereitgestellt.
Als elektrische Zusatzheizer werden in diesen Systemen in der Regel sogenannte PTC-Heizer eingesetzt. Die Klimatisierung bei kalten Umgebungstemperaturen stellt aufgrund der fehlenden Abwärme auf einem passenden Temperaturniveau für Elektrofahrzeuge oder auch hocheffiziente Verbrennungsfahrzeuge ein bekanntes Problem dar.
Zeitgemäße Elektrofahrzeuge nutzen deshalb auch Wärmepumpensysteme und Hochvolt-PTC-Zusatz-Heizelemente, um angenehme Temperaturen in der Fahrzeugkabine auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen zu erreichen. Zur Zusatzbeheizung werden Hochvolt-PTC-Heizelemente von bis zu 6kW eingesetzt. Insbesondere bei kalten Umgebungsbedingungen, beispielsweise bei Umgebungstemperaturen zwischen minus 20°C und minus 10°C, ist das Potenzial von Wärmepumpensystemen für die Beheizung begrenzt. Die Lücke zwischen komfortablen Innentemperaturen von 21°C bis 26°C und kalter Umgebungstemperatur wird in Systemen nach dem Stand der Technik mithilfe eines Hochvolt-PTC-Heizelements geschlossen. Daher wird jedoch die Reichweite von Elektrofahrzeugen bei extremer Kälte beeinträchtigt und kann sich um bis zu 40% reduzieren.
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Es ist weiterhin bekannt, dass neben dem Einfluss der Lufttemperatur ebenso der Einfluss von Strahlungsflächen auf das thermische Empfinden der Fahrgäste wirkt. Ein hoher thermischer Komfort kann auch dadurch erreicht werden, dass die beheizte Wandfläche beispielsweise vergrößert und die Lufttemperatur gleichzeitig gesenkt wird. Allerdings sind die im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Strahlungsflächen sehr viel kleiner, so dass bereits aus Kapazitätsgründen die Einsatzmöglichkeiten für größere Strahlungsflächen stark begrenzt oder nicht vorhanden sind.
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Weiterhin wird das Klimatisierungssystem in aktuellen Fahrzeugen derart betrieben, dass eine wärmere Lufttemperatur im Fußbereich und eine kältere Lufttemperatur im Kopfbereich von den Klimageräten bereitgestellt wird. Die einschlägigen Normen empfehlen eine Luftschichtung zwischen Kopf- und Fußbereich auf einem Niveau von 2 bis 12 K pro Meter. Daher sind unterschiedliche Ausblastemperaturen der Klimageräte für den Fußbereich und den Kopfbereich erforderlich, was wiederum einen komplexen Aufbau der Klimageräte und eine tiefgreifende Regelung der Systeme erforderlich macht.
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Im Stand der Technik sind weiterhin Fahrzeugklimatisierungsanordnungen bekannt, welche Strahlungs- und Kontaktheizsysteme beinhalten.
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Aus der
US 20120267354 A1 geht beispielsweise ein Strahlungsheizungssystem für die Verwendung in Fahrzeugen hervor, welches Heizmittel zum Erzeugen von Strahlungswärme und Schutzelemente zur Verhinderung der Kontaktierung des Fahrers mit den Heizmitteln aufweist. Die Heizmittel sind dabei zur Strahlungsbeheizung des Fußraumes des Fahrzeuges positioniert.
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In der
JP 002014205432 A ist ebenfalls ein Strahlungsheizungsklimaanlagensystem zur Strahlungsbeheizung des Fußraumes des Fahrzeuges offenbart, wobei die Strahlungsbeheizung über eine Klimaanlagensteuervorrichtung steuerbar ist.
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Aus der
DE 11 2015 002 482 T5 geht ein Heizsystem für ein Fahrzeug hervor, welches Strahlungsheizelemente und Kontaktheizelemente miteinander kombiniert. Eine Steuervorrichtung unterscheidet zwischen einem Prioritätsmodus zur Strahlungsbeheizung und einem Prioritätsmodus zur Kontaktbeheizung, mit welchem das Heizsystem je nach Situation betreibbar ist.
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Weitere Beispiele für Strahlungs- und Kontaktheizsysteme im Stand der Technik gehen aus der
JP 3395229 B2 ,
JP 2016047670 A ,
JP 2017178020 A ,
JP2017159858 A ,
US 4920759 A ,
US 20100176110 A1 ,
US 20130068440 A1 ,
DE19808571 B4 ,
DE 102013214557 A1 ,
DE 102013021593 A1 ,
DE102014210736A1 ,
DE 102012221116A1 und der
DE 102015117645A1 .
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Den angeführten Lösungen nach dem Stand der Technik ist der Nachteil zu eigen, dass zwar einzelne Aspekte des Komforts und der Verringerung des Energieverbrauchs durch die Kombination von Strahlungs- und Kontaktheizsystemen und deren Integration in Fahrzeugklimatisierungssysteme erreicht werden, dass jedoch eine Erhöhung der Komplexität des Gesamtsystems mit nur partiellen Verbesserungen desselben einhergeht.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht nunmehr darin, ein apparativ einfaches Fahrzeugklimatisierungssystem zu schaffen, wobei ein hoher thermischer Komfort für die Fahrzeuginsassen bei gleichzeitiger Minimierung des elektrischen Verbrauchs des Systems erreicht werden soll.
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Die Aufgabe wird durch eine Fahrzeugklimatisierungsanordnung und ein Verfahren zum Betreiben derselben mit den Merkmalen der selbstständigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Die Konzeption der Erfindung besteht darin, dass die Klimatisierungsanordnung drei zur Beheizung nutzbare Komponenten aufweist, nämlich das Klimagerät, Kontaktheizelemente und Strahlungsheizelemente. Diese Komponenten werden in einem übergeordneten Steuerungsalgorithmus miteinander kombiniert und in das Klimatisierungssystem integriert, um eine Schichtung der Luft innerhalb der Fahrzeugkabine durch die Kombination dieser Elemente zu erreichen unter gleichzeitiger Absenkung der Lufttemperatur innerhalb der Fahrzeugkabine.
Ein mit dieser Konzeption einhergehender signifikanter Vorteil besteht darin, dass eine erhebliche Vereinfachung des Designs des Klimagerätes erreicht werden kann, indem durch das Klimagerät keine thermische Schichtung der Luftströme mehr bereitgestellt werden muss.
Konzeptionsgemäß erfolgt die Realisierung der thermischen Schichtung mittels Strahlungsheizelementen, welche in eine übergeordnete Regelungsstrategie integriert sind. Im Ergebnis kann bei gleichbleibendem thermischen Komfort eine Absenkung der Kabinentemperatur erreicht werden.
Im Ergebnis kann der gewünschte thermische Komfort für die Fahrzeuginsassen erreicht werden, ohne die bislang üblichen Anforderungen der Erreichung einer Lufttemperatur zwischen 21°C und 26°C und einer Luftschichtung zwischen Kopfbereich und Fußbereich mit der erfindungsgemäßen Fahrzeugklimatisierungsanordnung realisieren zu müssen.
Dies wird gerade bei kalten Umgebungstemperaturen durch eine Neubewertung des thermischen Komforts und eine effiziente Heizungsstrategie, insbesondere unter Beachtung der Spezifik bei Elektrofahrzeugen, erreicht.
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Apparativ und regelungstechnisch erfolgt die Umsetzung der Konzeption dadurch, dass die einzelnen der Beheizung der Fahrzeugkabine dienenden Komponenten einer übergeordneten Regelung unterworfen werden. Die Fahrzeugkabinentemperatur wird über ein Wärmepumpensystem gezielt auf einer minimalen Lufttemperatur gehalten und der Wärmeverlust des Fahrzeuginsassen wird gezielt durch eine lokale Beheizung mittels Strahlungs- und Kontaktheizungen ausgeglichen, um komfortable Bedingungen zu erreichen.
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Ein zusätzlicher Vorteil der erzeugten Klimatisierungsanordnung besteht darin, dass individuelle Präferenzen der Fahrgäste mit diesem System auch besser abgebildet werden können. Im Gegensatz zu bisherigen Klimageräten in einem Elektrofahrzeug ist die Lufttemperatur nicht die Regelgröße für komfortable Bedingungen der Fahrgäste. Die Regelgröße ist der thermische Komfort für den Fahrgast, welcher individuell gesteuert werden kann.
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Das konventionelle Klimagerät stellt bei gleicher Ausblastemperatur an den verschiedenen Auslässen bereits eine Basistemperierung ohne eine Schichtung der Luft zwischen Fußbereich und Kopfbereich zur Verfügung. Eine Komfortschichtung zwischen Kopf- und Fußbereich wird durch lokale Heizstrategien erreicht, sowohl für die Schichtung als auch für die Senkung der Kabinentemperatur bei gleichbleibend hohem thermischen Komfort. Dazu werden Kontaktheizungen, wie Sitzheizung, Lenkradheizung, Armlehnenheizung und Teppichheizung, eingesetzt. Weiterhin werden Strahlungsheizungen eingesetzt, die beispielsweise an der Windschutzscheibe, unter dem Lenkrad, sowie auf der linken Seite des Beifahrerfußraumes und auf der rechten Seite des Fahrerfußraumes installiert.
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Die Aufgabe der Erfindung wird insbesondere durch eine Fahrzeugklimatisierungsanordnung gelöst, welche ein Klimagerät mit mindestens einem Lüfter, einem Verdampfer und einem Heizungswärmeübertrager aufweist. Konzeptionell sind ergänzend Kontaktheizelemente und Strahlungsheizelemente vorgesehen, sowie eine Steuer- und Regeleinrichtung zur Steuerung der Komponenten der Fahrzeugklimatisierungsanordnung. Zur Beheizung und Erzeugung einer thermischen Schichtung der Luft mit einer wärmeren Schicht im Fußraum und einer kühleren Schicht im Kopfraum der Fahrzeugkabine sind die Kontaktheizelemente und die Strahlungsheizelemente ergänzend zum Klimagerät nach einem speicherbaren, vorgebbaren Benutzerprofil zuschalt- und regelbar ausgebildet.
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Bevorzugt ist das Klimagerät als Wärmepumpe betreibbar ausgebildet, so dass das Klimagerät selbst auch als Heizung wirkt.
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Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Gewichtssensor im Innenraumfahrzeugsitz und/oder ein Infrarotsensor auf Kopfhöhe des Fahrgastes angeordnet, wodurch die Belegung beziehungsweise Besetzung der Sitze detektiert und somit in der Steuer- und Regeleinrichtung gezielt die entsprechenden Komponenten der Kontakt- und Strahlungsheizelemente angesprochen werden können.
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Als Kontaktheizelemente werden bevorzugt eine Sitzheizung, eine Lenkradheizung, eine Armlehnenheizung und/oder eine Fußraumbodenheizung in der Fahrzeugkabine positioniert.
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Als Strahlungsheizelemente werden bevorzugt eine Windschutzscheibenheizung, eine Fußraumdeckenstrahlungsheizung, eine Fußraumwandstrahlungsheizung und/oder eine Fußraumtürstrahlungsheizung in der Fahrzeugkabine ausgebildet.
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Besonders bevorzugt ist auf der Beifahrerseite die Lenkradheizung durch ein Strahlungsheizelement am Handschuhfach ersetzt.
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Zur Erhöhung des Komforts der Mitfahrer im Fond ist auf der Rückseite der vorderen Fahrzeugsitze ein Strahlungsheizelement zur Beheizung des Fußraumes der Fahrgäste der hinteren Fahrzeugsitze angeordnet.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin durch ein Verfahren zur Steuerung und Regelung einer Fahrzeugklimatisierungsanordnung gelöst, wobei im Klimagerät ein Fußraumluftstrom und ein Kopfraumluftstrom mit der gleichen Temperatur erzeugt werden und in Abhängigkeit der Bedienervorgaben die Kontaktheizelemente und die Strahlungsheizelemente zur lokalen Heizung aktiviert werden und dass darüber hinaus individualisierbar für jeden Fahrgast ein benutzerbezogenes Profil für den thermischen Komfort erstellt wird, wobei die Temperatur der Luft in der Fahrzeugkabine abgesenkt und der thermische Komfort für den Fahrgast durch die Zuschaltung der lokalen Kontaktheizelemente und Strahlungsheizelemente eingestellt wird.
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Vorteilhaft werden die Kontaktheizelemente und die Strahlungsheizelemente nur in Betrieb genommen, wenn der Gewichtssensor und/oder der Infrarotsensor die Belegung des zugehörigen Fahrzeugsitzes registriert.
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Bevorzugt werden für typische Betriebszustände und -temperaturen Grundeinstellungen für den Betrieb der Komponenten der Fahrzeugklimatisierungsanordnung in der Steuer- und Regeleinrichtung hinterlegt. Eine manuelle Änderung der Grundeinstellungen als persönliches Benutzerprofil wird gespeichert und nachfolgend bei Detektion der Person über den Gewichtssensor beispielsweise abgerufen und ausgeführt.
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Weiterhin wird vorteilhaft bei kalten Umgebungstemperaturen von minus 20°C mit dem als Wärmepumpe arbeitenden Klimagerät die Lufttemperatur in der Fahrzeugkabine auf einen leicht kühlen Zustand von 17°C bis 19°C eingestellt, wobei die Temperatur des Fußraumluftstromes der Temperatur des Kopfraumluftstromes entspricht und die Kontaktheizelemente und die Strahlungsheizelemente werden auf eine mittlere Ebene mit 50% der maximalen Heizleistung als Grundeinstellung eingestellt.
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In besonders vorteilhafter Weise wirkt die erfindungsgemäße Fahrzeugklimatisierungsanordnung mit der entsprechenden Regelstrategie dahingehend, dass einerseits die Lufttemperatur auf dem Fußniveau durch die natürliche Luftzirkulation an den Strahlungsheizelementen, den Heizblechen, steigt und andererseits auch die operative Raumtemperatur auf Fußniveau durch die höhere Strahlungstemperatur ansteigt. Die Fahrgäste empfinden diese Temperatur als wärmer. Daher kann die Lufttemperaturschichtung niedriger sein als bei herkömmlichen Systemen, da sich der Fahrgast wohlfühlt und die Ausblastemperatur kann gesenkt werden.
Im Klimagerät führt dies dazu, dass die Menge der um den Heizungswärmeübertrager herum geleiteten Luft minimiert wird. Dies führt zu einem besseren Wirkungsgrad des Gebläses. Die Innenlufttemperatur in der Fahrzeugkabine kann somit gesenkt werden und im Klimagerät wird kein zusätzliches Hochvolt-PTC-Heizelement benötigt.
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Die Vorteile bestehen zusammenfassend somit darin, dass das Klimagerät im Vergleich zu bestehenden Anlagen ohne Schichtung der Luft einfacher ausgeführt und kompakter gebaut werden kann, da keine Mischung von Luft für unterschiedliche Ausblastemperaturen erforderlich ist.
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Konzeptionsgemäß werden die Strahlungs- und Kontaktheizelemente in eine übergeordnete Betriebsstrategie eingebunden.
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Die nachfolgend beschriebene Betriebsstrategie zeigt das Konzept zur Steuerung komfortabler Bedingungen für die Fahrgäste. Die Regelgröße der vorgestellten Anwendung ist der Komfort für den Benutzer. Der Fahrgast kann seinen Komfort individuell steuern. Wenn sich der Fahrgast kalt oder warm fühlt, kann er die Wärmeabgabe der Nahwärmesysteme, der Kontaktheizelemente und der Strahlungsheizelemente, entsprechend erhöhen oder verringern. Durch das Zusammenspiel von Wärmepumpe sowie Kontakt- und Strahlungsheizungen können komfortable Bedingungen bei kalten Umgebungstemperaturen, auch bei minus 20°C, geschaffen werden.
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Nachfolgend wird das Konzept zur Steuerung komfortabler Bedingungen für die Fahrgäste aufgezeigt. Ausgangszustand ist eine relativ kalte Umgebungstemperatur von z.B. minus 20°C. Mithilfe eines Wärmepumpensystems wird die Lufttemperatur in der Kabine auf einen leicht kühlen Zustand von beispielsweise 17°C bis 19°C eingestellt. Das Klimagerät stellt dabei die gleiche Ausströmtemperatur der Luft für den Kopf- und Fußbereich bereit. Die lokalen Kontaktheizelemente und Strahlungsheizelemente werden auf eine mittlere Ebene der Intensität eingestellt. Der Fahrgast fühlt sich wohl, da der Wärmeverlust durch die Kontaktheizungen, wie Sitz-, Lenkrad- und Armlehnen- und Teppichheizung und durch die Strahlungsheizung auf Fußniveau ausgeglichen werden kann.
Eine Schichtung zwischen Kopf- und Fußebene wird durch die Beheizung mittels Strahlungsflächen im Fußbereich erreicht. Die operative Raumtemperatur im Fußbereich kann durch die Heizflächensegmente variiert werden. Daher kann für die Fahrgäste eine angenehme Betriebstemperatur individuell eingestellt werden. Eine weitere Besonderheit des Steuerungssystems besteht darin, dass ein persönlicher Profilalgorithmus für jeden Fahrgast erstellt wird, der auf einem Gewichtssensor im Sitz und einem Infrarotsensor am Fahrgastkopf basiert. Wenn sich ein Fahrgast thermisch unbehaglich fühlt, können die lokalen Heizgeräte an den Füßen und am Körper nach Wunsch des Fahrgastes variiert werden, um den thermischen Komfort zu erhöhen. Wenn der Fahrgast eine höhere Temperatur wünscht, wird der Strahler im Fußbereich auf ein höheres Niveau eingestellt. Wenn sich ein Fahrgast auf Kopfhöhe unwohl fühlt, kann die Ausblastemperatur erhöht oder verringert werden. Falls sich ein Fahrgast ganzheitlich thermisch unbehaglich fühlt, kann hier die lokale Heizung erhöht oder verringert werden. Die Einstellungen für jeden Fahrgast werden protokolliert und in einem individuellen Komfortprofil hinterlegt.
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Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammengefasst darin, dass in erster Linie das Klimagerät des Fahrzeuges einfacher konzipiert werden kann, da der Fuß- und Kopfbereich mit der gleichen Lufttemperatur angeströmt werden. Verschiedene Temperaturklappen und -mischzonen innerhalb des Klimageräts können somit entfallen und dieser Raum kann für andere Komponenten und Merkmale des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt werden.
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Es ist weiterhin ökologisch vorteilhaft, da man durch die Nutzung der Fahrzeugklimatisierungsanordnung elektrisch angetriebene Fahrzeuge umweltschonender betreiben kann und den Verbrauch an Elektroenergie pro km vor allem bei kalten Umgebungstemperaturen im Vergleich zu konventionellen Klimatisierungskonzepten von Elektrofahrzeugen senken kann.
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Insgesamt führt somit die Nutzung dieses Konzepts mit der damit im Zusammenhang stehenden Reduzierung der Komplexität des Klimagerätes auch dazu, die Fahrzeugklimatisierungsanordnung kostengünstiger zu produzieren und energiesparender zu betreiben.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile von Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen. Es zeigen:
- 1: Fahrzeugklimatisierungsanordnung nach dem Stand der Technik
- 2: Erfindungsgemäße Fahrzeugklimatisierungsanordnung
- 3: Regelungskonzept einer Fahrzeugklimatisierungsanordnung
- 4: Regelungskonzept Benutzerprofil
- 5: Schematische Darstellung Fahrzeugkabine Fahrerseite
- 6: Schematische Darstellung Fahrzeugkabine Beifahrerseite
- 7: Schematische Darstellung Klimatisierungskonzept Fond
- 8: Schematische Darstellung Klimatisierungskonzept Autonomes Fahren.
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In 1 ist eine Fahrzeugklimatisierungsanordnung nach dem Stand der Technik schematisch dargestellt. Der Fahrzeuginsasse 15 sitzt auf dem Fahrzeugsitz 16 des Fahrzeuges in der Fahrzeugkabine. Im dargestellten Fall ist der Fahrer gezeigt, was durch das angedeutete Lenkrad verdeutlicht wird. Im Fahrzeug ist ein herkömmliches Klimagerät 9 installiert, welches mittels eines Lüfters 10 einen Luftstrom erzeugt, der in einem Verdampfer 11 gekühlt, entfeuchtet und nachfolgend im Heizungswärmeübertrager 12 auf die entsprechende gewünschte Temperatur angehoben wird. Der entstehende Luftstrom teilt sich auf in einen Fußraumluftstrom 13 und einen Kopfraumluftstrom 14, wobei der Fußraumluftstrom 13 den Fußraum 17 der Fahrzeugkabine und der Kopfraum luftstrom 14 den Kopfraum 18 der Fahrzeugkabine mit klimatisierter Luft versorgt. In dieser vereinfachten Darstellung sind die erforderlichen technischen Maßnahmen des Klimagerätes 9 zur Erzeugung einer geschichteten Luftströmung von Fußraum luftstrom 13 und Kopfraumluftstrom 14 nicht gezeigt, welche nach den momentan gängigen Anforderungen eine unterschiedliche Temperatur aufweisen. Der Gesamtluftstrom weist eine Schichtung in einen warmen Fußraumluftstrom 13 und einen kälteren Kopfraum luftstrom 14 auf.
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In 2 ist eine erfindungsgemäße Fahrzeugklimatisierungsanordnung schematisch dargestellt. Dabei versorgt das Klimagerät 9 die Fahrzeugkabine mit einem Fußraumluftstrom 13 und einem Kopfraum luftstrom 14, welche jedoch die gleiche einheitliche Temperatur und somit keine thermische Schichtung aufweisen. Die Temperatur des Fußraumluftstromes 13 und des Kopfraum luftstromes 14 ist dabei relativ niedrig im Vergleich zu Ausblastemperaturen üblicher Klimageräte nach dem Stand der Technik. Das Klimatisierungssystem wird ergänzt durch mehrere lokale Heizungskomponenten, wie beispielsweise die Kontaktheizelemente der Sitzheizung 1, der Lenkradheizung 2, der Armlehnenheizung 3 sowie der Fußraumbodenheizung 8. Weiterhin sind Strahlungsheizelemente vorgesehen, welche als Windschutzscheibenheizung 4, Fußraumdeckenstrahlungsheizung 5, Fußraumwandstrahlungsheizung 6 sowie Fußraumtürstrahlungsheizung 7 ausgebildet und in der Fahrzeugkabine positioniert sind.
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In 3 ist ein Fließbild für die Regelstrategie bei kalten Umgebungsbedingungen als Ausgangspunkt 19 dargestellt. 3 zeigt schematisch die Möglichkeiten der benutzerspezifischen Einstellungen der Fahrzeugklimatisierungsanordnung.
Bei dem Ausgangspunkt 19, der Regelung bei kalten Umgebungstemperaturen von beispielsweise minus 20°C, ist das System auf eine Fahrzeugkabinentemperatur 20 durch Einstellung der Wärmepumpe sowie auf ein mittleres Niveau der Heizleistung 21 der lokalen Heizelemente eingestellt. Sofern der Benutzer nun eine Änderung wünscht, stehen drei verschiedene Bereiche zur Verfügung. Der Kopfbereich 22, der Fußbereich 23 sowie der Körperbereich 24 können nun jeweils über eine Einstellung kälter 25, wärmer 26 oder keine Änderung 27 individuell eingestellt werden. Vorgenommene Änderungen führen dazu, dass die Ausblastemperatur des als Wärmepumpe arbeitenden Klimagerätes bei der gewünschten Änderung für den Kopfbereich 22 verringert 28 oder entsprechend erhöht 29 wird. Wird eine Änderung für den Fußbereich 23 gewünscht, so führt dies entsprechend zu einer Verringerung der Heizleistung 30 oder einer Erhöhung der Heizleistung 31, entweder im Fußbereich 23 oder im Körperbereich 24. Nach Abschluss der individuellen Einstellungen des Benutzers wird dessen Profil als Benutzerprofil 32 gespeichert und beispielsweise über einen Infrarotsensor und einem Gewichtssensor einem Benutzer spezifisch zugeordnet.
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Ein Lernalgorithmus steuert die persönliche Präferenz jedes Fahrgastes. Basierend auf einem Gewichtssensor im Sitz und einem Infrarotsensor am Kopf des Fahrgastes steuert die Steuer- und Regeleinrichtung ein benutzerbezogenes Komfortprofil für jeden Fahrgast. Ein entsprechendes Schaltschema ist in 4 dargestellt.
Der Algorithmus des Steuerungssystems 33 verarbeitet für jeden Fahrgast dessen Benutzerprofil 32, in welchem die thermischen Präferenzen der Fahrgäste gespeichert sind. Auf dieser Basis wird unter Berücksichtigung des Gewichtssensors 34, Infrarotsensors 35 und der Temperatursensoren 36 sowie den individuellen thermischen Präferenzen die Berechnung des Fahrgastkomforts eingestellt.
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Der Regelalgorithmus berechnet den Soll-Wert für die Fahrzeugkabinentemperatur 20, welche vom Klimagerät 9 zur Verfügung gestellt wird, wobei das Klimagerät 9 auch auf die Heizkomponentensteuerung 37 einwirkt. Die Heizleistungen für lokale Heizflächen, wie die Sitzheizung 1, die Lenkradheizung 2, die Armlehnenheizung 3 sowie die Fußraumbodenheizung 8 und für die Windschutzscheibenheizung 4 werden von der Heizkomponentensteuerung 37 berechnet und die entsprechenden Komponenten nachfolgend gesteuert. Die Heizung der Windschutzscheibe wird zum Enteisen und Entnebeln verwendet, sowie als Strahlungsheizung zur Erhöhung des thermischen Komforts im Kopfbereich von Fahrer und Beifahrer. Kontakt- und Strahlungsheizung können durch den Regelalgorithmus auf unterschiedlichste Oberflächentemperaturen eingestellt werden.
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In 5 ist eine schematische Darstellung der Komponenten der Fahrzeugklimatisierungsanordnung für den Fahrer bzw. als Fahrzeuginsassen 15 dargestellt. Die lokalen Strahlungs- und Kontaktheizelemente sind als Sitzheizung 1, Lenkradheizung 2, Armlehnenheizung 3 sowie als Fußraumbodenheizung 8 dargestellt. Die Flächenheizsysteme, die auch als Strahlungsheizelemente bezeichnet werden, sind als Windschutzscheibenheizung 4 sowie Fußraumdeckenstrahlungsheizung 5 unterhalb des Lenkrades und auf der linken Seite der Fahrerfüße als Fußraumtürstrahlungsheizung 7 im Türbereich sowie auf der rechten Seite des Fahrerfußraumbereiches als Fußraumwandstrahlungsheizung 6 installiert.
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In 6 ist das Fahrzeugklimatisierungssystem mit den Heizsystemen für den Beifahrer als Fahrzeuginsassen 15 analog zur Darstellung in 5 gezeigt. Im Unterschied zu den lokalen Heizelementen für den Fahrer gemäß 5 ist die Lenkradheizung in eine Flächenheizung 2 am Handschuhfach umgewandelt.
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In 7 ist die Installation von Flächenheizsystemen für die Fahrzeuginsassen 15 auf dem Rücksitz beziehungsweise in der zweiten oder einer hinteren Sitzreihe im Fond dargestellt. Die lokalen Heizelemente sind analog zu den 5 und 6 angeordnet.
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Beispielsweise ist die Fußraumdeckenstrahlungsheizung 5 unter dem Vordersitz sowie ergänzend im unteren Bereich der Rückenlehne des Vordersitzes zur Beheizung des Fußraumes der Fahrzeuginsassen 15 des Fonds angeordnet. Weiterhin sind eine Armlehnenheizung 3 und eine Sitzheizung 1 zur Verbesserung des thermischen Komforts des Fahrzeuginsassen 15 vorgesehen.
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In 8 ist schematisch die Situation beim autonomen Fahren dargestellt, die sich nach der Darstellung nur dadurch unterscheidet, dass die Fahrzeuginsassen 15 in der Fahrzeugkabine einander zugewandt angeordnet sind. Die Sitzheizung 1, die Armlehnenheizung 3 sowie die Fußraumwandstrahlungsheizung 6, die Fußraumtürstrahlungsheizung 7 und die Fußraumbodenheizung 8 sind in analoger Weise, wie vorangehend in den 5 bis 7 dargestellt wird, vorgesehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Sitzheizung
- 2
- Lenkradheizung, Flächenheizung
- 3
- Armlehnenheizung
- 4
- Windschutzscheibenheizung
- 5
- Fußraumdeckenstrahlungsheizung
- 6
- Fußraumwandstrahlungsheizung
- 7
- Fußraumtürstrahlungsheizung
- 8
- Fußraumbodenheizung
- 9
- Klimagerät
- 10
- Lüfter
- 11
- Verdampfer
- 12
- Heizungswärmeübertrager
- 13
- Fußraumluftstrom
- 14
- Kopfraum luftstrom
- 15
- Fahrzeuginsasse
- 16
- Fahrzeugsitz
- 17
- Fußraum der Fahrzeugkabine
- 18
- Kopfraum der Fahrzeugkabine
- 19
- Ausgangspunkt Regelung kalte Umgebungstemperaturen
- 20
- Fahrzeugkabinentemperatur
- 21
- Heizleistung
- 22
- Kopfbereich
- 23
- Fußbereich
- 24
- Körperbereich
- 25
- Kälter
- 26
- Wärmer
- 27
- Keine Änderung
- 28
- Ausblastemperatur verringern
- 29
- Ausblastemperatur erhöhen
- 30
- Heizleistung verringern
- 31
- Heizleistung erhöhen
- 32
- Benutzerprofil
- 33
- Steuerungssystem
- 34
- Gewichtssensor
- 35
- Infrarotsensor
- 36
- Temperatursensor
- 37
- Heizkomponentensteuerung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- US 20120267354 A1 [0006]
- JP 002014205432 A [0007]
- DE 112015002482 T5 [0008]
- JP 3395229 B2 [0009]
- JP 2016047670 A [0009]
- JP 2017178020 A [0009]
- JP 2017159858 A [0009]
- US 4920759 A [0009]
- US 20100176110 A1 [0009]
- US 20130068440 A1 [0009]
- DE 19808571 B4 [0009]
- DE 102013214557 A1 [0009]
- DE 102013021593 A1 [0009]
- DE 102014210736 A1 [0009]
- DE 102012221116 A1 [0009]
- DE 102015117645 A1 [0009]
