DE102020101741A1 - Verfahren zur Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum (4) eines Kraftfahrzeugs (2), mit den Schritten:(S100) Einlesen von Messdaten (MD), die mit zumindest einem fahrgastraumaußenseitig angeordneten Sensor (6) erfasst wurden,(S200) Auswerten der Messdaten (MD) mit einem Modell (12) für die Luftqualität in dem Fahrgastraum (4) um Ausgangsdaten (AD) indikativ für die Luftqualität in dem Fahrgastraum (4) zu bestimmen, und(S300) Ausgeben der Ausgangsdaten (AD).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs.
  • Fahrer und auch Passagiere von Kraftfahrzeugen sind zunehmend besorgt darüber, dass sich die Luftverschmutzung von außen auf ihre Gesundheit und ihr Wohlbefinden auswirkt. Daher werden Innenraumfilter (auch Kabinenluft oder Pollenfilter) in Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen integriert und gehören mittlerweile in modernen Kraftfahrzeugen zur Standardausstattung. Abhängig von der Leistungsfähigkeit des Innenraumfilters sind die Schadstoffwerte im Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs deutlich geringer als außerhalb, wobei jedoch der Fahrer und auch die Passagiere nicht über diesen Nutzen informiert werden.
  • Um eine Rückmeldung über die Schutzwirkung des Innenraumfilters geben zu können ist eine Messung der Schadstoffkonzentration im Fahrgastraum erforderlich. Allerdings sind Sensoren zur Erkennung von Schadstoffen in der Luft sehr teuer und/oder nicht in der Lage, niedrige Schadstoffkonzentrationen ausreichend genau zu messen. Ferner sind für einige Schadstoffe, wie z.B. Pollen, überhaupt keine Sensoren verfügbar, die sich für einen Einsatz als Luftgütesensoren in einem Kraftfahrzeug eignen.
  • Aus der US 2019 / 0084369 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei dem Messdaten eingelesen und ausgewertet werden, die mit Luftgütesensoren in Fahrgasträumen von Referenzkraftfahrzeugen erfasst wurden, um die Luftqualität im Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs zu bestimmen.
  • Aus der US 8,509,991 B2 und der KR 2018 0038243 A sind weitere Verfahren zur Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs bekannt.
  • Es besteht also Bedarf daran, Wege aufzuzeigen, wie eine Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs weiter verbessert werden kann.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs, mit den Schritten:
    • Einlesen von Messdaten, die mit zumindest einem fahrgastraumaußenseitig angeordneten Sensor erfasst wurden,
    • Auswerten der Messdaten mit einem Modell für die Luftqualität in dem Fahrgastraum um Ausgangsdaten indikativ für die Luftqualität in dem Fahrgastraum zu bestimmen, und
    • Ausgeben der Ausgangsdaten.
  • Die Luftqualität (Luftgüte) beschreibt dabei die Beschaffenheit der Luft bezogen auf den Anteil der darin enthaltenen Luftverunreinigungen. Bei den Luftverunreinigungen kann es sich z.B. um die Konzentration von Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2), Ozon (O3), Kohlenmonoxid (CO), Schwefeldioxid (SO2), Ammoniak (NH3), Feinstaub der Klassen PM2.5 oder PM10 und/oder Pollen, sowie Partikelanzahl (PN).
  • Bei den fahrgastraumaußenseitig angeordneten Sensoren kann es sich um einen Luftgütesensor des Kraftfahrzeugs handeln, der die Luftqualität der Außenluft, d.h. Außenluft außerhalb des Fahrgastraumes des Kraftfahrzeugs erfasst. Vor allem kann es sich aber bei den fahrgastraumaußenseitig angeordneten Sensoren um Sensoren von Messstationen, insbesondere öffentliche Messstationen, zur Überwachung der Luftqualität handeln. Die Messdaten dieser Messstationen werden in einer Cloud bereitgestellt und können dann von einem Steuergerät, wie einem Steuergerät einer Klimaanlage des Kraftfahrzeugs, drahtlos abgerufen bzw. aus der Cloud zu dem Steuergerät übertragen werden. Als zu den Messdaten gehörend werden dabei auch auf den Messdaten beruhende bzw. abgeleitete Prognosedaten angesehen, die z.B. eine Vorhersage über eine witterungsbedingte Verteilung von Luftverunreinigungen zum Gegenstand haben.
  • Mit diese Messdaten und dem Modell für die Luftqualität in dem Fahrgastraum können dann verbesserte Ausgangsdaten indikativ für die Luftqualität bereitgestellt werden. So kann die Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs durch diese Verbreiterung der Datenbasis weiter verbessert werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform werden Ausgangsdaten indikativ für die Luftqualität zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst und ausgewertet um Veränderungsdaten indikativ für zeitliche Veränderungen der Luftqualität in dem Fahrgastraum zu bestimmen. Mit anderen Worten, es wird die zeitliche Entwicklung der Luftqualität aufgezeichnet und ausgewertet um Veränderungen der Luftqualität zu bestimmen. So kann einer Verschlechterung der Luftqualität entgegengewirkt werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform werden die Ausgangsdaten mit zumindest einem Schwellwert verglichen. Einem Unterschreiten und Überschreiten können dann jeweils unterschiedliche Ausgangssignale zur Information des Fahrers und/oder der Passagiere zugeordnet werden, wie z.B. optische Hinweise mit unterschiedlichen Farben, wie z.B. Grün für unterhalb des Schwellwertes und Rot für oberhalb des Schwellwertes. Ferner kann die Farbe Gelb Werten im Bereich des Schwellwertes zugeordnet sein. Anstelle der Farben können auch unterschiedliche Sprachnachrichten oder Begriffe, Symbole oder auch Töne zur Information des Fahrers und/oder der Passagiere verwendet werden. So können der Fahrer und/oder die Passagiere besonders einfach über die Luftqualität im Fahrgastraum informiert werden.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform berücksichtigt das Modell fahrzeugseitige Parameter. Unter fahrzeugseitigen Parametern werden dabei Werte verstanden, die repräsentativ für das Fahrgastraumvolumen, dessen Belegung, eine Belüftungsströmungsrate, eine Frischluftzufuhrrate, geschlossene oder geöffnete Fenster und/oder Fahrzeugtüren und/oder Schiebedächer des Kraftfahrzeugs, eine Durchmischung bzw. Umwälzung der Luft im Fahrgastraum, die Filterwirkung des Innenraumfilters, eine Leckage des Fahrgastraumes, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Oberflächenverluste bzw. -anlagerungen, z.B. von Luftverunreinigungen wie Ozon (O3), Ammoniak (NH3) oder Feinstaub. So können fahrzeugspezifische Faktoren mit berücksichtigt werden und so die Genauigkeit der Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs nochmal gesteigert werden.
  • Ferner gehören zur Erfindung ein Computerprogrammprodukt, ein Steuergerät und ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Steuergerät.
  • Es wird nun die Erfindung anhand einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
    • 1 in schematischer Darstellung ein Kraftfahrzeug und weitere Komponenten, die datenübertragend in Verbindung mit dem Kraftfahrzeug stehen.
    • 2 in schematischer Darstellung weitere Komponenten des in 1 gezeigten Kraftfahrzeugs.
    • 3 in schematischer Darstellung einen Verfahrensablauf zum Betrieb des in 1 gezeigten Kraftfahrzeugs.
  • Es wird zunächst auf 1 Bezug genommen.
  • Dargestellt ist ein Kraftfahrzeug 2, das im vorliegenden Ausführungsbeispiel als PKW ausgebildet ist.
  • Das Kraftfahrzeug 2 weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Klimaanlage auf um die Luft im Fahrgastraum 4 in einen angenehmen Temperatur- und Feuchtebereich zu bringen bzw. zu halten. Hierzu wird auch Frischluft von außerhalb des Kraftfahrzeugs 2 bzw. des Fahrgastraums 4 angesaugt und mittels eines Innenraumfilters 10 bevor sie in den Fahrgastraum 4 geblasen wird gereinigt. Des Weiteren weist das Kraftfahrzeug 2 einen Luftgütesensor 8 auf, mit dem die Luftqualität der Luft außerhalb des Kraftfahrzeugs 2 bzw. des Fahrgastraums 4 bestimmt werden kann.
  • Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird die Klimaanlage von einem Steuergerät 14 gesteuert. Dabei kann das Steuergerät 14 sowie die weiteren nachfolgend beschriebenen Komponenten für ihre jeweiligen Aufgaben und/oder Funktionen jeweils Hard- und/oder Software-Komponenten aufweisen.
  • Das Steuergerät 14 ist dazu ausgebildet eine Verbindung zur drahtlosen Datenübertragung mit einer Cloud 16 aufzubauen. In der Cloud 16 sind Messdaten MD archiviert, die von Sensoren 6 von Messstationen, insbesondere öffentliche Messstationen, zur Überwachung der Luftqualität, erfasst wurden. Somit handelt es sich um fahrgastraumaußenseitig angeordnete Sensoren 6.
  • Die Messdaten MD können Werte repräsentativ für eine Konzentration von Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO2), Ozon (O3), Kohlenmonoxid (CO), Schwefeldioxid (SO2), Ammoniak (NH3), Feinstaub der Klassen PM2.5, oder PM10 und/oder Pollen, sowie Partikelanzahl (PN) enthalten.
  • Als zu den Messdaten gehörend werden dabei auch auf den Messdaten beruhende bzw. abgeleitete Prognosedaten angesehen, die z.B. eine Vorhersage über eine witterungsbedingte Verteilung von Luftverunreinigungen zum Gegenstand haben.
  • Es wird nun zusätzlich auf 2 Bezug genommen.
  • Um die Luftqualität in dem Fahrgastraum 4 des Kraftfahrzeugs 2 zu bestimmen weist das Steuergerät 14 ein Modell 12 auf, dem eingangsseitig die Messdaten MD und fahrzeugseitige Parameter P zugeführt werden und das ausgangsseitig Ausgangsdaten AD indikativ für die Luftqualität in dem Fahrgastraum 4 bereitstellt. Das Modell 12 ist dabei im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Computermodell. Mit anderen Worten, das Modell 12 ist ein mathematisches Modell, das aufgrund seiner Komplexität und/oder der hohen Anzahl von Freiheitsgraden nur mit einem Computer ausgewertet werden kann.
  • Die fahrzeugseitigen Parameter P können dabei repräsentativ für das Fahrgastraumvolumen, dessen Belegung, eine Belüftungsströmungsrate, eine Frischluftzufuhrrate, geschlossene oder geöffnete Fenster und/oder Fahrzeugtüren und/oder Schiebedächer des Kraftfahrzeugs 2, eine Durchmischung bzw. Umwälzung der Luft im Fahrgastraum 4, die Filterwirkung des Innenraumfilters 10, eine Leckage des Fahrgastraumes 4, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Oberflächenverluste bzw. - anlagerungen sein, z.B. von Luftverunreinigungen wie Ozon (O3), Ammoniak (NH3) oder Feinstaub.
  • Ferner ist das Steuergerät 14 dazu ausgebildet, die Ausgangsdaten AD indikativ für die Luftqualität zu verschiedenen Zeitpunkten zu erfassen und auszuwerten um Veränderungsdaten VD indikativ für zeitliche Veränderungen der Luftqualität in dem Fahrgastraum 4 zu bestimmen. So kann eine zeitliche Entwicklung der Luftqualität aufgezeichnet und ausgewertet werden um Veränderungen der Luftqualität zu bestimmen.
  • Des Weiteren ist das Steuergerät 14 dazu ausgebildet die Ausgangsdaten AD mit den Messdaten MD zu vergleichen um einen Filterwirkungswert FW des Innenraumfilters 10 des Kraftfahrzeugs 2 zu bestimmen. Es wird also bestimmt, wie hoch der Anteil der von dem Innenraumfilter 10 zurückgehaltenen Luftverunreinigungen ist.
  • Schließlich ist das Steuergerät 14 dazu ausgebildet die Ausgangsdaten AD mit zumindest einem Schwellwert SW zu vergleichen. Je nachdem, ob die Ausgangsdaten AD, d.h. die Messwerte der jeweiligen Luftverunreinigungen den jeweiligen zugeordneten Schwellwert unterschreiten oder überschreiten können dann jeweils unterschiedliche Ausgangssignale zur Information des Fahrers und/oder der Passagieren verwendet werden. Hierbei kann es sich z.B. um optische Hinweise mit unterschiedlichen Farben handeln, die mit einer Anzeigeeinrichtung, wie z.B. eines Infotainmentsystem des Kraftfahrzeugs 2 ausgegeben werden. Z.B. kann ein optischer Hinweis mit der Farbe Grün für Ausgangsdaten AD unterhalb des Schwellwertes SW und die Farbe Rot für Ausgangsdaten AD oberhalb des Schwellwertes SW zugeordnet sein. Ferner kann ein optischer Hinweis mit der Farbe Gelb Ausgangsdaten AD im Bereich des Schwellwertes SW zugeordnet sein. Anstelle der optischen Hinweise können auch akustische Hinweise, wie z.B. unterschiedliche Sprachnachrichten oder Begriffe, Symbole oder auch Töne zur Information des Fahrers und/oder der Passagiere verwendet werden.
  • Es wird nun unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 3 ein Verfahrensablauf erläutert.
  • In einem ersten Schritt S100 werden von dem Steuergerät 14 die Messdaten MD eingelesen, die mit zumindest einem fahrgastraumaußenseitig angeordneten Sensor 6 erfasst wurden. Zusätzlich können die Messdaten eingelesen werden, die vom Luftgütesensor 8 bereitgestellt werden.
  • In einem weiteren Schritt S200 werden zum Auswerten der Messdaten MD diese zusammen mit den Parametern P dem Modell 12 eingangsseitig zugeführt und mit dem Modell 12 die Ausgangsdaten AD indikativ für die Luftqualität in dem Fahrgastraum 4 bestimmt.
  • Dabei kombiniert das Modell 12 zur Bestimmung der Konzentration von ungleichmäßig verteilten Luftverunreinigungen, wie z.B. Stickstoffdioxid (NO2) oder Kohlenmonoxid (CO) die Messdaten MD, die mit dem fahrgastraumaußenseitig angeordneten Sensor 6 erfasst wurden, mit dem Messdaten des Luftgütesensors 8 des Kraftfahrzeugs 2. Hierzu werden die Messdaten MD als Ausgangsbasis verwendet, die mit den Messdaten des Luftgütesensors 8 kombiniert werden, um lokale Werte durch Hochrechnen zu bestimmen.
  • In einem weiteren Schritt S300 werden dann die Ausgangsdaten AD ausgegeben.
  • In einem weiteren Schritt S400 werden Veränderungsdaten VD indikativ für zeitliche Veränderungen der Luftqualität in dem Fahrgastraum 4 bestimmt indem Ausgangsdaten AD indikativ für die Luftqualität zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst und ausgewertet werden.
  • In einem weiteren Schritt S500 wird ein Filterwirkungswert FW von dem Innenraumfilter 10 des Kraftfahrzeugs 2 bestimmt indem die Ausgangsdaten AD mit den Messdaten MD verglichen werden.
  • In einem weiteren Schritt S600 werden die Ausgangsdaten AD mit zumindest dem Schwellwert SW verglichen. Wie schon beschrieben können dann je nachdem ob die Ausgangsdaten AD den Schwellwert SW unterschreiten oder überschreiten jeweils unterschiedliche Ausgangssignale AS zur Information des Fahrers und/oder der Passagiere verwendet werden.
  • Abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Reihenfolge der Schritte auch eine andere sein. Ferner können mehrere Schritte auch zeitgleich bzw. simultan ausgeführt werden. Des Weiteren können auch abweichend vom vorliegenden Ausführungsbeispiel einzelne Schritte übersprungen oder ausgelassen werden.
  • So kann die Bestimmung der Luftqualität in dem Fahrgastraum 4 des Kraftfahrzeugs 2 durch diese Verbreiterung der Datenbasis weiter verbessert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Kraftfahrzeug
    4
    Fahrgastraum
    6
    Sensor
    8
    Luftgütesensor
    10
    Innenraumfilter
    12
    Modell
    14
    Steuergerät
    16
    Cloud
    AS
    Ausgangssignal
    AD
    Ausgangsdaten
    FW
    Filterwirkungswert
    MD
    Messdaten
    P
    Parameter
    SW
    Schwellwert
    VD
    Veränderungsdaten
    S100
    Schritt
    S200
    Schritt
    S300
    Schritt
    S400
    Schritt
    S500
    Schritt
    S600
    Schritt
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8509991 B2 [0005]
    • KR 20180038243 A [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum (4) eines Kraftfahrzeugs (2), mit den Schritten: (S100) Einlesen von Messdaten (MD), die mit zumindest einem fahrgastraumaußenseitig angeordneten Sensor (6) erfasst wurden, (S200) Auswerten der Messdaten (MD) mit einem Modell (12) für die Luftqualität in dem Fahrgastraum (4) um Ausgangsdaten (AD) indikativ für die Luftqualität in dem Fahrgastraum (4) zu bestimmen, und (S300) Ausgeben der Ausgangsdaten (AD).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einem weiteren Schritt (S400) Ausgangsdaten (AD) indikativ für die Luftqualität zu verschiedenen Zeitpunkten erfasst und ausgewertet werden um Veränderungsdaten (VD) indikativ für zeitliche Veränderungen der Luftqualität in dem Fahrgastraum (4) zu bestimmen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei in einem weiteren Schritt (S600) die Ausgangsdaten (AD) mit zumindest einem Schwellwert (SW) verglichen werden.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Modell (12) fahrzeugseitige Parameter (P) berücksichtigt.
  5. Computerprogrammprodukt, ausgebildet zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4.
  6. Steuergerät (14) zur Bestimmung der Luftqualität in einem Fahrgastraum (4) eines Kraftfahrzeugs (2), wobei das Steuergerät (149 dazu ausgebildet ist Messdaten (MD) einzulesen, die mit zumindest einem fahrgastraumaußenseitig angeordneten Sensor (6) erfasst wurden, die Messdaten (MD) mit einem Modell (12) für die Luftqualität in dem Fahrgastraum (4) auszuwerten um Ausgangsdaten (AD) indikativ für die Luftqualität in dem Fahrgastraum (4) zu bestimmen, und zum Ausgeben der Ausgangsdaten (AD).
  7. Steuergerät (14) nach Anspruch 6, wobei das Steuergerät (14) dazu ausgebildet ist, Ausgangsdaten (AD) indikativ für die Luftqualität zu verschiedenen Zeitpunkten zu erfassen und auszuwerten um Veränderungsdaten (VD) indikativ für zeitliche Veränderungen der Luftqualität in dem Fahrgastraum (4) zu bestimmen.
  8. Steuergerät (14) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Steuergerät (14) dazu ausgebildet ist die Ausgangsdaten (AD) mit zumindest einem Schwellwert (SW) zu vergleichen.
  9. Steuergerät (14) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Modell (12) dazu ausgebildet ist fahrzeugseitige Parameter (P) zu berücksichtigen.
  10. Kraftfahrzeug (2) mit einem Steuergerät (14) nach einem der Ansprüche 6 bis 9.
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