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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Nutzung von Beladungsdaten eines Luftfilters eines Fahrzeugs.
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Aus der
DE 10 2019 121 057 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen einer Beladung eines Luftfilters eines Fahrzeugs bekannt. Hierbei erfolgen ein
- - Übertragen eines Bewegungsprofils des Fahrzeugs und eines Werts einer den Luftfilter durchströmenden Luftmenge an eine fahrzeugexterne Recheneinheit;
- - Abrufen von fahrzeugextern ermittelten Daten zu einer Luftqualität entlang des Bewegungsprofils des Fahrzeugs; und
- - Berechnen der Beladung des Luftfilters anhand der Daten zur Luftqualität.
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Weiterhin ist aus der
JP 2003 071 225 A ein Verfahren zum Überwachen einer Lebensdauer eines Filters einer mit einem Lüfter ausgestatteten Filtervorrichtung eines Fahrzeugs bekannt. Hierbei wird bei jeder Inbetriebnahme der Filtervorrichtung mittels Sensoren auf einer Abströmseite des Filters eine Strömungsgeschwindigkeit ermittelt, mit einer am Filter lastfrei gemessenen Normströmungsgeschwindigkeit verglichen, an einen Servicerechner übermittelt und auf einem Display angezeigt. Unterschreitet die Strömungsgeschwindigkeit einen vorgegebenen Grenzwert oder einen Grenzbereich, wird ein Signal zum Filterwechsel ausgegeben.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein neuartiges Verfahren zur Erfassung und Nutzung von Beladungsdaten eines Luftfilters eines Fahrzeugs anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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In dem Verfahren zur Erfassung und Nutzung von Beladungsdaten eines Luftfilters eines Fahrzeugs werden erfindungsgemäß mittels einer Drucksensorik ein Eingangsluftdruck an einem Eingang des Luftfilters und ein Ausgangsluftdruck an einem Ausgang des Luftfilters erfasst. Weiterhin werden mittels einer Positionsbestimmungseinheit eine geografische Position des Fahrzeugs bestimmt und mittels einer Verarbeitungseinheit aus einer Differenz zwischen dem Eingangsluftdruck und dem Ausgangsluftdruck eine Beladung des Luftfilters und Druckänderungen ermittelt. Wenn zusätzlich die Druckänderungen einen vorgegebenen Schwellwert innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums überschreiten, wird eine entsprechende Information gemeinsam mit einer zugehörigen geografischen Position des Fahrzeugs an ein Backend übermittelt und/oder die entsprechende Information wird gemeinsam mit der zugehörigen geografischen Position des Fahrzeugs und einem zugehörigen Zeitpunkt in einem fahrzeugeigenen Speicher hinterlegt. Alternativ oder zusätzlich wird in Abhängigkeit der Beladung, insbesondere unabhängig von der Überschreitung des Schwellwerts, ein Wartungs-/Wechselintervall des Luftfilters angepasst.
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Das Verfahren ermöglicht eine zuverlässige Ermittlung einer Beladung eines Luftfilters und daraus folgend eine automatische und ressourcenschonende Anpassung des Wartungs-/Wechselintervalls des Luftfilters. Das heißt, der Luftfilter muss nur dann getauscht bzw. gewartet werden, wenn dies aufgrund seiner Beladung auch erforderlich ist.
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Weiterhin kann das Verfahren positionsbezogene und gegebenenfalls zeitbezogene Informationen über eine Luftqualität liefern und erhöht somit eine Transparenz bezüglich Gebieten mit aktuell hoher Staubbelastung. Auch kann eine Datenbasis zur Analyse einer Entwicklung von Luftqualitäten über die Zeit realisiert werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Vorrichtung zur Erfassung von Beladungsdaten eines Luftfilters eines Fahrzeugs,
- 2 schematisch Verläufe von Ausgangsluftdrücken verschiedener Luftfilter in Abhängigkeit eines jeweiligen Eingangsluftdrucks,
- 3 schematisch Verläufe von Ausgangsluftdrücken verschiedener Luftfilter in Abhängigkeit eines jeweiligen Eingangsluftdrucks,
- 4 schematisch ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Erfassung und Nutzung von Beladungsdaten eines Luftfilters eines Fahrzeugs,
- 5 schematisch einen Luftfilter mit mehreren unterschiedlichen Filterelementen und
- 6 schematisch einen Verlauf eines Ausgangsluftdrucks der Filterelemente gemäß 5.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur Erfassung von Beladungsdaten eines Luftfilters 2 eines Fahrzeugs dargestellt. Die 2 und 3 zeigen charakteristische Funktionsverläufe F1 bis F3, F1' bis F3' von Ausgangsluftdrücken pout verschiedener Luftfilter 2 in Abhängigkeit eines jeweiligen Eingangsluftdrucks pin . Die Funktionsverläufe F1 bis F3, F1' bis F3' hängen dabei insbesondere von einer Art des jeweiligen Luftfilters 2 ab. In 4 ist ein Blockschaltbild einer Vorrichtung 4 zur Erfassung und Nutzung von Beladungsdaten eines Luftfilters 2 eines Fahrzeugs dargestellt.
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Der Luftfilter 2 ist beispielsweise ein so genannter HEPA-Filter (HEPA = High-Efficiency Particulate Air/Arrestance), auch als Schwebstofffilter bezeichnet, und ist zur Abscheidung von Feststoffen, insbesondere Schwebstoffen, in Luft L vorgesehen.
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Die Vorrichtung 1 umfasst eine Drucksensorik 3, wobei die Drucksensorik 3 einen an einem Eingang des Luftfilters 2 angeordneten Eingangsdrucksensor 3.1 zur Erfassung des Eingangsluftdrucks pin und einen an einem Ausgang des Luftfilters 2 angeordneten Ausgangsdrucksensor 3.2 zur Erfassung des Ausgangsluftdrucks pout umfasst. Der Eingangsluftluftdruck pin wird dabei insbesondere durch einen Fahrtwind während einer Fahrt des Fahrzeugs erzeugt. Mittels der Drucksensorik 3 können so auch die in den 2 und 3 beispielhaft dargestellten charakteristischen Funktionsverläufe F1 bis F3, F1' bis F3' während einer Fahrt des Fahrzeugs für verschiedene Luftfilter 2 ermittelt werden. Dabei zeigen die Funktionsverläufe F1 bis F3 den Ausgangsluftdruck pout in Abhängigkeit eines jeweiligen Eingangsluftdrucks pin für neue Luftfilter 2 ohne Beladung und die Funktionsverläufe F1' bis F3' den Ausgangsluftdruck pout in Abhängigkeit eines jeweiligen Eingangsluftdrucks pin für die gleichen Luftfilter 2 mit Beladung, insbesondere einer maximalen Beladung vor einem erforderlichen Austausch. Zur Ermittlung der Funktionsverläufe F1 bis F3, F1' bis F3' werden von der Drucksensorik 3 erfasste Daten dauerhaft und/oder zu diskreten Zeitpunkten während eines Fahrbetriebs des Fahrzeugs aufgezeichnet, wobei anhand der Daten die Funktionsverläufe F1 bis F3, F1' bis F3' erzeugt werden.
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Die Vorrichtung 4 umfasst die Vorrichtung 1 und eine Positionsbestimmungseinheit 5, mittels welcher eine geografische Position des Fahrzeugs bestimmt wird.
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Weiterhin umfasst die Vorrichtung 4 eine Verarbeitungseinheit 6, welche aus einer Differenz zwischen dem Eingangsluftdruck pin und dem Ausgangsluftdruck pout die Beladung des Luftfilters 2 und Druckänderungen ermittelt. Dies erfolgt stetig während einer Fahrt des Fahrzeugs, kann aber auch temporär erfolgen. Hierbei ist in einer möglichen Ausgestaltung vorgesehen, dass je nach Ausführung der Drucksensorik 3 der Eingangsdrucksensor 3.1 und/oder Ausgangsdrucksensor 3.2 dann, wenn diese nicht benötigt werden, automatisch aus einem Luftpfad bewegt werden, um einen ungehinderten Luftstrom zu ermöglichen.
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Aus mittels der Drucksensorik 3 erfassten Daten ermittelt die Verarbeitungseinheit 6 in der Luft L befindliche Schadstoffe, Pollen, eine Quantität und/oder Qualität der Luft L und die Beladung des Luftfilters 2 sowie daraus eine verbleibende Lebensdauer desselben. Hierzu umfasst die Verarbeitungseinheit 6 insbesondere ein trainiertes, zum maschinellen Lernen ausgebildetes System, beispielsweise ein tiefes künstliches neuronales Netzwerk.
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Mittels eines in dem System vorhandenen trainierten Modells werden dabei auf Basis von für individuelle Verschmutzungen charakteristischen Funktionsverläufen F1 bis F3, F1' bis F3' unterschiedlicher Luftfilter 2 eine Menge und ein Vorhandensein der Schadstoffe, Pollen, die Quantität und/oder Qualität der Luft L und die Beladung des Luftfilters geschätzt. Dies ermöglicht eine Vorhersage über eine verbleibende Lebensdauer des Luftfilters 2 mit ausreichender Filterleistung. Hieraus resultiert die Möglichkeit einer automatischen Anpassung eines Wartungs-/Wechselintervalls des Luftfilters 2 in Abhängigkeit seiner Beladung.
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Daten über die Menge und das Vorhandensein der Schadstoffe, der Pollen, die Quantität und/oder Qualität der Luft L und die Beladung des Luftfilters 2 werden insbesondere anhand von ausgetauschten und beladenen Luftfiltern 2 während einer Entwicklungszeit oder nach einem Wechsel des Luftfilters 2 in einer Werkstatt bestimmt und zusammen mit den vor dem Wechsel des Luftfilters 2 aufgezeichneten Funktionsverläufen F1 bis F3, F1' bis F3' der Eingangs- und Ausgangsdrücke pin , pout zum Trainieren des Modells verwendet. Das Modell kann dabei auch als Klassifikationsmodell ausgebildet sein, um in dem Luftfilter 2 abgeschiedene Feststoffe, beispielsweise nach einer Feinstaubklasse, Staubart und/oder Schadstoffart, zu klassifizieren.
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Ermittelt die Verarbeitungseinheit 6 bei der Auswertung mittels der Drucksensorik 3 erfassten Daten, dass die Druckänderungen einen vorgegebenen Schwellwert innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums, insbesondere eines kurzen Zeitinkrements, überschreiten, übermittelt diese eine entsprechende Information gemeinsam mit der zugehörigen geografischen Position des Fahrzeugs an ein Backend 7. Die Übermittlung bedarf in einer möglichen Ausgestaltung einer vorherigen Zustimmung eines Nutzers des Fahrzeugs. Mit der übermittelten Information können andere Fahrzeuge vom Backend 7 vor einer hohen Staubbelastung an der entsprechenden Position gewarnt werden und beispielsweise automatisch eine Umluftfunktion einer Fahrzeuginnenraumbelüftung vor Erreichen der Position aktivieren.
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Alternativ oder zusätzlich wird die entsprechende Information gemeinsam mit der zugehörigen geografischen Position des Fahrzeugs und einem zugehörigen Zeitpunkt in einem fahrzeugeigenen Speicher, beispielsweise eines Steuergeräts, hinterlegt. So entsteht ein Protokoll oder Logbuch über den Luftfilter 2. Ein ausgewechselter Luftfilter 2 mit diesem Protokoll ist für Umweltforscher ein Werkzeug, um langfristige Studien über die Luftqualität auf Straßen, insbesondere eine Schadstoffbelastung, und entlang von Straßen, zum Beispiel bezogen auf einen Pollenflug, zu erstellen. Dabei können anhand von gespeicherten Ereignissen mit hoher Staubbelastung Orte mit Sonderereignissen, wie beispielsweise Baustellen, ein Mähdreschereinsatz usw., welche gegebenenfalls herausgerechnet werden müssen, ermittelt werden. Weiterhin können Daten um Wetterdaten, wie beispielsweise einen Luftdruck, eine Wetterlage, Wind, Sahara-Staub usw. ergänzt werden, um temporäre Umwelteinflüsse später herausfiltern zu können.
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5 zeigt einen Luftfilter 2 mit mehreren Filterelementen 2.1 bis 2.n, welche unterschiedliche Filtereigenschaften aufweisen. Die Filterelemente 2.1 bis 2.n sind dabei in einer Matrix angeordnet. Alternativ ist auch eine serielle Anordnung oder eine Mischung aus serieller Anordnung und Matrixanordnung möglich.
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Für die Filterelemente 2.1 bis 2.n werden in 6 dargestellte charakteristische Funktionsverläufe F4, F4' während einer Fahrt des Fahrzeugs zu verschiedenen Zeitpunkten ermittelt, insbesondere im Neuzustand, dargestellt durch den Funktionsverlauf F4, und bei einem Wechsel der Filterelemente 2.1 bis 2.n, dargestellt durch den Funktionsverlauf F4'. Die Funktionsverläufe F4, F4' sind dabei vorliegend für einen konstanten Eingangsluftdruck pin dargestellt.
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Anhand der Funktionsverläufe F4, F4' werden mittels der Verarbeitungseinheit 6 und des in diesem vorhandenen trainierten Modells die Filterelemente 2.1 bis 2.n hinsichtlich ihrer Beladung charakterisiert, wobei anhand der jeweiligen Beladung in Abhängigkeit der Filtereigenschaften jedes Filterelements 2.1 bis 2.n eine Art eines Staubs und/oder Schadstoffs ermittelt wird.
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Somit kann aus den Funktionsverläufen F4, F4' ein charakteristischer Staub-Fingerabdruck, das heißt die Art des Staubs und/oder Schadstoffs ermittelt werden. Beispielsweise wird ermittelt, dass die Filterelemente 2, 2.3, 2.5 gegenüber ihrem Neuzustand eine erhöhte Druckdifferenz aufweisen, die Filterelemente 2, 2.4, 2.6 dagegen nicht. Eine solche Verteilung der Beladung in den Filterelementen 2.1 bis 2.n kann beispielsweise typisch für eine Belastung der Luft L mit Birkenpollen sein.
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Auch kann mittels z. B. im Jahresabstand und/oder zu Zeitpunkten eines Serviceintervalls erfassten Daten eine Analyse durchgeführt und/oder ein Modell trainiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Luftfilter
- 2.1 bis 2.n
- Filterelement
- 3
- Drucksensorik
- 3.1
- Eingangsdrucksensor
- 3.2
- Ausgangsdrucksensor
- 4
- Vorrichtung
- 5
- Positionsbestimmungseinheit
- 6
- Verarbeitungseinheit
- 7
- Backend
- F1 bis F4
- Funktionsverlauf
- F1' bis F4'
- Funktionsverlauf
- L
- Luft
- pin
- Eingangsluftdruck
- pout
- Ausgangsluftdruck
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019121057 A1 [0002]
- JP 2003071225 A [0003]
