DE102021214657A1

DE102021214657A1 - Fahrzeug zur Personenbeförderung mit einer Klimaanlage

Info

Publication number: DE102021214657A1
Application number: DE102021214657.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Ahlborn; Martin Halfmann; Michael Schmäcke; Stefan Zebunke
Original assignee: Siemens Mobility GmbH
Current assignee: Siemens Mobility GmbH
Priority date: 2021-12-20
Filing date: 2021-12-20
Publication date: 2023-06-22
Also published as: WO2023117763A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug zur Personenbeförderung, mit einer Klimaanlage (5), die ein Klimagerät, die mittels einer Klimaanlagensteuerung (3), die mit wenigstens einem Temperatursensor für einen Fahrgastinnenraum des Fahrzeugs verbunden ist, gesteuert ist und ein Klimagerät sowie eine Mehrzahl Luftkanäle zum Beaufschlagen des Fahrgastinnenraums mit von dem Klimagerät bereitgestellter, konditionierter Zuluft und zum Abführen von Luft aus dem Fahrgastinnenraum umfasst, wobei die Klimaanlagensteuerung (3) zum Regeln einer Temperatur des Fahrgastinnenraums das Klimagerät derart steuert, dass es eine zum Einstellen einer vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums temperierte Zuluft liefert, wobei das Fahrzeug zur Personenbeförderung mit einer Mehrzahl abdunkelbarer Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) ausgestattet ist, deren Abdunklungsgrad elektrisch einstellbar ist, und die Klimaanlagensteuerung (3) derart ausgebildet ist, dass sie zum Einstellen der vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums einen Abdunklungsgrad der Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) steuert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug zur Personenbeförderung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie auf ein Verfahren zum Steuern einer Klimaanlage eines solchen Fahrzeugs.
Danach ist ein Fahrzeug zur Personenbeförderung bekannt, mit einer Klimaanlage, die mittels einer Klimaanlagensteuerung, die mit wenigstens einem Temperatursensor für einen Fahrgastinnenraum des Fahrzeugs verbunden ist, gesteuert ist und ein Klimagerät sowie eine Mehrzahl Luftkanäle zum Beaufschlagen des Fahrgastinnenraums mit von dem Klimagerät bereitgestellter, konditionierter Zuluft und zum Abführen von Luft aus dem Fahrgastinnenraum umfasst, wobei die Klimaanlagensteuerung zum Regeln einer Temperatur des Fahrgastinnenraums das Klimagerät derart steuert, dass es eine zum Einstellen einer vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums temperierte Zuluft liefert.
Das Einregeln einer Soll-Temperatur für den Fahrgastinnenraum eines Fahrzeugs zur Personenbeförderung, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, beruht somit auf einer entsprechenden Steuerung der Klimaanlage. Deren Betrieb wird derart eingestellt, dass beispielsweise bei Unterschreiten einer gewünschten Soll-Temperatur eine Temperatur der von dem Klimagerät gelieferten Zuluft erhöht wird, beispielsweise durch Zuschalten eines Heizregisters. Bei Überschreiten der Soll-Temperatur wird der Betrieb des Klimageräts derart angepasst, dass die in den Fahrgastinnenraum geförderte Zuluft z. B. durch Kühlen eine derart tiefe Temperatur aufweist, dass die gewünschte Soll-Temperatur erreicht wird.
Insgesamt beruht die Temperaturregelung für den Fahrgastinnenraum ausschließlich auf einer Einflussnahme auf den Betrieb des Klimagerätes.
Insbesondere im oberleitungslosen Betrieb von Fahrzeugen zur Personenbeförderung ist ein möglichst geringer Energieverbrauch wünschenswert. Dies gilt insbesondere auch für die Klimatisierung des Fahrgastinnenraums.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Fahrzeug der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass die dort eingesetzte Klimaanlage weniger Energie verbraucht, sowie ein Verfahren zum Steuern der Klimaanlage eines solchen Fahrzeugs anzugeben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Danach zeichnet sich das Fahrzeug der eingangs genannten Art dadurch aus, dass das Fahrzeug zur Personenbeförderung mit einer Mehrzahl abdunkelbarer Fensterscheiben ausgestattet ist, deren Abdunklungsgrad elektrisch einstellbar ist, und die Klimaanlagensteuerung derart ausgebildet ist, dass sie zum Einstellen der vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums einen Abdunklungsgrad der Fensterscheiben steuert. E kann sich sowohl um die Abdunklung von sichtbarem Licht als auch um nicht sichtbare Sonneneinstrahlung handeln kann. Dabei ist eine Beschattung über den gesamten Strahlungsbereich der Sonneneinstrahlung effektiver in Bezug auf die Reduzierung des Wärmeeintrags ins Fahrzeug.
Wesentlicher Gesichtspunkt der Erfindung ist somit, das Fahrzeug zur Personenbeförderung mit abdunkelbaren Fahrzeugscheiben auszustatten und die Steuerung des Abdunklungsgrades für diese abdunkelbaren Fahrzeugscheiben in eine Klimaanlagensteuerung einzubeziehen. Dies bedeutet beispielsweise, dass bei sehr starker Sonneneinstrahlung, die eine Erhöhung der Temperatur im Fahrgastinnenraum mit sich bringt, gezielt der Abdunklungsgrad der Fahrzeugscheiben erhöht wird. Dies hat zur Folge, dass die zum Herunterkühlen der Luft im Fahrgastinnenraum erforderliche Kälteleistung des Klimagerätes reduziert wird. Grundlage dafür ist es, dass ein Eintrag von Wärme in die Luft im Fahrgastinnenraum aufgrund der Sonneneinstrahlung durch geeignetes Einstellen des Abdunklungsgrades der dimmbaren Fensterscheiben wirksam vermindert wird.
Abdunkelbare/dimmbare Fensterscheiben sind im Stand der Technik bekannt und werden beispielsweise bereits im Bereich der Gebäudetechnik eingesetzt. Gebräuchliche Begriff dafür sind „Smart Glass“ oder auch „intelligentes Glas“. Dabei kommen verschiedene Technologien zum Einsatz, wie eine Folierung oder Beschichtung von herkömmlichen Fensterscheiben. Die Einstellung eines Abdunklungsgrades solcher folierten oder beschichteten Fensterscheiben erfolgt auf elektrischem Wege durch Anlegen einer Spannung bei elektrochromem Glas.
Die Klimaanlagensteuerung ist derart ausgebildet, dass sie zum Einstellen der Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums priorisiert den Abdunklungsgrad für die Fensterscheiben steuert. Insbesondere bei starker Sonneneinstrahlung, die für einen Wärmeeintrag in die Luft des Fahrgastinnenraums sorgt, wird somit zum Einstellen der gewünschten Soll-Temperatur zunächst der Abdunklungsgrad durch elektrische Ansteuerung der Fensterscheiben erhöht. Sofern dies zum Erreichen der Soll-Temperatur nicht ausreicht, wird dann zusätzlich das Klimagerät derart angesteuert, dass über die dort eingestellte Temperatur der Zuluft die Soll-Temperatur für den Fahrgastinnenraum erreichbar wird.
Es ist insbesondere auch möglich, dass der Abdunklungsgrad der Fensterscheiben nicht maximal sondern so eingestellt ist, dass sich ein Optimum dahingehend ergibt, dass eine Mindesttransmission der Fensterscheiben für sichtbares Licht nicht unterschritten wird, um eine Wahrnehmung der Umgebung zu ermöglichen, und eine vertretbarer Energieverbrauch der Klimaanlage in Kauf genommen wird.
Zum Erfassen einer Außentemperatur, die insbesondere eine starke Sonneneinstrahlung wiedergibt, kann die Klimaanlagensteuerung mit einem Außentemperatursensor in Verbindung stehen. Von dem Außentemperatursensor gelieferte Messwerte gehen dann in die Steuerung des Abdunklungsgrades der Fensterscheiben und auch die Temperatur der Zuluft, die von dem Klimagerät geliefert wird, ein.
Die Mehrzahl der Fensterscheiben kann ausschließlich in ihrem, bezogen auf das Fahrzeug, oberen Bereich elektrisch abdunkelbar ausgebildet sein. Eine Abdunklung nur beispielsweise in einer oberen Hälfte oder einem oberen Drittel der Fensterscheiben hat bereits einen wesentlichen Effekt auf die Verminderung des Wärmeeintrags in den Fahrgastinnenraum.
Ein verbleibender Bereich der Fensterscheiben kann dann beispielsweise für Mobilfunkwellen besonders durchlässig ausgebildet sein.
Zudem ist es möglich, dass die Klimaanlagensteuerung mit einer Türsteuerung des Fahrzeugs in Verbindung steht und derart ausgebildet ist, dass sie zum Einstellen der vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums Öffnungszeiten von Fahrzeugtüren und einen damit einhergehenden Luft- und Wärmeaustausch zwischen dem Fahrgastinnenraum und einer Umgebung des Fahrzeugs berücksichtigt.
In dieser Weise wird auch in die allgemeine Klimaanlagensteuerung miteinbezogen, in welchem Umfang durch Öffnen der Fahrzeugtüren Einfluss auf die Eigenschaften der Luft im Fahrgastinnenraum genommen wird.
Hinsichtlich des Verfahrens wird die o.g. Aufgabe gelöst durch ein Verfahren nach den Merkmalen des Anspruchs 7, während sich bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens aus den Ansprüchen 8 bis 11 ergeben. Wesentliche Merkmale und Vorteile des Verfahrens sind bereits oben anhand der Beschreibung des Fahrzeugs zur Personenbeförderung mit spezieller Klimaanlagensteuerung erläutert worden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

1 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung einer Klimaanlagensteuerung bei einem Fahrzeug zur Personenbeförderung,
2 eine qualitative, grafische Darstellung von zeitlichen Temperaturverläufen im Fahrgastinnenraum und
3 eine schematische Seitenansicht einer abdunkelbaren Fensterscheibe.

Wie dem Funktionsdiagramm nach 1 zu entnehmen ist, ist bei einem Wagen eines mehrteiligen Schienenfahrzeugs eine übergeordnete Steuereinheit 1 vorgesehen, die eine Vielzahl an Funktionen des Fahrzeugs steuert. Die Steuereinheit 1 umfasst eine Fahrzeugsteuerung 2, eine Klimaanlagensteuerung 3 und eine Türsteuerung 4.
Die Klimaanlagensteuerung 3 steuert eine Klimaanlage 5, die dazu vorgesehen ist, mit Hilfe eines Klimagerätes, das sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen von angesaugter Frischluft aus der Umgebung des Fahrzeugs ausgebildet ist, konditionierte Zuluft in einen Fahrgastinnenraum des Wagens zu fördern. Zum geeigneten Konditionieren der Zuluft, so dass die Luft im Fahrgastinnenraum vorgegebene Sollwerte für die Temperatur, einen Kohlendioxydgehalt, eine Luftfeuchtigkeit, ..., einhält, steht die Klimaanlage 1 mit einer Innenraum-Sensoranordnung 6 in einer Signalverbindung. Die Innenraum-Sensoranordnung 6 umfasst auch eine Sensorik zum Erfassen eines Besetzungsgrades des Fahrgastinnenraumes mit Fahrgästen. Zusätzlich erhält die Klimaanlage 5 von einer Umgebungs-Sensoranordnung 7 aktuelle Messwerte für eine Sonneneinstrahlung, mit der der Wagen beaufschlagt ist, eine Außentemperatur der Umgebung, usw..
Die Steuereinheit 1 umfasst zudem eine Fenstersteuerung 8 zum Einstellen eines Abdunklungsgrades für eine Mehrzahl abdunkelbarer Fensterscheiben 9.1, 9.2, ..., 9.n. Jede der vorgesehenen Fensterscheiben 9.1, 9.2, ..., 9.n ist mit einem zugehörigen elektrischen Anschluss 10.1, 10.2, ..., 10.n ausgestattet, über den eine von der Fenstersteuerung 8 gelieferte Spannung zur Einstellung eines gewünschten Abdunklungsgrads der Fensterscheiben 9.1, 9.2, ... 9.n an eine Beschichtung oder Folierung der Fensterscheiben 9.1, 9.2, ... 9.n angelegt wird. Die Steuereinheit 1 steuert zudem über die Türsteuerung 4 Öffnungs- und Schließvorgänge für die bei dem Fahrzeug vorgesehenen Türen 11.
In der Klimaanlagensteuerung 3 ist ein Soll-Wert T_s für die Temperatur im Fahrgastinnenraum hinterlegt und es werden Abweichungen zwischen diesem Soll-Wert und aktuell mittels der Sensoranordnung 6 gemessenen Temperaturwerten für den Fahrgastinnenraum bestimmt. In dem Fall, dass eine aktuelle Ist-Temperatur den Soll-Wert T_s für die Temperatur im Fahrgastinnenraum überschreitet, wird, soweit eine aktuelle Einstellung des Abdunklungsgrads der Fensterscheiben dies zulässt, zunächst und priorisiert der Abdunklungsgrad der Fensterscheiben 9.1, 9.2, ..., 9.n, erhöht bzw. dessen Maximalwert eingestellt. In dem Fall, dass allein eine Erhöhung des Abdunklungsgrads der Fensterscheiben 9.1, 9.2, ..., 9.n, noch nicht das Erreichen des Soll-Wertes T_s die Temperatur im Fahrgastinnenraum ermöglicht, wird zusätzlich die Klimaanlage 5 derart angesteuert, dass ein vorgesehenes Klimagerät Zuluft für den Fahrgastinnenraum erzeugt, deren Temperatur das Erreichen der Soll-Temperatur T_s für den Fahrgastinnenraum innerhalb eines geeigneten Zeitabschnitts gestattet.
Die Klimaanlagensteuerung 3 berücksichtigt zudem Öffnungszeiten für die Türen 11, denn geöffnete Türen ermöglichen sowohl eine thermische Wechselwirkung zwischen der Luft im Fahrgastinnenraum und der Umgebungsluft als auch den Eintrag von Wärme in den Fahrgastinnenraum durch Sonneneinstrahlung.
2 ist der zeitliche Temperaturverlauf im Fahrgastinnenraum des Fahrzeugs zu entnehmen, wobei eine erste Kurve K1 den Temperaturverlauf ohne Einflussnahme auf einen Abdunklungsgrad der Fensterscheiben 9.1, 9.2, ..., 9.n, veranschaulicht. Eine zweite Kurve K2 in 2 zeigt auf derselben Zeitskala den Temperaturverlauf mit maximal abgedunkelten Fensterscheiben 9.1, 9.2, ..., 9.n. Die Zeitverläufe umfassen jeweils mehrere Tage, wobei für jeden Tag ein ausgeprägtes Temperaturmaximum feststellbar ist. Zudem ist in 2 die Soll-Temperatur T_s für den Fahrgastinnenraum gezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Temperaturmaxima der Kurve K1 (keine Abdunklung der Fensterscheiben) deutlich stärker ausgeprägt sind als in Kurve K2 (maximale Abdunklung). Folge dessen ist es, dass die Klimaanlage 5 weniger Kälteleistung bereitstellen muss, wenn eine Abdunklung der Fensterscheiben eingestellt ist. Dies wiederum vermindert den Energieverbrauch der Klimaanlage, da weniger gekühlte Zuluft erzeugt werden muss, um die Soll-Temperatur für den Fahrgastinnenraum zu erreichen.
3 veranschaulicht, dass die Fensterscheiben 9.1, 9.2, ..., 9.n nicht über ihre gesamte Fläche abdunkelbar sein müssen. Vielmehr ist die hier beispielhaft gezeigte Fensterscheibe 9.1 in 3 lediglich in ihrer oberen Hälfte 12 abdunkelbar ausgeführt, während ein unterer Bereich 13 der Fensterscheiben 9.1 beispielsweise für eine Transmission von Mobilfunkwellen optimiert sein kann.

Claims

Fahrzeug zur Personenbeförderung, mit einer Klimaanlage (5), die mittels einer Klimaanlagensteuerung (3), die mit wenigstens einem Temperatursensor für einen Fahrgastinnenraum des Fahrzeugs verbunden ist, gesteuert ist und ein Klimagerät sowie eine Mehrzahl Luftkanäle zum Beaufschlagen des Fahrgastinnenraums mit von dem Klimagerät bereitgestellter, konditionierter Zuluft und zum Abführen von Luft aus dem Fahrgastinnenraum umfasst, wobei die Klimaanlagensteuerung (3) zum Regeln einer Temperatur des Fahrgastinnenraums das Klimagerät derart steuert, dass es eine zum Einstellen einer vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums temperierte Zuluft liefert, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zur Personenbeförderung mit einer Mehrzahl abdunkelbarer Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) ausgestattet ist, deren Abdunklungsgrad elektrisch einstellbar ist, und die Klimaanlagensteuerung (3) derart ausgebildet ist, dass sie zum Einstellen der vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums einen Abdunklungsgrad der Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlagensteuerung (3) derart ausgebildet ist, dass sie zum Einstellen der Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums priorisiert den Abdunklungsgrad für die Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) steuert.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlagensteuerung (3) mit einem Außentemperatursensor in Verbindung steht.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) ausschließlich in ihrem, bezogen auf das Fahrzeug, oberen Bereich elektrisch abdunkelbar ausgebildet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein verbleibender Bereich der Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) für Mobilfunkwellen durchlässig ausgebildet ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlagensteuerung (3) mit einer Türsteuerung (4) des Fahrzeugs in Verbindung steht und derart ausgebildet ist, dass sie zum Einstellen der vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums Öffnungszeiten von Fahrzeugtüren und einen damit einhergehenden Luft- und Wärmeaustausch zwischen dem Fahrgastinnenraum und einer Umgebung des Fahrzeugs berücksichtigt.
Verfahren zum Steuern einer Klimaanlage (5) eines Fahrzeugs zur Personenbeförderung, die ein Klimagerät, eine mit wenigstens einem Temperatursensor für einen Fahrgastinnenraum des Fahrzeugs verbundene Klimaanlagensteuerung (3) und eine Mehrzahl Luftkanäle zum Beaufschlagen des Fahrgastinnenraums mit von dem Klimagerät bereit gestellter konditionierter Zuluft und zum Abführen von Luft aus dem Fahrgastinnenraum umfasst, wobei die Klimaanlagensteuerung (3) zum Regeln einer Temperatur des Fahrgastinnenraums das Klimagerät derart steuert, dass es eine zum Einstellen einer vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums temperierte Zuluft liefert, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug zur Personenbeförderung mit einer Mehrzahl abdunkelbarer Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) ausgestattet wird, deren Abdunklungsgrad elektrisch einstellbar ist, und die Klimaanlagensteuerung zum Einstellen der vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums einen Abdunklungsgrad der Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) steuert.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlagensteuerung (3) zum Einstellen der Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums priorisiert den Abdunklungsgrad für die Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) steuert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlagensteuerung (3) mit einem Außentemperatursensor verbunden wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl der Fensterscheiben (9.1, 9.2, ..., 9.n) ausschließlich in ihrem, bezogen auf das Fahrzeug, oberen Bereich hinsichtlich ihres Abdunklungsgrades eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klimaanlagensteuerung (3) mit einer Türsteuerung (4) des Fahrzeugs verbunden wird und zum Einstellen der vorbestimmten Soll-Temperatur des Fahrgastinnenraums Öffnungszeiten von Fahrzeugtüren (11) und einen damit einhergehenden Luft- und Wärmeaustausch zwischen dem Fahrgastinnenraum und einer Umgebung des Fahrzeugs berücksichtigt.