DE102023100388A1 - Method for operating a heating device for heating a component, corresponding heating device and motor vehicle therewith - Google Patents

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Lukas Niederstein
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (8) zum Betreiben einer Heizeinrichtung (4, 5) zum Beheizen eines Bauteils (3). Die Erfindung betrifft weiter eine entsprechende Heizeinrichtung (4, 5) sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug (1). Die Heizeinrichtung (4, 5) umfasst einen Kaskadenregler mit einem äußeren Regelkreis (13) und einem inneren Regelkreis (17). Damit verwendet in dem Verfahren (8) der äußere Regelkreis (13) als Führungsgröße (9) einen vorgegebenen Blockierungswert des Bauteils (3), während der innere Regelkreis (17) als Führungsgröße (14) eine Temperatur (14) des Bauteils (3) verwendet. Zusätzlich oder alternativ wird in dem Verfahren (8) eine Zieltemperatur für das Bauteil (3) vorgegeben. Die Heizeinrichtung (4, 5) wird dann mit einer jeweils dazu korrespondierenden Leistung betrieben, die anhand einer vorgegebenen Lookup-Tabelle ermittelt wird, in der für jegliche infrage kommenden Leistungswerte und Arbeitspunkte der Heizeinrichtung (4, 5) ermittelte Temperaturen des Bauteils (3) angegeben sind.The invention relates to a method (8) for operating a heating device (4, 5) for heating a component (3). The invention further relates to a corresponding heating device (4, 5) and a motor vehicle (1) equipped therewith. The heating device (4, 5) comprises a cascade controller with an external control circuit (13) and an internal control circuit (17). In the method (8), the external control circuit (13) thus uses a predetermined blocking value of the component (3) as the reference variable (9), while the internal control circuit (17) uses a temperature (14) of the component (3) as the reference variable (14). Additionally or alternatively, a target temperature for the component (3) is specified in the method (8). The heating device (4, 5) is then operated with a corresponding power, which is determined using a predetermined lookup table in which temperatures of the component (3) determined for all possible power values and operating points of the heating device (4, 5) are specified.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Heizeinrichtung zum Beheizen eines Bauteils. Die Erfindung betrifft weiter eine entsprechende Heizeinrichtung sowie ein damit ausgestattetes Kraftfahrzeug.The present invention relates to a method for operating a heating device for heating a component. The invention further relates to a corresponding heating device and a motor vehicle equipped therewith.

Es kann in vielen verschiedenen Anwendungen immer wieder vorkommen, dass ein Bauteil vereist oder mit Schnee oder Feuchtigkeit bedeckt wird und dadurch eine Funktionalität oder Effektivität des Bauteils selbst oder einer damit in Zusammenhang stehenden bzw. das Bauteil nutzenden Einrichtung beeinträchtigt werden kann. Um dieser Problematik zu begegnen, kann eine Beheizung des jeweiligen Bauteils vorgesehen werden. Diese muss jedoch möglichst optimal betrieben bzw. gesteuert werden, um auf möglichst effiziente und effektive Weise und ohne Beschädigung des Bauteils durch Überhitzung eine optimale Nutzbarkeit des Bauteils sicherzustellen. Bisherige Lösungsansätze bieten oftmals noch nicht unter allen Bedingungen optimale Ergebnisse, sodass weiterer Verbesserungsbedarf besteht.In many different applications, it can happen again and again that a component becomes iced over or covered with snow or moisture, which can impair the functionality or effectiveness of the component itself or of a device associated with it or using the component. To counteract this problem, heating of the respective component can be provided. However, this must be operated or controlled as optimally as possible in order to ensure optimal usability of the component in the most efficient and effective way possible and without damaging the component through overheating. Previous approaches to solutions often do not yet offer optimal results under all conditions, so there is a need for further improvement.

Als einen Ansatz beschreibt die DE 10 2020 208 561 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Heizung zum Beheizen einer Vorrichtung eines Kraftfahrzeugs. Die Vorrichtung weist dabei einen die Heizung zumindest teilweise überdeckenden Bezug auf. In dem dortigen Verfahren werden eine Temperatur des Bezugs und eine Temperatur in oder an der Vorrichtung ermittelt. Darauf basierend wird die Heizung geregelt. Dabei wird eine Soll-Temperatur am Temperatursensor verwendet, die mithilfe einer Korrekturgröße aus einer vorgegebenen Temperatur des Bezugs bestimmt wird. Die Korrekturgröße hängt dabei von der vorgegebenen Temperatur des Bezugs und einer Temperatur einer Umgebung des Bezugs außerhalb der Vorrichtung ab. Damit soll eine möglichst konstante Temperatur in oder an dem Bezug der Vorrichtung erzeugt werden.One approach is described by the EN 10 2020 208 561 A1 a method for operating a heater for heating a device of a motor vehicle. The device has a cover that at least partially covers the heater. In the method there, a temperature of the cover and a temperature in or on the device are determined. The heater is controlled based on this. A target temperature is used on the temperature sensor, which is determined using a correction variable from a predetermined temperature of the cover. The correction variable depends on the predetermined temperature of the cover and a temperature of an environment of the cover outside the device. This is intended to generate as constant a temperature as possible in or on the cover of the device.

Als weiteren Ansatz beschreibt die DE 10 2019 130 746 A1 eine kombinierte, kapazitive Sensor- und Heizvorrichtung für eine Lenkeingabevorrichtung eines Fahrzeugs. Darin sind eine Heizeinrichtung zum Beheizen eines Greifbereichs und eine kapazitive Sensoreinrichtung zum Erkennen einer Anwesenheit einer menschlichen Hand im Greifbereich vorgesehen. Damit soll die Kapazität zwischen einem elektrisch leitfähigen Kern der Lenkeingabevorrichtung und wenigstens einem elektrisch leitfähigen Element der Sensor- und Heizvorrichtung und/oder eine Änderung dieser Kapazität ermittelt werden. In Abhängigkeit davon wird dann ein Temperatur-Istwert bestimmt. Damit soll eine von der Temperatur der Lenkeingabevorrichtung abhängige Steuerung und/oder Regelung beispielsweise der Heizvorrichtung grundsätzlich ohne einen separaten Temperatursensor ermöglicht werden.As a further approach, the EN 10 2019 130 746 A1 a combined capacitive sensor and heating device for a steering input device of a vehicle. A heating device for heating a gripping area and a capacitive sensor device for detecting the presence of a human hand in the gripping area are provided therein. This is intended to determine the capacitance between an electrically conductive core of the steering input device and at least one electrically conductive element of the sensor and heating device and/or a change in this capacitance. An actual temperature value is then determined depending on this. This is intended to enable control and/or regulation of the heating device, for example, depending on the temperature of the steering input device, in principle without a separate temperature sensor.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen besonders effektiven und effizienten Betrieb einer Heizeinrichtung zum Beheizen eines Bauteils zu ermöglichen.The object of the present invention is to enable a particularly effective and efficient operation of a heating device for heating a component.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände des Hauptanspruchs und der Nebenansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.This object is achieved by the subject matter of the main claim and the subsidiary claims. Further possible embodiments of the invention are disclosed in the subclaims, the description and the figures. Features, advantages and possible embodiments that are set out in the description for one of the subject matter of the independent claims are to be regarded at least analogously as features, advantages and possible embodiments of the respective subject matter of the other independent claims and of any possible combination of the subject matter of the independent claims, if appropriate in conjunction with one or more of the subclaims.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann angewendet werden zum Betreiben einer Heizeinrichtung zum Beheizen eines Bauteils. Mit anderen Worten kann das Verfahren also zum Regeln oder Steuern einer Leistung bzw. Heizleistung der Heizeinrichtung dienen. Das Bauteil kann insbesondere ein Bauteil oder eine Baugruppe oder eine Komponente eines Kraftfahrzeugs oder für ein Kraftfahrzeug sein oder umfassen. The method according to the invention can be used to operate a heating device for heating a component. In other words, the method can be used to regulate or control a power or heating power of the heating device. The component can in particular be or include a component or an assembly or a component of a motor vehicle or for a motor vehicle.

Insbesondere kann es sich um ein Bauteil handeln, das in bestimmungsgemäßer Einbaulage gegenüber einer jeweiligen Außenumgebung exponiert ist. Das Bauteil kann in bestimmungsgemäßer Einbaulage bzw. im bestimmungsgemäßen Betrieb also beispielsweise äußeren Witterungseinflüssen ausgesetzt sein bzw. gefährdet sein bezüglich einer Belegung mit Eis oder Schnee oder Wasser, also etwa Regen- oder Spritzwasser oder Anlagerungen von Nebeltropfen oder dergleichen. Insbesondere kann das Bauteil Teil einer Einrichtung zur Umgebungserkennung oder Umgebungsbeobachtung sein. Das Bauteil kann also beispielsweise eine Abdeckung eines Sensors, insbesondere ein Radom einer Radareinrichtung, oder eine Scheibe oder dergleichen sein oder umfassen.In particular, it can be a component that is exposed to a respective external environment when installed as intended. When installed as intended or when operating as intended, the component can be exposed to external weather influences or be at risk of being covered with ice or snow or water, such as rain or splash water or deposits of mist drops or the like. In particular, the component can be part of a device for detecting or observing the environment. The component can therefore be or include, for example, a cover for a sensor, in particular a radome of a radar device, or a pane or the like.

In einer ersten Variante der vorliegenden Erfindung umfasst die Heizeinrichtung einen Kaskadenregler mit einem äußeren Regelkreis, also einem Führungsregler, und einem inneren Regelkreis, also einem Folgeregler. Mit anderen Worten wird hier also die Beheizung des Bauteils in oder mittels einer Kaskadenregelung geregelt. Damit kann beispielsweise letztlich eine Leistung bzw. Heizleistung, mit der die Heizeinrichtung bzw. ein Heizelement der Heizeinrichtung gespeist oder betrieben wird, geregelt werden. Ein entsprechendes, insbesondere elektrisches, Heizelement kann beispielsweise in bestimmungsgemäßer Einbaulage an dem Bauteil angeordnet oder in dieses integriert sein.In a first variant of the present invention, the heating device comprises a cascade controller with an external control circuit, i.e. a master controller, and an internal control circuit, i.e. a slave controller. In other words, the heating of the component is controlled in or by means of a cascade control. This ultimately allows, for example, a power or heating power with which the heating device or a heating element of the heating device is fed or operated to be controlled. A corresponding, in particular electrical, heating element can, for example, be arranged on the component in the intended installation position or integrated into it.

Der äußere Regelkreis verwendet als Führungsgröße einen vorgegebenen Belegungs- bzw. Blockierungswert des Bauteils. Dies kann beispielsweise ein blockierter, also etwa durch äußere Ablagerungen, wie etwa Eis oder Schnee oder Wasser oder Schmutz oder dergleichen, belegter Anteil einer Funktionsfläche des Bauteils sein oder einen solchen Anteil angeben oder dergleichen. Mit anderen Worten kann der Blockierungswert also angeben, ob oder gegebenenfalls auch in welchem Maße das Bauteil oder eine Funktionalität einer das Bauteil umfassenden oder verwendenden Einrichtung blockiert, also entsprechend beeinträchtigt ist. Handelt es sich bei dem Bauteil beispielsweise um ein Radom, so kann es sich bei der Einrichtung um eine Radareinrichtung die bestimmungsgemäß durch das Bauteil hindurch Radarstrahlung aussendet und/oder empfängt. Die Funktionsfläche des Bauteils kann dann derjenige Bereich des Radoms sein, der bestimmungsgemäß für einen entsprechenden Strahlungsdurchtritt vorgesehen oder bzw. ausgelegt ist. Der äußere Regelkreis kann hier also zum Auszuregeln von entsprechenden Störgrößen, also Blockierungen des Bauteils dienen. Dies beruht beispielsweise im Anwendungsfall einer Radareinrichtung bzw. eines Radoms als Bauteil darauf, dass die Kernaufgabe der Heizeinrichtung zum Beheizen des Radoms die Sicherstellung der Funktionalität und Effektivität der Radareinrichtung ist.The external control loop uses a predetermined occupancy or blocking value of the component as a reference variable. This can be, for example, a blocked portion of a functional surface of the component, i.e., a portion occupied by external deposits such as ice or snow or water or dirt or the like, or indicate such a portion or the like. In other words, the blocking value can indicate whether or to what extent the component or a functionality of a device comprising or using the component is blocked, i.e., impaired accordingly. If the component is a radome, for example, the device can be a radar device that is intended to emit and/or receive radar radiation through the component. The functional surface of the component can then be the area of the radome that is intended or designed for the corresponding radiation to pass through. The external control loop can therefore be used to compensate for corresponding disturbances, i.e. blockages of the component. In the case of a radar device or a radome as a component, for example, this is based on the fact that the core task of the heating device for heating the radome is to ensure the functionality and effectiveness of the radar device.

Der innere Regelkreis verwendet hier als Führungsgröße eine Temperatur des Bauteils, insbesondere eine Oberflächentemperatur einer Außenoberfläche des Bauteils. Dazu kann beispielsweise eine entsprechende Soll- oder Minimaltemperatur als Führungsgröße vorgegeben sein. Insbesondere kann das Verfahren nur dann angewendet werden, wenn initial - also beispielsweise bei Inbetriebnahme des Bauteils, der entsprechenden Einrichtung, der Heizeinrichtung bzw. einer Steuer- oder Regeleinrichtung der Heizeinrichtung oder des Kraftfahrzeugs - die Temperatur des Bauteils unterhalb dieser vorgegebenen Soll- oder Minimaltemperatur liegt und/oder eine Umgebungstemperatur in einem vorgegebenen Bereich um die Soll- oder Minimaltemperatur oder unter dieser Soll- oder Minimaltemperatur liegt.The inner control loop uses a temperature of the component as a reference variable, in particular a surface temperature of an outer surface of the component. For this purpose, for example, a corresponding target or minimum temperature can be specified as a reference variable. In particular, the method can only be used if initially - for example when commissioning the component, the corresponding device, the heating device or a control or regulating device of the heating device or the motor vehicle - the temperature of the component is below this specified target or minimum temperature and/or an ambient temperature is in a specified range around the target or minimum temperature or below this target or minimum temperature.

In einer zusätzlichen oder alternativen Variante der vorliegenden Erfindung wird bzw. ist eine Zieltemperatur für das Bauteil vorgegeben. Die Heizeinrichtung wird dann mit einer jeweils dazu korrespondierenden Leistung bzw. Heizleistung betrieben. Diese korrespondierende Leistung bzw. Heizleistung wird dabei anhand einer vorgegebenen Lookup-Tabelle (LUT) bzw. Umsetzungstabelle ermittelt, in der für jegliche infrage kommenden Leistungswerte und Arbeitspunkte der Heizeinrichtung ermittelte Temperaturen des Bauteils angegeben sind. Diese Temperaturen können beispielsweise empirisch, also experimentell ermittelt worden sein. Infrage kommende Leistungswerte bzw. Arbeitspunkte können hier insbesondere solche sein, die sich innerhalb einer vorgegebenen begrenzten Spezifikation für die Heizeinrichtung und/oder das Bauteil befinden. Beispiel können also nur solche Leistungswerte, also insbesondere elektrische Leistungen bzw. Heizleistungen der Heizeinrichtung, und Arbeitspunkte im vorliegenden Sinne infrage kommen, die nicht zu einer Beschädigung oder Beeinträchtigung der Heizeinrichtung oder des Bauteils oder der dieses umfassenden oder verwendenden Einrichtung führen.In an additional or alternative variant of the present invention, a target temperature is specified for the component. The heating device is then operated with a corresponding power or heating power. This corresponding power or heating power is determined using a predetermined lookup table (LUT) or conversion table in which temperatures of the component determined for all possible power values and operating points of the heating device are specified. These temperatures can, for example, have been determined empirically, i.e. experimentally. Possible power values or operating points can in particular be those that are within a predetermined limited specification for the heating device and/or the component. For example, only those power values, i.e. in particular electrical powers or heating powers of the heating device, and operating points in the present sense can be considered that do not lead to damage or impairment of the heating device or the component or the device comprising or using it.

Beispielsweise können in der Lookup-Tabelle eine Vielzahl unterschiedlicher Kennlinien angegeben oder definiert sein. Es kann dann je nach vorgegebener Zieltemperatur für das Bauteil eine andere, jeweils passende Kennlinie verwendet bzw. angefahren werden, also die Heizeinrichtung gemäß einer jeweils anderen Kennlinie betrieben oder angesteuert werden. In diesem Sinne kann die erfindungsgemäß vorgesehene Lookup-Tabelle als erweiterte Lookup-Tabelle bezeichnet werden, beispielsweis im Vergleich zu bisherigen Ansätzen, in denen ein Vorliegen einer Blockierung des Bauteils nur als binärer Auslösetrigger, beispielsweise zum Ein- und Ausschalten der Heizeinrichtung verwendet wird und lediglich ein ausgeschalteter Zustand der Heizeinrichtung und ein eingeschalteter Zustand der Heizeinrichtung mit konstanter Leistung vorgesehen sind, ohne dass dabei beispielsweise eine dynamische Regelung der Heizeinrichtung bzw. der entsprechenden Leistung bzw. Heizleistung erfolgt.For example, a large number of different characteristic curves can be specified or defined in the lookup table. Depending on the specified target temperature for the component, a different, appropriate characteristic curve can then be used or started, i.e. the heating device can be operated or controlled according to a different characteristic curve. In this sense, the lookup table provided according to the invention can be referred to as an extended lookup table, for example in comparison to previous approaches in which the presence of a blockage of the component is only used as a binary trigger, for example to switch the heating device on and off, and only a switched-off state of the heating device and a switched-on state of the heating device with constant power are provided, without, for example, dynamic control of the heating device or the corresponding power or heating power.

Durch die vorliegende Erfindung kann ein Arbeitsbereich der Heizeinrichtung, also ein möglicher Wertebereich ihrer Leistung, besser und besser an eine jeweilige Situation angepasst ausgenutzt werden. Zudem kann das Beheizen des Bauteils damit besonders effizient durchgeführt werden. Zudem kann durch die vorliegende Erfindung das Beheizen des jeweiligen Bauteils an zukünftige Veränderungen oder Verbesserungen besonders einfach angepasst werden bzw. diese ausnutzen. So kann beispielsweise bei Verwendung eines weiterentwickelten Bauteils mit höherer Wärmestabilität vergleichsweise einfach eine entsprechend angepasste Bedatung der Heizeinrichtung, also beispielsweise des Kaskadenreglers und/oder der Lookup-Tabelle, vorgegeben bzw. aufgespielt werden. Zudem wird in einer solchen Situation praktisch automatisch eine Systemdynamikverbesserung durch entsprechend angepasste Reglerparametrierung ermöglicht bzw. immer potenter je größer der Arbeitsbereich, also der zulässige Temperaturbereich des Bauteils wird.The present invention enables a working range of the heating device, i.e. a possible range of values for its performance, to be used better and better adapted to a particular situation. In addition, the heating of the component can be carried out particularly efficiently. In addition, the present invention enables the heating of the respective component to be adapted to future changes or improvements particularly easily or to take advantage of them. For example, when using a further developed component with higher thermal stability, a correspondingly adapted parameterization of the heating device, for example of the cascade controller and/or the lookup table, can be specified or loaded relatively easily. In addition, in such a situation, an improvement in system dynamics is practically automatically made possible by appropriately adapted controller parameterization, or becomes increasingly potent the larger the working range, i.e. the permissible temperature range of the component.

Durch die hier vorgeschlagene Struktur der Kaskadenregelung der Heizeinrichtung kommt es im Betrieb zu einer automatischen dynamischen Anfrage von Leistungswerten. Standardmäßig können sich diese Leistungswerte, also die angeforderte bzw. aufgebrachte Leistung der Heizeinrichtung, an einem unteren Ende oder in einem unteren Bereich eines entsprechenden thermischen Arbeitsbereichs bzw. eines dazu korrespondierenden zulässigen Temperaturbereichs des Bauteils befinden. Kommt es zu größeren Abweichungen der Temperatur des Bauteils von der Führungsgröße, so wird automatisch mehr Leistung angefordert bzw. verwendet oder eingestellt. Durch diesen Regelungsansatz und das damit ermöglichte Ausnutzen des gesamten Arbeitsbereichs des Bauteils können Nachteile bisheriger Heizlösungen vermieden werden.The structure of the cascade control of the heating device proposed here results in an automatic dynamic request for power values during operation. By default, these power values, i.e. the requested or applied power of the heating device, can be at a lower end or in a lower range of a corresponding thermal working range or a corresponding permissible temperature range of the component. If there are major deviations in the temperature of the component from the reference variable, more power is automatically requested, used or set. This control approach and the resulting utilization of the entire working range of the component can avoid the disadvantages of previous heating solutions.

Bei Verwendung der vorgegebenen Lookup-Tabelle können diese Vorteile zumindest teilweise ebenfalls realisiert werden und dabei beispielsweise Aufwand für ein komplexes mathematisches Modell zum Schätzen der Temperatur des Bauteils in Abhängigkeit von der Leistung der Heizeinrichtung eingespart werden.By using the given lookup table, these advantages can also be realized at least in part, for example by saving the effort required for a complex mathematical model to estimate the temperature of the component depending on the power of the heating device.

In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird in dem Kaskadenregler für den äußeren Regelkreis und für den inneren Regelkreis jeweils ein einfacher PI-Regler verwendet. Dies ist hier ohne Weiteres möglich, da typischerweise, insbesondere im Anwendungsfall zur Beheizung eines Bauteils eines Kraftfahrzeugs, relativ geringe Anforderungen an die Dynamik der Heizeinrichtung gestellt werden. Durch die hier vorgeschlagene Verwendung von einfachen PI-Reglern kann also eine besonders einfache und ressourcenschonende Implementierung und Anwendung der vorliegenden Erfindung ermöglicht werden. Insbesondere kann also entsprechend größerer Implementierungs- und Betriebsaufwand eingespart werden, der sich bei der Verwendung von jeweils mehreren und/oder komplexeren bzw. aufwendigeren Reglern ergeben würde.In one possible embodiment of the present invention, a simple PI controller is used in the cascade controller for the outer control loop and for the inner control loop. This is easily possible here, since typically, particularly in the case of the application for heating a component of a motor vehicle, relatively low demands are placed on the dynamics of the heating device. The use of simple PI controllers proposed here can therefore enable a particularly simple and resource-saving implementation and application of the present invention. In particular, correspondingly greater implementation and operating costs can be saved, which would result from the use of several and/or more complex or more expensive controllers.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird in dem Kaskadenregler als Führungsgröße für den äußeren Regelkreis ein Blockierungswert von null vorgegeben. Mit anderen Worten kann also als Sollwert eine vollständige Freiheit des Bauteils von Blockierungen vorgegeben sein. Dies kann eine besonders effektive bestimmungsgemäße Nutzung des jeweiligen Bauteils ermöglichen. So kann beispielsweise die an anderer Stelle genannte Kernaufgabe der Heizeinrichtung im Anwendungsfall als Radomheizung implizieren, dass im Sichtbereich der Radareinrichtung stets ein möglichst geringer Blockierungswert erreicht werden sollte. Dies kann durch die hier vorgeschlagene Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Insbesondere kann so auch bereits bei nur geringfügig über null liegenden Blockierungswerten das Beheizen des Bauteils mittels der Heizeinrichtung begonnen werden. So kann ein Auftreten von größeren Blockierungen, die zu einer kritischen Funktionseinschränkung führen können, besonders effektiv und zuverlässig vermieden oder zumindest verzögert werden.In a further possible embodiment of the present invention, a blocking value of zero is specified in the cascade controller as the reference variable for the external control loop. In other words, the target value can be set to be completely free of blockages for the component. This can enable particularly effective, intended use of the respective component. For example, the core task of the heating device mentioned elsewhere when used as a radome heater can imply that the lowest possible blocking value should always be achieved in the field of view of the radar device. This can be achieved by the embodiment of the present invention proposed here. In particular, heating of the component by means of the heating device can begin even when the blocking values are only slightly above zero. In this way, the occurrence of major blockages that can lead to a critical functional restriction can be particularly effectively and reliably avoided or at least delayed.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird in dem Kaskadenregler als Vergleichswert für den inneren Regelkreis die aktuelle Temperatur des Bauteils, insbesondere dessen außenseitige Oberflächentemperatur, verwendet. Diese Temperatur kann also als jeweiliger Istwert, der mit der Führungsgröße bzw. dem entsprechenden aktuellen Sollwert zum Ermitteln der jeweils aktuellen Regelabweichung verglichen wird, verwendet werden. Die Temperatur des Bauteils wird dabei mittels eines vorgegebenen Modells basierend auf vorangegangenen Leistungswerten der Heizeinrichtung und vorangegangenen Temperaturwerten des Bauteils simuliert. Eine solche modellbasierte Ermittlung der Temperatur des Bauteils kann genau und kostengünstig und einfach implementierbar sein, da beispielsweise kein zusätzlicher Temperatursensor benötigt wird.In a further possible embodiment of the present invention, the current temperature of the component, in particular its external surface temperature, is used in the cascade controller as a comparison value for the inner control loop. This temperature can therefore be used as the respective actual value, which is compared with the reference variable or the corresponding current setpoint value to determine the respective current control deviation. The temperature of the component is simulated using a predetermined model based on previous performance values of the heating device and previous temperature values of the component. Such a model-based determination of the temperature of the component can be precise, inexpensive and easy to implement, since, for example, no additional temperature sensor is required.

Durch den zeitlichen Verzug der Temperatur bzw. Temperaturentwicklung des Bauteils bezogen auf eine Veränderung der Leistung der Heizeinrichtung könnte der Entwurf eines passenden mathematischen Modells je nach Anwendungsfall relativ anspruchsvoll sein. Ist dies im konkreten Anwendungsfall zu aufwendig oder zu schwierig, so kann eine empirische Bestimmung von Systemparametern eine geeignete Methode darstellen, um ein entsprechendes empirisches Modell zu entwerfen und/oder einen entsprechenden Prozess zum Beheizen des Bauteils bzw. zum Steuern oder Regeln der Heizeinrichtung zu beschleunigen.Due to the time delay in the temperature or temperature development of the component in relation to a change in the performance of the heating device, the design of a suitable mathematical model could be relatively complex depending on the application. If this is too complex or difficult in the specific application, an empirical determination of system parameters can be a suitable method for designing a corresponding empirical model and/or accelerating a corresponding process for heating the component or for controlling or regulating the heating device.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird als das Bauteil eine Abdeckung eines Sensors verwendet. Das Bauteil kann also beispielsweise ein Radom zum Abdecken eines Radarsensors sein. In dem Kaskadenregler wird dann als Vergleichswert für den äußeren Regelkreis ein jeweiliger Blockierungswert verwendet, der gebildet wird aus einem jeweiligen aktuellen Blockierungsmesswert des Sensors und einem vorgegebenen Offset bzw. Zusatzwert. Der Blockierungsmesswert des Sensors gibt dabei eine Blockierung oder einen Blockierungsgrad eines durch das Bauteil verlaufenden Messweges aufgrund einer Belegung bzw. Blockierung des Bauteils an. Der Zusatzwert kann beispielsweise ein fester, insbesondere relativ kleiner, Wert sein, der stets zu dem jeweiligen Blockierungsmesswert hinzuaddiert werden kann, um den Blockierungswert zu erhalten. Der Blockierungsmesswert kann beispielsweise anhand einer internen Signalreflektionen an dem Bauteil und/oder anhand einer Signaldämpfung und/oder anhand einer Helligkeit oder Signalintensität, welche durch das Bauteil hindurch mittels des Sensors gemessen werden kann und/oder dergleichen mehr ermittelt werden. Durch den hier vorgeschlagenen vorgegebenen Zusatzwert kann garantiert bzw. sichergestellt werden, dass es zu keinem Einschwingen bei von null verschiedenen Blockierungsmesswerten kommt. Damit können die Heizeinrichtung, das Bauteil und der Sensor besonders zuverlässig und effektiv betrieben bzw. genutzt werden.In a further possible embodiment of the present invention, a cover of a sensor is used as the component. The component can therefore be, for example, a radome for covering a radar sensor. In the cascade controller, a respective blocking value is then used as a comparison value for the outer control loop, which is formed from a respective current blocking measured value of the sensor and a predetermined offset or additional value. The blocking measured value of the sensor indicates a blockage or a degree of blockage of a measuring path running through the component due to an occupancy or blocking of the component. The additional value can, for example, be a fixed, in particular relatively small, value that always corresponds to the respective blockage. The blocking measurement value can be added to obtain the blocking value. The blocking measurement value can be determined, for example, based on internal signal reflections on the component and/or based on signal attenuation and/or based on brightness or signal intensity that can be measured through the component using the sensor and/or the like. The specified additional value proposed here can guarantee or ensure that there is no oscillation when the blocking measurement values are different from zero. This means that the heating device, the component and the sensor can be operated or used particularly reliably and effectively.

In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Kaskadenregler so ausgelegt bzw. wird der Kaskadenregler so betrieben, also die Heizeinrichtung so betrieben, also geregelt oder gesteuert, dass die wie Vicat-Erweichungstemperatur, also die Wärmeformbeständigkeitstemperatur des Bauteils nicht aufgrund eines Wärmeeintrags von der Heizeinrichtung in das Bauteil überschritten wird. Mit anderen Worten kann also als eine Regel- oder Randbedingung für die Kaskadenregelung vorgegeben bzw. implementiert sein, dass die Temperatur des Bauteils stets unterhalb von dessen Vicat-Erweichungstemperatur bleiben bzw. gehalten werden soll. Dadurch kann eine zuverlässige und sichere Nutzung der Heizeinrichtung und des Bauteils sichergestellt werden. Beispielsweise kann dazu vorgesehen sein, dass bereits dann, wenn sich die Temperatur des Bauteils mit wenigstens einer vorgegebenen Rate und/oder bis auf einen vorgegebenen Abstand der Vicat-Erweichungstemperatur des Bauteils annähert, ohne diese bereits erreicht zu haben, die Leistung der Heizeinrichtung reduziert bzw. begrenzt wird oder die Heizeinrichtung abgeschaltet wird.In a further possible embodiment of the present invention, the cascade controller is designed or operated in such a way, i.e. the heating device is operated, i.e. regulated or controlled, that the Vicat softening temperature, i.e. the heat distortion temperature of the component, is not exceeded due to heat being introduced into the component by the heating device. In other words, it can be specified or implemented as a control or boundary condition for the cascade control that the temperature of the component should always remain or be kept below its Vicat softening temperature. This can ensure reliable and safe use of the heating device and the component. For example, it can be provided that if the temperature of the component approaches the Vicat softening temperature of the component at at least a predetermined rate and/or to within a predetermined distance without having already reached it, the power of the heating device is reduced or limited or the heating device is switched off.

In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird in dem inneren Regelkreis ein, insbesondere dynamischer, Anti-Windup-Mechanismus implementiert bzw. angewendet. Ein solcher Anti-Windup-Mechanismus kann den Folgeregler limitieren, wenn ein Risiko für ein Überschreiten der Vicat-Erweichungstemperatur des Bauteils besteht bzw. erkannt wird. Dazu kann beispielsweise eine bzw. die an anderer Stelle genannte Lookup-Tabelle verwendet werden, welche eine Leistungskennzahl für die Heizeinrichtung für die Vicat-Erweichungstemperatur des Bauteils bzw. eine dieser entsprechende Temperatur an dem Heizelement, beispielsweise einem Heizdraht, der Heizeinrichtung enthält. Durch die hier vorgeschlagene Verwendung eines Anti-Windup-Mechanismus zumindest in dem Folgeregler, also in dem inneren Regelkreis kann auf einfache und zuverlässige Weise ein sicherer Betrieb der Heizeinrichtung und dementsprechend eine zuverlässige und sichere Nutzung des Bauteils ermöglicht bzw. sichergestellt werden.In a possible development of the present invention, an anti-windup mechanism, in particular a dynamic one, is implemented or applied in the inner control loop. Such an anti-windup mechanism can limit the follow-up controller if there is a risk of the Vicat softening temperature of the component being exceeded or if this is detected. For this purpose, for example, a lookup table or the one mentioned elsewhere can be used, which contains a performance indicator for the heating device for the Vicat softening temperature of the component or a temperature corresponding to this on the heating element, for example a heating wire, of the heating device. The use of an anti-windup mechanism proposed here at least in the follow-up controller, i.e. in the inner control loop, enables or ensures safe operation of the heating device and accordingly reliable and safe use of the component in a simple and reliable manner.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Heizeinrichtung zum aktiven, insbesondere elektrischen, Beheizen eines Bauteils. Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist dabei zum, insbesondere automatischen, Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet. Dazu kann die Heizeinrichtung insbesondere den Kaskadenregler und/oder beispielsweise eine Datenverarbeitungseinrichtung, in der die vorgegebene Lookup-Tabelle hinterlegt ist, aufweisen. Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung kann insbesondere die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannte Heizeinrichtung sein oder dieser entsprechen. Dementsprechend kann die erfindungsgemäße Heizeinrichtung einige oder alle der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen.The present invention also relates to a heating device for actively, in particular electrically, heating a component. The heating device according to the invention is designed to carry out the method according to the invention, in particular automatically. For this purpose, the heating device can in particular have the cascade controller and/or, for example, a data processing device in which the predetermined lookup table is stored. The heating device according to the invention can in particular be the heating device mentioned in connection with the method according to the invention or correspond to it. Accordingly, the heating device according to the invention can have some or all of the properties and/or features mentioned in connection with the method according to the invention.

Die vorliegende Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, das wenigstens ein beheizbares Bauteil und die erfindungsgemäße Heizeinrichtung aufweist. Die erfindungsgemäße Heizeinrichtung ist dabei zum Beheizen des wenigstens einen beheizbaren Bauteils des Kraftfahrzeugs eingerichtete bzw. angeordnet. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannte Kraftfahrzeug sein oder diesem entsprechen. Dementsprechend kann das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug einige oder alle der im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Heizeinrichtung genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen. Insbesondere kann also das beheizbare Bauteil in oder an dem Kraftfahrzeug derart angeordnet sein, dass es gegenüber einer Außenumgebung bzw. äußeren Witterungseinflüssen exponiert ist.The present invention also relates to a motor vehicle that has at least one heatable component and the heating device according to the invention. The heating device according to the invention is designed or arranged to heat the at least one heatable component of the motor vehicle. The motor vehicle according to the invention can in particular be the motor vehicle mentioned in connection with the method according to the invention or correspond to it. Accordingly, the motor vehicle according to the invention can have some or all of the properties and/or features mentioned in connection with the method according to the invention and/or in connection with the heating device according to the invention. In particular, the heatable component can therefore be arranged in or on the motor vehicle in such a way that it is exposed to an external environment or external weather influences.

In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist das beheizbare Bauteil ein bzw. das an anderer Stelle genannte Radom einer Radareinrichtung des Kraftfahrzeugs oder eine Scheibe des Kraftfahrzeugs, also beispielsweise eine Windschutzscheibe oder eine Heckscheibe oder eine Seitenscheibe oder eine Fensterscheibe oder dergleichen. Dies können besonders nützliche Anwendungsfälle der vorliegenden Erfindung sein, da eine entsprechende Beheizung des Radoms und/oder der Scheibe gemäß der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Umgebungserfassung - sei es durch die Radareinrichtung oder eine durch die Scheibe in die jeweilige Umgebung blickende Kamera oder einen durch die Scheibe in die jeweilige Umgebung blickenden Fahrer des Kraftfahrzeugs oder dergleichen - ermöglichen und somit zu einer verbesserten Sicherheit im Betrieb des Kraftfahrzeugs bzw. im Verkehrsgeschehen beitragen kann.In a possible development of the present invention, the heatable component is a radome of a radar device of the motor vehicle or a pane of the motor vehicle, for example a windshield or a rear window or a side window or a window pane or the like. These can be particularly useful applications of the present invention, since appropriate heating of the radome and/or the pane according to the present invention enables improved environmental detection - be it by the radar device or a camera looking through the pane into the respective environment or a driver of the motor vehicle looking through the pane into the respective environment or the like - and thus leads to a can contribute to improved safety in the operation of the motor vehicle and in traffic.

Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further features of the invention can be derived from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features shown below in the description of the figures and/or in the figures alone can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Radareinrichtung, das für ein automatisches Beheizen eines Radoms der Radareinrichtung eingerichtet ist; und
  • 2 ein beispielhaftes Blockschaltbild einer Regelung der Beheizung des Radom.
The drawing shows in:
  • 1 a schematic representation of a motor vehicle with a radar device, which is designed for automatic heating of a radome of the radar device; and
  • 2 an example block diagram of a radome heating control system.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1 mit einem Radarsystem 2. Das Radarsystem 2 umfasst hier ein außenseitiges Radom 3. Das Radom 3 ist mittels einer Heizeinrichtung beheizbar, die vorliegend ein an dem Radom 3 angeordnetes Heizelement 4 und beispielhaft eine schematisch angedeutete Energieversorgung 5 umfasst. 1 shows a schematic representation of a motor vehicle 1 with a radar system 2. The radar system 2 here comprises an external radome 3. The radome 3 can be heated by means of a heating device, which in the present case comprises a heating element 4 arranged on the radome 3 and, for example, a schematically indicated power supply 5.

Aufgrund der gegenüber äußeren Witterungseinflüssen exponierten Anordnung des Radoms 3 und einer möglichen Beeinträchtigung der Funktionalität oder Effektivität des Radarsystems 2 beispielsweise durch Eis oder Schnee oder Wasser auf der Oberfläche des Radoms 3 kann situationsabhängig ein Beheizen des Radoms 3 mittels der Heizeinrichtung nützlich sein. Eine entsprechende Beheizung des Radoms 3 kann eine anforderungsgemäße Steuerungs- oder Regelungslogik erfordern, da ein Betrieb der Heizeinrichtung bzw. des Heizelements 4 ohne Berücksichtigung jeweils aktueller Bedingungen oder Systemzustände oder Systemeigenschaften beispielsweise durch Überhitzung zu einer Beschädigung des Radoms 3, oder zu einer unzureichenden Heizleistung und damit zu einer zumindest länger als notwendig eingeschränkten Funktionalität oder Effektivität des Radarsystems 2 führen kann.Due to the arrangement of the radome 3 exposed to external weather influences and a possible impairment of the functionality or effectiveness of the radar system 2, for example due to ice or snow or water on the surface of the radome 3, heating the radome 3 by means of the heating device can be useful depending on the situation. Appropriate heating of the radome 3 can require a control or regulation logic that meets the requirements, since operation of the heating device or the heating element 4 without taking into account the current conditions or system states or system properties can lead to damage to the radome 3, for example due to overheating, or to insufficient heating power and thus to a functionality or effectiveness of the radar system 2 that is restricted at least for longer than necessary.

In bisherigen Lösungsansätzen ist die Ansteuerung einer entsprechenden Heizeinrichtung allerdings oftmals noch relativ ineffizient und aufgrund der Abwesenheit eines Feedbackloops in ihrer Dynamik eingeschränkt. So wurde bisher beispielsweise eine Ansteuerung einer entsprechenden Heizeinrichtung über eine lineare Steuerfunktion in Betracht gezogen. In diesem Ansatz wird eine benötigte Heizleistung berechnet. Durch die Linearität ist der funktionale Nutzen allerdings stark begrenzt, sodass erhebliche Anteile eines thermischen Arbeitsbereichs des Radoms 3 und der Heizeinrichtung nicht genutzt werden bzw. nicht genutzt werden können. Dies kann also einen Verlust oder eine nicht optimale Ausnutzung einer Funktionalität bedeuten. In einem anderen herkömmlichen Ansatz wurde eine Ansteuerung einer entsprechenden Heizeinrichtung über eine fahrzeuginterne Umsetzungstabelle in Betracht gezogen. Eine solche herkömmliche Umsetzungstabelle beinhaltet dabei aber oftmals einzig maximale Leistungsangaben für die Heizeinrichtung, die möglich bzw. zulässig sind, also angewendet werden können, ohne das Radom 3 zu beschädigen. Dies kann einen Verlust von Effizienz beim Beheizen des Radoms 3 bzw. beim Betrieb der Heizeinrichtung bedeuten, da beispielsweise die Heizeinrichtung dann mit einer unnötig hohen Leistung betrieben würde. Eine herkömmliche Steuerung der Heizeinrichtung mit einer solchen einfachen Umsetzungstabelle bezieht typischerweise nicht den tatsächlichen Radomzustand, also beispielsweise die außenseitige Oberflächentemperatur des Radoms 3 mit ein, sondern richtet sich beispielsweise nur nach der Vicat-Erweichungstemperatur eines Materials des Radoms 3. Eine Blockierung des Radoms 3, beispielsweise durch Eis oder Schnee oder dergleichen, dient dabei nur als binärer Input oder Trigger zum Ein- bzw. Ausschalten der Heizeinrichtung. Eine solche Ansteuerung ermöglicht also keine dynamische und effiziente Regelung der Heizeinrichtung.In previous approaches to the solution, however, the control of a corresponding heating device is often still relatively inefficient and its dynamics are limited due to the absence of a feedback loop. For example, controlling a corresponding heating device via a linear control function has been considered so far. In this approach, a required heating output is calculated. However, the linearity greatly limits the functional benefit, so that significant portions of a thermal working range of the radome 3 and the heating device are not or cannot be used. This can therefore mean a loss or suboptimal utilization of a functionality. In another conventional approach, controlling a corresponding heating device via an internal vehicle implementation table was considered. However, such a conventional implementation table often only contains maximum power specifications for the heating device that are possible or permissible, i.e. can be used without damaging the radome 3. This can mean a loss of efficiency when heating the radome 3 or when operating the heating device, since, for example, the heating device would then be operated with an unnecessarily high power. A conventional control of the heating device with such a simple conversion table typically does not take into account the actual radome state, for example the external surface temperature of the radome 3, but is based only on the Vicat softening temperature of a material of the radome 3. A blockage of the radome 3, for example by ice or snow or the like, only serves as a binary input or trigger for switching the heating device on or off. Such a control therefore does not enable dynamic and efficient control of the heating device.

Diesen Problemen und Einschränkungen kann jedoch begegnet werden und das Kraftfahrzeug 1 ist dementsprechend eingerichtet. Dazu kann das Kraftfahrzeug 1 bzw. das Radarsystem 2 bzw. die Heizeinrichtung für eine Kaskadenregelung der Beheizung des Radoms 3 eingerichtet sein. Ein entsprechender Kaskadenregler kann beispielsweise in einer digitalen Schaltung oder Datenverarbeitungseinrichtung realisiert bzw. implementiert sein, die hier schematisch durch einen Prozessor 6, also beispielsweise einen Mikrochip, Mikroprozessor oder Mikrocontroller oder dergleichen, und einen damit gekoppelten computerlesbaren Datenspeicher 7 repräsentiert ist.However, these problems and limitations can be addressed and the motor vehicle 1 is set up accordingly. For this purpose, the motor vehicle 1 or the radar system 2 or the heating device can be set up for a cascade control of the heating of the radome 3. A corresponding cascade controller can be realized or implemented, for example, in a digital circuit or data processing device, which is schematically represented here by a processor 6, for example a microchip, microprocessor or microcontroller or the like, and a computer-readable data memory 7 coupled thereto.

Zur weiteren Veranschaulichung zeigt 2 ein beispielhaftes schematisches Blockschaltbild 8 für eine entsprechende Kaskadenregelung bzw. zum Veranschaulichen eines Verfahrens zum entsprechenden Regeln der Heizeinrichtung bzw. des Beheizens des Radoms 3. Der entsprechende Kaskadenregler umfasst hier einen äußeren Regelkreis mit einem Führungsregler 13 und einen inneren Regelkreis mit einem Folgeregler 17. Eingangsseitig wird eine Außenführungsgröße 9, also eine Führungsgröße für den äußeren Regelkreis vorgegeben. Als diese Außenführungsgröße 9 wird hier ein Sollwert von null für die Blockierung des Radoms 3 vorgegeben. Als Vergleichswert für den äußeren Regelkreis wird ein jeweils aktueller Blockierungswert 10 verwendet. Dieser setzt sich hier aus einem Blockierungsmesswert 11 des Radarsystems 2 und einem vorgegebenen Zusatzwert 12 zusammen. Der Zusatzwert 12 kann beispielsweise einen Wert oder Betrag von 0,1 aufweisen, also eine relativ kleine oder geringe Blockierung des Radoms 3 repräsentieren. Der Zusatzwert 12 kann beispielsweise dem jeweils aktuellen Blockierungsmesswert 11 additiv hinzugefügt werden, um den jeweils aktuellen Blockierungswert 10 zu bestimmen.For further illustration, 2 an exemplary schematic block diagram 8 for a corresponding cascade control or to illustrate a method for the corresponding control of the heating device or the heating of the radome 3. The corresponding cascade controller here comprises an external control loop with a master controller 13 and an internal control loop with a slave controller 17. On the input side, an external control variable 9, i.e. a control control variable for the outer control loop. A target value of zero for the blocking of the radome 3 is specified as this external control variable 9. A current blocking value 10 is used as a comparison value for the outer control loop. This is made up of a blocking measurement value 11 of the radar system 2 and a specified additional value 12. The additional value 12 can, for example, have a value or amount of 0.1, thus representing a relatively small or slight blocking of the radome 3. The additional value 12 can, for example, be added to the current blocking measurement value 11 in order to determine the current blocking value 10.

Der Führungsregler 13 kann als Output eine Solltemperatur 14 liefern. Dabei kann es sich beispielsweise um eine für die jeweiligen Bedingungen vordefinierte Soll-Oberflächentemperatur des Radoms 3 handeln.The master controller 13 can provide a target temperature 14 as an output. This can, for example, be a target surface temperature of the radome 3 predefined for the respective conditions.

Die Solltemperatur 14 dient gleichzeitig als Führungsgröße für den inneren Regelkreis, also den Folgeregler 17. Dies beruht auf der Erkenntnis, dass die äußere Oberflächentemperatur des Radoms 3 die relevanteste Größe für das eigentliche Ziel, nämlich die Freihaltung des Radoms 3, beispielsweise von Eis und Schnee oder auch einer Wasserbelegung, darstellt.The target temperature 14 simultaneously serves as a reference variable for the inner control loop, i.e. the slave controller 17. This is based on the knowledge that the external surface temperature of the radome 3 is the most relevant variable for the actual goal, namely keeping the radome 3 free of, for example, ice and snow or water contamination.

Als Vergleichswert für den inneren Regelkreis kann eine jeweils aktuelle Temperatur bzw. Oberflächentemperatur des Radoms 3 verwendet werden. Um diese jeweils aktuelle Temperatur des Radoms 3, also den jeweiligen Vergleichswert für den Folgeregler 17 zu bestimmen, kann eine jeweils aktuelle Temperatur an dem Heizelement 4 gemessen und ein entsprechender jeweils aktueller Temperaturmesswert 15 einem vorgegebenen mathematischen Modell 16 als Input zugeführt werden. Mittels dieses vorgegebenen Modells 16 kann der jeweils aktuelle Vergleichswert für den Folgeregler 17 berechnet bzw. geschätzt werden. Dies kann basierend auf vergangenen Leistungs- und Temperaturwerten erfolgen. Ebenso können dafür entsprechende Systemparameter, die sich im jeweiligen konkreten Anwendungsfall ergeben, empirisch bestimmt werden. Damit kann beispielsweise eine Modellierung des Temperaturverhaltens des Radoms 3 in Abhängigkeit von der Leistung bzw. einem zeitlichen Verlauf der Leistung der Heizeinrichtung gegebenenfalls einfacher modelliert, also in dem Modell 16 repräsentiert werden.A current temperature or surface temperature of the radome 3 can be used as a comparison value for the inner control loop. In order to determine this current temperature of the radome 3, i.e. the respective comparison value for the slave controller 17, a current temperature can be measured on the heating element 4 and a corresponding current temperature measurement value 15 can be fed to a predetermined mathematical model 16 as input. Using this predetermined model 16, the current comparison value for the slave controller 17 can be calculated or estimated. This can be done based on past power and temperature values. Likewise, corresponding system parameters that arise in the respective specific application can be determined empirically. This means that, for example, a model of the temperature behavior of the radome 3 depending on the power or a temporal progression of the power of the heating device can be modeled more easily, i.e. represented in the model 16.

Für den inneren Regelkreis kann hier auch ein Anti-Windup-Mechanismus verwendet werden, der dann, wenn ein Risiko für ein Überschreiten der Vicat-Erweichungstemperatur des Radoms 3 besteht, den Folgeregler 17 entsprechend limitiert, um dies zu vermeiden. Dazu kann beispielsweise eine Grenztemperatur 18 ermittelt werden. Diese Grenztemperatur 18 kann sich hier aus der jeweils aktuellen an dem Heizelement 4 gemessenen Temperatur und einer vorgegebenen Sicherheitsmarge ergeben bzw. zusammensetzen. Gemäß der jeweiligen Grenztemperatur 18 kann dann in einer vorgegebenen Lookup-Tabelle 19, welche eine entsprechende Leistungskennlinie für die Heizeinrichtung angibt oder enthält, beispielsweise eine jeweilige Maximalleistung, mit der das Heizelement 4 gespeist bzw. betrieben werden darf, ermittelt werden. Diese Maximalleistung kann dann beispielsweise als Limit bzw. Randbedingung für den inneren Regelkreis bzw. zur Limitierung des Folgereglers 17 dienen.An anti-windup mechanism can also be used for the inner control loop which, if there is a risk of the Vicat softening temperature of the radome 3 being exceeded, limits the slave controller 17 accordingly in order to avoid this. For example, a limit temperature 18 can be determined for this purpose. This limit temperature 18 can result from or be composed of the current temperature measured on the heating element 4 and a predetermined safety margin. According to the respective limit temperature 18, a respective maximum power with which the heating element 4 can be fed or operated can then be determined in a predetermined lookup table 19 which specifies or contains a corresponding power characteristic curve for the heating device. This maximum power can then serve, for example, as a limit or boundary condition for the inner control loop or to limit the slave controller 17.

Der Folgeregler 17 kann als Ausgangsgröße 20 beispielsweise eine Leistung oder ein Steuersignal für die Heizeinrichtung oder die Energieversorgung 5, also beispielsweise einen PWM-Controller, der die dem Heizelement 4 tatsächlich zugeführte Leistung einstellt, ausgeben. Damit kann dann in einem entsprechenden Prozess 21 das Heizelement 4 betrieben, also das Radom 3 beheizt werden.The follower controller 17 can output as an output variable 20, for example, a power or a control signal for the heating device or the energy supply 5, i.e., for example, a PWM controller that sets the power actually supplied to the heating element 4. This can then be used to operate the heating element 4 in a corresponding process 21, i.e., to heat the radome 3.

Mit dem hier beschriebenen Verfahren kann also eine Regelung über den Blockierungswert 10 und die Temperatur des Radoms 3 mit einem Feedbackloop über die Temperatur des Heizelements 4 bzw. an dem Heizelement 4 und eine Messung des Radarsystems 2 selbst zum Bestimmen der aktuellen Blockierung des Radoms 3 realisiert werden. Damit können die gesamten Arbeitsbereiche hinsichtlich der Leistung der Heizeinrichtung und der zulässigen Temperatur des Radoms 3 ausgenutzt werden bzw. ausnutzbar sein. Zudem bieten sich hier vielfältige einfache Möglichkeiten zur Einstellung oder Anpassung oder Manipulation einer entsprechenden Systemdynamik. So könnte beispielsweise je nach Regerauslegung das Erreichen einer gewünschten Oberflächentemperatur des Radoms 3 beschleunigt oder das Erreichen eines entsprechenden Sollwerts garantiert werden. Dabei können aber weiterhin vorgegebene Systemgrenzen respektiert, also eingehalten werden, die beispielsweise abhängig sein können von Materialeigenschaften des Radoms 3. Je besser diese Materialeigenschaften sind, je besser also beispielsweise das Material des Radoms 3 höhere Temperaturen verkraftet, desto größer ist ein entsprechender thermischer Arbeitsbereich des Radoms 3 und desto größer kann dementsprechend auch ein Arbeits- bzw. Leistungsbereich für die Heizeinrichtung sein bzw. gewählt oder eingestellt werden. Damit ist mit dem hier vorgeschlagenen System auch eine Ausnutzung möglicher zukünftiger Verbesserungen in der Umgebung der jeweiligen Heizeinrichtung möglich.The method described here can therefore be used to implement control of the blocking value 10 and the temperature of the radome 3 with a feedback loop via the temperature of the heating element 4 or on the heating element 4 and a measurement of the radar system 2 itself to determine the current blocking of the radome 3. This means that the entire working ranges with regard to the performance of the heating device and the permissible temperature of the radome 3 can be utilized or can be utilized. In addition, there are many simple options for setting, adjusting or manipulating the corresponding system dynamics. For example, depending on the controller design, the achievement of a desired surface temperature of the radome 3 could be accelerated or the achievement of a corresponding setpoint could be guaranteed. However, predefined system limits can still be respected, i.e. adhered to, which can depend on the material properties of the radome 3, for example. The better these material properties are, i.e. the better the material of the radome 3 can withstand higher temperatures, for example, the larger the corresponding thermal working range of the radome 3 and the larger the working or performance range for the heating device can be, or can be selected or set. This means that the system proposed here also makes it possible to exploit possible future improvements in the environment of the respective heating device.

Dabei wird zum Beheizen des Radoms 3 nur Energie verbraucht, wenn das Radarsystem 2 auch Nutzen aus einer solchen Beheizung generieren würde, also beispielsweise eine entsprechend große Blockierung des Radoms 3 vorliegt, die durch Beheizen des Radoms 3 verringert werden kann. Zudem wird nur so viel Leistung bzw. Heizleistung genutzt, wie für das Erreichen der vorgegebenen Oberflächentemperatur des Radoms 3 auch notwendig ist. Die Soll-Oberflächentemperatur des Radoms 3 kann beispielsweise zuvor anhand unterschiedlicher Situationen und/oder vorgegebener Parameter, wie beispielsweise einer Abtauzeit oder dergleichen, ermittelt bzw. definiert werden.Energy is only consumed to heat the radome 3 when the radar system 2 is also Benefit would be generated from such heating, for example if there is a correspondingly large blockage of the radome 3, which can be reduced by heating the radome 3. In addition, only as much power or heating power is used as is necessary to achieve the specified surface temperature of the radome 3. The target surface temperature of the radome 3 can, for example, be determined or defined beforehand based on different situations and/or specified parameters, such as a defrosting time or the like.

In dem hier beschriebenen Verfahren kann das vorgegebene Modell 16 genutzt werden, um die Temperatur des Radoms 3 zu schätzen. Ist eine solche Modellierung zu komplex für eine Implementierung im jeweiligen Anwendungsfall, könnte ebenso eine erweiterte Lookup-Tabelle genutzt werden. Dazu könnte eine weiter oben beschriebene herkömmliche Umsetzungstabelle erweitert werden. In der erweiterten Lookup-Tabelle könnten für jegliche Leistungswerte und Arbeitspunkte empirisch bestimmte Temperaturen bzw. Oberflächentemperaturen des jeweiligen Radoms 3 abgespeichert werden. Im realen Anwendungsfall würde dann je nach vorgegebener Solltemperatur 14 eine andere Kennlinie angefahren werden. Hier kann also der beschriebene Regelungsansatz über eine Steuerung mit einer solchen erweiterten Lookup-Tabelle substituiert bzw. vereinfacht werden.In the method described here, the specified model 16 can be used to estimate the temperature of the radome 3. If such a model is too complex to implement in the respective application, an extended lookup table could also be used. For this purpose, a conventional implementation table described above could be extended. In the extended lookup table, empirically determined temperatures or surface temperatures of the respective radome 3 could be stored for any power values and operating points. In the real application, a different characteristic curve would then be approached depending on the specified target temperature 14. Here, the control approach described can be substituted or simplified using a controller with such an extended lookup table.

Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie ein effizienzoptimiertes Verfahren zur Automatisierung einer Scheiben- oder Radomheizung realisiert werden kann.Overall, the examples described show how an efficiency-optimized process for automating a window or radome heating system can be realized.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
KraftfahrzeugMotor vehicle
22
RadarsystemRadar system
33
RadomRadome
44
HeizelementHeating element
55
Energieversorgungpower supply
66
Prozessorprocessor
77
DatenspeicherData storage
88th
BlockschaltbildBlock diagram
99
AußenführungsgrößeExternal guide size
1010
BlockierungswertBlocking value
1111
BlockierungsmesswertBlocking reading
1212
ZusatzwertAdditional value
1313
FührungsreglerLead controller
1414
SolltemperaturTarget temperature
1515
TemperaturmesswertTemperature measurement
1616
ModellModel
1717
FolgereglerFollower controller
1818
GrenztemperaturLimit temperature
1919
Lookup-TabelleLookup table
2020
AusgangsgrößeOutput size
2121
Prozessprocess

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102020208561 A1 [0003]DE 102020208561 A1 [0003]
  • DE 102019130746 A1 [0004]DE 102019130746 A1 [0004]

Claims (10)

Verfahren (8) zum Betreiben einer Heizeinrichtung (4, 5) zum Beheizen eines Bauteils (3), wobei - die Heizeinrichtung (4, 5) einen Kaskadenregler mit einem äußeren Regelkreis (13) und einem inneren Regelkreis (17) umfasst und der äußere Regelkreis (13) als Führungsgröße (9) einen vorgegebenen Blockierungswert des Bauteils (3) verwendet und der innere Regelkreis (17) als Führungsgröße (14) eine Temperatur (14) des Bauteils (3) verwendet, und/oder - eine Zieltemperatur für das Bauteil (3) vorgegeben wird und die Heizeinrichtung (4, 5) mit einer jeweils dazu korrespondierenden Leistung betrieben wird, die anhand einer vorgegebenen Lookup-Tabelle ermittelt wird, in der für jegliche infrage kommenden Leistungswerte und Arbeitspunkte der Heizeinrichtung (4, 5) ermittelte Temperaturen des Bauteils (3) angegeben sind.Method (8) for operating a heating device (4, 5) for heating a component (3), wherein - the heating device (4, 5) comprises a cascade controller with an outer control circuit (13) and an inner control circuit (17), and the outer control circuit (13) uses a predetermined blocking value of the component (3) as the reference variable (9) and the inner control circuit (17) uses a temperature (14) of the component (3) as the reference variable (14), and/or - a target temperature for the component (3) is specified and the heating device (4, 5) is operated with a power corresponding thereto, which is determined using a predetermined lookup table in which temperatures of the component (3) determined for all possible power values and operating points of the heating device (4, 5) are specified. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kaskadenregler für den äußeren Regelkreis (13) und für den inneren Regelkreis (17) jeweils ein PI-Regler verwendet wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a PI controller is used in the cascade controller for the outer control loop (13) and for the inner control loop (17). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kaskadenregler als die Führungsgröße (9) für den äußeren Regelkreis (13) ein Blockierungswert von null vorgegeben wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a blocking value of zero is specified in the cascade controller as the reference variable (9) for the outer control loop (13). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kaskadenregler als Vergleichswert für den inneren Regelkreis (17) die aktuelle Temperatur, insbesondere eine Oberflächentemperatur, des Bauteils (3) verwendet wird, die mittels eines vorgegebenen Modells (16) basierend auf vorausgegangenen Leistungswerten der Heizeinrichtung (4, 5) und Temperaturwerten des Bauteils (3) simuliert wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the cascade controller, the current temperature, in particular a surface temperature, of the component (3) is used as a comparison value for the inner control circuit (17), which is simulated by means of a predetermined model (16) based on previous power values of the heating device (4, 5) and temperature values of the component (3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (3) eine Abdeckung eines Sensors (2) ist und in dem Kaskadenregler als Vergleichswert (10) für den äußeren Regelkreis (13) ein jeweiliger aktueller Blockierungswert (10) verwendet wird, der gebildet wird aus einem jeweiligen Blockierungsmesswert (11) des Sensors (2), der eine Blockierung eines Messweges durch eine Belegung des Bauteils (3) angibt, und einem vorgegebenen Zusatzwert (12).Method according to one of the preceding claims, characterized in that the component (3) is a cover of a sensor (2) and in the cascade controller a respective current blocking value (10) is used as a comparison value (10) for the outer control circuit (13), which is formed from a respective blocking measurement value (11) of the sensor (2), which indicates a blockage of a measuring path due to an occupancy of the component (3), and a predetermined additional value (12). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaskadenregler so betrieben wird, dass die Vicat-Erweichungstemperatur des Bauteils (3) nicht durch einen Wärmeeintrag der Heizeinrichtung (4, 5) überschritten wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the cascade controller is operated such that the Vicat softening temperature of the component (3) is not exceeded by heat input from the heating device (4, 5). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem inneren Regelkreis (17) ein, insbesondere dynamischer, Anti-Windup-Mechanismus (18, 19) angewendet wird.Procedure according to Claim 6 , characterized in that an anti-windup mechanism (18, 19), in particular a dynamic one, is applied in the inner control circuit (17). Heizeinrichtung (4, 5) zum Beheizen eines Bauteils (3), wobei die Heizeinrichtung (4, 5) zum Ausführen eines Verfahrens (8) nach einem der vorhergehenden Ansprüche eingerichtet ist.Heating device (4, 5) for heating a component (3), wherein the heating device (4, 5) is designed to carry out a method (8) according to one of the preceding claims. Kraftfahrzeug (1), aufweisend ein beheizbares Bauteil (3) und eine Heizeinrichtung (4, 5) nach Anspruch 8, die zum Beheizen dieses Bauteils (3) eingerichtet ist.Motor vehicle (1), comprising a heatable component (3) and a heating device (4, 5) according to Claim 8 which is designed to heat this component (3). Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das beheizbare Bauteil (3) ein Radom (3) einer Radareinrichtung (2) des Kraftfahrzeugs (1) zur Umgebungserkennung oder eine Scheibe des Kraftfahrzeugs (1) ist.Motor vehicle (1) after Claim 9 , characterized in that the heatable component (3) is a radome (3) of a radar device (2) of the motor vehicle (1) for detecting the environment or a window of the motor vehicle (1).
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