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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung einer Heizeinrichtung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Steuerungsvorrichtung
für eine
Heizeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8.
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Es
sind Verfahren und Systeme zur Steuerung von elektrischen Sitzheizungen
bekannt, bei denen die Heizstufe mittels einer Temperaturregelung in
Abhängigkeit
von Benutzervorgaben erfolgt. Derartige geregelte Systeme sind geeignet,
eine optimale Komforttemperatur einzustellen, erfordern jedoch hinsichtlich
ihrer Regelung einen relativ hohen Bauaufwand. Es sind auch einfachere
Steuerungen bekannt, die auf einer Timer-Funktion basieren. Hierbei wird
beim Start der Sitzheizung eine Sollzeit vorgegeben, nach deren Überschreiten
die Sitzheizung abschaltet. Der Nachteil bei einer solch timerbasierten Steuerung
besteht insbesondere darin, dass die Timer-Zeiten entweder nicht
variabel sind oder aber lediglich eine Variabilität dahin
gehend aufweisen, dass die Einschaltdauer von der Sitztemperatur
abhängt.
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Aus
der
DE 101 06 152
A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Standlüftung bei
einem Kraftfahrzeug bekannt. Ein Zeitgeber gibt eine Sollzeit für eine Einschaltdauer
der Standlüftung
vor, wenn die Innentemperatur einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
Die Standlüftung
wird mit einer Einschaltdauer und einer Einschaltfrequenz ein- und ausgeschaltet,
solange die Innentemperatur über dem
vorgegebenen Grenzwert liegt. Einschaltdauer und Einschaltfrequenz
der Standlüftung
werden in Abhängigkeit
von der Innentemperatur des Fahrzeugs ermittelt. Alternativ werden
zur Ermittlung der Einschaltdauer und der Einschaltfrequenz der
Standlüftung
zusätzlich
die Außentemperatur
und die Sonneneinstrahlung herangezogen. Es ist außerdem eine
Ausführungsform
mit zwei Betriebszuständen vorgesehen,
bei der die Betriebszustände
durch unterschiedlich starke Luftströme gekennzeichnet sind.
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Die
DE 100 58 434 A1 beschreibt
ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Heizung eines
Außenspiegels,
bei der die Heizleistung in Abhängigkeit
von einer Änderung
der Außentemperatur pro
Zeiteinheit gesteuert wird.
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Die
JP 58194612 A beschreibt
schließlich eine
Steuerungsvorrichtung für
eine Fahrzeugsitzheizung, die Teil einer Gesamtfahrzeugklimatisierung ist.
Für die
Steuerung der Sitzheizung werden verschiedene Eingangsgrößen, wie
eine Außentemperatur,
eine Batteriespannung und eine Wassertemperatur eines Fahrzeugkühlsystems
verarbeitet.
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In
der
DE 197 52 135
A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Heizeinrichtung,
insbesondere einer elektrischen Sitzheizung für ein Kraftfahrzeug, offenbart,
bei dem eine Sollzeit für
eine Heizdauer bestimmt wird, indem eine Sitztemperatur gemessen und
mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Eine Abhängigkeit
der Heizdauer von der Außentemperatur
ist hierbei nicht vorgesehen.
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Die
DE 198 45 009 A1 offenbart
eine Heckscheibenheizung für
Kraftfahrzeuge, bei der die Leistungsaufnahme der elektrischen Heizelemente
in Abhängigkeit
von verschiedenen Umgebungseinflüssen wie
Fahrtgeschwindigkeit, Fahrtwind, Außentemperatur und Temperaturdifferenz
gesteuert wird. Die elektrische Leistung wird dabei entweder in
der Art gesteuert, dass verschiedene Heizkreise angesprochen werden
und somit eine gestufte Heizleistung erzielt wird, oder indem die
elektrischen Heizelemente gepulst betrieben werden.
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Die
DE 43 18 432 A1 beschreibt
eine Sitzheizungsregelung, bei der mehrere Kennlinien- bzw. Tabellenfelder
in einem nichtflüchtigen
Speicher abgelegt sind. Zur Steuerung der Heizleistung wird je nach Sitzbeschaffenheit
(Größe, Polsterung,
Oberfläche etc.)
und gewünschter
Sitztemperatur eine dieser Kurven oder Tabellen mittels eines Mikroprozessors ausgewählt, die
dann die jeweilige Leistungszufuhr vorgibt. Weitere Betriebsdaten
wie Innen- und Außentemperatur,
Belegung des Sitzes mit einer Person oder Betriebszustand des Fahrzeugs
können
bei der Auswahl der jeweils relevanten Kennlinie bzw. Tabelle berücksichtigt
werden.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein einfaches Verfahren
zur Steuerung einer Heizeinrichtung bzw. eine einfach aufgebaute
Steuerungsvorrichtung für
eine Heizeinrichtung zur Verfügung
zu stellen, wobei eine bedarfsgerechte Steuerung der Heizleistung
ermöglicht
ist.
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Dieses
Ziel der Erfindung wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
Merkmale vorteilhafter Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich
aus den abhängigen
Ansprüchen.
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Ein
Verfahren zur Steuerung einer Heizeinrichtung, insbesondere einer
elektrischen Sitzheizung für
ein Kraftfahrzeug sieht eine Variation einer Sollzeit für eine Heizdauer
in Abhängigkeit
einer Differenz aus einer gemessenen Außentemperatur und einer gemessenen
Innentemperatur vor. Die Innentemperatur kann insbesondere eine
gemessene Temperatur in bzw. an einem Sitz eines Kraftfahrzeugs
sein. Erfindungsgemäß sind wenigstens
zwei fest eingestellte Heizstufen mit jeweils unterschiedlichen
Sollzeiten vorgesehen, die jeweils auf eine gleiche Differenz zwischen
Innen- und Außentemperatur bzw.
auf eine gleiche Empfindungstemperatur bezogen sind. Wahlweise können jedoch
auch mehrere Heizstufen vorgesehen sein. Erfindungsgemäß kann eine
zeitliche Abfolge mindestens zweier, insbesondere verschiedener
Heizstufen vorgesehen sein. Auch kann eine zusätzliche Variation der Heizleistung
in Stufen bzw. kontinuierlich vorgesehen sein.
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Die
vorgegebene Sollzeit für
die Heizdauer kann je nach gewählter
Heizstufe in einen entsprechenden Korrekturfaktor umgerechnet werden,
so dass bei einer größer eingestellten
Heizstufe eine andere Korrektur der Sollzeit für die Einschaltdauer der Heizung
vorgesehen ist als bei kleiner gewählter Heizstufe.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
weist den Vorteil eines sehr geringen Schaltungs- und Bauaufwands
auf, wobei dennoch eine bedarfsgerechte Steuerung der Heizleistung
ermöglicht
ist. Dies wird dadurch erreicht, dass zur Variation einer Sollzeit
für eine
Einschaltdauer der Heizung nicht nur die Außentemperatur herangezogen
wird, sondern dass in gleicher Weise die Innen- bzw. Sitztemperatur
die Einschaltdauer der Heizung beeinflusst. Je nach gemessenen Sitztemperaturen
kann eine kürzere
oder längere
Heizdauer sinnvoll sein. Des Weiteren kann eine als Empfindungstemperatur
bezeichnete Größe TE, die der menschlichen Empfindung für Temperaturunterschiede
Rechnung trägt,
in die Regelung einbezogen werden. Die bekannten Verfahren zur Steuerung
einer Sitzheizung berücksichtigen
hingegen nur entweder eine Außen-
oder eine Innentemperatur zur Vorgabe bzw. Variation einer Einschaltdauer
bzw. der Heizleistung der Heizvorrichtung.
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Die
Differenz aus der Außentemperatur
und der Innentemperatur kann insbesondere aus einer Bestimmung einer
als Empfindungstemperatur bezeichneten Größe hergeleitet und berechnet
werden. Die Empfindungstemperatur kann aus einer Funktion aus der
Außentemperatur
und einer Differenz der Außentemperatur
und der Sitz- bzw. Innentemperatur abgeleitet werden und kann durch
folgende Prinzipformel wiedergegeben werden: TE = f[TA, (TA – TS)],wobei TE die
Empfindungstemperatur, TA die Außentemperatur
und TS die Sitztemperatur ist. Die gemessene
Differenz aus Außen-
und Innen- bzw. Sitztemperatur wird somit nicht linear in die Variation
der Sollzeit für
die Heizdauer umgerechnet. Vielmehr wird eine Funktion gebildet,
die zu einer bedarfs- bzw. empfindungsgerechten Variation der Heizdauer
in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen Innen- und Außentemperatur führt.
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Die
Außentemperatur
kann in vorteilhafter Weise über
einen Datenbus abgefragt und ermittelt werden. Die Außentemperatur
steht normaler Weise bei einer herkömmlichen Fahrzeug ausstattung
bereits zur Verfügung,
so dass die Werte des Außentemperatursensors über eine
zentrale Steuerungselektronik bzw. über einen Datenbus im Fahrzeug (bspw.
CAN-Bus) abgefragt werden kann. Die Innentemperatur bzw. die Sitztemperatur
kann über
einen Innentemperatursensor bzw. über einen Sitztemperatursensor
abgefragt und ermittelt werden. Hierfür kommt insbesondere ein NTC-Sensor
in Frage. Die Innen- bzw. Sitztemperatur kann in gleicher Weise über einen
Innentemperatursensor einer Klimatisierungseinrichtung des Fahrzeugs
abgefragt werden. Das Signal für
die Innentemperatur kann auf diese Weise ebenfalls über den
gleichen Datenbus zur Verfügung
gestellt werden wie die Außentemperatur.
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Die
Sollzeiten für
die Heizdauer und deren Korrekturen können insbesondere aus einem
fahrzeugspezifischen und/oder einem sitzspezifischen Kennfeld abgeleitet
werden. Auf diese Weise kann eine optimale Zuordnung von verschiedenen
Empfindungstemperaturen zu entsprechenden Sollzeiten der Einschaltdauer
erfolgen. Die Heizleistung für
die Heizeinrichtung kann insbesondere mittels Variation von Spannungswerten
und/oder mittels eines pulsweitenmodulierten Signals eingestellt
werden. Die Kennlinien können
je nach Fahrzeugtyp bzw. Sitzvariante als aufspielbare Software
im Steuergerät
bzw. in der Steuerschaltung abgelegt sein. Auf diese Weise können gleichartige
Steuerschaltungen für
die unterschiedlichsten Fahrzeug- und Sitzvarianten verwendet werden.
Das Aufspielen der Kennlinien kann bspw. mittels sog. Flashen erfolgen.
Hierbei wird das Steuergerät
in geeigneter Weise programmiert, indem die entsprechend vorgesehene
Software auf programmierbare Speicherschaltungen überspielt wird.
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Eine
erfindungsgemäße Steuerungsvorrichtung
für eine
Heizeinrichtung, insbesondere für
eine elektrische Sitzheizung eines Kraftfahrzeugs, sieht einen Außentemperatursensor
und einen Innentemperatur bzw. Sitztemperatursensor sowie eine Einrichtung
zur Vorgabe und/oder zur Variation einer Sollzeit für eine Heizdauer
in Abhängigkeit
einer Differenz aus einer gemessenen Außentemperatur und einer gemessenen
Innentemperatur vor. Die Heizeinrichtung kann insbesondere wenigstens
zwei fest eingestellte Heizstufen mit jeweils unterschiedlichen Sollzeiten
bezogen jeweils auf eine gleiche Differenz zwischen Innen- und Außentemperatur
aufweisen.
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Weitere
Merkmale, Ausgestaltungen und Vorteile der erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung
wurden bereits anhand der verschiedenen Varianten des zuvor beschriebenen
Verfahrens genannt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei
zeigt:
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1 eine
Prinzipschaltbild einer erfindungsgemäßen Steuerungsvorrichtung,
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2 ein
beispielhaftes Kennfeld zur Steuerung einer Sollzeit in Abhängigkeit
von gemessenen Temperaturwerten und
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3 ein
Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung des ertindungsgemäßen Verfahrens.
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1 verdeutlicht
in einem Prinzipschaltbild den Aufbau einer erfindungsgemäßen Heizungssteuerungsvorrichtung.
Die Außentemperatur
TA wird über
einen Außentemperatursensor 10 abgefragt. Die
Sitztemperatur TS wird über einen Sitztemperatursensor 12 abgefragt.
Beide Sensorsignale werden in einer Steuerungsschaltung 14 zur
Anpassung einer Sollzeit tsoll in einem
Sollzeitgeber 16 für
die Einschaltdauer bzw. die Heizleistung der Heizeinrichtung 20 verarbeitet.
Die Außentemperatur
TA kann insbesondere Teil einer vorhandenen
Fahrzeugausstattung sein, so dass der Sensorwert in einem Datenbus
des Fahrzeugs (beispielsweise CAN-Bus 18) bereits zur Verfügung steht.
Der Sitztemperatursensor 12 kann insbesondere ein NTC-Sensor
am Sitz oder in dessen Nähe
sein. Als Sitztemperatursensor 12 kann jedoch in gleicher
Weise ein Innentemperatursensor einer vorhandenen Fahrzeugklimatisierungseinrichtung
verwendet werden, der sein Sensorsignal typischerweise ebenfalls über den
Fahrzeugbus 18 zur Verfügung
stellt.
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2 zeigt
ein Beispiel eines Kennfeldes zur Variation einer Sollzeit tsoll für
die Einschaltdauer der Heizung in Abhängigkeit einer Differenz zwischen Sitz-
bzw. Innen- und Außentemperatur.
Hierbei wird deutlich, dass in einer ersten Heizstufe („Low") eine kürzere Einschaltdauer
tsoll-1 bei gegebener Temperaturdifferenz
vorgesehen ist, während
bei einer zweiten Heizstufe („High") eine längere Einschaltdauer tsoll-2 bei gegebener Temperaturdifferenz
vorgesehen ist. Je nach Temperaturdifferenz bzw. je nach Empfindungstemperatur
TE variiert die Einschaltdauer bei beiden
Stufen kontinuierlich.
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Anhand
des Diagramms wird deutlich, dass mit steigender Empfindungstemperatur
eine kontinuierliche Abnahme der Einschaltdauer der Heizeinrichtung
vorgesehen ist. Diese Abnahme der Einschaltdauer trägt der Tatsache
Rechnung, dass bei bereits wärmerem
Sitz eine kürzere
Heizdauer des Sitzes notwendig ist, um eine bestimmte Temperatur zu
erreichen. Bei entsprechend kälterem
Sitz ist eine längere
Heizdauer wünschenswert.
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Der
vordere Bereich der Kurven stellt eine maximale Einschaltdauer für beide
Heizstufen dar. Die Empfindungstemperatur TE-0 ist
hierbei am tiefsten und beträgt
im skizzierten Ausführungsbeispiel – 40 °C. Die Einschaltdauer
tsoll-1 bei der niedrigeren Heizstufe („Low") kann hierbei bspw.
ca. 10 Minuten betragen. Die Einschaltdauer tsoll-2 bei
der höheren Heizstufe
(„High") kann hierbei bspw.
ca. 20 Minuten betragen.
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Der
mittlere Bereich der Kurven stellt eine mittlere Einschaltdauer
für beide
Heizstufen dar. Die Empfindungstemperatur TE-1 befindet
sich im sog. Arbeitspunkt und beträgt hierbei im skizzierten Ausführungsbeispiel
0 °C. Die
Einschaltdauer tsoll-1 bei der niedrigeren
Heizstufe („Low") kann hierbei bspw.
ca. 4 bis 5 Minuten betragen. Die Einschaltdauer tsoll-2 bei der
höheren
Heizstufe („High") kann hierbei bspw.
ca. 8 bis 10 Minuten betragen.
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Der
hintere Bereich der Kurven stellt eine minimale Einschaltdauer für beide
Heizstufen dar. Die Empfindungstemperatur TE-2 ist
hierbei am größten und
beträgt
im skizzierten Ausführungsbeispiel
+ 40 °C.
Die Einschaltdauer tsoll-1 bei der niedrigeren
Heizstufe („Low") kann hierbei bspw.
ca. 1 bis 2 Minuten betragen. Die Einschaltdauer tsoll-2 bei
der höheren Heizstufe
(„High") kann hierbei bspw.
ca. 3 bis 5 Minuten betragen.
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Zwischenwerte
lassen sich durch kontinuierliche Verschiebungen der gegebenen Werte
für die Temperaturen
ermitteln. Das Kennfeld der 2 kann in
der Steuerschaltung 14 bzw. im Sollzeitgeber 16 abgelegt
sein. Wahlweise kann auch eine vereinfachte Steuerung vorgesehen
sein, bei der keine kontinuierliche Anpassung der Sollzeiten, sondern
eine Anpassungen in einer Anzahl von Stufen erfolgt.
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3 zeigt
ein Ablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Funktionsweise des ertindungsgemäßen Verfahrens.
Nach dem Start wird in einem ersten Schritt S1 abgefragt, ob die
Heizvorrichtung eingeschaltet ist oder nicht (On ?). Ist die Abfrage
positiv (J), wird in einem zweiten Schritt S2 die vorgegebene Heizstufe
abgefragt. Dies kann bei zwei Heizstufen beispielsweise eine Heizstufe „Low" und eine Heizstufe „High" sein. In einem dritten
Schritt S3 wird eine Außentemperatur
TA abgefragt. In einem vierten Schritt S4
wird eine Sitztemperatur TS bzw. eine Innentemperatur
TI abgefragt. Aus den beiden Temperaturwerten
TA und TS bzw. TA und TI wird in
einem nachfolgenden Schritt S5 eine Empfindungstemperatur TE errechnet. Aus der errechneten Empfindungstemperatur
und der vorgegebenen Heizstufe wird in einem folgenden Schritt S6
eine Sollzeit tsoll für eine Einschaltdauer der Heizeinrichtung
errechnet und an die Heizungssteuerung übergeben. Diese sorgt dafür, dass
die Heizeinrichtung während
der errechneten Zeit mit einer vorgewählten Heizstufe betrieben wird.
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Es
ist weiterhin denkbar, eine zeitliche Abfolge mehrerer verschiedener
Heizstufen vorzusehen. So kann beispielsweise bei sehr niedriger
Außentemperatur
zunächst
eine Heizstufe mit kurzer, starker Aufheizung gefolgt von einer
länger
dauernden Heizstufe mit verringerter Beheizung vorgesehen sein. Liegt
die Außentemperatur
dagegen nicht so tief, kann beispielsweise nach einer Heizstufe
mit starker Aufheizung zunächst
eine Heizpause vorgesehen sein, gefolgt von einer kürzeren Heizstufe
mit gegenüber
der Aufheizphase verringerter Beheizung.
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- 10
- Außentemperatursensor
- 12
- Sitztemperatursensor
- 14
- Steuerungsschaltung
- 16
- Sollzeitgeber
- 18
- Datenbus
- 20
- Heizeinrichtung
- TA
- Außentemperatur
- TS
- Sitztemperatur
- TI
- Innentemperatur
- TE
- Empfindungstemperatur
- tsoll
- Sollzeit