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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Komfortwärmesteuersystem gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs.
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Hintergrund der Erfindung
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Die meisten Fahrzeuge, sowohl Personenkraftwagen als auch Lastkraftwagen, weisen eine Art der Erwärmung zum Beispiel von Sitzen, des Lenkrads und womöglich des Gangschaltknüppels auf. Diese Wärmesysteme werden oft Komfortwärmesysteme genannt. Sie nehmen häufig die Gestalt eines einfachen Systems an, in dem eine konstante Spannung angelegt wird, um ein serienresistives Heizkabel zu erwärmen, dessen Widerstand von der Temperatur abhängt, sich aber ebenso mit der Länge des Kabels ändert. Wenn die Wärme einen bestimmten Pegel überschreitet, dann schaltet ein Thermostat ab, bis die Wärme abnimmt. Das bedeutet, dass ein Thermostat für jeden gewünschten Temperaturpegel erforderlich ist. Es ist ebenso schwierig, die Temperatur beständig zu halten, da Thermostate lediglich eine vergleichsweise ungenaue Temperaturregelung vorsehen.
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In einem Steuersystem, das aus der
WO 2004/108446 für ein Komfortwärmesystem in einem Fahrzeug bekannt ist, wird eine gewünschte Temperatur mit einer momentanen Temperatur verglichen, die durch einen Temperatursensor bestimmt ist, und das Steuersystem erzeugt ein pulsweitenmoduliertes Signal, das dem Wärmesystem zugeführt wird und das darin angepasst wird, um die gewünschte Temperatur zu erreichen.
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Die
US 2005/0167418 bezieht sich ebenso auf ein Steuersystem für ein Komfortwärmesystem für ein Fahrzeug, in dem ein pulsweitenmoduliertes Signal verwendet wird, um die Temperatur von Heizelementen hin zu einer Temperatur zu führen, die durch Temperatursensoren gemessen wird, die angrenzend an diese angeordnet sind.
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Die vorstehend beschriebenen Systeme umfassen ein Messen der Temperatur, um als eine Grundlage zum Steuern der Energie zu dienen, die der Wärmespule zugeführt wird. Dies bedeutet einen Nachteil dahingehend, dass weitere Teile (z. B. Temperatursensoren) erforderlich sind, die das System teuer machen sowie eine kompliziertere Einpassung nach sich ziehen, was ebenso die Kosten erhöht.
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Die Aufgabe der Erfindung liegt in einem Bereitstellen eines verbesserten Komfortwärmesteuersystems, das die vorstehend beschriebenen Nachteile der heutigen Systeme beseitigt.
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Kurzfassung der Erfindung
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Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird anhand der Erfindung erreicht, die durch den unabhängigen Anspruch definiert ist. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind durch die angehängten abhängigen Ansprüche definiert.
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Die vorliegende Erfindung sieht ein Komfortwärmesteuersystem vor, das zu einer stufenlosen und voll diagnosefähigen elektrischen Erwärmung von Wärmespulen führt, wodurch allgemein zu einer verbesserten Regelung des Komfortwärmesystems beigetragen wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es ohne Schwierigkeiten an die Art und Länge der verwendeten Heizspule anpassbar ist. Zum Beispiel ist das Komfortwärmesteuersystem gemäß der Erfindung für die gleiche Leistung mit Heizspulen verwendbar, die serienresistiv, parallel-resistiv oder selbstregulierend sind (der Widerstand erhöht sich mit der Temperatur). Da das Komfortwärmesteuersystem die Temperatur indirekt bestimmt, ist keine Temperaturmessschaltung erforderlich.
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Gemäß der Erfindung werden die Heizspulen mit einem pulsweitenmodulierten (PWM-)Wärmesignal versorgt.
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Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel basiert die Temperaturregelung auf einem Messen des Stroms, der durch die Heizspulen fließt, und auf einem Anwenden einer bekannten Beziehung zwischen dem Strom durch eine Heizspule (die z. B. aus Kupfer besteht) und der Temperatur.
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Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel basiert die Temperaturregelung auf einem Messen des Stroms, der durch die Heizspulen fließt, einem Verwenden der resultierenden Messung zum Berechnen des Widerstands und dann einem Anwenden einer bekannten Beziehung zwischen dem Widerstand in einer Heizspule (die z. B. aus Kupfer besteht) und der Temperatur.
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Das Komfortwärmesteuersystem gemäß der Erfindung weist die folgenden Vorteile auf:
- • Die gleiche Art von Heizkabel (W/m) kann verwendet werden (und wird lediglich durch die Länge eingestellt).
- • Alle verschiedenen Arten von Heizkabeln sind anwendbar.
- • Die Anzahl von Heizkabeln kann minimiert werden, da die Steuereinheit verschiedene Längen verwalten kann.
- • Stufenlose, genaue Wärmeregelung.
- • Ein größerer Diagnosebereich.
- • Die Technik kann in allen Gebieten verwendet werden, in denen Heizkabel verwendet werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Es zeigen:
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1 eine schematische Blockdarstellung des Komfortwärmesteuersystems gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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2 eine schematische Blockdarstellung des Komfortwärmesteuersystems gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
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3 Graphen, die das Wärmesignal gemäß der Erfindung zeigen; und
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4 und 5 schematische Schaltungsdiagramme von verschiedenen Heizspulen.
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Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung
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Die Erfindung wird nachstehend ausführlich unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben werden, wobei anfänglich auf 1 und 2 Bezug genommen ist.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Komfortwärmesteuersystem 2 für ein Fahrzeug, das mit einem Komfortwärmesteuersystem mit einer oder mehreren Heizspulen 4 versehen ist. Das Komfortwärmesystem 2 umfasst eine Steuereinheit 6 und eine Zuführeinheit 8, die eingerichtet ist, um der Heizspule ein pulsweitenmoduliertes Wärmesignal mit einer Zykluslänge PH und einer variablen Pulsweite PW zuzuführen.
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Der obere Graph in 3 zeigt, wie die Spannung des Wärmesignals hinsichtlich der Zeit variiert. Die Pulsweite PW und die Zykluslänge PH und eine entsprechende Frequenz FH sind für den ersten Puls angegeben. In dem gezeigten Beispiel beträgt die Betriebsdauer etwa 50%, d. h. die Pulsbreite beträgt etwa die Hälfte der Zykluslänge. Die Betriebsdauer kann zwischen 0 und 100% der Zykluslänge liegen.
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Der untere Graph in 3 zeigt, wie der Strom des Wärmesignals hinsichtlich der Zeit variiert. Zudem zeigt eine gestrichelte Linie den mittleren Strom IRMS an. In diesem Fall beträgt der Pegel die Hälfte der Amplitude der Pulse, da die Betriebsdauer etwa 50% beträgt. Die Temperatur der Heizspule hängt direkt von der Stärke des mittleren Stroms ab.
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Die Frequenz FH des Wärmesignals beträgt vorzugsweise zwischen 0,1 und 100 Hz, aber die Erfindung gemäß Patentanspruch 1 ist nicht auf diesen Bereich eingeschränkt, da andere Frequenz- und Pulsbreitenwerte möglich sind, wenn die einzelne Anwendung dies erfordert.
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Das Komfortwärmesteuersystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 beschrieben werden. Das System umfasst weiterhin eine Messeinheit 12, die eingerichtet ist, um den Strom IH in der Heizspule zu messen, wenn das Wärmesignal der Heizspule zugeführt wird, und um ein Stromsignal 14 zu erzeugen, das von dem Messstrom IH abhängt und zum Zuführen zu der Steuereinheit dient. Die Steuereinheit ist eingerichtet, um auf der Grundlage des Stroms einen Parameter zu bestimmen, der auf das Heizkabel bezogen ist.
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Das Komfortwärmesteuersystem gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben werden. Die Messeinheit 12 ist eingerichtet, um nicht lediglich den Strom IH bereitzustellen, sondern ebenso, um die Spannung UH über der Heizspule zu messen, wenn das Wärmesignal der Heizspule zugeführt wird, um den Widerstand der Heizspule auf der Grundlage der Messspannung UH und des Messstroms IH zu bestimmen, und um auf der Grundlage dessen ein Widerstandssignal 14' zum Zuführen zu der Steuereinheit zu erzeugen. Die Steuereinheit ist eingerichtet, um auf der Grundlage des Widerstands einen Parameter zu bestimmen, der auf das Heizkabel bezogen ist.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel findet die Messung des Stroms gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel oder des Stroms und der Spannung gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel während einer Messspanne statt, die zumindest einen Puls des Wärmesignals umfasst, was dahingehend vorteilhaft ist, dass es ermöglicht wird, den Widerstand unmittelbar zu berechnen, und dadurch den Parameter zu bestimmen.
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Es ist natürlich möglich, Messungen bezüglich einer Anzahl von Pulsen des Wärmesignals durchzuführen und mittlere Spannungs-/und Stromwerte als eine Grundlage zur Berechnung des Widerstands zu berechnen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel stellt der Parameter die Länge der Heizspule dar. Dies bedeutet, dass die Länge der Heizspule durch Messen des Widerstands bestimmt werden kann.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel stellt der Parameter die Art der Heizspule dar, z. B. serienresistiv, parallel-resistiv oder selbstregelnd.
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Die für den Parameter bestimmten Werte, z. B. die Länge der Heizspule, werden in der Messeinheit in einer Speichereinheit gespeichert (die in 1 und 2 nicht gezeigt ist), und können in den nachfolgenden Berechnungen verwendet werden.
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Die Messungen zum Bestimmen des Stroms oder des Widerstands der Heizspule können vorzugsweise regelmäßig durchgeführt werden, um in der Lage zu sein, jedwede Änderungen in der Heizspule zu erfassen, z. B. Änderungen, die durch einen Schaden verursacht sind. Die Steuereinheit ist deshalb eingerichtet, um den auf die Heizspule bezogenen Parameter zu einem vorbestimmten oder setzbaren ersten Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Messungen zu bestimmen. Dieses erste Messintervall kann in der Größenordnung von Sekunden, Minuten, Tagen oder Wochen liegen, abhängig von der einzelnen Anwendung.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst das Komfortwärmesteuersystem 2 eine Temperatureingabeeinheit 10 zur Eingabe von gewünschten Temperaturen für das Komfortwärmesteuersystem. Dies ist durch einen Kasten dargestellt, der durch eine gestrichelte Linie in 1 und 2 gezeigt ist. Ein Benutzer gibt z. B. über einen Knopf oder einen Hebel die gewünschte Temperatur z. B. zur Sitzerwärmung an. Dies kann die Gestalt einer gewünschten Anzahl von Grad, z. B. 25 Grad, oder einer Zahl auf einer Skala annehmen, die z. B. von 0 bis 10 reicht, wobei 0 eine Nullerwärmung und 10 eine Maximalerwärmung ist.
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Die Steuereinheit ist eingerichtet, um dann eine Pulsbreite (PW) für das Wärmesignal auf der Grundlage des gemessenen Widerstands, der gewünschten Temperatur und des bestimmten Parameters zu bestimmen, so dass die gewünschte Temperatur erreicht wird, und um ein Steuersignal der Zuführeinheit zuzuführen, die eingerichtet ist, um das Wärmesignal der Heizspule mit der bestimmten Pulsbreite zuzuführen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Steuereinheit eingerichtet, um die Pulsbreite (PW) für das Wärmesignal bei einem vorbestimmten oder setzbaren zweiten Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Messungen zu bestimmen. Dieses zweite Messintervall hängt von dem vorstehend beschriebenen ersten Messintervall dahingehend ab, dass ein Erfordernis, in der Lage zu sein, die Pulsbreite zu bestimmen, derart vorliegt, dass eine Strommessung und/oder Widerstandsmessung durchgeführt wurde, d. h. das zweite Messintervall kann kürzer als das erste Messintervall sein.
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Wenn eine schnelle Temperaturregelung gewünscht ist, muss die Strommessung/Widerstandsmessung vergleichsweise häufig durchgeführt werden, z. B. bei einem Intervall in der Größenordnung einer Anzahl von Sekunden.
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Gemäß der Erfindung verbessert die Erfindung die Regelung des Komfortwärmesystems durch eine Strommessung und eine Leistungsregelung und erhöht die Möglichkeit des Verwendens der gleichen Steuertechnologie mit verschiedenen Arten und Längen von Heizkabeln.
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Eine serienresistive oder parallel-resistive Heizspule kann durch das Diagramm in 4 elektrisch beschrieben werden. Eine selbstregelnde Heizspule kann durch das Diagramm in 5 elektrisch beschrieben werden.
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Da die Induktivität in diesen Anwendungen oft niedrig ist, und da die Zeitkonstanten zur Leistungsregelung vergleichsweise groß sind, kann angenommen werden, dass die Induktivität vernachlässigbar ist, so dass die Beziehung von Spannung, Strom und Widerstand als U ≈ R·1 angegeben werden kann, wie ebenso in den 4 und 5 gezeigt ist. Die Diagramme verwenden Symbole für die Widerstände R und die Induktivitäten L der Heizspulen und zeigen, wie sie von der Länge in Metern (m) abhängen.
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Wird der Strom im durch die Schaltung in der Steuereinheit gemessen, kann das Ohm'sche Gesetz (wobei die Spannung in der Steuereinheit bekannt ist) verwendet werden, um den Gesamtwiderstand der Heizspule zu berechnen. In einer serienresistiven oder parallel-resistiven Heizspule ist der Gesamtwiderstand proportional zu der Länge, was ermöglicht, die Länge des Heizkabels zu bestimmen. In Anbetracht der Kenntnis, welche einzelne Heizspule betroffen ist, kann eine gewünschte Zykluslänge PW (Betriebsdauer) angewendet werden, um bei einem korrekten Strom iRMS und einer entsprechenden Temperatur anzukommen, da diese proportional sind (es wird eine Steuerung bewirkt).
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Das gleiche Prinzip trifft in dem Fall einer selbstregelnden Heizspule zu. Der Vorteil einer selbstregelnden Spule besteht darin, dass es nicht erforderlich ist, die Länge zu kennen, da die Steuereinheit stattdessen verwendet werden kann, um die Temperatur zu messen, da der Widerstand proportional zu der Temperatur ist (es wird eine Regelung bewirkt).
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Das Komfortwärmesteuersystem gemäß der Erfindung ermöglicht ebenso, Probleme hinsichtlich der Heizspule zu diagnostizieren, z. B. ob sie zu lang oder zu kurz ist, ob Temperaturdifferenzen auftraten und ob irgendein Kurzschluss mit der Batterie oder ein Kurzschluss mit der Masse auftrat.
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Der Widerstand wird somit durch die Messeinheit durch Messen des Stroms gemessen, der der Heizspule aus der Zuführeinheit zugeführt wird, und wird dann mittels des Ohm'schen Gesetztes (Widerstand = Spannung/Strom) berechnet.
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Das Komfortwärmesteuersystem wird gemäß einem Ausführungsbeispiel als eine selbstregelnde Heizspule verwendet, auf der Grundlage der Tatsache, dass die Temperatur den Widerstand eines Materials unterschiedlich abhängig von dessen Widerstand beeinflusst.
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Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel aktiviert die Steuereinheit das Erwärmen der Heizspule, falls sich der Messwiderstand unterhalb einer vorgesetzten Schwelle befindet, in welchem Fall sich der Widerstand mit der Temperatur erhöhen soll, und deshalb findet die Aktivierung statt, wenn sich die Temperatur unterhalb einer vorbestimmten Grenze befindet.
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Die Steuereinheit ist eingerichtet, um eine Temperatur für die Heizspule auf der Grundlage des gemessenen Widerstands zu bestimmen, und um die Erwärmung der Heizspule zu aktivieren, falls sich die bestimmte Temperatur unterhalb einer vorgesetzten Schwelle befindet, z. B. 20 Grad Celsius, 22 Grad Celsius, 24 Grad Celsius oder irgendeine andere geeignete Temperatur.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist das Steuersystem eingerichtet, um die Zuführung von Energie aus der Zuführeinheit auf der Grundlage des gemessenen Widerstands oder auf der Grundlage einer geeigneten Temperatur fortwährend zu regeln. Zum Beispiel kann die Zuführeinheit bei einem/einer vorgesetzten Widerstand/Temperatur aktiviert werden und kann dann kontinuierlich die Zuführung der Energie durch Variieren der Pulsbreite regeln, solange sich die Temperatur unterhalb jenes Pegels befindet.
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Das elektrisch leitfähige Material ist vorzugsweise ein Metall, z. B. Kupfer oder eine Legierung, das Kupfer enthält, das einen gegebenen Widerstand bei einer bestimmten Temperatur aufweist. Chrom, Nickel, Platin und deren Legierungen sind andere Materialien, die verwendet werden können. Es liegt natürlich eine große Anzahl von anderen Materialien vor, die elektrisch leitfähig sind, einen temperaturabhängigen Widerstand aufweisen und in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden können.
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Der Widerstand der Heizspule wird für alle Temperaturen innerhalb des Arbeitsbereiches in gesteuerten Formen bestimmt. Dies erzeugt Widerstände und Temperaturen, die in einem Kennfeld in einer Speichereinheit, in der Messeinheit oder der Steuereinheit gespeichert werden. Der Widerstand wird durch Messen des Stroms bestimmt, der der Heizspule aus der Spannungsquelle zugeführt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Beliebige Alternativen, Modifikationen und Äquivalente können verwendet werden. Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind deshalb nicht als einschränkend für den Schutzbereich der Erfindung auszulegen, der durch die angefügten Patentansprüche definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2004/108446 [0003]
- US 2005/0167418 [0004]
