DE19631829C1 - Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuginnenraum- Klimatisierungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtungen mit nur einem Temperatursensor bekannt, der entweder im Fahrzeugdachbe­ reich oder im Armaturenbrettbereich angeordnet ist. Die Anbrin­ gung des Sensors im Dachbereich ermöglicht vom kühl- und hei­ zungsfreien Klimatisierungsbetrieb über den leichten Heizbetrieb bei Übergangswetter bis zum vollen Heizbetrieb bei sehr kalten Außentemperaturen eine günstige Klimatisierungsregelung, bei der ein eher warmer Fußraum und ein eher kühler Kopfraum mit kon­ stanter Kopfraumtemperatur eingeregelt werden kann und eine kur­ ze Regelstrecke gegeben ist, die sich schnell an veränderte Um­ gebungsbedingungen anzupassen vermag. Problematisch ist bei die­ ser Sensorposition jedoch, daß im Kühlbetrieb je nach Einstellung der Ausblasrichtung einer am Armaturenbrett angeord­ neten Mitteldüse eines entsprechenden Zuluftkanals der dachsei­ tig angeordnete Sensor direkt von der in den Innenraum ausgebla­ senen Zuluft beeinflußt werden kann. Wenn der dort positionierte Temperatursensor z. B. mit kalter Zuluft angeblasen wird, hebt die zugehörige Temperaturregelung die Ausblastemperatur wenig­ stens für den betreffenden Zuluftkanal an. Dies kann bei extre­ mer Mitteldüsenposition bis zum Heizen der Klimaanlage im Sommer führen. Zwar ließe sich dies mit einer Einschränkung des Ver­ stellbereichs der Mitteldüse vermeiden, jedoch ist dies nur ein komforteinschränkender Ausweg.

Bei einer Positionierung des einzigen Temperatursensors im Arma­ turenbrettbereich, d. h. meist im Mittelkonsolenbereich, werden zwar die oben geschilderten Schwierigkeiten beim Kühlbetrieb vermieden, jedoch ist diese Sensorpositionierung für den Heizbe­ trieb und damit z. B. für mitteleuropäische Verhältnisse während der überwiegenden Betriebsdauer problembehaftet. So wird der Mittelkonsolenbereich beim Aufheizen nur sehr langsam warm, was eine lange Regelstrecke bedeutet, mit der Folge, daß die Aus­ blastemperatur zu lange auf hohem Niveau gehalten und der Fahr­ zeuginnenraum überheizt werden kann. Des weiteren ist es im Heizbetrieb wegen der nach oben steigenden Raumluft erforder­ lich, die meiste Luft in den Fußraum zu blasen. Deshalb hat der Mittelkonsolenbereich bei durchwärmtem Fahrzeug eine zwischen der Kopfraum- und der Fußraumtemperatur liegende Temperatur, so daß der im Mittelkonsolenbereich positionierte Sensor auf Dauer zu warm wird und die Regeleinrichtung dazu veranlaßt, die Aus­ blastemperatur zurückzunehmen. Der Benutzer muß dann eine höhere Innenraumtemperatur einstellen, wobei dieser Wert dann bei einem nächsten Aufheizvorgang, z. B. am nächsten Morgen, anfangs zu hoch ist.

Zur Behebung der oben genannten Schwierigkeiten sind bereits In­ nenraumklimatisierungseinrichtungen der eingangs genannten Art vorgeschlagen worden, bei denen ein kopfraum- bzw. dachseitiger, erster Temperatursensor und ein fußraum- bzw. armaturenbrettsei­ tiger, zweiter Temperatursensor vorgesehen sind, die beide die Innenraumtemperatur an der betreffenden Stelle messen. Die bei­ den parallel erhaltenen Meßwerte werden dann gegebenenfalls un­ terschiedlich zur Gewinnung eines für den Klimatisierungsbetrieb relevanten Innenraumtemperaturwertes bewertet. Bei einer in der Patentschrift EP 0 130 528 B1 angegebenen Einrichtung dieser Art in Form einer Heiz- und/oder Klimaanlage erfolgt diese Bewertung in Abhängigkeit von der jeweiligen Außentemperatur, wobei der kopfraumseitige Sensor mit steigender Außentemperatur höher be­ wertet wird. Bei einer in der Offenlegungsschrift DE 39 04 800 A1 beschriebenen Einrichtung der gattungsgemäßen Art wird die Be­ wertung der Meßwerte der beiden unterschiedlich positionierten Innenraumtemperatursensoren in Abhängigkeit vom eingestellten Innenraumtemperatursollwert vorgenommen, wobei z. B. der kopf­ raumseitige Sensor bei höherem Innenraumtemperatursollwert stär­ ker als der fußraumseitige Sensor gewichtet wird.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer Innenraumklimatisierungseinrichtung der eingangs genannten Art zugrunde, die eine vergleichsweise komfortable Fahrzeugin­ nenraumklimatisierung unter den verschiedensten Bedingungen er­ möglicht.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bei dieser Einrichtung nimmt die Klimatisie­ rungssteuereinheit die Bewertung der von den beiden unterschied­ lich positionierten Temperatursensoren gemessenen Temperaturwer­ te zur Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innenraumtempera­ turwertes in Abhängigkeit der Stellung der den Zuluftkanälen der Klimatisierungseinrichtung zugeordneten Luftklappen vor. Damit läßt sich eine sehr zufriedenstellende Klimatisierungswirkung sowohl im Kühlbetrieb als auch im Heizbetrieb erzielen. So kann beispielsweise in denjenigen Betriebssituationen, in denen durch entsprechende Stellung der Luftklappen viel Luft durch armatu­ renbrettseitige Mitteldüsen direkt in den Fahrzeugdachbereich, d. h. den Kopfraumbereich, des Fahrzeuginnenraums ausgeblasen wird, der dachseitige Temperatursensor geringer gewichtet werden als der armaturenbrett- bzw. mittelkonsolenseitige Temperatur­ sensor, während in den Situationen mit überwiegender Luftzufuhr in den Fußraumbereich umgekehrt der dachseitige Temperatursensor stärker als der armaturenbrettseitige Sensor gewichtet werden kann.

Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Fahrzeuginnenraum- Klimatisierungseinrichtung stellt die Klimatisierungssteuerein­ heit die Stellung der Luftklappen selbsttätig in Abhängigkeit von der Temperatur der in den Innenraum ausgeblasenen Luft ein, und gleichzeitig nimmt sie die Bewertung der von den beiden Tem­ peratursensoren gemessenen Temperaturwerte zur Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innenraumtemperaturwertes in Abhängig­ keit von dieser Ausblastemperatur und damit wieder in Abhängig­ keit von den Luftklappenstellungen vor.

Bei einer nach Anspruch 3 weitergebildeten Fahrzeuginnenraum- Klimatisierungseinrichtung ist für die Bewertung der beiden Tem­ peratursensoren ein Bewertungsbereich gewählt, der in Abhängig­ keit von der Außentemperatur variabel vorgegeben wird, d. h. die Bereichsendwerte variieren mit der Außentemperatur gemäß einer vorgebbaren Beziehung. Beispielsweise kann für einen Außentempe­ raturbereich, der weder einen Heiz- noch einen Kühlbetrieb er­ fordert, eine gleich starke Bewertung der beiden Temperatursen­ soren, d. h. ein punktförmiger Bewertungsbereich mit dem Gewich­ tungspunkt 0,5 vorgesehen sein, von dem aus sich der Bewertungs­ bereich bei niedrigeren und höheren Außentemperaturen jeweils stetig aufweitet. Die Bewertung jedes der von den beiden Tempe­ ratursensoren gelieferten Temperaturwerte erfolgt dann in Abhän­ gigkeit von den Luftklappenstellungen im Rahmen dieses jeweils von der Außentemperatur bestimmten Bewertungsbereiches.

Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnun­ gen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zei­ gen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Fahrzeuginnen­ raum-Klimatisierungseinrichtung in Form einer Fahrzeug­ klimaanlage mit zwei Innenraumtemperatursensoren,

Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der unterschiedli­ chen Bewertung der beiden Innenraumtemperatursensoren von Fig. 1 in Abhängigkeit von der die Stellungen von Luftklappen der Klimaanlage bestimmenden Ausblastempe­ ratur,

Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der unterschiedli­ chen Bewertung der beiden Temperatursensoren von Fig. 1 in Abhängigkeit von den Stellungen manuell verstellba­ rer Luftklappen und

Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des von der Ausblas­ temperatur abhängig gewählten Bereiches für die Bewer­ tung gemäß der Fig. 2 und 3.

Die in Fig. 1 gezeigte Fahrzeugklimaanlage weist als zentrale Komponente ein Klimagerät auf, in das eine Klimatisierungssteu­ ereinheit (1) integriert ist. Die Klimatisierungssteuereinheit (1) regelt die Innenraumklimatisierung durch Steuerung der Heiz- und Kühlkomponenten der Klimaanlage, eines oder mehrerer Luftge­ bläse sowie einer Mehrzahl von Luftklappen, die sich in Zuluft­ kanälen, welche an verschiedenen Stellen in den Fahrzeuginnen­ raum einmünden, angeordnet sind und von denen in Fig. 1 stell­ vertretend zwei (2a, 2b) explizit dargestellt sind.

Mittels der verschiedenen Zuluftkanäle und der zugeordneten Luftklappen (2a, 2b) kann die klimatisierende Luft variabel in unterschiedliche Bereiche des Fahrzeuginnenraums ausgeblasen werden, insbesondere gezielt in den Fußraum- oder in den Kopf­ raumbereich. Die Klimatisierungssteuereinheit (1) regelt dabei die Fahrzeuginnenraumtemperatur auf einen gewünschten Wert ein. Um dies für die Fahrzeuginsassen in einer möglichst angenehmen Weise zu erreichen, beinhaltet die Klimaanlage einen ersten, im Fahrzeugdachbereich angeordneten Temperatursensor (3a) und einen zweiten, im Armaturenbrettbereich bzw. im Mittelkonsolenbereich angeordneten Temperatursensor (3b). Der armaturenbrettseitige Sensor (3b) kann beispielsweise im Klimagerät, insbesondere in einer Bedieneinheit der Klimaanlage integriert sein.

Mit dem dachseitigen Temperatursensor (3a) wird schwerpunktmäßig die Innenraumtemperatur (T_K) im Kopfraumbereich gemessen, während der armaturenbrettseitige Temperatursensor (3b) schwerpunktmäßig die Innenraumtemperatur (T_F) im Fußraumbereich erfaßt. Aus den von diesen beiden Temperatursensoren (3a, 3b) zugeführten beiden Temperaturwerten (T_K, T_F) gewinnt die Klimatisierungssteuerein­ heit (1) durch eine nachfolgend näher erläuterte Bewertung einen klimatisierungsrelevanten Innenraumtemperaturwert (T_I), d. h. den­ jenigen Temperaturwert, der als Regelgrößenmeßwert für die In­ nenraumtemperaturregelung verwendet wird. Zusätzlich zu diesen Innenraumtemperaturinformationen er­ hält die Klimatisierungssteuereinheit (1) eine Information über die jeweilige Außentemperatur von einem zugehörigen Außentempe­ ratursensor (4). Die Bewertung der beiden Temperaturwerte (T_K, T_F) zur Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innenraumtempera­ turwertes (T_I) erfolgt durch die Klimatisierungssteuereinheit (1) additiv nach folgender Beziehung:

T_I=x·T_F+(1-x)·T_K,

mit einem zwischen null und eins liegenden Gewichtungsfaktor x.

Die Fig. 2 und 3 zeigen den Verlauf des Bewertungsfaktors für den armaturenbrettseitigen Sensor, der durch den Gewichtsfaktor x selbst gebildet ist, sowie den hierzu bezüglich des Gleichge­ wichtungswertes 0,5 spiegelsymmetrischen Verlauf des Bewertungs­ faktors (1-x) für den dachseitigen Sensor. Die Bewertung erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Zuluftverteilung, d. h. von den Stellungen der verschiedenen Luftklappen. Bei derjenigen Ausle­ gung der Klimaanlage, für welche das Bewertungsdiagramm von Fig. 2 Verwendung findet, wird die Luftverteilung selbsttätig in Ab­ hängigkeit von der Ausblastemperatur (T_Z), d. h. von der Tempera­ tur der in den Fahrzeuginnenraum durch die Klimaanlage ausgebla­ senen Luft, bestimmt. Die Ausblastemperatur (T_Z) kann folglich in diesem Fall als die Stellungen der Luftklappen repräsentierende Größe verwendet werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, ohne daß die Luftklappenstellungen anderweitig erkannt werden müssen. Dabei variiert die Luftverteilung mit sich ändernder Ausblastem­ peratur (T_Z) dahingehend, daß für niedrige Ausblastemperaturen eine vermehrte Belüftung des Kopfraumbereichs und für hohe Aus­ blastemperaturen eine vermehrte Luftzufuhr in den Fußraumbereich vorgenommen wird.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegt der Bewertungsfaktor (x) für den armaturenbrettseitigen Temperatursensor unterhalb einer un­ teren Temperaturschwelle (T_u) auf einem zwischen 0,5 und 1 lie­ genden Maximalwert (x_max) und fällt zwischen der unteren (T_u) und einer oberen Temperaturschwelle (T_o) linear auf einen Minimalwert (x_min) zwischen 0 und 0,5 ab, auf dem er für Ausblastemperaturen größer als die obere Temperaturschwelle (T_o) verbleibt. Spiegel­ bildlich dazu liegt der Bewertungsfaktor (1-x) für den dachsei­ tigen Temperatursensor unterhalb der unteren Temperaturschwelle (T_u) auf dem Minimalwert (x_min) und steigt zwischen der unteren (T_u) und der oberen Temperaturschwelle (T_o) auf den Maximalwert (x_max) an, auf dem er für höhere Ausblastemperaturen verbleibt. Es versteht sich, daß zwischen dem Minimalwert (x_min) und dem Ma­ ximalwert (x_max) die Beziehung x_min=1-x_max gilt. Die untere Tempe­ raturschwelle (T_u) kann z. B. bei etwa 0°C und die obere Tempera­ turschwelle (T_o) bei etwa 40°C liegen. Durch diese Bewertung der beiden Temperatursensoren wird bei höherer Ausblastemperatur (T_Z) und damit stärkerer Temperaturschichtung im Innenraum der dach­ seitige Temperatursensor zunehmend stärker bewertet als der ar­ maturenbrettseitige Sensor.

Fig. 3 veranschaulicht ein Bewertungsdiagramm, das sich für eine Klimaanlage eignet, bei der eine manuelle Verstellung der Luft­ klappen vorgesehen ist. Die Bewertung der beiden Temperatursen­ soren in Abhängigkeit von den Luftklappenstellungen beinhaltet in diesem Fall die Erkennung der Luftklappenstellungen anhand der Stellung eines Bedienelementes zur manuellen Luftklappenein­ stellung, dessen Bediensymbole im Diagramm von Fig. 3 auf der Abszisse abgetragen sind. Der jeweilige Verlauf der beiden Be­ wertungsfaktoren für die Temperatursignale des dachseitigen Sen­ sors einerseits und des armaturenbrettseitigen Sensors anderer­ seits entspricht genau demjenigen von Fig. 2 unter Beachtung des dortigen Zusammenhangs zwischen der Ausblastemperatur (T_Z) und der dazugehörigen, selbsttätig bewirkten Luftklappeneinstellun­ gen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, steigt der Bewertungsfaktor (1-x) für den dachseitigen Temperatursensor mit zunehmender Luftzufuhr in den Fußraum an, während der Bewertungsfaktor (x) für den armaturenbrettseitigen Temperatursensor mit zunehmender Kopfraumbelüftung über armaturenbrettseitige Mitteldüsen an­ steigt.

Es hat sich gezeigt, daß eine besonders gute Innenraumklimati­ sierung dadurch erreicht werden kann, daß der Minimalwert (x_min) und der Maximalwert (x_max) der Bewertung nicht fest vorgegeben, sondern in Abhängigkeit von der jeweils momentanen Außentempera­ tur variabel gewählt werden. Fig. 4 zeigt ein vorteilhaftes Bei­ spiel einer solchen variablen Festlegung des Bewertungsberei­ ches, der nach oben vom Maximalwert (x_max) und nach unten vom Mi­ nimalwert (x_min) begrenzt ist. Dort ist der vorgegebene Verlauf des Maximalwertes (x_max) in Abhängigkeit von der Außentemperatur (T_A) angegeben, wobei dadurch gleichzeitig die Abhängigkeit des Minimalwertes (x_min) von der Außentemperatur (T_A) über die Bezie­ hung x_min=1-x_max festgelegt ist.

Wie aus Fig. 4 zu erkennen, haben der Maximalwert (x_max) und der Minimalwert (x_min) bei Außentemperaturen zwischen 17°C und 23°C, bei denen typischerweise weder geheizt noch gekühlt wird, beide denselben Wert 0,5. Dies hat zur Folge, daß bei diesen Außentem­ peraturen (T_A) eine die Temperaturwerte der beiden Temperatursen­ soren gleich stark gewichtende Bewertung stattfindet, bei der sich der klimatisierungsrelevante Innenraumtemperaturwert je zur Hälfte aus den von diesen beiden Sensoren gemessenen Temperatur­ werten zusammensetzt, und zwar für beliebige Luftklappenstellun­ gen bzw. Ausblastemperaturen. Für Außentemperaturen (T_A) kleiner als 17°C steigt der Bewertungsmaximalwert (x_max) zunächst linear an, bis er bei einem Außentemperaturwert von 10°C einen Be­ reichsmaximalwert (C) erreicht, der typischerweise zwischen etwa 0,7 und 0,8 liegt. Entsprechend weitet sich der zugehörige Be­ wertungsbereich auf, innerhalb welchem dann die Temperatursenso­ ren in Abhängigkeit von den Luftklappenstellungen entsprechend der Diagramme der Fig. 2 und 3 unterschiedlich bewertet wer­ den. Bei Außentemperaturen (T_A) unterhalb von 10°C bleibt dann die Bewertungsintervallänge konstant. Eine analoge Abhängigkeit des Bewertungsbereichs von der Außentemperatur (T_A) wird für Au­ ßentemperaturen größer als 23°C vorgegeben. Mit zunehmender Au­ ßentemperatur (T_A) weitet sich hier der Bewertungsbereich wieder linear auf, bis der Bewertungsmaximalwert (x_max) bei einer Außen­ temperatur von 30°C den Bereichsmaximalwert (C) erreicht und für größere Außentemperaturen dort verbleibt.

Mit dieser Maßnahme erfolgt somit in den Betriebssituationen, in welchen nicht geheizt und nicht gekühlt wird, d. h. bei Außentem­ peraturen um ca. 20°C, eine Mittelung der Temperaturwerte (T_K, T_F) der beiden Temperatursensoren (3a, 3b), wobei es sich er­ weist, daß dies zu einer guten Regelgüte führt. Bei demgegenüber höheren oder niedrigeren Außentemperaturen (T_A) werden hingegen die beiden Temperatursensoren (3a, 3b) unterschiedlich bewertet, und zwar in Abhängigkeit von den Luftklappenstellungen und in einem zunächst mit höher bzw. niedriger werdender Außentempera­ tur zunehmenden Maß. Dabei hat es sich gezeigt, daß es günstig ist, selbst bei sehr hoher bzw. sehr niedriger Außentemperatur die Bewertung des schwächer gewichteten Sensors nicht ganz auf null zu reduzieren, sondern einen gewissen Mindesteinfluß beizu­ behalten, was in Fig. 4 dadurch zum Ausdruck kommt, daß der Be­ wertungsmaximalwert (x_max) nicht bis zum Wert 1 ansteigt, sondern nur bis zu dem Bereichsmaximalwert (C), der kleiner als 1 und größer als 0,5 ist.

Die vorstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele zeigt, daß die erfindungsgemäße Fahrzeuginnenraum-Klima­ tisierungseinrichtung die Vorteile einer dachseitigen Positio­ nierung eines Innenraumtemperatursensors im Heizbetrieb mit den­ jenigen einer armaturenbrettseitigen Positionierung desselben im Kühlbetrieb kombiniert. Es wird eine spürbare Verbesserung des Klimatisierungskomforts bewirkt, da die Innenraumtemperaturrege­ lung durch Verstellungen der Luftklappen, d. h. durch die Luft­ verteilung der in den Innenraum ausgeströmten Luft, nicht beein­ flußt wird.

Claims (4)

1. Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtung mit

• - einem im Fahrzeugdachbereich angeordneten, ersten Innenraum­ temperatursensor (3a),
• - einem im Armaturenbrett angeordneten, zweiten Innenraumtempe­ ratursensor (3b),
• - mehreren Zuluftkanälen mit zugeordneten Luftklappen (2a, 2b) zur variablen Innenraumzuluftverteilung und
• - einer Klimatisierungssteuereinheit (1) zur Steuerung oder Re­ gelung der Klimatisierung in Abhängigkeit von einem durch Bewer­ tung der von den beiden Temperatursensoren gelieferten Tempera­ turwerte (T_K, T_F) gewonnenen, klimatisierungsrelevanten Innen­ raumtemperaturwert (T_I),

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Klimatisierungssteuereinheit (1) die Bewertung der von den beiden Temperatursensoren (3a, 3b) gemessenen Temperaturwer­ te (T_K, T_F) zur Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innen­ raumtemperaturwertes (T_I) in Abhängigkeit von der Stellung der Luftklappen (2a, 2b) vornimmt.

2. Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtung nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Klimatisierungssteuereinheit (1) selbsttätig die Luftklappen (2a, 2b) in Abhängigkeit von der Ausblastemperatur (T_Z) der in den Innenraum ausgeblasenen Luft einstellt und die von den Luft­ klappenstellungen abhängige Bewertung der von den beiden Tempe­ ratursensoren (3a, 3b) gemessenen Temperaturwerte (T_K, T_F) zur Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innenraumtemperaturwer­ tes (T_I) anhand der die Luftklappenstellungen repräsentierenden Ausblastemperatur (T_Z) vornimmt.

3. Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die Klimatisierungssteuereinheit (1) die Bewertung der von den beiden Temperatursensoren (3a, 3b) gemessenen Temperaturwerte (T_K, T_F) zur Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innenraum­ temperaturwertes (T_I) in Abhängigkeit von den Luftklappenstellun­ gen innerhalb eines in Abhängigkeit von der Außentemperatur (T_A) vorgegebenen Bewertungsbereiches ([1-x_max, x_max]) vornimmt.