DE19634566A1 - Vorrichtung zur Steuerung von Luftführungselementen eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung von Luftfüh­ rungselementen eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Pa­ tentanspruchs 1.

Aus der DE 44 14 594 A1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung von Luft­ führungselementen eines Fahrzeugs mit einer Steuereinheit bekannt die in Abhängigkeit von dem Verlauf des die Schadstoffkonzentration der Außenluft repräsentierenden Sensorsignals eines Schadgassensors ein Schaltsignal erzeugt, das die Luftführungselemente von einer Frischluftbetriebsstellung in eine Umluftbetriebsstellung umschal­ tet. Zum einen erfolgt eine Umschaltung in den Umluftbetrieb, wenn die zeitliche Änderung des Sensorsignals einen vorgegebenen Wert überschreitet, so daß die Steuereinheit auf schnelle Änderungen der Schadstoffkonzentration reagiert. Zum anderen wird ein Schaltsignal erzeugt, wenn das momentane Sensorsignal einen festgelegten Diffe­ renzwert von einem Durchschnittswert des Sensorsignals überschrei­ tet, so daß auch eine langsame zeitliche Änderung der Schadstoffkon­ zentration berücksichtigt werden kann. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß die Ermittlung des Schaltsignals nicht an die jeweilige von der Schadstoffkonzentration der Umgebungsluft abhän­ gige Situation angepaßt ist. Dadurch, daß der Differenzwert, bei dessen Überschreiten das Schaltsignal erzeugt wird, auf einen be­ stimmten Wert festgelegt ist, wird die Schaltschwelle unabänderlich festgelegt.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Steuerung von Luftführungselementen anzugeben, so daß eine Anpassung des Schaltverhaltens von einer Frischluftstellung der Luftführungsele­ mente in eine Umluftstellung derselben und vice versa an die Fahrsi­ tuation bzw. an die durchschnittliche Schadstoffbelastung der Umge­ bung gewährleistet ist.

Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 auf.

Nach der Erfindung erfolgt die Umschaltung von dem Frischluftbetrieb in den Umluftbetrieb, sobald die Abweichung des Sensorsignals von einem Vergleichswert einen Differenzwert erreicht, der variabel vor­ gegeben ist, und zwar in Abhängigkeit von dem Vergleichswert. Dies ermöglicht eine Anpassung des Schaltverhaltens an die Fahrsituation bzw. an die durchschnittliche Schadstoffbelastung der Umgebung. Vor­ teilhaft läßt sich dadurch in bestimmten Fahrsituationen die Emp­ findlichkeit der Steuereinheit verringern, so daß störendes Umschal­ ten von dem Frischluftbetrieb in den Umluftbetrieb und vice versa infolge schnellwechselnder relativer Schadstoffmaxima und -minima vermieden wird.

Nach einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Diffe­ renzwert derart verstellt, daß er in einem Gebiet höherer Schadstoffkonzentration einen höheren Wert und in Gebieten niedrige­ rer Schadstoffkonzentration einen kleineren Wert einnimmt. Auf diese Weise werden die oftmaligen Schaltwechsel in einem Gebiet hoher Schadstoffkonzentration, beispielsweise in einem Stadtgebiet, auf ein Mindestmaß verringert. Die dabei auftretende geringere Empfind­ lichkeit der Steuereinheit kann in Kauf genommen werden, weil sich der Körper der Fahrzeuginsassen in Städten bzw. Ballungszentren an die höhere Schadstoffbelastung in solchen Gebieten gewöhnt hat und daher die vergleichsweise höhere Schadstoffbelastung im Fahrzeugin­ nenraum subjektiv nicht als störend wahrnimmt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung erhöht sich der Differenzwert bei der Umschaltung von dem Frischluftbetrieb in den Umluftbetrieb um eine Stufe, wohingegen er während des Frischluftbetriebes nach und nach in den gleichen Zeitabständen verringert wird. Dies kann auf einfache Weise hardwaremäßig unter Zuhilfenahme eines Zeitglie­ des oder softwaremäßig unter Zuhilfenahme eines Zählprogrammes ver­ wirklicht werden. Auf diese Weise wird den störenden kurzzeitigen Umschaltpunkten in den Umluftbetrieb durch eine verringerte Empfind­ lichkeit entgegengewirkt. Neben der Abhängigkeit der Empfindlichkeit von der Zahl der Umschaltpunkte in den Umluftbetrieb kann diese al­ ternativ auch in Abhängigkeit von der Zeit erfolgen.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung wird der Anstieg bzw. der Ab­ fall des Differenzwertes durch Vorgabe eines Maximal-Differenzwertes bzw. eines Minimal-Differenzwertes begrenzt. Hierdurch läßt sich der Bereich, innerhalb dessen die Empfindlichkeit der Steuereinheit va­ riieren darf, festlegen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß, wenn nach Ablauf einer maximalen Umluftzeit ein sprunghafter Anstieg der Schadstoffkonzentration detektiert wird, die maximale Umluftzeitdauer um ein Verlängerungszeitintervall ausgedehnt wird. Hierdurch erfolgt eine gezielte Verlängerung des Umluftbetriebes. Die Dauer des Verlängerungszeitintervalls wird derart gewählt, daß ein Scheibenbeschlag nur bei ungünstigen Bedingungen, beispielsweise bei sehr feuchter Luft oder bei sehr niedrigen Temperaturen, auftre­ ten kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Eine Zusammenschaltung der erfindungsgemäßen Vor­ richtung mit einem Schadgassensor und einem Luft­ führungselement,

Fig. 2 der Verlauf eines Sensorsignals und eines berech­ neten Vergleichswertes über die Zeit,

Fig. 3 der Verlauf eines Sensorsignals, eines Vergleichs­ wertes und eines Differenzwertes über die Zeit und der Verlauf der davon abhängigen Umschaltzeit­ punkte für den Umluftbetrieb,

Fig. 4 Darstellung der maximalen Umluftzeit t_max in Ab­ hängigkeit von der Außenlufttemperatur T_A,

Fig. 5 Verlauf eines Sensorsignals und eines Vergleichs­ wertes für den Fall der maximalen Dauer des Um­ luftbetriebes,

Fig. 6 der Verlauf eines Sensorsignals und eines Ver­ gleichswertes, wobei am Ende der maximalen Zeit­ dauer des Umluftbetriebs ein sprungförmiger An­ stieg des Sensorsignals auftritt und

Fig. 7 der zeitliche Verlauf eines Vergleichswertes bei sprunghaftem Anstieg eines Sensorsignals.

Fig. 1 zeigt eine Sensorschaltung mit einer Steuereinheit 1 auf, die einen integrierten Analog/Digital-Wandler 2 am Eingang derselben aufweist. Die Steuereinheit 1 wird von einer Spannungsquelle mit ei­ nem positiven Anschluß 3 und einem negativen Anschluß 4 gespeist. Eingangsseitig ist die Steuereinheit 1 mit einem Schadgassensor 5 elektrisch verbunden. Der Schadgassensor 5 besteht aus einem schadstoffabhängigen Widerstand R₅ und einem zu diesem in Reihe ge­ schalteten Widerstand R₁, dessen Spannungsabfall als Sensorsignal S an dem Eingang der Steuereinheit 1 anliegt. Ein Heizwiderstand ist zu den Widerständen R₅, R₁ parallel geschaltet. In der Steuereinheit 1 wird das Sensorsignal S weiterverarbeitet, so daß am Ausgang der Steuereinheit 1 ein Stellsignal 9 an einem Luftführungselement 10 zur Umschaltung desselben in einen Umluftbetrieb bzw. einen Frischluftbetrieb anliegt. Zur Umschaltung des Luftführungselements 10 dient ein nicht dargestellter Schrittmotor oder eine Unterdruck-Dose. Das Luftführungselement 10 ist vorzugsweise als eine Luft­ klappe ausgebildet, die im Bereich eines Eingangs einer Heiz- oder Klimaanlage angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt den Verlauf des Sensorsignals S und eines in der Steuereinheit 1 berechneten Vergleichswertes V. Der Vergleichswert V wird nach folgender mathematischer Formel in Zeitintervallen be­ rechnet:

wobei V_δ+ 1 = neuer Vergleichswert zur Zeit t_{δ +1},
V_δ = alter Vergleichswert zur Zeit t_δ,
S_δ = Sensorsignal zur Zeit t_δ und
K = Divisionsfaktor.

Damit der neue Vergleichswert V_{δ +1} nach jedem Zeitintervall neu berechnet werden kann, weist die Steuereinheit 1 einen Mikrocontrol­ ler mit einem Mikroprozessor auf, in dem ein Rechenprogramm gespei­ chert ist zur fortlaufenden Berechnung des Vergleichswertes V.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, folgt der Vergleichswert V dem Sen­ sorsignal S mit Verzögerung. Das intergrale Verhalten des Ver­ gleichswertes V ergibt sich besonders deutlich aus dem Diagramm in Fig. 7. Dort ist der Verlauf des Vergleichswertes V bei sprunghaftem Anstieg des Sensorsignals S von einem Wert 2,5 auf einen Wert 3,5 dargestellt. Bei einer Wahl der Konstanten K = 50 und einem Zeitin­ tervall D_δ = 1 s erreicht der Vergleichswert V das Sensorsignal S etwa nach einer Zeit von 150 s.

Fig. 3 zeigt den Verlauf eines Sensorsignals S für die Fahrt eines Fahrzeugs durch ein Gebiet hoher Schadstoffkonzentration und einem nachfolgenden Gebiet niedrigerer Schadstoffkonzentration der Umge­ bungsluft. Die gestrichelte Kurve zeigt den Verlauf des Vergleichs­ wertes V, der sich nach der oben beschriebenen Formel berechnet. Weiterhin ist der Verlauf eines Differenzwertes δP angegeben, der in einem Gebiet höherer Schadstoffkonzentration einen größeren Wert und in einem Gebiet niedrigerer Schadstoffkonzentration einen kleineren Wert annimmt. Nach Addition dieses Differenzwertes δP mit dem Ver­ gleichswert V ergibt sich die Schaltschwelle für die Umschaltung in den Umluftbetrieb, so daß nach Überschreiten der Schaltschwelle durch das Sensorsignal S in den Umluftbetrieb geschaltet wird. Durch Subtraktion des Differenzwertes δP von dem Vergleichswert V ergibt sich die Schaltschwelle für die Umschaltung in den Frischluftbe­ trieb, so daß nach Unterschreitung dieser Schaltschwelle durch das Sensorsignal S von dem Umluftbetrieb in den Frischluftbetrieb ge­ schaltet wird. Der Mikrocontroller der Steuereinheit 1 erhöht den Differenzwert δP mit jeder Umschaltung in den Umluftbetrieb um einen konstanten Wert, so daß mit steigender Umschaltzahl in den Umluftbe­ trieb die Empfindlichkeit sinkt und daher der störenden kurzzeitigen Umschaltung entgegengewirkt wird. Ferner weist der Mikrocontroller ein Programm auf, das die regelmäßige Verringerung des Dif­ ferenzwertes δP während des Frischluftbetriebes andererseits ermög­ licht. Die Veränderung des Differenzwertes δP erfolgt vorzugsweise durch ein Zeitablaufprogramm, das nach festgesetzten bzw. vorgebba­ ren Zeitabschnitten eine Verringerung des Differenzwertes δP zur Folge hat. Alternativ kann auch eine hardwaremäßige Zeitgeberschal­ tung mit Zeitgliedern vorgesehen sein, die in regelmäßigen Zeitab­ ständen eine Verringerung des Differenzwertes δP ermöglicht. Alter­ nativ kann die Erhöhung des Differenzwertes δP auch in Abhängigkeit von der Umluftzeit erfolgen.

Die geringere Empfindlichkeit der Steuerschaltung während der Fahrt durch ein Gebiet höherer Schadstoffkonzentration verringert insbe­ sondere die Zahl der Umschaltungen von Frischluft- in den Umluftbe­ trieb und vice versa. Dies bedeutet für die Fahrzeuginsassen einen höheren Komfort, ohne daß die Schadstoffbelastung innerhalb des Fahrzeugs wesentlich erhöht wird. Vorteilhaft kann bei der softwaremäßigen Einstellung die Höhe des Anstiegs bzw. des Abstiegs des Differenzwertes δP je nach den Bedürfnissen verändert werden, beispielsweise bei einer Inspektion in einer Werkstatt. Weiterhin ist auch ein maximaler Differenzwert δP_max und ein minimaler Diffe­ renzwert δP_min vorgegeben, die den Bereich angeben, innerhalb dessen der Differenzwert δP veränderbar ist. Dabei ist für den minimalen Differenzwert δP_min ein solcher Wert vorgesehen, daß bei Fahrt durch ein Gebiet mit geringer Schadstoffbelastung schon ein geringes Über­ schreiten des Vergleichswertes V durch das Sensorsignal S in den Um­ luftbetrieb geschaltet wird, siehe letztes Maximum des Sensorsignals S in Fig. 3.

Wie aus dem Diagramm gemäß Fig. 4 zu ersehen ist, erfolgt die Um­ luftschaltung in Abhängigkeit von der Außentemperatur T_A. Mit abneh­ mender Außentemperatur T_A verringert sich die maximale Umluftzeit t_max. Ist das Sensorsignal S - siehe Fig. 5 - über das gesamte Zei­ tintervall T_max höher als der um den Differenzwert δP addierte Ver­ gleichswert V, schaltet die Steuereinheit 1 das Luftführungselement 10 in die Frischluftstellung. Für ein nachfolgendes Zeitintervall t_min, das beispielsweise 30 s betragen kann, wird der Frischluftbe­ trieb aufrechterhalten, damit ein Beschlagen der Windschutzscheibe verhindert wird. Nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird das Sensorsignal S nach Ablauf des Zeitintervalls t_max mit dem um δP_max erhöhten Vergleichswert V verglichen und für den Fall, daß der Sensorsignalwert S den letzteren Wert übersteigt der Umluftbetrieb für ein Verlängerungszeitintervall t_x verlängert. Auf diese Weise kann noch ein hohes Maximum des Sensorsignals S am Ende des Zeitin­ tervalls t_max berücksichtigt werden, wobei die Zeitdauer des Verlän­ gerungsintervalls t_x derart gewählt ist, daß ein Beschlagen der Windschutzscheibe mit hoher Wahrscheinlichkeit vermieden wird. Bei einem länger andauernden Maximum des Signals S wird spätestens nach Ablauf der Verlängerungszeitintervalls t_x in den Frischluftbe­ trieb geschaltet.

Claims (11)

1. Vorrichtung zur Steuerung von Luftführungselementen eines Fahrzeugs mit einem Schadgassensor zur Detektion der Schadstoffkonzentration der Außenluft und mit einer Steuerein­ heit, die in Abhängigkeit von der Schadstoffkonzentration der Außenluft ein Luftführungselement derart steuert, daß bei Ab­ weichung des Sensorsignals von einem vorgegebenen Vergleichs­ wert um einen Differenzwert ein Schaltsignal erzeugt wird zur Umschaltung des Luftführungselements von einer Frischluftstel­ lung in eine Umluftstellung, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzwert (δP) fortlaufend in Abhängigkeit von der Höhe des Vergleichswertes (V) einstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzwert (δP) mit einem höheren Vergleichswert (V) anstei­ gend und mit einem niedrigeren Vergleichswert (V) abnehmend einstellbar ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzwert (δP) in festgelegten Zeitintervallen stufenweise erhöht bzw. verringert wird.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Differenzwert (δP) in einem Be­ reich zwischen einem vorgegebenen maximalen Differenzwert (δP_max) und einem minimalen Differenzwert (δP_min) variabel ver­ stellbar ist.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß der Differenzwert (δP) in Abhängig­ keit von einer Umluftbetriebsphase regelmäßig um einen festge­ legten Wert erhöht und in Abhängigkeit von einer Frischluft­ phase um einen festgelegten Wert in regelmäßigen Zeitabständen erniedrigt wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzwert (δP) zum Umschaltzeitpunkt von dem Frischluftbe­ trieb in den Umluftbetrieb auf einen während des Umluftbetrie­ bes konstanten Wert erhöht wird.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß der Vergleichswert (V) aus dem Sen­ sorsignal (S) rechnerisch ermittelbar ist, wobei der Verlauf des Vergleichswertes (V) einen integralen Anteil aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichswert (V) nach jedem Zeitintervall aus dem vorherge­ henden Vergleichswert (V) und dem Sensorsignal (S) berechenbar ist, wobei ein Proportionalitätsfaktor derart gewählt ist, daß der Vergleichswert (V) mit einer Zeitverzögerung den Wert des Sensorsignals (S) erreicht.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (1) einen Mikropro­ zessor aufweist, der nach einem Rechenprogramm den Differenz­ wert (δP) in festgelegten Zeitintervallen um einen vorgegebenen Wert erhöht oder verringert.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, da­ durch gekennzeichnet, daß das Luftführungselement (10) späte­ stens nach ein nach maximaler Umluftzeitdauer (t_max), die von der Außenlufttemperatur T_A abhängig ist, umgeschaltet wird in den Frischluftbetrieb.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (1) zum Zeitpunkt der maximalen Umluftzeitdauer (t_max) das Sensorsignal (S) mit dem um den Differenzwert (δP) erhöhten Vergleichswert (V) vergleicht und für den Fall, daß dieser Wert von dem Sensorsignal (S) überschritten ist, die Um­ luftzeitdauer (t_max) um eine vorgegebene Verlängerungszeit (t_x) verlängert wird.