DE19637232A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Steuerung von Luftführungselementen eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steue­ rung von Luftführungselementen eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. des Patentanspruchs 5.

Aus der DE 195 09 495 C1 ist eine Vorrichtung zur Steuerung von Luftführungselementen eines Fahrzeugs bekannt, die in Abhängigkeit von Zustandsbedingungen das Luftführungselement von einem Frischluftbetrieb in einen Umluftbetrieb und umgekehrt schaltet. Die Umschaltung erfolgt in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur und dem Betriebszustand der Klimaanlage. Mittels einer Vielzahl von Zeitgliedern erfolgt abhängig von den Zustandsbedingungen jeweils in festgelegten Zeitintervallen abwechselnd ein Umluft- und ein Frischluftbetrieb. Nachteilig an der bekannten Vorrichtung ist, daß die Umschaltung von dem Frischluftbetrieb in den Umluftbetrieb und umgekehrt nicht in Abhängigkeit von allen relevanten Zustandsbedin­ gungen abhängig ist. Ferner erfolgt lediglich eine Umschaltung des Luftführungselements von einer Endstellung in eine entgegengesetzte Endstellung, so daß keine Zwischenstellungen vorgesehen sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Steuerung von Luftführungselementen eines Fahrzeugs auszubilden, daß ein Höchstmaß an Luftreinheit in dem Fahrzeuginnenraum gewährleistet ist, wobei ein Scheibenbeschlag vermieden wird.

Zur Lösung der Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Pa­ tentanspruchs 1 und des Patentanspruchs 5 auf.

Ein Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, daß eine Um­ schaltung von einem Frischluftbetrieb in einen Umluftbetrieb oder umgekehrt in Abhängigkeit von einem Feuchtesignal eines im Fahr­ zeuginnenraum angeordneten Feuchtesensors erfolgt. Wird von dem Feuchtesensor ein maximal er Feuchtewert im Fahrzeuginnenraum detek­ tiert, erfolgt eine Umschaltung von dem Umluftbetrieb in den Frischluftbetrieb, so daß das Beschlagen der Scheiben vermieden wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung kann das Luftführungselement in einer Zwischenstellung gehalten sein, so daß einerseits Frischluft und andererseits Umluft in den Fahrzeuginnenraum strömen kann. Hierdurch wird eine weitgehende Anpassung an die Wohlbefind­ lichkeitsbedürfnisse der Fahrzeuginsassen geschaffen, wobei ein Kom­ promiß geschlossen wird zwischen der Luftgüte und der Feuchtigkeit in dem Fahrzeuginnenraum. Vorteilhaft wird bei fortwährender hoher Schadstoffbelastung das Luftführungselement von einer Umluftstellung in eine Zwischenstellung gebracht, in der sich der dem Fahrzeugin­ nenraum zugeführte Luftstrom aus einem kleinen Frischluftanteil und einem großen Umluftanteil zusammensetzt. Diese Verstellung des Luft­ führungselements erfolgt, sobald das von dem Feuchtesensor erzeugte Feuchtesignal derart angestiegen ist, daß mit einem Beschlagen der Scheiben zu rechnen ist. Somit kann auch bei länger andauernder ho­ her Schadstoffkonzentration der Umgebungsluft zum einen ein Beschla­ gen der Scheiben vermieden und zum anderen die Schadstoffbelastung für die Fahrzeuginsassen auf ein Minimum reduziert werden.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Feuchte des Fahr­ zeuginnenraums in einem schadstofffreien Gebiet auf einen das Wohl­ befinden der Fahrzeuginsassen fördernden Soll-Feuchtewert geregelt. Diese Feuchteregelung wirkt auf die Stellung des Luftführungsele­ ments ein und bewirkt eine solche Stellung desselben, daß beispiels­ weise durch Erhöhung des feuchten Umluftanteils und einer Verringe­ rung des relativ trockenen Frischluftanteils ein plötzliches Absin­ ken des Feuchtewertes ausgeglichen wird. Die Feuchteregelung dient neben der Vermeidung des Scheibenbeschlags auch zur Erhöhung des Wohlbehagens der Fahrzeuginsassen.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Steuereinheit vorge­ sehen, die einen Mikroprozessor und einen Speicher aufweist, in dem ein Steuerprogramm gespeichert ist. Mittels des Steuerprogramms läßt sich auf einfache Weise eine feuchte- und schadstoffabhängige Steue­ rung des Luftführungselements verwirklichen.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Un­ teransprüchen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Ein Blockschaltbild einer Steuerschaltung für ein Luftführungselement,

Fig. 2 ein Diagramm über den zeitlichen Verlauf einer Schadstoffkonzentration S, einer Feuchte Φ und der Stellung des Luftführungselements,

Fig. 3 Darstellung der funktionalen Abhängigkeit der Stellung des Luftführungselements in Abhängigkeit von der Feuchte Φ,

Fig. 4 ein Programmablaufplan einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung und

Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Regelschaltung für die Innenraumfeuchte.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steuerung eines als Umluft-/Frischluft-Klappe 1 ausgebildeten Luftführungsele­ mentes dargestellt. Die Umluft-/Frischluft-Klappe 1 ist durch einen nicht dargestellten Schrittmotor in einer beliebigen Lage zwischen einer ersten Endstellung, in der ausschließlich Umluft in den Fahr­ zeuginnenraum geleitet wird, und einer zweiten Endstellung, in der ausschließlich Frischluft in den Fahrzeuginnenraum geleitet wird, einstellbar. Von einer Steuereinheit 2 erhält der Schrittmotor ein Steuersignal zur Steuerung der Klappe 1, so daß ein beliebiges Verhältnis zwischen Frischluft und Umluft in den Fahrzeuginnenraum zuführbar ist.

Die Steuereinheit 12 wird eingangsseitig mit einem Feuchtesensorsi­ gnal 3 und einem Schadgassensorsignal 4 beaufschlagt, die von einem innerhalb des Fahrzeuginnenraums angebrachten Feuchtesensor 5 bzw. von einem die Schadstoffkonzentration der Umgebungsluft detektieren­ den Schadgassensor 6 geliefert werden. Weiterhin ist die Steuerein­ heit 2 eingangsseitig mit einer Feuchterecheneinheit 7 verbunden, in der ein maximaler Innenfeuchtewert Φ_max und ein Sollfeuchtewert Φ_s berechnet werden. Der maximale Feuchtewert Φ_max gibt den Wert an, bis zu dem die Feuchte im Fahrzeuginnenraum bei maximalem Umlufbe­ trieb ansteigen darf, ohne daß eine Gefahr des Scheibenbeschlags be­ steht. Der Sollwert Φ_soll gibt den Wert der Feuchte an, der durch Steuerung bzw. Regelung bei einer Fahrt durch ein schadstoffarmes Gebiet durch entsprechende Stellung der Umluft-/Frischluft-Klappe 1 eingestellt werden soll, so daß die Fahrzeuginsassen ein behagliches Gefühl empfinden. Die Feuchterecheneinheit 7 ist eingangsseitig zum einem mit einem die Innenraumtemperatur T_I liefernden Innentem­ peratursensor 8 und zum anderen mit einer Scheibentemperaturrechen­ einheit 9 verbunden. Die Scheibentemperaturrecheneinheit 9 ist ein­ gangsseitig mit dem Innentemperatursensor 8 und einem Außentempera­ tursensor 10 verbunden. Nach folgender Gleichung wird in der Schei­ bentemperaturrecheneinheit 9 die Scheibentemperatur T_S näherungs­ weise ermittelt:

Die auf diese Weise berechnete Scheibentemperatur T_S dient zusammen mit der Innenraumtemperatur T_I zur Berechnung der maximalen Feuchte Φ_max Nach Umstellung folgender Gleichung läßt sich der maximale Feuchtewert Φ_max berechnen, der als Ausgangsgröße der Feuchterechen­ einheit 7 die Steuereinheit 2 beaufschlagt.

Der Sollfeuchtewert Φ_soll ist ein Erfahrungswert und kann zum einen um einen konstanten Faktor unterhalb der maximalen Feuchte Φ_max festgelegt werden oder zum anderen auch in Abhängigkeit von der Au­ ßenlufttemperatur T_A beeinflußt werden. Vorzugsweise sind die Steuereinheit 2, die Feuchterecheneinheit 7 und die Scheibentempera­ turrecheneinheit 9 als Bestandteil eines Mikrocontrollers integriert aufgebaut, wobei der Mikrocontroller einen Mikroprozessor und einen Speicher aufweist.

Fig. 2 zeigt die Stellung der Umluft-/Frischluft-Klappe 1 in Abhän­ gigkeit von der äußeren Schadstoffkonzentration S. Durchfährt das Fahrzeug ein schadstoffarmes Gebiet, wird die Klappe 1 derart ge­ steuert, daß ein konstanter Feuchtesollwert Φ_soll im Fahrzeuginnen­ raum erzielt wird. Zur Erzielung einer mittleren Feuchte nimmt die Klappe 1 eine Mittelstellung ein, in der die Umluft und die Frischluft zu gleichen Anteilen dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wer­ den. Nimmt die Schadstoffkonzentration der Umgebungsluft stark zu, wird die Klappe 1 in den Umluftbetrieb verstellt, wobei das Feuchtesensorsignal 3 stetig ansteigt. Sinkt die Schadstoffkonzen­ tration der Umgebungsluft unter einen vorgegebenen Schwellwert, wird auf Frischluftbetrieb umgeschaltet, und zwar mit einem geringen An­ teil von Umluft, damit die Innenraumfeuchte kontinuierlich abnehmen kann, ohne daß starke Schwankungen entstehen. Bewegt sich das Fahr­ zeug durch ein Gebiet länger andauernder hoher Schadstoffkonzentra­ tion wird die Klappe 1 solange vollständig im Umluftbetrieb gehal­ ten, bis das Feuchtesensorsignal 3 annähernd die Maximalfeuchte Φ_max erreicht. Um einen Scheibenbeschlag zu verhindern, wird der Umluft­ anteil kontinuierlich abgesenkt, und zwar bis zu einem Wert, bei dem die Innnenraumfeuchte Φ im wesentlichen konstant weiterverläuft. Da­ bei wird es in Kauf genommen, daß ein kleinerer Anteil von Frischluft dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird. Andererseits wird durch diese Steuerung ein vollständiges Umschalten der Klappe 1 in den Frischluftbetrieb weitgehend vermieden. Ausschließlich bei Zu­ standsbedingungen, in denen die Luft einen hohen Feuchtegrad auf­ weist und das Fahrzeug während eines längeren Zeitraums durch ein Gebiet hoher Schadstoffdichte fährt, muß die Klappe 1 in die Frischluftendstellung gebracht werden. Ansonsten erfolgt dieser reine Frischluftbetrieb nur in Gebieten geringerer Schadstoffkonzen­ tration, in denen die Umluft-/Frischluft-Klappe 1 manuell oder zur Regelung der Innenraumfeuchte Φ in diese Stellung gebracht wird.

Fig. 3 zeigt eine Steuerkennlinie, in der die Umluftstellung der Klappe 1 in Abhängigkeit von der Innenraumfeuchte Φ dargestellt ist. Je größer die Innenraumfeuchte Φ ist, desto kleiner ist der Umluftanteil, der durch die Stellung der Klappe 1 in den Fahrzeugin­ nenraum geleitet wird. Mit steigender Schadstoffbelastung muß jedoch ein höherer Innenraumfeuchtewert Φ in Kauf genommen werden, damit die Fahrzeuginsassen weitgehend von der Schadstoffbelastung der Um­ gebung ferngehalten werden.

Fig. 4 zeigt einen Ablaufplan eines Programms, das in einem Speicher des Mikrocontrollers abgespeichert ist und durch die Steuereinheit 2 abgearbeitet wird. Nach dem Start des Programms wird die Scheibentemperatur T_S nach der oben angegebenen Rechenformel berech­ net 12. Nachfolgend wird in einem Schritt 13 die maximal zulässige Feuchte Φ_max berechnet. In einem Folgeschritt 14 wird das momentane Schadgassensorsignal 4 mit einem vorgegebenen Schadstoffschwellwert verglichen. Ist das Schadgassensorsignal 4 größer als der Schwell­ wert, wird in einer Abzweigung der Sollfeuchtewert Φ_soll durch Sub­ traktion eines konstanten Wertes X2 von dem berechneten Maximalwert Φ_max ermittelt. Ist die Schadstoffbelastung geringer als der vorge­ gebene Schwellwert, wird der Sollwert Φ_soll durch Subtraktion eines konstanten Wertes X1, der größer ist als der konstante Wert X2, von dem berechneten Wert Φ_max ermittelt.

Im weiteren Verlauf wird in einem Schritt 15 das aktuelle Feuchtesensorsignal 3 mit dem Feuchtesollwert Φ_soll verglichen. Bei Vorliegen einer Schadstoffbelastung wird für den Fall, daß der Feuchteistwert Φ_ist kleiner als der Sollfeuchtewert Φ_soll ist, auf 100% Umluft geschaltet. Ist jedoch das aktuelle Feuchtesensorsignal Φ_ist größer als der Sollfeuchtewert Φ_soll, wird die Klappe 1 in eine Stellung gebracht, in der auch ein Anteil Frischluft dem Fahrzeuginnenraum zugeführt wird. Wird beim erneuten Durchlauf des Programms, festgestellt, daß der momentane Feuchtewert Φ_ist noch größer ist als der Sollfeuchtewert Φ_soll, wird der Umluftanteil so­ weit verringert, bis der Sollfeuchtewert Φ_soll erreicht ist. Auch bei Vorliegen geringer Schadstoffbelastung, d. h. das Schadgassensor­ signal 4 ist kleiner als der Schadstoffschwellwert, erfolgt diese Abfrage in einem Schritt 16, wobei der Umluftanteil verringert wird, wenn der momentane Feuchtewert Φ_ist nicht kleiner als der Sollfeuchtewert Φ_soll ist. Der Umluftanteil wird erhöht, sofern der momentane Feuchtewert Φ_ist kleiner als der Sollfeuchtewert Φ_soll ist. Nach Verstellung der Klappe 1 ist das Programm beendet und wird nachfolgend erneut gestartet.

Alternativ ist in Fig. 5 ein Blockschaltbild einer Regelschaltung dargestellt, die die Innenraumfeuchte Φ des Fahrzeugs auf einen vorgegebenen Sollfeuchtewert Φ_soll regelt. Nach den oben beschriebe­ nen Gleichungen kann aus der Außentemperatur T_A und der Innentempe­ ratur T_I die Sollwertgenerierung 20 der Feuchte vorgenommen werden. Je höher die detektierte Schadstoffbelastung ist, desto höher wird auch der Sollwert der Feuchte generiert, damit der Frischluftanteil auf ein Minimum reduziert werden kann. Der auf diese Weise gene­ rierte Sollwert Φ_soll wird mit einem die momentane Innenraumfeuchte Φ repräsentierenden Signal verglichen, wobei die Regelabweichung auf den Eingang eines PI-Reglers 21 mit Totzeit gegeben wird. Nach anschließender Dämpfung in einem Dämpfungsschaltglied 22 wird die Umluft-/Frischluft-Klappe 1 derart in ihrer Stellung verändert, daß die Innenraumfeuchte Φ der Sollfeuchte Φ_soll angeglichen wird. Als Regelstrecke dient der Fahrzeuginnenraum 23, dem der Feuchtesensor 5 nachgeschaltet ist.

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Steuerung von Luftführungselementen eines Fahrzeugs, insbesondere von Luftführungselementen einer Heiz- oder Klimaanlage mit einem Schadgassensor (6) zur Detektion der Schadstoffkonzentration der Außenluft, mit einem Außentem­ peratursensor (10) zur Detektion der Außenluft (T_A) und mit einer Steuereinheit (2) zur Erzeugung eines von dem Außentem­ peratursensor (10) und dem Schadgassensor (6) abhängigen Steuersignals, wobei das Steuersignal das Luftführungselement (Klappe 1) beaufschlagt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feuchtesensor (5) vorgesehen ist zur Detektion der Feuchte im Fahrzeuginnenraum und daß die Steuereinheit (2) Mittel auf­ weist, so daß das Luftführungselement (Klappe 1) in Abhängig­ keit von den Sensorsignalen (Feuchtesensorsignal 3, Schadgas­ sensorsignal 4) in einen die Umluft- und/oder die Frischluft führenden Betrieb einstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftführungselement (1) in eine Zwischenstellung bringbar ist, derart, daß in Abhängigkeit von dem Schadgassensorsignal (4) die Feuchte des Fahrzeuginnenraums keinen maximalen Feuchte­ wert (Φ_max) übersteigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Scheibentemperaturrecheneinheit (9) vorgesehen ist zur Berechnung der Scheibentemperatur (T_S) und daß eine Feuch­ terecheneinheit (7) vorgesehen ist zur Berechnung des maxima­ len Feuchtewertes (Φ_max) und daß die Feuchterecheneinheit (7) mit der Steuereinheit (2) elektrisch verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (2), die Feuchterecheneinheit (7) und die Schei­ bentemperaturrecheneinheit (9) in einem Baustein integriert sind, der einen Mikroprozessor aufweist.

5. Verfahren zur Steuerung eines Luftführungselements eines Fahr­ zeugs, wobei die dem Fahrzeuginnenraum zuzuführende Umluft und Frischluft durch die Stellung des Luftführungselement (1) ge­ steuert wird und wobei das Luftführungselement (1) in Abhän­ gigkeit von sensorisch erfaßten Signalen gesteuert wird, da­ durch gekennzeichnet, daß das Luftführungselements (1) in Ab­ hängigkeit von den Zustandsbedingungen in eine Umluft- und eine Frischluftstellung sowie in eine beliebige Zwischenstel­ lung positioniert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftführungselement (1) in Abhängigkeit von einem Feuchtesi­ gnal (3) des Innenraums und/oder einem Schadgassensorsignal (4) stetig in eine den Umluftanteil erhöhende oder verrin­ gernde Stellung verstellt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Stellung des Luftführungselements (1) hervorge­ rufene Umluftanteil des Zuluftstroms derart verändert wird, daß der momentane Feuchtewert (Φ_ist) einem Sollfeuchtewert (Φ_soll) angenähert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollfeuchtewert (Φ_soll) mit ansteigender Schadstoffkonzentra­ tion der Umgebungsluft vergrößert wird.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß der momentane Feuchtewert (Φ_ist) ge­ regelt wird.