DE19732501C1 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung eines Luftführungselements eines Fahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines Luftführungselements insbesondere eines Fahrzeugs, bei dem in Abhängigkeit von den Sensorsignalen von mindestens zwei Gassensoren das Luftführungselement entweder in eine Frischluftstellung oder in eine Umluftstellung gesteuert wird. Desweiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Steuerung eines Luftführungselements insbesondere eines Fahrzeugs, mit mindestens zwei Gassensoren zur Erzeugung von Sensorsignalen, und mit einem Steuergerät, das mit dem Luftführungselement und den Gassensoren gekoppelt ist, und das zur Steuerung des Luftführungselements in Abhängigkeit von den Sensorsignalen entweder in eine Frischluftstellung oder in eine Umluftstellung vorgesehen ist.

Ein derartiges Verfahren bzw. eine derartige Vorrichtung ist aus der DE 29 41 305 A1 bekannt und ist insbesondere bei Personenkraftfahrzeugen dazu vorgesehen, das Lüftungselement in Abhängigkeit von der Schadstoffkonzentration entweder in die Frischluftstellung oder in die Umluftstellung zu schalten. Wird von den Gassensoren eine hohe Schadstoffkonzentration der Außenluft gemessen, so wird in die Umluftstellung geschaltet, damit die schadstoffhaltige Außenluft nicht in den Innenraum des Fahrzeugs gelangt. Wird hingegen von den Gassensoren eine geringe Schadstoffkonzentration der Außenluft gemessen, so wird das Luftführungselement in die Frischluftstellung gesteuert, damit frische Außenluft in den Innenraum des Fahrzeugs gelangen kann.

Zur Messung der Schadstoffkonzentration der Außenluft können zwei Gassensoren vorgesehen sein, bei denen es sich bspw. um Gassensoren zur Detektion von Kohlenstoffoxiden und zur Detektion von Stickstoffoxiden handeln kann. Dabei ist es erforderlich, daß das Luftführungselement nicht nur dann in die Umluftstellung geschaltet wird, wenn beide Gassensoren eine hohe Schadstoffkonzentration anzeigen, sondern auch dann, wenn bspw. nur der Gassensor zur Detektion von Kohlenstoffoxiden eine hohe Schadstoffkonzentration anzeigt.

Zu diesem Zweck können die Gassensoren bspw. in einem Widerstandsnetzwerk derart verschaltet werden, daß sich aus den Sensorsignalen der beiden Gassensoren ein Ausgangssignal ergibt. Bspw. ist es möglich, die beiden Sensorsignale additiv miteinander zu verknüpfen. Es kann dann ein Grenzwert festgelegt werden, dessen Überschreiten eine große Schadstoffkonzentration darstellt und ein Umschalten des Luftführungselements zu der Umluftstellung auslöst.

Üblicherweise sind die Sensorsignale der Gassensoren ungleichartig. So haben bspw. Gassensoren zur Detektion von Kohlenstoffoxiden und zur Detektion von Stickstoffoxiden unterschiedliche Nennwiderstände. Des Weiteren weisen unterschiedliche Gassensoren auch unterschiedliche Toleranz- und Alterungseigenschaften auf. Dies hat zur Folge, dass es äußerst schwierig oder gar unmöglich ist, einen Grenzwert einmalig einzustellen, bei dem die Umschaltung in die Umluftstellung einerseits dann ausgelöst wird, wenn einer der Gassensoren eine hohe Schadstoffkonzentration anzeigt, sowie andererseits dann, wenn insgesamt eine hohe Schadstoffkonzentration vorliegt.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Steuerung eines Luftführungselements eines Fahrzeugs zu schaffen, bei dem die Ungleichartigkeit der verwendeten Gassensoren keine Rolle spielt.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren bzw. bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass aus jedem der beiden Sensorsignale ein zugehöriger Vergleichswert ermittelt wird, dass jedes der beiden Sensorsignale mit dem zugehörigen Vergleichswert zu einem Ergebniswert verknüpft wird, und dass die beiden Ergebniswerte zu einem Ausgangssignal verknüpft werden.

Durch die Erzeugung des Vergleichswerts und dessen nachfolgende Verknüpfung mit dem zugehörigen Sensorsignal wird erreicht, dass Veränderungen des Sensorsignals bspw. aufgrund von Alterungserscheinungen oder von Toleranzabweichungen kompensiert werden. Der entstehende Ergebniswert ist unabhängig von derartigen Veränderungen des Sensorsignals. Werden danach die Ergebiswerte der beiden Gassensoren zu dem Ausgangssignal verknüpft, so hat dies zur Folge, dass auch das Ausgangssignal unabhängig ist von den beschriebenen Veränderungen der Sensorsignale der beiden Gassensoren. Auf diese Weise wird erreicht, dass ein einmal ermittelter und eingestellter Grenzwert auch über eine lange Zeitdauer eine korrekte Umschaltung bspw. in die Umluftstellung des Luftführungselements bewirkt. Desweiteren wird auf diese Weise die Notwendigkeit einer Justierung der jeweils verwendeten Gassensoren vermieden.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Vergleichswert durch Integration und/oder durch Mittelwertbildung und/oder dgl. aus dem Sensorsignal ermittelt. Dies stellt eine einfache, aber trotztdem effektive Art und Weise dar, den Vergleichswert zu erzeugen.

Desweiteren ist ein auf diese Weise erzeugter Vergleichswert besonders gut dazu geeignet, um danach mit dem jeweils zugehörigen Sensorsignal verknüpft zu werden.

Dabei ist es besonders zweckmäßig, wenn der Ergebniswert durch Differenzbildung aus dem Sensorsignal und dem Vergleichswert ermittelt wird. Auf diese Weise kann festgestellt werden, ob das Sensorsignal oberhalb oder unterhalb des Vergleichswerts liegt. Dieser Ergebniswert kann dann als Aussage darüber verwendet werden, ob der zugehörige Gassensor eine eher hohe oder eine eher niedrige Schadstoffkonzentration anzeigt.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird mindestens einer der Ergebniswerte mit einem Faktor verknüpft. Auf diese Weise ist es möglich, die Ergebniswerte der beiden Gassensoren zu gewichten. Es kann dadurch insbesondere die Ungleichartigkeit der Gassensoren ausgeglichen werden. Weisen beispielsweise die Gassensoren unterschiedliche Nennwiderstände auf, so ist es möglich, mit Hilfe der genannten Faktoren diese Ungleichartigkeiten zu kompensieren.

Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Ausgangssignal durch eine Addition oder eine Subtraktion aus den Ergebniswerten ermittelt. Reagieren die Gassensoren bei einer erhöhten Schadstoffkonzentration in gleicher Richtung, also beispielsweise in der Form einer Erhöhung des jeweiligen Sensorsignals, so werden die Ergebniswerte addiert. Reagieren die Gassensoren hingegen ungleichsinnig, so werden die Ergebniswerte subtrahiert. In beiden Fällen ergibt sich ein Ausgangssignal, das charakteristisch ist für die gesamte, von den Gassensoren gemessene Schadstoffkonzentration. Es steht somit ein Ausgangssignal zur Verfügung, mit dem dann das Luftführungselement in die Frischluftstellung oder in die Umluftstellung gesteuert werden kann. Die Erzeugung dieses Ausgangssignals ist dabei mit relativ wenig Aufwand verbunden, im Wesentlichen nur mit Additionen, Subtraktionen und/oder Multiplikationen.

Besonders zweckmäßig ist es, wenn das Ausgangssignal als Bussignal erzeugt wird. Zu diesem Zweck ist es insbesondere erforderlich, das Ausgangssignal in einen positiven Wertebereich zu verschieben. Dies kann beispielsweise durch die Addition einer Konstanten erreicht werden. Unter diesen Voraussetzungen ist es dann möglich, das Ausgangssignal direkt auf den Bus eines Rechensystems, beispielsweise auf einen Mikroprozessorbus oder dergleichen zu schalten und dort weiterzuverarbeiten.

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind. Dabei bilden alle beschriebenen oder dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination den Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Patentansprüchen oder deren Rückbeziehung sowie unabhängig von ihrer Formulierung bzw. Darstellung in der Beschreibung bzw. in der Zeichnung.

Fig. 1 zeigt ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung eines Luftführungelements eines Fahrzeugs, und

Fig. 2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zur Steuerung eines Luftführungselements eines Fahrzeugs.

In der Fig. 1 sind zwei Gassensoren RCO, RNO vorgesehen, die beide an eine positive Versorgungsspannung + UBatt angeschlossen sind. Bei den beiden Gassensoren RCO, RNO handelt es sich um Widerstände, die sich mit der jeweiligen Schadstoffkonzentration ändern. Der Gassensor RCO ist dabei zur Detektion von Kohlenstoffoxiden vorgesehen, während der Gassensor RNO zur Detektion von Stickstoffoxiden vorgesehen ist.

Jeder der beiden Gassensoren RCO, RNO ist über jeweils einen Widerstand R1, R2 mit Masse verbunden. An dem Verbindungspunkt des Gassensors RCO und des Widerstands R1 liegt ein Sensorsignal U1 an, das einem Analog/Digital- Wandler A/B eines Mikroprozessors MP zugeführt ist. An dem Verbindungspunkt des Gassensors RNO und des Widerstands R2 liegt ein Sensorsignal U2 an, das ebenfalls dem Analog/Digital-Wandler A/D des Mikroprozessors MP zugeführt ist.

Verändert sich die Konzentration von Kohlenstoffoxiden zu größeren Werten, so hat dies zur Folge, dass aufgrund des veränderlichen Gassensors RCO das Sensorsignal U1 kleiner wird. Verändert sich die Konzentration von Stickstoffoxiden zu größeren Werten, so hat dies zur Folge, dass aufgrund des veränderlichen Gassensors RNO das Sensorsignal U2 größer wird. Die beiden Sensorsignale U1, U2 reagieren also bei jeweils steigender Schadstoffkonzentration gegensinnig. Es versteht sich, dass durch eine entsprechende Beschaltung der Gassensoren RCO, RNO bzw. durch eine entsprechende Anbindung der Gassensoren RCO, RNO an den Mikroprozessor MP auch eine gleichsinnige Reaktion auf steigende Schadstoffkonzentrationen erreicht werden kann.

Der Mikroprozessor MP erzeugt ein Ausgangssignal UA, das ggf. als Bussignal zur Verfügung gestellt wird.

In der Fig. 2 wird von den beiden Sensorsignalen U1, U2 ausgegangen. Das in der Fig. 2 schematisch dargestellte Verfahren wird nach der Analog/Digital-Wandlung von dem Mikroprozessor MP durchgeführt. Es versteht sich, dass auch andere elektronische Schaltungen, beispielsweise auch sogenannte ASIC's vorhanden sein können, mit denen das dargestellte Verfahren ausgeführt werden kann.

Die beiden Sensorsignale U1, U2 werden jeweils einer Integration unterzogen, deren Ergebnis ein Vergleichswert UV1 bzw. UV2 ist. Anstelle der Integration kann auch eine Mittelwertbildung oder dergleichen vorgesehen sein. In jedem Fall folgt der Vergleichswert UV1 bzw. UV2 mit einer Verzögerung dem jeweiligen Sensorsignal U1 bzw. U2. Insoweit weist der Vergleichswert UV1 bzw. UV2 ein im Wesentlichen integrales Verhalten hinsichtlich des zugehörigen Sensorsignals U1 bzw. U2 auf.

Danach wird das Sensorsignal U1 mit dem Vergleichswert UV1 verknüpft und es wird ebenfalls das Sensorsignal U2 mit dem Vergleichswert UV2 verknüpft. Die Verknüpfung stellt dabei eine Differenzbildung dar. Die erhaltene Differenz wird dann jeweils mit einem Faktor F1, F2 verknüpft. Diese Verknüpfung erfolgt insbesondere multiplikativ. Insgesamt entsteht dadurch ein Ergebniswert E1 und ein Ergebniswert E2.

Die beiden Ergebniswerte E1, E2 werden wiederum miteinander verknüpft. Bei dieser Verknüpfung handelt es sich im beschriebenen Ausführungsbeispiel aufgrund der gegensinnig reagierenden Gassensoren RCO, RNO um eine Differenzbildung.

Reagieren hingegen die beiden Gassensoren RCO, RNO gleichsinnig, so würde es sich bei der genannten Verknüpfung nicht um eine Subtraktion, sondern um eine Addition handeln.

Der beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sich ergebende Differenzwert wird danach additiv mit dem Wert eines Arbeitspunktes A verknüpft. Auf diese Weise wird der Differenzwert in einen positiven Wertebereich verschoben. Das Ergebnis des in der Fig. 2 dargestellten Verfahrens bildet dann das Ausgangssignal UA.

Für das gesamte, in der Fig. 2 dargestellte Verfahren kann auch die folgende Gleichung angegeben werden:
UA = (U1 - UV1) × F1 - (U2 - UV2) × F2 + A.

Detektiert weder der Gassensor RCO, noch der Gassensor RNO eine erhöhte Schadstoffkonzentration, so sind die beiden Faktoren F1, F2 derart ausgelegt, dass sich die beiden ersten Terme der vorgenannten Gleichung im Wesentlichen kompensieren. Es ergibt sich somit ein Ausgangssignal UA, das im Wesentlichen dem Arbeitspunkt A entspricht. Daraus kann dann der Mikroprozessor MP erkennen, dass keine erhöhte Schadstoffkonzentration vorliegt.

Erhöht sich die Konzentration von Kohlenstoffoxiden, so wird dies durch den Gassensor RCO detektiert. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel hat eine erhöhte Konzentration von Kohlenstoffoxiden zur Folge, dass sich das Sensorsignal U1 erniedrigt. In der vorgenannten Gleichung hat dies wiederum zur Folge, dass der erste Term negativ wird. Unter der Voraussetzung einer im Wesentlichen konstanten Konzentration von Stickstoffoxiden bewirkt dies, dass das Ausgangssignal UA kleiner wird als der Arbeitspunkt A. Daran kann der Mikroprozessor MP erkennen, dass eine erhöhte Schadstoffkonzentration vorliegt.

Im umgekehrten Fall, also wenn die Konzentration von Kohlenstoffoxiden im Wesentlichen konstant bleibt, sich hingegen die Konzentration von Stickstoffoxiden erhöht, vergrößert sich der zweite Term der vorgenannten Gleichung. Auch in diesem Fall wird somit das Ausgangssignal UA kleiner als der Arbeitspunkt A. Wiederum kann der Mikroprozessor MP daran erkennen, dass eine erhöhte Schadstoffkonzentration vorliegt.

Erhöhen sich beide Schadstoffkonzentrationen, also die Konzentration von Kohlenstoffoxiden und die Konzentration von Stickstoffoxiden, so hat dies auch in diesem Fall zur Folge, dass die Ausgangsspannung UA kleiner wird als der Arbeitspunkt A. Wiederum kann der Mikroprozessor daran erkennen, dass eine erhöhte Schadstoffkonzentration vorliegt.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass die beiden Gassensoren RCO, RNO in ein Fahrzeug eingebaut sind. Insbesondere sind die beiden Gassensoren RCO, RNO derart in das Fahrzeug eingebaut, dass sie die Schadstoffkonzentration in der Zuluft zu dem Innenraum des Fahrzeugs messen können. Diesem Innenraum des Fahrzeugs ist ein Luftführungselement zugeordnet, mit dessen Hilfe entweder in einer Frischluftstellung die frische Zuluft von außen in den Innenraum geleitet werden kann oder in einer Umluftstellung der Innenraum des Fahrzeugs von der äußeren Luft abgetrennt ist.

Es kann nun ein Grenzwert vorgesehen sein, bei dem das Luftführungselement von der Frischluftstellung in die Umluftstellung umgeschaltet wird. Insbesondere kann bei diesem Grenzwert eine Hysterese vorgesehen sein. Der Grenzwert ist dabei vorzugsweise derart vorgesehen, dass schon bei einer von einem einzigen Gassensor detektierten erhöhten Schadstoffkonzentration das Luftführungselement von der Frischluftstellung in die Umluftstellung gesteuert wird. Zeigen beiden Gassensoren eine erhöhte Schadstoffkonzentration an, so ist das Luftführungselement ebenfalls in die Umluftstellung geschaltet.

Es versteht sich, dass das beschriebene Verfahren, wie auch die beschriebene Vorrichtung nicht nur zur Steuerung eines Luftführungselements eines Fahrzeugs eingesetzt werden kann, sondern auch bei einer Vielzahl anderer Anwendungen.

Claims (7)

1. Verfahren zur Steuerung eines Luftführungselements insbesondere eines Fahrzeugs, bei dem in Abhängigkeit von den Sensorsignalen (U1, U2) von mindestens zwei Gassensoren (RCO, RNO) das Luftführungselement entweder in eine Frischluftstellung oder in eine Umluftstellung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß aus jedem der beiden Sensorsignale (U1, U2) ein zugehöriger Vergleichswert (UV1, UV2) ermittelt wird, daß jedes der beiden Sensorsignale (U1, U2) mit dem zugehörigen Vergleichswert (UV1, UV2) zu einem Ergebniswert (E1, E2) verknüpft wird, und daß die beiden Ergebniswerte (E1, E2) zu einem Ausgangssignal (UA) verknüpft werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleichswert (UV1, UV2) durch Integration und/oder durch Mittelwertbildung und/oder dergleichen aus dem Sensorsignal (U1, U2) ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Ergebniswert (E1, E2) durch Differenzbildung aus dem Sensorsignal (U1, U2) und dem Vergleichswert (UV1, UV2) ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Ergebniswerte (E1, E2) mit einem Faktor (F1, F2) verknüpft wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (UA) durch eine Addition oder eine Subtraktion aus den Ergebniswerten (E1, E2) ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (UA) als Bussignal erzeugt wird.

7. Vorrichtung zur Steuerung eines Luftführungselements insbesondere eines Fahrzeugs, mit mindestens zwei Gassensoren zur Erzeugung von Sensorsignalen (U1, U2), und mit einem Steuergerät, das mit dem Luftführungselement und den Gassensoren (RCO, RNO) gekoppelt ist, und das zur Steuerung des Luftführungselements in Abhängigkeit von den Sensorsignalen (U1, U2) entweder in eine Frischluftstellung oder in eine Umluftstellung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß von dem Steuergerät aus jedem der beiden Sensorsignale (U1, U2) ein zugehöriger Vergleichswert (UV1, UV2) ermittelbar ist, daß von dem Steuergerät jedes der beiden Sensorsignale (U1, U2) mit dem zugehörigen Vergleichswert (UV1, UV2) zu einem Ergebniswert (E1, E2) verknüpfbar ist, und daß von dem Steuergerät die beiden Ergebniswerte (E1, E2) zu einem Ausgangssignal (UA) verknüpfbar sind.