DE19944735C1

DE19944735C1 - Verfahren zum Steuern des Luftdurchsatzes bei einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE19944735C1
Application number: DE1999144735
Authority: DE
Inventors: Thomas Roehrl
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1999-09-17
Filing date: 1999-09-17
Publication date: 2000-12-21
Anticipated expiration: 2019-09-18

Abstract

Bei einer Heizungs- oder Klimaanlage wird der Luftdurchsatz (Q) abhängig vom Geräuschpegel verändert. Die Gebläsestärke kann bei hohem Geräuschpegel gegenüber dem Normalzustand vergrößert werden, ohne daß das Hörempfinden negativ beeinflußt wird. Andererseits kann die Gebläsestärke erniedrigt werden, wenn ohnehin ein geringer Geräuschpegel im Fahrgastraum vorherrscht, damit die Geräusche, die durch das Gebläse (1) verursacht werden, nicht zu sehr störend empfunden werden.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern des Luft durchsatzes bei einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, der durch ein Gebläse oder einen Lüfter verursacht wird.

Bei einer bekannten Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug (DE 34 45 235 C2) wird die in den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeugs transportierte Luftmenge über einen Lüfter gesteuert. Der Luftdurchsatz kann manuell über verschieden einstellbare Ge bläsestufen oder auch automatisch abhängig von der Tempera turdifferenz zwischen Außentemperatur und gewünschter Innen temperatur eingestellt werden.

Beim Einblasen der Luft in den Fahrzeuginnenraum entstehen zwangsläufig Luftverwirbelungen, die bei höheren Gebläsestär ken zu deutlich wahrnehmbaren, akustischen Geräuschbelästi gungen für die Insassen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Steuern des Luftdurchsatzes zu schaffen, durch das die Ge räuschbelästigung für die Insassen vermindert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Dabei wird der Luftdurchsatz abhängig von der Geräuschentwicklung bezogen auf den Fahrzeuginnenraum gesteuert.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Un teransprüchen beschrieben. So können die ohnehin gemessene Fahrgeschwindigkeit oder Drehzahl des Verbrennungsmotors als Maß für die Geräuschentwicklung dienen und den Luftdurchsatz entsprechend proportional dazu steuern. Ebenso kann die Schallintensität im Fahrgastraum akustisch gemessen werden und der Luftdurchsatz entsprechend gesteuert werden. Dies hat den Vorteil, daß auch andere Geräusche, wie offene Fenster oder lautes Gerede im Fahrgastraum zum Steuern des Luftdurch satzes berücksichtigt werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: einen Schnitt durch eine Klimaanlage und

Fig. 2: ein Kennlinienfeld zum Steuern des Luftdurchsatzes der Klimaanlage nach Fig. 1.

Klimaanlagen für Kraftfahrzeuge sind hinreichend bekannt und brauchen daher hier nicht näher erläutert zu werden. Sie wei sen in der Regel ein Gebläse 1 (Fig. 1) auf, das aus einem Lüfter 2 (bestehend aus Lüftermotor und Lüfterrad) und einem entsprechenden, für das Kraftfahrzeug ausgelegten Gehäuse 3 mit Lüftungskanälen 4 besteht. Das Gebläse 1 saugt über einen Frischlufteintritt Frischluft 5 (Luftströme sind durch Pfeile gekennzeichnet) oder über einen Umlufteintritt Umluft 6 an. Die angesaugte Luft wird durch den Lüfter 2 beschleunigt und über einen Verdampfer 7 und/oder Heizkörper 8 und die Lüf tungskanäle 4 in den Fahrzeuginnenraum geblasen. Über Belüf tungsklappen 9 oder Luftverteilungsklappen können verschiede ne Bereiche innerhalb des Fahrzeugs unterschiedlich stark be lüftet werden.

Je nach Drehzahl des Lüftermotors und konstruktiven Ausge staltung der Lüftungskanäle 4 mit den verschiedenen Klappen 9 wird ein unterschiedlich starker Luftstrom in den Fahrga straum geblasen. Dabei entstehen deutlich wahrnehmbare Geräu sche, die unter anderem von der Größe des Luftdurchsatzes Q abhängen.

Wenn sich das Kraftfahrzeug in Bewegung setzt, so entstehen Fahrgeräusche in Folge des Rollwiderstands der Räder oder des Luftwiderstands der Karosserie. Diese Fahrgeräusche hängen von der Fahrgeschwindigkeit, dem Straßenbelag, von der aero dynamischen Ausgestaltung der Karosserie und vielem mehr ab. Der Verbrennungsmotor erzeugt ebenfalls Geräusche, die im we sentlichen von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängen. All diese Geräusche werden abhängig von der akustischen Dämp fung der Fensterscheiben und der Karosserie mehr oder weniger stark in den Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs übertragen.

Somit können im Fahrgastraum als störend empfundene Geräusche vorhanden sein, die durch die Schallintensität quantifiziert werden. Wenn die von außen kommende Schallintensität oder die innen zusätzlich erzeugte Schallintensität, bei spielsweise durch ein eingeschaltetes Radio niedrig sind, so können sich die Geräusche allein durch die Belüftung durch die Klimaanlage störend empfunden werden.

Aus diesem Grunde wird der Luftdurchsatz Q erfindungsgemäß abhängig von der Schallintensität im Fahrgastraum gesteuert (vergleiche Fig. 2). Hierzu wird eine physikalische Größe gemessen, die proportional zur mutmaßlichen oder tatsächli chen Schallintensität ist. Abhängig von der Schallintensität wird der Luftdurchsatz Q gesteuert.

So kann beispielsweise die ohnehin zu anderen Zwecken gemes sene Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahrzeugs zum Steuern des Luftdurchsatzes Q als weitere physikalische Größe (Stellgrö ße) verwendet werden. Bei niedriger Fahrgeschwindigkeit wird erwartet, daß eine kleine Schallintensität im Fahrgastraum herrscht. Falls dann das Gebläse 1 auf hoher Lüftungsstufe betrieben würde, so würde dies als störend empfunden. Daher wird in diesem Falle der Luftdurchsatz Q bei niedriger Fahr zeuggeschwindigkeit gegenüber einem Normalzustand verringert. Folglich wird auch die Schallintensität im Fahrgastraum ge genüber dem Normalzustand etwas verringert. Wesentlich ist jedoch, daß die Geräusche, die durch das Gebläse 1 verursacht werden, reduziert werden.

Bei höheren Geschwindigkeiten herrscht ohnehin schon ein ho her Geräuschpegel im Fahrgastraum, so daß dann ein - gegen über dem Normalzustand - höherer Geräuschpegel infolge eines höheren Luftdurchsatzes Q kaum mehr als die Fahrgeräusche störend empfunden wird.

Als Stellgröße für den Luftdurchsatz Q kann - wie vorher be schrieben - die gemessene Geschwindigkeit des Fahrzeugs die nen. Gleichbedeutend kann auch die ohnehin zu anderen Zwecken gemessene Drehzahl des Verbrennungsmotors als Stellgröße die nen, da bei hohen Drehzahlen der Verbrennungsmotor mehr Ge räusche erzeugt und es folglich im Fahrgastraum lauter wird.

Die akustische Schallintensität im Fahrgastraum kann auch di rekt mit Hilfe eines Mikrofons gemessen werden und dann als Stellgröße für den Luftdurchsatz Q dienen. Eventuell kann die Lautstärke indirekt über Hilfsmittel, wie Stellung der Fen ster und Fahrgeschwindigkeit, ermittelt werden. Ist bei spielsweise eine Freisprecheinrichtung für ein Autotelefon im Fahrzeug vorhanden, so kann das Mikrofon der Freisprechein richtung zum Messen der Schallintensität verwendet werden. Auch kann ein im Audiogerät (Radio, CD-Player, Kassettenre corder) gegebenenfalls vorhandenes Mikrofon verwendet werden, das dann die Schallintensität im Fahrgastraum mißt.

Wenn die Geräusche im Fahrgastraum direkt gemessen werden, so hat dies den Vorteil, daß nicht nur die Fahr- und Motorgeräu sche berücksichtigt werden, sondern auch andere Geräusche, wie akustische Töne einer Audioanlage, Sprachlaute der Insas sen, Luftgeräusche infolge offener Fenster oder von außen eindringender Lärm.

In Fig. 2 ist ein Kennlinienfeld dargestellt, anhand dessen das Steuern des Luftdurchsatzes Q näher erläutert wird. Auf der X-Achse ist mit Δt die Temperaturdifferenz zwischen ge messener Außentemperatur und für den Fahrgastraum gewünschter Innentemperatur dargestellt. Auf der Y-Achse ist der Luft durchsatz Q in Prozent dargestellt.

Bei einer normalen Steuerkennlinie S_N (Normalzustand ohne ge räuschabhängiges Steuern des Luftdurchsatzes Q) ist der Luft durchsatz Q abhängig von der Temperaturdifferenz Δt. Bei ge ringer Temperaturdifferenz Δt ist der Luftdurchsatz Q ge ring. Bei hoher Temperaturdifferenz Δt ist der Luftdurchsatz Q viel größer, damit die gewünschte Innentemperatur möglichst schnell erreicht wird.

Die normale Steuerkennlinie S_N kann nun erfindungsgemäß ab hängig von der Geräuschkulisse im Fahrgastraum verändert wer den. Eine obere Steuerkennlinie S_O stellt dabei eine Grenz wertkennlinie dar, die für hohe Schallintensität im Fahrga straum gilt. Eine untere Steuerkennlinie S_U sollte bei sehr niedriger Schallintensität nicht unterschritten werden, da ansonsten die Belüftung nicht ausreichend stark genug ist. Abhängig von der Höhe der Schallintensität liegt die Ver schiebung der normalen Steuerkennlinie S_N zwischen oberer S_O und unterer Steuerkennlinie S_U. Es wird also bei hoher Schal lintensität der Luftdurchsatz Q erhöht und bei niedriger Schallintensität erniedrigt. Konkrete Werte zum Erhöhen und Erniedrigen werden für jeden Fahrzeugtyp im voraus durch Mes sen der Geräusche bei verschiedenen Gebläsestufen festgelegt.

Der Luftdurchsatz Q muß nicht unbedingt über die gesamte Tem peraturdifferenz Δt mit einem konstanten Wert (Parallelver schiebung der Kennlinie) abhängig von der Schallintensität verändert werden. Der Luftdurchsatz Q kann - wie in Fig. 2 dargestellt - bei gleicher Schallintensität bei geringer Tem peraturdifferenz Δt prozentual mehr und bei großer Tempera turdifferenz Δt weniger verändert werden (das Verändern der Kennlinie ist durch Pfeile nach oben und unten gekennzeich net). Denn ein Anheben des Luftdurchsatzes Q bei einer nied rigen Schallintensität wirkt sich nicht so stark auf den Ge räuschempfinden im Fahrgastraum aus, wie die gleiche prozen tuale Anhebung bei hoher Schallintensität, da bei geringem Luftdurchsatz Q ohnehin nur eine geringe Lärmbelästigung vor liegt. Folglich muß der Abstand zwischen oberer S_O und unte rer Steuerkennlinie S_U nicht immer konstant sein.

Die Kennlinie für den Luftdurchsatz Q abhängig von der Tempe raturdifferenz Δt ist in der Fig. 2 abschnittsweise linear dargestellt. Die Kennlinie kann selbstverständlich auch nichtlinear oder auch unstetig verlaufen. Genauso kann die Kennlinie abhängig von bestimmten Geräuschfrequenzen des Lüf ters 2 mehr oder weniger stark verändert werden.

Der Luftdurchsatz Q kann auf verschiedene Art und Weise ge steuert werden. Einmal kann die Drehzahl des Lüfters 2 verän dert werden. Wenn sich der Lüfter 2 schneller dreht, so wird ein größerer Luftstrom erzeugt. Folglich wird der Luftdurch satz Q erhöht. Andererseits kann der Luftdurchsatz Q auch über die verschiedenen Klappen 9 in den Belüftungskanälen 4 verändert werden.

Diese Klappen 9 (Ansaugklappen oder Luftverteilungsklappen) können elektromotorisch so verstellt werden, daß die Strö mungsquerschnittsfläche und somit der Luftdurchsatz Q verän dert wird. Durch Schließen oder Öffnen der Klappen 9 kann al so der Luftdurchsatz Q vergrößert oder verkleinert werden. Der Luftdurchsatz Q kann auch durch Verändern der Stellung des Lüfterrades bezüglich des Luftstroms abhängig von der Schallintensität geändert werden. Dadurch wird erreicht, daß die Luft mehr oder weniger effektiv von dem Lüfterrad be schleunigt wird, was zur Folge hat, daß sich der Luftdurch satz Q ändert.

Jede Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug weist ein Bedienfeld mit Bedienelementen auf, durch die einerseits die gewünschte Temperatur und andererseits die Gebläsestärke manuell einge stellt werden kann. Außerdem kann die Luftverteilung für Fuß raum 10, Körperbereich, Entfrostung 11, Vordersitz- oder Hin tersitzbereich eingestellt werden. Es kann auch eine Automa tikstellung gewählt werden, bei der der Luftdurchsatz Q bei spielsweise abhängig von der Temperaturdifferenz Δt und/oder abhängig von der Schallintensität und/oder abhängig von der Sonneneinstrahlung automatisch entsprechend dem dargestellten Kennlinienfeld eingestellt wird. Die Sonneneinstrahlung kann dabei mit Hilfe von optischen Sensoren gemessen werden.

Dieser automatische Betrieb kann selbstverständlich manuell ausgeschaltet werden, wenn ein höherer oder niedrigerer Luft durchsatz Q gewünscht wird. Dann wird die Gebläsestärke manu ell auf den gewünschten Wert eingestellt. Auch in diesem Be triebszustand kann zusätzlich vorgesehen sein, daß der Luft durchsatz Q geringfügig nach oben oder nach unten verändert wird, wenn der Geräuschpegel im Fahrgastraum entsprechend hoch bzw. gering ist.

Unter dem Begriff "Luftdurchsatz Q" wird bei der Erfindung die Menge der Luft verstanden, die innerhalb einer bestimmten Zeit durch einen bestimmten Querschnitt strömt.

Unter dem Begriff "Klimaanlage" sind alle elektrischen Anla gen mit zumindest einem Gebläse zu verstehen, durch die der Fahrgastraum belüftet, beheizt oder gekühlt werden kann.

Unter dem Begriff "Geräusch" ist der Schall zu verstehen, der sich aus eine Vielzahl von Schwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen, Amplituden und Phasen zusammensetzt. Die Geräu sche werden durch die Schallintensität oder den Geräuschpegel quantifiziert. Unter der Schallintensität ist somit die von einem Insassen empfundene Lautstärke der Geräusche zu verste hen. Für die Erfindung interessieren allerdings nur solche Frequenzen und Lautstärken von Geräuschen, die ein Mensch als störend empfinden kann.

Claims

1. Verfahren zum Steuern des Luftdurchsatzes (Q) bei einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch fol gende Schritte:

- Messen einer die Schallintensität im Fahrgastraum repräsen tierenden, physikalischen Größe und
- Steuern des Luftdurchsatzes (Q) derart abhängig von der physikalischen Größe, daß bei großer Schallintensität der Luftdurchsatz (Q) erhöht und bei kleiner Schallintensität der Luftdurchsatz (Q) erniedrigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe die Fahrgeschwindigkeit des Kraftfahr zeugs oder die Drehzahl des Verbrennungsmotors ist, wobei bei höherer Fahrgeschwindigkeit oder höherer Drehzahl der Luft durchsatz (Q) erhöht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalische Größe die Schallintensität von Geräuschen im Inneren des Kraftfahrzeugs ist, die mit Hilfe eines aku stisch-elektrischen Wandlers gemessen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdurchsatz (Q) zusätzlich abhängig von der Temperaturdif ferenz (Δt) zwischen gewünschter Innentemperatur und gemes sener Außentemperatur derart gesteuert wird, daß bei kleiner Temperaturdifferenz (Δt) der Luftdurchsatz (Q) erniedrigt und bei großer Temperaturdifferenz (Δt) erhöht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftdurchsatz (Q) zusätzlich abhängig von der Sonneneinstrah lung derart gesteuert wird, daß bei geringer Sonneneinstrah lung der Luftdurchsatz (Q) erniedrigt und bei hoher Sonnen einstrahlung erhöht wird.