DE60005122T2

DE60005122T2 - Verfahren zur Vermeidung beschlagener Windschutzscheiben bei auftretendem Regen

Info

Publication number: DE60005122T2
Application number: DE60005122T
Authority: DE
Inventors: Leighton Ira Ann Arbor Davis; John Davis Detroit Hoeschele; Gerhard Allen Franklin Dage
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 1999-12-23
Filing date: 2000-11-08
Publication date: 2004-11-04
Also published as: EP1110770B1; US6155061A; DE60005122T9; EP1110770A1; DE60005122D1; JP2001180247A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Verfahren zur Steuerung einer Heiz-, Lüftungs- und Klimaanlage (HVAC) für ein Fahrzeug, und insbesondere auf ein Verfahren zur Ermittlung von Beschlag auf einer Windschutzscheibe für ein HVAC-System in einem Fahrzeug anhand einer Ableitung aus der Gegenwart von Regen.
Es ist bekannt, daß ein grundlegendes Ziel einer HVAC- bzw. "Klimaanlage" in einem Fahrzeug darin besteht, Bedingungen zu vermeiden, in denen die Windschutzscheibe/Fenster beschlagen. In dem Bestreben, die zahlreichen Variablen zu messen und zu steuern, die Beschlag auf Scheiben beeinflussen, sind moderne HVAC-Anlagen mit vielen Sensoren und Regel-Stellgeräten versehen. Ein typisches HVAC-System kann so einen Temperaturfühler im Führerhaus oder Fahrgastraum des Fahrzeuges beinhalten, einen weiteren, der die Außentemperatur mißt, und andere, welche verschiedene Temperaturen der inneren Komponenten des HVAC-Systems messen. Die Fahrzeuginsassen können über einen Einstellpunkt oder andere Einstellungen einen gewissen Zugang zum HVAC-System haben. Zusätzliche Sensoren, die die Sonneneinstrahlung, die Luftfeuchtigkeit, usw. messen, können ebenfalls im HVAC-System verfügbar sein. Die Stellgeräte können ein verstellbares Gebläse beinhalten, Mittel zur Veränderung der Lufttemperatur – einschließlich Kühlung und damit Feuchtigkeitsentzug aus der Luft, und Kanäle und Klappen zur Steuerung der Luftstromrichtung und des Verhältnisses von Frischluft zu Umwälzluft.
Es ist bekannt, wie ein Verfahren und ein Steuersystem zur Steuerung einer HVAC-Anlage zwecks Vermeidung von Scheibenbeschlag gestellt werden. Ein solches Verfahren und Steuersystem ist in der US-Patentschrift Nr. 5,516,041 von Davis Jr. offenbart. In dieser Patentschrift benutzt das Verfahren und das Steuersystem eine unscharfe bzw. sogenannte "Fuzzy"-Logik zur Vermeidung von beschlagenden Scheiben. Das Steuersystem spricht auf Signale an, die von verschiedenen Klimasteuersensoren erzeugt werden, einschließlich einem Feuchtigkeitssensor, um eine gewünschte Fahrzeug-Lufttemperatur und einen gewünschten Fahrzeug-Luftstrom zu erzeugen, mit denen die Bedingungen erfaßt und verhindert werden, unter welchen einsetzendes Beschlagen der Windschutzscheibe/der Fensterscheiben auftritt. Die Fuzzy-Logik und Berechnungen werden aufgrund von Fuzzy-Regeln und Zugehörigkeitsfunktionen ausgeführt, um einen nichtlinearen Ausgleich zu schaffen. US 4,852,363 offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer HVAC-Anlage, bei dem ein Feuchtigkeitsschwellenwert bestimmt wird, und wenn die Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug diesen Schwellenwert übersteigt, werden entsprechende Schritte unternommen, um das Fahrzeug zu trocknen. In ähnlicher Weise wird, wenn die Fahrzeugluftfeuchtigkeit unter den Schwellenwert fällt, eine Luftbefeuchtereinrichtung aktiviert.
Zwar arbeiten die obengenannten Verfahren gut, es ist jedoch wünschenswert, ein Verfahren zur Bestimmung der geeigneten Aktionen in einem Klima-Steuersystem zu schaffen, die zu unternehmen sind, um das Beschlagen von Windschutzscheiben zu verhindern, wenn Regen vorliegt. Es ist ebenso wünschenswert, eine Strategie zur Windschutzscheiben-Trocknung anhand einer Ableitung aus der Gegenwart von Regen zu stellen. Des weiteren ist es wünschenswert, eine automatische Beschlagbefreiungsstrategie zu schaffen, die auf der Messung der Luftfeuchtigkeit im Fahrgastraum ohne Einsatz eines Feuchtigkeitssensors basiert. Es besteht deshalb ein Bedarf in der Technik, ein Verfahren zu stellen, das diese Wünsche erfüllt.
Einem ersten Aspekt der Erfindung zufolge wird ein Verfahren zur Vermeidung von Beschlag auf Windschutzscheiben bei auf ein Fahrzeug fallendem Regen durch automatische Steuerung des Heizungs-, Lüftungs- und Klimasystems (HVAC) eines Fahrzeuges gestellt, wobei besagtes Verfahren folgende Schritte beinhaltet: Bestimmen der Stärke des Regens; Bestimmen eines Windschutzscheiben-Parameters für das Fahrzeug als Funktion der Regenstärke; Bestimmen der Temperaturdifferenz zwischen der Fahrzeug-Fahrgastraumtemperatur und der Umgebungstemperatur; Bestimmen der relativen Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug-Fahrgastraum; Bestimmen einer relativen Luftfeuchtigkeit für einsetzendes Beschlagen anhand der Windschutzscheiben-Parameter und der Temperaturdifferenz zwischen der Fahrzeug-Fahrgastraumtemperatur und der Umgebungstemperatur; Bestimmen einer Beschlag-Wahrscheinlichkeit anhand der Differenz zwischen der relativen Luftfeuchtigkeit des Fahrgastraumes und der relativen Luftfeuchtigkeit für einsetzendes Beschlagen; Bestimmen einer oder mehrerer Antibeschlag-Aktion(en), die jeweils aufgrund der Beschlag-Wahrscheinlichkeit zu ergreifen ist/sind; und Steuern des HVAC-Systems zur Durchführung der ermittelten einen oder mehreren Antibeschlag-Aktion(en). Der Windschutzscheiben-Parameter kann eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Zeit sein. Die relative Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug-Fahrgastraum kann durch Messen mittels eines Sensors im Fahrgastraum bestimmt werden, oder alternativ dazu kann die relative Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug-Fahrgastraum ein Nennwert der relativen Luftfeuchtigkeit bei Regenbedingungen sein. Der Schritt der Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit für einsetzendes Beschlagen kann die Gleichung: rh_in = 100 – h^–1 [(1 – F_w)(T_in – Ti_am _b)] beinhalten. Der Schritt der Be stimmung der zu unternehmenden Beschlagvermeidungsaktionen beinhaltet vorzugsweise die Bestimmung, ob die Gebläsedrehzahl angepaßt werden soll, die Klimaanlage eingeschaltet, die Luftverteilung geändert, die Klappe für Frischluft/Umwälzluft verstellt, zusätzliche Wärme abgegeben oder irgendeine Kombination dieser Maßnahmen ergriffen werden soll. Die Beschlagwahrscheinlichkeit kann für einen Bereich relativer Luftfeuchtigkeit von ca. 75% bis 95% und für eine Umgebungstemperatur von ca. 0°C (30°F) bis 10°C (50°F) bestimmt werden.
Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß ein Verfahren zum Trocknen einer Windschutzscheibe anhand einer Ableitung aus der Gegenwart von Regen für eine Klimaanlage (HVAC-System) eines Kraftfahrzeuges gestellt wird. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das Verfahren der vorliegenden Erfindung die angemessenen Aktionen für die Steuerung der Klimaanlage bestimmt, um ein Beschlagen der Windschutzscheibe zu vermeiden, und zwar ausgehend von der Gegenwart und der Stärke von Regen, erfaßt durch einen Regensensor oder durch Verarbeiten von Scheibenwischersignalen. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das Verfahren die Aktionen zur Klimasteuerung bei Erfassen von Regenbedingungen verändert, so daß das Beschlagen der Windschutzscheibe vermieden wird. Noch ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, daß das Verfahren eine Windschutzscheibentrocknung gewährleistet, indem es eine Fahrgastraum-Grund-Luftfeuchtigkeit aus der Kenntnis der Gegenwart von Regen ableitet, ohne jedoch einen Feuchtigkeitssensor zu verwenden.
Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung lassen sich mit fortschreitendem Verständnis derselben beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung leicht erkennen, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu betrachten ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Ansicht einer Heiz-, Lüftungsund Klimaanlage (HVAC), die durch ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erfassung von Beschlagen der Windschutzscheibe für das HVAC-System gesteuert werden kann.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Steuersystems, das zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung von Beschlag auf der Windschutzscheibe für das HVAC-System aus 1 eingesetzt werden kann.
3 ist ein Diagramm der Beschlaggrenze für verschiedene Bruchteile von F_w, für ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erfassung von Beschlag auf der Windschutzscheibe für das HVAC-System aus 1.
4 ist ein Diagramm der Beschlagwahrscheinlichkeit gegenüber der relativen Luftfeuchtigkeit im Fahrgastraum, angewendet auf ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Erfassung von Beschlag auf der Windschutzscheibe für das HVAC-System nach
1.
5 ist ein Diagramm des Basiswertes der prozentualen relativen Luftfeuchtigkeit bei Regen, und der Beschlagwahrscheinlichkeit, für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung von Beschlag auf der Windschutzscheibe für das HVAC-System aus 1.
6 ist ein weiteres Diagramm des Basiswertes der prozentualen relativen Luftfeuchtigkeit bei Regen, und der Beschlagwahrscheinlichkeit, für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erfassung von Beschlag auf der Windschutzscheibe für das HVAC-System aus 1.
7 ist ein Flußdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Erfassung von Beschlag auf der Windschutzscheibe für das HVRC-System aus 1.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en)
Es sei nun Bezug genommen auf die Zeichnungen, und insbesondere auf 1, wo eine Ausführungsform eines Luftverarbeitungssystems einer Heiz-, Lüftungs- und Klimaanlage (HVAC) 20 für ein (nicht dargestelltes) Fahrzeug veranschaulicht ist. Im allgemeinen erfolgt die Steuerung der Lufttemperatur und des Luftdurchsatzes (und in geringerem Maße der Luftfeuchtigkeit) in einem Führerhaus oder Fahrgastraum eines Fahrzeuges durch den Betrieb unterschiedlicher Stellaggregate zur Beeinflussung der Temperatur und des Luftstromes, der dem Fahrgastraum im Fahrzeug zugeführt wird. Das HVAC-System 20 beinhaltet eine Anordnung von Luftklappen einschließlich einer Verteilerklappe Armaturenbrett/Scheibenenteisung oder Fußboden/Armaturenbrett, eine Temperaturmischklappe sowie Stellglieder oder Klappen für Außen-/Umwälzluft, d.h. 22, 24, 26 und 28. Die Klappen 22 und 24 werden vorzugsweise in herkömmlicher Weise über (nicht dargestellte) Unterdruckantriebe zwischen ihren jeweiligen Vollvakuum-, Teilvakuum- und unterdrucklosen Stellungen verstellt, wie es in 1 dargestellt ist. Klappe 26 wird ebenfalls in herkömmlicher Weise von einem (nicht dargestellten) elektrischen Servomotor angetrieben. Die Klappe 28 kann auch von einem elektrischen Servomotor angetrieben werden, so daß die Position der Klappe 28 stufenlos verstellbar ist.
Das HVAC-System 20 beinhaltet weiterhin einen Verstellgebläsemotor oder Ventilator 30 mit einem Lüfterrad 32. HVAC-System 20 enthält Heiz- und Kühlelemente, wie z.B. einen Heizungskörper 34 und einen Verdampferkörper 36 in einer typischen Fahrzeugklimaanlage mit einem Kompressor 37. Jede der obengenannten Komponenten steht in Verbindung mit dem HVAC-Gehäuse und den zugehörigen Luftkanälen 38 zur Regelung der Temperatur, der Luftströmungsrichtung und des Verhältnisses von Frischluft oder Einlaßluft zu Umwälzluft.
Für die automatische Steuerung der Temperatur und der Strömung der Luft im Fahrgastraum werden Bedingungen im und außerhalb des Fahrgastraumes von Sensoren überwacht, und eine elektronische Steuerung erzeugt Signale für die Steuerung der Stellglieder der Anlage in Abhängigkeit von den durch die Sensoren angezeigten Bedingungen. Die Verdampfertemperatur wird in herkömmlicher Weise automatisch gesteuert, so daß das HVAC-System 20 die darüberstreichende Luft trocknen kann.
Wie 2 zeigt, liefert eine typische Sensorergänzung im HVAC-System 20 Signale, welche die Innenraumtemperatur (Fahrzeug-Innentemperatur), die Umgebungslufttemperatur (Außentemperatur), die Temperatur der Motorkühlflüssigkeit (ECT), die Fahrzeuggeschwindigkeit (VS), Regenstärke, Auslaßlufttemperatur und die Sonneneinstrahlung anzeigen. Zusätzlich dazu kann ein Einstellsignal oder ein die gewünschte Temperatur anzeigender Temperatureinstellungswert manuell vom Fahrzeugführer eingegeben werden.
Die Signale werden als Eingänge einer elektronischen Steuerung 40 zugeführt, nachdem sie in einer Aufbereitungsschaltung 42 aufbereitet worden sind. Die elektronische Steuerung 40 skaliert die Eingangssignale und liefert dementsprechend skalierte Ausgangssignale für den Einsatz in einer Gerätesteuerung 44, die ihrerseits die Klappen 22 bis 28 und das Gebläse 32 so steuert, daß die Temperatur und der Luftdurchsatz so geregelt werden, daß letztendlich das Beschlagen einer (nicht dargestellten) Fensterscheibe oder Windschutzscheibe des Fahrzeuges verhindert wird. Die Stellung der Mischklappe 26 wird an die Gerätesteuerung 44 zurückgemeldet, wie dies durch einen Rückführungspfeil angedeutet ist. Die Gerätesteuerung 44 empfängt außerdem ein Signal vom (nicht dargestellten) Zündschalter und dem HVAC-System 20 jeweils zur Anzeige des Betriebes des Zündschalters und des HVAC-Systems 20. Die Gerätesteuerung 44 überwacht den Zustand des Zündschalters und den Zustand des HVAC-Systems 20 vorzugsweise kontinuierlich. Es sei angemerkt, daß das HVAC-System 20 ähnlich demjenigen ist, das in der US-Patentschrift Nr. 5,516,041 von Davis Jr. u.a. offenbart wurde.
Ein Verfahren nach der vorliegenden Erfindung betrachtet die Auswirkungen von Regen auf eine Beschlagschutzstrategie für die Windschutzscheibe des Fahrzeuges, und was bei Abwesenheit eines Feuchtigkeitssensors durch Ableitung ermittelt werden kann. Informationen, daß es regnet, können direkt von einem (nicht dargestellten) Regensensor geliefert werden, oder von einem Wischersignal von einem (nicht dargestellten) Scheibenwischermotor, der für eine ausreichend lange Zeit in Betrieb geblieben ist, um den Schluß auf Regen zuzulassen. Es können zwei verschiedene Ableitungen bei Regen gemacht werden: wenn die Luftfeuchtigkeit außen zweifelsfrei höher als sonst ist, z.B. wenn sie in einem bestimmten Bereich liegt; und wenn die Windschutz- Scheibentemperatur kleiner als normal ist. Beide Fälle wirken sich auf die Wahrscheinlichkeit von Beschlag auf der Windschutzscheibe aus.
Eine Beschlaggrenze bildet den Übergang von solchen Bedingungen, in denen das Beschlagen der Windschutzscheibe unwahrscheinlich ist, auf solche Bedingungen (den schlimmsten Fall), die mit höchster Wahrscheinlichkeit zum Beschlagen der Windschutzscheibe führen. Die Beschlaggrenze ist als Kurve dargestellt, die die relative Luftfeuchtigkeit (rh) für einsetzendes Beschlagen als Funktion der Fahrgastraumtemperatur und der Umgebungstemperatur darstellt. Unterhalb der Beschlaggrenze ist das Beschlagen der Windschutzscheibe oder eines Fensters unwahrscheinlich. An oder knapp über der Beschlaggrenze ist es unter den schlimmsten Bedingungen wahrscheinlich, daß die Windschutzscheibe beschlägt. Weit über der Beschlaggrenze beschlägt die Windschutzscheibe oder das Fenster immer, mit Ausnahme derjenigen Abschnitte der Windschutzscheibe vielleicht, wo die Luftbewegung hoch ist. Eine als Beschlagwahrscheinlichkeit bezeichnete Variable (P_fog) wird definiert, die weit vor der Beschlaggrenze bei null anfängt und mit zunehmender Luftfeuchtigkeit ansteigt, wenn diese in eine gewisse Nähe der Grenze kommt, und ist schließlich 100, wenn die Beschlaggrenze überschritten wird (der Wert kann dann noch weiter bis auf einen bestimmten Maximalwert ansteigen, so daß noch eine weitere Zunahme der Aktionen im Falle extremen Scheibenbeschlages möglich ist).
Die Beschlaggrenze ist als Gleichung gegeben, die die relative Innenraum-Luftfeuchtigkeit für einsetzendes Beschlagen als Funktion einer einzigen Variablen T_in – T_amb angibt, wobei T_in die Temperatur im Fahrgastinnenraum ist, und wo T_amb die Umgebungstemperatur ist, sowie eines einzigen Parameters F_w. F_w ist definiert in bezog auf die Temperatur T_w der Innenfläche der Windschutzscheibe, und zwar wie folgt; Tw = Tamb + Fw (Tin – Tamb) (1)
T_w ist als die Umgebungstemperatur ausgedrückt, plus ein Bruchteil F_w der Differenz zwischen der Innenseite oder Innentempera tur und der Außenseite bzw. Umgebungstemperatur T_in – T_amb. Der Parameter F_w kann auch ohne Feuchtigkeitsmessung oder Beschlag bestimmt werden, die einzige Voraussetzung ist, daß die Temperatur an der Innenfläche der Windschutzscheibe unter den Bedingungen gemessen werden sollte, die, abgesehen von der Feuchtigkeit, die schlimmstmöglichen Beschlagbildungsbedingungen bzw. den schlimmsten Fall darstellen. Kurven der Beschlaggrenze für verschiedene Werte von F_w sind in 3 dargestellt.
Damit nun ein Beschlagen der Scheibe einsetzen kann, muß T_w gleich dem Taupunkt der Luft in unmittelbarer Nähe der Windschutzscheibe sein, was im schlimmsten Falle derselbe ist wie der Taupunkt der Luft im Fahrgastraum: Tw = Tdp = f (Tin, rhin) (2)was wiederum in Relation zur Innenraumtemperatur (T_in) und der Luftfeuchtigkeit (rh_in) steht. Im allgemeinen ist die zweidimensionale Darstellung, gegeben durch f (T_in, rh_in) etwas kompliziert, sie kann jedoch dadurch vereinfacht werden, daß T_dp und T_in definitionsgemäß mit 100% Luftfeuchtigkeit zusammenfallen. Die Formel kann umgeschrieben werden, indem T_dp und T_in abgezogen werden, und f als 100–rh_in ausgedruckt wird, woraus sich eine andere Funktion g wie folgt ergibt: Tin – Tdp = g (Tin, 100 – rhin) (3)
Aus dieser Umstellung ergibt sich, daß die Kurven von T_in – T_dp gegenüber 100 – rh_in gegen den Ursprung streben. Die Variation dieser Kurven mit T_in ist nicht groß, besonders in Anbetracht der Tatsache, daß T_in die meiste Zeit auf Raumtemperatur liegen wird. Diese Relation kann näherungsweise in einer Kurve einer einzigen Variablen ausgedrückt werden, und zwar wie folgt: Tin – Tdp = h (100 – rhin) (4)wobei h monoton ist, so daß seine Kehrwertbildung zumindest im Prinzip kein Problem darstellt, um folgende Gleichung zu ergeben: 100 – rhin = h–1 (Tin – Tdp) (5)
Bedenkt man nun, daß für einsetzendes Beschlagen T_w = T_dp, ergibt das Einsetzen der Gleichung (1) in die Gleichung (5): 100 – rhin = h–1[Tin – Tamb – Fw (Tin – Tamb)] oder rhin = 100 – h–1 [(1 – Fw)(Tin – Tamb)] (6)
Unter der Annahme, daß h^–1 gefunden werden kann, gibt diese Gleichung die relative Luftfeuchtigkeit für die Bedingungen einsetzenden Beschlagens unter den Bedingungen des schlimmsten Falles an; d.h. sie gibt die oben erwähnte Grenzkurve für einsetzendes Beschlagen an. Es sei dabei angemerkt, daß die Gleichung (6) eine starke Vereinfachung ist, insofern als die Luftfeuchtigkeit hier eine Funktion nur einer Variablen, nämlich T_in – T_amb ist. Es sei auch angemerkt, daß die Funktion h^–1 nur auf die Eigenschaften feuchter Luft bezogen ist, und daß die Eigenschaften des Fahrzeuges in einen einzigen Parameter F_w zusammengefaßt sind. Dieser Parameter F_w kann ohne Feuchtigkeitsmessungen oder Beschlagen bestimmt werden, die einzige Vorgabe ist, daß die Temperatur T_w der Innenfläche der Windschutzscheibe unter den Bedingungen gemessen wird, die die oben erläuterten schlimmstmöglichen Beschlagbildungsbedingungen darstellen.
Durch die Fähigkeit, einsetzendes Beschlagen zu erfassen und ein Maß für den Grad bzw. die Wahrscheinlichkeit des Beschlagens einer Windschutzscheibe zu bieten, kann eine Strategie erstellt werden, um solche Bedingungen zu vermeiden. Mit zunehmender Beschlagwahrscheinlichkeit wird proportional die Gebläsedrehzahl 32 erhöht. An einem unteren Schwellenwert wird eine (nicht dargestellte) Klimaanlagenkupplung (A/C) eingeschaltet, wenn dies nicht schon der Fall ist; außerdem wird die Frischluft-/Umwälzluftklappe 28 auf Frischluft eingestellt. Bei einer mittleren Beschlagwahrscheinlichkeit von z.B. 50° wird die Luftverteilung umgestellt, so daß mehr Luft auf die Windschutzscheibe geleitet wird. Ist die momentane Einstellung auf den Baden gerichtet, wird die Einstellung Boden/Enteisung gewählt; ist die momentane Einstellung Boden/Enteisung oder irgendeine andere, wird die Enteisungsstellung gewählt. Bei einer oberen Schwelle der Beschlagwahrscheinlichkeit von z.B. 90% wird ausschließlich die Enteisungsstellung gewählt. Die Verwendung einer erhöhten Gebläsedrehzahl und eines mehr auf die Windschutzscheibe gerichteten Luftstromes kann äußerst wirkungsvoll sein, Beschlag auf einer Windschutzscheibe zu mindern, ohne den Komfort zu be einträchtigen. Bei einer Beschlagwahrscheinlichkeit von über 100% dagegen läuft das Gebläse weiter immer stärker, und es wird zusätzlich Wärme in die Strategie mit einbezogen.
Wie 4 zeigt, ist dort die Beschlagwahrscheinlichkeit als Funktion der Nähe der relativen Luftfeuchtigkeit (rh) an der Beschlaggrenze dargestellt, zusammen mit den Aktionen, die zur Anpassung der Strategie unternommen werden. Die Variablen Gebläse plus und Wärme plus sind Variablen, die jeweils der Gebläsedrehzahl und der Systemwärme zugeschlagen werden. Modeplus verstellt die Luftverteilung auf solche Einstellungen, die mehr zur Windschutzscheibe hin gerichtet sind. Der Punkt, an welchem die A/C-Kupplung eingekuppelt wird, und wo auf Frischluftbetrieb gestellt wird, sind ebenfalls angedeutet. Auf diese Weise ist der Grad der unternommenen Aktion, um dem Beschlagen der Windschutzscheibe zu begegnen, je nach der Beschlagwahrscheinlichkeit moduliert. Allmählich beginnend werden die eingreifenden Aktionen mit zunehmender Schwere der erwarteten Beschlagbedingungen verstärkt. Im Extremfall sind die Aktionen dann gleich den bestmöglichen Gegenmaßnahmen (kurz vor dem Herunterdrehen der Fenster).
Die relative Umgebungsluftfeuchtigkeit ist, wenn es regnet, natürlich höher als sonst, sie beträgt jedoch selten 100. 100 relative Luftfeuchtigkeit liegt in der Regel bei Nebel vor (oder in gleicher Weise in einer Wolke), und wird, außer bei Nieselregen oder Dunst, nur selten von der Art von Regen begleitet, die den Wärmeabfluß von der Windschutzscheibe nennenswert beeinflußt. Andererseits ist es ebenso selten, bei Regen eine relative Luftfeuchtigkeit von weniger als 75% vorzufinden. Der Umgebungstemperaturbereich, bei dem Beschlag auf der Windschutzscheibe normalerweise auftritt, liegt zwischen 30°F und 50°F. Der Bereich relativer Luftfeuchtigkeit in der Umgebungsluft liegt zwischen 75% und 95%, und bei Temperaturen v%n 30°F bis 50°F. Wenn solche Luft in den Innenraum des Führerhauses oder Fahrgastraumes des Fahrzeuges eingeführt wird, wird diese Luft auf eine angenehme Temperatur von z.B. 75°F gebracht. Wird der Luft keine Feuchtigkeit entzogen oder zugeführt, ändert sich die absolute Luftfeuchtigkeit nicht, aber die relative Luftfeuchtigkeit sinkt, weil die Luft wärmer ist. Als Kurven auf einen typischen Graphen für die Beschlaggrenze aufgetragen, wie ihn 5 zeigt, fällt der Bereich der Umgebungsluftfeuchtigkeitswerte und Temperaturen in einen ganz bestimmten Bereich in bezog auf Beschlagwahrscheinlichkeit.
Wie 5 zeigt, ist die Beschlaggrenze hier für einen F_w-Wert von 0,3 eingezeichnet. Das aus Wahrscheinlichkeitsbedingungen bei Regenwetter umgerechnete Wertefeld enthält Werte, die sich der 50%-Beschlaggrenze nähern. Wenn die Klimaanlage (A/C) eingeschaltet ist, und der Verdampferkörper eine Temperatur von 40°F erreicht hat, wandeln sich die Umgebungsluftfeuchtigkeitswerte und Temperaturen in ein geringfügig anderes Feld, wie es in 6 dargestellt ist.
Wie aus 6 ersichtlich ist, hilft die Klimaanlage A/C zwar, aber ein Beschlagwahrscheinlichkeitswert von 40% ist noch immer möglich, und andere innere Feuchtigkeitsquellen, die sich zu den Innenraumwerten addieren, sind hier nicht berücksichtigt. Innere Quellen, z.B. Menschen, feuchte Kleidung usw. heben die Luftfeuchtigkeit noch weiter gegenüber den in diesem Feld angezeigten Werten an. Das Feld stellt ausschließlich Basis- bzw. Grundwerte für die Luftfeuchtigkeit und die dementsprechende Beschlagwahrscheinlichkeit dar. Es sei angemerkt, daß eine typische automatische Beschlagschutzstrategie bereits Schritte zur Vermeidung von Scheibenbeschlag ergreifen würde.
Die Auswirkung von Regen auf das Beschlagen einer Windschutzscheibe ist nicht bloß darauf beschränkt, eine höhere Umgebungsluftfeuchtigkeit anzuzeigen. Regentropfen treten in die äußere Windschutzscheiben-Grenzschicht ein und beeinflussen unmittelbar die Wärmeübertragung durch die Windschutzscheibe. Außerdem liegt die Temperatur der Regentropfen theoretisch unter derjenigen der diese Tropfen umgebenden Umgebungsluft. Durch Verdunstung an der Oberfläche der Regentropfen werden diese bis auf die Feuchtkugeltemperatur der Luft abgekühlt, durch die sie fallen. Diese Temperatur hängt von der Luftfeuchtigkeit ab, für Luft mit 50°F und 75° rh liegt diese Feuchtkugeltemperatur je doch bei etwa 46°F, d.h. vier Grad kühler. Es sei festgehalten, daß viele Ungenauigkeiten in der Bestimmung der Kühlwirkung von Regen auf der Windschutzscheibe enthalten sind, ein Schätzungswert für einen schlimmsten Fa11 wäre allerdings, daß ein starker Regen Tw bis auf Umgebungslufttemperatur senken kann, d.h. F_w = 0. In diesem Falle würde die Beschlaggrenze durch die unterste Kurve in 3 gegeben. Starker Regen würde die schlechtestmöglichen Bedingungen darstellen; mit abnehmender Regenstärke würde F_w entsprechend bis auf den Nennwert (fahrzeugspezifisch, kalibriert, kein Regen) ohne Regen ansteigen.
Mit Bezug auf Figur 7 wird nun ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Bestimmung der Beschlaggrenze einer Windschutzscheibe dargestellt. Allgemein berechnet das Verfahren die Beschlaggrenze anhand des Parameters F_w je nach der Stärke des Regens, ermittelt durch einen Regensensor oder die Geschwindigkeit der Scheibenwischerbewegungen. Ohne einen Fahrgastraum-Luftfeuchtigkeitssensor wird ein Nennwert (90%) für die relative Luftfeuchtigkeit bei Regen angenommen, und das Verfahren bringt geeignete Steueraktionen zum Einsatz, die der aus dem Regen abgeleiteten Situation entsprechen. Angemerkt sei hierbei, daß das Verfahren in der elektronischen Steuerung 40 ausgeführt wird.
Wie 7 zeigt, beginnt das Verfahren bei Block 100 und verarbeitet Signale von den Sensoren und liefert dann gefilterte Signale für die Fahrzeuggeschwindigkeit (vs), die Zeit (t), die Regenstärke, Umgebungstemperatur (T_amb) und die Innen- oder Fahrzeug-Innenraumtemperatur (T_in). Das Verfahren geht dann von Block 100 weiter auf Block 102 und bestimmt F_w entweder aus einer im Speicher abgelegten Nachschlagetabelle oder als explizite Funktion der Regenstärke. Von Block 102 geht das Verfahren dann zu Block 104 und bestimmt eine Temperaturdifferenz Del, die gleich T_in, minus T_amb ist. Vom Block 104 geht das Verfahren weiter zu Block 106 und bestimmt die relative Luftfeuchtigkeitsgrenze rh_bd anhand einer im Speicher abgelegten Nachschlagetabelle (gemäß einem in 3 dargestellten Graphen) oder anhand einer expliziten Funktion über F_w und Del. Dann geht das Verfahren über zu Block 108 und bestimmt die Wahrscheinlichkeit, daß Beschlagen ("fog") auftritt (P_fog) , ebenfalls anhand einer im Speicher abgelegten Nachschlagetabelle (gemäß eines der Graphen aus den 5 oder 6) oder anhand einer expliziten Funktion der Annäherung der gemessenen relativen Luftfeuchtigkeit an die Beschlaggrenze. Das Verfahren schreitet dann weiter zu Block 110 und bestimmt, ausgehend von P_fog, die zu ergreifenden beschlagvermeidenden Aktionen. Dabei geht das Verfahren zu einem oder mehreren der Blöcke 112, 114, 116, 118, 120 zur Aktivierung der A/C-Kupplung, Betätigung der Umwälzluftklappe 28, des Gebläses 30, der Betriebsart und der Wärmezufuhr, ausgehend von den in Block 110 ermittelten Beschlagschutzaktionen. Danach ist das Verfahren beendet.
Die vorliegende Erfindung wurde zur Veranschaulichung beschrieben. Es ist selbstverständlich, daß die hier verwendete Terminologie nur im Sinne der Beschreibung zu verstehen ist, nicht im Sinne einer Einschränkung.
Angesichts der oben offenbarten Lehren sind zahlreiche Änderungen und Variationen der vorliegenden Erfindung denkbar. Daher kann die vorliegende Erfindung im Rahmen der anhängenden Patentansprüche auch in anderer Weise als der im besonderen beschriebenen Art und Weise zu Anwendung gebracht werden.

Claims

Verfahren zur Vermeidung von Beschlag auf Windschutzscheiben, wenn Regen auf ein Fahrzeug fällt, durch automatische Steuerung des Heiz-, Lüftungs- und Klimasystems (HVAC) eines Fahrzeuges, wobei besagtes Verfahren folgende Schritte beinhaltet: – Bestimmen der Stärke des Regens; – Bestimmen eines Windschutzscheiben-Parameters für das Fahrzeug als Funktion der Regenstärke; – Bestimmen der Temperaturdifferenz zwischen der Fahrzeug-Fahrgastraumtemperatur und der Umgebungstemperatur; – Bestimmen der relativen Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug-Fahrgastraum; – Bestimmen einer relativen Luftfeuchtigkeit für einsetzendes Beschlagen anhand der Windschutzscheiben-Parameter und der Temperaturdifferenz zwischen der Fahrzeug-Fahrgastraumtemperatur und der Umgebungstemperatur; – Bestimmen einer Beschlagwahrscheinlichkeit anhand der Differenz zwischen der relativen. Luftfeuchtigkeit des Fahrgastraumes und der relativen Luftfeuchtigkeit für einsetzendes Beschlagen; – Bestimmen einer oder mehrerer Antibeschlag-Aktion(en), die jeweils aufgrund der Beschlagwahrscheinlichkeit zu ergreifen sind; und – Steuern des HVAC-Systems zur Durchführung der ermittelten einen oder mehreren Antibeschlag-Aktion(en).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die Windschutzscheiben-Parameter eine Funktion der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Zeit sind.
Verfahren nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin die relative Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug-Fahrgastraum durch Messen mit einem Sensor im Fahrgastraum bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, worin die relative Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug-Fahrgastraum ein Grund-Nennwert der relativen Luftfeuchtigkeit unter Regenbedingungen ist.
Verfahren nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin der Schritt der Bestimmung der relativen Luftfeuchtigkeit für einsetzendes Beschlagen folgende Gleichung beinhaltet: rhin = 100 – h–1[(1 – Fw)(Tin – Tamb)].
Verfahren nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin der Schritt der Bestimmung der Antibeschlag-Aktionen die Bestimmung beinhaltet, ob die Gebläsedrehzahl angepasst werden soll, die Klimaanlage eingeschaltet, die Luftverteilung geändert, die Klappe für Frischluft/Umwälzluft verstellt, mehr Wärme abgegeben oder irgendeine Kombination dieser Maßnahmen eingeleitet werden soll.
Verfahren nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, worin besagte Beschlagwahrscheinlichkeit für einen Bereich relativer Luftfeuchtigkeit von etwa 75% bis 95% und für einen Umgebungstemperaturbereich von 0°C (30°F) bis 10°C (50°F) bestimmt wird.