DE60005190T2

DE60005190T2 - Steueranlage eines Luftkonditionierungssystems eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE60005190T2
Application number: DE2000605190
Authority: DE
Inventors: Christophe Berthoud
Original assignee: Microchemical Systems Sa Corcelles; Microchemical Systems SA
Current assignee: SGX Sensortech SA
Priority date: 2000-09-22
Filing date: 2000-09-22
Publication date: 2004-06-17
Anticipated expiration: 2020-09-23
Also published as: EP1190879A1; DE60005190D1; EP1190879B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Steuerung der Lüftung eines Fahrzeugs. Genauer handelt es sich um ein System, das den Grad der Verschmutzung außerhalb des Fahrzeugs misst und dementsprechend auf seinen Mechanismus zur Steuerung der Lüftung einwirkt, so dass das Einströmen von Luft, deren Verschmutzungsgrad einen bestimmten Wert überschreitet, in den Fahrgastraum unterbunden wird.
Das Patent DE 3 304 324 beschreibt beispielsweise ein System dieses Typs, bei dem die Zufuhr von Außenluft unterbrochen wird, wenn die Abweichung eines Signals, das von einem Luftverschmutzungssensor geliefert wird, von einem Referenzwert, der aus dem Mittelwert des Signals selbst gebildet ist, eine bestimmte Höhe überschreitet.
Zahlreiche Versuche, die an Ort und Stelle unter realen Verkehrsbedingungen ausgeführt worden sind, haben gezeigt, dass das System, um wirksam zu sein,

– einerseits auf eine Schadstoffemissionsspitze, wie sie beispielsweise zum Zeitpunkt des Wiederanfahrens an einer Ampel in einer Fahrzeugschlange auftritt, aber andererseits auch
– auf einen langsamen Anstieg der Verschmutzung, wie er beispielsweise bei der Einfahrt in einen Tunnel auftritt,

Bei einem System, das nur einen einzigen Referenzwert verwendet, besteht die Gefahr, dass es in der einen oder in der anderen der oben dargestellten Situationen versagt. Wenn der Referenzwert ein Mittelwert des Messsignals ist, der über ein zu kurzes Zeitintervall genommen worden ist, wird das System nicht auf einen langsamen Anstieg des Verschmutzungsgrades reagieren. Wenn hingegen der Referenzwert ein Mittelwert ist, der über einen zu langen Zeitraum genommen ist, wird das System schlecht auf eine plötzliche Schadstoffemissionsspitze reagieren.
Die vorliegende Erfindung hat folglich zum Ziel, ein verbessertes System zu schaffen, das ermöglicht, sowohl schnelle Anstiege als auch langsame Anstiege der Verschmutzung zu meistern.
Genauer ist das Steuerungssystem gemäß der Erfindung, um dieses Ziel zu erreichen, von dem Typ, der mindestens einen Gassensor, welcher ein für den Grad der Verschmutzung der Umgebungsluft repräsentatives Signal erzeugt, und eine elektronische Schaltung umfasst, welche auf dieses Signal reagiert, indem sie auf die Steuereinheit der Lüfterklappe des Fahrzeugs wirkt, um das Eindringen von Luft, welche einen gegebenen Verschmutzungsgrad überschreitet, zu verhindern. Dieses System ist dadurch gekennzeichnet, dass seine elektrische Schaltung ausgebildet ist mit:

– Mitteln, um in regelmäßigen Intervallen die Signalamplitude (R, O), welche vom Gassensor geliefert wird, zu messen;
– Mitteln, um einen ersten Referenzwert, bestehend aus dem Mittelwert (SMR, SMO) dieser Messungen über ein erstes Zeitintervall, dem so genannten kurzen Mittelwert, sowie einen zweiten Referenzwert, bestehend aus dem Mittelwert (LMR, LMO) der genannten Messungen über ein zweites Zeitintervall, welches größer ist als das erste, dem so genannten langen Mittelwert, zu berechnen;
– Mitteln, um eine erste Abweichung (ΔSR, ΔSO) zwischen jeder Messung und dem kurzen Mittelwert (SMR, SMO), als auch eine zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) zwischen jeder Messung und dem langen Mittelwert (LMR, LMO) zu berechnen
– Entscheidungsmitteln, um die genannten ersten (ΔSR, ΔSO) und zweiten Abweichungen (ΔLR, ΔLO) mit Schwellwerten (SCR, LCR, SCO, LCO, LOR und LOO) zu vergleichen und um, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs, einen Befehl zum Öffnen oder zum Schließen der Lüfterklappe an die genannte Steuereinheit zu senden.

Vorteilhaft sind die Entscheidungsmittel so ausgebildet, dass sie nacheinander die folgenden Schritte ausführen:

– Senden eines Befehls zum Schließen der Lüfterklappe, falls die erste Abweichung (ΔSR, ΔSO) einen ersten Schwellwert (SCR, SCO) überschreitet oder falls die zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) einen zweiten Schwellwert (LCR, LCO) überschreitet, wobei diese beiden Schwellwerte einem inakzeptablen Anstieg der Verschmutzung entsprechen,
– Senden eines Befehls zum Öffnen der Lüfterklappe, falls die erste Abweichung (ΔSR, ΔSO) den genannten ersten Schwellwert (SCR, SCO) nicht überschreitet und falls die zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) den genannten zweiten Schwellwert (LCR, LCO) nicht überschreitet und falls die zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) einen dritten Schwellwert (LOR, LOO) überschreitet, welcher einer akzeptablen Abnahme der Verschmutzung entspricht, und
– Senden eines Befehls zum Halten der Lüfterklappe in ihrem Zustand, falls die erste Abweichung (ΔSR, ΔSO) den genannten ersten Schwellwert (SCR, SCO) nicht überschreitet und falls die zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) den genannten zweiten Schwellwert (LCR, LCO) nicht überschreitet und falls die zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) den genannten dritten Schwellwert (LOR, LOO) nicht überschreitet.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Intervalle, in denen die Amplitude des vom Detektor gelieferten Signals (R, O) gemessen wird, 100 ms. Typisch ist das erste Intervall dann 3,2 s und das zweite Intervall 12,8s.
Besonders vorteilhaft umfasst das System einen Sensor für reduzierende Gase und einen Sensor für oxidierende Gase.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung deutlich werden, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegeben ist, worin
1 ein Gesamtschema des Systems gemäß der Erfindung ist; und
2 das Ablaufdiagramm der von seinem Mikroprozessor ausgeführten Operationen zeigt.
Es wird sich zunächst auf die 1 bezogen, die unter 10 bzw. 12 einen Sensor für reduzierende Gase und einen Sensor für oxidierende Gase zeigt. Der Sensor für reduzierende Gase 10 spricht vor allem auf Kohlenmonoxid (CO) aber auch insbesondere auf Stickstoffmonoxid (NO), auf unverbrannte Kohlenwasserstoffe (C_nH_2n+2), auf Schwefelwasserstoffsäure (H₂S) , auf Methan (CH₄), auf Methanol (CH₃OH) und auf Kohlenstoffdisulfid (CS) an. Der Sensor 12 für oxidierende Gase spricht vor allem auf Stickstoffdioxid (NO₂) aber auch insbesondere auf Schwefeldioxid (SO₂) und auf Ozon (O₃) an.
Die Sensoren 10 und 12 sind vorteilhaft von dem Typ, der in der PCT-Anmeldung CH 00/00 349 mit dem Hinterlegungsdatum vom 2. Juli 1999 beschrieben ist. Sie geben ein Signal R, dessen Amplitude für den Gehalt an reduzierenden Gasen in der umgebenden Luft repräsentativ ist, bzw. ein Signal O, dessen Amplitude für den Gehalt an oxidierenden Gasen in der umgebenden Luft repräsentativ ist, ab.
Die Signale R und O werden an den Eingang eines an eine Spannungsquelle 16 angeschlossenen Mikroprozessors 14 angelegt, der in herkömmlicher Weise einen Analog/Digital-Umsetzer 18, einen ROM (Speicher) 20, einen RAM (Speicher) 22 und ein Rechenwerk 24 umfasst.
Der Mikroprozessor 16 gibt an seinem Ausgang ein Signal ab, das dafür bestimmt ist, an die Einheit zur Steuerung der Lüftung eines Fahrzeugs 24 angelegt zu werden, um ihre Lüfterklappe zu öffnen oder zu schließen.
Die wichtigsten Operationen, die von dem Mikroprozessor 16 ausgeführt werden, sind folgende:

– Erfassen der Signale R und O, typisch alle 100 ms;
– Berechnen der Mittelwerte SMR und SMO über die letzten 32 Messwerte von R und von O (SM = short mean = kurzer Mittelwert) sowie der Mittelwerte LMR und LMO über die letzten 128 Messwerte von R und O (LM = long mean = langer Mittelwert);
– Berechnen der folgenden Abweichungen, nachstehend als Deltas bezeichnet: R – SMR = ΔSR O – SMO = ΔSO R – LMR = ΔLR O – LMO = ΔLO
– Vergleichen dieser vier Deltas mit sechs Schwellwerten (später genauer dargelegt), die im ROM 20 gespeichert sind, und je nach dem Ergebnis dieser Vergleiche Senden eines Befehls zum Schließen oder zum Öffnen der Lüfterklappe in dem Fahrzeug an die Steuereinheit 26.

Die 2, auf die sich nun bezogen wird, zeigt die Funktionsweise des Mikroprozessors 16 genauer.
Wie unter 30 dargestellt ist, startet das System zum Zeitpunkt des Anlassens des Fahrzeugs, wobei die Lüfterklappe geöffnet ist. Zu diesem Zeitpunkt sind im RAM 22 die vier Mittelwerte SMR, SMO, LMR und LMO wie auch die vier Deltas ΔSR, ΔSO, ΔLR und ΔLO null.
Nach Ablauf einer Zeit von ungefähr 45 Sekunden, die notwendig ist, um den beiden Sensoren 10 und 12 das Erreichen ihrer Betriebstemperatur zu ermöglichen, wird das System alle 100 ms einen Zyklus von Operationen ausführen, wovon die erste Gruppe, die unter 32 veranschaulicht ist,

– das Messen der Signale R und O, ihre Umsetzung in digitale Werte mit Hilfe des Umsetzers 18 und die Akkumulation dieser Werte im RAM 22; sowie
– das Berechnen der vier Deltas ΔSR, ΔSO, ΔLR und ΔLO und ihr anschließendes Speichern im RAM 22 am Ort ihrer vorhergehenden Werte

Die folgende, unter dem Bezugszeichen 34 gezeigte Operation besteht darin zu ermitteln, ob die Anzahl der Messwerte ein Vielfaches von 32 ist. Wenn dies der Fall ist, d.h. alle 3,2 Sekunden, führt das System, in der Operation 36, eine Division der akkumulierten Werte von R und O durch 32 aus, um die neuen Mittelwerte SMR und SMO zu erhalten, die im RAM 22 die vorhergehenden Werte ersetzen. Das System geht dann zur folgenden Operation 38 über. Wenn hingegen die Anzahl der Messwerte kein Vielfaches von 32 ist, geht das System direkt zur Operation 38.
Diese Operation 38 besteht darin, zu ermitteln, ob die Anzahl der Messwerte ein Vielfaches von 128 ist. Wenn dies der Fall ist, d.h. alle 12,8 Sekunden, führt das System, in der Operation 40, eine" Division der akkumulierten Werte von R und O durch 128 aus, um die neuen Mittelwerte LMR und LMO zu erhalten, die im RAM 22 die vorhergehenden Werte ersetzen. Das System geht dann zur folgenden Operation 42 über. Wenn hingegen die Anzahl der Messwerte kein Vielfaches von 128 ist, geht das System direkt zur Operation 42.
Diese Operation 42 besteht darin, die vier folgenden Fragen zu stellen:
– ΔSR > SCR ?
– ΔLR > LCR ?
– ΔSO > SCO ?
– ΔLO > LCO ?
SCR, LCR, SCO und LCO sind vier der sechs im ROM 20 gespeicherten Schwellwerte, die jeweils die Werte der Deltas ΔSR, ΔSO, ΔLR und ΔLO repräsentieren, die einem inakzeptablen Anstieg der Verschmutzung entsprechen. Diese Schwellwerte sind auf der Grundlage von experimentellen Messungen bestimmt und können in Abhängigkeit von den Anforderungen des Fahrzeugherstellers modifiziert werden.
Wenn die Antwort auf wenigstens eine der vier in 42 gestellten Fragen "ja" (yes) ist, was bedeutet, dass der Verschmutzungsgrad eine der vereinbarten Schwellen übersteigt, gibt das System in 44 den Befehl, die Lüfterklappe zu schließen oder geschlossen zu lassen, was die letzte Operation des Zyklus darstellt, bevor nach 100 ms ein neuer Zyklus mit der Operation 32 startet.
Wenn hingegen die Antwort auf die vier in der Operation 42 gestellten Fragen "nein" (no) ist, was bedeutet, dass die vier entsprechenden Schwellen für die Verschmutzung nicht überschritten worden sind, dann geht das System zur Operation 46 über, die darin besteht, die zwei folgenden Fragen zu stellen:
– ΔLR > LOR ?
– ΔLO > LOO ?
LOR und LOO sind die zwei weiteren, im ROM 20 gespeicherten Schwellwerte, welche die Werte der Deltas ΔLR bzw. ΔLO repräsentieren, die einer akzeptablen Verringerung der Verschmutzung entsprechen.
Wenn die Antwort auf wenigstens eine der beiden in der Operation 46 gestellten Fragen "ja" ist, dann gibt das System in der Operation 48 den Befehl, die Lüfterklappe zu öffnen oder geöffnet zu lassen, was die letzte der Operationen des Zyklus darstellt.
Wenn hingegen die Antwort auf die beiden in der Operation 46 gestellten Fragen "nein" ist, dann gibt das System in der Operation 50 den Befehl, die Lüfterklappe unabhängig davon, ob sie geschlossen oder geöffnet ist, in ihrer Stellung zu belassen, bevor wieder ein neuer Zyklus mit der Operation 32 beginnt.
Auf diese Weise ist also ein System geschaffen worden, das im Unterschied zu den bekannten Systemen zwei Referenzwerte für die Signale, die vom Sensor für reduzierende Gase bzw. vom Sensor für oxidierende Gase kommen, verwendet. Der Referenzwert, der aus dem "kurzen" Mittelwert (SMR, SMO) der Messungen über ein Zeitintervall von 3,2 s besteht, ermöglicht dem System, auf Spitzen der Verschmutzung zu reagieren, für die es unempfindlich wäre, wenn der Referenzwert dem Mittelwert der Messungen über ein langes Zeitintervall entsprechen würde. Hingegen gibt der aus dem "langen" Mittelwert (LMR, LMO) der Messungen über ein Zeitintervall von 12,8 s bestehende Referenzwert dem System die Möglichkeit, auf einen langsamen Anstieg der Verschmutzung zu reagieren, auf den es nicht reagieren würde, wenn der Referenzwert dem Mittelwert der Messungen über ein kurzes Zeitintervall entsprechen würde.

Claims

System zur Steuerung der Lüftung eines Fahrzeugs, bestehend aus mindestens einem Gassensor (10, 12), welcher ein für den Grad der Verschmutzung der Umgebungsluft repräsentatives Signal (R, O) erzeugt und einer elektronischen Schaltung, welche auf das genannte Signal reagiert indem sie auf die Steuereinheit der Lüfterklappe wirkt, um ein Eindringen der Luft, welche einen gegebenen Verschmutzungsgrad überschreitet, zu verhindern, dadurch gekennzeichnet, dass die genannte Schaltung ausgebildet ist mit: – Mitteln, um in regelmäßigen Intervallen die Signalamplitude (R, O), welche vom Sensor geliefert wird, zu messen. – Mitteln, um einen ersten Referenzwert, bestehend aus dem Mittelwert (SMR, SMO) der genannten Messungen über ein erstes Zeitintervall, in der Folge kurzer Mittelwert genannt, sowie einen zweiten Referenzwert, bestehend aus einem zweiten Mittelwert (LMR, LMO) der genannten Messungen über ein zweites Zeitintervall, welches größer ist als das erste, in der Folge langer Mittelwert genannt, zu berechnen. – Mitteln, um eine erste Abweichung (ΔSR, ΔSO) zwischen jeder Messung und dem kurzen Mittelwert (SMR, SMO), als auch eine zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) zwischen jeder Messung und dem langen Mittelwert (LMR, LMO), zu berechnen. – Entscheidungsmitteln, um die genannten ersten (ΔSR, ΔSO) und zweiten Abweichungen (ΔLR, ΔLO) mit Schwellwerten (SCR, LCR, SCO, LCO, LOR, LOO) zu vergleichen und um, entsprechend dem Ergebnis des Vergleichs, einen Befehl zum Öffnen oder zum Schließen der Lüfterklappe an die genannte Steuereinheit zu senden.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Entscheidungsmittel ausgebildet sind um die folgenden Schritte nacheinander auszuführen: – Senden eines Befehls zum Schließen der Lüfterklappe, falls die erste Abweichung (ΔSR, ΔSO) einen ersten Schwellwert (SCR, SCO) überschreitet oder falls die zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) einen zweiten Schwellwert (LCR, LCO) überschreitet, wobei die beiden Schwellwerte einem inakzeptablen Anstieg der Verschmutzung entsprechen, – Senden eines Befehls zum Öffnen der Lüfterklappe, falls die erste Abweichung (ΔSR, ΔSO) den genannten ersten Schwellwert (SCR, SCO) nicht überschreitet und falls die zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) den genannten zweiten Schwellwert (LCR, LCO) nicht überschreitet und falls die zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) einen dritten Schwellwert (LOR, LOO) überschreitet, welche einer akzeptablen Abnahme der Verschmutzung entspricht, – Senden eines Befehls zum Halten der Lüfterklappe in ihrem Zustand, falls die erste Abweichung (ΔSR, ΔSO) den genannten ersten Schwellwert (SCR, SCO) nicht überschreitet und falls die zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) den genannten zweiten Schwellwert (LCR, LCO) nicht überschreitet und falls die zweite Abweichung (ΔLR, ΔLO) den genannten dritten Schwellwert (LOR, LOO) nicht überschreitet.
System nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Intervalle bei denen die Amplitude des vom Detektor gelieferten Signals (R, O) gemessen wird, 100 ms betragen.
System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte erste Zeitintervall 3,2s und das genannte zweite Zeitintervall 12,8s beträgt.
System nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Gassensor zum Detektieren von reduzierenden Gasen und einen Gassensor zum Detektieren von oxidierenden Gasen enthält.