DE68925697T2

DE68925697T2 - Sensor für klimaanlage in einem fahrzeug

Info

Publication number: DE68925697T2
Application number: DE68925697T
Authority: DE
Inventors: Lars Johnsson; Anders Knutson; Claes Zimmer
Original assignee: Saab Automobile AB
Current assignee: BAIC Hong Kong Investment Corp; Saab Automobile AB
Priority date: 1988-12-22
Filing date: 1989-12-20
Publication date: 1996-06-27
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: WO1990007102A1; SE8804623D0; EP0449936A1; DE68925697D1; SE8804623L; JPH04506111A; EP0449936B1; US5117744A; SE462665B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Es wird immer üblicher, daß heutige Kraftfahrzeuge mit einer Klimaanlage ausgestattet sind, die eine gewünschte Fahrgastraumtemperatur unabhängig von externen Klimabedingungen automatisch aufrechterhält. Abhängig einerseits von an einer Steuertafel vorgenommenen Einstellungen und andererseits von Signalen von Sensoren, beispielsweise für Außenlufttemperatur, Sonnenstrahlung, Luftgemischtemperatur nach Wärmetauschern und Lufttemperatur im Fahrgastraum, ist es somit möglich, daß eine Klimasteuereinheit die Gebläsedrehzahl und die Einstellung verschiedener Ventile, welche den Luftstrom im Fahrgastraum regeln, steuert. Die Sonnenstrahlung wurde bisher mittels einer Fotodiode erfaßt, die in der Lage war, die Drehzahl des Fahrgastraumgebläses zu steuern. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß diese Regulierung nicht zufriedenstellt.
Ein Sensor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 ist aus DE-A- 37 33 764 bekannt. Der in dieser Patentschrift offenbarte Sensor kann beispielsweise in Verbindung mit der Entwicklung von Klimaanlagen für Fahrzeuge verwendet werden. Zu diesem Zweck muß der Sensor innerhalb des Fahrgastraums eines Fahrzeuges genau in Stellung gebracht werden, damit er in der Lage ist, die Stellung der Sonne in bezug auf das Fahrzeug in Form des Höhenwinkels und des Azimutwinkels zu bestimmen. Der Sensor umfaßt eine aus durchsichtigem Werkstoff hergestellte Kuppel, die für Sonnenstrahlung durchlässig ist.
US-A-4,760,772 offenbart einen sonnenbeschienenen Beleuchtungssensor mit einer Vielzahl von Fotodetektoren, die in verschiedene Richtungen ausgerichtet angeordnet sind; dieser sonnenbeschienene Beleuchtungssensor ist an einem Instrumentenbrett eines Kraftfahrzeuges unterhalb und auf der Innenseite der Fahrzeugwindschutzscheibe angeordnet.
US-A-4,082,947 offenbart eine Sensoranordnung für einen Sonnenkollektor. Mit Hilfe dieser Sensoranordnung ist der Sonnenkollektor in der Lage, der Sonnenbewegung nach Azimut und Höhe automatisch nachzulaufen. Die Sensoranordnung weist eine Schatten werfende Platte auf, die oberhalb der Sensoren angeordnet ist. Eine ähnliche Sensoranordnung ist aus WO-A- 8703696 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Abtastung der Sonnenstrahlung zu ermöglichen, um dadurch eine bessere und zuverlässigere Regulierung der Temperatur im Fahrgastraum des Fahrzeugs zu erzielen.
Die vorstehend genannte Aufgabe ist erfindungsgemäß mit einem Sensor gelöst, der die im beigefügten Anspruch 1 genannten Merkmale aufweist.
Weil die Form des Fahrzeugs das Ausmaß der bei verschiedenen Sonnenstellungen relativ zum Fahrzeug die in das Fahrzeug einfallenden Sonnenstrahlung beeinflußt, ist es somit auch möglich, die Klimasteuerung an die Konstruktion des Fahrzeugs anzupassen. Dies ist bei den heutigen Fahrzeugtypen von großer Bedeutung, weil bei ihnen die Fahrzeugfenster häufig groß und stark geneigt sind.
Der Meßkopf des Sensors läßt sich auf vielfältige Weise auslegen, weist aber gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform vier zu einer oberen, ebenen Fläche rechtwinklige Seitenflächen auf, die paarweise parallel sind und mit den beiden anderen Seitenflächen rechte Winkel bilden, wobei auf jeder dieser Seitenflchen eine Solarzelle vorhanden ist und die Seitenflächen in einem Paar so angeordnet sind, daß sie in der Einbaustellung des Sensors zur Längsrichtung des Fahrzeugs parallel sind. Dies ermöglicht eine platzsparende und einfache Konstruktion des Meßkopfes.
Gemäß einer anderen Variante können auf der oberen, ebenen Fläche des Meßkopfes vier Solarzellen, die aneinanderstoßende Ecken aufweisen, und ein Schatten werfendes Bauteil vorhanden sein, das ein Schattenbild auf den Solarzellen erzeugt, das sich mit der Stellung der Sonne relativ zum Sensor verändert.
Die Erfindung ist mit weiteren Einzelheiten nachstehend unter Bezugnahme auf in der beigefügten Zeichnung dargestellte beispielhafte Ausführungsformen erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen in ein Fahrzeug eingebauten erfindungsgemäßen Sensor,
Fig. 2 einen Schnitt II-II in Fig. 1,
Fig. 3 eine Draufsicht auf den Sensor gemäß Fig. 1 und 2,
Fig. 4 eine Seitenansicht eines Halters für den erfindungsgemäßen Sensor,
Fig. 5 eine Ansicht von unten des Halters gemäß Fig. 4,
Fig. 6 die Stellung der Sonne relativ zu einem Meßkopf in einem erfindungsgemäßen Sensor,
Fig. 7 eine Variante eines Meßkopfes in einem erfindungsgemäßen Sensor,
Fig. 8 eine noch andere Variante eines Meßkopfes in einem erfindungsgemäßen Sensor, und
Fig. 9 eine Darstellung des Prinzips, nach dem ein erfindungsgemäßer Sensor mit einer automatische Klimaanlage in einem Fahrzeug verbunden ist.
Bei einer Klimaanlage gemäß Fig. 1 für den Fahrgastraum eines Kraftfahrzeuges ist hinter der Windschutzscheibe 1 des Fahrzeugs, im oberen, zumindest annähernd waagerechten Teil 2 des Instrumentenbretts ein Sensor 3 angeordnet. Mit diesem Sensor kann die Klimaanlage in Abhängigkeit einerseits von der Intensität der Wärmestrahlung der Sonne 4 und andererseits von der Stellung der Sonne relativ zum Fahrzeug gesteuert werden. Bei dem dargestellten Beispiel ist zu erkennen, daß der obere Teil 2 des Instrumentenbretts in bezug auf die waagerechte Ebene 5 leicht nach vorn geneigt ist (Winkel α).
Mittels Befestigungsorganen in Form von Blockierstiften 6 und 7 ist der Sensor 3 mit einem Halter 8 in Eingriff, der von oben in eine Öffnung 9 im oberen Teil 2 des Instrumentenbretts eingesetzt ist. Die Blockierstifte 6 und 7, die auf verschiedenen Höhen angeordnet sind, wirken mit zugehörigen Blockiernuten 10 und 11 im Halter 8 zusammen, mit denen eine Bajonettverriegelung des Sensors 3 erzielt wird. Die Auslegung der Blockiernuten 10, 11 und der Blockierstifte 6, 7 bedeutet, daß der Sensor 3 nur auf eine Weise in das Fahrzeug eingebaut werden kann, wodurch sichergestellt ist, daß er in bezug auf das Fahrzeug stets richtig ausgerichtet ist. Daß dies wichtig ist, wird nachstehend deutlich werden. Eine Feder 12 hält den Sensor 3 in der blockierten Stellung im Halter 8 und somit im Fahrzeug fest.
Der Halter 8 ist seinerseits mit einem Befestigungsorgan versehen, das ihn in der richtigen Winkelstellung relativ zum oberen Teil 2 des Instrumentenbretts blockiert. In diesem speziellen Fall ist das Befestigungsorgan ein radialer Ansatz 13 an dem Abschnitt des Halters 8, der in die Öffnung 9 eindringt. Dieser Ansatz 13 paßt in eine entsprechende Vertiefung im oberen Teil 2.
Der Sensor 3 ist oben mit einer Kuppel 14 versehen, die aus dem Halter 8 herausragt und für die Wärmestrahlung von der Sonne durchlässig ist und in zweckdienlicher Weise aus beispielsweise eingefärbtem Acrylkunststoff hergestellt sein kann. In dieser Hinsicht ist eine Einfärbung vorteilhaft, die nur Wärmestrahlung von der Sonne zu einem Meßkopf 15 durchläßt, der unter der Kuppel 14 angeordnet ist und über ein unterhalb des Sensors 3 angeordnetes Verbindungsteil 16 mit einer zur Klimaanlage gehörenden Steuereinheit elektrisch verbunden sein kann.
Der Meßkopf 15 kann auf viele verschiedene Weisen ausgelegt sein, beispielsweise so, wie in Fig. 6 bis 8 dargestellt ist. Bei allen diesen Ausführungsformen weist der Meßkopf 15 eine obere, ebene Fläche 17 auf, die so ausgerichtet ist, daß sie im wesentlichen in einer waagerechten Ebene 5 liegt, wenn der Sensor 3 in das Fahrzeug eingebaut ist (Fig. 1). Gemäß Fig. 6 sind die beiden zueinander rechtwinkligen Achsen 18 und 19 in der Ebene der Fläche 17 angeordnet, wobei die Achse 18 zur Längsrichtung des Fahrzeugs parallel sein soll. Die normale Fahrtrichtung des Fahrzeugs ist durch den Pfeil A angegeben. Die Stellung der Sonne 4 relativ zum Meßkopf 15 und zu den Achsen 18, 19 kann durch den Azimutwinkel β und den Höhenwinkel γ bestimmt werden.
Gemäß Fig. 6 weist der Meßkopf 15 vier zur oberen, ebenen Fläche 17 rechtwinklige Seitenflächen 20 bis 23 auf, von denen die Seitenflächen 20 und 22 zur Achse 18, dagegen die Seitenflächen 21 und 23 zur Achse 19 parallel sind. Auf jeder der fünf Flächen 17 und 20 bis 23 ist eine Solarzelle angeordnet, von denen hier nur die auf der oberen, ebenen Fläche 17 angeordnete Solarzelle 24 und die auf den Seitenflächen 20 und 21 angeordneten Solarzellen 25 und 26 dargestellt sind. Durch Vergleichen von Signalen von den verschiedenen Solarzellen in einem Mikroprozessor ist es möglich, die Stellung der Sonne 4 und zusätzlich die Intensität der Sonnenstrahlung zu bestimmen. Ausgehend von diesen Werten und anhand zuvor festgelegter Tabellenwerte kann die in den Fahrgastraum einfallende Wärmestrahlung bestimmt werden, um eine zweckdienliche Steuerung des Klimas im Fahrzeug zu erzielen.
Eine andere Auslegung des Meßkopfes 15 ist in Fig. 7 und 8 dargestellt. In beiden Fällen wurden vier Solarzellen 27 bis 30 auf der oberen, ebenen Fläche 17 angeordnet; die Solarzellen 27 bis 30 sind je in einem der von den Achsen 18 und 19 gebildeten vier Quadranten angeordnet, wobei an den Schnittstellen dieser Achsen Ecken aneinanderstoßen. Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 7 ist auf der Kuppel 14 ein Schatten werfendes Bauteil 31 in Form eines undurchsichtigen Flächenbereichs angeordnet. Auf diese Weise wird ein Schattenbild auf den Solarzellen erzeugt, das sich mit der Stellung der Sonne verändert. Die Stellung der Sonne kann durch Vergleichen der Signale von den Solarzellen bestimmt werden.
Gemäß Fig. 8 umfaßt das Schatten werfende Bauteil 31 dagegen senkrechte Wände, die zwischen den Solarzellen 27 bis 30 angeordnet sind und ein Schattenbild auf den Solarzellen erzeugen, das sich mit der Stellung der Sonne verändert.
Die grundsätzliche Konstruktion einer automatischen Klimaanlage 32 ist in Fig. 9 dargestellt. Ein erfindungsgemäß ausgelegter Sensor 3 ist mit einer in der Klimaanlage enthaltenen Steuereinheit 33 verbunden, die ihrerseits die Heizanlage 34 der Klimaanlage steuert, welche beispielsweise ein Gebläse, verschiedene temperaturgesteuerte Ventile, Luftverteilerventue, einen Kompressor usw. aufweist. Mit der Steuereinheit 33 sind weitere Sensoren 3', 3", 3"' für Außenlufttemperatur, Fahrgastraumtemperatur und Luftgemischtemperatur in zweckdienlicher Weise verbunden. Außerdem sind selbstverständlich (nicht dargestellte) Organe zum Einstellen des gewünschten Klimas vorhanden.
Der Sensor 3 kann vorteilhafterweise einen Verstärker und einen Mikroprozessor zum Verarbeiten der von den Solarzellen empfangenen Signale aufweisen.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können selbstverständlich im Rahmen der Erfindung weiter abgewandelt werden, beispielsweise durch Ändern der Anzahl Solarzellen und ihrer Stellung. Beispielsweise besteht eine Möglichkeit darin, eine Ecke des Meßkopfes nach vorn weisen zu lassen.

Claims

1. Sensor (3) für eine Klimaanlage in einem Fahrzeug, mit

- einer für Sonnenstrahlung durchlässigen Kuppel (14),

- einem Meßkopf (15), den die genannte Kuppel (14) überdeckt und der eine Vielzahl Solarzellen (24-26; 27-30) aufweist, die so ausgebildet sind, daß sie die Intensität der Sonnenstrahlung und die Stellung der Sonne relativ zum Meßkopf in Form des Höhenwinkels (γ) und des Azimutwinkels (β) bestimmen, wobei wenigstens eine (24; 27) der genannten Solarzellen auf einer oberen Fläche (17) des Meßkopfes (15) so angeordnet ist, daß sie in der Betriebsstellung des Sensors (3) im wesentlichen waagerecht ist, und

- Organen (16) zum Verbinden des Sensors (3) mit einer Steuereinheit (33) der Klimaanlage, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Sensor (3) Befestigungsorgane (6, 7) aufweist, die mit einer in einem oberen Teil (2) des Fahrzeug-Instrumentenbretts hinter der Fahrzeug-Windschutzscheibe (1) vorgesehenen Haltevorrichtung (8) so zusammenwirken, daß der Einbau des Sensors (3) nur in einer vorbestimmten Ausrichtung in bezug auf das Fahrzeug ausgeführt werden kann, und

- die Kuppel (14) nur für solare Wärmestrahlung durchlässig ist,

wodurch der Sensor (3) zum Steuern einer Klimaanlage in einem Fahrzeug in Abhängigkeit von der Intensität der einfallenden solaren Wärmestrahlung und der Stellung der Sonne relativ zum Fahrzeug benutzbar ist.

2. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Meßkopf (15) vier zur oberen ebenen Fläche (17) rechtwinklige Seitenflächen (20-23) aufweist, die paarweise parallel sind und mit den beiden anderen Seitenflächen rechte Winkel bilden,

- auf jeder dieser Seitenflächen eine Solarzelle (25, 26) vorhanden ist, und

- die Seitenflächen (20, 22) des einen Paares so angeordnet sind, daß sie in der Einbaustellung des Sensors (3) zur Längsrichtung des Fahrzeuges parallel sind.

3. Sensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

- auf der oberen, ebenen Fläche (17) des Meßkopfes (15) vier Solarzellen (27-30) vorhanden sind, die aneinanderstoßende Ecken aufweisen, und

- ein Schatten werfendes Bauteil (31) vorhanden ist, das ein Schattenbild auf den Solarzellen erzeugt, das sich mit der Stellung der Sonne relativ zum Sensor verändert.

4. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schatten werfende Bauteil (31) aus einem undurchsichtigen Flächenbereich über den Solarzellen, zweckdienlicherweise auf der Kuppel (14) besteht.

5. Sensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schatten werfende Bauteil (31) aus zwischen den Solarzellen auf der oberen ebenen Fläche (17) angeordneten Wänden besteht.

6. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor im Fahrzeug für Bajonettverriegelung (6, 7) ausgelegt und in der Verriegelungsstellung durch eine Feder (12) festhaltbar ist.

7. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Bauteile umfaßt, von denen das erste Bauteil an seinem freien Ende mit der Kuppel (14) versehen und dazu bestimmt ist, sich von unten durch den oberen Teil (2) des Fahrzeug-Instrumentenbretts hindurch zu erstrecken, wogegen das zweite Bauteil mit Organen (16) zum Verbinden mit der Steureinheit der Klimaanlage versehen ist.

8. Sensor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kuppel (14) aus eingefärbtem Acrylkunststoff hergestellt ist.