DE102005006312A1

DE102005006312A1 - Multigas-Sensormodul zur Ansteuerung einer Lüftungseinheit

Info

Publication number: DE102005006312A1
Application number: DE102005006312A
Authority: DE
Inventors: Heiko Dr. Ulmer; Nicolae Dr. Barsan; Michael Blaschke; Thomas Dr. Tille
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; AppliedSensor GmbH
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-02-11
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2025-02-12
Also published as: DE102005006312B4

Abstract

Ein Steuermodul für eine Lüftungseinheit (3) zur Behandlung von Innenraumluft eines Fahrzeugs (1) mit Sensoren zur Detektion von chemischen Bestandteilen eines Luftstromes und mit einer Prozessoreinheit (P), die ein Steuersignal zur Ansteuerung der Lüftungseinheit generiert, ist dadurch gekennzeichnet, dass der zu untersuchende Luftstrom aus der Innenraumluft abgegriffen wird, dass mindestens 3 Sensoren vorgesehen sind, von denen ein erster Sensor (S1) mit höherer Selektivität auf Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff, ein zweiter Sensor (S2) auf Stickoxide und ein dritter Sensor (S3) auf Kohlenwasserstoffe anspricht, und dass die Prozessoreinheit einen Algorithmus enthält, der aus den Signalen sämtlicher Sensoren ein Chrakteristikum für einen bestimmten Zustand berechnet, das charakteristisch für die aktuelle Zusammensetzung der untersuchten Innenraumluft ist und mit in der Prozessoreinheit abgespeicherten, vorgegebenen Charakteristika für einen bestimmten Zustand für unterschiedliche Szenarien einer möglichen Luftzusammensetzung verglichen wird. Damit wird ein verbessertes Lüftungs- und Klimamanagement der Innenraumatmosphäre des Fahrzeugs ermöglicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Steuermodul zur Ansteuerung einer Lüftungseinheit oder Klimatisierungseinheit für die Behandlung von Innenraumluft in einem abgeschlossenen Raum eines Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem oder mehreren Sensoren zur Detektion von unterschiedlichen chemischen Bestandteilen eines zu untersuchenden Luftstromes und mit einer Prozessoreinheit, die aufgrund von Signalen der Sensoren ein Steuersignal zur Ansteuerung der Lüftungseinheit generiert.

Ein solches System ist beispielsweise bekannt aus der EP 0 757 632 B1 .

Derartige Vorrichtungen werden seit langem zur schadstoffgesteuerten Belüftung von i.w. Fahrzeugkabinen in Kraftfahrzeugen mit Umschaltung auf Umluftbetrieb eingesetzt. Dazu wird mittels Sensoren der aktuelle Schadstoffgehalt bzw. Geruch der Außenluft gemessen und in Abhängigkeit von den Sensorsignalen entweder auf Umluftbetrieb geschaltet, wenn die Außenluft zu stark verschmutzt ist, oder bei „guter" Außenluft Frischluft zugeführt.

Zusätzlich wird in der EP 1 256 470 B1 vorgeschlagen, die Ansprechempfindlichkeit der Umstelleinrichtung für den Umluftbetrieb außer von den gemessenen Schadstoffwerten der Außenluft auch von der Anzahl der Fahrzeuginsassen, der Innenraumtemperatur, der Luftfeuchte im Innenraum, der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, der Gebläsedrehzahl der Klimaanlage, deren Luftfilterfunktion oder der Kompressorfunktion abhängig zu machen. Dadurch soll auch bei einer Berücksichtung der Außenluftqualität ein Beschlagen der Scheiben vermieden werden.

Dabei wird jedoch ebenfalls lediglich die aktuelle Qualität der Außenraumluft berücksichtigt, während die Qualität der Innenraumluft völlig außer Betracht bleibt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, mit möglichst einfachen technischen Mitteln ein Steuermodul der eingangs beschriebenen Art dahingehend weiter zu entwickeln, dass ein verbessertes Lüftungs- und Klimamanagement der Innenraumatmosphäre des Fahrzeugs ermöglicht wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe auf ebenso überraschend einfache wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, dass der zu untersuchende Luftstrom aus der Innenraumluft des abgeschlossenen Raumes abgegriffen wird, dass mindestens 3 Sensoren vorgesehen sind, von denen ein erster Sensor mit höherer Selektivität auf Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff, ein zweiter Sensor mit höherer Selektivität auf Stickoxide und ein dritter Sensor mit höherer Selektivität auf Kohlenwasserstoffe anspricht, und dass die Prozessoreinheit einen Algorithmus enthält, der aus den Signalen sämtlicher Sensoren ein Charakteristikum für einen bestimmten Zustand berechnet, das charakteristisch für die aktuelle Zusammensetzung der untersuchten Innenraumluft ist und mit in der Prozessoreinheit abgespeicherten, vorgegebenen Charakteristika für einen bestimmten Zustand für unterschiedliche Szenarien einer möglichen Luftzusammensetzung verglichen wird.

Durch die Verarbeitung von Sensorsignalen für die Innenraumluft anstelle der Außenraumluft wird eine „Fokussierung" speziell auf die rein auf den Innenraum bezogenen Luftqualitätsdaten ermöglicht. Der auf diese Weise enorm gesteigerte Ortsbezug der gemessenen Werte zur tatsächlichen Luftqualität in der Fahrgastzelle des Fahrzeugs eröffnet ganz neue Möglichkeiten zu einer erheblich verbesserten und auf die aktuell vorliegenden Umstände zielgenau zugeschnittenen Ansteuerung der Lüftungs- und Klimatisierungseinheiten in geschlossenen Fahrzeugen.

Dabei sind die erwähnten „Sensoren" nicht notwendigerweise als eine Vielzahl von physisch vorhandenen Einzelsensoren zu verstehen, sondern können im Sinne von „Sensorfunktionen" beispielsweise auch durch verschiedene Betriebsmodi eines einzigen physischen Sensorelements realisiert werden, welches mehrere voneinander unabhängige Informationen liefert, die mit den Messdaten mehrerer unterschiedlicher Sensorelemente vergleichbar sind (Stichwort : „virtuelle Sensoren"). Andererseits können in kompakten Anordnungen auch mehrere unterschiedlich reagierende Sensorelemente räumlich benachbart auf einer gemeinsamen Platine angeordnet sein.

Auch setzt der „Luftstrom" nicht notwendigerweise ein physisches Strömen der Luft voraus, sondern die Detektion der chemischen Zusammensetzung der Innenraumluft kann ebenso in einem reinen Diffusionsbetrieb erfolgen.

Ein „Charakteristikum für einen bestimmten Zustand" schließlich kann bei anspruchsvollen und technisch ausgefeilten Realisierungen der Erfindung eine komplexe Mustererkennung voraussetzen, aber bei einfacheren Varianten genügt beispielsweise schon ein Vergleich der Steigung von Kurven der gemessenen Signale.

Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Steuermoduls, die sich dadurch auszeichnet, dass der Algorithmus einen qualitativen Teil aufweist, mit welchem aus den Signalen der Sensoren das Charakteristikum für einen bestimmten Zustand errechnet und mit den vorgegebenen Charakteristika für bestimmte Zustände verglichen wird, und dass der Algorithmus zusätzlich einen quantitativen Teil umfasst, mit welchem die Intensitäten und/oder Varianzen der Signale bestimmt werden, wobei aus dem errechneten Charakteristikum für den bestimmten Zustand zusammen mit den Intensitäten und/oder Varianzen über eine Nachschlagetabelle eine Zuordnung zu einem abgespeicherten, vorgegebenen Luftgütewert hergestellt und daraus das Steuersignal zur Ansteuerung der Lüftungseinheit abgeleitet wird. Hierdurch kann auf eine (beliebig große und vorgebbare) Reihe von Standardsituationen mit ganz gezielten Maßnahmen zur Luftverbesserung im Fahrzeuginnenraum reagiert werden.

Zur Reduktion der zu verarbeitenden Datenmenge kann es vorteilhaft sein, wenn mit dem qualitativen Teil des Algorithmus dem errechneten Charakteristikum für einen bestimmten Zustand ein Gewichtungsfaktor zugeordnet wird, der auf die mit dem qualitativen Teil des Algorithmus bestimmten Intensitäten und/oder Varianzen angewendet wird, wodurch ein gewichteter Parameter erhalten wird, mittels dessen die Zuordnung zum Luftgütewert aus der Nachschlagetabelle hergestellt wird.

Eine weitere Datenreduktion wird durch Festlegung einer diskreten Anzahl von Ansteuerstufen erreicht, wobei jeweils einem bestimmten, vorgegebenen Bereich des ermittelten Gesamtparameters ein bestimmtes, vorgegebenes Steuersignal aus einer endlichen Anzahl n von Steuersignalen zugeordnet wird.

Insbesondere kann die Anzahl n der vorgegebenen Steuersignale gewählt werden in einem Bereich 3 ≤ n ≤ 20, vorzugsweise n = 5.

Die Qualität der mit dem erfindungsgemäßen Steuermodul zu beeinflussenden Innenraumluft kann bei einer Weiterbildung der obigen Ausführungsformen den besonderen Bedürfnissen des Menschen allgemein oder auch speziell ausgewählter Menschengruppen dadurch angepasst werden, dass der Gewichtungsfaktor aus einem statistisch ermittelten hedonischen Empfinden einer Gruppe von menschlichen Testpersonen gewonnen wird und einem der abgespeicherten, vorgegebenen Charakteristika für einen bestimmten Zustand zugeordnet wird.

Eine weitere Verbesserung kann dadurch erzielt werden, dass im quantitativen Teil des Algorithmus die Intensitäten mit den Varianzen der gemessenen Signale multipliziert und daraus ein quantitativer Summenparameter gebildet wird.

In der Praxis erweist es sich insbesondere als vorteilhaft, wenn der quantitative Summenparameter durch Multiplikation des größten Intensitätswertes aller Signale mit dem größten Varianzwert aller Signale gebildet wird.

Im Einzelnen können die in der Prozessoreinheit abgespeicherten, vorgegebenen Charakteristikum für einen bestimmten Zustand folgende unterschiedliche Szenarien einer möglichen Luftzusammensetzung umfassen:

a) Tabakrauch und/oder
b) Bioeffluenten und/oder
c) Lebensmittelgerüche und/oder
d) landwirtschaftliche Gerüche und/oder
e) Emissionen der Innenausstattung des Fahrzeugs und/oder
f) Emissionen von Mikroorganismen und/oder
g) gasförmige Substanzen, typischerweise aus Druckgasbehältern.

Damit werden i.a. die meisten wichtigen Standardsituationen erfasst.

Um das Belüftungs- und Klimatisierungsmanagement der Innenraumluft nicht nur auf die Entscheidung „Frischluftzufuhr ja/nein" reduzieren zu müssen, kann bei besonders bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung die angesteuerte Lüftungseinheit eine oder mehrere Einrichtungen zur aktiven Reinigung der Innenraumluft umfassen und das Steuersignal des Steuermoduls in Abhängigkeit von dem aus den Signalen sämtlicher Sensoren berechneten Charakteristikum für einen bestimmten Zustand mindestens eine dieser Einrichtungen aktivieren.

Insbesondere kann bei Weiterbildungen dieser Ausführungsformen das Steuersignal ein Aktivkohlefilter und/oder eine Ozonisierungseinrichtung und/oder eine Einrichtung zur UV-Katalyse an Halbleiteroxidoberflächen und/oder ein elektrostatisches Filter und/oder eine Einrichtung zur Ionisierung von Luft aktivieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigt, sowie aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten der Erfindung verwirklicht sein.

In der schematischen Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, welche in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert werden.
Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit erfindungsgemäßem Steuermodul zur Ansteuerung einer Lüftungs- und Klimatisierungseinheit; und
2 ein Verlaufsdiagramm zur Berechnung einer Luftgütestufe aus den Sensordaten.
In 1 erkennt man ein Fahrzeug 1, dessen Innenraumluft im abgeschlossenen Innenraum 2 mittels einer Lüftungs- und/oder Klimatisierungseinheit, von der in der Zeichnung lediglich eine Lüftung 3 schematisch angedeutet sind, konditioniert wird. Die Ansteuerung der Lüftungs- und/oder Klimatisierungseinheit erfolgt über Steuersignale, welche ein erfindungsgemäßes Steuermodul generiert, das eine Prozessoreinheit P sowie Sensoren S1, S2, S3 zur Untersuchung der Innenraumluft im abgeschlossenen Raum 2 des Fahrzeugs 1 umfasst. Die Sensoren S1, S2, S3 sind wiederum nur sehr schematisch dargestellt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sollen der Sensor S1 besonders sensitiv für Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff, der Sensor S2 besonders sensitiv für Stickoxide und der Sensor S3 besonders sensitiv für Kohlenwasserstoffe sein. Die Prozessoreinheit P in diesem Ausführungsbeispiel arbeitet mit einem Algorithmus, der ein elektronisches Filter F umfasst, beispielsweise ein Median-Filter zum Entfernen von Artefakten und Glättung der Messkurve sowie zur Vorbereitung einer Basislinienkorrektur.
Der Algorithmus berechnet aus den Signalen der Sensoren S1, S2, S3 für die Innenraumluft ein Charakteristikum für einen bestimmten Zustand, das charakteristisch für die aktuelle Zusammensetzung der untersuchten Innenraumluft ist und mit in der Prozessoreinheit P abgespeicherten, vorgegebenen Charakteristika für einen bestimmten Zustand für unterschiedliche Szenarien einer möglichen Luftzusammensetzung verglichen wird.
Die interne Luftqualität im Fahrzeug 1 kann nur durch Maßnahmen wie Luftaustausch und aktive Aufreinigung verbessert werden. Ein effizientes Einsetzen entsprechender Maßnahmen setzt voraus, dass der Status der Luftqualität im Innenraum 2 des Fahrzeugs 1 genau bekannt ist.
Das erfindungsgemäße Multigassensormodul soll einen internen Luftgütefaktor innerhalb der Fahrgastzelle in Bezug auf die Gegenwart und Konzentration von Geruchsstoffen wie Zigarettenrauch, fauligen/schimmligen Gerüchen, Gülle sowie die durch Insassen bedingten Emissionen liefern. Die Bedeutung der Szenarios ist unter Berücksichtigung der Realisierbarkeit wie folgt gegliedert:

1. Tabakrauch
2. Bioeffluenten
3. Lebensmittel
4. Landwirtschaft
5. Innenausstattungsemissionen
6. Schimmel

In Abhängigkeit vom Luftgütefaktor sollen die Parameter der Klimaautomatik angepasst werden. Ziel ist es, dadurch die interne Luftqualität zu verbessern.
Es können vereinfacht folgende Fälle unterschieden werden:

1.: Hohe Luftgüte innen -hohe Luftgüte außen – keine Maßnahme
2.: Hohe Luftgüte innen -schlechte Luftgüte außen (z.B. Tunnelfahrt oder Innenstadtverkehr) – Umluftbetrieb, aktive Reinigung von Außenluft und Zumischung bei lang anhaltenden Ereignissen wg. steigender CO₂-Konzentration
3.: Schlechte Luftgüte innen- hohe Luftgüte außen (z.B. Rauchen auf einer Landstraße) – Luftwechselrate erhöhen
4.: Schlechte Luftgüte innen -schlechte Luftgüte außen (z.B. Rauchen im Tunnel) – Umluftbetrieb mit aktiver Reinigung, bei lang anhaltenden Ereignissen Zumischung von Außenluft

Multigassensoransatz
Aus der Erfahrung mit "elektronischen Nasen", die in der Vergangenheit gesammelt wurden, ergibt sich, dass eine Klassifizierung in gute und schlechte Gerüche kaum möglich ist. Dies folgt daraus, dass keine klare Korrelation zwischen chemischer Struktur eines Stoffes und dessen hedonischer Wirkung herstellbar ist. Nichtsdestoweniger besteht eine potentielle Möglichkeit, unangenehme Geruchsereignisse in Bezug auf folgende Punkte zu erkennen:

• Externe Emissionsquellen – Gülle (Phenole, Ketone, Aldehyde, Fettsäuren, Amine etc., komplexe Mischung mit individuellen Konzentrationen im ppb-Bereich)
• Interne Emissionsquellen – Tabakrauch – Bioeffluenten – Lebensmittel – Innenausstattungsemissionen – Schimmel

Hierzu wird das jeweilige Signalmuster mit den für die bestimmten Szenarien typischen, gespeicherten Mustern verglichen und anhand seiner Ähnlichkeit zugeordnet.
Sensoren
MOS-Sensoren bestehen im Allgemeinen aus einem Substrat (z.B. Keramik oder Si), welches mit den sensitiven Materialien, häufig Zinndioxid, beschichtet ist. Um verschiedene Selektivitäten zu erzielen, wird das Zinndioxid mit Edelmetallen (Pd, Pt, Au etc.) in unterschiedlichen Konzentrationen dotiert. Der Begriff „Dotierung" hat sich in der Literatur eingebürgert, der Effekt der Edelmetalle ist aber hauptsächlich ein katalytischer). Zusätzlich wird das Substrat auf Temperaturen zwischen 200 und 450°C aufgeheizt. Die an der Oberfläche des MOS-Sensors vorhandenen Sauerstoffspezies reagieren mit Komponenten aus der Gasphase und führen zu einer Änderung der Konzentration an freien Ladungsträgern im n-leitenden Metalloxid. Reduzierende Gase (z.B. CO) führen zu einer Abnahme und oxidierende Gase (z.B. NO₂) zu einer Zunahme des Widerstands. Sehr häufig kann nichtlineares Verhalten beobachtet werden, welches in der nachfolgenden Datenbehandlung ausgeglichen werden kann („Zwangslinerarisierung").

Im Folgenden werden die unterschiedlichen Substrattechnologien aufgelistet und die Vor- bzw. Nachteile der jeweiligen Methode dargestellt: Mikromechanisches Substrat:

Material Rahmen:	Silizium
Material Membran:	-
Elektrodenmaterial:	meist Platin
Heizermaterial:	meist Platin
Substrattemperatur:	Si-Rahmen ca. 50°C (bei Membrantemperatur von 350°C)
Leistungsaufnahme:	ca. 20–50mW (bei Betriebstemperatur von 350°C)
Packaging:	COB (chip-on-board) oder auf Sockel (z.B. TO 39)
Beschichtung:	Tropfenmethoden
Vorteile:	– geringe Substratrahmentemperatur bei gleichzeitig optimaler Membrantemperatur – geringe Leistungsaufnahme – flexible Verpackungsmöglichkeiten durch Verwendung unterschiedlicher Materialien bzw. Technologien und dadurch deutliche Kostenersparnis – langzeitstabil – neuester Stand der Technik (Si-Technologie)
Nachteil:	– relativ neue Technologie (ca. 5 Jahre)

Algorithmus
Der Auswertealgorithmus ist das Kernstück des Multigassensors, da er den Sensorsignalen eine gewisse "Intelligenz" aufprägt. Das von der Gegenwart gasförmiger Stoffe abhängige Signal der Sensoren muss in eine Lüftgütestufe (AQL), welche einen Bezug zur menschlichen Wahrnehmung/Empfindung hat, transformiert werden. Durch den hedonischen Bezug der Luftgütestufe geht der Ansatz über die rein lineare Umwandlung physikalischer Größen hinaus. Durch unterschiedliche Geruchswahrnehmung (Geruchsschwelle) und Assoziation werden gleiche Konzentrationen verschiedener chemischer Stoffe sehr unterschiedlich bewertet. Ein Erkennen von definierten Szenarios anhand ihres Signalmusters ist daher notwendig, um dem Ausgangssignal die gewünschte hedonische Gewichtung zu geben.
Ein möglicher, bevorzugter Verfahrensablauf zur Berechnung einer Luftgütestufe aus den Sensordaten ist in 2 dargestellt. Die einzelnen Schritte laufen wie folgt ab:

Transformation der Widerstandswerte in die Leitfähigkeit
Sensoranpassung durch einen Kalibrierfaktor c, damit alle Module das gleiche Verhalten zeigen. x_{transfer Sensor
i} = x_{Sensor i} × c_Sensor
i
Median-Filter zum Entfernen von Artefakten und Glättung der Messkurve
Basislinienkorrektur, um die zeitliche Fluktuation der Basislinie auszugleichen.
Standardisierung der Variablen damit die Daten der unterschiedlichen Sensoren relativ zu ihrer Detektionsgrenze (LOD) gleich gewichtet werden.
cSensor i = 5 × σ
Intensitätsberechnung durch Projektion der dreidimensionalen Daten auf eine Gerade. Hierzu wird jeweils zu jedem Messzeitpunkt i die größte standardisierte Variable der drei Sensoren als Intensität ausgegeben. Intensität(i) = Max(xstd Sensor 1(i), xstd Sensor 2(i), xstd Sensor 3(i))
Varianzabschätzung für jeden Sensor e(i) = xSensor i(i) – m(i – 1) m(i) = m(i – 1) + μm·e(i) V(i) = V(i – 1) + μV·e(i) Vm(i) = Vm(i – 1) + μVm(V(i – 1) – Vm(i – 1))wobei: e(i) das Fehlersignal m(i) der geschätzter Mittelwert V(i) die geschätzte Varianz Vm(i) die geschätzte mittlere Varianz Normalisierte Varianz
Max. Varianz wird wie die Intensitätsberechnung durch Projektion der dreidimensionalen Daten auf eine Gerade bestimmt. Max.Varianz(i) = Max(Vnorm Sensor 1(i), Vnorm Sensor 2(i), Vnorm Sensor 3(i))
Signalverbesserung zur Mustererkennung bei schwach- und undotierten Sensoren durch eine neue zusammengesetzte Größe. Hierzu wird der Anteil der standardisierten Leitfähigkeit der kleiner Null ist, durch den invertierten Widerstand ersetzt. Durch diese Maßnahme werden die Vorteile bei der Basislinienkorrektur aus beiden Größen kombiniert.
Mustererkennung beruht auf den Prinzip, dass die Daten über die Vektorlänge (VL) normiert werden und anschließend aus der Differenz zu vordefinierten Vektoren, welche den Szenarien entsprechen, eine Ähnlichkeit (sim) in Prozent
errechnet wird. Um die Fälle einer Fehlklassifizierung einzuschränken, wurden zwei weitere Kriterien eingeführt. Für eine Angabe des Szenarios muss die Ähnlichkeit im Fall „Fast Food" und „Gülle" über 85% liegen, in den anderen Fällen über 65%. Weiter wird für jedes Szenario ein Bereich für die Vektorlänge definiert, um kleine oder ungewöhnlich große Ereignisse auszufiltern.
Gewichtungsfaktor und Gain werden abhängig vom erkannten Szenario definiert. Der Gewichtungsfaktor (w(i)) gibt an, um welchen Faktor das Ausgangssignal verstärkt werden soll. Mit dieser Maßnahme soll die Korrelation des Ausgangssignals mit der hedonischen Wirkung eines Szenarios verbessert werden. Über den Gain wird das Abklingverhalten des AQL Signals entsprechend dem erkannten Szenario eingestellt.
Neue Intensität des Ausgangssignals ist das Produkt aus Intensität, Varianz und Gewichtungsfaktor. I new(i) = V(i)·I(i)·w(i) Durch die Verwendung von zwei unterschiedlichen Anteilen zur Generierung des Ausgangssignals wird die Dynamik des Signals erhöht, Drifteffekte verkleinert und in Folge die Anzahl „falsch" detektierter Ereignisse vermindert.
Nachschlagetabelle für die den Intensitäten zugeordneten Luftgüteklassen. Tabelle 1: Beispiel für eine Nachschlagetabelle
Signalabklingen des AQL-Signals berechnen. Aufgrund der physikalischen Gegebenheiten kann von einer exponentiellen Abnahme der Konzentration gasförmiger Stoffe im Innenraum ausgegangen werden. Daher wurde das Abklingen des AQL-Signals dieser Gesetzmäßigkeit angepasst. Allerdings wurde im Hinblick auf eine bessere Implementierbarkeit auf dem Mikrokontroller nur eine Näherung der Exponentialfunktion verwendet. AQLAbklingen(i) = (1 – gain)·AQLAbklingenl(i – 1) Mit dem Parameter Gain lässt sich die Abnahmegeschwindigkeit des Signals einstellen. Der neu berechnete AQL wird natürlich vor der Ausgabe auf diskrete Werte gerundet. Sollte der aktuelle AQL-Wert größer sein als AQL. Abklingen wird dieser als neuer AQL_Abklingen gesetzt.

Technische Möglichkeiten zur aktiven Luftreinigung
Mögliche Methoden zur Luftreinigung sind:

– Aktivkohlefilter
– Ozonisierung
– UV-Katalyse an Halbleiteroxidoberflächen
– Elektrostatische Filter
– Ionisierung

Einsatz der aktiven Filterung
Da die Reinigungsleistung aller derzeit bekannten aktiven Filtermethoden bedingt durch das technisch integrierbare Bauvolumen begrenzt ist, kann stets nur ein Teilluftstrom über das Filter geleitet werden. Daher muss, wie für Fall 2 und 4, der Zustrom von Außenluft mit schlechter Qualität durch den Umluftbetrieb reduziert werden. In beiden Fällen muss allerdings ein Zustrom aufrechterhalten werden, um die Anreicherung von Kohlendioxid im Fahrzeug zu reduzieren.
Der gesteigerte Ortsbezug der Messdaten bei der Bewertung der Innenraumluft, der mit dem erfindungsgemäßen Multigassensormodul erreicht wird, eröffnet ganz neue Möglichkeiten zu einem verbesserten Lüftungs- und Klimamanagement.

Claims

Steuermodul zur Ansteuerung einer Lüftungs- und/oder Klimatisierungseinheit (3) für die Behandlung von Innenraumluft in einem abgeschlossenen Raum (2) eines Fahrzeugs (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit einem oder mehreren Sensoren zur Detektion von unterschiedlichen chemischen Bestandteilen eines zu untersuchenden Luftstromes und mit einer Prozessoreinheit (P), die aufgrund von Signalen der Sensoren ein Steuersignal zur Ansteuerung der Lüftungs- und/oder Klimatisierungseinheit (3) generiert, dadurch gekennzeichnet, dass der zu untersuchende Luftstrom aus der Innenraumluft des abgeschlossenen Raumes (2) abgegriffen wird, dass mindestens 3 Sensoren (S1, S2, S3) vorgesehen sind, von denen ein erster Sensor (S1) mit höherer Selektivität auf Kohlenmonoxid und/oder Wasserstoff, ein zweiter Sensor (S2) mit höherer Selektivität auf Stickoxide und ein dritter Sensor (S3) mit höherer Selektivität auf Kohlenwasserstoffe anspricht, und dass die Prozessoreinheit (P) einen Algorithmus enthält, der aus den Signalen sämtlicher Sensoren (S1, S2, S3) ein Charakteristikum für einen bestimmten Zustand berechnet, das charakteristisch für die aktuelle Zusammensetzung der untersuchten Innenraumluft ist und mit in der Prozessoreinheit (P) abgespeicherten, vorgegebenen Charakteristika für einen bestimmten Zustand für unterschiedliche Szenarien einer möglichen Luftzusammensetzung verglichen wird.
Steuermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Algorithmus einen qualitativen Teil aufweist, mit welchem aus den Signalen der Sensoren (S1, S2, S3) das Charakteristikum für einen bestimmten Zustand errechnet und mit den vorgegebenen Charakteristika für einen bestimmten Zustand verglichen wird, und dass der Algorithmus zusätzlich einen quantitativen Teil umfasst, mit welchem die Intensitäten und/oder Varianzen der Signale bestimmt werden, wobei aus dem errechneten Charakteristikum für einen bestimmten Zustand zusammen mit den Intensitäten und/oder Varianzen über eine Nachschlagetabelle eine Zuordnung zu einem abgespeicherten, vorgegebenen Luftgütewert hergestellt und daraus das Steuersignal zur Ansteuerung der Lüftungs- und/oder Klimatisierungseinheit (3) abgeleitet wird.
Steuermodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem qualitativen Teil des Algorithmus dem errechneten Charakteristikum für einen bestimmten Zustand ein Gewichtungsfaktor zugeordnet wird, der auf die mit dem qualitativen Teil des Algorithmus bestimmten Intensitäten und/oder Varianzen angewendet wird, wodurch ein gewichteter Parameter erhalten wird, mittels dessen die Zuordnung zum Luftgütewert aus der Nachschlagetabelle hergestellt wird.
Steuermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewichtungsfaktor aus einem statistisch ermittelten hedonischen Empfinden einer Gruppe von Testpersonen gewonnen wird und einem der abgespeicherten, vorgegebenen Charakteristikum für einen bestimmten Zustand zugeordnet ist.
Steuermodul nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils einem bestimmten, vorgegebenen Bereich des ermittelten Gesamtparameters ein bestimmtes, vorgegebenes Steuersignal aus einer endlichen Anzahl n von Steuersignalen zugeordnet wird.
Steuermodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Anzahl n der vorgegebenen Steuersignale gilt: 3 ≤ n ≤ 20, vorzugsweise n = 5.
Steuermodul nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im quantitativen Teil des Algorithmus die Intensitäten mit den Varianzen der gemessenen Signale multipliziert und daraus ein quantitativer Summenparameter gebildet wird.
Steuermodul nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der quantitative Summenparameter durch Multiplikation des größten Intensitätswertes aller Signale mit dem größten Varianzwert aller Signale gebildet wird.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in der Prozessoreinheit (P) abgespeicherten, vorgegebenen Charakteristika für einen bestimmten Zustand folgende unterschiedliche Szenarien einer möglichen Luftzusammensetzung umfassen: a) Tabakrauch und/oder b) Bioeffluenten und/oder c) Lebensmittelgerüche und/oder d) landwirtschaftliche Gerüche und/oder e) Emissionen der Innenausstattung des Fahrzeugs (1) und/oder f) Emissionen von Mikroorganismen und/oder g) gasförmige Substanzen, typischerweise aus Druckgasbehältern.
Steuermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die angesteuerte Lüftungs- und/oder Klimatisierungseinheit (3) eine oder mehrere Einrichtungen zur aktiven Reinigung der Innenraumluft umfasst, und dass das Steuersignal des Steuermoduls in Abhängigkeit von dem aus den Signalen sämtlicher Sensoren (S1, S2, S3) berechneten Charakteristikum für einen bestimmten Zustand wenn notwendig mindestens eine dieser Einrichtungen aktiviert.
Steuermodul nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal ein Aktivkohlefilter und/oder eine Ozonisierungseinrichtung und/oder eine Einrichtung zur UV-Katalyse an Halbleiteroxidoberflächen und/oder ein elektrostatisches Filter und/oder eine Einrichtung zur Ionisierung von Luft aktivieren kann.