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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage in einem Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, die einen Klimaanlagenkompressor, ein Kupplungsmittel, das betätigbar ist, um einen Klimaanlagenkompressor mit einem Fahrzeugmotor zu verbinden und so den Klimaanlagenkompressor durch den Fahrzeugmotor anzutreiben, und eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung, durch die das Kupplungsmittel betätigbar ist, aufweist, wobei die Ist-Temperatur im Fahrzeug überwacht und mit einer vorgegebenen Soll-Temperatur oder einer der Soll-Temperatur entsprechenden Schalt-Temperatur verglichen wird und in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs das Kupplungsmittel betätigt wird, um den Klimaanlagenkompressor mit dem Fahrzeugmotor zu verbinden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Klimaanlage für ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, die einen Klimaanlagenkompressor, ein Kupplungsmittel, das betätigbar ist, um den Klimaanlagenkompressor mit einem Fahrzeugmotor zu verbinden und so den Klimaanlagenkompressor durch den Fahrzeugmotor anzutreiben, und eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung, durch die das Kupplungsmittel betätigbar ist, aufweist, wobei die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung mit Temperatursensoren zur Bestimmung der Temperatur im Fahrzeug verbunden oder verbindbar ist.
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Eine Vielzahl von Personenkraftwagen, Lastkraftwagen und Schienenfahrzeugen ist heutzutage mit einer Klimaanlage ausgestattet. Durch diese wird das Raumklima, insbesondere die Temperatur im Fahrzeuginnenraum optimiert, was einen gesteigerten Komfort für dort befindliche Personen, bzw. eine geeignete Umgebungstemperatur für mit dem Fahrzeug transportierte Güter schafft. Darüber hinaus gewährleistet die Verwendung von Klimaanlagen in Fahrzeugen ein höheres Maß an Sicherheit, da sich das Vorherrschen einer angenehmen Temperatur, im Allgemeinen etwa 21°C, positiv auf die Konzentrationsfähigkeit des Fahrers auswirkt. In gleicher Weise kann ein Transportraum durch die Klimaanlage gekühlt werden, um eine geeignete Umgebungstemperatur für zu transportierende Güter zu schaffen.
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Die Absenkung der Raumtemperatur mit Hilfe einer Klimaanlage basiert auf der Nutzung eines Kältemittelkreislaufes. Dabei wird ein Kältemittel in einem Klimaanlagenkompressor verdichtet und durch diesen gefördert, anschließend in einem Kondensator verflüssigt, in einem Trockner wird dem Kältemittel Feuchtigkeit entzogen und es wird gereinigt, in einem Expansionsventil entspannt und abschließend in einem Verdampfer verdampft, bevor der Zyklus von neuem beginnt. Der Verdampfer bildet dabei einen Teil eines Wärmetauschers, in welchem das Kältemittel unter Aufnahme von Wärme aus vorbeiströmender Raumluft verdampft und die Raumluft demzufolge abgekühlt wird. Zum Betrieb wird der Klimaanlagenkompressor über ein Kupplungsmittel mit dem Fahrzeugmotor verbunden und über diesen angetrieben. Demzufolge wird Leistung vom Fahrzeugmotor abgegriffen, um mit Hilfe der Klimaanlage die Temperatur im Innenraum zu regulieren. Der Mehrverbrauch an Energie kann dabei im zweistelligen Prozentbereich des Gesamtenergiebedarfs eines Fahrzeugs liegen. In Situationen, in denen der Motor mit hoher Leistung betrieben werden muss, etwa wenn das Fahrzeug aus dem Stand heraus beschleunigt wird, kann mit dem Betrieb der Klimaanlage auch eine Einschränkung der Beschleunigungsleistung einhergehen.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedenartige Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die einen energieoptimierten Betrieb einer Fahrzeugklimaanlage ermöglichen sollen. Die
DE 101 46 477 A1 beispielsweise offenbart eine Fahrzeugklimaanlage, die es ermöglicht, die bei einem Bremsvorgang erzeugte thermische Energie zu speichern und bei Bedarf zur Klimatisierung des Fahrzeugs zu nutzen. Dazu weist die Klimaanlage eine thermische Speichervorrichtung und einen Konservierungskreislauf auf, in welchem eine Flüssigkeit zur Aufnahme und Abgabe von thermischer Energie zirkuliert. Als nachteilig wird bei dieser Klimaanlage empfunden, dass die bei Bremsvorgängen des Fahrzeuges aufgenommene thermische Energie zwischengespeichert werden muss, was im Allgemeinen mit Verlusten verbunden ist. Besonders für den Fall, dass die Flüssigkeit erwärmt wird, werden kühlungsbedingte Verluste auftreten.
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Die
DE 38 22 465 A1 offenbart weiterhin ein Verfahren zum Steuern bzw. zum Regeln des Betriebes eines Kältemittelkompressors mit variabler Förderleistung. Dabei wird darauf abgezielt, eine mit dem Betrieb des Klimaanlagenkompressors einhergehende Verringerung der für den Fahrzeugantrieb zur Verfügung stehenden Motorleistung bei Anfahrvorgängen zu reduzieren.
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Dazu wird sowohl die Stellung des Gaspedals als auch des Bremspedals und/oder des Handbremsmittels überwacht. Bei einem durch diese Überwachung registrierten Anfahrvorgang wird die Klimaanlage auf minimale Leistung zurückgefahren, mit der Folge, dass die für den Antrieb des Fahrzeugs zur Verfügung stehende Motorleistung entsprechend hoch ist. Bei dieser Ausführungsform wird als nachteilig empfunden, dass lediglich die Beeinträchtigung durch den Betrieb des Klimaanlagenkompressors während eines Anfahrvorgangs reduziert wird.
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Weiterhin offenbart die
US 4 425 765 A ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage für ein Automobil, bei welchem der Kompressor der Klimaanlage betrieben wird, wenn ein Bremsvorgang vorliegt. Dabei wird unabhängig von der Temperatur im Fahrzeuginnenraum jeder Bremsvorgang zum Betrieb der Klimaanlage genutzt.
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Die
US 4 796 438 A offenbart ein Verfahren zur Steuerung einer Klimaanlage, bei dem der Beschleunigungszustand des Fahrzeugs überwacht wird. Ein Temperaturbereich, der sich von einer ersten Temperatur T
0 bis zu einer zweiten Temperatur T
1 erstreckt, ist festgelegt und im Fahrzeug wird die aktuelle Temperatur T gemessen. Für den Fall, dass die Temperatur T unterhalb des definierten Bereichs liegt, findet keine Kühlung statt. Liegt sie innerhalb des Bereiches, so wird der Kompressor in reduziertem Maße betrieben. Bei einer gemessenen Temperatur oberhalb des Bereiches findet für den Fall, dass das Fahrzeug gerade beschleunigt wird, eine Kühlung in reduziertem Maße und für den Fall, dass keine Beschleunigung erfolgt, in vollem Maße statt. Über diese Regelung des Klimaanlagenkompressors soll verhindert werden, dass die Beschleunigungsfähigkeit des Fahrzeuges durch den Betrieb der Klimaanlage einschränkt wird.
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Schließlich offenbart die
DE 10 2005 005 002 A1 ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Fahrzeuges, bei der die Klimaanlagennutzung in Abhängigkeit von der durch den eigentlichen Fahrbetrieb an dem Antriebsmotor anliegenden Last erfolgt. Bei einer Bergauffahrt etwa, bei welcher der Antriebsmotor bereits durch den reinen Fahrbetrieb deutlich beansprucht wird, wird die Klimaanlage zur Entlastung des Motors gedrosselt oder auch vollständig abgeschaltet. Die
DE 10 2005 005 002 A1 schlägt auch eine fahrstreckenabhängige Steuerung der Klimaanlage vor. Beispielsweise wird gemäß einer vorausschauenden Steuerung der Klimaanlage diese zunächst gedrosselt betrieben und erst bei einem zu erwartenden Streckenabschnitt mit geringer Belastung, etwa einer Bergabfahrt, wird die Klimaanlage im vollen Umfang betrieben.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Klimaanlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen energieoptimierten Betrieb eines Fahrzeuges mit einer Fahrzeugklimaanlage ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei dem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Soll-Temperatur eine darunterliegende untere Grenztemperatur zugeordnet wird, und dass kontinuierlich überwacht wird, ob das Fahrzeug gebremst wird, und für den Fall, dass einerseits ein Bremsvorgang erfasst wird, und andererseits die Ist-Temperatur im Fahrzeug die Schalt-Temperatur unterschreitet, jedoch nicht unterhalb der unteren Grenztemperatur liegt, das Kupplungsmittel betätigt wird, um den Klimaanlagenkompressor mit dem Fahrzeugmotor zu verbinden.
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Des Weiteren wird die Aufgabe bei einer Klimaanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Steuerungs-und Regelungsvorrichtung mit einer Detektionsvorrichtung zur Detektion von Bremsvorgängen des Fahrzeugs verbunden oder verbindbar ist und die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung ausgebildet ist, um den Klimaanlagenkompressor mit dem Fahrzeugmotor zu verbinden, wenn einerseits ein Bremsvorgang durch die Detektionsvorrichtung detektiert wird und andererseits der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung von den Temperatursensoren eine Ist-Temperatur im Fahrzeug gemeldet wird, die eine vorgegebene Soll-Temperatur oder eine der Soll-Temperatur entsprechende Schalt-Temperatur unterschreitet, jedoch nicht unterhalb einer in der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung gespeicherten oder speicherbaren unteren Grenztemperatur liegt.
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Der Erfindung liegt demnach die Idee zugrunde, Bremsvorgänge entlang einer von dem Fahrzeug zurückzulegenden Strecke auszunutzen, um den Klimaanlagenkompressor gezielt während der Bremsvorgänge mit dem Fahrzeugmotor zu verbinden und so anzutreiben. Dazu wird in einem Temperaturbereich, in dem bei üblichen Verfahren kein bzw. nur ein intermittierender Betrieb der Fahrzeugklimaanlage erfolgt, gemäß der Erfindung die Klimaanlage bei Vorliegen eines Bremsvorganges aktiviert. Dies ist der Fall, wenn die Ist-Temperatur im Fahrzeuginnenraum unterhalb einer Soll-Temperatur bzw. einer dieser entsprechenden Schalt-Temperatur, die um einen Toleranzwert von der Soll-Temperatur nach oben oder unten hin abweichen kann, liegt. Auf diese Weise wird der Fahrzeugmotor verstärkt abgebremst, da durch den Klimaanlagenkompressor eine zusätzliche Last am Fahrzeugmotor anliegt. Dabei wird der Klimaanlagenkompressor direkt über die sonst bei Bremsvorgängen ungenutzte Motorleistung betrieben, ohne dass eine Umwandlung oder Speicherung der Energie erforderlich ist. Darüber hinaus wird das konventionelle Bremsmittel des Fahrzeugs geschont, da die über den Antrieb des Klimaanlagenkompressors erzielte Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht mehr mit dem herkömmlichen Bremsmittel geleistet werden muss.
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Um einer Unterkühlung des Fahrzeugs vorzubeugen, beispielsweise wenn kurz hintereinander eine Vielzahl von Bremsvorgängen erfolgt, ist weiterhin eine untere Grenztemperatur definiert, unterhalb derer grundsätzlich kein Betrieb des Klimaanlagenkompressors erfolgt.
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Überschreitet die Ist-Temperatur im Fahrzeug die Soll-Temperatur, bzw. eine dieser entsprechenden Schalt-Temperatur, wird die Klimaanlage - wie bei konventionellen Verfahren - ohne Berücksichtigung von möglichen Bremsabschnitten aktiviert.
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Die Messung der Ist-Temperatur im Fahrzeug erfolgt dabei in üblicher Weise über im Fahrzeug vorgesehene Temperatursensoren.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Betätigung einer Fahrzeugbremsanlage als Vorliegen eines Bremsvorganges erfasst wird. Ein Bremsvorgang wird dabei direkt über die Betätigung der Fahrzeugbremsanlage, wie beispielsweise das Betätigen des Bremspedals durch den Fahrer, registriert.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine Reduzierung der Zufuhr der Antriebsenergie zu dem Fahrzeugmotor als Vorliegen eines Bremsvorgangs erfasst wird. Vor der direkten Betätigung des Bremsmittels wird im Allgemeinen zunächst die Zufuhr der Antriebsenergie zu dem Fahrzeugmotor reduziert, beispielsweise, wenn der Fahrer den Fuß von dem Gaspedal nimmt. Dieser Vorgang kann ebenfalls als Vorliegen eines Bremsvorganges angesehen werden.
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Konstruktiv wird die Erfassung der Bremsvorgänge über eine an dem Fahrzeug vorgesehene Detektionsvorrichtung zur Detektion von Bremsvorgängen ermöglicht. Diese kann dann Sensoren umfassen, welche die Stellung des Gas- und/oder Bremspedals des Fahrzeugs überwachen. Sind an dem Fahrzeug ABS-Sensoren vorgesehen, so können diese ebenfalls zur Erfassung von Bremsvorgängen herangezogen werden.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung steuert die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung nicht nur das Kupplungsmittel der Klimaanlage, sondern auch die Fahrzeugbremsanlage, und bei Erfassung eines Bremsvorgangs wird zunächst das Kupplungsmittel betätigt, um den Klimaanlagenkompressor mit dem Fahrzeugmotor zu verbinden, und erst anschließend wird die Fahrzeugbremsanlage mit zeitlicher Verzögerung zur Reduzierung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges betätigt. Zu diesem Zweck ist konstruktiv die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung mit der Fahrzeugbremsanlage verbunden oder verbindbar ausgebildet, um Daten über den Verlauf einer vom Fahrzeug zurückzulegenden Strecke zu analysieren und Abschnitte, in denen Bremsvorgänge wahrscheinlich sind, als Bremsabschnitte zu definieren, wobei die Steuerung in der Weise erfolgt, dass bei Erfassung eines Bremsvorgangs zunächst das Kupplungsmittel betätigt wird, um den Klimaanlagenkompressor mit dem Fahrzeugmotor zu verbinden, und anschließend mit einer zeitlichen Verzögerung die Fahrzeugbremsanlage zur Reduzierung der Geschwindigkeit des Fahrzeuges betätigt wird.
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Der zunächst alleinige Einsatz des Klimaanlagenkompressors zur Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit resultiert in eine schwächere Abbremsung des Fahrzeugs. Der Bremsvorgang wird auf diese Weise verlängert mit der Folge, dass der Klimaanlagenkompressor über einen längeren Zeitraum unter Ausnutzung des Bremsvorganges betrieben werden kann, wenn dies gewünscht ist.
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In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Verlauf einer vom Fahrzeug zurückzulegenden, bekannten Strecke analysiert wird, und Abschnitte, in denen Bremsvorgänge wahrscheinlich sind, als Bremsabschnitte definiert werden, und dass der Klimaanlagenkompressor durch Betätigung des Kupplungsmittels bevorzugt in den definierten Bremsabschnitten angetrieben wird, um die Bremsabschnitte gezielt zum Antrieb des Klimaanlagenkompressors auszunutzen.
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Mit anderen Worten werden nach der Analyse des bekannten Streckenverlaufes Bremsabschnitte definiert, die zum Antrieb des Klimaanlagenkompressors bevorzugt ausgenutzt werden.
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Insbesondere im Bereich des Schienenverkehrs oder auch bei Bussen im öffentlichen Personennahverkehr kann das erfindungsgemäße Verfahren besonders gut angewendet werden, da der Streckenverlauf bekannt und das Geschwindigkeitsprofil relativ genau vorhersagbar ist. So sind durch Haltestellen Bremsvorgänge vorgegeben, und entsprechende Bremsabschnitte können nach der Analyse der Strecke definiert und problemlos für den gezielten Antrieb des Klimaanlagenkompressors herangezogen werden. Ebenso können Bremsabschnitte vor Kreuzungen oder Ampelanlagen definiert werden.
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Bei anderen Fahrzeugen, wie beispielsweise Personenkraftwagen, kann ein handelsübliches Navigationssystem vorgesehen sein, und der Streckenverlauf, der bei Personenkraftwagen im Allgemeinen nicht ebenso gut vorhersagbar ist, nach Eingabe des Start- und Zielpunktes berechnet werden. Zur konstruktiven Umsetzung ist die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung dabei derart ausgestaltet, dass sie Daten von dem Navigationssystem aufnehmen kann und den Verlauf der vom Fahrzeug zurückzulegenden Strecke auf der Grundlage der vom Navigationssystem erhaltenen Daten analysieren kann. Dies erfolgt insbesondere unter Berücksichtigung von entlang der Strecke vorhandenen Staus, um potentielle Bremsabschnitte zu ermitteln, so dass die darin liegenden Bremsvorgänge zum Antrieb des Klimaanlagenkompressors ausgenutzt werden können.
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Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Datenerfassungseinrichtung an der Klimaanlage vorgesehen ist, in der Daten über den Verlauf einer vom Fahrzeug zurückzulegenden Strecke gespeichert werden und von der Daten an die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung zur Analyse des Streckenverlaufs weitergeleitet werden. Die Datenerfassungseinrichtung ermöglicht es, Daten über den Streckenverlauf aufzunehmen und zu speichern und an die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung weiterzugeben. Diese analysiert basierend auf den erhaltenen Daten den Streckenverlauf, um den energieoptimierten Betrieb des Fahrzeugs mit der darin vorgesehenen Klimaanlage unter Ausnutzung von Bremsvorgängen zu gewährleisten. Konstruktiv kann die Datenerfassungseinrichtung ein eigenständiges Bauteil sein, welches der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung zugeordnet sein kann. Die Datenerfassungseinrichtung kann auch Teil der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung sein.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass der Abstand zu einem voranfahrenden Fahrzeug kontinuierlich überwacht wird und die ermittelnden Daten analysiert werden, um auf einen wahrscheinlich bevorstehenden Bremsvorgang zu schließen und entsprechende Bremsabschnitte zu definieren. Ein unmittelbar bevorstehender Bremsvorgang kann auch erkannt werden, indem das Geschwindigkeitsprofil eines vor dem Fahrzeug befindlichen weiteren Fahrzeuges überwacht wird. Durch eine kontinuierliche Abstandsüberwachung können Bremsvorgänge eines voranfahrenden Fahrzeugs erkannt und gegebenenfalls genutzt werden. Konstruktiv kann die Überwachung realisiert werden, indem Sensoren zur Abstandsbestimmung an dem Fahrzeug vorgesehen sind, wie beispielsweise Ultraschall-Sensoren. Derartige Sensoren sind zur Hilfestellung beim Einparken bereits serienmäßig an einer Vielzahl von Personenkraftwagen vorgesehen und können zur Erfassung von Bremsvorgängen herangezogen werden.
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In Ausgestaltung dieser Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass für den Fall, dass die Ist-Temperatur im Fahrzeug die Soll-Temperatur bzw. die Schalt-Temperatur überschreitet, folgende Schritte durchgeführt werden:
- - es wird überprüft, ob ein Bremsabschnitt in einem definierten Abstand von dem Fahrzeug vorhanden ist;
- - wenn ein Bremsabschnitt in einem definierten Abstand von dem Fahrzeug vorhanden ist, wird der Klimaanlagenkompressor vor dem Bremsabschnitt nicht oder nur mit reduzierter Leistung betrieben;
- - erreicht das Fahrzeug den Bremsabschnitt, wird der Klimaanlagenkompressor mit voller Leistung betrieben.
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Überschreitet die Ist-Temperatur im Fahrzeug die Soll-Temperatur bzw. die Schalt-Temperatur, so liegt ein Bedarf für den Betrieb der Klimaanlage des Fahrzeuges vor. In konventionellen Systemen wird hier die Klimaanlage aktiviert und dauerhaft betrieben. Der erfindungsgemäßen Ausführungsform hingegen liegt die Idee zugrunde, beim Vorliegen eines solchen Bedarfes zunächst zu überprüfen, ob in einem definierten Abstand von dem Fahrzeug - hier kann es sich sowohl um einen räumlichen als auch zeitlichen Abstand handeln - ein Bremsabschnitt vorhanden ist. Dabei ist wesentlich, dass bestimmt werden kann, ob der Bremsabschnitt in einem zufriedenstellenden räumlichen oder zeitlichen Abstand von der momentanen Position des Fahrzeugs liegt. Ist dies der Fall, wird der konventionelle Betrieb der Klimaanlage ausgesetzt und der Klimaanlagenkompressor zunächst nicht oder nur mit geringer Leistung betrieben. Bei Erreichen des Bremsabschnittes wird dann in den Betrieb unter voller Leistung gewechselt, um den Bremsabschnitt zum Antrieb des Klimaanlagenkompressors zu nutzen und die sonst ungenutzte Energie gezielt zur Temperaturregulierung des Fahrzeuginnenraumes zu verwenden. Der Klimaanlagenkompressor wird intelligent gesteuert, was in einen energieeffizienten Betrieb des Fahrzeugs mit der darin vorgesehenen Klimaanlage resultiert.
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Dabei kann vorgesehen sein, dass ein oberhalb an die Soll-Temperatur bzw. Schalt-Temperatur grenzender Toleranzbereich definiert wird, und in dem Fall, dass die Ist-Temperatur innerhalb des Toleranzbereiches liegt, der Klimaanlagenkompressor vor dem Bremsabschnitt nicht mit dem Fahrzeugmotor verbunden wird. Mit anderen Worten wird, wenn die Ist-Temperatur nur in für die im Fahrzeug befindlichen Personen tolerierbarem Maße von der Soll-Temperatur abweicht, nämlich innerhalb des Toleranzbereiches liegt, der Klimaanlagenkompressor zunächst überhaupt nicht betrieben. Es wird auf den in dem definierten Abstand von dem Fahrzeug vorliegenden Bremsabschnitt gewartet. Erreicht das Fahrzeug diesen, wird der Klimaanlagenkompressor unter Ausnutzung des in dem Bremsabschnitt liegenden Bremsvorganges betrieben, um die gewählte Soll- bzw. Schalt-Temperatur anzustreben, bzw. zu erreichen.
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Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass ein oberhalb des Toleranzbereiches liegender Temperaturbereich definiert wird, und in dem Fall, dass die Ist-Temperatur innerhalb des Temperaturbereiches liegt, der Klimaanlagenkompressor vor dem Bremsabschnitt mit reduzierter Leistung betrieben wird. Dadurch wird gewährleistet, dass keine Abweichung der Ist-Temperatur von der Soll-Temperatur in einem für die Personen im Fahrzeuginnenraum unkomfortablen Maße erreicht wird. Es wird auf den bevorstehenden Bremsabschnitt gewartet, der Klimaanlagenkompressor wird jedoch schon in geringem Umfang betrieben.
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In diesem Fall kann vorgesehen sein, dass die obere Grenze des Temperaturbereiches als obere Grenztemperatur oberhalb der Soll-Temperatur bzw. der Schalt-Temperatur definiert ist, und für den Fall, dass die Ist-Temperatur oberhalb der oberen Grenztemperatur liegt, der Klimaanlagenkompressor unabhängig vom Verlauf der vom Fahrzeug zurückzulegenden Strecke mit voller Leistung betrieben wird.
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Die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung ist dazu derart ausgestaltet, dass in dieser sowohl die obere und untere Grenztemperatur, als auch der Toleranzbereich und der Temperaturbereich definiert sind bzw. definiert werden können. Die obere und untere Grenztemperatur, der Toleranzbereich und Temperaturbereich können dabei in der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung abgelegt, oder der Soll-Temperatur zugeordnet sein bzw. werden oder sie können frei definiert werden.
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Hinsichtlich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung wird auf die Unteransprüche sowie nachfolgende Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung verwiesen. In der Zeichnung zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage;
- 2 ein Diagramm, das den Geschwindigkeitsverlauf eines Fahrzeuges über der Fahrstrecke während eines Bremsvorganges zeigt;
- 3 ein beispielhaftes Geschwindigkeitsprofil eines Fahrzeuges mit dem zugehörigen Temperaturverlauf im Fahrzeuginnenraum unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
- 4 eine Diagramm, das den Geschwindigkeitsverlauf eines Fahrzeuges über der Fahrstrecke während eines weiteren Bremsvorganges zeigt.
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In 1 ist eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Klimaanlage für ein Fahrzeug gezeigt. Diese umfasst einen Klimaanlagenkompressor 1, ein Kupplungsmittel 2, das betätigbar ist, um den Klimaanlagenkompressor 1 mit einem Fahrzeugmotor zu verbinden und so den Klimaanlagenkompressor 1 mit dem Fahrzeugmotor anzutreiben, und eine Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3, durch die das Kupplungsmittel 2 betätigbar ist.
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Die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3 ist weiterhin mit nicht dargestellten Temperatursensoren zur Bestimmung der Temperatur im Fahrzeuginnenraum verbunden. Des weiteren ist eine Datenerfassungseinrichtung 4 vorgesehen, die funktional der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3 zugeordnet ist. Die Datenerfassungseinrichtung 4 dient der Speicherung von Daten über den Verlauf einer vom Fahrzeug zurückzulegenden Strecke und der Weiterleitung an die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3 zur Analyse der Daten. Sie ist hier als einzelnes Bauteil dargestellt, kann aber auch Teil der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3 sein.
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Darüber hinaus umfasst die erfindungsgemäße Klimaanlage eine Detektionsvorrichtung 5 zur Erfassung von Bremsvorgängen des Fahrzeugs, die mit der Datenerfassungseinrichtung 4 und somit der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3 verbunden ist.
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Schließlich sind Sensoren 6 vorgesehen, mit deren Hilfe der Abstand zu einem voranfahrenden Fahrzeug ermittelt werden kann.
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Die Klimaanlage und insbesondere deren Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3 ist derart konzipiert, dass der Kühlbetrieb bevorzugt während der Bremsphasen eines Fahrzeugs stattfindet. Dazu sind in der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3 der Klimaanlage jeweils unterhalb der vom Benutzer einstellbaren Soll-Temperaturen Tsoll bzw. diesen entsprechenden Schalt-Temperaturen der Klimaanlage liegende untere Grenztemperaturen Tmin zugeordnet. Im Betrieb wird kontinuierlich überwacht, ob das Fahrzeug gebremst wird, und für den Fall, dass einerseits ein Bremsvorgang über die Detektionsvorrichtung 5 erfasst wird und andererseits die Ist-Temperatur im Fahrzeug die Schalt-Temperatur unterschreitet, jedoch nicht unterhalb der unteren Grenztemperatur Tmin liegt, wird das Kupplungsmittel 2 betätigt, um den Klimaanlagenkompressor 1 mit dem Fahrzeugmotor zu verbinden.
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Auf diese Weise werden in einem Temperaturbereich, in dem bei herkömmlichen Klimaanlagen kein oder nur ein intermittierender Kühlbetrieb stattfindet, Bremsvorgänge genutzt, um den Klimaanlagenkompressor zu betreiben. Die Nutzung der Bremsvorgänge zum Antreiben des Klimaanlagenkompressors 1 hat den Vorteil, dass der Fahrzeugmotor verstärkt abgebremst wird, da durch den Klimaanlagenkompressor 1 eine zusätzliche Last am Fahrzeugmotor anliegt. Dies ist gut in der 2 erkennbar, wo der Bremsvorgang mit betätigter Klimaanlagenkupplung 2 im Vergleich zu einem Bremsvorgang ohne zusätzliche Betätigung der Klimaanlagenkupplung, der gestrichelt eingezeichnet ist, dargestellt ist.
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Dabei wird der Klimaanlagenkompressor 1 direkt über die sonst ungenutzte Motorleistung betrieben, ohne dass eine Umwandlung oder Speicherung der Energie erforderlich ist. Darüber hinaus wird das konventionelle Bremsmittel des Fahrzeugs geschont, da die über den Antrieb des Klimaanlagenkompressors erzielte Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht mehr mit einem herkömmlichen Bremsmittel geleistet werden muss. Dabei gewährleistet die definierte untere Grenztemperatur Tmin , dass keine für die im Fahrzeug befindlichen Personen unangenehm niedrige Temperatur erreicht wird.
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Überschreitet die Ist-Temperatur im Fahrzeug die Soll-Temperatur Tsoll , bzw. die dieser entsprechende Schalt-Temperatur, kann die Klimaanlage - wie bei konventionellen Verfahren - ohne Berücksichtigung von möglichen Bremsabschnitten betrieben werden, um das Erreichen der gewünschten Temperatur zu ermöglichen.
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Um auch die Bremsabschnitte für den Betrieb der Klimaanlage oberhalb der eingestellten Wunschtemperatur Tsoll heranziehen zu können, wird im Rahmen einer intelligenten Steuerung der Klimaanlage auch der Verlauf einer vom Fahrzeug zurückzulegenden Strecke einbezogen. Die Streckendaten können über die Datenerfassungseinrichtung 4 in die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3 eingegeben werden. Hierzu kann die Datenerfassungseinrichtung 4 insbesondere mit einem Navigationssystem des Fahrzeugs verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Datenerfassungseinrichtung 4 mit dem Internet zu verbinden, um die entsprechenden Streckendaten herunterladen zu können.
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Im Rahmen der Streckenanalyse werden Abschnitte, in denen Bremsvorgänge wahrscheinlich sind, also beispielsweise Streckenabschnitte, die vor Kreuzungen oder Ampeln liegen, als Bremsabschnitte definiert. Im öffentlichen Nahverkehr und Schienenverkehr können auch Streckenabschnitte, die vor einer Haltestelle liegen, als Bremsabschnitte definiert werden. Des weiteren kann auch während der Fahrt über die Sensoren 6 eine kontinuierliche Abstandsüberwachung zu voranfahrenden Fahrzeugen stattfinden. Ebenso können Staumeldungen berücksichtigt werden. Die ermittelten Daten werden analysiert, um auf einen wahrscheinlich bevorstehenden Bremsvorgang zu schließen und entsprechende Bremsabschnitte zu definieren. Der Klimaanlagenkompressor 1 wird dann durch Betätigung des Kupplungsmittels 2 bevorzugt in den definierten Bremsabschnitten angetrieben, um die Bremsabschnitte gezielt zum Antrieb des Klimaanlagenkompressors 1 zu nutzen.
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Liegt die Ist-Temperatur im Fahrzeug oberhalb der Soll-Temperatur Tsoll bzw. der Schalt-Temperatur, erfolgt die Steuerung der Klimaanlage durch die Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3, indem konkret die folgenden Schritte durchgeführt werden:
- - es wird überprüft, ob ein Bremsabschnitt in einem definierten Abstand von dem Fahrzeug vorhanden ist;
- - wenn ein Bremsabschnitt in einem definierten Abstand von dem Fahrzeug vorhanden ist, wird der Klimaanlagenkompressor 1 vor dem Bremsabschnitt nicht oder nur mit reduzierter Leistung betrieben;
- - erreicht das Fahrzeug den Bremsabschnitt, wird der Klimaanlagenkompressor 1 mit voller Leistung betrieben.
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Ob der Klimaanlagenkompressor nicht oder nur mit reduzierter Leistung betrieben wird, hängt davon ab, wie stark die Ist-Temperatur im Fahrzeug von der Soll-Temperatur Tsoll bzw. der Schalt-Temperatur abweicht.
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Dazu ist in der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung ein oberhalb an die einstellbaren Soll-Temperaturen Tsoll bzw. Schalt-Temperaturen angrenzender Toleranzbereich TOB definiert. In dem Fall, dass die Ist-Temperatur innerhalb des Toleranzbereiches TOB liegt, wird der Klimaanlagenkompressor 1 vor dem Bremsabschnitt nicht mit dem Fahrzeugmotor verbunden.
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In der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3 ist darüber hinaus ein oberhalb des Toleranzbereichs TOB liegender Temperaturbereich TB definiert, und wenn die Ist-Temperatur innerhalb des Temperaturbereiches TB liegt, wird der Klimaanlagenkompressor 1 vor dem Bremsabschnitt mit reduzierter Leistung betrieben.
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Die obere Grenze des Temperaturbereiches TB ist dabei als obere Grenztemperatur Tmax oberhalb der Soll-Temperatur Tsoll bzw. der Schalt-Temperatur definiert, und für den Fall, dass die Ist-Temperatur oberhalb der oberen Grenztemperatur Tmax liegt, wird der Klimaanlagenkompressor unabhängig vom Verlauf der vom Fahrzeug zurückzulegenden Strecke mit voller Leistung betrieben.
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Zur weiteren Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird auf 3 verwiesen. Im oberen Graph der Figur ist ein beispielhafter Geschwindigkeitsverlauf eines Fahrzeuges über der vom Fahrzeug zurückzulegenden Fahrstrecke aufgetragen. Die Fahrstrecke ist von der Steuerungs- und Regelungsvorrichtung 3 analysiert worden und Abschnitte, in denen Bremsvorgänge wahrscheinlich sind, d.h. Abschnitte, die vor Kreuzungen, Ampelanlagen, Haltestellen etc. liegen, sind als Bremsabschnitte I, II, III, IV definiert. Die Bremsabschnitte I, II, III, IV sind als gepunktete Linien dargestellt. In gleicher Weise sind die Bereiche A, B, C, D, in denen tatsächlich Bremsvorgänge stattfinden, mit gestrichelten Linien gekennzeichnet. Unten in der 3 ist ein weiterer Graph gezeigt, welcher den Temperaturverlauf im Fahrzeuginnenraum über der Fahrstrecke zeigt und zu dem gezeigten Geschwindigkeitsprofil unter Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens korrespondiert. Die Abszissenachse beider Graphen ist entsprechend identisch.
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Zu Beginn des in der 3 dargestellten Fahrstreckenabschnitts bewegt sich das Fahrzeug mit steigender Geschwindigkeit. Während der Fahrt wird kontinuierlich die Ist-Temperatur im Fahrzeuginnenraum überwacht. Des Weiteren findet eine kontinuierliche Überwachung statt, ob die Sensoren 6 einen Bremsvorgang melden. Schließlich wird überprüft, ob ein Bremsabschnitt sich in dem innerhalb des definierten Abstandes vor dem Fahrzeug befindet.
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Zunächst liegt die Ist-Temperatur im Fahrzeuginnenraum oberhalb der Soll-Temperatur Tsoll bzw. Schalt-Temperatur und innerhalb des Toleranzbereiches TOB. Der Klimaanlagenkompressor 1 wird nicht betrieben, weil der Bremsabschnitt I, in einem zulässigen Abstand bevorsteht. Da die Ist-Temperatur während des Abwartens nicht über den Toleranzbereich TOB hinaus ansteigt, wird der Betrieb des Klimaanlagenkompressors 1 die gesamte Fahrstrecke vor Erreichen des Bremsabschnittes I ausgesetzt. Bei Erfassung des in dem Bremsabschnitt I liegenden Bremsvorganges A, wird das Kupplungsmittel 2 betätigt, um den Klimaanlagenkompressor 1 mit dem Fahrzeugmotor zu verbinden und ihn so mit voller Leistung anzutreiben. Die Ist-Temperatur im Fahrzeuginnenraum sinkt infolge dessen auf einen unterhalb der Soll-Temperatut Tsoll liegenden Wert. Bei Beendigung des Bremsvorganges wird das Kupplungsmittel 2 betätigt, um die Verbindung des Klimaanlagenkompressors 1 mit dem Fahrzeugmotor zu lösen und den Antrieb der Klimaanlage einzustellen.
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In der Folge steigt die Ist-Temperatur im Fahrzeuginnenraum wieder an und über die Temperatur Tsoll . Der Klimaanlagenkompressor 1 wird zunächst nicht betrieben, da wieder in zulässigem Abstand der Bremsabschnitt II liegt und sich die Ist-Temperatur innerhalb des Toleranzbereiches TOB begrenzt. Der Bremsabschnitt II wird zum Betrieb des Klimaanlagenkompressors abgewartet. Der Bremsabschnitt II ist als solcher vordefiniert, weil aufgrund beispielsweise einer Ampelanlage oder dergleichen in diesem Streckenabschnitt ein Bremsvorgang wahrscheinlich ist. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel findet in dem Bremsabschnitt II jedoch tatsächlich kein Bremsvorgang statt, beispielsweise weil die Ampelanlage auf Grün geschaltet ist. Aus diesem Grund steigt die Ist-Temperatur auch in dem Bremsabschnitt II weiter an. Nach Erreichen des Temperaturbereiches TB wird der Temperaturanstieg verlangsamt, weil der Klimaanlagenkompressor 1 mit geringer Leistung betrieben wird, während der in zulässigem Abstand bevorstehende Bremsabschnitt III abgewartet wird. Nach Erreichen des Bremsabschnittes III wird bei Erfassung des in dem Bremsabschnitt III liegenden Bremsvorganges B die Klimaanlage mit voller Leistung angetrieben. Die Ist-Temperatur nimmt durch den Betrieb des Klimaanlagenkompressors 1 deutlich ab, bis sie unterhalb der unteren Grenztemperatur Tmin fällt. Hier wird der Betrieb des Klimaanlagenkompressors 1 beendet, indem das Kupplungsmittel 2 betätigt und die Verbindung von Klimaanlagenkompressor 1 und Fahrzeugmotor gelöst wird. So wird verhindert, dass eine für die im Fahrzeuginnenraum befindlichen Personen unangenehm niedrige Temperatur erreicht wird.
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Anschließend steigt die Ist-Temperatur wieder an. Bei Erfassung des Bremsvorganges C wird das Kupplungsmittel 2 betätigt, da die Ist-Temperatur oberhalb der unteren Grenztemperatur Tmin und unterhalb der Soll-Temperatur Tsoll liegt. Die Ist-Temperatur wird unter Ausnutzung des Bremsvorganges gesenkt. Am Ende des Bremsvorgangs C wird der Betrieb des Klimaanlagenkompressors 1 eingestellt.
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Im weiteren Streckenverlauf steigt die Temperatur im Fahrzeug erneut an und über die Temperatur Tsoll . Da der nächste Bremsabschnitt IV nicht in einem zufriedenstellenden Abstand von dem Fahrzeug liegt, wird zunächst - wie bei konventionellen Verfahren - der Klimaanlagenkompressor 1 ohne Berücksichtigung des Verlaufes der Fahrstrecke betrieben. So wird die Ist-Temperatur mit minimaler Abweichung auf dem Wert der Soll-Temperatur Tsoll gehalten. In zufriedenstellendem Abstand vor dem Bremsabschnitt V wird infolge der intelligenten Steuerung des Klimaanlagenkompressors 1 der Betrieb des Klimaanlagenkompressors ausgesetzt, um den bevorstehenden Bremsabschnitt IV abzuwarten und zum Antrieb des Klimaanlagenkompressors 1 nutzen zu können. Die Temperatur steigt an, ohne dabei den Toleranzbereich TOB zu überschreiten, und sobald der in dem Bremsabschnitt IV liegende Bremsvorgang D erfolgt, wird der Klimaanlagenkompressor 1 mit dem Fahrzeugmotor verbunden und durch diesen angetrieben. Die Ist-Temperatur sinkt unter die Soll-Temperatur Tsoll, ohne die untere Grenztemperatur Tmin zu erreichen und steigt nach Beendigung des Bremsvorganges erneut an.
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Weiterhin kann es bei Ausnutzung eines Bremsvorganges zum Betrieb des Klimaanlagenkompressors von Vorteil sein, wenn die Reduktion der Fahrzeuggeschwindigkeit zunächst nur über den Betrieb des Klimaanlagenkompressors erzielt wird und im Anschluss, mit Verzögerung, das konventionelle Bremsmittel des Fahrzeugs betätigt wird. 4 enthält eine weitere Detailansicht eines Bremsabschnittes, bei dem der Bremsvorgang entsprechend absolviert wurde. Bei diesem Bremsabschnitt wird zunächst, zu Beginn des Abschnittes B, der Klimaanlagenkompressor 1 mit dem Fahrzeugmotor verbunden, was in eine moderate Verringerung der Fahrzeuggeschwindigkeit resultiert. Anschließend, zu Beginn von Abschnitt C, wird das konventionelle Bremsmittel betätigt, um die Fahrzeuggeschwindigkeit stärker zu reduzieren. Der Bremsvorgang ist hier zeitlich in die Länge gezogen und der Klimaanlagenkompressor kann über einen längeren Zeitraum unter Ausnutzung des Bremsvorganges betrieben werden, wenn dies gewünscht ist.
