DE19631829C1 - Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtung - Google Patents
Fahrzeuginnenraum-KlimatisierungseinrichtungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeuginnenraum-
Klimatisierungseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtungen mit nur
einem Temperatursensor bekannt, der entweder im Fahrzeugdachbe
reich oder im Armaturenbrettbereich angeordnet ist. Die Anbrin
gung des Sensors im Dachbereich ermöglicht vom kühl- und hei
zungsfreien Klimatisierungsbetrieb über den leichten Heizbetrieb
bei Übergangswetter bis zum vollen Heizbetrieb bei sehr kalten
Außentemperaturen eine günstige Klimatisierungsregelung, bei der
ein eher warmer Fußraum und ein eher kühler Kopfraum mit kon
stanter Kopfraumtemperatur eingeregelt werden kann und eine kur
ze Regelstrecke gegeben ist, die sich schnell an veränderte Um
gebungsbedingungen anzupassen vermag. Problematisch ist bei die
ser Sensorposition jedoch, daß im Kühlbetrieb je nach
Einstellung der Ausblasrichtung einer am Armaturenbrett angeord
neten Mitteldüse eines entsprechenden Zuluftkanals der dachsei
tig angeordnete Sensor direkt von der in den Innenraum ausgebla
senen Zuluft beeinflußt werden kann. Wenn der dort positionierte
Temperatursensor z. B. mit kalter Zuluft angeblasen wird, hebt
die zugehörige Temperaturregelung die Ausblastemperatur wenig
stens für den betreffenden Zuluftkanal an. Dies kann bei extre
mer Mitteldüsenposition bis zum Heizen der Klimaanlage im Sommer
führen. Zwar ließe sich dies mit einer Einschränkung des Ver
stellbereichs der Mitteldüse vermeiden, jedoch ist dies nur ein
komforteinschränkender Ausweg.
Bei einer Positionierung des einzigen Temperatursensors im Arma
turenbrettbereich, d. h. meist im Mittelkonsolenbereich, werden
zwar die oben geschilderten Schwierigkeiten beim Kühlbetrieb
vermieden, jedoch ist diese Sensorpositionierung für den Heizbe
trieb und damit z. B. für mitteleuropäische Verhältnisse während
der überwiegenden Betriebsdauer problembehaftet. So wird der
Mittelkonsolenbereich beim Aufheizen nur sehr langsam warm, was
eine lange Regelstrecke bedeutet, mit der Folge, daß die Aus
blastemperatur zu lange auf hohem Niveau gehalten und der Fahr
zeuginnenraum überheizt werden kann. Des weiteren ist es im
Heizbetrieb wegen der nach oben steigenden Raumluft erforder
lich, die meiste Luft in den Fußraum zu blasen. Deshalb hat der
Mittelkonsolenbereich bei durchwärmtem Fahrzeug eine zwischen
der Kopfraum- und der Fußraumtemperatur liegende Temperatur, so
daß der im Mittelkonsolenbereich positionierte Sensor auf Dauer
zu warm wird und die Regeleinrichtung dazu veranlaßt, die Aus
blastemperatur zurückzunehmen. Der Benutzer muß dann eine höhere
Innenraumtemperatur einstellen, wobei dieser Wert dann bei einem
nächsten Aufheizvorgang, z. B. am nächsten Morgen, anfangs zu
hoch ist.
Zur Behebung der oben genannten Schwierigkeiten sind bereits In
nenraumklimatisierungseinrichtungen der eingangs genannten Art
vorgeschlagen worden, bei denen ein kopfraum- bzw. dachseitiger,
erster Temperatursensor und ein fußraum- bzw. armaturenbrettsei
tiger, zweiter Temperatursensor vorgesehen sind, die beide die
Innenraumtemperatur an der betreffenden Stelle messen. Die bei
den parallel erhaltenen Meßwerte werden dann gegebenenfalls un
terschiedlich zur Gewinnung eines für den Klimatisierungsbetrieb
relevanten Innenraumtemperaturwertes bewertet. Bei einer in der
Patentschrift EP 0 130 528 B1 angegebenen Einrichtung dieser Art
in Form einer Heiz- und/oder Klimaanlage erfolgt diese Bewertung
in Abhängigkeit von der jeweiligen Außentemperatur, wobei der
kopfraumseitige Sensor mit steigender Außentemperatur höher be
wertet wird. Bei einer in der Offenlegungsschrift DE 39 04 800 A1
beschriebenen Einrichtung der gattungsgemäßen Art wird die Be
wertung der Meßwerte der beiden unterschiedlich positionierten
Innenraumtemperatursensoren in Abhängigkeit vom eingestellten
Innenraumtemperatursollwert vorgenommen, wobei z. B. der kopf
raumseitige Sensor bei höherem Innenraumtemperatursollwert stär
ker als der fußraumseitige Sensor gewichtet wird.
Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung
einer Innenraumklimatisierungseinrichtung der eingangs genannten
Art zugrunde, die eine vergleichsweise komfortable Fahrzeugin
nenraumklimatisierung unter den verschiedensten Bedingungen er
möglicht.
Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer
Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtung mit den Merkmalen
des Anspruchs 1. Bei dieser Einrichtung nimmt die Klimatisie
rungssteuereinheit die Bewertung der von den beiden unterschied
lich positionierten Temperatursensoren gemessenen Temperaturwer
te zur Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innenraumtempera
turwertes in Abhängigkeit der Stellung der den Zuluftkanälen der
Klimatisierungseinrichtung zugeordneten Luftklappen vor. Damit
läßt sich eine sehr zufriedenstellende Klimatisierungswirkung
sowohl im Kühlbetrieb als auch im Heizbetrieb erzielen. So kann
beispielsweise in denjenigen Betriebssituationen, in denen durch
entsprechende Stellung der Luftklappen viel Luft durch armatu
renbrettseitige Mitteldüsen direkt in den Fahrzeugdachbereich,
d. h. den Kopfraumbereich, des Fahrzeuginnenraums ausgeblasen
wird, der dachseitige Temperatursensor geringer gewichtet werden
als der armaturenbrett- bzw. mittelkonsolenseitige Temperatur
sensor, während in den Situationen mit überwiegender Luftzufuhr
in den Fußraumbereich umgekehrt der dachseitige Temperatursensor
stärker als der armaturenbrettseitige Sensor gewichtet werden
kann.
Bei einer nach Anspruch 2 weitergebildeten Fahrzeuginnenraum-
Klimatisierungseinrichtung stellt die Klimatisierungssteuerein
heit die Stellung der Luftklappen selbsttätig in Abhängigkeit
von der Temperatur der in den Innenraum ausgeblasenen Luft ein,
und gleichzeitig nimmt sie die Bewertung der von den beiden Tem
peratursensoren gemessenen Temperaturwerte zur Gewinnung des
klimatisierungsrelevanten Innenraumtemperaturwertes in Abhängig
keit von dieser Ausblastemperatur und damit wieder in Abhängig
keit von den Luftklappenstellungen vor.
Bei einer nach Anspruch 3 weitergebildeten Fahrzeuginnenraum-
Klimatisierungseinrichtung ist für die Bewertung der beiden Tem
peratursensoren ein Bewertungsbereich gewählt, der in Abhängig
keit von der Außentemperatur variabel vorgegeben wird, d. h. die
Bereichsendwerte variieren mit der Außentemperatur gemäß einer
vorgebbaren Beziehung. Beispielsweise kann für einen Außentempe
raturbereich, der weder einen Heiz- noch einen Kühlbetrieb er
fordert, eine gleich starke Bewertung der beiden Temperatursen
soren, d. h. ein punktförmiger Bewertungsbereich mit dem Gewich
tungspunkt 0,5 vorgesehen sein, von dem aus sich der Bewertungs
bereich bei niedrigeren und höheren Außentemperaturen jeweils
stetig aufweitet. Die Bewertung jedes der von den beiden Tempe
ratursensoren gelieferten Temperaturwerte erfolgt dann in Abhän
gigkeit von den Luftklappenstellungen im Rahmen dieses jeweils
von der Außentemperatur bestimmten Bewertungsbereiches.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnun
gen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Hierbei zei
gen:
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Fahrzeuginnen
raum-Klimatisierungseinrichtung in Form einer Fahrzeug
klimaanlage mit zwei Innenraumtemperatursensoren,
Fig. 2 ein Diagramm zur Veranschaulichung der unterschiedli
chen Bewertung der beiden Innenraumtemperatursensoren
von Fig. 1 in Abhängigkeit von der die Stellungen von
Luftklappen der Klimaanlage bestimmenden Ausblastempe
ratur,
Fig. 3 ein Diagramm zur Veranschaulichung der unterschiedli
chen Bewertung der beiden Temperatursensoren von Fig. 1
in Abhängigkeit von den Stellungen manuell verstellba
rer Luftklappen und
Fig. 4 ein Diagramm zur Veranschaulichung des von der Ausblas
temperatur abhängig gewählten Bereiches für die Bewer
tung gemäß der Fig. 2 und 3.
Die in Fig. 1 gezeigte Fahrzeugklimaanlage weist als zentrale
Komponente ein Klimagerät auf, in das eine Klimatisierungssteu
ereinheit (1) integriert ist. Die Klimatisierungssteuereinheit
(1) regelt die Innenraumklimatisierung durch Steuerung der Heiz- und
Kühlkomponenten der Klimaanlage, eines oder mehrerer Luftge
bläse sowie einer Mehrzahl von Luftklappen, die sich in Zuluft
kanälen, welche an verschiedenen Stellen in den Fahrzeuginnen
raum einmünden, angeordnet sind und von denen in Fig. 1 stell
vertretend zwei (2a, 2b) explizit dargestellt sind.
Mittels der verschiedenen Zuluftkanäle und der zugeordneten
Luftklappen (2a, 2b) kann die klimatisierende Luft variabel in
unterschiedliche Bereiche des Fahrzeuginnenraums ausgeblasen
werden, insbesondere gezielt in den Fußraum- oder in den Kopf
raumbereich. Die Klimatisierungssteuereinheit (1) regelt dabei
die Fahrzeuginnenraumtemperatur auf einen gewünschten Wert ein.
Um dies für die Fahrzeuginsassen in einer möglichst angenehmen
Weise zu erreichen, beinhaltet die Klimaanlage einen ersten, im
Fahrzeugdachbereich angeordneten Temperatursensor (3a) und einen
zweiten, im Armaturenbrettbereich bzw. im Mittelkonsolenbereich
angeordneten Temperatursensor (3b). Der armaturenbrettseitige
Sensor (3b) kann beispielsweise im Klimagerät, insbesondere in
einer Bedieneinheit der Klimaanlage integriert sein.
Mit dem dachseitigen Temperatursensor (3a) wird schwerpunktmäßig
die Innenraumtemperatur (TK) im Kopfraumbereich gemessen, während
der armaturenbrettseitige Temperatursensor (3b) schwerpunktmäßig
die Innenraumtemperatur (TF) im Fußraumbereich erfaßt. Aus den
von diesen beiden Temperatursensoren (3a, 3b) zugeführten beiden
Temperaturwerten (TK, TF) gewinnt die Klimatisierungssteuerein
heit (1) durch eine nachfolgend näher erläuterte Bewertung einen
klimatisierungsrelevanten Innenraumtemperaturwert (TI), d. h. den
jenigen Temperaturwert, der als Regelgrößenmeßwert für die In
nenraumtemperaturregelung verwendet
wird. Zusätzlich zu diesen Innenraumtemperaturinformationen er
hält die Klimatisierungssteuereinheit (1) eine Information über
die jeweilige Außentemperatur von einem zugehörigen Außentempe
ratursensor (4). Die Bewertung der beiden Temperaturwerte (TK,
TF) zur Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innenraumtempera
turwertes (TI) erfolgt durch die Klimatisierungssteuereinheit (1)
additiv nach folgender Beziehung:
TI=x·TF+(1-x)·TK,
mit einem zwischen null und eins liegenden Gewichtungsfaktor x.
Die Fig. 2 und 3 zeigen den Verlauf des Bewertungsfaktors für
den armaturenbrettseitigen Sensor, der durch den Gewichtsfaktor
x selbst gebildet ist, sowie den hierzu bezüglich des Gleichge
wichtungswertes 0,5 spiegelsymmetrischen Verlauf des Bewertungs
faktors (1-x) für den dachseitigen Sensor. Die Bewertung erfolgt
dabei in Abhängigkeit von der Zuluftverteilung, d. h. von den
Stellungen der verschiedenen Luftklappen. Bei derjenigen Ausle
gung der Klimaanlage, für welche das Bewertungsdiagramm von Fig. 2
Verwendung findet, wird die Luftverteilung selbsttätig in Ab
hängigkeit von der Ausblastemperatur (TZ), d. h. von der Tempera
tur der in den Fahrzeuginnenraum durch die Klimaanlage ausgebla
senen Luft, bestimmt. Die Ausblastemperatur (TZ) kann folglich in
diesem Fall als die Stellungen der Luftklappen repräsentierende
Größe verwendet werden, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist, ohne
daß die Luftklappenstellungen anderweitig erkannt werden müssen.
Dabei variiert die Luftverteilung mit sich ändernder Ausblastem
peratur (TZ) dahingehend, daß für niedrige Ausblastemperaturen
eine vermehrte Belüftung des Kopfraumbereichs und für hohe Aus
blastemperaturen eine vermehrte Luftzufuhr in den Fußraumbereich
vorgenommen wird.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, liegt der Bewertungsfaktor (x) für
den armaturenbrettseitigen Temperatursensor unterhalb einer un
teren Temperaturschwelle (Tu) auf einem zwischen 0,5 und 1 lie
genden Maximalwert (xmax) und fällt zwischen der unteren (Tu) und
einer oberen Temperaturschwelle (To) linear auf einen Minimalwert
(xmin) zwischen 0 und 0,5 ab, auf dem er für Ausblastemperaturen
größer als die obere Temperaturschwelle (To) verbleibt. Spiegel
bildlich dazu liegt der Bewertungsfaktor (1-x) für den dachsei
tigen Temperatursensor unterhalb der unteren Temperaturschwelle
(Tu) auf dem Minimalwert (xmin) und steigt zwischen der unteren
(Tu) und der oberen Temperaturschwelle (To) auf den Maximalwert
(xmax) an, auf dem er für höhere Ausblastemperaturen verbleibt.
Es versteht sich, daß zwischen dem Minimalwert (xmin) und dem Ma
ximalwert (xmax) die Beziehung xmin=1-xmax gilt. Die untere Tempe
raturschwelle (Tu) kann z. B. bei etwa 0°C und die obere Tempera
turschwelle (To) bei etwa 40°C liegen. Durch diese Bewertung der
beiden Temperatursensoren wird bei höherer Ausblastemperatur (TZ)
und damit stärkerer Temperaturschichtung im Innenraum der dach
seitige Temperatursensor zunehmend stärker bewertet als der ar
maturenbrettseitige Sensor.
Fig. 3 veranschaulicht ein Bewertungsdiagramm, das sich für eine
Klimaanlage eignet, bei der eine manuelle Verstellung der Luft
klappen vorgesehen ist. Die Bewertung der beiden Temperatursen
soren in Abhängigkeit von den Luftklappenstellungen beinhaltet
in diesem Fall die Erkennung der Luftklappenstellungen anhand
der Stellung eines Bedienelementes zur manuellen Luftklappenein
stellung, dessen Bediensymbole im Diagramm von Fig. 3 auf der
Abszisse abgetragen sind. Der jeweilige Verlauf der beiden Be
wertungsfaktoren für die Temperatursignale des dachseitigen Sen
sors einerseits und des armaturenbrettseitigen Sensors anderer
seits entspricht genau demjenigen von Fig. 2 unter Beachtung des
dortigen Zusammenhangs zwischen der Ausblastemperatur (TZ) und
der dazugehörigen, selbsttätig bewirkten Luftklappeneinstellun
gen. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, steigt der Bewertungsfaktor
(1-x) für den dachseitigen Temperatursensor mit zunehmender
Luftzufuhr in den Fußraum an, während der Bewertungsfaktor (x)
für den armaturenbrettseitigen Temperatursensor mit zunehmender
Kopfraumbelüftung über armaturenbrettseitige Mitteldüsen an
steigt.
Es hat sich gezeigt, daß eine besonders gute Innenraumklimati
sierung dadurch erreicht werden kann, daß der Minimalwert (xmin)
und der Maximalwert (xmax) der Bewertung nicht fest vorgegeben,
sondern in Abhängigkeit von der jeweils momentanen Außentempera
tur variabel gewählt werden. Fig. 4 zeigt ein vorteilhaftes Bei
spiel einer solchen variablen Festlegung des Bewertungsberei
ches, der nach oben vom Maximalwert (xmax) und nach unten vom Mi
nimalwert (xmin) begrenzt ist. Dort ist der vorgegebene Verlauf
des Maximalwertes (xmax) in Abhängigkeit von der Außentemperatur
(TA) angegeben, wobei dadurch gleichzeitig die Abhängigkeit des
Minimalwertes (xmin) von der Außentemperatur (TA) über die Bezie
hung xmin=1-xmax festgelegt ist.
Wie aus Fig. 4 zu erkennen, haben der Maximalwert (xmax) und der
Minimalwert (xmin) bei Außentemperaturen zwischen 17°C und 23°C,
bei denen typischerweise weder geheizt noch gekühlt wird, beide
denselben Wert 0,5. Dies hat zur Folge, daß bei diesen Außentem
peraturen (TA) eine die Temperaturwerte der beiden Temperatursen
soren gleich stark gewichtende Bewertung stattfindet, bei der
sich der klimatisierungsrelevante Innenraumtemperaturwert je zur
Hälfte aus den von diesen beiden Sensoren gemessenen Temperatur
werten zusammensetzt, und zwar für beliebige Luftklappenstellun
gen bzw. Ausblastemperaturen. Für Außentemperaturen (TA) kleiner
als 17°C steigt der Bewertungsmaximalwert (xmax) zunächst linear
an, bis er bei einem Außentemperaturwert von 10°C einen Be
reichsmaximalwert (C) erreicht, der typischerweise zwischen etwa
0,7 und 0,8 liegt. Entsprechend weitet sich der zugehörige Be
wertungsbereich auf, innerhalb welchem dann die Temperatursenso
ren in Abhängigkeit von den Luftklappenstellungen entsprechend
der Diagramme der Fig. 2 und 3 unterschiedlich bewertet wer
den. Bei Außentemperaturen (TA) unterhalb von 10°C bleibt dann
die Bewertungsintervallänge konstant. Eine analoge Abhängigkeit
des Bewertungsbereichs von der Außentemperatur (TA) wird für Au
ßentemperaturen größer als 23°C vorgegeben. Mit zunehmender Au
ßentemperatur (TA) weitet sich hier der Bewertungsbereich wieder
linear auf, bis der Bewertungsmaximalwert (xmax) bei einer Außen
temperatur von 30°C den Bereichsmaximalwert (C) erreicht und für
größere Außentemperaturen dort verbleibt.
Mit dieser Maßnahme erfolgt somit in den Betriebssituationen, in
welchen nicht geheizt und nicht gekühlt wird, d. h. bei Außentem
peraturen um ca. 20°C, eine Mittelung der Temperaturwerte (TK,
TF) der beiden Temperatursensoren (3a, 3b), wobei es sich er
weist, daß dies zu einer guten Regelgüte führt. Bei demgegenüber
höheren oder niedrigeren Außentemperaturen (TA) werden hingegen
die beiden Temperatursensoren (3a, 3b) unterschiedlich bewertet,
und zwar in Abhängigkeit von den Luftklappenstellungen und in
einem zunächst mit höher bzw. niedriger werdender Außentempera
tur zunehmenden Maß. Dabei hat es sich gezeigt, daß es günstig
ist, selbst bei sehr hoher bzw. sehr niedriger Außentemperatur
die Bewertung des schwächer gewichteten Sensors nicht ganz auf
null zu reduzieren, sondern einen gewissen Mindesteinfluß beizu
behalten, was in Fig. 4 dadurch zum Ausdruck kommt, daß der Be
wertungsmaximalwert (xmax) nicht bis zum Wert 1 ansteigt, sondern
nur bis zu dem Bereichsmaximalwert (C), der kleiner als 1 und
größer als 0,5 ist.
Die vorstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
zeigt, daß die erfindungsgemäße Fahrzeuginnenraum-Klima
tisierungseinrichtung die Vorteile einer dachseitigen Positio
nierung eines Innenraumtemperatursensors im Heizbetrieb mit den
jenigen einer armaturenbrettseitigen Positionierung desselben im
Kühlbetrieb kombiniert. Es wird eine spürbare Verbesserung des
Klimatisierungskomforts bewirkt, da die Innenraumtemperaturrege
lung durch Verstellungen der Luftklappen, d. h. durch die Luft
verteilung der in den Innenraum ausgeströmten Luft, nicht beein
flußt wird.
Claims (4)
1. Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtung mit
- - einem im Fahrzeugdachbereich angeordneten, ersten Innenraum temperatursensor (3a),
- - einem im Armaturenbrett angeordneten, zweiten Innenraumtempe ratursensor (3b),
- - mehreren Zuluftkanälen mit zugeordneten Luftklappen (2a, 2b) zur variablen Innenraumzuluftverteilung und
- - einer Klimatisierungssteuereinheit (1) zur Steuerung oder Re gelung der Klimatisierung in Abhängigkeit von einem durch Bewer tung der von den beiden Temperatursensoren gelieferten Tempera turwerte (TK, TF) gewonnenen, klimatisierungsrelevanten Innen raumtemperaturwert (TI),
dadurch gekennzeichnet, daß
- - die Klimatisierungssteuereinheit (1) die Bewertung der von den beiden Temperatursensoren (3a, 3b) gemessenen Temperaturwer te (TK, TF) zur Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innen raumtemperaturwertes (TI) in Abhängigkeit von der Stellung der Luftklappen (2a, 2b) vornimmt.
2. Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtung nach Anspruch 1,
weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
die Klimatisierungssteuereinheit (1) selbsttätig die Luftklappen
(2a, 2b) in Abhängigkeit von der Ausblastemperatur (TZ) der in
den Innenraum ausgeblasenen Luft einstellt und die von den Luft
klappenstellungen abhängige Bewertung der von den beiden Tempe
ratursensoren (3a, 3b) gemessenen Temperaturwerte (TK, TF) zur
Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innenraumtemperaturwer
tes (TI) anhand der die Luftklappenstellungen repräsentierenden
Ausblastemperatur (TZ) vornimmt.
3. Fahrzeuginnenraum-Klimatisierungseinrichtung nach Anspruch 1
oder 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß
die Klimatisierungssteuereinheit (1) die Bewertung der von den
beiden Temperatursensoren (3a, 3b) gemessenen Temperaturwerte
(TK, TF) zur Gewinnung des klimatisierungsrelevanten Innenraum
temperaturwertes (TI) in Abhängigkeit von den Luftklappenstellun
gen innerhalb eines in Abhängigkeit von der Außentemperatur (TA)
vorgegebenen Bewertungsbereiches ([1-xmax, xmax]) vornimmt.
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