DE102005046512B4

DE102005046512B4 - Meßverfahren für die Untersuchung der Heizleistung einer Enteisungsvorrichtung an einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs und entsprechender Meßstand

Info

Publication number: DE102005046512B4
Application number: DE200510046512
Authority: DE
Inventors: Armin Litz
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-09-29
Filing date: 2005-09-29
Publication date: 2007-12-06
Anticipated expiration: 2025-09-30
Also published as: DE102005046512A1

Abstract

Meßverfahren für die Untersuchung der Heiz- bzw. Enteisungsleistung einer Enteisungsvorrichtung an einer Scheibe (3) eines Kraftfahrzeugs (2) in einem Meßstand (1) umfassend die Schritte:
– Einbringen des zu untersuchenden Fahrzeugs (2), das Umgebungstemperatur aufweist, wobei als Umgebungstemperatur eine Temperatur verstanden wird, die sich aus der zur Jahreszeit herrschenden Temperatur im Meßstand ergibt und die üblicherweise im Bereich zwischen 15° C und 25° C sein wird,
– Einschalten des Motors und der Enteisungsvorrichtung des Fahrzeugs (2) zur Simulation der Enteisung des Fahrzeugs und
– Aufnahme der Wärmeverteilung an der Scheibe (3) in Intervallen mittels eines IR Sensors (6), insbesondere einer digitalen IR-Kamera (5), von außerhalb des Fahrzeugs (2).

Description

Die Erfindung betrifft ein Meßverfahren für die Untersuchung der Heizleistung einer Enteisungsvorrichtung an einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs in einem Meßstand und einen entsprechenden Meßstand.
Üblicherweise wird die Enteisung von Scheiben von Kraftfahrzeugen bei niedrigen Temperaturen (üblicherweise z. B. –18 °C) durchgeführt. Um die Leistungsfähigkeit und die Funktionen von Enteisungsvorrichtung zu testen oder zu untersuchen, wird das Fahrzeug in einer Klimakammer auf die gewünschte niedrige Temperatur eingestellt, also mit einer vereisten Scheibe versehen. Danach wird das Fahrzeug in einen Windkanal eingebracht und der Motor gestartet sowie die Enteisungsvorrichtung (Klimaanlage, Gebläse, Heizung etc.) eingeschaltet, um die Fahrt des Kraftfahrzeugs zu simulieren. Anschließend werden in regelmäßigen Intervallen Fotografien der untersuchten Scheibe aufgenommen und anhand des Enteisungsgrads, also der Veränderung der Vereisung der Scheibe, die Enteisung an der Scheibe die Heiz- bzw. Enteisungsleistung der untersuchten Vorrichtung eingeschätzt.
Das Einstellen der benötigten niedrigen Temperaturen und der Vereisung der Scheiben in der Klimakammer ist relativ aufwendig und zeitintensiv sowie teuer. Zudem werden große Mengen Energie benötigt, um die gewünschten Temperaturen einzustellen bzw. zu erreichen. Ferner ist es schwierig, die Vereisung wiederholbar in gleich bleibender Qualität zu reproduzieren.
Die DE 103 20 364 A1 beschreibt einen Fahrzeug-Entfroster, der dazu ausgelegt ist, den Beschlag auf einer Scheibe mit einem Sensor zu ermitteln.
Als Sensor wird ein im Innenraum des Kraftfahrzeugs an der Decke befestigter Infrarot(IR) Sensor verwendet, der die Oberflächentemperatur der Scheibe mißt, um den Entfrostungsvorgang zu steuern.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein Meßverfahren für die Untersuchung der Heiz- bzw. Enteisungsleistung einer Enteisungsvorrichtung an einer Scheibe eines Kraftfahrzeugs in einem Meßstand bereitzustellen, das in einfacher Weise die Beurteilung der Enteisungsleistung bzw. Heizleistung erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren nach Anspruch 1 und durch den Meßstand nach Anspruch 8 gelöst.
Erfindungsgemäß ist erkannt worden, daß das Verfahren zur Untersuchung der Heiz- bzw. Enteisungsleistung einer Enteisungsvorrichtung vereinfacht werden kann, wenn nicht die eigentliche Enteisung beobachtet wird, wie dies im Stand der Technik der Fall ist, sondern die Wärmeverteilung an sich, also die Ursache für die Heiz- bzw. Enteisungsleistung.
Dadurch ist es möglich, das Fahrzeug auch bei Umgebungstemperatur, also z. B. 21 °C zu untersuchen. Überraschenderweise ist festgestellt worden, daß die Ergebnisse der relativen Wärmeverteilung auf der Fahrzeugscheibe unabhängig von der Ausgangstemperatur des Fahrzeugs sind und die gemessene Wärmeverteilung über die Zeit bei Umgebungstemperatur sehr gut mit dem Enteisungsvorgang bei niedrigen Temperaturen korreliert, sowohl qualitativ als auch qualitativ
Somit kann ohne den Aufwand einer Klimakammer z. B. das Gebläse oder die Heizung und daher die Wärmeverteilung zur Enteisung optimiert werden.
Somit kann auf den aufwendigen und teueren sowie energieverbrauchenden Schritt der Absenkung der Temperatur auf niedrige Werte (z. B. –18 °C) verzichtet werden, da die Messung bei Umgebungstemperatur stattfindet.
Aus der DE 102 00 486 A1 ist eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug bekannt, die zur Regelung des thermischen Komforts mit zumindest einem berührungslosen Temperatursensor ausgestattet ist. Mittels der Temperatursensoren werden Temperaturverteilungen an unterschiedlichen Oberflächen des Fahrzeuginnenraumes gemessen und die Klimaanlage so gesteuert, daß diese Oberflächentemperatur möglichst gleichmäßig verteilt ist. Dieses Verfahren ist für den Fahrzeugbetrieb gedacht, bei dem eine Temperaturverteilung im Bereich von frostigen Minusgraden, üblicherweise –18° C bis hin zu sehr hohen Temperaturen von 50°-60° C erfasst werden muß. Wird dieses Verfahren zur Messung in einem Messstand verwendet, muß das Fahrzeug eine derartige Temperaturverteilung aufweisen. Dies bedeutet einen hohen Energieaufwand um das Fahrzeug entsprechend aufzuheizen bzw. abzukühlen.
In der EP 1 028 604 A2 ist ein Mikrowellengerät beschrieben, bei dem mittels eines Infrarotsensors die Temperatur auf der zu erhitzenden Speise überwacht und dem Benutzer angezeigt wird. Der Temperaturbereich reicht dabei vom tiefgefrorenen Zustand bis zum vollständig erhitzten Zustand der Speisen. Auch hier wird lediglich die aktuelle Temperatur des Messgegenstandes erfasst, was in einem Messstand bezüglich eines Fahrzeuges bedeutet, daß das Fahrzeug diese Temperatur selber aufweisen muß, mit den bereits oben beschriebenen Nachteilen.
Ein berührungsloses Messverfahren zur qualitativen Bestimmung der wetterabhängigen Beschaffenheit der Fahrbahnoberfläche ist in der DE 199 32 094 A1 offenbart. Mittels eines Millimeterwellensensors wird die Oberflächenfeuchtigkeit eines ausgeleuchteten Fahrbahnbereiches erfasst. Ein intensives Messsignal lässt dabei auf eine trockene Fahrbahn schließen, während beim Abhandenkommen eines messbaren Signals auf das Vorhandensein einer geschlossenen Wasser- oder Eisschicht auf der Fahrbahn geschlossen wird. Diese Verfahren misst jedoch keine Temperaturverteilung, sondern liefert nur eine qualitative Aussage über die Oberflächenbeschaffenheit der Fahrbahn.
Dies bedeutet eine erhebliche Energieersparnis, da ein Fahrzeug in der Regel Umgebungstemperatur aufweist, und somit keine zusätzliche Energie eingesetzt werden muß, um die Messung vorzugbereiten und das Fahrzeug auf die Versuchstemperatur – die hier die Umgebungstemperatur ist – abzukühlen. Auch der Energieverbrauch in einem ggf. eingesetzten Windtunnel wird erheblich reduziert, da keine Energie zur Kühlung des Windtunnels notwendig ist.
Ferner sind die gewonnen Daten bzw. Ergebnisse besser reproduzierbar und es ergibt sich somit eine bessere Untersuchungsqualität, da der empirische Faktor der Eisschicht entfällt. Es ist nämlich sehr schwierig, diese konstant und wiederkehrend in gleich bleibender "Qualität" zu erzeugen.
Als Umgebungstemperatur wird eine Temperatur verstanden, die sich aus der zur Jahreszeit herrschenden Temperatur in dem Meßstand ergibt. Üblicherweise wird dies eine Temperatur im Bereich zwischen 15 °C und 25 °C sein. Als besonders geeignet haben sich Temperaturen zwischen 18 °C und 22 °C erwiesen. Besonders bevorzugt ist eine Temperatur um 21 °C.
Für die Aufnahme der Wärmeverteilung eignen sich insbesondere IR Aufnahmen, die z. B. mit einer geeigneten IR-Kamera vorgenommen werden. Vorzugsweise werden die Aufnahmen von Außerhalb des Fahrzeugs aufgenommen, da die IR-Kamera dort z. B. nicht durch die verteilte warme Luft eines Gebläses gestört wird.
Vorzugsweise erfolgt auch ein Abschirmen des Meßstandes gegen Störstrahlung, insbesondere IR- Störstrahlung. Dies erlaubt besonders empfindliche und genaue Messungen bzw. qualitativ hochwertige IR-Aufnahmen.
Zum Abschirmen des Meßstandes kann dieser seitlich und oberhalb von einer Abschirmfläche umgeben werden, d. h. es wird z. B. beim Einsatz des Windkanals ein Durchgang gelassen. Dabei ist wichtig, daß die Abschirmfläche eine möglichst homogene Temperatur annimmt, bevorzugt ist dies die Temperatur der umgebenden Luft. Die Abschirmfläche wird bevorzugt aus einem flächigen Körper gebildet, wobei der Körper gut Wärmestrahlung absorbieren können sollte. Bevorzugt werden deshalb dunkle, insbesondere schwarze Körper eingesetzt, da diese Strahlung sehr gut absorbieren. Besonders eignet sich als Abschirmfläche ein Vorhang, bevorzugt aus textilem Gewebe, wobei auch hier die Farbe dunkel oder schwarz sein sollte.
Die gewonnenen IR-Aufnahmen können als Isothermen dargestellt werden, d. h. Bereiche ähnlicher Temperatur werden in gleicher Weise abgebildet. Dies ist sinnvoll, um einen quantifizierten Überblick der Enteisung zu erhalten.
Ist auch die Veränderung der Verteilung bzw. der Fluß der Wärmeverteilung von Interesse, so kann auf die Isotherme Darstellung verzichtet und auf die "Roh-Aufnahmen" zurückgegriffen werden, die mit hoher Auflösung die Bereiche unterschiedlicher Wärme wiedergegeben. Zudem lassen sich so die Veränderungen der Wärmeverteilung gut sichtbar machen.
Weiterhin kann auf der Fahrzeugscheibe ein optisches Raster aufgebracht sein, um nachher eine verzerrungsfreie Darstellung der Temperaturverteilung zu erhalten. Dieses Raster kann z. B. die Form der gesetzlich definierten Sichtzonen aufweisen und ermöglicht damit die schnelle Überprüfung, ob innerhalb des gesetzlich vorgegeben Zeitrahmens die Fahrzeugscheibe in den Sichtzonen enteist werden kann. Bevorzugt wird dieses Raster mittels selbstklebender metallischer Folienstreifen auf die Fahrzeugscheibe aufgeklebt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Es zeigen:
1A, 1B schematische Ansichten eines Meßstandes;
2 die Korrelation von IR-Aufnahmen bei Umgebungstemperatur mit üblichen Fotografien bei –18°C in isothermer Darstellungsweise und
3 der Fluß der Wärmeverteilung anhand der IR-Aufnahmen bei Umgebungstemperatur aus 2.
1A und 1B zeigen jeweils eine schematische Seiten- und Vorderansicht eines Meßstandes 1 für die Untersuchung der Heiz- bzw. Enteisungsleistung einer eingebauten Klimaanlage im Entfrostungsbetrieb (Enteisungsvorrichtung) an einer Scheibe 3 eines Personenkraftwagens 2 bei Umgebungstemperatur.
Der Meßstand 1 umfaßt eine Abschirmung 4, die in Form schwarzer Textilstoffbahnen seitlich und oberhalb des Fahrzeugs ab- bzw. aufgehängt sind.
Der Meßstand umfaßt ferner eine digitale Kamera 5 mit einem IR Sensor 6 und einem damit verbundenen sowie entsprechend eingerichteten und programmierten Rechner 7 zur Steuerung der Kamera sowie Aufzeichnung und Auswertung bzw. Darstellung der digitalen Aufnahmen 9 des Sensors 6 z.B. auf einem Bildschirm oder Ausdruck.
Im dargestellten Beispiel wird die Frontscheibe 3 eines handelsüblichen PKWs 2 von der Kamera 5 erfaßt. Dazu wird der PKW 2 in den Meßstand 1 gebracht und die Abschirmung 4 geschlossen. Hierbei haben sowohl der Meßstand 1 als auch der PKW 2 Umgebungstemperatur, d. h. werden weder gekühlt noch erhitzt, sondern wiesen etwa 21 °C auf.
Die Abschirmung verhindert eine Beeinträchtigung der IR Aufnahmen durch Störstrahlen, wie z. B. an der Scheibe 3 reflektiertem IR Licht, und ermöglicht somit reproduzierbare Ergebnisse mit einer hohen Auflösung im Bereich von 0,04 K. Bei den IR Aufnahmen sollten die ursprünglichen Unterschiede in der Temperaturverteilung der Scheibe 3 zu Beginn der Messungen Günstigerweise kleiner gleich 0,8 K betragen. Dann wird eine besonders gute Qualität der IR Aufnahmen erhalten.
Nachdem der PKW 2 im Meßstand 1 ausgerichtet und abgeschirmt ist, wird der Motor des PKW 2 gestartet und die Heizung, Klimaanlage und/oder eine elektrisch beheizbare Fahrzeugscheibe eingeschaltet sowie auf Entfrostungsbetrieb gestellt. Gleichzeitig kann, bei Verwendung eines Windkanals, dieser in Betrieb genommen werden, um ggf. den Fahrtwind im Betrieb des PKW zu simulieren. Wird ein Vorhang als Abschirmfläche verwendet, muß dieser so verspannt sein, daß keine Verschiebung oder Bewegung durch Luftströmungen möglich ist.
Gleichzeitig werden in gewünschten Intervallen mit der Kamera 5 mittels des IR Sensors 6 IR Aufnahmen der Wärmeverteilung an der Schiebe 3 aufgenommen und auf dem Rechner 7 abgespeichert, abgebildet und ggf. ausgewertet oder z. B. ausgedruckt. Somit läßt sich ausgehend von der Umgebungstemperatur die Veränderung der Wärmeverteilung an der Scheibe 3 ermitteln.
Die Darstellung der IR Aufnahmen kann z. B. in isothermer Darstellungsweise erfolgen, wie dies in 2 der Fall ist. Dort ist ein Vergleich mit dem Stand der Technik in isothermer Darstellungsweise abgebildet, um einen quantitativen Überblick über die Wärmeverteilung zu erhalten. Dabei wird die IR Aufnahmen mit manuell einstellbaren Grenztemperaturen erstellt, d. h. alle Temperaturen unterhalb der Grenztemperatur weisen die gleiche Farbe auf.
In 2 sind auf der linken Seite übliche Photo-Aufnahmen 8 nach 9 min. bzw. 15 min nach Start der Enteisung bei –18 °C dargestellt. Auf der rechten Seite sind diesen üblichen Aufnahmen entsprechende IR Aufnahmen 9 nach Start der Enteisungsvorrichtung bei Umgebungstemperatur (21 °C) gegenübergestellt.
Man erkennt deutlich die mit der Zeit voranschreitende Enteisung im Vergleich der übereinander angeordneten Aufnahmen. Der Vergleich der gegenüberliegenden Aufnahmen unterschiedlicher Art zeigt, daß die IR Aufnahmen (rechts) in praktisch allen Details mit den Photo-Aufnahmen (links) bei –18 °C korrelieren, also entsprechende Informationen über die Wärmeverteilung liefern, obwohl sie lediglich bei Umgebungstemperatur ohne Vereisung aufgenommen wurden.
Sind genauere Informationen über die Wärmeverteilung und der Entwicklung gewünscht, wie z. B. die Veränderung deren Verteilung und Ausbreitung der Wärme, so können die hoch aufgelösten rohen IR Aufnahmen 10 verwendet werden, wie dies in 3 anhand der 2 entsprechenden IR Aufnahmen gezeigt ist. Zur besseren Veranschaulichung ist zudem eine Skala 11 für die Temperatur eingeblendet.
Man erkennt, daß ausgehend von den dunklen Bereichen (= Bereiche mit höherer Temperatur) Ausblutungen nach oben und zur Seite vorliegen, in deren Richtung sich die Wärmeverteilung entwickelt, also die Enteisung voranschreiten würde. Somit lässt sich z. B. auf die Gebläseausrichtung schließen und diese zusammen mit der Heizleistung ggf. optimieren.

Claims

Meßverfahren für die Untersuchung der Heiz- bzw. Enteisungsleistung einer Enteisungsvorrichtung an einer Scheibe (3) eines Kraftfahrzeugs (2) in einem Meßstand (1) umfassend die Schritte: – Einbringen des zu untersuchenden Fahrzeugs (2), das Umgebungstemperatur aufweist, wobei als Umgebungstemperatur eine Temperatur verstanden wird, die sich aus der zur Jahreszeit herrschenden Temperatur im Meßstand ergibt und die üblicherweise im Bereich zwischen 15° C und 25° C sein wird, – Einschalten des Motors und der Enteisungsvorrichtung des Fahrzeugs (2) zur Simulation der Enteisung des Fahrzeugs und – Aufnahme der Wärmeverteilung an der Scheibe (3) in Intervallen mittels eines IR Sensors (6), insbesondere einer digitalen IR-Kamera (5), von außerhalb des Fahrzeugs (2).
Meßverfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Abschirmen (4) des Meßstandes gegen Störstrahlung.
Meßverfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstand zum Abschirmen seitlich und oberhalb von einer Abschirmfläche (4) umgeben wird.
Meßverfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Abschirmen mit einem flächigen Körper (4) vorgenommen wird.
Meßverfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein Vorhang (4), insbesondere aus textilem Gewebe, ist.
Meßverfahren nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmfläche, der Körper oder der Vorhang zumindest teilweise schwarz sind.
Meßverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aufgenommenen IR-Aufnahmen (9) als Isothermen dargestellt werden.
Meßverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßstand (1) in einem Windkanal angeordnet ist, der bei der Messung in Betrieb ist, um Fahrtwind zu simulieren.
Meßverfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe (3) mittels ein optisches Raster aufweist, insbesondere erzeugt durch selbstklebende metallische Folienstreifen.
Meßstand für die Untersuchung der Heiz- bzw. Enteisungsleistung einer Enteisungsvorrichtung an einer Scheibe (3) eines Kraftfahrzeugs (2), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: – ein zu untersuchendes Fahrzeug (2) und – ein IR Sensor (6), insbesondere eine digitale IR-Kamera (5), die außerhalb des Fahrzeugs (2) angeordnet ist, zu Aufnahme der Wärmeverteilung an der Scheibe (3) in Intervallen, wobei sowohl der Meßstand als auch das Fahrzeug Umgebungstemperatur aufweisen, wobei als Umgebungstemperatur eine Temperatur verstanden wird, die sich aus der zur Jahreszeit herrschenden Temperatur im Meßstand ergibt und die üblicherweise im Bereich zwischen 15° C und 25° C sein wird.
Meßstand nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Abschirmung (4) gegen Störstrahlung vorhanden ist.
Meßstand nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (4) ein flächiger Körper, insbesondere ein Vorhang (4), bevorzugterweise aus textilem Gewebe, ist.
Meßstand nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung oder der flache Körper zumindest teilweise schwarz sind.