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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur
in dem Fahrgastraum eines Fahrzeuges.
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Bei
der Kfz-Klimatisierung wird zur Regelung der Innenraumtemperatur
ein Sensor eingesetzt, der einen die Isttemperatur des Innenraums
des Fahrzeuges repräsentierenden
Messwert liefert. Bei diesem Sensor handelt es sich entweder um
einen Temperatursensor, der die Lufttemperatur misst, oder um einen
wärmestrahlungssensitiven
Sensor (IR-Sensor oder Thermopile). Wird hier nur ein einziger IR-Sensor
verwendet, so kann man lediglich das Integral über die Temperaturen sämtlicher
vom Thermopile erfassten Oberflächen
des Innenraums (z. B. Oberflächen
der Insassen, der Innenverkleidung, der Sitzpolster etc.) ermitteln.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Regelung der Innenraumtemperatur
in dem Fahrgastraum eines Fahrzeuges zu schaffen, die eine graphische
Darstellung ortsaufgelöster
Oberflächentemperaturprofile
insbesondere der Insassen ermöglicht.
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Zur
Lösung
dieser Aufgabe wird mit der Erfindung eine Vorrichtung zur Regelung
der Innenraumtemperatur in dem Fahrgastraum eines Fahrzeuges vorgeschlagen,
die versehen ist mit
- – einem Bedienelement zur Vorgabe
mindestens eines Innenraumtemperatur-Sollwerts für den Fahrgastraum,
- – einem
Sensor zur Temperaturerfassung,
- – einem
Innenraumtemperatur-Regler und
- – einer
Kamera zur Erfassung zumindest eines Teilbereichs des Fahrgastraums,
der zumindest Teile der unterschiedlichen Zonen des Fahrgastraums
(16) umfasst,
- – wobei
die Kamera als eine IR-Kamera mit einer Vielzahl von in Array-Form angeordneten
IR-Sensoren zur Erzeugung eines Wärmebildes ausgebildet ist und
- – wobei
das Wärmebild
der IR-Kamera und insbesondere die Oberflächentemperatur der Fahrgäste und/oder
im Bereich um diese herum an einer (insbesondere graphischen) Anzeige
im Fahrgastraum insbesondere farbig und auf der gleichen Anzeige
auch der Innenraumtemperatur-Sollwert, insbesondere
als Temperatursäule
dargestellt wird.
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Nach
der Erfindung wird ein Thermopile eingesetzt, der eine Vielzahl
von in einer Zeile bzw. Spalte oder als zweidimensionale Matrix
angeordnete einzelne IR-Sensorelemente aufweist. Hierdurch ist es
nun möglich,
das Oberflächentemperaturprofil des
von dem Thermopile erfassten Bereichs des Innenraums, insbesondere
den Oberflächentemperaturverlauf
der Insassen (z. B. Fahrer und, sofern anwesend, Beifahrer) graphisch
anzuzeigen, z. B. auf einem Bildschirm, wie er in heutigen Fahrzeugen
insbesondere der gehobenen Mittelklasse und der Oberklasse zur Standardausrüstung gehört. Aber auch
die Farbdisplays von z. B. tragbaren Navigationssystemen lassen
sich bei Vorsehen einer entsprechenden Anschlussmöglichkeit
nutzen.
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Bei
Einsatz einer IR-Kamera für
die erfindungsgemäße Innenraumtemperatur-Regelung werden Oberflächentemperaturen
im Fahrzeug wie beispielsweise Seitenverkleidungen, Polster, Scheibenflächen, Dachhimmel
o. dgl. erfasst. Die von diesen Flächen ausgehenden Wärmestrahlungen
sind ein Maß für die Behaglichkeit,
wie sie von den Insassen des Fahrzeuges empfunden wird. Vorteilhaft
ist es, das durch die IR-Kamera erfasste Temperaturprofil des Innenraums
(inklusive der Oberflächentemperaturprofile
der Insassen) auf einem Bildschirm anzuzeigen (Thermographie). So
können
die Insassen z. B. beobachten, wie sich z. B. ihre durch Sonneneinstrahlung
erwärmten
Schulterpartien durch die Innenraumtemperatur- und Behaglichkeitsregelung (Anströmung durch kühle Luft)
im Laufe der Zeit wieder abkühlen.
Die Anzeige der Temperaturen der einzelnen Körperpartien kann zusammen mit
einer Temperaturskala und/oder innerhalb von die Fahrgästen symbolisierenden
graphischen Feldern dargestellt werden. Zusätzlich ist auf der Anzeige
die Solltemperatur bzw. die Solltemperaturverteilung (z. B. in Form eines
farbigen Säulendiagramms)
dargestellt. So können
die Insassen beobachten, wie sich infolge der Klimatisierung des
Fahrzeuginnenraums dessen Ist-Temperaturverteilung der Soll-Temperaturverteilung
immer weiter annähert.
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Innenraumtemperatur-Regelungen
in Form von Klimaanlagen für
Fahrzeuge sind grundsätzlich bekannt.
Bei komfortableren Innenraumtemperatur-Regelungen ist es möglich, für unterschiedliche Zonen
des Fahrgastraumes, wie beispielsweise für die Fahrer- oder Beifahrerseite
verschiedenen Innenraumtemperatur-Sollwerte vorzugeben. Auch sind Fahrzeug-Klimaanlagen
mit sogenannten Vier-Quadranten-Regelungen bekannt. Die den jeweiligen
Zonen zugeordneten Sollwerte für
die Innenraumtemperatur werden auf der das Wärmebild zeigenden Anzeige angezeigt.
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Die
manuelle Vorgabe eines Innenraumtemperatur-Sollwerts erfolgt im
Regelfall über
Bedienelemente wie einen Drehknopf oder Tasten. Eine Klimaanlage
mit der Möglichkeit
der Sollwertvorgabe für unterschiedliche
Zonen verfügt
demzufolge über mehrere
derartige Bedienelemente, was den gerätetechnischen Kostenanteil
der Klimaanlage erhöht.
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Bei
einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
wird mit Hilfe der IR-Kamera erkannt, für welche Zone des Fahrgastraums
ein Fahrgast durch Betätigung
des Bedienelements einen Innenraumtemperatur-Sollwert einstellt. Durch diese IR-Kamera
ist es möglich,
lediglich ein einziges Bedienelement für mehrere unterschiedliche
Zonen des Fahrgastraumes zur Vorgabe der Innenraumtemperatur-Sollwerte
für diese
unterschiedlichen Zonen vorzusehen. Hierzu ist eine Bildauswerteeinheit
zur Ermittlung durch Gestenauswertung, für welche Zone des Fahrgastraums
ein Fahrgast durch Betätigung
des Bedienelements einen Innenraumtemperatur-Sollwert einstellt,
vorgesehen.
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Kameras
beispielsweise in Form von CMOS-Kameras werden in zunehmendem Maße im Kraftfahrzeug-Bereich
eingesetzt. Dabei existieren auch Konzepte, bei denen der Fahrgastraum
eines Fahrzeuges mit Hilfe einer Kamera, die beispielsweise im Rückspiegel
oder auf der Instrumententafel bzw. in dieser angeordnet ist, zu
erfassen. Mit derartigen Systemen soll beispielsweise erkannt werden, ob
der Fahrer ermüdet.
Dies wird beispielsweise am Lidschlag der Augen erkannt. Die Kameras
verfügen also über Bildauswerteeinheiten.
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Erfindungsgemäß wird nun
ein derartiges Konzept dazu verwendet, um mit Hilfe einer IR-Kamera
Gesten zu erkennen. So lassen sich beispielsweise Hand- oder Armbewegungen
oder auch das Vorbeugen von Oberkörpern in Richtung der Bedieneinheit
einer Klimaanlage erfassen, um daraus ermitteln zu können, für welche
Zone des Fahrgastraums ein Fahrgast durch Betätigung des Bedienelements einen
Innenraumtemperatur-Sollwert einstellt.
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Wie
bereits oben erwähnt,
wird zur Realisierung des erfindungsgemäßen Konzeptes eine IR-Kamera
verwendet, die eine Vielzahl von in Array-Form (beispielsweise in
Zeilenform und vorzugsweise in Matrixform) angeordneten IR-Sensoren zur Erzeugung
eines Wärmebildes
zumindest eines Teils des Fahrgastraums aufweist. Eine derartige
IR-Kamera kann dann auch die Funktion eines Temperatursensors, wie
er als Istwertgeber bei Fahrzeug-Klimaanlagen erforderlich ist, übernehmen.
Damit kann bei Einsatz einer IR-Kamera auf den konventionellen Innenraumtemperatursensor
verzichtet werden.
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Die
Verwendung einer IR-Kamera macht es überdies möglich, auf den bei komfortablen
Innenraumtemperatur-Regelungen vorhandenen Sonnensensor zu verzichten.
Mit Hilfe eines solchen Sonnensensors kann die Intensität und die
Richtung der Sonnenstrahlung erfasst werden, um dadurch die Auswirkungen
der Sonnenstrahlung auf die Erwärmung
des Fahrgastraums zu ermitteln. Mit Hilfe einer IR-Kamera lässt sich
nun der Einfluss der Sonnenstrahlung auf die Erwärmung im Fahrgastraum direkt ermitteln,
indem die Temperaturen unterschiedlicher Flächen im Erfassungsbereich der
IR-Kamera ermittelt werden, um daraus ein "Sonnensignal" zu erzeugen. So lässt sich beispielsweise mit
einer IR-Kamera sehr einfach und genau feststellen, wenn die Sonne
auf eine Seite des Fahrzeuges auftritt. Die der Sonneneinstrahlung
zugewandten Flächen
erwärmen
sich dabei und strahlen somit eine höhere Wärmestrahlung ab, als beispielsweise
die nicht direkt beschienenen Flächen
im Fahrgastinnenraum.
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Wird
also für
die Gestenerkennung, mit der ermittelt wird, für welche Zone des Fahrgastraums ein
Fahrgast durch Betätigung
des Bedienelements einen Innenraumtemperatur-Sollwert einstellt,
statt einer Kamera, die Licht im sichtbaren Wellenlängenbereich
erfasst, eine IR-Kamera zur Erzeugung eines Wärmebilds verwendet, so kann
sowohl auf den Innenraumtemperatursensor als auch auf den Sonnensensor
der Klimaanlage verzichtet werden. Sämtliche Funktionen werden von
der IR-Kamera realisiert. Neben dem Bauteileaufwand reduziert sich
dabei auch der Verdrahtungsaufwand, da nur noch ein einziger Sensor
(nämlich
die IR-Kamera) mit der Elektronik der Klimaanlage elektrisch verbunden
werden muss.
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Die
Innenraumtemperatur-Erfassung mit Hilfe einer IR-Kamera erfolgt
zweckmäßigerweise
anhand der von der IR-Kamera erfassten Strahlungstemperaturen der
im wesentlichen unbeweglichen bzw. unbewegten Flächen. Damit werden also die quasi
statischen Signale, die die IR-Kamera empfängt, für die Ermittlung der Innenraumtemperatur genutzt.
Somit bleiben dynamische Signale, wie sie beispielsweise im IR-Kamerabild
infolge einer Handbewegung erscheinen, nicht für die Innenraumtemperatur-Bestimmung
bzw. für
die Innenraumtemperatur-Regelung genutzt. Diese dynamischen Signale, die
relativ einfach und zuverlässig
von den quasi statischen Signale determiniert werden können, können dann
für die
Ermittlung der Fahrer-/Beifahrer-Einstellung des Innenraumtemperatur-Sollwerts
oder, allgemein, dafür
genutzt werden, um bestimmen zu können, für welche Zone des Fahrgastraums
die Einstellung des Innenraumtemperatur-Sollwerts erfolgt.
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Unabhängig von
der Art und Weise der Kamera ist es ferner zweckmäßig, wenn über ein
Anzeigeelement angezeigt wird, für
welche Zone des Fahrgastraums die Einstellung des Innenraumtemperatur-Sollwerts
erfolgt.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung und unter Bezugnahme
auf ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
In der Zeichnung ist ein Fahrzeug von oben dargestellt, um die für die Erfindung
wesentlichen Teile des Fahrgastraums zu zeigen.
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Das
in der Zeichnung gezeigte Fahrzeug 10 verfügt über eine
Klimaanlage mit Steuergerät 12, welches
in der Instrumententafel 14 des Fahrzeuges 10 angeordnet
ist. Der Fahrgastraum 16 kann gedanklich in die Fahrerseite 18 und
in die Beifahrerseite 20 unterteilt werden. Innerhalb des
Fahrgastraums 16 befindet sich eine IR-Kamera 22,
die in diesem Ausführungsbeispiel
in das Steuergerät 12 integriert ist.
Die IR-Kamera 22 weist einen Erfassungsbereich 24 auf,
der zumindest Teile der Fahrerseite 18 und der Beifahrerseite 20 umfasst.
Im Erfassungsbereich 24 der IR-Kamera 22 befindet
sich unter anderem auch ein Bedienelement 26 in Form eines
Einstellknopfes 28, der vom Fahrer und vom Beifahrer bedient
werden kann. Auch die vorderen Sitze (Fahrersitz 30 und
Beifahrersitz 32) sowie die rückwärtige Sitzbank 34 befinden
sich innerhalb des Erfassungsbereichs 24 der IR-Kamera 22,
die darüber
hinaus auch noch diverse an den Fahrgastraum 16 angrenzende
und diesen definierende Innenflächen
erfasst.
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Erfindungsgemäß wird nun
durch Auswertung des IR-Kamerabildes (Wärmebildes) erkannt, ob eine
gerade durch Betätigung
des Bedienelements 26 vorgenommene Sollwerttemperatur-Einstellung
für die
Fahrerseite 18 (TSl) oder die Beifahrerseite 20 (TSr) gilt. So lässt sich also beispielsweise die
Bewegung der Hand des Fahrers eindeutig von der Bewegung der Hand
des Beifahrers unterscheiden. Damit ist es also möglich, mit
Hilfe des einzigen Bedienelements 26 für die Innenraumtemperatur-Sollwerte
Vorgaben bezüglich
der Innenraumtemperatur-Sollwerte TSl, TSr sowohl für die Fahrerseite 18 (TSl) als auch für die Beifahrerseite 20 (TSr) zu machen. Die Signale der IR-Kamera 22 werden
einer Bildauswerteeinheit 36 zugeführt, in der die obige Gestenerkennung
erfolgt und über
eine mit dem Bedienelement 26 gekoppelte Einheit 38 der
eingestellte Wert als Sollwert für
die Fahrerseite 18 oder die Beifahrerseite 20 betrachtet
wird. Beide Sollwerte werden getrennt (unter Berücksichtigung der Innenraumtemperatur)
einem Innenraum-Temperaturregler 40 zugeführt.
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Die
IR-Kamera 22 wird aber bei diesem Ausführungsbeispiel der Fahrzeug-Klimaanlage
auch als Sensor für
die Innenraumtemperatur des Fahrzeuges 10 verwendet. Im
Erfassungsbereich 24 der IR-Kamera 22 befinden
sich diverse Oberflächen,
zu denen unter anderem auch die Körperoberflächen des Fahrers bzw. des Beifahrers
(sofern dieser vorhanden ist) gehören. Dadurch, dass die IR-Kamera 22 aus
einer Vielzahl von IR-Sensoren besteht, die in Array- oder Matrix-Form
angeordnet sind, kann eine Auflösung des
Wärmebildes
erfolgen. Mit anderen Worten können
also im Wärmebild
der IR-Kamera 22 voneinander verschiedene Temperaturen
abstrahlende Flächen
unterschieden und/oder ermittelt werden. Anhand dieser unterschiedlichen
temperierten Flächen kann
dann an den Regler der Kfz-Klimaanlage ein Wert bzw. eine Wertemenge
gegeben werden, der/die als Istwerte für die Fahrerseite 18 (TIl) und für die
Beifahrerseite 20 (TIr) für die Innenraumtemperatur-Regelung
genutzt wird/werden.
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Die
verschiedenen im IR-Kamerabild erkennbaren, unterschiedlich temperierten
Flächen können des
weiteren dazu genutzt werden, um die Einflüsse der Sonnenstrahlung auf
die Erwärmung der
unterschiedlichen Flächen
zu detektieren. Auch diese Werte und Informationen gehen in die
Innenraumtemperatur-Regelung ein (in diesem Fall als Störgrößen TSONl, TSONr).
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Durch
den Einsatz der IR-Kamera 22 lassen sich also sowohl der
Innenraumtemperatur-Sensor als auch der Sonnensensor einer konventionellen Kfz-Klimaanlage
kompensieren. Derartiger Sensoren bedarf es bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage also
nicht mehr.
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Bei
dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
weist das Steuergerät 12 der
Kfz-Klimaanlage des weiteren ein Anzeigeelement bzw. eine Anzeige 42 auf,
an dem/der optisch darstellbar ist, für welche Zone (Fahrerseite 18 oder
Beifahrerseite 20) eine gerade vorgenommene Innenraumtemperatur-Sollwerteinstellung
erfolgt. Außerdem
wird auf dieser Anzeige 42 oder einem anderen Bildschirm in/an
der Instrumententafel das Wärmebild
des Fahrgastraumes 16 farbig dargestellt.
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Für die Gestenerkennung
werden dynamische Signale der IR-Kamera 22 verwendet. Wenn man
einmal davon ausgeht, dass sich die Temperatur der im Erfassungsbereich 24 der
IR-Kamera 22 liegenden Flächen nur relativ langsam verändern, so können sich
schnell verändernde
Signale des IR-Wärmebildes
als sich bewegende Hände,
Arme o. dgl. interpretiert werden. Die dynamischen Signale dienen
dann also der Erkennung, für
welche Zone (Fahrerseite 18 oder Beifahrerseite 20)
gerade eine Veränderung
des Innenraumtemperatur-Sollwertes über das Bedienelement 26 erfolgt.
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- 10
- Fahrzeug
- 12
- Steuergerät
- 14
- Instrumententafel
- 16
- Fahrgastraum
- 18
- Fahrerseite
- 20
- Beifahrerseite
- 22
- IR-Kamera
- 24
- Erfassungsbereich
der IR-Kamera
- 26
- Bedienelement
- 28
- Einstellknopf
- 34
- Sitzbank
- 36
- Bildauswerteeinheit
- 38
- Umschalteinheit
- 40
- Innenraum-Temperaturregler
- 42
- Anzeige