DE19946966A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen bestimmter Bedingungen in einem geschlossenen Objekt, insbesondere zum Erzeugen optimaler Temperatur- und/oder Klimabedingungen in einem Kraftfahrzeug-Innenraum - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Erzeugen optimaler Temperatur- und/oder Klimabedingungen in einem durch Fahrzeugscheiben (10), Türen, Dach (20) und Boden (30) geschlossenen Kraftfahrzeug-Innenraum (50). Zunächst wird der Innenraum des Kraftfahrzeuges auf eine bestimmte Temperatur erwärmt oder gekühlt, wobei anschließend eine optimal auf Fahrzeuginsassen abgestellte Steuerung bzw. Regelung der Temperatur erfolgt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren bzw. eine Vor­ richtung zum Erzeugen bestimmter Bedingungen in einem ge­ schlossenen Objekt, insbesondere zum Erzeugen optimaler Tem­ peratur- und/oder Klimabedingungen in einem durch Fahrzeug­ scheiben, Türen, Dach und Boden geschlossenen Kraftfahrzeug- Innenraum.

Zur Verbesserung der Sicherheit eines Kraftfahrzeuges durch Vermeiden beschlagener Fahrzeugscheiben ist eine niedrige Luftfeuchtigkeit und eine starke Belüftung von Vorteil. Ande­ rerseits soll für die Fahrzeuginsassen eine angenehme Atmo­ sphäre geschaffen werden, um auch hierdurch insbesondere bei langen Fahrten zur Sicherheit beizutragen. Hierfür sind hohe Luftfeuchtigkeit, eine angemessene Temperatur sowie ein ge­ ringer Zug erforderlich.

Beide Probleme stehen sich diametral gegenüber, so dass es bisher erforderlich war, einen Kompromiss zu schaffen, wel­ cher durch niedrige Luftfeuchtigkeit, verbunden mit höheren Temperaturen und/oder starker Luftströmung das Beschlagen der Scheiben zu verhindern sucht und dadurch den Fahrer bzw. die Fahrzeuginsassen unvermeidlich mit trockener Luft anbläst. Hierbei steht der Stellenwert eines verkehrssicheren Fahr­ zeugbetriebes über dem Komfortempfinden der Fahrzeuginsassen. Infolgedessen wird im bekannten Stand der Technik grundsätz­ lich mit geringerer Luftfeuchtigkeit und/oder höherer Tempe­ ratur gearbeitet, um die Scheiben freizuhalten.

Im bekannten Stand der Technik wird davon ausgegangen, dass von einer Quelle eine Belüftung des Fahrzeuginnenraumes über mehrere Lüftungsöffnungen erfolgt. Dabei wird erwärmte Luft (mit entsprechend niedriger relativer Luftfeuchtigkeit) in den Innenraum geblasen. Zusätzlich erfolgt bei Einsatz einer Klimaanlage am Verdampfer der Entzug von Feuchtigkeit während des Kühlprozesses.

Nach Passieren des Verdampfers weist die gekühlte Luft eine niedrigere absolute Luftfeuchtigkeit auf. Beim Erwärmen des Innenraums ist sie infolgedessen in der Lage, Feuchtigkeit aufzunehmen.

Ein erheblicher Nachteil bei dauernd eingeschalteter Klimaan­ lage besteht darin, dass die am Verdampfer entzogene Luft­ feuchtigkeit sich an diesem niederschlägt. Die dadurch verur­ sachte dauerhaft niedrige Luftfeuchtigkeit im Fahrzeuginnen­ raum wird von den Fahrzeuginsassen als unangenehm empfunden und ist zu vermeiden. Starke Konvektion durch Anblasen aus Düsen gewährleistet in irgendeinem Bereich im Fahrzeuginnen­ raum eine definierte Temperatur, nimmt aber keinen Bezug auf den Wärmeverlust des menschlichen Körpers der Fahrzeugin­ sassen. Dieser Regelmechanismus auf eine Raumtemperatur ist entsprechend unbefriedigend in Bezug auf das thermische Wohl­ befinden der Fahrzeuginsassen.

Entsprechend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zu schaffen, bei welcher mit Methoden der Neuroinformatik das thermische Wohl­ befinden von Fahrzeuginsassen in einem geschlossenen Objekt, insbesondere in einem Kraftfahrzeuginnenraum optimal erfüllt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass in­ nerhalb des Objekts zunächst vorhandene Zustandsgrößen verän­ dert werden und dass anschließend mindestens eine Einflußgrö­ ße errechnet und über einen Adaptionsmechanismus an die ge­ wünschten Bedingungen innerhalb des Objekts angepasst wird.

Die Zustandsgröße kann hierbei die Lufttemperatur und/oder die Luftfeuchte sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind über den Adapti­ onsmechanismus folgende Randbedingungen einzuhalten

• - die Luftfeuchte wird auf das klimatische Wohlbefinden in­ nerhalb des Objekts abgestellt,
• - im Objekt ist eine Temperaturdifferenz vorhanden,
• - zur Änderung der gewünschten Bedingungen innerhalb des Ob­ jekts ist eine Umkehrung der Luftzufuhr erforderlich.

Erfindungsgemäß erfolgt damit eine Regelung des thermischen Wohlbefindens mit Hilfe der Neuroinformatik. Erstmals erfolgt eine Modellierung psychophysikalischer Größen mittels psychi­ scher Messgrößen. Der Mensch wird hierbei in den Regelungs­ prozess in einem eigenen System über Sensorik einbezogen.

Ein Verfahren zum Erzeugen optimaler Temperatur- und/oder Klimabedingungen in einem durch Fahrzeugscheiben, Türen, Dach und Boden geschlossenen Kraftfahrzeug-Innenraum werden zwei Verfahrensschritte durchgeführt, nämlich einmal die Erwärmung oder die Kühlung des Innenraums des Fahrzeuges auf eine be­ stimmte Temperatur, wonach anschließend eine optimal auf Fahrzeuginsassen abgestellte Steuerung bzw. Regelung der Tem­ peratur erfolgt.

Im Rahmen eines Zweikreissystems wird also erfindungsgemäß den Fahrzeuginsassen angemessen erwärmte oder befeuchtete Luft zugeführt. Bei der Zuführung warmer bzw. kalter Luft existieren die folgenden Möglichkeiten:

• a) Einblasen geheizter Luft von unten und Abführen der im Innenraum abgekühlten Luft im oberen Bereich,
• b) Einführen von kalter Luft von oben und Abführen der im Innenraum erwärmten Luft im unteren Bereich,
• c) nur Erwärmen des Fußbereiches, beispielsweise über Fuß­ bodenheizung, wobei dieser Effekt wahlweise mit a) oder b) gekoppelt werden kann.

Erfindungsgemäss finden Sensorikelemente Anwendung, nämlich

• a) personenbezogene Sensorikelemente, beispielsweise Mes­ sung der Wärmestrahlung über Kopfstütze, Fußraum, Mit­ telkonsole, Messung der Körpertemperatur, beispielsweise über Lenkrad, Messung des Hautwiderstandes, ebenfalls beispielsweise über Lenkung, Messung der Kleidungstempe­ ratur, beispielsweise über Sicherheitsgurt,
• b) Sensorikelemente für den Innenraum: Messung der Lufttem­ peratur oben, Mitte und unten, Messung der relativen Luftfeuchtigkeit oben und unten, Messung der Luftge­ schwindigkeit über Luftdruckdifferenzen zwischen Be- und Entlüftung,
• c) Sensorikelemente für den Außenraum, d. h. Messung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Sonneneinstrahlung, Regen­ einwirkung.

Erfindungsgemäß werden die Informationen der Sensorikelemente zusammengeführt. Hierbei wird dann in einem ersten Schritt zunächst der Innenraum schnell auf eine angemessene Tempera­ tur gebracht. In einem zweiten Schritt wird unter Verwendung der vorgenannten Sensorikelemente mit Methoden der Neuroin­ formatik eine Steuerung bzw. Regelung zum thermischen Wohlbe­ finden der Fahrzeuginsassen realisiert.

Hierbei werden folgende Randbedingungen stets eingehalten:

• a) Die Luftfeuchte wird in Bezug auf das klimatische Wohl­ befinden geregelt bzw. gesteuert,
• b) im Fußbereich ist es immer wärmer als im Kopfbereich, ca. 3°C Differenz,
• c) die Belüftungsrichtung wird, abhängig vom Ziel einer Er­ wärmung oder Kühlung des Innenraumes, wie folgt ange­ passt:
  • - zur Erwärmung wird geheizte Luft unten zugeführt und am Dach abgeführt,
  • - zur Abkühlung wird gekühlte Luft oben zugeführt und am Boden abgesaugt.

Im Einzelnen wird aus den verfügbaren Messdaten zunächst eine thermische Komforttemperatur berechnet. Die aus dem physika­ lischen Modell berechnete Komforttemperatur ist jedoch gege­ benenfalls immer noch nicht optimal für die Fahrzeuginsassen. Es ist daher in weiterer Ausgestaltung der Erfindung möglich, dass das System einen Adaptionsmechanismus für das Komfor­ tempfinden des Fahrers bzw. der Fahrzeuginsassen verwendet.

Weitere relevante Messgrößen können hierbei sein:

• - Umluft/Frischluftsteuerung
• - Luftbefeuchtungssteuerung, ggf. mit Duftbeimischung
• - Klappensteuerung bei Geruchsbelästigung
• - Erkennung der Fahrsituation anhand von Sensorgrößen
• - Analyse des Insassenverhaltens in Bezug auf Eingriffe in die Klimaregelung als Feedback für die Adaption, d. h. ei­ ne lernende Klimaanlage
• - Abspeicherung individueller Präferenzen und zeitlicher Profile.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Die einzige Zeichnung zeigt in schematischer Seitenansicht die Vorrichtung zum Erzeugen optimaler Temperatur- und/oder Kli­ mabedingungen in einem Kraftfahrzeug-Innenraum.

In der Zeichnung ist ein Kraftfahrzeug 1 in Seitenansicht schematisch dargestellt, welches Fahrzeugscheiben 10, Türen, ein Dach 20 und einen Boden 30 aufweist, woraus ein geschlos­ sener Kraftfahrzeug-Innenraum 50 resultiert.

Es findet ein Scheiben-System I und ein Insassen-System II Anwendung, wobei das Scheiben-System I mit einer nicht näher dargestellten Vorrichtung zur Gewährleistung niedriger rela­ tiver Luftfeuchtigkeit, verbunden mit einer nahezu laminaren Luftströmung (niedrige Luftgeschwindigkeit), zur Anwendung kommt.

Es werden Sensorikelemente 25, 25' bzw. 25" eingesetzt zur Steuerung der Temperatur und/oder der relativen Luftfeuchtig­ keit. Durch Belüftung im unteren Scheibenbereich und Entlüf­ tung zwischen der Oberkante der Scheibe 10 und dem Dachhim­ mel, d. h. dem Fahrzeugdach 20, wird eine weitestgehend la­ minare Strömung realisiert. Die niedrige Strömungsgeschwin­ digkeit verhindert hierbei weitestgehend eine Verwirbelung der Luft im Fahrzeug-Innenraum 50.

Durch das Insassen-System II kommt angemessen warme und feuchte Luft zum Einsatz. Dabei erfolgt die Belüftung durch eine größtflächige Strömung mit niedriger Luftgeschwindigkeit von oben, d. h. es liegt anströmende Luft und eine gezielte Entlüftung im Fahrzeugboden mit abgesaugter Luft vor.

Aufgrund der entgegengesetzten Richtung dieser beiden Strö­ mungen mit separaten Quellen und Senken bildet sich zwischen den Systemen I und II eine Mischzone. Diese Mischzone dringt vorteilhafterweise nicht bis zur Fahrzeugscheibe 10 und auch nicht bis zu den Insassen vor.

Für den Innenraum 50 sind Sensorikelemente 35, 35' und 35" vorgesehen zur Messung der Lufttemperatur oben, Mitte, unten, der relativen Luftfeuchtigkeit oben und unten sowie der Luft­ geschwindigkeit über Luftdruckdifferenz zwischen Be- und Ent­ lüftung.

Darüber hinaus finden Sensorikelemente 45, 45' sowie 45" An­ wendung, beispielsweise als personenbezogene Sensorik zur Messung der Wärmestrahlung, der Körpertemperatur sowie des Hautwiderstandes und der Kleidungstemperatur der Fahrzeugin­ sassen. Weiterhin können Sensorikelemente für den Außenraum vorgesehen sein zum Messen der Temperatur, der Luftfeuchte, der Sonneneinstrahlung bzw. der Regeneinwirkung.

Die Informationen der vorgenannten Sensorikelemente 25, 25', 25" sowie 35, 35', 35" und 45, 45', 45" werden in einem Rechner 60 zusammengeführt. In einem ersten Schritt wird hierbei zunächst der Innenraum 50 schnell auf eine angemesse­ ne Temperatur gebracht.

In einem zweiten Schritt wird unter Verwendung der vorgenann­ ten Sensorikelemente eine Steuerung bzw. Regelung zum thermi­ schen Wohlbefinden der Fahrzeuginsassen durchgeführt. Im Ein­ zelnen wird aus den verfügbaren Messdaten zuerst eine thermi­ sche Komforttemperatur berechnet. Die aus dem physikalischen Modell berechnete Komforttemperatur ist jedoch ggf. nicht op­ timal für die Fahrzeuginsassen. Daher ist es denkbar, das Sy­ stem mit einem Adaptionsmechanismus für das Komfortempfinden der Fahrzeuginsassen zu versehen.

Erfindungsgemäß ergibt sich damit ein Verfahren und eine Vor­ richtung, bei welcher vorteilhafterweise die Fahrzeuginsassen in den Regelungsprozess in einem eigenen System über Sensori­ kelemente mit einbezogen werden.

Claims (8)

1. Verfahren zum Erzeugen bestimmter Bedingungen in einem geschlossenen Objekt, wobei innerhalb des Objekts zu­ nächst vorhandene Zustandsgrößen verändert werden und anschließend mindestens eine Einflußgröße errechnet und über einen Adaptionsmechanismus an die gewünschten Be­ dingungen innerhalb des Objekts angepasst wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsgrößen die Lufttemperatur und/oder die Luftfeuchte sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass über den Adaptionsmechanis­ mus folgende Randbedingungen einzuhalten sind

• - die Luftfeuchte wird auf das klimatische Wohlbefinden innerhalb des Objekts abgestellt,
• - im Objekt ist eine Temperaturdifferenz vorhanden,
• - zur Änderung der gewünschten Bedingungen innerhalb des Objekts ist eine Umkehrung der Luftzufuhr erfor­ derlich.

4. Verfahren zum Erzeugen optimaler Temperatur- und/oder Klimabedingungen in einem durch Fahrzeugscheiben (10), Türen, Dach (20) und Boden (30) geschlossenen Kraftfahr­ zeug-Innenraum (50), dadurch gekennzeichnet,
dass zunächst der Innenraum (50) des Fahrzeuges auf eine bestimmte Temperatur erwärmt oder gekühlt wird, und
dass anschließend eine optimal auf Fahrzeuginsassen ab­ gestellte Steuerung bzw. Regelung der Temperatur er­ folgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch Er­ fassen von Daten für den Innenraum (50), den Außenraum und der Fahrzeuginsassen und durch Zusammenführen dieser Daten zum Erzielen der optimalen Temperatur- und/oder Klimabedingungen.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch Einhalten nachfolgender Randbe­ dingungen

• a) höhere Temperatur im Fußbereich als im Kopfbereich,
• b) Zuführen von beheizter Luft von unten und Abführen am Dach zur Erwärmung des Innenraums (50) oder
• c) Zuführen von gekühlter Luft von oben und Abführen am Boden (30) zum Abkühlen des Innenraums (50), und
• d) Steuerung bzw. Regelung der auf die Fahrzeugin­ sassen abgestellten Luftfeuchtigkeit.

7. Vorrichtung zum Erzeugen optimaler Temperatur- und/oder Klimabedingungen in einem durch Fahrzeugscheiben (10), Türen, Dach (20) und Boden (30) geschlossenen Kraftfahr­ zeug-Innenraum (50) mit Steuer- und/oder Regelvorrich­ tungen für Luftan- und -absaugbereiche, gekennzeichnet durch Sensorikelemente (25, 25', 25"; 35, 35', 35"; 45, 45', 45") für den Innenraum, den Au­ ßenraum und für Daten der Fahrzeuginsassen, wobei die Sensorikelemente mit einer Rechnereinheit (60) verbunden sind zur Steuerung bzw. Regelung der auf die Fahrzeugin­ sassen abgestellten optimalen Temperatur.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ei­ nen auf das Komfortempfinden des Fahrers bzw. der be­ troffenen Fahrzeuginsassen abgestellten Adaptionsmecha­ nismus.