DE202008010875U1

DE202008010875U1 - Vorrichtung zur Regelung der Innenraumtemperatur in dem Fahrgastraum eines Fahrzeuges

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Publication number: DE202008010875U1
Application number: DE202008010875U
Authority: DE
Original assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH
Current assignee: Behr Hella Thermocontrol GmbH
Priority date: 2007-08-29
Filing date: 2008-08-14
Publication date: 2009-01-08
Anticipated expiration: 2018-08-15
Also published as: DE102008037815A1

Abstract

Vorrichtung zur Regelung der Innenraumtemperatur in dem Fahrgastraum eines Fahrzeuges, mit
– einem Bedienelement (26) zur Vorgabe mindestens eines Innenraumtemperatur-Sollwerts für den Fahrgastraum (16),
– einem Sensor zur Temperaturerfassung,
– einem Innenraumtemperatur-Regler (40) und
– einer Kamera (22) zur Erfassung zumindest eines Teilbereichs des Fahrgastraums (16), der zumindest Teile der unterschiedlichen Zonen (18, 20) des Fahrgastraums (16) umfasst,
– wobei die Kamera als eine IR-Kamera (22) mit einer Vielzahl von in Array-Form angeordneten IR-Sensoren zur Erzeugung eines Wärmebildes ausgebildet ist,
– wobei das Wärmebild der IR-Kamera (22) und insbesondere die Oberflächentemperatur der Fahrgäste und/oder im Bereich um diese herum an einer Anzeige (42) im Fahrgastraum (16) insbesondere farbig darstellbar ist und
– wobei auf der das Wärmebild anzeigenden Anzeige (42) auch der Innenraumtemperatur-Sollwert bzw. die Innenraumtemperatur-Sollwertverteilung darstellbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Regelung der Temperatur in dem Fahrgastraum eines Fahrzeuges.
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.
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.
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.

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 (T_Sl) oder die Beifahrerseite 20 (T_Sr) 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 T_Sl, T_Sr sowohl für die Fahrerseite 18 (T_Sl) als auch für die Beifahrerseite 20 (T_Sr) 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.
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 (T_Il) und für die Beifahrerseite 20 (T_Ir) für die Innenraumtemperatur-Regelung genutzt wird/werden.
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 T_SONl, T_SONr).
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.
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.
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.

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

Claims

Vorrichtung zur Regelung der Innenraumtemperatur in dem Fahrgastraum eines Fahrzeuges, mit – einem Bedienelement (26) zur Vorgabe mindestens eines Innenraumtemperatur-Sollwerts für den Fahrgastraum (16), – einem Sensor zur Temperaturerfassung, – einem Innenraumtemperatur-Regler (40) und – einer Kamera (22) zur Erfassung zumindest eines Teilbereichs des Fahrgastraums (16), der zumindest Teile der unterschiedlichen Zonen (18, 20) des Fahrgastraums (16) umfasst, – wobei die Kamera als eine IR-Kamera (22) mit einer Vielzahl von in Array-Form angeordneten IR-Sensoren zur Erzeugung eines Wärmebildes ausgebildet ist, – wobei das Wärmebild der IR-Kamera (22) und insbesondere die Oberflächentemperatur der Fahrgäste und/oder im Bereich um diese herum an einer Anzeige (42) im Fahrgastraum (16) insbesondere farbig darstellbar ist und – wobei auf der das Wärmebild anzeigenden Anzeige (42) auch der Innenraumtemperatur-Sollwert bzw. die Innenraumtemperatur-Sollwertverteilung darstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmebild der IR-Kamera (22) die Fahrgäste, den Dachhimmel, den Mittenbereich, den Fußbereich und die Umschließungsflächen des Fahrgastraumes (16) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung der unterschiedlichen, von der IR-Kamera (22) erfassten Körperpartien der Fahrgäste innerhalb diese darstellenden Symbolfelder der Anzeige (42) anzeigbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Bedienelement (26) Innenraumtemperatur-Sollwerte für unterschiedliche Zonen (18, 20) des Fahrgastraums (16) vorgebbar sind, dass die für die unterschiedlichen Zonen (18, 20) vorgegebenen Innenraumtemperatur-Sollwerte auf der das Wärmebild wiedergebenden Anzeige (42) dargestellt werden und dass eine Bildauswerteeinheit (36) zur Ermittlung durch Gestenauswertung, für welche Zone (18, 20) des Fahrgastraums (16) ein Fahrgast durch Betätigung des Bedienelements (26) einen Innenraumtemperatur-Sollwert einstellt, vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Anzeige (42) zur Anzeige, für welche Zone (18, 20) des Fahrgastraums (16) die Einstellung des Innenraumtemperatur-Sollwerts erfolgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor zur Temperaturerfassung als die IR-Kamera (22) zur Erfassung von Oberflächentemperaturen ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 4 und einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bildauswerteeinheit anhand der Temperaturen unterschiedlicher Flächen im Erfassungsbereich (24) der IR-Kamera (22) der Einfluss der Sonnenstrahlung auf die Erwärmung im Fahrgastraum (16) ermittelbar ist und diese Information in den Innenraumtemperatur-Regier (40) eingeht.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 4 und einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bildauswerteeinheit (36) anhand von sich bewegenden Wärmestrahlung abgebenden Flächen ermittelbar ist, für welche Zone (18, 20) des Fahrgastraums (16) die Einstellung des Innenraumtemperatur-Sollwerts erfolgt.
Vorrichtung nach Anspruch 4 oder Anspruch 4 und einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Bildauswerteeinheit der Ist wert der Innenraumtemperatur anhand der von der IR-Kamera (22) erfassten Strahlungstemperaturen von im wesentlichen unbeweglichen Flächen ermittelbar ist.