Vorrichtung zur Steuerung eines Luftführungselementes in einem Kraftfahrzeug

Vorrichtungen zur Steuerung von Luftführungselementen in Kraftfahrzeugen und Verfahren dazu sind aus dem Stand der Technik bekannt . Aus der DE 29 41 305 Al ist z . B . eine elektrische Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung der Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges bekannt . Hier ist eine Um ^¬ schaltklappe so angeordnet , das s wahlweise Luft von außerhalb des Fahrzeuges durch einen Luftkanal in den Fahrgastraum geleitet oder Luft von innerhalb des Fahrgastraums in den Luft ^¬ kanal zurückgespeist werden kann . Hierbei wird die Zufuhr von Außenluft abhängig von der Beschaffenheit sowohl der Außenais auch der Innenluft des Fahrzeuges gesteuert . Dieses Sys ^¬ tem wird von Gassensoren gesteuert, die die Schadstoffkonzentration der Außenluft messen und dann die Klappen auf Umluftstellung schalten, wenn die schadstoffhaltige Außenluft nicht in den Innenraum des Fahrzeuges vordringen soll . Wird hinge ^¬ gen von dem Gassensoren eine geringe Schadstoffkonzentration in der Außenluft gemes sen, so wird das Luftführungselement in die Frischluftstellung gesteuert, womit frische Außenluft in den Fahrzeuginnenraum gelangen kann . Die zwei Gassensoren können beispielsweise als Kohlenoxid- und Stickoxid-Sensoren ausgebildet sein . Dabei es sinnvoll , dass das Luftführungs ^¬ element nicht nur dann in die Umluftstellung geschaltet wird, wenn beide Gassensoren eine hohe Schadgaskonzentration anzeigen sondern auch dann, wenn nur ein Gassensor eine hohe Schadgaskonzentration signalisiert . Es wird in der Regel so ^¬ gar so sein, dass ein Schadgas eine dominierend hohe Konzent ^¬ ration aufweist, während das andere Schadgas in weniger nen ^¬ nenswerter Konzentration vorhanden ist .

Üblicherweise sind die von den verschiedenen Schadgassensoren erzeugten Signale ungleichartig . So hat z . B . ein Gassensor zur Detektierung von Kohlenoxid einen anderen Nennwiderstand als ein Sensor zur Detektierung von Stickoxid . Weiterhin wei- sen die unterschiedlichen Gassensoren unterschiedliche Alterungserscheinungen auf und sind in ihren Toleranzen in der Regel sehr unterschiedlich . Hieraus ergibt sich das Problem, dass es äußerst schwierig ist einen Grenzwert einmalig einzu ^¬ stellen, bei dem die Umschaltung in die Umluftstellung ausge- löst wird, wenn einer der Gassensoren eine über diesem Grenzwert liegende Schadstoffkonzentration detektiert .

Darüber hinaus ändern sich die Schadstoffkonzentrationen in der Außenluft in dem Straßenverkehr in sehr unterschiedlicher Art und Weise . Beim Übergang aus einer ländlichen Region in ein Ballungszentrum wird es so sein, dass die Konzentration der Schadgase über eine weite Fahrstrecke und damit über ei ^¬ nen längeren Zeitraum langsam und kontinuierlich ansteigt . Dagegen ist z . B . bei einer Einfahrt in einen Tunnel mit ei- nem sprunghaften Anstieg der Schadgaskonzentrationen zu rechnen . Diese unterschiedlichen Situationen müssen von der Vorrichtung zur Steuerung des Luftführungselementes adäquat er ^¬ kannt werden und das angegebene Verfahren zur Steuerung des Luftführungselementes muss die verschiedenen Situationen un- terscheiden können .

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung eines Luftführungselementes anzugeben, welche die unterschiedliche Entwicklung von Schad- gaskonzentrationen in der Außenluft sicher erkennen und unterscheiden und die Luftführungselemente dem entsprechend an ^¬ steuern, dabei aber kostengünstig, zuverlässig und langlebig ausgebildet sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die Merkmale der unab ^¬ hängigen Patentansprüche gelöst .

Bei einer Aus führungsform der Erfindung ist zwischen dem ers- ten Gassensor und der elektronischen Entscheidungseinheit ein erstes Signalvorverarbeitungselement und zwischen dem zweiten Gassensor und der elektronischen Entscheidungseinheit ein zweites Signalvorverarbeitungselement angeordnet . Solche Signalvorverarbeitungselemente, die in der Regel in räumli- eher Nähe zum Sensor ausgebildet sind, erfassen die Rohsigna ^¬ le des Sensors und wandeln sie in gut übertragbare und verar ^¬ beitbare Signale um. Bei einer Vielzahl möglicher elektronischer Störquellen im Kraftfahrzeug ist es vorteilhaft, die Gassensorsignale möglichst bald einer ersten Vorverarbeitung zu unterziehen, damit die Störsignale keinen nennenswerten Einfluss auf die Sensorsignale nehmen können .

Bei einer Weiterbildung weist das erste Signalvorverarbei ^¬ tungselement ein erstes elektronisches Differenzierungsele- ment und das zweite Signalvorverarbeitungselement ein zweites elektronisches Differenzierungselement auf . Die zeitliche Än ^¬ derung der Sensorsignale beinhaltet wichtige Informationen über den Verlauf der Schadstoffkonzentration in der Umgebungsluft , die durch die elektronischen Differenzierungsele- mente direkt verfügbar gemacht und zur weitern Signalverarbeitung genutzt werden können .

Bei einer nächsten Weiterbildung weist das erste Signalvorverarbeitungselement einen ersten Vorverstärker und das zwei- te Signalvorverarbeitungselement einen zweiten Vorverstärker auf . Die Vorverstärker verstärken die Sensorrohsignale mög ^¬ lichst bald nach ihrer Entstehung, wodurch elektronische Stö ^¬ rungen aus zumeist elektromagnetisch eingekoppelten Fremd-

quellen die Sensorsignale nicht wesentlich verfälschen können .

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu . Einige davon sollen beispielhaft anhand der folgenden Figuren erläutert werden . Diese zeigen in :

Figur 1 : eine Vorrichtung zur Steuerung eines Lüftungselementes ,

Figur 2 : den aus Figur 1 bekannten Aufbau in einer Ausgestaltung,

Figur 3 : den aus Figur 1 bekannten Aufbau in einer weiteren Ausgestaltung,

Figur 4 : eine nächste Ausführungsform der Vorrichtung zur Steuerung eines Lüftungselementes ,

Figur 5 : den aus Figur 4 bekannten Aufbau in einer Ausgestaltung,

Figur 6 : eine sehr einfache Ausführungs form der Erfindung,

Figur 7 : eine weitere Ausführungs form der Erfindung,

Figur 8 : eine Anordnung der Vorrichtung zur Steuerung eines Luftführungselementes in einem Kraftfahrzeug .

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 1 zur Steuerung eines Lüftungselementes , die in einem Kraftfahrzeug 18 eingesetzt wird . Diese Vorrichtung 1 zur Steuerung eines Lüftungselementes umfas st einen ersten Gassensor Sl und einen zweiten Gas-

sensor S2. Der erste Gassensor Sl erzeugt z . B . ein Signal UNOx das proportional zur Konzentration der Stickoxide in der Umluft ist . Der zweite Gas sensor S2 erzeugt beispielsweise ein Signal UCO, das proportional zur Konzentration der Koh- lenoxide in der Umluft ist . Der erste Gas sensor Sl führt das Signal UNOx einem ersten Signalvorverabeitungselement 2 zu und der zweite Sensor S2 führt das Signal UCO einem zweiten Signalvorverarbeitungselement 3 zu . Nach der Vorverarbeitung der Signale UNOx, UCO werden diese der elektronischen Ent- scheidungseinheit 4 zugeführt . Diese elektronische Entschei ^¬ dungseinheit 4 wählt für einen bestimmten Zeitraum eines der beiden Sensorsignale UNOx, UCO aus und führt nur ein einziges Sensorsignal UNOx oder UCO der einen einzigen Signalauswerte ^¬ reinheit 5 zu .

Die soeben beschriebene Vorrichtung 1 zur Steuerung einer Lüftungseinrichtung hat den Vorteil , dass die in der Regel hochkomplexe Signalauswertereinheit 5 nur ein einziges Mal benötigt wird wobei sie je nach Notwendigkeit entweder das Signal UNOx des ersten Gas sensors Sl oder das Signal UCO des zweiten Gassensors S2 verarbeitet . Hierdurch wird in wesent ^¬ lichem Umfang die zur Steuerung einer Lüftungseinrichtung notwendige Elektronik verringert, wodurch die Vorrichtung zur Steuerung eines Lüftungselementes wesentlich kostengünstiger hergestellt werden kann . Die Signalauswertereinheit 5 liefert dann das Ausgangssignal A mit dem die Lüftungseinrichtung angesteuert werden kann .

Figur 2 zeigt den aus Figur 1 bekannten Aufbau mit einem ers- ten Gassensor Sl und einem zweiten Gassensor S2. Die Gassensoren Sl , S2 erzeugen die Signale UNOx und UCO und führen diese dem ersten Signalvorverarbeitungselement 2 und dem zweiten Signalvorverarbeitungselement 3 zu . Das erste Signal-

vorverarbeitungselement 2 enthält ein erstes Differenzie ^¬ rungselement 6, das die Ableitung dUNOx nach der Zeit des Signals UNOx vom ersten Gassensor Sl bildet . Dieses abgelei ^¬ tete Signal wird dem ersten Vorverstärker 8 zugeführt, der ebenfalls in dem ersten Signalvorverarbeitungselement 2 in ^¬ tegriert ist . Der erste Vorverstärker 8 multipliziert das ab ^¬ geleitete Signal dUNOx mit dem Faktor FSl . Eine vergleichbare Signalvorverarbeitung erfolgt für das Signal UCO des zweiten Gassensors S2. Dieses Signal UCO wird dem zweiten Differen- zierungselement 7 zugeordnet, das in dem zweiten Signalvor- verarbeitungslement 3 angeordnet ist . Hier wird die zeitliche Ableitung dUCO des Signals UCO gebildet . Auch diese Ableitung dUCO wird innerhalb des zweiten Signalvorverarbeitungselemen- tes 3 mit dem Faktor FS2 in dem zweiten Vorverstärker 9 be- aufschlagt .

Die beiden Signale UNOx und UCO von dem ersten Gas sensor Sl und dem zweiten Gassensor S2 verlas sen dann nach der Signalvorverarbeitung das erste Signalvorverarbeitungselement 2 und das zweite Signalvorverarbeitungselement 3 und werden der elektronischen Entscheidungseinheit 4 zugeführt . Darüber hin ^¬ aus kann ein Signal K mit einer Information über die aktuelle Klappenstellung der elektronischen Entscheidungseinheit 4 zugefügt werden . Die elektronische Entscheidungseinheit 4 wählt nun entweder das vorverarbeitete Signal des ersten Gas sensors Sl oder das vorverarbeitete Signal des zweiten Gas sensors S2 aus und gibt eines der beiden Signale an die eine einzige Signalauswerteeinheit 5 weiter .

In Figur 3 ist eine Ausgestaltung des ersten Signalvorverar- beitungselementes 2 und des zweiten Signalvorverarbeitungs- elementes 3 näher dargestellt . Das vom ersten Gassensor Sl erzeugte Signal UNOx wird innerhalb des ersten Signalvor-

Verarbeitungselementes 2 in dem ersten Differenzierungsele ^¬ ment 6 einer zeitlichen Ableitung unterzogen, wonach im ersten Summierungselement 10 eine Summenbildung über die zeit ^¬ lich abgeleiteten Signale dUNOx aus dem ersten Differenzie- rungselement 6 erfolgt und im ersten Vorverstärker 8 das sum ^¬ mierte Signal mit einem Faktor FSl multipliziert wird. Analog dazu wird das Signal UCO des zweiten Gassensors S2 innerhalb des zweiten Signalvorverarbeitungselementes 3 zunächst im zweiten Differenzierungselement 7 zeitlich abgeleitet, wobei das Signal dUCO entsteht, das an das zweite Summationselement 11 weitergeleitet wird, wobei die Summe über die abgeleiteten Signale dUCO gebildet wird, wonach das Signal im zweiten Vor ^¬ verstärker 9 mit einem Faktor FS2 beaufschlagt wird. Die so vorverarbeiteten Signale der Gassensoren Sl , S2 werden der elektronischen Entscheidungseinheit 4 zugeführt, die in einem vorgegebenen Zeitintervall ein einziges Signal auswählt und der einen einzigen Signalauswerteeinheit 5 zuführt . Diese verarbeitet das anliegende Signal und erzeugt ein Ausgangs ^¬ signal A das zur Steuerung eines Luftführungselementes 15 be- nutzt wird.

Figur 4 zeigt eine Aus führungsform der Vorrichtung 1 zur Steuerung mindestens eines Luftführungselementes , welche wie ^¬ derum mit mindestens zwei Gassensoren Sl und S2 ausgebildet ist, die ihre Signale einem ersten Signalvorverarbeitungsele- ment 2 und einem zweiten Signalvorverarbeitungselement 3 vor ^¬ zuführen . Nach der Signalvorverarbeitung werden die Signale einem Element 12 zur mathematischen Signalverknüpfung zugeführt, das die vorverarbeiteten Signale des ersten Sensors Sl und des zweiten Sensors S2 mittels einer beliebigen mathema ^¬ tischen Operation verknüpft . Das so erzeugte Signal wird dann einer einzigen Auswerteeinheit 5 zugeführt . Diese mathemati ^¬ sche Operation kann z . B . eine Summation, eine Differenzbil-

düng oder eine Multiplikation beider Signale sein . Darüber hinaus kann mit dem Element 12 zur mathematischen Signalverknüpfung eine beliebige komplexe Funktion F (UNOx, UCO) gebil ^¬ det werden und der einzigen Signalauswerteeinheit 5 zugeführt werden . Diese Funktion F (UNOx, UCO) kann eine beliebige ma ^¬ thematische Abbildung aus dem Definitionsbereich der Signale UNOx, UCO der beiden Gassensoren Sl , S2 in den Wertebereich der Funktion F bilden .

In Figur 5 ist das erste Signalvorverarbeitungselement 2 und das zweite Signalvorverarbeitungselement 3 noch einmal näher dargestellt . Die Signalvorverarbeitungselemente 2 und 3 bein ^¬ halten jeweils ein Differenzierungselement 6, 7 und einen Vorverstärker 8 , 9. Nachdem die Signale die Signalvorverar- beitungselemente 2 , 3 verlassen haben, werden sie im Element zur mathematischen Signalverknüpfung 12 , das hier als Addierer 13 ausgebildet ist , miteinander mathematisch verknüpft . Zusätzlich enthält das Element 12 zur mathematischen Signalverknüpfung ein Element 14 zur Referenzwertbildung . Aus der in dem Addierer 13 gebildeten Sensorsignalsumme wird im Ele ^¬ ment 14 zur Referenzwertbildung ein Wert gebildet, der der Signalsumme entspricht . Dieses Signal wird der Signalauswer ^¬ teeinheit 5 zugeführt, die wiederum ein Ausgangssignal A pro ^¬ duziert, das die Steuerung mindestens eines Luftführungsele- mentes ermöglicht . Zusätzlich zu den Signalen der Sensoren

Fl , F2 wird dem Addierer 13 ein Signal K zur Klappenstellung zur Verfügung gestellt , das ebenfalls mit verarbeitet werden kann . Es kann also eine mathematischen Funktion F (UNOx, UCO, K) gebildet werden, die von den Sensorsignalen UNOx, UCO und dem Klappenstellungssignal K abhängig ist .

Figur 6 zeigt eine sehr einfache Ausführungsform der Erfindung . Hier wird vollkommen auf die Vorverarbeitung der Signa-

Ie UNOx, UCO der Gassensoren Sl , S2 verzichtet und die Sen ^¬ sorsignale UNOx, UCO werden direkt dem Element 12 zur mathe ^¬ matischen Signalverknüpfung zugeführt . Das Element 12 zur mathematischen Signalverknüpfung erzeugt eine beliebige mathe- matische Funktion F (UNOx, UCO, K) aus den Signalen der Gas ^¬ sensoren Sl , S2 und dem Klappenstellungssignal K und leitet das Ergebnis an die einzige Signalauswerteeinheit 5 weiter, die wiederum ein Ausgangssignal A erzeugt , das zur Steuerung mindestens eines Luftführungselementes 15 verwendet werden kann .

Auch in Figur 7 werden die Signale UNOx, UCO der Gassensoren Sl und S2 direkt dem Element zur mathematischen Signalverknüpfung 12 , das hier als Subtrahierer 19 ausgebildet ist, zugeführt . Darüber hinaus erhält das Element 12 zur mathema ^¬ tischen Signalverknüpfung das Klappenstellungssignal K . Das Element 12 zur mathematischen Signalverknüpfung ist in der Lage eine beliebige mathematische Funktion F (UNOx, UCO, K) zu bilden, die dann der einzigen Signalauswerteeinheit 5 direkt zur Verfügung gestellt wird und/oder in einem Element 14 zur Referenzwertbildung weiterverarbeitet werden kann . Auch im Element 14 zur Referenzwertbildung kann mit dem Signal aus dem Element 12 zur mathematischen Signalverknüpfung und einem Signal zu weiteren Umweltparametern U eine Funktion gebildet werden, die der Signalauswerteeinheit zur Verfügung gestellt wird . Es ist auch denkbar, dass die weiteren Umweltparameter U dem Element 12 zur mathematischen Signalverknüpfung zugeführt werden, womit hier eine beliebige mathematische Funkti ^¬ on F (UNOx, UCO, K, U) gebildet werden kann . Die einzige Sig- nalauswerteeinheit 5 erzeugt aus diesen Signalen ein Aus ^¬ gangssignal A, das zur Steuerung mindestens eines Luftfüh ^¬ rungselementes 15 verwendet wird. Umweltparameter U können in diesem Zusammenhang z . B . die Außentemperatur, die Luftfeuch-

tigkeit oder die Beschlagbildung auf den Scheiben des Fahrzeuges sein .

Vorteil der in den Figuren 1 bis 7 gezeigten Vorrichtung zur Steuerung mindestens eines Luftführungselementes 15 ist die Zusammenführung der Signale UNOx, UCO der zwei Gas sensoren Sl und S2 und die Signalauswertung in einer einzigen Signalauswerteeinheit 5. Durch die einzige Signalauswerteeinheit 5 wird der elektronische Schaltungsaufwand wesentlich redu- ziert . Die komplexe und teure Signalauswerteeinheit 5 wird effizienter genutzt und die Vorrichtung zur Steuerung mindesten eines Luftführungselementes kann dadurch wesentlich kos ^¬ tengünstiger ausgebildet werden .

Figur 8 zeigt ein Kraftfahrzeug 18 in dem die Vorrichtung 1 zur Steuerung mindestens eines Luftführungselementes 15 ange ^¬ ordnet ist . Im Frontbereich des Kraftfahrzeuges 18 sind die Gassensoren Sl und S2 platziert , die der Vorrichtung 1 zur Steuerung mindestens eines Luftführungselementes 15 zugeord- net sind. Die Signalauswerteeinheit 5 erzeugt ein Ausgangs ^¬ signal A, das einem Klimasteuergerät 17 zugeführt wird, das unter Beachtung anderer Parameter ( zum Beispiel der Wünsche der Fahrzeuginsassen) das Luftführungselement 15 ansteuert . Der Ventilator 20 fördert Frischluft aus dem Außenbereich des Kraftfahrzeuges 18 in den Innenbereich und bei geöffnetem

Luftführungselement 15 strömt die Frischluft über die Luftdü ^¬ sen in den Innenraum des Kraftfahrzeuges 18. Wird durch die Sensoren Sl und S2 eine hohe Schadgasbelastung festgestellt , so wird das Luftführungselement 15 in eine Stellung gebracht, bei der die Luftzirkulation allein in der Kraftfahrzeugzelle erfolgt . Diese Betriebstellung des Luftführungselementes 15 wird in der Regel als Umluftbetrieb bezeichnet .