Vorrichtung und Verfahren zur Messung einer Luftanströmung eines Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung einer Luftanströmung eines Fahrzeugs.

Stand der Technik

Für viele Anwendungen auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik ist die reale Luftanströmung eines Fahrzeugs, das heißt, die Luftströmung, welche auf ein Fahrzeug wirkt, von besonderer Bedeutung. So ist beispielsweise eine Regelung einer Wischeinrichtung, beispielsweise eines Scheibenwischers, abhängig von der Luftanströmung, als zum Beispiel bei einer starken Luftanströmung eine höhere Kraft für eine Abwärtsbewegung des Wischers benötig wird.

Bisher wird in der Regel eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs gemessen, aus welcher dann ein Luftanströmungswert berechnet wird, wobei dieser Luftanströ- mungswert insbesondere keine Windschatteneffekte oder starke Rücken- oder Gegenwinde berücksichtigt. So kann sich das Fahrzeug beispielsweise in einem Windschatten eines LKWs befinden, aber gleichzeitig mit einer hohen Geschwindigkeit fahren, so dass aufgrund der gemessenen hohen Geschwindigkeit auch ein hoher Luftanströmungswert berechnet wird. Allerdings liegt die reale Luftanströmung in diesem Szenario unter dem berechneten Luftanströmungswert. Die darauf basierende Regelung der Wischeinrichtung wäre somit nicht optimal auf die realen Bedingungen abgestimmt. Offenbarung der Erfindung

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Messung einer Luftanströmung eines Fahrzeugs zu schaffen, welche die obigen Nachteile überwindet und die reale Luftanströmung ermitteln kann.

Die Aufgabe wird von der Vorrichtung nach Anspruch 1 und von dem Verfahren nach Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Unteransprüchen.

Erfindungsgemäß wird eine Lüfterdrehzahl einer vom Fahrtwind angetriebenen Motorkühlgebläseeinrichtung gemessen. Die Lüfterdrehzahl ist proportional zur Luftanströmung, wodurch diese dann berechnet werden kann. Der berechnete Wert für die Luftanströmung entspricht der realen Luftanströmung und berücksichtigt im Gegensatz zum Stand der Technik in vorteilhafter Weise auch Windschatteneffekte und starke Rücken- oder Gegenwinde.

Weiterhin wird erfindungsgemäß dieser berechnete Wert bzw. eine der berechneten Luftanströmung entsprechende Information weiteren Fahrzeugkomponenten zur Verfügung gestellt, gemäß vorteilhafter Ausgestaltungen insbesondere einer Wischeinrichtung, einer thermischen Regelungseinrichtung und/oder einer Aerodynamikeinrichtung zum Einstellen einer Fahrzeugaerodynamik. Hiermit wird in vorteilhafter Weise erreicht, dass ein Regelung für die jeweiligen Fahrzeugkomponenten optimal auf die Umweltbedingungen, denen das Fahrzeug ausgesetzt ist, abgestimmt werden kann.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Motorkühlgebläseeinrichtung als eine elektrische Motorkühlgebläseeinrichtung ausgebildet und um- fasst vorzugsweise zusätzlich zum Lüfter, wobei im Allgemeinen auch mehrere Lüfter vorgesehen sein können, einen Lüftermotor zum Antreiben des Lüfters und eine Ansteuerelektronik zum Ansteuern des Lüftermotors, um insbesondere eine Lüfterdrehzahl einzustellen. Vorzugsweise umfasst die Ansteuerelektronik die erfindungsgemäße Messeinrichtung zum Messen einer Lüfterdrehzahl, insbesondere kann ein Gehäuse vorgesehen sein, in welchem die Ansteuerelektronik und die Messeinrichtung angeordnet sind. Da die erfindungsgemäße Messeinrichtung zum Messen einer Lüfterdrehzahl die Lüfterdrehzahl mißt, kann die Messeinrich- tung auch als eine Drehzahlmesseinrichtung bezeichnet werden. In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Messeinrichtung Hallsensoren und/oder eine Spannungsmesseinrichtung zum Messen eines Nulldurchgangs einer mittels des rotierenden Lüfters induzierten Spannung. Obwohl sowohl Hallsensoren als auch eine Spannungsmesseinrichtung redundant vorhanden sein können, soll angemerkt werden, dass dies im allgemeinen nicht erforderlich ist. Das heißt, dass zur Messung der Lüfterdrehzahl entweder Hallsensoren oder die Spannungsmesseinrichtung verwendet wird.

Erfindungsgemäß wird die gemessene Lüfterdrehzahl an die erfindungsgemäße Elektronikeinrichtung mittels einer mit der Messeinrichtung verbundenen Kommunikationseinrichtung übermittelt. Die Kommunikationseinrichtung ist insbesondere weiterhin ausgebildet, die Lüfterdrehzahl und/oder die Luftanströmung bzw. eine der Luftanströmung entsprechende Information weiteren Fahrzeugkomponenten zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise umfasst die Kommunikationseinrichtung einen Kommunikationsbus, insbesondere einen CAN-Bus (Controller Area Network) oder einen LIN-Bus (Local Interconnect Network). Vorzugsweise umfasst die Kommunikationseinrichtung mindestens eine Kommunikationsschnittstelle. In einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Kommunikationseinrichtung WLAN, eine Infrarotschnittstelle (IrDA) oder Bluetooth.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf eine Figur einer Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigt

Fig. 1 eine schematische Anordnung einer Vorrichtung zur Messung einer Luftanströmung mit mehreren Fahrzeugkomponenten und

Fig. 2 eine schematische Anordnung einer weiteren Vorrichtung zur Messung einer Luftanströmung mit mehreren Fahrzeugkomponenten.

Die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung umfasst eine einen Lüfter 1 aufweisende Motorkühlgebläseeinrichtung 2. Der Lüfter 1 wird vom Fahrtwind 3 angetrieben, so dass der Lüfter 1 rotiert. Hierzu weist die Motorkühlgebläseeinrichtung 2 üblicherweise Lüftungsschlitze (nicht gezeigt), insbesondere einen Kühlergrill, auf, durch welche der Fahrtwind 3 in die Motorkühlgebläseeinrichtung 2 strömen kann. Die Motorkühleinrichtung 2 umfasst weiterhin eine Messeinrichtung 4 zum Messen einer Lüfterdrehzahl. Die Messeinrichtung 4 kann auch als eine Drehzahlmessungeinrichtung bezeichnet werden. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Messeinrichtung 4 bzw. die Drehzahlmesseinrichtung Hallsensoren 5 und eine Spannungsmesseinrichtung 6 zum Messen eines Nulldurchgangs einer mittels des rotierenden Lüfters 1 induzierten Spannung. Hierdurch kann die Lüfterdrehzahl auf zwei verschiedene Weise redundant gemessen werden. Vorzugsweise wird ein Mittelwert aus den zwei gemessenen Werten gebildet. Falls die zwei gemessenen Werte erheblich von einander abweichen, insbesondere um 10%, so kann die Messung wiederholt werden oder einer der Werte wird verworfen. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Messeinrichtung 4 entweder Hallsensoren 5 oder die Spannungsmesseinrichtung 6. So kann in vorteilhafter Weise Material und damit Kosten eingespart werden.

Weiterhin umfasst die Motorkühlgebläseeinrichtung 2 eine mit der Messeinrichtung 4 verbundene Kommunikationseinrichtung 7 zum Übermitteln der gemessenen Lüfterdrehzahl an eine Elektronikeinrichtung 8. Die Übermittelung erfolgt vorzugsweise über einen Kommunikationsbus 9, insbesondere einen CAN-Bus oder einen LIN-Bus. In dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Elektronikeinrichtung 8 räumlich getrennt von der Motorkühlgebläseeinrichtung 2 angeordnet. Insbesondere umfasst die Elektronikeinrichtung 8 eine Fahrzeugelektronik (nicht gezeigt), beispielsweise einen Fahrzeugcomputer, welcher beispielsweise auch einen Benzinverbrauch oder eine Klimaanlage für den Innenraum des Fahrzeugs regelt. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass die Elektronikeinrichtung 8 in der Motorkühlgebläseeinrichtung 2 angeordnet ist. Dadurch ist ein besonders kompakter Aufbau realisierbar.

Die Elektronikeinrichtung 8 berechnet dann aus der gemessenen Lüfterdrehzahl die Luftanstromung bzw. eine der Luftanstromung entsprechende Information. Die berechnete Luftanstromung bzw. die Information wird einer Wischeinrichtung 10, einer thermischen Regelungseinrichtung 1 1 , einer Aerodynamikeinrichtung 12 zum Einstellen einer Fahrzeugaerodynamik und/oder einer weiteren Fahrzeugkomponente 13 zur Verfügung gestellt, indem die Information mittels des Kommunikationsbus 9 an die Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 , 12 und 13 übermittelt wird. Indem erfindungsgemäß die Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 , 12 und 13 Kenntnis über die reale Luftanströmung haben, kann eine entsprechende Regelung der Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 , 12 und 13 besonders optimal abgestimmt wer- den.

So kann mittels der Erfindung beispielsweise eine Regelung der Wischeinrichtung 10, beispielsweise einer Scheiben- oder Scheinwerferwischeinrichtung (nicht gezeigt), optimal auf die realen Umweltbedingungen, welche insbesondere Winde umfassen, abgestimmt werden. Vorzugsweise wird eine Ausrichtung von

Reinigungssystemen der Wischeinrichtung 10, beispielsweise Reinigungsdüsen, abhängig von der berechneten realen Luftanströmung vorgenommen. Hier kann insbesondere ein Reinigungsdruck, das ist der Druck, mittels welchen eine Reinigungsflüssigkeit aus dem Reinigungssystem ausgestoßen wird, abhängig von der realen Luftanströmung eingestellt werden. So ist es beispielsweise bei einer hohen Luftanströmung notwendig, den Reinigungsdruck zu erhöhen, damit ausreichend Reinigungsflüssigkeit trotz der hohen Luftanströmung auf die Scheiben oder auf die Scheinwerfer gelangt. Allerdings kann aufgrund eines Windschatteneffektes die mittels der Erfindung berechnete reale Luftanströmung deutlich niedriger liegen als ein basierend auf einer Geschwindigkeitsmessung ermittelter

Luftanströmungswert. Im Stand der Technik würde trotzdem der Reinigungsdruck erhöht werden, obwohl dieses aufgrund des Windschatteneffektes gar nicht notwendig ist. Hier spart die Erfindung insofern in vorteilhafter Weise Energie und Reinigungsflüssigkeit.

Weiterhin kann erfindungsgemäß eine Regelung der thermischen Regelungseinrichtung 1 1 optimal auf die realen Umweltbedingungen, beispielsweise Temperaturen, abgestimmt werden, was aus folgenden Grund von besonderer Bedeutung ist: Bei den heute üblichen, immer höheren Kühlwassertemperaturen in Fahr- zeugantrieben, insbesondere auch in alternativen Antriebskonzepten wie beispielsweise Brennstoffzellen, wobei die Fahrzeugantriebe in der Regel besonders leistungsfähige Kühlsysteme benötigen, ist eine effiziente thermische Regelung der Kühlsysteme notwendig, da hierdurch erheblich Energie eingespart werden kann. Vorzugsweise umfasst ein Kühlsystem (nicht gezeigt) Wasserpumpen, Ventile, Luftklappen oder auch die Motorkühlgebläseeinrichtung 2. Mittels der Erfindung kann hier die Regelung einer thermischen Regelungseinrichtung 1 1 deut- lieh verbessert werden. Im Stand der Technik erhöht beispielsweise eine thermische Regelungseinrichtung, welche abhängig von einem lediglich auf einer einfachen Geschwindigkeitsmessung basierenden Luftanströmungswert ein Kühlsystem regelt, im Fall einer niedrigen Geschwindigkeit eine Kühlleistung, da der er- mittelte entsprechend niedrige Luftanströmungswert für eine Kühlung des Fahrzeugantriebs nicht ausreicht. Ein starker Gegenwind, welcher die Kühlung des Fahrzeugantriebs unterstützt, wird hier nicht berücksichtigt. Im Gegensatz dazu stellt die Erfindung eine Information der realen Luftanströmung entsprechend, also den starken Gegenwind berücksichtigend, der thermischen Regelungseinrich- tung 1 1 zur Verfügung. Die thermische Regelungseinrichtung 1 1 muss in diesem

Szenario die Kühlleistung nicht erhöhen und spart somit in vorteilhafter Weise Energie.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung zeigt sich, wenn die der realen Luftanströmung entsprechende Information der Aerodynamikeinrichtigung 12 zum Einstellen einer Fahrzeugaerodynamik zur Verfügung gestellt wird. Vorzugsweise ist die Aerodynamikeinrichtung 12 eine aktive Aerodynamikeinrichtung, welche insbesondere in sportlich ausgelegten Fahrzeugen zum Einsatz kommt. Die Aerodynamikeinrichtung 12 kann beispielsweise ausgebildet sein, einen Federgrad einer Fahrzeugfederung einzustellen. So kann es in einigen Situationen im Straßenverkehr notwendig sein, den Federgrad härter einzustellen, um eine Straßenlage des Fahrzeugs zu verbessern, beispielsweise wenn starker Seitenwind herrscht. Hier fährt das Fahrzeug üblicherweise mit reduzierter Geschwindigkeit, gemäß dem Stand der Technik würde also die Aerodynamikeinrichtung 12, der ja nur ein Luftanströmungswert basierend auf der Fahrzeuggeschwindigkeit zur Verfügung gestellt wurde, den Federgrad nicht reduzieren. Die Straßenlage des Fahrzeugs wäre insofern nicht verbessert, sondern verschlechtert, was den Fahrer erheblichen Gefahren aussetzt. Die Erfindung sieht hingegen vor, eine Information der realen Luftanströmung der Aerodynamikeinrichtung 12 zur Verfügung zu stellen, wodurch diese dann den Federgrad entsprechend härter einstellen wird, so dass sich die Straßenlage des Fahrzeugs in vorteilhafter Weise deutlich verbessert. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung umfasst die aktive Aerodynamikeinrichtung einen Spoiler, vorzugsweise einen aktiven Spoiler, welcher abhängig von der Luftanströmung eingestellt werden kann. Die Motorkühlgebläseeinrichtung 2 umfasst weiterhin einen Lüftermotor 14 zum Antreiben des Lüfters 1 . Der Lüftermotor 14 wird von einer Ansteuerelektronik 15 angesteuert, wobei die Ansteuerelektronik 15 insbesondere eine Lüfterdrehzahl einstellen kann. Das heißt, dass die Ansteuerelektronik 15 den Lüftermotor 14 insbesondere auch ausstellen kann. Eine vom Fahrzeugmotor erzeugte mechanische Antriebsenergie kann beispielsweise in eine elektrische Energie umgewandelt werden, beispielsweise mittels eines Dynamos (nicht gezeigt), welche in einer elektrischen Speichereinrichtung, vorzugsweise in einem Akkumulator, gespeichert wird. Die gespeicherte elektrische Energie kann dann dem Lüftermotor 14 zugeführt werden, welcher hieraus wieder eine mechanische Antriebsenergie zum Antreiben des Lüfters 1 erzeugt. Somit kann eine Kühlung des Fahrzeugantriebs auch sichergestellt werden, wenn der Fahrzeugmotor ausgeschaltet ist, insbesondere wenn das Fahrzeug geparkt ist, und insofern kein Fahrtwind mehr zur Kühlung zur Verfügung steht.

Der Lüftermotor 14 wird den Lüfter 1 insbesondere dann antreiben, wenn der Fahrtwind 3 nicht ausreicht, um für das Fahrzeug genügend Kühlleistung zur Verfügung zu stellen. Zwar entspricht dann die gemessene Lüfterdrehzahl in der Regel nicht mehr der realen Luftanströmung. Trotzdem ist es erfindungsgemäß möglich, die reale Luftanströmung zu bestimmen, indem der Lüftermotor 14 für eine kurze Zeitdauer abgeschaltet wird, so dass der Lüfter 1 allein aufgrund des Fahrtwinds 3 rotiert. Somit ist eine zuverlässige Messung der realen Luftanströmung ermöglicht. Nach der Messung wird der Lüftermotor 14 wieder angeschaltet, so dass der Lüfter 1 ausreichend schnell rotiert, um eine sichere Kühlung des Fahrzeugantriebs zu ermöglichen. Hier kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Ansteuerelektronik 15 ausgebildet ist, ein Steuersignal von einer der Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 , 12 und 13 zu empfangen, um den Lüftermotor 14 auszustellen. Gemäß einer bevorzugen Ausgestaltung kann die Ansteuerelektronik 15 zusätzlich oder alternativ den Lüftermotor 14 ausstellen, wenn ein vorbe- stimmter Zeitwert verstrichen ist. Vorzugsweise ist hierfür eine Zeitgebereinrichtung 16 vorgesehen, die mit der Ansteuerelektronik 15 beispielsweise über den Kommunikationsbus 9 verbunden ist. In einer weiteren beispielhaften nicht gezeigten Ausführungsform der Erfindung kann die Zeitgebereinrichtung 16 zusätzlich oder alternativ mit zumindest einer der Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 , 12 und 13 verbunden sein, insbesondere über den Kommunikationsbus 9. Mittels der obigen beschrieben beispielhaften Ausgestaltung der Erfindung, in der der Lüfter 1 durch Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 , 12 und 13 abgeschaltet wird, kann in vorteilhafter Weise der Messbereich auch auf kleine Anströmungen erweitert werden. Es soll an dieser Stelle darauf hingewiesen werden, dass eine Abschaltung des Lüfters 1 auf Anforderung der Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 , 12 und 13 in der Regel nicht notwendig sein wird, da im Allgemeinen ein Betrieb des Lüfters 1 bei messtechnisch relevanten Luftanströmungen nicht mehr erforderlich ist, da die Luftanströmung ausreicht, um die nötige Kühlleistung bereitzustellen. Auch ist die Zeitgebereinrichtung 16 lediglich eine optionale Ausgestaltung der Erfindung. Insbesondere kann vorgesehen sein, die Luftanströmung kontinuierlich zu messen.

Die Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 , 12 und 13 werden insbesondere dann ein Steuersignal, vorzugsweise über den Kommunikationsbus 9, an die Ansteuer- elektronik 15 senden, wenn ein Fahrer eine der Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 ,

12 und 13 aktiviert. Beispielsweise stellt der Fahrer eine maximale Wischerfrequenz der Wischeinrichtung 10 ein. Die Wischeinrichtung 10 sendet ein Steuersignal an die Ansteuerelektronik 15, worauf die Ansteuerelektronik 15 den Lüftermotor 14 ausstellt. Der Lüfter 1 wird dann nur noch vom Fahrtwind angetrie- ben, so dass die reale Luftanströmung berechnet werden kann. Dieser Wert wird der Wischeinrichtung 10 zur Verfügung gestellt, worauf die Wischeinrichtung 10 einen den Umweltbedingungen angepassten maximalen Wischerfrequenzwert einstellt. Dieser maximale Wischerfrequenzwert kann von einem anderen maximalen Wischerfrequenzwert abweichen, wenn sich beispielsweise die jeweiligen Umweltbedingungen unterscheiden. Analog wird auch die Aerodynamikeinrichtung 12 ein Steuersignal an die Ansteuerelektronik 15 senden, wenn der Fahrer beispielsweise den Federgrad erhöhen will, um besonders sportlich fahren zu können. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Wischeinrichtung 10 in Abhängigkeit von der Luftanströmung eine Kraft für die Abwärtsbewegung des Wischers erhöhen, wobei insbesonder auch mehrere Wischer vorgesehen sein können. In einem weiteren nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Aerodynamikeinrichtung 12 in Abhängigkeit von der Luftanströmung einen Spoiler, vorzugsweise einen aktiven Spoiler, einstellen. Es kann gemäß einem anderen nicht gezeigten Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen sein, dass die Zeitgebereinrichtung 16 den Fahrzeugkompo- nenten 10, 1 1 , 12 und 13 signalisiert, dass ein vorbestimmter Zeitwert verstrichen ist, worauf die Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 , 12 und 13 ein Steuersignal an die Ansteuerelektronik 15 senden. Diese wird den Lüftermotor 14 ausstellen, woraufhin die reale Luftanstromung berechnet wird, welche den Fahrzeugkomponenten 10, 1 1 , 12 und 13 dann zur Verfügung gestellt wird. Insbesondere wenn eine thermische Regelung des Fahrzeugantriebs mittels der thermischen Regelungseinrichtung 1 1 unabhängig von einem Fahrer abläuft, wird dadurch ermöglicht, dass die thermische Regelungseinrichtung 1 1 über die reale Luftanstromung regelmäßig informiert wird, um entsprechend die Kühlleistung anzupassen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Anordnung einer weiteren Vorrichtung zur Messung einer Luftanstromung mit mehreren Fahrzeugkomponenten. Gleiche Elemente werden mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Messeinrichtung 4 bzw. die Drehzahlmesseinrichtung und die Kommunikationseinrichtung 7 in der Ansteuerelektronik 15 angeordnet. Die Messeinrichtung 4 umfasst Hallsensoren 5 (nicht gezeigt), kann alternativ aber auch eine Spannungsmesseinrichtung 6 (nicht gezeigt) umfassen. Die Ansteuerelektronik 15 steuert den Lüftermotor 14 an, welcher den Lüfter 1 antreibt. Im Gegensatz zum dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst das in Fig. 2 gezeigte Ausführungsbeispiel keine Zeitgebereinrichtung 16. Eine solche ist nur eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Luftanstromung kontinuierlich gemessen wird.