Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs, entsprechendes Klimatisierungssystem und Fahrzeug mit Klimatisierungssystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimatisierung eines Fahrzeugs, insbesondere eines Schienenfahrzeugs, während der Fahrt entlang einer Fahrstrecke, wobei die Temperatur im In- nenraum des Fahrzeugs gemäß einer Temperaturvorgabe gesteuert und/oder geregelt wird, die eine Vorgabe eines Temperaturbe ^¬ reichs ist.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Klimatisierungssystem für ein Fahrzeug, insbesondere Schienenfahrzeug, mit mindes ^¬ tens einem Heiz- und/oder mindestens einem Kühlaggregat und einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung zur Steuerung

und/oder Regelung einer Temperatur im Innenraum des Fahrzeugs gemäß einer als Temperaturbereich vorgegebenen Temperaturvor- gäbe. Die Erfindung betrifft schließlich noch ein entsprechendes Fahrzeug mit einem solchen Klimatisierungssystem.

Für das Klimatisierungssystem eines Fahrzeugs stellt ein Streckenabschnitt, der gegenüber dem zuvor durchfahrenen Streckenabschnitt eine größere Änderung der Wetterdaten, zum Beispiel die Daten des Luftdrucks, der Luftfeuchtigkeit und insbesondere der Lufttemperatur aufweist, eine große Belas ^¬ tung dar. Das Klimatisierungssystem muss nach Erkennen der stetig ansteigenden Regelabweichung zwischen den entsprechen- den Istwerten und Sollvorgaben die Kühl- beziehungsweise Heizaggregate mit hoher Leistung betreiben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, ein Klimatisierungssystem und ein Fahrzeug anzugeben, bei denen das Klimatisierungssystem, insbesondere ein Kühlaggregat die ^¬ ses Systems, nicht so stark belastet wird. Die Lösung der Aufgabe erfolgt bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 1, bezüglich des Klimatisierungs ^¬ systems durch die Merkmale des Anspruchs 10 und bezüglich des Fahrzeugs durch die Merkmale des Anspruchs 11. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass zu mindestens einer Streckenposition der Fahrstrecke eine Angabe vorliegt oder bereit gestellt wird, die auf eine Änderung von Wetterdaten auf einem sich an diese Streckenposition anschließenden Streckenabschnitt schließen lässt. Weiterhin ist vorgesehen, dass die jeweils aktuelle Position des Fahrzeugs während der Fahrt permanent oder in Intervallen bestimmt wird. Schließlich ist vorgesehen, dass eine Steuerung

und/oder Regelung der Temperatur Ti im Innenraum des Fahrzeugs innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs weiterhin auch in Abhängigkeit einer mittels der so bestimmten aktuel ^¬ len Position ermittelt Zeit ΔΤ bis zu dem voraussichtlichen Erreichen der entsprechenden Streckenposition erfolgt.

Mit dem Wissen um eine (zumindest sehr wahrscheinliche) Ände ^¬ rung der Wetterdaten an einer Streckenposition, die auf der Fahrt entlang der Fahrstrecke aktuell noch gar nicht erreicht ist, kann die Steuerung und/oder Regelung der Temperatur auf ein erst zukünftig eintretendes Ereignis bereits im Vorhinein reagieren. Die Grenzen dieser Reaktion „im Vorhinein" sind von der ( Soll- ) Vorgabe des Temperaturbereichs vorgegeben, der durch die Steuerung und/oder Regelung erreicht beziehungsweise gehalten werden soll. Die Vorlaufzeit dieser Reaktion „im Vorhinein" kann über die während der Fahrt permanent oder in Intervallen bestimmte aktuelle Position des Fahrzeugs, deren Änderung und den Abstand zu der entsprechenden Streckenposition bestimmt werden. Unter Wetterdaten einer Streckenposition oder eines Streckenabschnitts sind im Zusammenhang mit der Erfindung die Daten des Luftdrucks, der Luftfeuchtigkeit und insbesondere der Lufttemperatur im Bereich dieser Position oder dieses Abschnitts zu verstehen.

Insbesondere ist vorgesehen, dass die Angabe eine Angabe über zumindest eine Änderung von topographischen Gegebenheiten an der Streckenposition ist.

Unter Topographie ist allgemein die Beschreibung der Erdoberfläche und der mit ihr fest verbundenen natürlichen und künstlichen Objekte zu verstehen. Die größte Bedeutung haben das Gelände (Relief) , die Gewässer, Bewuchs beziehungsweise Bodennutzung (als natürliche Objekte) und die Bauwerke (als künstliche Objekte). Unter den topographischen Gegebenheiten einer Streckenposition, die auf eine Änderung von Wetterdaten auf den sich an diese Streckenposition anschließenden Streckenabschnitt schließen lassen, sind zum Beispiel natürliche oder künstliche Wetterscheiden, Grenzen und Eingänge von Bauwerken, etc. zu verstehen, die an dieser Streckenposition liegen .

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Angabe eine Angabe über eine Tunnelein ^¬ fahrt oder eine Tunnelausfahrt ist. Die Angabe über eine Tun ^¬ neleinfahrt oder eine Tunnelausfahrt ist im einfachsten Fall eine Angabe, dass sich an dieser Streckenposition eine Tunneleinfahrt oder eine Tunnelausfahrt befindet. Die Angabe über die Tunneleinfahrt ist wegen des Ansteigens der Lufttem ^¬ peratur in dem sich anschließenden Streckenabschnitt im Tunnel die deutlich wichtigere topographischen Gegebenheiten als die Angabe über den Tunnelausgang, weil zur Absenkung der Temperatur im Innenraum des Fahrzeugs ein Kühlaggregat ge ^¬ nutzt werden muss, das zur Inbetriebnahme einen deutlich län ^¬ geren Vorlauf braucht als ein Heizaggregat. Die Angabe über eine Tunneleinfahrt oder eine Tunnelausfahrt ist im übrigen auch eine Angabe über die zumindest eine Änderung von topo ^¬ graphischen Gegebenheiten. Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die aktuelle Position mit ^¬ tels eines Navigationssattelitensystems zur Positionsbestim ^¬ mung bestimmt wird. Das wohl bekannteste Navigationssatteli ^¬ tensystems zur Positionsbestimmung ist das GPS-System (GPS: Global Positioning System) .

Alternativ kann die Positionsbestimmung der aktuellen Position auch mittels Streckensignal (Balise (n) oder Funksignal) an mindestens einem festen Streckenpunkt vor der Streckenpositi- on (z.B. der Tunneleinfahrt) erfolgen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, die Zeit ΔΤ bis zu dem voraussichtlichen Erreichen der entsprechenden Streckenposition mittels (i) der permanent oder in Intervallen bestimmten aktuellen Positionen des Fahrzeugs und der diesen Positionen zugeordneten Zeitpunkte und/oder (ii) der permanent oder in Intervallen be ^¬ stimmten aktuellen Position und der an dieser Position bestimmten Geschwindigkeit des Fahrzeugs zu bestimmen. Derarti- ge Arten der Bestimmung einer voraussichtlichen Ankunftszeit sind im Zusammenhang mit Navigationssattelitensystemen zum Beispiel aus GPS-Geräten für Kraftfahrzeuge bekannt.

Mit Vorteil ist vorgesehen, dass die lokale Änderung der Wet- terdaten zumindest eine Temperaturänderung beinhaltet.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird die Temperatur im Innenraum des Fahrzeugs vor Erreichen einer Streckenposition, bei der die Angabe über die Änderung der topographischen Gegebenheiten auf eine Erhöhung der Temperatur auf einem sich an diese Streckenposition anschließenden Streckenabschnitt schließen lässt, innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs abgesenkt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die Klimatisierung des Fahrzeugs mittels mindestens eines Klimatisierungssystems mit mindestens einer Kälteein- richtung (einem Kühlaggregat) und/oder mindestens einer Heizeinrichtung (einem Heizaggregat) .

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass das mindestens eine Kühlaggregat vor Erreichen einer Streckenposition, bei der die Angabe über die Änderung der topographischen Gegebenheiten auf eine Erhöhung der Temperatur auf einem sich an diese Streckenposition anschließenden Streckenabschnitt schließen lässt, eingeschaltet wird.

Das erfindungsgemäße Klimatisierungssystem umfasst weiterhin eine Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Position des Fahrzeugs, und eine Vorrichtung zum Empfangen und/oder Speichern von vorliegenden oder bereit gestellten Angaben über Änderungen von topographischen Gegebenheiten mindestens einer Streckenposition der Fahrstrecke. Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung ist eingerichtet, die Steuerung und/oder Regelung der Temperatur im Innenraum des Fahrzeugs innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs weiterhin auch in Abhängig- keit einer mittels der so bestimmten aktuellen Position ermittelt Zeit ΔΤ bis zu dem voraussichtlichen Erreichen der entsprechenden Streckenposition vorzunehmen.

Die Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Position des Fahrzeugs ist insbesondere eine Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Position des Fahrzeugs mittels eines Navigati- onssattelitensystems .

Die Erfindung betrifft schließlich noch ein Fahrzeug, insbe- sondere ein Schienenfahrzeug, mit einem Klimatisierungssys ^¬ tem, das als vorstehend genanntes Klimatisierungssystem aus ^¬ gebildet ist.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Figur 1 einen Ausschnitt aus einer Fahrstrecke eines Schie ^¬ nenfahrzeugs, einen entsprechenden Temperaturver- lauf entlang der Strecke und ein resultierender Temperaturverlauf im Inneren des Fahrzeugs und

Figur 2 ein entsprechendes Klimatisierungssystem des Fahr- zeugs .

Die Fig. 1 zeigt ein als Schienenfahrzeug ausgebildetes Fahr ^¬ zeug 10 auf einer Fahrstrecke 12 in einer Momentaufnahme. Das Fahrzeug 10 befindet sich zu diesem Zeitpunkt in seiner aktu ^¬ ellen Position 14 auf der Fahrstrecke 12. Diese Position des Fahrzeugs 10 wird während der Fahrt in Intervallen bestimmt und liegt einem in Fig. 2 gezeigten Klimatisierungssystem 16 des Fahrzeugs 10 vor. Ein Streckenabschnitt 18 der vom Fahr- zeug 10 noch zu durchfahrenden Strecke 12 liegt in einem Tunnel 20. Die Wetterverhältnisse in diesem Tunnel 20 sind deut ^¬ lich abweichend zu denen auf den Streckenabschnitten 22, 24 außerhalb des Tunnels 20 (vor und nach dem Tunnel) . Das erste Diagramm unterhalb der dargestellten Fahrstrecke zeigt den Verlauf 26 der Umgebungstemperatur T entlang des Wegs s der Fahrstrecke 12. In den Streckenabschnitten 22, 24 vor und nach dem Tunnel 12 ist die Umgebungstemperatur T deutlich geringer als in dem Streckenabschnitt 18, der im Tunnel 20 liegt. Bei der Streckenpositionen 28 zwischen dem letzten Streckenabschnitt 22 vor dem Tunnel 20 und dem Stre ^¬ ckenabschnitt 18 in dem Tunnel und bei der Streckenpositionen 30 zwischen dem Streckenabschnitt 18 in dem Tunnel 20 und dem ersten Streckenabschnitt 24 nach dem Tunnel 20 sind jeweils große Änderungen der Wetterdaten, insbesondere eine rasche

Änderung der Temperatur T der Umgebungsluft (ein hoher Temperaturgradient) , zu verzeichnen.

Die Streckenposition 28 zwischen dem letzten Streckenab- schnitt 22 vor dem Tunnel 20 und dem Streckenabschnitt 18 in dem Tunnel 20 ist die Tunneleinfahrt in den Tunnel 20 und die Streckenposition 30 zwischen dem Streckenabschnitt 18 in dem Tunnel 20 und dem ersten Streckenabschnitt 24 nach dem Tunnel 20 ist die Tunnelausfahrt aus den Tunnel 20.

Das zweite Diagramm unterhalb der dargestellten Fahrstrecke der Fig. 1 zeigt die als ( Soll- ) Vorgabe des Temperaturbe ^¬ reichs 32 ausgebildete Temperaturvorgabe für die Temperatur Ti im Innenraum. Der Temperaturbereich 32 ist hier als konstanter Temperaturbereich 32 gezeigt, der sich aus einem Temperatur-Vorgabemittelwert 34 und einem Toleranzband 36 um diesen Vorgabemittelwert 34 herum ergibt. Der Graph 38 zeigt den tatsächlichen Temperaturverlauf im Innenraum des Fahrzeugs 10, wie er sich durch die Steuerung und/oder Regelung ergibt . Die Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein Klimatisierungssystem für als Schienenfahrzeug ausgebildetes Fahrzeug 10. Das Klimatisierungssystem 16 weist Kühlaggregate 40 (von denen hier exemplarisch nur eines gezeigt ist) , Heizaggregate 42 (von denen hier exemplarisch nur eines gezeigt ist) und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 zur Steuerung und/oder Regelung der Temperatur Ti im Innenraum des Fahrzeugs 10 gemäß der als Temperaturbereich 32 vorgegebenen Temperaturvorgabe auf. Mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 kann die Temperatur Ti im Innenraum der Fahrzeugs 10 -wie üblich durch Vergleich der aktuellen Temperaturvorgabe mit einem aktuellen Temperatur-Istwert geregelt werden. Ist die aktuelle Temperatur Ti im Innenraum (Ist-Wert) nied ^¬ riger als die entsprechende Sollvorgabe, so wird das Heizag ^¬ gregat 42 den Innenraum aufheizen. Ist die aktuelle Tempera- tur im Innenraum (Ist-Wert) höher als die entsprechende Soll ^¬ vorgabe, so wird das Kühlaggregat 40 den Innenraum kühlen.

Neben dieser üblichen Regelung, bei der das Klimatisierungssystem 16 den Vergleich der aktuellen Ist-Werte mit der Soll- vorgäbe und eingehen lässt, kann das Klimatisierungssystem 46 nunmehr auch auf gewisse zukünftige Ereignisse eingehen, die im weiteren Verlauf der Fahrt auf der Fahrstrecke 12 auftre ^¬ ten werden. Diese sind die Änderungen von Wetterdaten in Streckenabschnitten 18, 24, die das Fahrzeug 10 im Verlauf seiner Fahrt erst noch durchfahren wird.

Zu diesem Zweck weist das Klimatisierungssystem 16 weiterhin eine Vorrichtung 46 zum Empfangen und/oder Speichern von vorliegenden oder bereit gestellten Angaben über Änderungen von topographischen Gegebenheiten mindestens einer Streckenposition 28, 30 der Fahrstrecke 12 auf. Diese Vorrichtung 46 kann zum Beispiel ein Speicher sein, in dem die Daten der Fahr- strecke 12 und die der darin enthaltene Streckenpositionen 28, 30 der Fahrstrecke 12 abgespeichert sind. Diese Daten enthalten eine derartige Angabe über Änderungen von topogra ^¬ phischen Gegebenheiten dieser Streckenpositionen 28, 30, die es ermöglichen, insbesondere dem Klimatisierungssystem ermög- liehen, auf eine Änderung von Wetterdaten auf einem sich an diese Streckenposition 28, 30 anschließenden Streckenabschnitt 18, 24 zu schließen.

Das Klimatisierungssystem 16 weist weiterhin eine Einrichtung 48 zur Bestimmung der aktuellen Position 14 des Fahrzeugs 10 auf. Diese Einrichtung 46 ist insbesondere eine Einrichtung zur Bestimmung der aktuellen Position des Fahrzeugs 10 mittels eines Navigationssattelitensystems , also zum Beispiel ein GPS-Gerät wie man es aus Kraftfahrzeugen wie PKW oder LKW kennt.

Die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 ist weiterhin so eingerichtet, dass die Steuerung und/oder Regelung der Temperatur Ti im Innenraum des Fahrzeugs innerhalb des vorgegebe- nen Temperaturbereichs 32 (neben der üblichen Steuerung und/oder Regelung) weiterhin auch in Abhängigkeit der so bestimmten aktuellen Position 14 ermittelt Zeit At bis zu dem voraussichtlichen Erreichen der entsprechenden Streckenposition 28, 30 und der Änderung der Wetterdaten auf die aufgrund besagter Angabe schließbar ist, vorgenommen werden kann. Dazu ist die Steuer- und/oder Regeleinrichtung 44 signaltechnisch mit der Vorrichtung 46, der Einrichtung 48 und den Heiz- und Kühlaggregaten 40, 42 signaltechnisch verbunden. Es ergibt sich folgende Funktion: Die aktuelle Position 14 des Fahrzeugs 10 wird in Intervallen, insbesondere perio ^¬ disch, mittels der Einrichtung 48 zur Bestimmung der aktuellen Position des Fahrzeugs 10 mittels des Navigationssatteli- tensystems zur Positionsbestimmung bestimmt. Aus der Vorrich- tung 46 zum Empfangen und/oder Speichern von vorliegenden oder bereit gestellten Angaben über Änderungen von topographischen Gegebenheiten mindestens einer Streckenposition 28, 30 der Fahrstrecke 12 wird das Datenpaar oder die Datenpaare aus Streckenposition 28, 30 und entsprechender Angabe ausge- lesen. Anschließend wird die Zeit At bis zu dem voraussicht ^¬ lichen Erreichen der entsprechenden Streckenposition 28, 30 mittels der in Intervallen bestimmten aktuellen Positionen 14 und der diesen Positionen zugeordneten Zeitpunkte und/oder in Intervallen bestimmten aktuellen Position 14 und der an die- ser Position bestimmten Geschwindigkeit v des Fahrzeugs 10 bestimmt. Schließlich erfolgt die Steuerung und/oder Regelung der Temperatur Ti im Innenraum des Fahrzeugs 10 innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs 32 (neben dem Vergleich von Istwert und Sollvorgabe der Innentemperatur Ti) weiterhin auch in Abhängigkeit der ermittelt Zeit At bis zu dem voraus ^¬ sichtlichen Erreichen der entsprechenden Streckenposition 28, 30 und der Änderung der Wetterdaten, auf die aufgrund besagter Angabe schließbar ist. Für das Klimatisierungssystem 16 eines Fahrzeugs 10, insbe ^¬ sondere eines Schienenfahrzeugs, stellt die Tunnelfahrt eine große Belastung dar. Bei einer Tunnelfahrt kann es innerhalb kurzer Zeit zu großen Änderungen der Umgebungstemperatur und der relativen Luftfeuchte der Umgebungsluft, also der Wetter- daten, kommen. Dabei fährt das Schienenfahrzeug im Freien bei kalten und trockenen Umgebungsbedingungen in einen warmen und feuchten Tunnel 20 ein. Die Aufgabe des Klimatisierungssystems 16 ist es für alle Randbedingungen den Komfort der Fahrgäste im Innenraum zu gewährleisten. Bei einer Tunnelfahrt des Fahrzeuges 10 kann es innerhalb kürzester Zeit zu einer Änderung der Heizanforde- rung bei der Fahrt im Freien zu einer Kühlanforderung bei der Fahrt im Tunnel 20 kommen. Die Freigabe des Kühlaggregats 40 und des entsprechenden Kältekreises und dabei insbesondere die Funktion des Verdichters und des Kondensatorlüfters kön ^¬ nen nach einer Fahrt im Freien bei kalten und trockenen Wet- terbedingungen problematisch sein. Im Verdichter hat sich Kältemittel in das Kältemittelöl gelöst, was beim Anlaufen des Kompressors zu Flüssigkeitsschlägen führt. Eis und

Schneeansammlung im Bereich des Kondensatorlüfters kann zu Problemen bei der Funktion des Kondensatorlüfters führen.

Diese Effekte können im schlimmsten Fall dafür sorgen, dass die genannten Komponenten der Kälteanlage beschädigt werden und in einer kollektiven Wartungsmaßnahme getauscht werden müssen .

Diese Gefahr wird durch die Berücksichtigung der Zeit bis zu dem voraussichtlichen Erreichen der entsprechenden Streckenposition 28, 30 und der Angabe bezüglich der Änderung der Wetterdaten an dieser Streckenposition 28, 30 deutlich gemin- dert.

In einem Zeitraum vor der Einfahrt in den Tunnel 20 wird die Temperatur Ti des Innenraums innerhalb des (zum Beispiel von der gültigen Norm oder dem Kundenlastenheft) vorgeschriebenen Toleranzbandes 36 gesenkt (Diagramm ganz unten in Fig. 1) .

Dadurch wird die Kälteanforderung bei der Tunnelfahrt zu ei ^¬ nem späteren Zeitpunkt verschoben und die Belastung für die Komponenten des Kühlaggregats 40 ist niedriger.

Gleichzeitig ist der Komfort für die Fahrgäste während eines größeren Zeitraums während der Tunnelfahrt gegeben, ohne das die Kälteanlage (das Kühlaggregat 40) eingeschaltet werden muss .