Nutzerzentrierter Ansatz zur Klimatisierung von Fahrzeuginnenräumen

Autor*in:

Thomas Hirn

Seitenzahl:

207

DOI:

https://doi.org/10.18154/RWTH-2025-06917

Keywords:

Klimatisierung, Fahrzeuginnenraum

Jahr:

2025

Sprache:

Deutsch

Format:

digital

Gegenwärtig lassen sich bei Fahrzeugen und insbesondere Personenkraftwagen (Pkw) zwei große technische Umbrüche erkennen. Erstens kommen alternative Antriebe verbreitet zum Einsatz. Dies verändert das Energie- und besonders das Wärmeangebot im Fahrzeug. Zweitens werden große Fortschritte im automatisierten Fahren erzielt, sodass perspektivisch gänzlich neue Fahrzeugkonzepte möglich werden. Die bisherige Umsetzung der Fahrzeugklimatisierung ist mit diesen beiden Entwicklungen zunehmend inkompatibel.

In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz zur Klimatisierung zukünftiger Fahrzeuginnenräume, und insbesondere Pkw-Innenräume, erarbeitet. Dazu wird ein iterativer, nutzerzentrierter Entwicklungszyklus mit fünf methodischen Schritten vorgestellt, welcher die Klimatisierungsentwicklung an den Fahrzeugnutzern und ihren Bedürfnissen ausrichtet. Erstens werden zukünftige Nutzer der Fahrzeugklimatisierung identifiziert. Zweitens werden im Nutzerkontext konkrete Nutzer mit ihren Zielen, Aufgaben und klimatisierungsspezifischen Anforderungen beschrieben. Drittens setzt sich die Nutzungsanalyse intensiv mit der Beziehung Mensch - Fahrzeug - Umwelt auseinander und analysiert die sich daraus ergebenden Klimatisierungsbedürfnisse unter Berücksichtigung der fahrzeugseitigen Ressourcen. Mit diesen Ergebnissen erfolgt viertens die technische Gestaltung der Klimatisierung. Fünftens wird die erarbeitete Gestaltungslösung anhand der zuvor ermittelten Anforderungen evaluiert.

Die vorgeschlagene Methode wird beispielhaft für ein Forschungsfahrzeug und vier repräsentative Nutzer angewandt. Als Gestaltungsvorschlag wird eine körpernahe Klimatisierungslösung erarbeitet, die unter anderem konvektiv gekühlte und geheizte Sitzflächen, einen luftdurchströmten Sicherheitsgurt sowie Strahlungsheizflächen im Fußraum vorsieht. Zur Erfüllung der lokalen Klimatisierungsanforderungen werden dezentrale Klimamodule auf Basis thermoelektrischer Wärmepumpen vorgeschlagen und ausgelegt. Diese Gestaltungslösung stellt eine mögliche Ausprägung zukünftiger Fahrzeugklimatisierungen dar und wird für die weitere Untersuchung prototypisch umgesetzt.

Die erarbeitete nutzernahe Klimatisierungslösung wird anhand von neun identifizierten Anforderungskategorien (thermischer Komfort, Sicherheit, Kosten, Luftqualität, Akustik, Nutzerinteraktion, Umweltfreundlichkeit, Fahrzeugintegration, Energie) bewertet. Hier übertrifft die neue Gestaltungslösung bereits in einer prototypischen Umsetzung den Stand der Technik. Dabei ist besonders der energetische Aspekt hervorzuheben: In den untersuchten Fällen wird der elektrische Energiebedarf mit der neuen Klimatisierungslösung um 58 % bis über 90 % verringert. Auch in weiteren funktionalen Anforderungskategorien, unter anderem Luftqualität, Akustik und Interaktion, bietet das neue Klimatisierungssystem Vorteile. Das verbleibende Kostenoptimierungspotenzial sowie zu erwartende physikalische Fortschritte im Gebiet der Thermoelektrik machen die neue Gestaltungslösung perspektivisch erfolgversprechend. Im Ergebnis trägt diese Arbeit dazu bei, nutzergerechte und für zukünftige Fahrzeugkonzepte geeignete Klimatisierungslösungen anbieten zu können.