AT394162B

AT394162B - TEMPERATURE CONTROL METHOD FOR AN AIR CONDITIONING AND / OR HEATING SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES

Info

Publication number: AT394162B
Application number: AT228989A
Authority: AT
Inventors: Hans-Volker Dipl Ing Fritzsche
Original assignee: Uher Ag
Priority date: 1989-10-03
Filing date: 1989-10-03
Publication date: 1992-02-10
Also published as: DE4031050A1; ATA228989A

Description

AT 394 162 BAT 394 162 B

Temperaturregelungsverfahren für eine Klima- und/oder Heizanlage für KraftfahrzeugeTemperature control method for an air conditioning and / or heating system for motor vehicles

Die Erfindung betrifft ein Temperaturregelungsverfahren für eine Klima- und/oder Heizanlage eines Kraftfahrzeuges, bei dem in der Luftführung eine mittels eines Stellmotors betätigbare Umluftklappe zur Dosierung des Verhältnisses Frischluft zu Umwälzluft (Luft aus dem Fahrzeuginnenraum) angeordnet ist.The invention relates to a temperature control method for an air conditioning and / or heating system of a motor vehicle, in which a recirculating air flap which can be actuated by means of a servomotor is arranged in the air duct for metering the ratio of fresh air to circulating air (air from the vehicle interior).

Bei großem Heizbedarf durch die Scheiben des Kraftfahrzeuges kann es zu einem Zustand des Energiemangels im Heizsystem kommen. Dies ist besonders bei kaltem Motor und bei sehr energiesparendem Fahren bei tiefen Außentemperaturen und starkem Wind der Fall. Es ist derzeit bekannt, in diesen Fällen die Umluftklappe auf die Position Umluft zu schalten. Damit verringert sich schlagartig der Wärmebedarf des Systems. Zusätzlich steigt die Luftfeuchtigkeit durch die Feuchteabgabe der Insassen. Pro Person wird ca. 35 - 160 g/h abgegeben. Dies kann zu einem Beschlagen der Scheiben führen, da der Taupunkt der Innenluft an den kalten Scheiben leicht unterschritten wird.If the windows of the motor vehicle require large amounts of heating, there may be a state of energy deficiency in the heating system. This is particularly the case with a cold engine and very energy-saving driving with low outside temperatures and strong winds. It is currently known to switch the air recirculation flap to the air recirculation position in these cases. This suddenly reduces the system's heat requirements. In addition, the air humidity rises due to the moisture released by the occupants. Approx. 35 - 160 g / h is given per person. This can lead to fogging of the panes, as the dew point of the indoor air on the cold panes is slightly below.

Bei einem Umschalten der Umluftklappe von Frischluft auf Umluft wird nicht nur ein Störimpuls auf die Regelstrecke gegeben, sondern das System ändert seine Parameter. Damit werden andere Kenngrößen des Reglers nötig. Bei einem Umschalten von Umluft auf Frischluft kann der Regler im Normalfall nicht schnell genug nachsteuem. Dadurch kommt es kurzzeitig zu einem Einblasen von kalter Außenluft in den Innenraum.When the air recirculation flap is switched from fresh air to air recirculation, not only is there an interference pulse on the controlled system, but the system changes its parameters. This means that other parameters of the controller are necessary. When switching from recirculated air to fresh air, the controller cannot normally readjust quickly enough. This causes cold outside air to be blown into the interior for a short time.

Ein ähnliches Verhalten zeigt sich im Kühlbetrieb. Falls die Kühlleistung nicht ausreicht wird auf Umluft geschaltet. Damit verändern sich wie beim Heizbetrieb die Parameter der Strecke. Beim Kühlbetrieb kommt als weitere Erschwernis hinzu, daß das Kühlaggregat taktet. Dies kann man als Rechteckfunktion betrachten, die regelungstechnisch zusätzlich eine Störung bedeutet.A similar behavior can be seen in cooling mode. If the cooling capacity is not sufficient, the system switches to recirculated air. As in heating mode, this changes the parameters of the route. In cooling mode, another complication is that the cooling unit is clocked. This can be seen as a rectangular function, which also means a malfunction in terms of control technology.

Ein angenehmeres Verhalten des Klimasystems wird im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen durch das erfindungsgemäße Temperaturregelungssystem dadurch erreicht, daß die Umluftklappe mit einem eigenen Regler kontinuierlich in den Temperaturregelungsprozeß eingreift, wobei der Regler der Umluftklappe wesendich träger als der Temperaturregler zu dimensionieren ist und daß eine übergeordnete Kontrolleinheit in regelmäßigen Zeitabständen überprüft, ob der Temperaturregler noch eine gewisse Reserve in seinem Verstellbereich hat, und falls dies der Fall ist, den Umluftanteil um einen gewissen Anteil reduziert, sodaß ein Vorrang des Frischluftanteils gegenüber dem Umluftanteil besteht.In contrast to the known devices, a more pleasant behavior of the air conditioning system is achieved by the temperature control system according to the invention in that the air recirculation flap intervenes continuously in the temperature control process with its own controller, the controller of the air recirculation flap being essentially slower than the temperature controller and in that a higher-level control unit Checks at regular intervals whether the temperature controller still has a certain reserve in its adjustment range and, if this is the case, reduces the proportion of recirculated air by a certain proportion, so that the proportion of fresh air prevails over the proportion of recirculated air.

Damit wird erzielt, daß die Strecke als System ihre Parameter nicht mehr sprungförmig, sondern konünuier-lich ändert. Falls die Parameter der Umluftklappensteuerung langsam einwirken, kann sich der Temperaturregler auf den neuen Zustand leichter einstellen. Es kommt zu keinen Sprüngen der Temperatur des Einblaskanals. Dabei ist das Zeitverhalten der Umluftklappenregelung wesentlich träger zu bemessen als das des Temperaturreglers.It is thus achieved that the system as a system no longer changes its parameters in a jump-like manner but in a continuous manner. If the parameters of the recirculation damper control act slowly, the temperature controller can adjust to the new state more easily. There are no jumps in the temperature of the injection duct. The time behavior of the recirculation damper control is to be dimensioned much slower than that of the temperature controller.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bekommt der Regler der Umluftklappe nach Ablauf einer von der Temperaturregelabweichung abhängigen Zeitspanne nach Beginn des Belüftungsvorganges einen Verstellbe-reich so zugewiesen, daß die Umluftmenge einen von der jeweiligen Belüftungsfördermenge abhängigen Maximalwert nicht überschreitet und die Grenzkennlinien bei Kühlkompressorbetrieb in Richtung früheren Eingreifzeitpunkt und größeren Umluftanteil verschoben sind. Dadurch wird dem Regler Zeit zur Erreichung des Sollwertes gegeben. Bei einer langsamen Änderung der Umluftklappe steigt die Feuchtigkeit des Innenraumes nicht so schnell an. Die Scheiben sind sofort nach dem Start auf Außentemperatur. Dadurch würde auch durch geringfügige Zugabe von Feuchtigkeit durch Personen und Kleidung der Taupunkt der Innenraumluft sofort unterschritten. Bei leichter Anhebung der Scheibeninnentemperatur kann etwas Feuchtigkeit im Innemaum vorhanden sein. Damit wird die Zeit nach dem Starten des Systems ein weiteres Kriterium für den Umluftbetrieb. Die Luft-geschwindigkeit ergibt die Luftmenge, die in den Innenraum gelangt Bei größeren Luftmengen kann der Umluftanteil größer sein, da die Feuchteabgabe der Personen mit mehr Frischluft gemischt wird. Dadurch ist die relative Feuchte kleiner als bei kleiner LuftgeschwindigkeitAccording to a further feature of the invention, the controller of the air recirculation flap is assigned an adjustment range after a period of time which is dependent on the temperature control deviation after the start of the ventilation process in such a way that the air recirculation amount does not exceed a maximum value dependent on the respective ventilation flow rate and the limit characteristic curves in cooling compressor operation in the direction of earlier ones The time of intervention and the greater proportion of recirculated air are shifted. This gives the controller time to reach the setpoint. With a slow change in the air recirculation flap, the humidity of the interior does not rise as quickly. The disks are at outside temperature immediately after starting. As a result, the dew point of the indoor air would immediately drop below, even if people and clothing added a little moisture. If the inside temperature of the window is raised slightly, there may be some moisture in the interior. This means that the time after the system is started is another criterion for recirculation mode. The air speed determines the amount of air that gets into the interior. With larger amounts of air, the proportion of recirculated air can be greater, since the moisture emission of the people is mixed with more fresh air. As a result, the relative humidity is lower than at low air speeds

Es ist zweckmäßig, daß mit manueller Einstellung die Automatik überschrieben werden kann, und daß der Schließbefehl schnell ausgeführt werden kann. Dies ist oft nötig, um Schadstoffe der Umgebung vom Fahrgastraum femzuhalten.It is advisable that the automatic can be overwritten with manual setting and that the closing command can be executed quickly. This is often necessary to keep pollutants in the area away from the passenger compartment.

Weiters ist es zweckmäßig, daß ein Fehlerfall des Prozessors von einer Überwachungseinrichtung erkannt wird, und in diesem Fall auf Position Frischluft geschaltet wird, und daß die Ansteuerung der Frischluftposition im Prozessorfehlerfall dadurch erreicht wird, daß die normale Ansteuerung abgeschaltet wird und eine zusätzliche Ansteuerung für den Motor eingeschaltet wird. Dies ist nötig, um ein Beschlagen der Scheiben im Fehlerfall zu vermeiden.Furthermore, it is expedient that a fault in the processor is detected by a monitoring device, and in this case is switched to the fresh air position, and that the control of the fresh air position in the event of a processor fault is achieved in that the normal control is switched off and an additional control for the Engine is switched on. This is necessary to prevent the windows from fogging up in the event of a fault.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Regelkonstanten des Temperaturreglers eine vorgeb-bare zusätzliche Abhängigkeit von der jeweiligen Einstellung der Luftverteilungsvorrichtung und der Umluftklappe auf.According to a further feature of the invention, the control constants of the temperature controller have a predeterminable additional dependency on the respective setting of the air distribution device and the air recirculation flap.

Denn ganz maßgeblich hängen die Zeitkonstanten der Übertragungsfunktion davon ab, ob der Temperaturfühler vom Luftstrom direkt getroffen wird und damit den Temperatuiänderungen der einströmenden Luft direkt ausgesetzt ist, oder ob der Temperaturfühler abseits vom Luftstrom liegt und demgemäß die Änderung der Temperatur erst nach langer Durchmischungszeit der Luft wahmimmtBecause the time constants of the transfer function depend to a large extent on whether the temperature sensor is directly hit by the air flow and is therefore directly exposed to the temperature changes of the incoming air, or whether the temperature sensor is located away from the air flow and accordingly the change in temperature only after a long mixing time of the air wakes up

Bei einem kontinuierlichen Ändern zwischen Frischluft und Umluft sind die Verstärkungsfaktoren der Hauptregler kontinuierlich zu ändern. Somit wird das Zeitverhalten der Regler an die neuen Streckenzustände angepaßt.With a continuous change between fresh air and recirculated air, the gain factors of the main controller must be changed continuously. The timing behavior of the controller is thus adapted to the new track conditions.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: -2-The invention is explained in more detail using an exemplary embodiment with drawings. It shows: -2-

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Fig. 1 die realisierte Schaltung mit AktuatorenFig. 1 shows the circuit implemented with actuators

Fig. 2 das Gesamtsystem nach regelungstechnischen GesichtspunktenFig. 2 shows the overall system from a control engineering point of view

Fig. 3 den Bereich des maximalen UmluftanteilesFig. 3 shows the area of the maximum air circulation

Fig. 4 die Ansteuerelektronik der UmlultklappeFig. 4, the control electronics of the Umlultklappe

Fig. 1 zeigt die realisierte Schaltung mit den Aktuatoren. Die Regelfunktionen werden größtenteils in einem Mikrokontroller realisiert. Hierbei bedeutet: (TE) einen Temperaturfühler der Innenraumtemperatur (TA) einen Temperaturregler Aktuator (z. B. Heizventil) (SM) einen Steuermotor (AU) eine Ansteuerung der Umluftklappe. Sie ist näher in Fig. 4 beschrieben. (TS) eine Tastatur für Sollwerteingabe (VI) einen Verstärker zur Ansteuerung des Aktuators (V 2) einen Verstärker zur Ansteuerung der Luftverteilungseinrichtung (μΡ) einen Mikroprozessor.Fig. 1 shows the circuit implemented with the actuators. The control functions are largely implemented in a microcontroller. Here: (TE) means a temperature sensor of the interior temperature (TA) a temperature controller actuator (e.g. heating valve) (SM) a control motor (AU) a control of the air recirculation flap. It is described in more detail in Fig. 4. (TS) a keyboard for setpoint input (VI) an amplifier to control the actuator (V 2) an amplifier to control the air distribution device (μΡ) a microprocessor.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt das Gesamtsystem der Regeleinrichtung der erfindungsgemäßen Klimaanlage zusammen mit dem Fahrzeuginnenraum (G(s)). Man betrachtet die dynamischen Temperatureigenschaften der zu regelnden Strecke als Übertragungsfunktion. (G(s)) bedeutet die Näherung der zu regelnden Strecke durch eine Übertragungsfunktion in Laplace-Form. (G(s)) stellt in diesem Fall eine Reihenschaltung eines Totzeitgliedes mit einem Verzögerungslied 1. Ordnung dar. Eine Kontrolleinheit (KE) steuert die Zusammenarbeit der beiden Regler. Hierbei bedeutet weiters: (RT) einen Temperaturregler (RU) einen Umluftregler (SU) einen Summierer (TI) die Innentemperatur (TS) die Solltemperatur (8) die Regelungsabweichung (P) den Anteil der Aufgaben, die im Mikroprozessor realisiert sind (D/A) sind zwei Digital/Anatog-Wandlungen (A/D) ist eine Analog/Digitai-WandlungFig. 2 of the drawing shows the overall system of the control device of the air conditioning system according to the invention together with the vehicle interior (G (s)). The dynamic temperature properties of the system to be controlled are viewed as a transfer function. (G (s)) means the approximation of the system to be controlled by a transfer function in Laplace form. In this case, (G (s)) represents a series connection of a dead time element with a delay element of the 1st order. A control unit (KE) controls the cooperation between the two controllers. Furthermore, (RT) means a temperature controller (RU) a recirculating air controller (SU) a totalizer (TI) the inside temperature (TS) the target temperature (8) the control deviation (P) the proportion of tasks that are carried out in the microprocessor (D / A) are two digital / analog conversions (A / D) is one analog / digitai conversion

Fig. 3 zeigt den maximalen Umluftanteil (Vmax) als Funktion der Zuluftmenge. Diese Information ist in der Kontrolleinheit (KE) abgespeichert und wird von dieser überwacht. (Vmax) ist der größte Wert der Umluftmenge, der vom Regler der Umluftklappe (RU) angesteuert werden kann. Die Zeit nach dem Starten der Anlage ist (t). Die Kennlinien (1-3) stellen eine Kurvenschar dar. Sie bilden den Zusammenhang zwischen der Zeit seit dem Start des Systems und der maximalen Umlufitmenge. Der Parameter ist die Regelungsabweichung (ε) in GradC.Fig. 3 shows the maximum amount of recirculated air (Vmax) as a function of the supply air volume. This information is stored in the control unit (KE) and is monitored by it. (Vmax) is the largest value of the recirculated air volume that can be controlled by the recirculation damper (RU) controller. The time after starting the system is (t). The characteristic curves (1-3) represent a family of curves. They form the relationship between the time since the system was started and the maximum circulating air volume. The parameter is the control deviation (ε) in degrees C.

Die Kenngröße (Vmax) ist zur Zuluftmenge proportional. Bei Kühlbetrieb werden die Kennlinien in Richtung größerer Umluftmenge verschöben.The parameter (Vmax) is proportional to the supply air volume. In cooling mode, the characteristic curves are shifted in the direction of a larger amount of circulating air.

Fig. 4 zeigt die Ansteuerung der Umluftklappe. Die Transistoren (Tj-Tg) steuern den Motor (M) im normalen Betriebsfall an. Sie sind als H-Brücke geschaltet. Von (Pinl) und (Pin2) wird die Brücke von einem Prozessor angesteuert. Über (AD1) und (AD2) kann der Prozessor die Schaltung mittels Messung des Spannungsabfalles am Widerstand (R) auf Überstrom kontrollieren und schützen. Es ist üblich, daß ein Prozessor mit seiner Software logische Schleifen durchläuft. Zur Sicherung gegen Programmfehler oder Hardwarefehler ist die Logik des Programms so geschrieben, daß in regelmäßigen Abständen eine bestimmte Stelle im Programm angesteuert wird. Von diesem angesteuerten Programmteil wird der logische Zustand an einem externen Pin (Pin 3) geändert. Damit entstehen Rechteckimpulse (Watch Dog Impulse). Es ist üblich mit externen Bauelementen diese Impulse auszuwerten. Falls sie nicht abgegeben werden, bedeutet dies ein Fehlverhalten. Die externen Bauelemente bewirken in diesem Fall, daß der Prozessor am Anfang des Softwareprogramms wieder startet. Von der Einrichtung gemäß der Erfindung werden diese Impulse zusätzlich verwendet, um im Fehlerfall des Prozessors die Stellung Frischluft mit Hilfe folgender Systematik anzusteuem:Fig. 4 shows the control of the air recirculation flap. The transistors (Tj-Tg) drive the motor (M) in normal operation. They are connected as an H bridge. The bridge is controlled by a processor from (Pinl) and (Pin2). Via (AD1) and (AD2) the processor can control and protect the circuit for overcurrent by measuring the voltage drop across the resistor (R). It is common for a processor to go through logical loops with its software. To protect against program errors or hardware errors, the logic of the program is written in such a way that a specific point in the program is controlled at regular intervals. The logical state of this controlled program part is changed on an external pin (pin 3). This creates rectangular pulses (watch dog impulses). It is common to evaluate these impulses with external components. If they are not submitted, this means misconduct. In this case, the external components cause the processor to start again at the beginning of the software program. These pulses are additionally used by the device according to the invention in order to control the fresh air position in the event of a processor fault using the following system:

Falls die Watch Dog Impulse ausbleiben, lädt sich Kondensator (C2) über einen Schwellwert auf. In diesemIf the watch dog pulses fail, the capacitor (C2) charges via a threshold value. In this

Fall schaltet Komparator (KP2X<fie Transistoren (TyTg) durch. Transistor (Tg) sperrt die Brückenansteue-rung ab. Die Transistoren (Ty) und (Tg) schalten den Motor (M) in Richtung Frischluft. Mittels Potentiometer (P) wird die Stellung der Umluftldappe an den Prozessor zurückgemeldet. -3-Fall switches comparator (KP2X < fie transistors (TyTg). Transistor (Tg) shuts off the bridge control. The transistors (Ty) and (Tg) switch the motor (M) in the direction of fresh air. The potentiometer (P) turns the Position of the air circulation dapper reported back to the processor.

Claims

AT 394 162 B PATENT CLAIMS 1. Temperature control method for an air conditioning and / or heating system of a motor vehicle, in which a recirculation flap, which can be actuated by means of a servomotor, for metering the ratio of fresh air to circulating air (air from the vehicle interior) is arranged in the air duct, characterized in that that the air recirculation flap intervenes continuously in the temperature control process with its own controller (RU), whereby the controller of the air recirculation flap (RU) is dimensioned much slower than the temperature controller (RT) and that a higher-level control unit (KE) checks at regular intervals whether the temperature controller still has a certain reserve in its adjustment range and, if this is the case, reduces the proportion of recirculated air by a certain proportion, so that the proportion of fresh air prevails over the proportion of recirculated air

2. The method according to claim 1, characterized in that the controller of the air recirculation flap after a period dependent on the temperature controller deviation (Tj ...) after the start of the ventilation process, an adjustment range is assigned so that the amount of air recirculation a dependent on the respective air flow rate ( Vmax) does not exceed and the limit curves for refrigeration compressor operation are shifted in the direction of the earlier intervention time and a larger proportion of recirculated air.

3. The method according to claim 1 and 2, characterized in that the automatic can be overwritten with manual setting and further that that with manual command " recirculation " the closing process happens quickly

4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that a fault of the processor is detected by a monitoring device, in this case is switched to the fresh air position, and that the control of the fresh air position in the event of a processor fault is achieved in that the normal control is switched and an additional control for the motor is switched on.

5. Vofahren according to one of the preceding claims 1 to 4, characterized in that the control constants of the temperature controller have a predeterminable additional dependency on the respective setting of the air vateilierungsvorrichtung and the recirculation flap. For this 2 sheets of drawings -4-