DE10002217A1 - Verfahren zur Temperaturkompensation eines im Steuergerät integrierten Temperaturfühlers eines Heizgeräts, insbesondere Luftheizgeräts eines Kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren zur Temperaturkompensation eines im Steuergerät integrierten Temperaturfühlers eines Heizgeräts, insbesondere Luftheizgeräts eines Kraftfahrzeuges

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Temperaturkompensation eines im Steuergerät integrierten Temperaturfühlers eines Heizgeräts zur Beheizung eines Raumes, insbesondere Luftheizgeräts (1) eines Kraftfahrzeuges mit Gebläse (2) und Wärmetauscher (3) zur Beheizung des Fahrzeuginnenraumes, vorgeschlagen, bei welchem das vom Steuergerät ausgewertete Temperaturfühlersignal (T¶Fühler¶) durch die tatsächliche Raumtemperatur (T¶Raum¶) dadurch repräsentiert wird, daß für die Beseitigung der Störgrößen der Temperaturerfassung die Abhängigkeit der Abweichung (DELTAT) des Temperaturfühlersignals (T¶Fühler¶) von Temperatur-Störgrößen ermittelt und das Temperaturfühlersignal (T¶Fühler¶) mit diesem Temperatur-Abweichungswert (DELTAT) korrigiert wird, d. h. (T¶Raum¶ = T¶Fühler¶ - DELTAT) ist. Der Temperatur-Abweichungswert (DELTAT) wird vorzugsweise mathematisch durch Beschreibung der Funktion DELTAT = f(T¶WT¶, T¶HL¶, f¶DP¶, n¶Gebläse¶) und/oder aus einem fein gerasterten Kennfeld ermittelt, welches im Steuergerät abgelegt ist, wobei im Kennfeld diskreten Wertekombinationen von (T¶WT¶, T¶HL¶, f¶DP¶ und/oder n¶Gebläse¶) ein Wert für (DELTAT) zugeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kompensation der Temperatur eines im Steuergerät integrierten Temperaturfüh­ lers eines Heizgeräts zur Beheizung eines Raumes, insbesonde­ re Luftheizgeräts eines Kraftfahrzeuges mit Gebläse und Wär­ metauscher zur Beheizung des Fahrzeuginnenraumes.
Bei Fahrzeugheizgeräten, insbesondere Luftheizgeräten, wird für die Raumtemperaturregelung ein am Steuergerät oder im Steuergerät an- bzw. eingebauter Temperaturfühler verwendet. Der Temperaturfühler wird als Istwertgeber eines Regelkreises zur Regelung der Raumtemperatur eingesetzt. Das Steuergerät regelt die Heizleistung in der Weise, daß die Raumtemperatur dem vorgegebenen Sollwert mit möglichst geringer Abweichung entspricht. Da das Steuergerät und der Temperaturfühler im Heizgerät eingebaut sind, unterliegen sie dessen Temperatur­ einflüssen. Dadurch können sowohl die zu bestimmende Tempera­ tur der angesaugten Raumluft, als auch die Temperatur des Fühlerelements durch Erwärmung an Heizgerätebauteilen ver­ fälscht werden. Diese Abweichungen von der realen Raumtempe­ ratur werden in der Regel durch sogenannte Offsets verrin­ gert. Die Offsets sind abhängig von der Leistungsstufe einge­ stellt.
Das vorgenannte bekannte Verfahren hat den Nachteil, daß es unterschiedlichen Einbausituationen, z. B. bei Verwendung un­ terschiedlich langer Heizluftführungen, Ausströmer, etc. nicht angepaßt werden kann, es sei denn, man bestimmt für je­ den Einbaufall die Offsets. Da dies nicht praktikabel ist, begnügt man sich in der Praxis mit mittleren Offsets. Die er­ mittelte Raumtemperatur weicht je nach Einbauverhältnissen mehr oder weniger stark vom tatsächlichen Wert ab. Eine vorteilhafte, stufenlose Heizleistungsregelung wird oft nicht realisiert, da auf aufwendige Weise die Abhängigkeit des Offsets vom Betriebszustand des Heizgeräts ermittelt werden müßte.
Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es bei Ver­ meidung vorgenannter Nachteile Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Kompensation der Temperatur eines im Steuerge­ rät integrierten Temperaturfühlers der eingangs genannten Art zu schaffen, welches auf einfache Weise das vom Steuergerät ausgewertete Temperaturfühlersignal die tatsächliche Raumtem­ peratur repräsentiert.
Gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe durch die im Anspruch 1 angegebenen Mittel.
Vorteilhaft weitergebildet wird der Erfindungsgegenstand durch die Merkmale der Ansprüche 2 bis 7.
Wesen der Erfindung ist, daß das vom Steuergerät ausgewertete Temperaturfühlersignal durch die tatsächliche Raumtemperatur dadurch repräsentiert wird, daß für die Beseitigung der Stör­ größen der Temperaturerfassung die Abhängigkeit der Abwei­ chung des Temperaturfühlersignals von Temperatur-Störgrößen ermittelt und das Temperaturfühlersignal mit diesem Tempera­ tur-Abweichungswert korrigiert wird, d. h. die tatsächliche Raumtemperatur durch die Differenz der Fühlertemperatur und dem Temperatur-Abweichungswert gebildet wird.
Vorzugsweise wird beim Temperatur-Abweichungswert die Tempe­ ratur des Wärmetauschers berücksichtigt, insbesondere auch die Temperatur der Heizluft, die Frequenz der Brennstoffdo­ sierpumpe und/oder die Drehzahl des Gebläses.
Die besondere Genauigkeit des erfindungsgemäßen Temperatur­ kompensationsverfahrens ergibt sich, wenn der Temperatur- Abweichungswert insbesondere mathematisch berechnet wird, vorzugsweise durch die mathematische Beschreibung der Funkti­ on Wärmetauscher-Temperatur, Heizluft-Temperatur, Frequenz der Brennstoffdosierpumpe und/oder Gebläse-Drehzahl.
Der Temperatur-Abweichungswert kann allein oder in Kombinati­ on mit einer mathematischer Berechnung vorzugsweise aus einem fein gerasterten Kennfeld entnommen werden, welches im Steu­ ergerät abgelegt ist, wobei im Kennfeld einer diskreten Wer­ tekombination aus Wärmetauscher-Temperatur, Heizluft- Temperatur, Brennstoffdosierpumpen-Frequenz und/oder Gebläse- Drehzahl ein Wert für die Temperaturabweichung zugeordnet ist.
Das Temperaturfühlersignal wird von folgenden Störgrößen ver­ fälscht:
  • 1. Eigenerwärmung
  • 2. Erwärmung durch die Anbindung an die Steuergeräteplatine
  • 3. Erwärmung durch Bauteile auf der Platine
  • 4. Erwärmung durch unterschiedlichen Wärmefluß von heißen Bauteilen zum Steuergerät/Fühler bei unterschiedlichen Heizleistungsstufen
  • 5. Erwärmung durch unterschiedlichen Wärmefluß aufgrund un­ terschiedlicher Einbausituation: Die je nach Einbau ver­ wendeten Heizluft-führenden Teile bedingen unterschiedli­ che Gegendrücke, gegen die das Heizluftgebläse arbeiten muß. Dies führt zu Unterschieden in der geförderten Heiz­ luftmasse (hoher Gegendruck = geringere Heizluftmasse), mit dem Ergebenis, daß auch die Heizlufttemperaturen bei gleicher Heizleistung unterschiedlich sind (geringe Heiz­ luftmasse = höhere Heizlufttemperaturen). Dies bedingt einbauabhängige Bauteiltemperaturen und somit unterschied­ lichen Wärmefluß zum Temperaturfühler ähnlich Punkt 4.
Punkt 1 wird bei der Wahl des Sensors und der Auslegung der Beschaltung berücksichtigt. Hier wird auf eine möglichst ge­ ringe Eigenerwärmung geachtet.
Punkt 2 und 3 werden bei der Erstellung des Platinen-Layouts vom Hersteller des Steuergerätes berücksichtigt.
Die Eliminierung der in den Punkten 4 und 5 genannten Ein­ flüsse ist Ziel der Erfindung. In beiden Fällen wird das vom Fühler an das Steuergerät übermittelte Signal durch die Ände­ rung der zum Temperaturfühler geleiteten Wärmemenge ver­ fälscht. Diesen Einfluß gilt es, mit den im Heizgerät befind­ lichen Einrichtungen zu erfassen, um ihn dann herausrechnen zu können.
Die notwendigen Informationen sind mit der Erfassung der Bau­ teiltemperatur des Wärmetauschers durch den Flammfühler, so­ wie der Heizlufttemperatur durch den Überhitzungsfühler vor­ handen. Des weiteren sind die Heizleistung z. B. durch die vom Steuergerät ausgegebenen Dosierpumpenfrequenz und der Heizluftvolumenstrom z. B. durch die vom Steuergerät geregel­ te Gebläsedrehzahl bekannt.
Es wird also erfindungsgemäß vorgeschlagen, für die Beseiti­ gung der Störgrößen die Abhängigkeit der Abweichung des Füh­ lersignals von den genannten Störgrößen zu ermitteln und das Fühlersignal mit diesem Wert durch Differenzbildung zu korri­ gieren, wobei dann die Raumtemperatur die Differenz aus Füh­ lertemperatur und der ermittelten Abweichung ist.
Dies wird durch mathematische Beschreibung der vorgenannten Funktion und/oder durch durch Ablegen eines ausreichend fein gerasterten Kennfelds im Steuergerät erreicht, wobei dann im Kennfeld diskreten Wertekombinationen ein Wert für die Abwei­ chung der Temperatur zugeordnet ist.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die bei­ gefügte Zeichnung näher beschrieben, deren einzige Figur schematisch ein Luftheizgerät eines Kraftfahrzeuges zeigt.
Gemäß Zeichnung umfaßt ein mit Flüssigbrennstoff betriebenes Luftheizgerät 1 eines Kraftfahrzeuges in Form eines Zuheizers oder einer Standheizung einen im Steuergerät integrierten Temperaturfühler zur Beheizung des Fahrzeug-Innenraums.
Das vom Steuergerät ausgewertete Temperaturfühlersignal TFühler wird durch die tatsächliche Raumtemperatur TRaum repräsen­ tiert, wobei für die Beseitigung der Störgrößen der Tempera­ turerfassung die Abhängigkeit der Abweichung ΔT des Tempera­ turfühlersignals TFühler von Temperatur-Störgrößen ermittelt und das Temperaturfühlersignal TFühler mit diesem Temperatur- Abweichungswert ΔT korrigiert wird, d. h. TRaum = TFühler - ΔT ist.
Beim Temperatur-Abweichungswert ΔT werden die Bauteil-Tem­ peratur TWT des Wärmetauschers 3, die Temperatur THL der Heiz­ luft, die Frequenz fDP der Brennstoffdosierpumpe 4 und die Drehzahl nGebläse des Gebläses 2 berücksichtigt.
Der Temperatur-Abweichungswert ΔT wird mathematisch berech­ net, insbesondere durch die mathematische Beschreibung der Funktion ΔT = f(TWT, THL, fDP, nGebläse), und/oder aus einem fein gerasterten Kennfeld entnommen, welches im Steuergerät abge­ legt ist, wobei im Kennfeld diskreten Wertekombinationen von TWT, THL, fDP und/oder nGebläse ein Wert für ΔT zugeordnet ist.
Mit den Sensorgrößen sind alle Informationen vorhanden, um die Abweichung des Temperaturfühlersignals von der tatsächli­ chen Raumtemperatur zu ermitteln. Zu der mathematischen Be­ schreibung der Funktion t = f(TWT, THL, fDP, nGebläse) gelangt man z. B. durch die Durchführung eines Versuchsplans mit an­ schließender Regression der Versuchsergebnisse. In dem Ver­ suchsplan sind die Parameter, die auf die Zielgröße (in die­ sem Fall ΔT = TFühler - TRaum) einwirken, mindestens in dem Be­ reich zu untersuchen, der im praktischen Betrieb möglich ist. Zu variieren sind die Heizleistung im gesamten Bereich, die Verdämmung des Geräts von frei ausblasend (d. h. ohne saug- und druckseitige Heizluftschläuche) bis zur maximal zulässi­ gen Ausströmtemperatur. Zu erfassen sind neben diesen Stell­ größen die sich einstellenden Werte für die Sensorgrößen TWT, THL, nGebläse, die vom Steuergerät ausgegebene Dosierpumpenfre­ quenz fDP sowie die Fühlertemperatur TFühler und die Raumtempe­ ratur TRaum, aus denen die Zielgröße ΔT durch Differenzbildung ermittelt wird. In der anschließenden Regression wird die Ab­ hängigkeit ΔT = f(TWT, THL, fDP, nGebläse) ermittelt. Man kann z. B. zunächst mit einem linearen Ansatz ohne Wechselwirkungen der Form
ΔT = a0 + a1 × TWT + a2 × THL, + a3 × fDP + a4 × nGebläse
beginnen, wobei a0, a1, a2, . . . Konstanten bzw. Koeffizienten sind.
Mit dem Bestimmtheitsmaß kann die Güte der Regression beur­ teilt werden. Bei ungenügender Güte können höhere Ordnungen eingeführt werden, um nicht lineare Effekte zu berücksichti­ gen und die Anpassung auf das erforderliche Niveau zu brin­ gen. Auch Wechselwirkungen von Parametern können in das Mo­ dell eingefügt werden.
Ein solcher Ansatz ist beispielhaft nachfolgend dargestellt:

ΔT = a0 + a1 1 × TWT + a1 2 × T2 WT + . . . + a1 m × Tm WT + a2 1 × THL + a2 2 × T2 HL + . . . + a2 n × Tn HL + a3 1 × fDP + a3 2 × f2 DP + . . . + a3 o × fo DP + a4 1 × nGebläse + a4 2 × n2 Gebläse + . . . + a4 p × np Gebläse + a5 × TWT + THL + a6 × TWT × fDP + a7 × TWT × nGebläse . . . . . . + a10 × fDP × nGebläse
Wechselwirkungen mit höheren Ordnungen sind möglich, aber in der obigen Formel nicht dargestellt. Die Erfahrung zeigt, daß sie in der Regel nicht signifikant sind, und daher nicht zu einer Verbesserung der Regression beitragen.
Man wird durch eine gezielte Versuchsplanung, die in der Re­ gel mit Hilfe einer aufwendigen Software durchgeführt wird, die erforderlichen Ordnungen m, n, o, p der Parameter, sowie die Anzahl der Wechselwirkungen so gering wie möglich halten, damit der in der Regel kostenintensive Versuchsaufwand zur Ermittlung der Parameter minimal ist. Die Erfahrung zeigt, daß mit der zweiten, maximal mit der dritten Ordnung der Pa­ rameter ausreichend genaue Regressionen darzustellen sind.
Im Steuergerät können nun die Koeffizienten a, a1 1, a1 2, . . . a10 abgelegt werden. In diesem Fall berechnet das Steuergerät die Kompensationsgröße ΔT nach obiger Formel. Eine weitere Realisierungsmöglichkeit besteht darin, mit obiger Formel eng gerasterte Kennfeldwerte zu ermitteln, und dieses Kennfeld im Steuergerät zu hinterlegen. Das Steuergerät greift dann auf Basis der ermittelten Sensorwerte auf das Kennfeld zu und entnimmt ihm einen entsprechenden Wert für ΔT.
Das Kennfeld kann auch ohne die vorherige Ermittlung der Re­ gressionsgleichung bestimmt werden. Stützstellen des Kenn­ felds sind dann über Versuche zu ermitteln. Die erforderli­ chen Zwischenwerte werden durch Interpolation errechnet. Der damit verbundene Versuchsaufwand ist in der Regel sehr viel höher als mit der oben beschriebenen mathematischen Methode, und nur dann sinnvoll, wenn die Methode nicht die erforderli­ che Güte erbringt.

Claims (7)

1. Verfahren zur Temperaturkompensation eines im Steuergerät integrierten Temperaturfühlers eines Heizgeräts zur Be­ heizung eines Raumes, insbesondere Luftheizgeräts (1) ei­ nes Kraftfahrzeuges mit Gebläse (2) und Wärmetauscher (3) zur Beheizung des Fahrzeuginnenraumes, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Steuergerät ausgewertete Temperaturfühlersi­ gnal (TFühler) durch die tatsächliche Raumtemperatur (TRaum) dadurch repräsentiert wird, daß für die Beseitigung der Störgrößen der Temperaturerfassung die Abhängigkeit der Abweichung (ΔT) des Temperaturfühlersignals (TFühler) von Temperatur-Störgrößen ermittelt und das Temperaturfühler­ signal (TFühler) mit diesem Temperatur-Abweichungswert (ΔT) korrigiert wird, d. h. (TRaum = TFühler - ΔT) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beim Temperatur-Abweichungswert (ΔT) die Temperatur (TWT) des Wärmetauschers (3) berücksichtigt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beim Temperatur-Abweichungswert (ΔT) die Temperatur (THL) der Heizluft berücksichtigt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Temperatur-Abweichungswert (ΔT) die Frequenz (fDP) der Brennstoffdosierpumpe (4) berücksichtigt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß beim Temperatur-Abweichungswert (ΔT) die Drehzahl (nGebläse) des Gebläses (2) berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur-Abweichungswert (ΔT) mathematisch be­ rechnet wird, insbesondere durch die mathematische Be­ schreibung der Funktion ΔT = f(TWT, THL, fDP, nGebläse).
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperatur-Abweichungswert (ΔT) aus einem fein gerasterten Kennfeld entnommen wird, welches im Steuerge­ rät abgelegt ist, wobei im Kennfeld diskreten Wertekombi­ nationen von (TWT, THL, fDP und/oder nGebläse) ein Wert für (ΔT) zugeordnet ist.
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