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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Fahrzeug-Steuersystem zum Steuern eines in dem Fahrzeug montierten
Motors zum Fahren und eines Dampfkompressionskühlers mit einem Kompressor, der
durch den Motor angetrieben wird.
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In einem Fahrzeug-Steuersystem, das
in der
JP-A-1 1-170858 beschrieben
ist, schätzt
eine Klimasteuereinheit ein zum Antreiben eines Kompressors benötigtes Drehmoment,
wenn sich das Fahrzeug in einem Leerlauf befindet. Das geschätzte Antriebsdrehmomentsignal
wird zu einer Motorsteuereinheit übertragen und die Motorsteuereinheit
steuert eine Kraftstoffeinspritzmenge so, dass das von der Klimasteuereinheit
benötigte
Antriebsdrehmoment durch den Motor erzeugt wird, während die
Leerlaufdrehzahl beibehalten wird.
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In diesem Fall müssen jedoch Signale bezüglich des
Antriebsdrehmoments für
den Kompressor zwischen der Klimasteuereinheit und der Motorsteuereinheit übertragen
werden. Demgemäß muss eine
Kommunikationseinrichtung in jeder der Klimasteuereinheit und der
Motorsteuereinheit zum Übertragen
des Antriebsdrehmomentsignals des Kompressors vorgesehen sein. Deshalb
ist es schwierig, die Herstellkosten in dem Fahrzeug-Steuersystem
mit der Klimasteuereinheit und der Motorsteuereinheit zu reduzieren.
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In Anbetracht der obigen Probleme
ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeug-Steuersystem
mit einer Motorsteuereinheit und einer Kühlersteuereinheit vorzusehen,
welches seine Herstellkosten reduzieren kann.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist ein Steuersystem für
ein Fahrzeug für
einen Dampfkompressionskühler
(1) mit einem durch einen Motor (11) angetriebenen
Kompressor (2) verwendbar. Das Steuersystem enthält eine
Motorsteuereinheit (19) zum Steuern einer Ausgangsleistung
des Motors (11) und eine Kühlersteuereinheit 114)
zum Steuern einer Leistung des Dampfkompressionskühlers (1).
In dem Steuer system weist die Motorsteuereinheit (19) darin eine
erste Drehmomentberechnungseinrichtung (S4) zum Berechnen eines
zum Antreiben des Kompressors (2) benötigten Soll-Drehmoments (T)
auf, und die Kühlersteuereinheit
(14) weist darin eine zweite Drehmomentberechnungseinrichtung
(S3) zum Berechnen eines zum Antreiben des Kompressors (2) benötigten Soll-Drehmoments
(T) auf. Ferner berechnet die Kühlersteuereinheit
(14), zumindest wenn sich der Motor (11) in einem
Leerlaufbetriebszustand befindet, das Soll-Drehmoment (T) mittels der
zweiten Drehmomentberechnungseinrichtung (S3) und steuert den Kompressor
(2) basierend auf dem durch die zweite Drehmomentberechnungseinrichtung
(S3) berechneten Soll-Drehmoment (T), und die Motorsteuereinheit
(19) berechnet das Soll-Drehmoment (T) mittels der ersten
Drehmomentberechnungseinrichtung (S4) und steuert eine Drehzahl
des Motors (11) basierend auf dem in der ersten Drehmomentberechnungseinrichtung
(S4) berechneten Soll-Drehmoment (T). Demgemäß ist es unnötig, eine
Kommunikationseinrichtung zum Übertragen von
Signalen bezüglich
des Antriebsdrehmoments zwischen der Kühlersteuereinheit (14)
und der Motorsteuereinheit (19) vorzusehen. So kann das
Fahrzeug-Steuersystem mit der Motorsteuereinheit (19) und
der Kühlersteuereinheit
(14) bei niedrigen Kosten hergestellt werden.
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Wenn zum Beispiel der Kompressor
(2) ein Verstellkompressor ist, der seine Ausgabeleistung verändern kann,
steuert die Kühlersteuereinheit
(14) die Ausgabeleistung des Kompressors (2) so,
dass ein Antriebsdrehmoment des Kompressors (2) auf das
durch die zweite Drehmomentberechnungseinrichtung (S3) berechnete
Soll-Drehmoment
(T) geregelt wird.
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Vorzugsweise berechnen sowohl die
Motorsteuereinheit (19) als auch die Kühlersteuereinheit (14)
das Soll-Drehmoment (T) basierend auf der selben Berechnungsverknüpfung. In
diesem Fall kann die Motordrehzahl im Fahrzeugleerlauf basierend
auf dem in dem Kompressor (2) erforderlichen Soll-Drehmoment
und dem Motorbetriebszustand im Fahrzeugleerlauf exakt bestimmt
werden.
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Ferner kann eine Erfassungseinheit
(13, 16, 17, 18) zum Erfassen
einer Betriebsbedingung des Dampfkompressionskühlers 11) vorgesehen
sein. In diesem Fall berechnet jede der Motorsteuereinheit (19)
und der Kühlersteuereinheit
(14) das Soll-Drehmoment
(T) basierend auf einem Messwert von der Erfassungseinheit (13, 16, 17, 181.
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Obige und weitere Aufgaben, Merkmale
und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen besser verständlich.
Darin zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Kühlersteuereinheit
und einer Motorsteuereinheit eines Fahrzeug-Steuersystems gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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2 ein
Flussdiagramm eines Steuerprozesses des Fahrzeug-Steuersystems des
Ausführungsbeispiels
der vorliegenden Erfindung.
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(Ausführungsbeispiel)
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In diesem Ausführungsbeispiel ist die vorliegende
Erfindung typischer Weise auf ein Fahrzeug mit einer Klimaanlage,
welche in eine Fahrgastzelle zu blasende Luft mittels eines Dampfkompressionskühlers 1 kühlt, angewendet.
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Wie in 1 dargestellt,
wird ein Kompressor 2 durch einen Verbrennungsmotor 1 1 über ein Getriebe 9,
einen Riemen 10 und dergleichen angetrieben, sodass der
Kompressor 2 ein Kältemittel
ansaugt und komprimiert und das komprimierte Kältemittel ausgibt. Der Kompressor 2 ist
ein Taumelscheibenkompressor, der seine Ausgabeleistung durch Verändern eines
Neigungswinkels einer Taumelscheibe, welche einen Kolben hin- und
herbewegt, kontinuierlich variieren kann.
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Der Druck des aus dem Kompressor 2 ausgegebenen
Kältemittels
wird durch ein Druckregelventil 15 gesteuert, und das druckgeregelte
Kältemittel
wird in eine Kammer eingeleitet, in welcher die Taumelscheibe aufgenommen
ist. Der Innendruck der Kammer wird so gesteuert, dass ein Neigungsdrehmoment,
welches auf die Taumelscheibe wirkt, gesteuert wird. So wird die
Ausgabeleistung des Kompressors 2 gesteuert.
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Die Ausgabeleistung des Kompressors 2 ist eine
durch eine Umdrehung einer Welle des Kompressors 2 ausgegebene
Kältemittelmenge.
Im Allgemeinen hängt
die theoretische Ausgabeleistung in dem Taumelscheibenkompressor
sowohl von einem Kolbenhub als auch einem Durchmesser einer Zylinderbohrung
des Kompressors 2 ab.
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Das Getriebe 9 kann ein
Kupplungsmechanismus, wie beispielsweise eine elektromagnetische Kupplung
sein. Der Kupplungsmechanismus kann die Kraftübertragung durch ein elektrisches
Steuersignal von außen
ein- und ausschalten. Außerdem kann
das Getriebe 9 ein kupplungsfreier Mechanismus wie beispielsweise
ein Ganzzeitgetriebe sein.
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Ein Kondensator 3 ist ein
Hochdruck-Wärmetauscher
zum Kühlen
des Kältemittels.
Der Kondensator 3 führt
einen Wärmeaustausch
zwischen dem aus dem Kompressor 2 ausgegebenen Hochdruck/Hochtemperatur-Kältemittel
und Außenluft durch.
Ein Flüssigkeitsauffanggefäß 4 ist
eine Gas/Flüssigkeit-Trennvorrichtung
zum Trennen des aus dem Kondensator 3 strömenden Kältemittels
in ein Dampfphasen-Kältemittel
und ein Flüssigphasen-Kältemittel.
Das Flüssigphasen-Kältemittel
wird in dem Flüssigkeitsauffanggefäß 4 als überschüssiges Kältemittel
gesammelt. Das gesammelte Flüssigphasen-Kältemittel
wird von dem Flüssigkeitsauffanggefäß 4 zu
einem Expansionsventil 4 geleitet. Das Expansionsventil 5 ist
eine Dekompressionseinheit zum Dekomprimieren des von dem Flüssigkeitsauffanggefäß 4 zugeführten, flüssigen Hochdruck-Kältemittels.
In diesem Ausführungsbeispiel wird
als Expansionsventil 5 ein Wärmeexpansionsventil verwendet.
In diesem Fall steuert das Expansionsventil 5 seinen Drosselöffnungsgrad
so, dass ein Überhitzungsgrad
des Kältemittels,
welches in den Kompressor 2 gesaugt wird, auf einen vorgegebenen Überhitzungsgrad
geregelt wird.
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Ein Verdampfapparat 6 ist
ein Niederdruck-Wärmetauscher,
der einen Wärmeaustausch zwischen
dem Niederdruck-Kältemittel
und in eine Fahrgastzelle zu blasender Luft durchführt. Das durch
das Expansionsventil 5 dekomprimierte Niederdruck-Kältemittel
wird in dem Verdampfapparat 6 verdampft, sodass die in
die Fahrgastzelle zu blasende Luft gekühlt wird.
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Der Kompressor 2, der Kondensator 3,
das Flüssigkeitsauffanggefäß 4,
das Expansionsventil 5, der Verdampfapparat 6 und
dergleichen sind verbunden, um den Dampfkompressionskühler 1 zum Übertragen
von Wärme
von einer Niedertemperaturseite zu einer Hochtemperaturseite zu
bilden.
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Ein Gebläse 12 ist in einem
Klimagehäuse 7 zum
Blasen von Luft zu der Fahrgastzelle vorgesehen. Das Gebläse 12 bläst Innenluft
und Außenluft, die
von einem Innenluft/Außenluft-Wechselkasten (nicht
dargestellt) angesaugt werden. Die Innenluft ist Luft in der Fahrgastzelle
und die Außenluft
ist Luft außerhalb
der Fahrgastzelle.
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Ein Heizer (nicht dargestellt) ist
in dem Klimagehäuse 7 bezüglich einer
Luftströmungsrichtung stromab
des Verdampfapparats 6 vorgesehen. Die Luft wird nach Durchströmen des
Verdampfapparats 6 durch den Heizer geheizt. Der Heizer
steuert eine Luftheizmenge zum Beispiel derart, dass die Temperatur
der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft geregelt wird. Ein Lufttemperatursensor 13 ist
nahe einer stromabwärtigen
Seite einer Luftauslassöffnung
des Verdampfapparats 6 in dem Klimagehäuse 7 vorgesehen,
um eine Temperatur der geblasenen Luft unmittelbar nach Durchströmen des
Verdampfapparats 6 zu erfassen. Der Lufttemperatursensor 13 kann
in diesem Ausführungsbeispiel
zum Erfassen der Kühlleistung
des Verdampfapparats 6 benutzt werden.
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Die Klimasteuereinheit (Klima-ECU,
Kühlersteuereinheit) 14 gibt
verschiedene Arten von Signalen, wie beispielsweise Messsignale
von Sensoren 16 zur Klimatisierung, Betriebssignale von
an einer Klimabedientafel 7 vorgesehenen Betriebsschaltern und
ein Messsignal eines Hochdruckkältemittelsensors 18 zum
Erfassen eines Drucks des Hochdruck-Kältemittels in dem Dampfkompressionskühler 1 ein.
Die Klima-ECU 14 steuert Klimakomponenten, wie beispielsweise
das Gebläse 12 und
das Druckregelventil 15 entsprechend den eingegebenen Signalen
und vorgegebenen Programmen.
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Die Sensoren 16 enthalten
einen Innentemperatursensor zum Erfassen der Temperatur der Innenluft,
einen Außentemperatursensor
zum Erfassen der Temperatur der Außenluft, einen Sonnenstrahlungssensor
zum Erfassen einer Sonneneinstrahlung in die Fahrgastzelle, einen
Motorwassertemperatursensor, den Lufttemperatursensor 13,
welcher der Erfassung der Temperatur der aus dem Verdampfapparat 6 geblasenen
Luft dient, und einen Drehmomentdetektor. Die Betriebsschalter der
Klimabedientafel 17 enthalten einen Temperatureinstellschalter, einen
Luftblasmengen-Auswahlschalter, einen Blasmodus-Auswahlschalter,
einen Innenluft/Außenluft-Auswahlschalter
und einen Klimaschalter, welcher dem Ein- und Ausschalten des Kompressors 2 dient.
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Die Klima-ECU 14 (Kühlersteuereinheit)
ist mit einer Motorsteuereinheit (Motor-ECU) 19 verbunden,
sodass die Klima-ECU 14 Signale, wie beispielsweise die
Messsignale der Sensoren 16 und die Betriebssignale der
Betriebsschalter zu der Motor-ECU 19 überträgt. Die Motor-ECU 19 gibt
allgemeine Steuersignale, wie beispielsweise eine Kraftstoffeinspritzmenge
für den
Motor 11 und einen Zündzeitpunkt
des Motors 11, entsprechend den Signalen von den Sensoren 19A,
welche zum Erfassen von Betriebsbedingungen des Motors 11 und
dergleichen vorgesehen sind, aus.
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Ein Leerlaufdrehsteuerventil ist
bezüglich
eines Luftansaugstroms des Motors 11 parallel zu einem
Hauptdrosselventil (nicht dargestellt) vorgesehen. Ein Stellglied 19B treibt
das Leerlaufdrehsteuerventil an. Der Öffnungsgrad des Leerlaufdrehsteuerventils
wird so geregelt, dass die Leerlaufdrehzahl geregelt wird.
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Eine in 2 dargestellte Steuerroutine wird durchgeführt, wenn
die Betriebsbedingung des Fahrzeugs zu einer Leerlaufbedingung wird.
Wenn zum Beispiel die Drehzahl des Motors 11 in einem vorgegebenen
Bereich der Leerlaufdrehzahl zu liegen kommt, wird die Steuerroutine
durchgeführt.
Zuerst liest die Klima-ECU 14 in Schritt S1 Signale zum Steuern
der Klimaanlage und die Motor-ECU 19 liest Daten zum Steuern
des Motors 11.
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Anschließend geht die Steuerroutine
weiter zu Schritt S2, wo die Einstellposition des Klimaschalters
bestimmt wird. Falls der Klimaschalter in Schritt S2 als ausgeschaltet
bestimmt wird, geht die Routine weiter zu Schritt S8. in Schritt
S8 wird die Leerlaufdrehzahl Nu auf eine vorgegebene Leerlaufdrehzahl No
eingestellt. Die vorgegebene Leerlaufdrehzahl No wird in der Motorsteuereinheit 19 entsprechend
dem Motorbetriebszustand bestimmt. Falls der Klimaschalter in Schritt
S2 als eingeschaltet bestimmt wird, geht die Routine parallel weiter
zu Schritt S3 und Schritt S4.
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In Schritt S3 berechnet die Klima-ECU 14 eine
Soll-Klimalast (d.h. ein zum Antreiben des Kompressors 2 benötigtes Soll-Drehmoment)
T entsprechend den Messsignalen des Drehmomentdetektors wie beispielsweise
der Sensoren 16 basierend auf einer in der Klima-ECU 14 vorgesehenen
Berechnungsverknüpfung.
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In Schritt S4 berechnet die Motor-ECU 19 ein Soll-Drehmoment
T entsprechend den Messsignalen der Sensoren 16 basierend
auf einer in der Motor-ECU 19 vorgesehenen Berechnungsverknüpfung. Sowohl
die Klima-ECU 14 als auch die Motor-ECU 19 berechnen jeweils das
Soll-Drehmoment T mittels der jeweils in der Klima-ECU 14 vorgesehenen
Berechnungsverknüpfung
bzw. der in der Motor-ECU 19 vorgesehenen Berechnungsverknüpfung. Die
in der Klima-ECU 14 vorgesehene Berechnungsverknüpfung ist
die gleiche wie die in der Motor-ECU 19 vorgesehene Berechnungsverknüpfung.
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Die Klima-ECU 14 erfasst
ein aktuelles Drehmoment des Kompressors 2 mittels des
Drehmomentdetektors und führt
eine Regelung des Drehmoments des Kompressors 2 entsprechend
dem durch die Klima-ECU 14 berechneten Soll-Drehmoment
T durch.
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Die Klima-ECU 14 berechnet
das Soll-Drehmoment T in Schritt S3. Als nächstes wird in Schritt S5 ein
an das Druckregelventil 15 angelegter elektrischer Strom
IN entsprechend dem Soll-Drehmoment T zum Steuern der Ausgabeleistung
des Kompressors 2 berechnet. Anschließend wird in Schritt S9 die Ausgabeleistung
des Kompressors 2 auf eine Soll-Leistung entsprechend dem
Soll-Drehmoment T gesteuert.
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Andererseits berechnet in Schritt
S4 die Motor-ECU 19 das zum Antreiben des Kompressors 2 benötigte Soll-Drehmoment
T mittels der gleichen Berechnungsverknüpfung wie jene der Klima-ECU 14.
Anschließend
berechnet in Schritt S6 die Motor-ECU 19 eine Soll-Leerlaufdrehzahl
Nt des Motors 1 1 basierend auf dem zum Antreiben des Kompressors 2 benötigten Soll-Drehmoment
T und dem Leerlaufbetriebszustand des Motors 1 1 . Anschließend geht
die Steuerroutine weiter zu Schritt S7, wo die Leerlaufdrehzahl
No auf die berechnete Soll-Leerlaufdrehzahl Nt eingestellt wird.
Deshalb kann man das in dem Kompressor 2 benötigte Soll-Drehmoment
T erhalten, selbst wenn sich der Fahrzeugmotor im Leerlauf befindet.
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In diesem Ausführungsbeispiel wird die Leerlaufdrehzahl
Nt so geschätzt,
dass sie das in dem Kompressor 2 benötigte Soll-Drehmoment T erzeugen
kann. Ferner steuert die Motor-ECU 19 den Öffnungsgrad
des Leerlaufdrehsteuerventils, sodass die aktuelle Motordrehzahl
zu der vorgegebenen Leerlaufdrehzahl Nt wird. So wird das Antriebsdrehmoment
für den
Kompressor 2 durch den Motor 1 1 auch im Fahrzeugleerlauf
erzeugt.
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Wenn dagegen der Klimaschalter in
Schritt S2 als ausgeschaltet bestimmt wird, wird in Schritt S8 die
vorgegebene Leerlaufdrehzahl No als Leerlaufdrehzahl Nu gesetzt
und der Öffnungsgrad
des Leerlaufdrehsteuerventils wird gesteuert.
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Außerdem steuert, wenn die Betriebsbedingungen
des Motors 1 1 nicht der Leerlauf ist, wenn das Fahrzeug
zum Beispiel fährt,
die Motor-ECU 19 die Kraftstoffeinspritzmenge oder dergleichen
basierend auf der Betriebsbedingung des Motors 1 1 und die
Klima-ECU 14 steuert die Ausgabeleistung des Kompressors 2 oder
dergleichen basierend auf der Last der Klimaanlage.
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In diesem Ausführungsbeispiel berechnen sowohl
die Klima-ECU 14 als auch die Motor-ECU 19 jeweils
das für
den Kompressor 2 benötigte Soll-Drehmoment
T. Deshalb müssen
Kommunikationsdaten (Signale) betreffend das Soll-Drehmoment T für den Kompressor 2 nicht
zwischen der Klima-ECU 14 und der Motor-ECU 19 übertragen
werden. Demgemäß kann eine
Kommunikationseinrichtung zwischen der Klima-ECU 14 und
der Motor-ECU 19 reduziert werden. Demgemäß können die
Herstellungskosten für
die Klima-ECU 14 und die Motor-ECU 19 reduziert
werden. So kann die Leerlaufdrehzahl des Motors 1 1 unabhängig von
der Last der Klimaanlage stabil gesteuert werden, ohne die Herstellkosten
des Fahrzeug-Steuersystems zu erhöhen.
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Außerdem entsteht, falls das
Soll-Drehmoment T nur durch die Klima-ECU 14 berechnet
wird, und das durch die Klima-ECU 14 berechnete Soll-Drehmoment
T zu der Motor-ECU 19 übertragen wird,
ein Nachlauf aufgrund der Datenübertragung von
der Klima-ECU 14 zu der Motor-ECU 19. In diesem
Ausführungsbeispiel
wird das Soll-Drehmoment T
parallel sowohl durch die Kühlersteuereinheit 14 als auch
die Motorsteuereinheit 19 in Schritt S3 und Schritt S4
berechnet. Insbesondere können
eine Zeitdauer für
die Berechnung des Soll-Drehmoments T durch die Klima-ECU 14 und
eine Zeitdauer zur Berechnung des Soll-Drehmoments T durch die Motor-ECU 19 wenigstens
teilweise überlappend
eingestellt werden. Demgemäß entsteht
kein solcher Nachlauf aufgrund einer Datenübertragung, sodass eine Regelbarkeit
der Ausgabeleistung des Kompressors 2 verbessert werden
kann.
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(Weitere Ausführungsbeispiele)
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Obwohl die vorliegende Erfindung
in Zusammenhang mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel davon unter
Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen vollständig beschrieben
worden ist, ist darauf hinzuweisen, dass verschiedene Änderungen und
Modifikationen für
den Fachmann offensichtlich sein werden.
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Zum Beispiel kann das aktuelle Drehmoment des
Kompressors 2 unter Verwendung verschiedener Signale, wie
beispielsweise eines durch den Hochdruckkältemittelsensor 18 erfassten
Kältemitteldrucks,
einer aktuellen Ausgabeleistung des Kompressors 2 und einer
Motordrehzahl berechnet werden.
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Das Berechnungsverfahren des Antriebsdrehmoments
ist nicht auf das obige Verfahren basierend auf den Messsignalen
der Sensoren 16 für
die Klimaanlage begrenzt.
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Das Antriebsdrehmoment des Kompressors 2 kann
mittels eines elektrischen Expansionsventils anstelle des Wärmeexpansionsventils 5 gesteuert werden.
In diesem Fall variiert das elektrische Expansionsventil seinen Öffnungsgrad,
um den Ausgabedruck des Kompressors 2 zum Steuern des Antriebsdrehmoments
des Kompressors 2 zu steuern.
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Ferner ist in dem oben beschriebenen
Ausführungsbeispiel
die vorliegende Erfindung typischer Weise auf die Klimaanlage angewendet.
Jedoch kann das Fahrzeug-Steuersystem der vorliegenden Erfindung
auch für
beliebige andere Fahrzeugvorrichtungen verwendet werden, ohne auf
die Klimaanlage beschränkt
zu sein.
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Solche Änderungen und Modifikationen
liegen selbstverständlich
im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, wie er durch die anhängenden
Ansprüche
definiert ist.