DE102012208503B4

DE102012208503B4 - Optimierte kühlung für ein fahrzeug mit start-stopp-technologie

Info

Publication number: DE102012208503B4
Application number: DE102012208503.3A
Authority: DE
Inventors: Mukesh Kumar; Debasish Dhar; Mitali Chakrabarti; Ken J. Jackson; Manfred Koberstein
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2011-06-02
Filing date: 2012-05-22
Publication date: 2023-10-26
Anticipated expiration: 2032-05-23
Also published as: US20120304670A1; DE102012208503A1; CN202727917U; US8745997B2

Abstract

Fahrzeug-Klimaanlage für ein Fahrzeug (10) mit Start-Stopp-Technologie, die Folgendes aufweist:einen Verdampfer (16);einen Verdampfertemperatursensor (24) zur Erzeugung eines Verdampfertemperatursignals gemäß einer Temperatur des Verdampfers (16);einen Außentemperatursensor (22) zur Erzeugung eines Außentemperatursignalsgemäß einer Temperatur außerhalb des Fahrzeugs (10);ein Insassen-Steuerelement (25) zur Einstellung eines Insassen-Anforderungssignals;einen variablen Verdrängungskompressor (13), der vom Motor (11) angetrieben wird undeinen variablen Hub hat, um eine variable Kühlmenge des Verdampfers (16) als Reaktion auf ein Hubsteuersignal zu erzeugen;einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (21), der ein Geschwindigkeitssignal gemäßeiner Augenblicksgeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) erzeugt; undein Steuergerät (20), das das Verdampfertemperatursignal und das Geschwindigkeitssignal empfängt, wobei das Steuergerät (20)1) einen Klimawärmelast(CTL)-Wert als Reaktion auf das Außentemperatursignal und das Insassen-Anforderungssignal bestimmt,2) eine Verdampferzieltemperatur als Reaktion auf den CTL-Wert bestimmt,3) den variablen Hub variiert, um das Verdampfertemperatursignal nahe der Verdampferzieltemperatur zu halten,4) ein Stopp-Ereignis des Fahrzeugs (10) als Reaktion darauf erfasst, dass dasGeschwindigkeitssignal geringer als eine oder gleich einerSchwellengeschwindigkeit ist und eine Verzögerung auftritt,5) während des Stopp-Ereignisses die Verdampferzieltemperatur als Reaktionauf einen veränderten CTL-Wert bestimmt, der als Reaktion auf den CTL-Wert,das Geschwindigkeitssignal und eine Größe der Verzögerung bestimmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fahrzeug-Klimaanlagen mit variablen Verdrängerkompressoren, und spezifischer auf die Optimierung einer erhöhten Kühlung während eines Stopp-Ereignisses, so dass der Insassenkomfort während eines angehaltenen Zustands des Fahrzeugs beibehalten wird, auch wenn der Motor abgestellt ist.
Die Kraftstoffersparnis bei Automobilen ist ein wichtiges Attribut der Fahrzeugleistung und wird von der Technologie, die bei seiner Konstruktion verwendet wird, durch das Verhalten des Fahrers und seine Handlungen und durch Bedingungen bestimmt, unter denen das Fahrzeug genutzt wird (z.B. Geschwindigkeit, Straßengestaltung, Wetter und Verkehr). Die Hersteller sind immer bemüht, eine bessere Kraftstoffersparnis zu liefern. Eine Technologie, die immer häufiger verwendet wird, ist Stopp-Start, wobei ein Verbrennungsmotor sich automatisch ausschaltet, wenn das Fahrzeug anhält, und dann nach Bedarf erneut startet, um die Leerlaufzeit des Motors zu verringern (z.B. beim Warten an einer Ampel), wodurch die Kraftstoffersparnis verbessert und Emissionen verringert werden. Die Start-Stopp-Technologie kann eine Verbesserung der Kraftstoffersparnis um 5% bis 10% liefern.
Zusätzlich zum Fahrzeugantrieb treibt der Motor andere Fahrzeugsysteme wie einen Klimaanlagenkompressor an. Der Insassenkomfort muss in der Zeit aufrechterhalten werden, in der der Motor abgestellt ist. Da der Klimaanlagenkompressor auf einem vom Motor angetriebenen Frontend-Zubehör-Antriebsriemen (FEAD) läuft, läuft der Kompressor nicht, wenn der Motor abgestellt ist. Wenn so die Klimaanlage aktiv genutzt wird und der Motor sich bei einem Halt des Fahrzeugs abstellt, wird die Kühlaktivität unterbrochen, und der Fahrzeuginnenraum kann wärmer werden. Wenn die Temperatur um einen bestimmten Betrag zunimmt, wird der Motor üblicherweise neu gestartet, so dass die Kühlung wieder aufgenommen wird, aber ein Teil der Verbesserung der Kraftstoffersparnis geht verloren.
Die Offenlegungsschrift DE 103 26 169 A1 präsentiert eine Kompressorvorrichtung für einen Kältekreislauf eines Fahrzeugs mit einem Antriebsmotor, der den Kältekreislauf unter hoher Kühllast betreibt und einem zusätzlichen Elektromotor, der unter geringer Kühllast oder bei Stoppen des Motors die Kompressorvorrichtung antreibt.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2004 041 161 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern der Klimakühlung eines Hybridkraftfahrzeuges bekannt, wobei der Elektromotor einzig zum Betreiben des Kompressors der Klimakühlung verwendet wird, wenn der Verbrennungsmotor gestoppt wird. Eine weitere Steuerungsvorrichtung für Hybridkraftfahrzeuge wird in der Patentschrift US 5 934 089 A beschrieben, wobei besagte Steuereinrichtung nach Auswertung der Temperaturmessvorrichtungen nach dem Verdampfer und im Fahrzeuginnenraum beurteilt, ob der Kompressor während des Haltens betrieben werden muss, um die Innenraumtemperatur in einem für den Fahrer angenehmen Bereich zu halten.
Die Offenlegungsschrift DE 10 2008 052 020 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines Kühlsystems für Kraftfahrzeuge. Wird ein baldiges Halten des Kraftfahrzeugs über eine Steuereinheit erfasst, so wird von dem kraftstoffsparenden, normalen Kühlsystem-Betrieb in eine kühldaueroptimierende Betriebsart gewechselt, die ein Überschreiten einer Temperaturschwelle im Fahrzeuginnenraum während des Haltens durch niedrigere Kältemitteltemperaturen verhindert.
Für einen verbesserten Wirkungsgrad und eine verbesserte Leistung verwenden viele Fahrzeuge heute variable Verdrängungskompressoren. Durch Variieren der Verdrängung des Kompressors (z.B. durch Einstellen des Kolbenhubs), um der zu einer beliebigen Zeit benötigten Kühlung zu entsprechen, wird die Motorlast verringert, wenn die Kühlungsanforderung niedriger ist. Der Hub kann zum Beispiel elektrisch über eine Taumelscheibe innerhalb eines Bereichs von 0% bis 100% des maximalen Hubs gesteuert werden. Durch eine geeignete Steuerung des Hubs werden Verbesserungen der Kraftstoffersparnis während des Laufs des Motors erzielt.
Im Zusammenhang mit der Verwendung eines variablen Verdichtungskompressors in einem Fahrzeug mit Start-Stopp-Technologie wurde erkannt, dass es vorteilhaft sein kann, den Hub während des Nachlaufens des Motors zu erhöhen, so dass die Energie im nachlaufenden Motor, die sonst verschwendet würde, in eine zusätzliche Kühlung regeneriert werden kann. Dadurch kann der Kompressor vorübergehend mit einem geringeren Hub laufen, wenn der Motor wieder startet. Beispiele dieses regenerativen Kühlens enthalten das US-Patent US 7 484 375 A für Engel und das US-Patent US 4 425 765 A für Fukushima et al.
Bei bekannten Systemen wird aber eine maximale Kühlwirkung während des Ausrollens erhalten, das zu Nachteilen führt. Außer, wenn eine Kältespeichereinrichtung im Verdampfer vorgesehen ist, kann die Kühlung des Fahrzeuginnenraums unangenehm werden. Eine ausreichende Kältespeicherkapazität zur Vermeidung von Unannehmlichkeiten kann hoch sein. Außerdem hören viele Fahrzeuge mit Start-Stopp nicht während des Ausrollens des Fahrzeugs auf zu fahren, sondern erst, wenn das Fahrzeug zum Stehen gekommen ist. Daher würde der erhöhte Kompressorhub tatsächlich die Motorlast (und den Kraftstoffverbrauch) während des Ausrollens erhöhen.
Es wäre vorteilhaft, die Menge an während des Verlangsamens und Anhaltens eines mit einem variablen Verdrängungskompressor und einer Start-Stopp-Technologie ausgestatteten Fahrzeugs erhaltener zusätzlicher Kühlung zu optimieren. Als Ergebnis wird die Zeitverzögerung, ehe der Motor während eines Halts des Fahrzeugs aufgrund der ansteigenden Innenraumtemperatur wieder gestartet werden muss, optimiert.
In einem Aspekt der Erfindung wird eine Fahrzeug-Klimaanlage für ein Fahrzeug mit Start-Stopp-Technologie bereitgestellt. Ein Verdampfer wird von einem Verdampfertemperatursensor überwacht, um ein Verdampfertemperatursignal gemäß einer Temperatur des Verdampfers zu erzeugen. Ein Außentemperatursensor erzeugt ein Außentemperatursignal gemäß einer Temperatur außerhalb des Fahrzeugs. Ein Insassen-Steuerelement wird verwendet, um ein Insassen-Anforderungssignal einzustellen. Ein variabler Verdrängungskompressor wird von dem Motor angetrieben und hat einen variablen Hub, um eine variable Kühlmenge des Verdampfers als Reaktion auf ein Hubsteuersignal zu erzeugen. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor erzeugt ein Geschwindigkeitssignal gemäß einer Augenblicksgeschwindigkeit des Fahrzeugs. Ein Steuergerät empfängt das Verdampfertemperatursignal und das Geschwindigkeitssignal. Das Steuergerät bestimmt einen Klimawärmelast(CTL)-Wert als Reaktion auf das Außentemperatursignal und das Insassen-Anforderungssignal. Das Steuergerät bestimmt eine Verdampferzieltemperatur als Reaktion auf den CTL-Wert. Das Steuergerät variiert den variablen Hub, um das Verdampfertemperatursignal nahe der Verdampferzieltemperatur zu halten. Das Steuergerät erfasst ein Stopp-Ereignis des Fahrzeugs als Reaktion darauf, dass das Geschwindigkeitssignal geringer als eine oder gleich einer Schwellengeschwindigkeit ist und eine Verzögerung auftritt. Während des Stopp-Ereignisses bestimmt das Steuergerät die Verdampferzieltemperatur als Reaktion auf einen veränderten CTL-Wert, der als Reaktion auf den CTL-Wert, das Geschwindigkeitssignal und eine Größe der Verzögerung bestimmt wird.

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Fahrzeug zeigt, welches eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anwendet.
2 ist eine graphische Darstellung, die eine Beziehung zwischen der Klimawärmelast und einer Verdampferzieltemperatur zeigt.
Die 3-6 sind graphische Darstellungen, die die Veränderung jeweiliger Variablen in der Zeit veranschaulichen, wenn das Fahrzeug zum Halten kommt, stehen bleibt und dann beschleunigt.
7 ist eine graphische Darstellung, die die zeitlichen Variationen einer veränderten Klimawärmelast zeigen.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform zur Veränderung des Kompressorbetriebs während eines Stopp-Ereignisses zeigt.
9 ist ein Blockdiagramm, das eine andere Ausführungsform zur Veränderung des Kompressorbetriebs während eines Stopp-Ereignisses zeigt.
10 ist ein Blockdiagramm, das bevorzugte Ausführungsformen für den Erhalt einer Anpassung Y zeigt.

Die vorliegende Erfindung ist besonders anwendbar auf Fahrzeuge mit einem Verbrennungsmotor, der mit einer Start-Stopp-Technologie und mit einem extern gesteuerten variablen Verdrängungskompressor (EVDC) ausgestattet ist. Bei einer Fahrt unterhalb einer Schwellengeschwindigkeit (z.B. 35 mph), und wenn eine vorbestimmte Verzögerung erfasst wird (z.B. wendet der Fahrer eine vorbestimmte Bremsmenge an oder die Fahrzeuggeschwindigkeit nimmt um eine vorbestimmte Menge ab), wird ein Stopp-Ereignis von einem Fahrzeug-Steuergerät erfasst. Die vorbestimmte Bremsmenge kann gemäß einer bestimmten Winkelstellung des Bremspedals oder einem bestimmten Bewegungsgrad des Pedals definiert werden. Wie hier verwendet, bezieht sich das „Stopp-Ereignis“ auf die Zeit, in der das Fahrzeug seine Geschwindigkeit verringert und zum Halt kommt. Vorzugsweise läuft der Motor während des Stopp-Ereignisses weiter, es ist aber auch möglich, den Motor vor dem Erreichen einer nullgeschwindigkeit anzuhalten. Es ist ein Ziel einer bevorzugten Ausführungsform, die Verdampfertemperatur so zu optimieren, dass genau die richtige Menge zusätzlicher Kühlung während des Stopp-Ereignisses erreicht wird, die während der Zeit, in der das Fahrzeug auf nullgeschwindigkeit mit abgestelltem Motor bleibt, eine angenehme Innenraumtemperatur aufrechterhält. So wird der Kompressor durch seine Bewegung in einen optimalen Hub anstelle des vollen Hubs gesteuert. Dies verringert die Verdampfertemperatur auf einen optimalen Wert anstelle der niedrigstmöglichen Verdampfertemperatur vor dem Abstellen des Motors. Diese Strategie verbessert die Kraftstoffersparnis durch Erhöhen der Abstellzeit des Motors, ehe es notwendig wird, den Kompressor zu reaktivieren, und durch Verringern des Kompressorleistungsverbrauchs während des Stopp-Ereignisses, da der Kompressorhub optimiert anstatt maximiert wird.
Nun unter Bezug auf 1 enthält ein Fahrzeug 10 einen Motor 11, der mit dem Start-Stopp-Merkmal ausgestattet ist, wobei der Motor während Zeiten, in denen das Fahrzeug sich nicht bewegt, automatisch abgestellt und dann automatisch nach Bedarf wieder gestartet werden kann, wenn das Fahrzeug beginnt, sich wieder zu bewegen, oder wenn es notwendig wird, Nebenaggregate unabhängig vom Motor zu betreiben. Ein Motor-Steuergerät 12 ist mit dem Motor 11 verbunden, um die Start-Stopp-Funktionen auszuführen. Der Motor 11 treibt einen extern gesteuerten variablen Verdrängungskompressor 13 an, der sich in einem Motorraum 14 zusammen mit dem Motor 11 und dem Steuergerät 12 befindet.
Das Fahrzeug 10 enthält einen Fahrzeuginnenraum 15, der einen Verdampfer 16 und ein Gebläse 17 eines HVAC-Systems mit Eigenantrieb enthält. Ein Steuergerät 20 ist mit dem Gebläse 17 zur Steuerung einer bestimmten Gebläsegeschwindigkeit und mit dem Kompressor 13 zur Steuerung eines gewünschten Hubs des Kompressors verbunden. Das Steuergerät 20 ist mit verschiedenen Sensoren und anderen Eingängen zum Bestimmen des geeigneten Werts für den Kompressorhub verbunden. Ein Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 21 liefert ein Augenblicksgeschwindigkeitssignal an das Steuergerät 20 und an das Motor-Steuergerät 12. Ein Außentemperatursensor 22, der sich im Motorraum 14 befinden kann, erzeugt ein Außentemperatursignal gemäß einer Temperatur außerhalb des Fahrzeugs, das an das Steuergerät 20 geliefert wird. Ähnlich erzeugt ein Innentemperatursensor 23 ein Innentemperatursignal und liefert es an das Steuergerät 20. Ein dem Verdampfer 16 zugeordneter Verdampfertemperatursensor 24 erzeugt ein Verdampfertemperatursignal gemäß der tatsächlichen Temperatur im Verdampfer und liefert es an das Steuergerät 20.
Ein Insassen-Steuerelement oder Steuerkopf 25 wird von dem Fahrer oder anderen Fahrzeuginsassen verwendet, um eine gewünschte Temperatur und/oder Gebläsegeschwindigkeit zum Kühlen des Fahrzeuginnenraums 15 einzustellen. Das Element 25 erzeugt ein Insassen-Anforderungssignal, das in üblicher Weise zum Steuergerät 20 gesendet wird.
Ein Stopp-Ereignis (d.h. das Fahrzeug verlangsamt bis zum Anhalten) kann als Reaktion zum Teil auf das Auftreten einer Verzögerung erfasst werden. In einer Ausführungsform kann die Verzögerung durch Überwachung der Stellung eines Bremspedals 26 unter Verwendung eines Winkel-/Positionssensors 27 erfasst werden, der ein Winkelsignal liefert, das den augenblicklichen Bremspedalwinkel an das Steuergerät 20 liefert.
In manchen Ausführungsformen der Erfindung kann der gewünschte Kompressorhub als Reaktion auf eine Sonnenbelastung des Fahrzeugs bestimmt werden. So liefert ein Sonnensensor 28, wie zum Beispiel ein Lichtstärkensensor, ein Sonnensignal an das Steuergerät 20. Das Steuergerät 20 kann die obigen Eingangssignale verwenden, um eine Verdampferzieltemperatur und/oder einen Kompressorhub wie nachfolgend beschrieben zu bestimmen.
Der Betrieb der Klimaanlage hat üblicherweise eine als Klimawärmelast (CTL) bekannte Maßnahme verwendet. Die CTL quantifiziert die Menge der von der Klimaanlage benötigten Kühlung basierend zum Beispiel auf der Außentemperatur, den Insassen-Anforderungseinstellungen, der tatsächlichen Innentemperatur und der Sonnenbelastung. Es können auch andere Variablen zur Bestimmung der CTL verwendet werden. Wie in 2 gezeigt, wird die CTL verwendet, um eine Zieltemperatur t_Ziel für den Verdampfer zu bestimmen. Je höher die CTL, desto mehr Kühlarbeit muss vom Verdampfer durchgeführt werden, und desto niedriger wird die Verdampferzieltemperatur eingestellt. Wenn die tatsächliche Verdampfertemperatur höher als t_Ziel ist, erhöht das Klimaanlagen-Steuergerät den Kompressorhub, um mehr Kühlung zu erhalten und die gewünschte Verdampfertemperatur zu erreichen. Wenn die CTL einen niedrigeren Wert hat, wird der Kompressorhub gesteuert, um eine höhere Verdampfertemperatur t_Ziel zu erreichen. Durch Senken der Verdampfertemperatur t_Ziel wird der Kompressorhub somit entsprechend erhöht, bis das niedrigere Ziel erreicht ist. Weiter wird durch Erzwingen einer Erhöhung des für die CTL verwendeten Werts t_Ziel dementsprechend verringert. Daher kann die vorliegende Erfindung entweder durch direktes Verändern des Kompressorhubs oder durch indirektes Verändern des Kompressorhubs durch Verändern der CTL vorgehen.
Der Betrieb der vorliegenden Erfindung wird in Zusammenhang mit den 3-6 ausführlicher erläutert. In 3 ist die augenblickliche Fahrzeuggeschwindigkeit vor, während und nach einem Stopp-Ereignis gezeigt. Ein erstes Beispiel einer Fahrzeuggeschwindigkeit ist durch eine durchgezogene Linie 30 gezeigt. Anfangs bewegt sich das Fahrzeug mit einer Geschwindigkeit höher als eine Schwellengeschwindigkeit 31. An einem Punkt 32 beginnt der Fahrer zu bremsen, so dass die Linie 30 eine Verzögerung zeigt, die schließlich die Geschwindigkeitsschwelle 31 zu einem Zeitpunkt 33 erreicht. Die Verzögerung setzt sich fort, bis eine null-Fahrzeuggeschwindigkeit in einem Zeitpunkt 34 erreicht ist. Die Größe der Verzögerung vom Zeitpunkt 33 bis zum Zeitpunkt 34 ist ausreichend, um die vorbestimmte Bedingung der vorliegenden Erfindung zu erfüllen, d.h. entweder die Abnahme der Geschwindigkeit im Laufe der Zeit ist größer als eine Schwelle oder die Bewegung des Bremspedals ist größer als eine Schwelle. Daher sind beide Bedingungen erfüllt, wenn die Geschwindigkeit bis auf die Schwelle 31 abnimmt. Ein Stopp-Ereignis 35 zwischen dem Zeitpunkt 33 und dem Zeitpunkt 34 wird so erfasst, und die Erfindung passt dementsprechend den Kompressorhub an, um eine optimierte zusätzliche Kühlung des Verdampfers während des Stopp-Ereignisses 35 zu erhalten.
Ein weiteres Beispiel eines Fahrzeuggeschwindigkeitsprofils ist in 3 durch eine gestrichelte Linie 36 gezeigt, die sich unter der Geschwindigkeitsschwelle 31 sogar vor dem Zeitpunkt 33 befindet. Die Größe der Verzögerung ist aber unter der Schwelle zum Erfassen eines Stopp-Ereignisses vor dem Zeitpunkt 33. Zum Zeitpunkt 33 nimmt die Verzögerung aber zu, was zur Erfassung eines Stopp-Ereignisses 37 führt. Aufgrund der Tatsache, dass das Stopp-Ereignis 37 geplant würde, um früher als das Stopp-Ereignis 35 zu enden (wie es von der Startgeschwindigkeit und der Verzögerung bestimmt wird), wäre die Erhöhung des Kompressorhubs während des Stopp-Ereignisses 37 typischerweise größer als die im Stopp-Ereignis 35 angenommene Erhöhung.
Wenn das Fahrzeug einen Halt erreicht (d.h. die Augenblicksgeschwindigkeit wird zu null), bleibt es während einer Stoppzeit 38 angehalten. Die optimierte zusätzliche Kühlung ermöglicht es dem Motor, für eine längere Zeit abgestellt zu bleiben. Wenn die Fahrt zu einem Zeitpunkt 40 fortgesetzt wird, nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit in 41 zu, und der Betrieb des Kompressors kann fortgesetzt werden, so bald es notwendig wird.
4 zeigt die Verdampfertemperatur als eine Funktion der Zeit. Anfangs wird die Verdampfertemperatur entlang eines Liniensegments 45 mit einer im Wesentlichen konstanten Temperatur gemäß einem konventionellen CTL-Wert gesteuert. Bei Erfassung eines Stopp-Ereignisses würden Systeme des Stands der Technik, die die regenerative Kühlung maximieren, auf eine maximale Kühlung gehen und eine abnehmende Verdampfertemperatur wie im Segment 46 gezeigt liefern. Die vorliegende Erfindung, die eine optimierte zusätzliche Kühlung nutzt, die typischerweise weniger als maximal ist, liefert eine abnehmende Verdampfertemperatur entlang eines Segments 47, die am Ende des Stopp-Ereignisses eine optimierte Temperatur 48 erreicht. Wenn der Motor während der Stopp-Zeit 38 ausgeschaltet wird, nimmt die Verdampfertemperatur allmählich zu, wie in den Segmenten 50 und 51 gezeigt, sowohl für die Erfindung als auch für den Stand der Technik. Aufgrund der Überkühlung zeigt das Segment 51 des Stands der Technik, dass die Verdampfertemperatur selbst nach dem Neustart des Motors weiter zunehmen kann, was die unnötige Belastung reflektiert, der der Motor während des Stopp-Ereignisses ausgesetzt war. Wenn dagegen der Motor unter Verwendung der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wieder startet, wurde keine Überkühlung erhalten, und nun wird eine zusätzliche Kühlung beim Neustart des Motors benötigt, so dass eine weitere Erholung der Verdampfertemperatur benötigt wird, wie im Segment 52 gezeigt.
Ein beispielhafter Kompressorhub ist in 5 gezeigt, wie er zwischen 0% und 100% des vollen Hubs gemessen wird. Zum Beispiel kann der Hub bei etwa 50% während der Fahrt laufen, wie im Segment 55 gezeigt. Im Stand der Technik wird bei Erfassung eines Stopp-Ereignisses der Hub auf 100% erhöht, wie im Segment 56 gezeigt. In der vorliegenden Erfindung wird der Hub auf einen Zwischenwert erhöht, wie im Segment 57 gezeigt. Die tatsächliche Menge dieser Erhöhung kann durch verschiedene Verfahren bestimmt werden, wie nachfolgend beschrieben wird. Sobald der Motor im Zeitpunkt 34 ausgeschaltet ist, endet der Kompressor seinen Betrieb, und der letzte befohlene Hubwert beginnt aufgrund eines Druckverlusts abzunehmen, wie in den Liniensegmenten 58 und 59 gezeigt. Sobald der Motor wieder startet, wird der Druck wiederhergestellt, und der Kompressorhub kann sich zu seinem neu befohlenen Wert zurück bewegen, wie in den Segmenten 60 und 61 gezeigt.
Die Durchführung der Maximierung des Hubs gemäß dem Stand der Technik kann viele Nachteile haben. Wenn zum Beispiel eine Verdampferzieltemperatur eingestellt wird, um eine maximale Verdrängung im Kompressor zu erhalten, kann die Verdampferzieltemperatur zu dem Zeitpunkt nicht erreicht worden sein, zu dem das Fahrzeug tatsächlich anhält. Dies kann das Ausschalten des Motors aufgrund der weitergehenden Kühlungsforderung verzögern. Durch den Lauf des Motors bei angehaltenem Fahrzeug wird die durch eine Start-Stopp-Technologie gesuchte Verbesserung der Kraftstoffersparnis beeinträchtigt. Selbst wenn der Motor sofort ausgeschaltet wird, wird eine zusätzliche unnötige Arbeit vom Kompressor vor dem Ausschalten des Motors ausgeführt, wodurch der Kraftstoffverbrauch erhöht wird. Weiter kann die übermäßige Kühlung für die Insassen unangenehm sein.
Um die optimierte Änderung des Kompressorhubs und der Verdampfertemperatur gemäß einer Ausführungsform zu erhalten, wird eine Menge Y als ein Anpassungsfaktor bestimmt. 6 zeigt, dass Y einen Wert von null, der vor dem Stopp-Ereignis im Segment 62 gezeigt ist, und einen Wert von null im Segment 64 nach dem Stopp-Ereignis hat. Während des Stopp-Ereignisses hat Y einen Wert ungleich null, wie im Segment 63 gezeigt ist. Da die Fahrzeugverzögerung während eines Stopp-Ereignisses möglicherweise nicht konstant bleibt, kann der Wert von Y während des Segments 63 dementsprechend entweder zunehmen oder abnehmen. Y kann einen Wert haben, der einen laufenden Kompressorhub von etwa 50% auf einen Kompressorhub zwischen 70% und 90% erhöht, abhängig von der Zeit bis zum Anhalten (d.h. der Dauer des Stopp-Ereignisses) und anderen Bedingungen. Eine kürzere geplante Dauer des Stopp-Ereignisses würde zu einer größeren Erhöhung des Kompressorhubs führen. Für eine beliebige besondere Fahrzeuggestaltung können die quantitativen Werte für Y unter verschiedenen Bedingungen zum Beispiel während der Gestaltung und des Testens des Fahrzeugs empirisch bestimmt werden.
Basierend auf einem Wert von Y kann der Kompressorhub verändert werden, wie in 8 gezeigt. So wird ein von dem Klimaanlagen-Steuergerät erhaltener Hubbefehl an einen Eingang eines Addierers 70 geliefert. Der Wert Y wird an den anderen Eingang des Addierers 70 geliefert, und ein veränderter Hubbefehl wird an einen Kompressor 71 ausgegeben. Es können Schritte vorgenommen werden (nicht gezeigt), um zu gewährleisten, dass der veränderte Hubbefehl 100% nicht überschreitet oder keinen Pegel erreicht, der eine Vereisung des Verdampfers verursacht.
In einer stärker bevorzugten Ausführungsform kann der Wert von CTL, der verwendet wird, um den Klimaanlagenbetrieb zu steuern, verändert werden, wie in 7 gezeigt. Ein unveränderter CTL-Wert, der in üblicher Weise erhalten wird, wird als einen Wert X aufweisend dargestellt. Der Steuersystembetrieb wird unter Verwendung eines veränderten CTL-Werts durchgeführt, der aus X + Y besteht. Wie in 7 gezeigt, hat die Summe X + Y den üblichen Wert vor und nach einem Stopp-Ereignis, da der Wert von Y zu diesen Zeitpunkten null ist. Während des Stopp-Ereignisses zeigt die graphische Darstellung der 7 aber eine veränderte CTL an einem Liniensegment 72. Der erhöhte CTL-Wert verursacht eine zusätzliche Arbeit des Kompressors, wodurch eine zusätzliche Kühlung in den Verdampfer geliefert wird. Während der Haltezeit 38 kann der im Segment 73 gezeigte CTL-Wert (nachdem Y zu null zurückgekehrt ist) als Reaktion auf die allmähliche Erhöhung der Verdampfer- und Innentemperaturen nach und nach zunehmen. Nach dem Neustart des Motors kann der CTL-Wert weiter vorübergehend steigen, bis der Klimaanlagenbetrieb sich auf ein Gleichgewicht erholt.
Eine Ausführungsform, die eine veränderte CTL verwendet, ist ausführlicher in 9 gezeigt. Der übliche CTL-Wert X wird an einen Eingang eines Addierers 75 geliefert, während der Anpassungsfaktor Y an einen anderen Eingang geliefert wird. Der Ausgang des Addierers 70 ist mit einem Block 76 zur Umwandlung des veränderten CTL-Werts in eine Verdampferzieltemperatur verbunden. Die tatsächliche Verdampfertemperatur wird mit der Zieltemperatur in einem Steuergerät 77 wie einem Steuergerät eines Proportional-Integral-Differenzial-Verhaltens (PID) verglichen. Der resultierende Hubbefehl wird an einen Kompressor 78 geliefert. Wenn der Wert von Y null ist, arbeitet die Klimaanlagen-Regelschleife auf übliche Weise. Wenn der Wert von Y während eines Stopp-Ereignisses ungleich null ist, werden die Verdampferzieltemperatur und der Hubbefehl optimiert, um eine zusätzliche Kühlung zu erreichen, um die Motorausschaltzeit während eines des Anhaltens des Fahrzeugs zu verlängern.
10 veranschaulicht eine bevorzugte Ableitung für einen Wert von Y. Ein Rechenblock 80 empfängt ein augenblickliches Geschwindigkeitssignal und eine Verzögerungsgröße, die zusammen die erwartete Zeit angeben, bis das Fahrzeug anhält (zu welchem Zeitpunkt es wünschenswert wird, den Motor auszuschalten).
Der Wert von Y kann unter Verwendung nur dieser zwei Variablen bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können auch eine Gebläserate und/oder eine geschätzte Dauer eines Halts zum Bestimmen eines Werts für Y verwendet werden. Der Rechenblock 80 kann auf einer Nachschlagetabelle basieren, die Werte hat, welche während einer Konstruktionsarbeit empirisch bestimmt werden, oder kann Berechnungen enthalten, die die folgenden Funktionen beinhalten. Insbesondere kann Y eine Funktion des konventionellen CTL-Werts X, der Fahrzeuggeschwindigkeit und des Verzögerungsgrads gemäß der folgenden Formel sein: $Y = C_{1} X + C_{2} \frac{d}{ν}$
wobei d die Größe der Verzögerung und v das augenblickliche Geschwindigkeitssignal ist. C₁ und C₂ sind Konstanten, die für eine bestimmte Systemgestaltung bestimmt werden.
Die Gebläsegeschwindigkeit ist eine Anzeige des Wunschs des Insassen nach Kühlung und reflektiert auch die Fähigkeit, Kälte im Verdampfer im Lauf der Zeit zu speichern. So würde eine höhere Gebläsegeschwindigkeit dahin tendieren, den gewünschten Wert für Y zu erhöhen. Vorzugsweise kann die Gebläsegeschwindigkeit durch eine Gebläserate als ein Prozentsatz der maximalen Gebläsegeschwindigkeit ausgedrückt werden.
Werte für Y können entweder aus einer Nachschlagetabelle oder durch eine geeignete Bewertung von Funktionen gemäß einer empirisch gewählten durchschnittlichen Motorausschaltzeit während typischer Fahrbedingungen bestimmt werden. Alternativ kann zum Beispiel eine dynamisch geschätzte Haltedauer vom Fahrzeug als Reaktion auf eine neuere Entwicklung der Nutzung des Fahrzeugs aufrechterhalten werden. Die dynamisch geschätzte Dauer kann dann verwendet werden, um die gewünschte Menge an zusätzlicher Kühlung zu bestimmen, um eine Motorausschaltbedingung während der ganzen erwarteten Haltedauer aufrechtzuerhalten. Eine Ausführungsform einer Funktion zur Berechnung eines Werts von Y als Reaktion auf alle vier dieser Variablen ist wie folgt. $Y = (C_{1} X + C_{2} \frac{d}{ν} + C_{3} B_{r a t e}) \frac{D_{e s t}}{D_{n o m}}$
wobei B_Rate die Gebläserate ist, D_est die geschätzte Haltedauer und D_nom eine nominale oder Standard-Haltedauer ist.
Wie vorher erwähnt, kann die Größe der Verzögerung als Reaktion auf einen absoluten Bremspedalwinkel oder eine Änderungsrate des Pedalwinkels bestimmt werden, die speziell zur Erfassung der Initiierung eines Stopp-Ereignisses ist. Alternativ kann die Verzögerung durch Dividieren der Differenz zwischen zwei Messungen der Augenblicksgeschwindigkeit durch die Zeitdifferenz zwischen den Messungen erhalten werden. Durch Verwenden eines optimalen Kompressorhubs basierend auf einer optimalen Verdampfertemperatur arbeitet der Kompressor weniger, und es wird weniger Energie verbraucht, ehe das Fahrzeug anhält. So realisiert die Erfindung Kraftstoffersparnisse während der Verzögerung und während einer verlängerten Ausschaltzeit nach dem Anhalten des Fahrzeugs.
Die Klimawärmelast, wie sie hier verwendet wird, kann beliebige bekannte Faktoren zur Steuerung des Pegels einer Klimaanlagenkühlung enthalten, einschließlich Innen- und Außentemperaturen, Sonnenbelastung und Bedienereinstellungen für eine Temperatur und/oder eine Gebläsegeschwindigkeit. Der Anpassungsfaktor zur Veränderung der CTL während eines Stopp-Ereignisses enthält vorzugsweise Geschwindigkeit und Verzögerung, und kann alternativ die Gebläserate und die geschätzte Dauer des Halts enthalten, wenn anwendbar.

Claims

Fahrzeug-Klimaanlage für ein Fahrzeug (10) mit Start-Stopp-Technologie, die Folgendes aufweist: einen Verdampfer (16); einen Verdampfertemperatursensor (24) zur Erzeugung eines Verdampfertemperatursignals gemäß einer Temperatur des Verdampfers (16); einen Außentemperatursensor (22) zur Erzeugung eines Außentemperatursignals gemäß einer Temperatur außerhalb des Fahrzeugs (10); ein Insassen-Steuerelement (25) zur Einstellung eines Insassen-Anforderungssignals; einen variablen Verdrängungskompressor (13), der vom Motor (11) angetrieben wird und einen variablen Hub hat, um eine variable Kühlmenge des Verdampfers (16) als Reaktion auf ein Hubsteuersignal zu erzeugen; einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (21), der ein Geschwindigkeitssignal gemäß einer Augenblicksgeschwindigkeit des Fahrzeugs (10) erzeugt; und ein Steuergerät (20), das das Verdampfertemperatursignal und das Geschwindigkeitssignal empfängt, wobei das Steuergerät (20) 1) einen Klimawärmelast(CTL)-Wert als Reaktion auf das Außentemperatursignal und das Insassen-Anforderungssignal bestimmt, 2) eine Verdampferzieltemperatur als Reaktion auf den CTL-Wert bestimmt, 3) den variablen Hub variiert, um das Verdampfertemperatursignal nahe der Verdampferzieltemperatur zu halten, 4) ein Stopp-Ereignis des Fahrzeugs (10) als Reaktion darauf erfasst, dass das Geschwindigkeitssignal geringer als eine oder gleich einer Schwellengeschwindigkeit ist und eine Verzögerung auftritt, 5) während des Stopp-Ereignisses die Verdampferzieltemperatur als Reaktion auf einen veränderten CTL-Wert bestimmt, der als Reaktion auf den CTL-Wert, das Geschwindigkeitssignal und eine Größe der Verzögerung bestimmt wird.
System nach Anspruch 1, wobei die Anpassung an den CTL-Wert weiter als Reaktion auf eine Gebläsegeschwindigkeit in der Fahrzeug-Klimaanlage bestimmt wird.
System nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Steuergerät (20) eine geschätzte Haltedauer aufrechterhält, und wobei die Anpassung an den CTL-Wert weiter als Reaktion auf die geschätzte Haltedauer bestimmt wird.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Steuergerät (20) eine Nachschlagetabelle enthält, um das Geschwindigkeitssignal und die Größe der Verzögerung mit entsprechenden Werte der Anpassung in Beziehung zu bringen.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, das weiter ein Bremspedal (26) im Fahrzeug (10) enthält, wobei das Auftreten einer Verzögerung als Reaktion auf eine vorbestimmte Betätigung des Bremspedals (26) des Fahrzeugs (10) erfasst wird.
System nach Anspruch 5, wobei das Bremspedal (26) über einen Bereich von Bremswinkeln niedergedrückt werden kann, und wobei die vorbestimmte Betätigung ein Niederdrücken des Bremspedals (26) auf einen vorbestimmten Bremswinkel ist.
System nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Bremspedal (26) über einen Bereich von Bremswinkeln niedergedrückt werden kann, und wobei die vorbestimmte Betätigung ein vorbestimmter Änderungsgrad des Bremswinkels ist.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Auftreten einer Verzögerung als Reaktion auf einen vorbestimmten Abfall des Geschwindigkeitssignals erfasst wird.
System nach Anspruch 8, wobei der vorbestimmte Abfall des Geschwindigkeitssignals daraus besteht, dass eine Verzögerung des Fahrzeugs (10) größer als eine Verzögerungsschwelle ist, wie sie aus dem Geschwindigkeitssignal bestimmt wird.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, das weiter einen Innentemperatursensor (23) zur Erzeugung eines Innentemperatursignals gemäß einer Temperatur innerhalb des Fahrzeugs (10) aufweist, wobei der CTL-Wert weiter als Reaktion auf das Innentemperatursignal bestimmt wird.
System nach einem der vorherigen Ansprüche, das weiter einen Sonnensensor (28) zur Erzeugung eines Sonnenbelastungssignals gemäß einem Sonneneinstrahlungspegel aufweist, der auf das Fahrzeug (10) auftrifft, wobei der CTL-Wert weiter als Reaktion auf das Sonnensignal bestimmt wird.
Verfahren zur Steuerung eines variablen Hubs für einen variablen Verdrängungskompressor (13) in einer Klimaanlage eines Fahrzeugs (10) mit Start-Stopp-Technologie, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Abtasten einer Verdampfertemperatur eines Verdampfers (16) der Klimaanlage; Abtasten einer Außentemperatur außerhalb des Fahrzeugs (10); Einstellen einer Insassen-Anforderung für die Klimaanlage; Abtasten einer Augenblicksgeschwindigkeit des Fahrzeugs (10); Bestimmen eines Klimawärmelast(CTL)-Werts als Reaktion auf die Außentemperatur und die Insassen-Anforderung; Bestimmen einer Verdampferzieltemperatur als Reaktion auf den CTL-Wert; Variieren des variablen Hubs, um die Verdampfertemperatur nahe der Verdampferzieltemperatur zu halten; Erfassen eines Stopp-Ereignisses des Fahrzeugs (10) als Reaktion darauf, dass das augenblickliche Geschwindigkeitssignal geringer als eine oder gleich einer Schwellengeschwindigkeit ist und eine Verzögerung auftritt; während des Stopp-Ereignisses, Bestimmen der Verdampferzieltemperatur als Reaktion auf einen veränderten CTL-Wert, der als Reaktion auf den CTL-Wert, die Augenblicksgeschwindigkeit und eine Größe der Verzögerung bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12, das weiter den folgenden Schritt aufweist: Bestimmen einer Gebläsegeschwindigkeit eines Gebläses (17) in der Klimaanlage; wobei die Anpassung an den CTL-Wert weiter als Reaktion auf die Gebläsegeschwindigkeit bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, das weiter den folgenden Schritt aufweist: Schätzen einer Haltedauer, während der der Motor (11) abgestellt sein kann; wobei die Anpassung an den CTL-Wert weiter als Reaktion auf die geschätzte Haltedauer bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei der Schritt des Bestimmens des veränderten CTL-Werts den Zugriff auf eine Nachschlagetabelle enthält, die die Augenblicksgeschwindigkeit und die Größe der Verzögerung mit entsprechenden Werten der Anpassung in Verbindung bringt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, das weiter den folgenden Schritt aufweist: Überwachung eines Bremspedals (26) im Fahrzeug (10), wobei das Auftreten einer Verzögerung als Reaktion auf eine vorbestimmte Betätigung des Bremspedals (26) erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei das Auftreten einer Verzögerung als Reaktion auf eine vorbestimmte Abnahme der Augenblicksgeschwindigkeit erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, das weiter den folgenden Schritt aufweist: Abtasten einer Innentemperatur innerhalb des Fahrzeugs (10); wobei der CTL-Wert weiter als Reaktion auf die Innentemperatur bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, das weiter den folgenden Schritt aufweist: Abtasten einer Sonnenbelastung gemäß einem Sonneneinstrahlungsgrad, der auf das Fahrzeug (10) auftrifft; wobei der CTL-Wert weiter als Reaktion auf die Sonnenbelastung bestimmt wird.