DE102013216952A1

DE102013216952A1 - Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Klimaanlage für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013216952A1
Application number: DE102013216952.3A
Authority: DE
Inventors: Susanne Becker; Dr. Brendel Thomas; Nicholas Demetris Cherouvim
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2013-08-26
Filing date: 2013-08-26
Publication date: 2015-02-26
Also published as: WO2015028300A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Klimaanlage für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs, welche Vorrichtung eine Klimaanlage zur Klimatisierung zumindest eines Innenraums des Fahrzeugs, sowie wenigstens ein Primärsteuergerät (1) und wenigstens ein Sekundärsteuergerät (2) umfasst, wobei das Primärsteuergerät (1) ausgebildet ist zur Verarbeitung zumindest einer das Klima des Innenraums des Fahrzeug charakterisierenden Größe als Führungsgröße und zur Ausgabe zumindest einer die Klimatisierung des Innenraums charakterisierenden Größe als Stellgröße, wobei das wenigstens eine Sekundärsteuergerät (2) ausgebildet ist zur Verarbeitung der zumindest einen Stellgröße des Primärsteuergeräts (1) als Führungsgröße und zur Ausgabe zumindest einer Stellgröße zur Stellung zumindest eines Stellglieds der Klimaanlage, wobei das wenigstens eine Primärsteuergerät (1) frei von einer unmittelbaren, drahtgebunden Verbindung zu einem Stellglied der Klimaanlage zur Stellung des Stellglieds ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung und/oder Regelung einer Klimaanlage für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs, wobei die Klimaanlage zur Klimatisierung zumindest eines Innenraums des Fahrzeugs vorgesehen ist und die Vorrichtung zumindest ein Steuergerät zur Steuerung der Klimaanlage umfasst.
Fahrzeuge mit Klimaanlagen und Steuergeräten zur Steuerung der Klimaanlagen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. Die DE 4 307 897 A1 offenbart verteilte Steuergeräte zur Steuerung und Überwachung mehrerer Funktionen eines Schienenfahrzeugs.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Risiko eines Ausfalls aller Klimaanlagen deutlich zu reduzieren.
Gelöst wird die Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche 1 und 12. Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Merkmalen der abhängigen Patentansprüche wieder.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Klimaanlage für ein Fahrzeug, insbesondere für ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs, welche Klimaanlage zur Klimatisierung zumindest eines Innenraums des Fahrzeugs vorgesehen ist, umfasst wenigstens ein Primärsteuergerät und wenigstens ein Sekundärsteuergerät.
Das wenigstens eine, erfindungsgemäße Primärsteuergerät ist ausgebildet zur Verarbeitung zumindest einer das Klima des Innenraums des Fahrzeugs charakterisierenden Größe als Führungsgröße und zur Ausgabe zumindest einer die Klimatisierung des Innenraums charakterisierenden Größe als Stellgröße.
Das wenigstens eine, erfindungsgemäße Sekundärsteuergerät ist ausgebildet zur Verarbeitung der zumindest einen Stellgröße des Primärsteuergeräts als Führungsgröße und zur Ausgabe zumindest einer Stellgröße zur Stellung zumindest eines Stellglieds der Klimaanlage.
Darüber hinaus ist das wenigstens eine Primärsteuergerät erfindungsgemäß frei von einer Festverdrahtung zu einem Stellglied der Klimaanlage zur Stellung des Stellglieds. Eine Festverdrahtung wird auch als verbindungsprogrammierte Steuerung bezeichnet, in Abgrenzung zur speicherprogrammierbaren Steuerung. Bei einer Festverdrahtung besteht zumindest eine unmittelbare, drahtgebunde Verbindung zwischen zwei Bauteilen. Sie wird zur direkten Komponenten-Ansteuerung oder auch Hardware-Ansteuerung genutzt. Über eine Festverdrahtung werden üblicherweise Strom- und/oder Spannungssignale übertragen, beispielsweise auch pulsweitenmoduliert. Das Primärsteuergerät ist somit nicht geeignet zur Stellung eines Stellglieds der Klimaanlage. Das Primärsteuergerät ist dann auch frei von einer Ausgabe einer Stellgröße zur Stellung zumindest eines Stellglieds der Klimaanlage.
Gemäß einer Ausgestaltung ist das Primärsteuergerät frei von einer unmittelbaren Verbindung zu einem Stellglied der Klimaanlage. Somit würde auch keine Kommunikationsverbindung zwischen dem wenigstens einen Primärsteuergerät und zumindest einem Stellglied der Klimaanlage bestehen.
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug, insbesondere ein Schienenfahrzeug des Personenverkehrs, umfasst entsprechend zumindest eine Klimaanlage zur Klimatisierung zumindest eines Innenraums des Fahrzeugs, insbesondere zur Klimatisierung zumindest eines Fahrgastraums des Schienenfahrzeugs. Darüber hinaus umfasst es zumindest eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der zumindest einen Klimaanlage.
Die Klimaanlage dient der Einstellung des Klimakomforts im Innenraum des Fahrzeugs und somit zumindest der Regelung der Temperatur, der Feuchtigkeit und der Qualität der Luft im Innenraum des Fahrzeugs. Geregelte Funktionen der zumindest einen Klimaanlage sind insbesondere die Lüftung, Heizung, Kühlung, Befeuchtung und/oder Entfeuchtung der Luft des zumindest einen Innenraums des Fahrzeugs. Dazu umfasst die Klimmanalage insbesondere Komponenten zur Luftförderung, Filterung, Temperierung, Befeuchtung und/oder Entfeuchtung, wie beispielsweise Lüfter, Klappen, Kompressoren, Wärmetauscher, Heizregister und/oder Ventile. Zur Regelung und/oder Steuerung der zumindest einen Klimaanlage umfasst das Fahrzeug wenigstens ein erfindungsgemäßes Primärsteuergerät und wenigstens ein erfindungsgemäßes Sekundärsteuergerät. Steuergeräte dienen im Allgemeinen der Steuerung und/oder der Regelung von technischen Prozessen. Sie können daher auch als Primärregler oder Sekundärregler bezeichnet werden.
Bei den Größen zur Charakterisierung des Klimas des Innenraums und zur Charakterisierung der Klimatisierung des Innenraums handelt es sich insbesondere um physikalische Größen. Physikalische Größen, welche das Klima des Innenraums des Fahrzeugs charakterisieren sind z.B. die Temperatur und die Feuchtigkeit der Luft des Innenraums des Fahrzeugs. Diese Größen charakterisieren somit insbesondere die zu klimatisierende Luft des Innenraums des Fahrzeugs. Ziel einer Regelung dieser, das Klima charakterisierenden Größen, ist die Erzeugung und Erhaltung des Klimakomforts im Innenraum des Fahrzeugs. Die Klimatisierung des Innenraums, insbesondere die Klimatisierung der Luft des Innenraums des Fahrzeugs, wird hingegen durch Größen, insbesondere physikalische Größen, charakterisiert, welche den Prozess der Erzeugung und Erhaltung des Klimakomforts im Innenraum des Fahrzeugs beschreiben. Ist die Klimaanlage ausgeschaltet, so findet keine Klimatisierung statt. Dennoch lässt sich die Klima, wie oben ausgeführt, charakterisieren. Die Größen, insbesondere die physikalische Größen, zur Charakterisierung der Klimatisierung sind dann jedoch Null. Zu den die Klimatisierung des Innenraums charakterisierenden physikalischen Größen zählen beispielsweise die Menge, Temperatur, Feuchtigkeit und Qualität der dem Innenraum durch die Klimatisierung zugeführten Frischluft. Darüber hinaus können klimaanlagenspezifische Größen, wie z.B. die aufgenommene Heiz- oder Kühlleistung der Klimaanlage, den Klimatisierungsprozess charakterisieren.
Zur Regelung vergleicht ein Regler eines Regelkreises einen Sollwert mit dem gemessenen und zurückgeführten Istwert einer Regelgröße und ermittelt aus dem Unterschied, der sogenannten Regelabweichung oder Regeldifferenz, eine Stellgröße, welche die Regelstrecke so beeinflusst, dass die Regelabweichung im eingeschwungenem Zustand zu einem Minimum wird. Die Führungsgröße ist die Größe, auf die die Regelgröße gebracht werden soll. Sie wird beispielsweise von einem Bediener oder von einem Fahrzeugsteuergerät vorgegeben. Regelgröße ist beispielsweise die Temperatur des Innenraums. Der Sollwert der Temperatur sei vorgegeben – es handelt sich also um den Wert der Führungsgröße. Angenommen dieser weicht geringfügig vom Istwert der Regelgröße ab, dann wird eine Stellgröße mittels eines vorgegebenen Algorithmus ermittelt, welche ein Stellglied so stellt, dass die Temperatur an den Sollwert im Wesentlichen angeglichen wird. Stellglieder sind insbesondere die Komponenten der Klimaanlage, durch welche der Klimatisierungsprozess gesteuert wird. Dazu setzen sie insbesondere elektrische Signale als Stellgrößen um. Sie können auch als Aktoren bezeichnet werden. Stellglieder sind beispielsweise Schalter, Schütze oder Relais. Neben mechanischen Schaltern gelten auch elektronische Schalter als mit umfasst. Sensoren hingegen erfassen physikalische Größen und formen diese in weiterverarbeitbare elektrische Signale um. Mittels Sensoren sind die Istwerte der Regelgrößen messbar. Sensoren nehmen Messwerte auf, welche zur Abbildung eines Zustands dienen, beispielsweise zur Beschreibung des Zustands des Klimas im Innenraum des Fahrzeugs oder zur Beschreibung des Zustands der Klimatisierung des Innenraums des Fahrzeugs. Die Messwerte liegen gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in gleicher Form vor und können in gleicher Art und Weise übertragen werden wie die zumindest eine Führungsgröße des Primärsteuergeräts und/oder wie die zumindest eine Führungsgröße des Sekundärsteuergeräts.
Entsprechend dieser Definitionen ist das wenigstens eine Primärsteuergerät ausgebildet zur Verarbeitung von Werten zumindest einer das Klima des Innenraums des Fahrzeug charakterisierenden Größe als Führungsgröße und zur Ausgabe von Werten zumindest einer die Klimatisierung des Innenraums charakterisierenden Größe als Stellgröße und das wenigstens eine Sekundärsteuergerät ist ausgebildet zur Verarbeitung der Werte der zumindest einen Stellgröße des Primärsteuergeräts als Werte einer Führungsgröße und zur Ausgabe zumindest einer Stellgröße zur Stellung zumindest eines Stellglieds der Klimaanlage. Sowohl die Übergabe von Werten an die Steuergeräte und die Verarbeitung der Werte durch die Steuergeräte sowie auch die Ausgabe von Werten durch die Steuergeräte erfolgt digital und/oder analog. Werte können als Daten, beispielsweise in einem Binärcode codiert, auch drahtlos übertragen werden. Möglich ist auch alternative Größenformate und/oder das Werteformate vorzugeben.
Zur Übertragung der zumindest einen Stellgröße des Primärsteuergeräts zum Sekundärsteuergerät weist das Primärsteuergerät zumindest eine Verbindung zum Sekundärsteuergerät auf. Bei dieser Verbindung handelt es sich insbesondere um eine Kommunikationsverbindung. Diese ist insbesondere geeignet zur Übertragung von Werten. Dabei ist das Format vorgegeben. Vorteilhaft sind sowohl das Primärsteuergerät, als auch das Sekundärsteuergerät über eine BUS-Verbindung als Kommunikationsverbindung miteinander verbunden. Auch eine drahtlose Verbindung kann zur Übertragung der zumindest einen Stellgröße des Primärsteuergeräts zum Sekundärsteuergerät dienen. Bekannt geworden sind auch drahtlose BUS-Systeme zur Datenübertragung.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung ist das Primärsteuergerät frei von einer Festverdrahtung zum Sekundärsteuergerät.
Kommunikationsverbindungen und Festverdrahtungen unterscheiden sich somit in der Art der Signale, welche über sie übertragen werden und für deren Übertragung sie geeignet sind.
Die zumindest eine Stellgröße zur Stellung zumindest eines Stellglieds der Klimaanlage kann ebenfalls digital und/oder analog ausgegeben werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird die zumindest eine Stellgröße zur Stellung zumindest eines Stellglieds der Klimaanlage über eine unmittelbare, drahtgebundene Verbindung, insbesondere über eine Festverdrahtung, in analoger Form eines elektrischen Stroms vom dem wenigstens einen Sekundärsteuergerät ausgegeben. Dazu weist das zumindest eine Sekundärsteuergerät zumindest eine unmittelbare, drahtgebundene Verbindung, insbesondere eine Festverdrahtung, zu zumindest einem Stellglied der Klimaanlage zur Stellung des Stellglieds auf.
Zur direkten Komponenten-Ansteuerung werden meist einfache Schaltsignale übertragen. Diese könnten auch über eine Kommunikationsverbindung übertragen werden. In dieser Ausführungsform ist das Sekundärsteuergerät mit dem zumindest einen Stellglied jedoch fest verdrahtet. Es weist entsprechende Ein- und Ausgänge dazu auf.
Durch das wenigstens eine Primärsteuergerät und das wenigstens eine Sekundärsteuergerät der Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Klimaanlage ist eine funktionale Auftrennung der Steuerung und/oder Regelung der Klimaanlage gegeben. Das Primärsteuergerät übernimmt eine übergeordnete Regelung und damit vorgegebene, erste Funktionen. Das Sekundärsteuergerät übernimmt entsprechend eine untergeordnete Regelung und damit vorgegebene, von den ersten Funktionen verschiedene, zweite Funktionen. Die Steuergeräte sind, insbesondere entsprechend ihren vorgegebenen Funktionsumfängen, entsprechend ausgestaltet. Weitergebildet sind das Primärsteuergerät und das Sekundärsteuergerät physikalisch voneinander getrennt. Insbesondere weisen sie dann auch separate Gehäuse auf, welche beispielsweise auch räumlich voneinander getrennt im Fahrzeug angeordnet sind. Sie können aber auch in einem gemeinsamen E-Kasten eines Schienenfahrzeugs untergebracht sein.
Weist das zumindest eine Sekundärsteuergerät zumindest eine Festverdrahtung zu zumindest einem Stellglied der Klimaanlage zur Stellung des Stellglieds auf, besteht die Gefahr von Überspannungen, wodurch ein Ausfall des Sekundärsteuergeräts gegeben ist. Da das Primärsteuergerät frei von einer Festverdrahtung den Stellgliedern der Klimaanlage ist, besteht diese Gefahr jedoch nicht für das Primärsteuergerät. Die strenge Aufteilung der Funktionalitäten gewährleistet so ein gutes Maß an Schutz für das Primärsteuergerät. Dies gilt als besonders wichtig, falls das Primärsteuergerät mehrere Sekundärsteuergeräte ansteuert. In einem solchen Fall würde der Ausfall des Primärsteuergeräts zum Ausfall mehrerer Klimaanlagen führen. Darüber hinaus kann das Primärsteuergerät weitere Steuergeräte ansteuern. Auch deren Funktionen könnten bei einem Ausfall des Primärsteuergeräts nicht mehr richtig ausgeführt werden.
Die klare Auftrennung der Funktionalität erlaubt darüber hinaus die Definition einer einfachen Schnittstelle zwischen dem Primärsteuergerät und dem Sekundärsteuergerät, was die Implementierung der Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Klimaanlage durch mehrere Parteien erlaubt.
Meist werden Klimaanlagen von einem ersten Hersteller hergestellt, wobei dieser ungleich ist einem zweiten Hersteller des Fahrzeugs. Bisher wurde herkömmlicherweise die gesamte Implementierung der Regelungseinheit der Klimaanlage vom ersten Hersteller vorgenommen, was zu einer sehr komplexen Anforderungslage führte. Dem ersten Hersteller fehlt jedoch oft das Verständnis für die Anforderungen des zweiten Herstellers, was zu Problemen bei der Implementierung der Regelungseinheit führen konnte.
Wegen der Unabhängigkeit der übergeordneten Steuerung des Primärsteuergeräts von der Ansteuerung der Komponenten einer Klimaanlage, kann diese nun deutlich abstrahiert werden. Das Primärsteuergerät ist vom zweiten Hersteller des Fahrzeugs hergestellt, das Sekundärsteuergerät wird vom ersten Hersteller der Klimaanlage bereit gestellt. Die Schnittstillen sind, wie oben bereits skizziert definiert. Hier besteht die Möglichkeit einer Standardisierung. Es bedeutet auch, dass eine große Auswahl von Klimaanlagen unterschiedlicher Hersteller einsetzbar ist. Auch der Regelungsalgorithmus des Sekundärsteuergeräts ist durch die Verwendung der immer gleichen Schnittstellen zwischen Primärsteuergerät und Sekundärsteuergerät stärker standardisierbar.
Wie oben bereits ausgeführt ist ein Beispiel für eine die Klimatisierung charakterisierende Größe eine Heiz- oder Kühlleistung der Klimaanlage, welche als Sollleistung, insbesondere als Wert einer Sollleistung, vom Primärsteuergerät ausgegeben wird und den Zustand der Klimatisierung abbildet. Weitere Beispiele für Stellgrößen des Primärsteuergeräts und Führungsgrößen des Sekundärsteuergeräts sind: Temperatur und Feuchtigkeit der Zuluft oder eine oder mehrere Luftmengenkennzahlen. Der Begriff Stellgrößen ist in diesem Zusammenhang etwas irreführend, da diese zur Weiterverarbeitung an das zweite Sekundärsteuergerät übertragen werden, die Regelstrecke jedoch nur mittelbar beeinflussen, da durch sie keine Stellglieder unmittelbar gestellt werden.
Eine weitere Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Sekundärsteuergerät zumindest eine Verbindung, insbesondere eine Kommunikationsverbindung, zu zumindest einem ersten Sensor zur Übertragung von Messwerten des ersten Sensors zum Sekundärsteuergerät aufweist, welcher erste Sensor zur Aufnahme von Messwerten zumindest einer die Klimatisierung des Innenraums charakterisierenden Größe ausgebildet ist. Die Messwerte der ersten Sensoren dienen beispielweise der Rückführung und bilden die zurückgeführten Istwerte einer Regelgröße zur Berechnung einer Regelabweichung. Zusätzlich oder alternativ weist das Sekundärsteuergerät zumindest Festverdrahtung zu zumindest einem ersten Sensor auf, wobei die Klimaanlage dann entsprechende Ein- und Ausgänge aufweist. Das Primärsteuergerät ist weiterbildungsgemäß frei von einer Verbindung zu einem ersten Sensor zur Aufnahme von Messwerten zumindest einer die Klimatisierung des Innenraums charakterisierenden Größe. Dies betrifft insbesondere Festverdrahtungen, kann aber auch Kommunikationsverbindungen betreffen. Der erste Sensor misst beispielsweise eine Zulufttemperatur.
Das Primärsteuergerät weist hingegen bevorzugt zumindest eine Verbindung, insbesondere eine Kommunikationsverbindung, zu zumindest einem weiteren, zweiten Sensor zur Übertragung von Messwerten des zweiten Sensors zum Primärsteuergerät auf, welcher zweite Sensor zur Aufnahme von Messwerten zumindest einer das Klima des Innenraums charakterisierenden physikalischen Größe ausgebildet ist. Alternativ weist ein Fahrzeugsteuergerät zumindest eine Verbindung zu zumindest einem weiteren, zweiten Sensor zur Übertragung von Messwerten des zweiten Sensors zum Primärsteuergerät auf, welcher zweite Sensor zur Aufnahme von Messwerten zumindest einer das Klima des Innenraums charakterisierenden Größe ausgebildet ist. Der zweite Sensor misst beispielsweise eine Innenraumtemperatur.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass das Primärsteuergerät Teil eines Fahrzeugsteuergeräts ist oder identisch mit diesem ist. Die dargelegten Funktionalitäten des Primärsteuergeräts sind dann vom Fahrzeugsteuergerät ausführbar. Gemäß einer anderen Variante sind das Primärsteuergerät und das Fahrzeugsteuergerät physikalisch getrennt. Das Sekundärsteuergerät ist dann beispielsweise frei von einer Kommunikationsverbindung zu einem Fahrzeugsteuerungsgerät. Das Primärsteuergerät hingegen weist dann zumindest eine Verbindung, insbesondere eine Kommunikationsverbindung, zu dem Fahrzeugsteuerungsgerät auf. Diese kann genutzt werden zur Übertragung von Diagnosedaten vom Primärsteuergerät zur Fahrzeugsteuerung und/oder zur Übertragung der zumindest einen Führungsgröße des Primärsteuergeräts vom Fahrzeugsteuerungsgerät zum Primärsteuergerät. Ein Fahrzeugsteuergerät wird auch als Zentralsteuergerät bezeichnet und führt beispielsweise folgende Funktionen aus:

– Berechnen einer Durchschnittsgeschwindigkeit des Fahrzeugs anhand einer Drehzahl der Räder;
– Sicherheitsüberwachung des Antriebs des Fahrzeugs.

Eine weitere Weiterbildung besteht darin, dass das Primärsteuergerät oder ein Fahrzeugsteuergerät zumindest eine Verbindung zu einer Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Übertragung der zumindest einen Führungsgröße des Primärsteuergeräts von der Mensch-Maschine-Schnittstelle zum Primärsteuergerät aufweist, welche Mensch-Maschine-Schnittstelle zur manuellen Eingabe der zumindest einen Führungsgröße des Primärsteuergeräts ausgebildet ist. Das Sekundärsteuergerät kann frei von einer Verbindung zu der zumindest einen Mensch-Maschine-Schnittstelle zur manuellen Eingabe der zumindest einen Führungsgröße des Primärsteuergeräts sein. Die Mensch-Maschine-Schnittstelle hingegen kann weitergebildet Teil des Primärsteuergeräts sein.
Die zumindest eine Führungsgröße des Primärsteuergeräts wird durch zumindest einen Benutzer in einem Human-Machine-Interface eingegeben und zum Primärsteuergerät übertragen. Zusätzlich oder alternativ können Führungsgrößen des Primärsteuergeräts vom Fahrzeugsteuergerät vorgegeben und zum Primärsteuergerät übertragen. Beispielsweise ist so ausschließlich die Führungsgröße des Primärsteuergeräts vom Benutzer veränderbar und letztlich als Regelgröße im Innenraum des Fahrzeugs, beispielsweise im Fahrgastraum des Schienenfahrzeugs, messbar. Die Stellgröße des Sekundärsteuergeräts ist nicht vom Benutzer veränderbar. Diese wird durch das Primärsteuergerät vorgegeben.
Zur Diagnose können Gruppen von Meldungen oder Daten, wie z.B. Komponentenrückmeldungen, vom Sekundärsteuergerät zum Primärsteuergerät übertragen werden. Bei einer Diagnose werden die Daten ausgewertet, beispielsweise um Zustände zu plausibilisieren.
So kann das Primärsteuergerät ausgebildet sein, eine Diagnose der Klimaanlage und/oder des Sekundärsteuergeräts durchzuführen.
Das Sekundärsteuergerät kann ausgebildet sein, eine Diagnose des zumindest einen Stellglieds und/oder des zumindest einen ersten Sensors durchzuführen.
Analog zu den Festverdrahtungen zu den Stellgliedern ist es auch hier von Vorteil, wenn das Primärsteuergerät frei von einer Festverdrahtung zu einem zweiten Sensor ist. Somit kann das Primärsteuergerät lediglich Kommunikationsschnittstellen zur Herstellung von Kommunikationsverbindungen aufweisen. Insbesondere ist es an einen Fahrzeugbus angeschlossen, an welchem beispielsweise auch die Fahrzeugsteuerung und/oder das Sekundärsteuergerät und/oder erste Sensoren und/oder zweite Sensoren angeschlossen sind. Somit ist das Primärsteuergerät auch vor weiteren Überspannungen, hier der zweiten Sensoren, geschützt.
Ein zweiter Sensor zur Übertragung von Messwerten des zweiten Sensors zum Primärsteuergerät, welcher zweite Sensor zur Aufnahme von Messwerten zumindest einer das Klima des Innenraums charakterisierenden physikalischen Größe ausgebildet ist, ist beispielsweise im Innenraum des Fahrzeugs angeordnet und wird somit vom Fahrzeug umfasst.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Sekundärsteuergerät frei von einer Verbindung zu einem zweiten Sensor ist.
Eine davon abweichende Variante besteht darin, dass das Sekundärsteuergerät zumindest eine Verbindung, insbesondere eine Kommunikationsverbindung, zu zumindest einem zweiten Sensor zur Übertragung von Messwerten des zweiten Sensors zum Primärsteuergerät aufweist, welcher zweite Sensor zur Aufnahme von Messwerten zumindest einer das Klima des Innenraums charakterisierenden physikalischen Größe ausgebildet ist. Eine Rückführung der Messwerte zum Primärsteuergerät erfolgt dann durch das Sekundärsteuergerät, insbesondere über die Verbindung zwischen Primärsteuergerät und Sekundärsteuergerät. Analog kann auch die Rückführung von Messwerten erster Sensoren oder von Daten, insbesondere zur Diagnose des Sekundärsteuergeräts erfolgen.
Gemäß einem Ausgestaltungsbeispiel der Vorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer Klimaanlage ist ausschließlich das Sekundärsteuergerät mit Stellgliedern der Klimaanlage fest verdrahtet und entsprechend zum Stellen der Stellglieder ausgestaltet. Das Primärsteuergerät und das Sekundärsteuergerät sind ausschließlich über zumindest eine Kommunikationsleitung miteinander verbunden.
Betrieben wird ein Fahrzeug mit zumindest einer Klimaanlage und einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung der Klimaanlage insbesondere mittels folgender Verfahrensschritte:

– Verarbeiten zumindest eines Werts einer zumindest einen Führungsgröße mittels eines vorgegebenen Algorithmus durch ein Primärsteuergerät, welche Führungsgröße eine das Klima des Innenraums des Fahrzeug charakterisierende Größe repräsentiert;
– Ausgabe zumindest eines Werts einer Stellgröße durch das Primärsteuergerät, welche Stellgröße eine die Klimatisierung des Innenraums charakterisierende Größe repräsentiert;
– Übergabe des zumindest einen Werts der zumindest einen Stellgröße des Primärsteuergeräts an ein Sekundärsteuergerät als zumindest einen Wert einer Führungsgröße des Sekundärsteuergeräts;
– Verarbeiten des zumindest einen Werts der zumindest einen Führungsgröße mittels eines vorgegebenen Algorithmus durch das Sekundärsteuergerät;
– Ausgabe zumindest einer Stellgröße durch das Sekundärsteuergerät zur Stellung zumindest eines Stellglieds der Klimaanlage.

Der zumindest eine Werts der zumindest einen Führungsgröße, welche Führungsgröße eine das Klima des Innenraums des Fahrzeug charakterisierende Größe repräsentiert, kann an das Primärsteuergerät übergeben werden, beispielsweise durch einen Benutzer oder durch ein Fahrzeugsteuergerät. Er kann aber auch vom Primärsteuergerät selbst errechnet werden. Beispielsweise wird eine Solltemperatur für den Innenraum als Führungsgröße in Abhängigkeit einer momentanen Außentemperatur vom Primärsteuergerät selbst errechnet, indem die Abhängigkeit der Solltemperatur für den Innenraum von der momentanen Außentemperatur vorgegeben wird. Über eine Mensch-Maschine-Schnittstelle wird lediglich ein Sollwertsprung vorgegeben.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Sie wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert, in denen jeweils ein Ausgestaltungsbeispiel dargestellt ist. Gleiche Elemente in den Figuren sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ein schematisches Funktionsbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
2 zeigt ein schematisches Funktionsbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einer weiteren Ausführung.
In 1 ist ein schematisches Schaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Sie umfasst ein Primärsteuergerät 1 und ein Sekundärsteuergerät 2, welche über zumindest eine Kommunikationsverbindung, hier ein Kommunikationsbus 3, miteinander verbunden sind. Beide sind zur Kommunikation miteinander ausgestaltet. Das Primärsteuergerät 1 ist derart ausgebildet, dass es zur Verarbeitung zumindest einer das Klima des Innenraums des Fahrzeug charakterisierenden Führungsgröße, hier einer Innenraumtemperatur T_{i, soll}, und zur Ausgabe zumindest einer die Klimatisierung des Innenraums charakterisierenden Stellgröße, hier von Leistungswerten P_soll, geeignet ist. Analog ist das Sekundärsteuergerät 2 derart ausgebildet, dass es zur Verarbeitung der zumindest einen Stellgröße des Primärsteuergeräts als Führungsgröße geeignet ist, hier der Leistungswerte P_soll. Darüber hinaus ist das Sekundärsteuergerät 2 derart ausgebildet, dass es zur Ausgabe zumindest einer Stellgröße zur Stellung zumindest eines Stellglieds der Klimaanlage geeignet ist. Als Stellgröße wird hier ein PWM-Signal ausgegeben.
Das Primärsteuergerät 1 ist frei von einer Festverdrahtung zu einem Stellglied der Klimaanlage zur Stellung des Stellglieds. Das Sekundärsteuergerät 2 ist hingegen mit Stellgliedern der Klimaanlage fest verdrahtet.
Das Primärsteuergerät 1 weist hier, wie oben bereits skizziert, eine Kommunikationsverbindung 3 zum Sekundärsteuergerät 2 auf. Diese ist beidseitig nutzbar, damit sowohl Daten vom Primärsteuergerät 1 zum Sekundärsteuergerät 2, sowie auch umgekehrt übertragen werden können. Diese ist somit auch geeignet, Diagnosedaten, Komponentenrückmeldungen oder auch Sensordaten von Sensoren der Klimaanlage zur Überwachung der Klimatisierung vom Sekundärsteuergerät 2 zum Primärsteuergerät 1 zu übertragen.
Der Regelungsalgorithmus im Primärsteuergerät 1 übernimmt die Interpretation der Befehle einer Fahrzeugsteuerung und das Bereitstellen der Rückmeldungen zur Fahrzeugsteuerung. Darüber hinaus übernimmt es die Regelung für die Gewährleistung des Komforts im Fahrzeuginnenraum. Das Primärsteuergerät 1 erhält zumindest eine Führungsgröße von einem Fahrzeugsteuergerät, hier eine Innenraumtemperatur T_{i, soll}. Es berechnet in einem äußeren Regelkreis 4 ausgehend von der Innenraumtemperatur eine Zulufttemperatur T_{d, soll}. Anschließend berechnet es in einem inneren Regelkreis 5 aus der Zulufttemperatur die Kühl- oder Heizleistung und übergibt die Leistungswerte P_soll und weitere Parameter, wie beispielsweise eine Luftmengenkennzahl, an das Sekundärsteuergerät 2. Die Luftmengenkennzahl stellt hier insbesondere die Lüfterstufen und die Luftklappenstellungen fest. Der Regelungsalgorithmus des Sekundärsteuergeräts 2 ist zuständig dafür, dass die Komponenten der Klimaanlage richtig angesteuert und geschützt werden. Dadurch kann die angeforderte Leistung auch tatsächlich erbracht werden. Hier ist teilt sich der Regelungsalgorithmus des Sekundärsteuergeräts 2 schematisch in drei Teile, einer direkten Komponentenansteuerung 6, einer Komponentenüberwachung und Schutz 7 und einer untergeordneten Diagnose 8. Die direkte Komponentenansteuerung 6 gibt Stellsignale an die Stellglieder aus, die Komponentenüberwachung und Schutz 7 gibt Rückmeldungen zu einzelnen Komponenten der Klimaanlage an das Primärsteuergerät 1 zurück und die untergeordnete Diagnose 8 erstellt Diagnosen zu Komponenten der Klimaanlage und/oder zu ersten Sensoren zur Aufnahme von Messwerten zumindest einer die Klimatisierung des Innenraums charakterisierenden Größe. Entsprechend weist auch das Primärsteuergerät 1 Module 9 zur Übergeordneten Diagnose auf.
Das Ausführungsbeispiel in 2 unterscheidet sich von dem in 1 dadurch, dass der innere Regelkreis 5 der Berechnung der Zulufttemperatur T_{d, soll} in das Sekundärsteuergerät 2 verlagert ist. Nun wird also vom Primärsteuergerät 1 an das Sekundärsteuergerät 2 ein Sollwert für die Zulufttemperatur übergeben anstatt eines Leistungswerts. Die Leistungswerte werden vom Sekundärsteuergerät 2 nun selbst gebildet, um die Klimaanlage anschließend entsprechend anzusteuern.
Die Größen, die auf den klar definierten Schnittstellen zwischen den Steuergeräten liegen, sind abstrakt. Das heißt sie sind unabhängig von der konkreten Implementierung, also z.B. wie viele Ein- und Ausgänge die Klimaanlage aufweist oder welche Signale vom Fahrzeugsteuerungsgerät übergeben werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 4307897 A1 [0002]

Claims

Vorrichtung zur Regelung und/oder Steuerung einer Klimaanlage für ein Fahrzeug mit zumindest einer Klimaanlage zur Klimatisierung zumindest eines Innenraums des Fahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass es wenigstens ein Primärsteuergerät (1) umfasst, welches ausgebildet ist zur Verarbeitung zumindest einer das Klima des Innenraums des Fahrzeug charakterisierenden Größe als Führungsgröße und zur Ausgabe zumindest einer die Klimatisierung des Innenraums charakterisierenden Größe als Stellgröße, und dass es wenigstens ein Sekundärsteuergerät (2) umfasst, welches ausgebildet ist zur Verarbeitung der zumindest einen Stellgröße des Primärsteuergeräts als Führungsgröße und zur Ausgabe zumindest einer Stellgröße zur Stellung zumindest eines Stellglieds der Klimaanlage, wobei das wenigstens eine Primärsteuergerät (1) frei von einer Festverdrahtung zu einem Stellglied der Klimaanlage zur Stellung des Stellglieds ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärsteuergerät (2) zumindest eine Festverdrahtung zu dem zumindest einen Stellglied der Klimaanlage zur Stellung des Stellglieds umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärsteuergerät (2) zumindest eine Verbindung zu zumindest einem ersten Sensor zur Übertragung von Messwerten des ersten Sensors zum Sekundärsteuergerät (2) aufweist, welcher erste Sensor zur Aufnahme von Messwerten zumindest einer die Klimatisierung des Innenraums charakterisierenden Größe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärsteuergerät (1) zumindest eine Verbindung (3) zum Sekundärsteuergerät (2) zur Übertragung der zumindest einen Stellgröße des Primärsteuergeräts (1) zum Sekundärsteuergerät (2) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärsteuergerät (1) oder ein Fahrzeugsteuergerät zumindest eine Verbindung zu zumindest einem weiteren, zweiten Sensor zur Übertragung von Messwerten des zweiten Sensors zum Primärsteuergerät aufweist, welcher zweite Sensor zur Aufnahme von Messwerten zumindest einer das Klima des Innenraums charakterisierenden Größe ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärsteuergerät (1) zumindest eine Verbindung zu einem Fahrzeugsteuerungsgerät zur Übertragung der zumindest einen Führungsgröße des Primärsteuergeräts (1) vom Fahrzeugsteuerungsgerät zum Primärsteuergerät (1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärsteuergerät (1) oder ein Fahrzeugsteuergerät zumindest eine Verbindung zu einer Mensch-Maschine-Schnittstelle zur Übertragung der zumindest einen Führungsgröße des Primärsteuergeräts (1) von der Mensch-Maschine-Schnittstelle zum Primärsteuergerät (1) aufweist, welche Mensch-Maschine-Schnittstelle zur manuellen Eingabe der zumindest einen Führungsgröße des Primärsteuergeräts (1) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärsteuergerät (1) ausgebildet ist, eine Diagnose des Sekundärsteuergeräts (2) durchzuführen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Primärsteuergerät (1) und das Sekundärsteuergerät (2) physikalisch voneinander getrennt sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sekundärsteuergerät (1) ausgebildet ist, eine Diagnose des zumindest einen Stellglieds und/oder des zumindest einen ersten Sensors durchzuführen.
Schienenfahrzeug des Personenverkehrs ist, welches zumindest eine Klimaanlage zur Klimatisierung zumindest eines Fahrgastraums des Schienenfahrzeugs umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Schienenfahrzeug zumindest eine Vorrichtung zur Regelung und/oder zur Steuerung der Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfasst.
Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit zumindest einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte: – Verarbeiten zumindest eines Werts einer zumindest einen Führungsgröße mittels eines vorgegebenen Algorithmus durch ein Primärsteuergerät, welche Führungsgröße eine das Klima des Innenraums des Fahrzeug charakterisierende Größe repräsentiert; – Ausgabe zumindest eines Werts einer Stellgröße durch das Primärsteuergerät, welche Stellgröße eine die Klimatisierung des Innenraums charakterisierende Größe repräsentiert; – Übergabe des zumindest einen Werts der zumindest einen Stellgröße des Primärsteuergeräts an ein Sekundärsteuergerät als zumindest einen Wert einer Führungsgröße des Sekundärsteuergeräts; – Verarbeiten des zumindest einen Werts der zumindest einen Führungsgröße mittels eines vorgegebenen Algorithmus durch das Sekundärsteuergerät; – Ausgabe zumindest einer Stellgröße durch das Sekundärsteuergerät zur Stellung zumindest eines Stellglieds der Klimaanlage.