DE102022003537A1 - Process for stepwise control of the power of a contact surface heater - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stufigen Steuerung der Leistung einer Kontaktflächenheizung für ein Fahrzeug, bei welchem die stufige Steuerung in Abhängigkeit von gemessenen Temperaturwerten (TI ist) erfolgt. Bei einem Verfahren, bei welchem durch einen automatisierten Einsatz von Kontaktflächenheizungen eine effizientere und schnellere Insassenklimatisierung ermöglicht wird, wird als Führungsgröße der Steuerung mindestens eine Sollwertabweichung in Form einer Differenz zwischen einer gemessenen Innenraumtemperatur (TI ist) oder Außentemperatur oder einer Kombination der Innen- und Außentemperatur des Fahrzeuges (1) und einer vorgegebenen Solltemperatur (TI Soll) berücksichtigt.The invention relates to a method for stepwise control of the power of a contact surface heater for a vehicle, in which stepwise control takes place as a function of measured temperature values (TIactual). In a method in which more efficient and faster passenger air conditioning is made possible through the automated use of contact surface heaters, at least one setpoint deviation in the form of a difference between a measured interior temperature (TIactual) or outside temperature or a combination of the inside and outside temperature is used as a reference variable for the controller of the vehicle (1) and a specified target temperature (TI target) are taken into account.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur stufigen Steuerung der Leistung einer Kontaktflächenheizung, vorzugsweise für ein Fahrzeug, bei welchem die stufige Steuerung in Abhängigkeit von gemessenen Temperaturwerten erfolgt.The invention relates to a method for stepwise control of the power of a contact surface heater, preferably for a vehicle, in which stepwise control takes place as a function of measured temperature values.
In Fahrzeugen werden Kontaktflächenheizungen als Unterkomponenten in einem Klimatisierungskonzept verwendet. Um den thermischen Komfort für die Fahrzeuginsassen zu gewährleisten, müssen die Unterkomponenten als Einheit funktionieren und aufeinander abgestimmt sein.In vehicles, contact surface heaters are used as sub-components in an air conditioning concept. In order to ensure thermal comfort for the vehicle occupants, the sub-components must function as a unit and be coordinated with one another.
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur stufigen Steuerung der Leistung einer Kontaktflächenheizung anzugeben, bei welchem durch einen automatisierten Einsatz von Kontaktflächenheizungen eine effizientere und schnellere Insassenklimatisierung ermöglicht wird.The object of the invention is to specify a method for stepwise control of the output of a contact surface heating system, in which more efficient and faster passenger air conditioning is made possible through the automated use of contact surface heating systems.
Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, sowie der Erläuterung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in den Figuren dargestellt sind.The invention results from the features of the independent claims. Advantageous developments and refinements are the subject matter of the dependent claims. Further features, possible applications and advantages of the invention result from the following description and the explanation of exemplary embodiments of the invention which are illustrated in the figures.
Die Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst.The object is achieved with the subject matter of
Bei dem eingangs erläuterten Verfahren zur stufigen Steuerung der Leistung einer Kontaktflächenheizung für ein Fahrzeug, bei welchem die stufige Steuerung in Abhängigkeit von gemessenen Temperaturwerten erfolgt, wird als Führungsgröße der Steuerung mindestens eine Sollwertabweichung in Form einer Differenz zwischen einer gemessenen Innenraumtemperatur oder Außentemperatur oder einer Kombination aus Innen- und Außentemperatur des Fahrzeuges und einer vorgegebenen Solltemperatur berücksichtigt. Durch die gezielte automatisierte Aktivierung der Kontaktflächenheizung in der passenden Stufe ist es möglich, schnell einen thermischen Komfort für die Fahrzeuginsassen zur erreichen und über die gewünschte Nutzungsdauer zu erhalten. Daraus ergibt sich eine effizientere und schnellere Insassenklimatisierung. Insbesondere bei deren Einsatz in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen führt dies zu einer Reichweitenerhöhung des Fahrzeuges.In the method explained at the outset for stepwise control of the output of a contact surface heater for a vehicle, in which the stepwise control takes place as a function of measured temperature values, at least one setpoint deviation in the form of a difference between a measured interior temperature or outside temperature or a combination of Inside and outside temperature of the vehicle and a specified target temperature are taken into account. Through the targeted, automated activation of the contact surface heating at the appropriate level, it is possible to quickly achieve thermal comfort for the vehicle occupants and to maintain it for the desired period of use. This results in more efficient and faster passenger air conditioning. In particular when they are used in electrically powered vehicles, this leads to an increase in the range of the vehicle.
Vorteilhafterweise werden die Einschaltgrenzen der verschiedenen Stufen der Steuerung in Abhängigkeit fest vorgegebener Temperaturbereiche bestimmt, mit denen die ermittelte Sollwertabweichung verglichen wird. Durch die Auswahl der Einschaltgrenzen ergibt sich eine intelligente Steuerung der Kontaktflächenheizung, wobei auf eine teure Temperatursensorik verzichtet werden kann.Advantageously, the switch-on limits of the various stages of the control are determined as a function of permanently specified temperature ranges, with which the deviation from the desired value is compared. The selection of the switch-on limits results in an intelligent control of the contact surface heating, whereby expensive temperature sensors can be dispensed with.
In einer Ausgestaltung unterscheiden sich die einzelnen Stufen der Steuerung durch die Leistung, mit welcher die Kontaktflächenheizung betrieben wird, und/oder einer unterschiedlich großen Ansteuerzeit. Dadurch können die Einschaltgrenzen vielfältig variiert werden, um einen optimalen Klimakomfort einzustellen.In one embodiment, the individual stages of the control differ in terms of the power at which the contact surface heating is operated and/or a different activation time. As a result, the switch-on limits can be varied in many ways in order to set optimal climate comfort.
In einer Variante wird ein Heizzyklus mit einer Stufe gestartet, bei welcher die Kontaktflächenheizung mit einer größeren Leistung betrieben wird, wenn sich die Sollwertabweichung vergrößert. Dadurch erfolgt eine schnelle Anpassung an die aktuellen Innenraumtemperaturen.In one variant, a heating cycle is started with a stage in which the contact surface heating is operated with a higher power if the setpoint deviation increases. This results in rapid adaptation to the current interior temperatures.
In einer Ausführungsform ist die Ansteuerzeit umso kürzer, je größer die übertragene Leistung ist. Somit kann die energetisch günstigste Stufe zur Einstellung einer gewünschten Temperatur leicht ermittelt werden.In one embodiment, the greater the transmitted power, the shorter the activation time. The energetically most favorable stage for setting a desired temperature can thus be easily determined.
Es ist von Vorteil, wenn die Kontaktflächenheizung ab einer vorgegebenen Sollwertdifferenz in mindestens zwei Stufen mit einer Leistung von 100% betrieben wird, wobei die Ansteuerzeit in diesen Stufen variiert wird. Dies ermöglicht die gezielte Auswahl der Stufen, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, d.h. bei einer ermittelten hohen Sollwertdifferenz.It is advantageous if the contact surface heating is operated in at least two stages with a power of 100% starting from a predetermined desired value difference, with the activation time being varied in these stages. This enables the targeted selection of stages, especially at low temperatures, i.e. when a high setpoint difference is determined.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die elektrische Leistung der Kontaktflächenheizung innerhalb einer Stufe mittels eines PWM-Signales übertragen. Mit einem solchen pulsweitenmoduliertes (PWM) - Signal lässt sich die Leistung, mit der die Kontaktflächenheizung betrieben wird, über die Ansteuerzeit steuerungstechnisch einfach einstellen.In a further embodiment, the electrical power of the contact surface heating is transmitted within a stage by means of a PWM signal. With such a pulse-width modulated (PWM) signal, the power with which the contact surface heating is operated can be easily adjusted in terms of control technology via the activation time.
In einer weiteren Variante wird die ungeregelte Kontaktflächenheizung nach Ablauf eines Heizzyklus ausgeschaltet und nach einem Zeitraum kleiner als 1 Sekunde wieder eingeschaltet. Durch die sehr kurze Abschaltung der Kontaktflächenheizung bleibt die Umschaltung zwischen zwei Heizzyklen von dem Fahrzeuginsassen unbemerkt.In a further variant, the unregulated contact surface heating is switched off after a heating cycle and switched on again after a period of less than 1 second. Because the contact surface heating is switched off for a very short time, the switchover between two heating cycles remains unnoticed by the vehicle occupants.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Beschriebene und/oder bildlich dargestellte Merkmale können für sich oder in beliebiger, sinnvoller Kombination den Gegenstand der Erfindung bilden, gegebenenfalls auch unabhängig von den Ansprüchen, und können insbesondere zusätzlich auch Gegenstand einer oder mehrerer separater Anmeldung/en sein. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.Further advantages, features and details result from the following description, in which at least one exemplary embodiment is described in detail-if necessary with reference to the drawing. Described and/or illustrated features can form the subject of the invention on their own or in any meaningful combination, possibly also independently of the claims, and in particular can also be the subject of one or more separate applications. Identical, similar and/or functionally identical parts are provided with the same reference symbols.
Es zeigen:
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1 ein Ausführungsbeispiel eines Fahrzeuges zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. -
2 Darstellung eines zeitlichen Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens für eine Klimaeinrichtung.
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1 an embodiment of a vehicle for carrying out the method according to the invention. -
2 Representation of a time course of the method according to the invention for an air conditioning device.
In
Das Fahrzeug 1 umfasst eine Klimaeinrichtung 3, mittels welchem eine Innenraumtemperatur des Fahrzeuges 1 eingestellt wird. Darüber hinaus sind weitere Unterkomponenten mit der Steuereinrichtung 5 der Klimaeinrichtung 3 verbunden. Zu diesen Unterkomponenten gehören Kontaktflächenheizungen, wie eine Sitzflächenheizung 7 und eine Lenkradheizung 9, die von der Steuereinrichtung 5 unter Verzicht auf einen Temperatursensor gesteuert werden.The
Die Steuerung der Kontaktflächenheizungen 7, 9 erfolgt in verschiedenen Stufen. Dazu wird eine Sollwertabweichung in Form einer Differenz der Innenraumtemperatur TI ist des Fahrzeuges und einer vorgegebenen Solltemperatur TI Soll ermittelt. Diese Sollwertabweichung wird mit verschiedenen fest vorgegebenen Temperaturbereichen verglichen und daraus die Einschaltgrenze ermittelt, die einer Stufe der Steuerung entsprechen. Mit dieser Stufe startet die Steuereinrichtung 5 die elektrische Ansteuerung der jeweiligen Kontaktflächenheizung 7, 9.The
Die Ansteuerung der Sitzflächenheizung 7 soll anhand der Tabelle 1 näher erläutert werden. Tabelle 1
In der rechten Spalte der Tabelle bedeuten KI - Kissen eines Sitzes und Le - Lehne eines Sitzes.In the right column of the table K I mean - cushion of a seat and Le - backrest of a seat.
Wie aus der Tabelle 1 ersichtlich, wird die Sitzflächenheizung 7 mit einer höheren Leistung angesteuert, je größer die Sollwertabweichung TI Soll - TI ist ist. Die Steuerung erfolgt dabei mittels eines PWM-Signals, dass von der Steuereinrichtung 5 in Form eine Spannung U abgegeben wird. Das PWM-Signal stell dabei eine modulierte Spannung dar, die als Rechtecksignal zwischen zwei Werten wechselt. Mit konstanter Frequenz wird dabei der Tastgrad des Rechteckimpulses, also die Dauer des Rechteckimpulses eingestellt. Durch Variation der Werte des Rechtecksignals und/oder des Tastgrades wird die Leistung modelliert, mit welcher die Sitzfläche beheizt wird.As can be seen from Table 1, the
Je größer die Sollwertabweichung TI Soll- TI ist ist, umso höher ist die Stufe, die zum Start der Sitzflächenheizung 7, gewählt wird. Dabei wird die Sitzflächenheizung 7 bei besonders großen Sollwertabweichungen TI Soll- TI ist mit 100% des PWM-Signals betrieben, wobei nur die Ansteuerzeit variiert (Stufe 3 bis 6). Nach Erreichen der vorgegebenen Sollwerttemperatur T I Soll wird in die Stufe 2 zurückgeschaltet, um diese Temperatur der Sitzfläche über die Dauer der Fahrt des Fahrzeuges 1 aufrechtzuerhalten.The larger the setpoint deviation T I set -T I is , the higher the level that is selected to start the
Für die Sitzflächenheizung 7 startet die Steuereinrichtung 5 nach einer Bestimmung der Sollwertabweichung TI Soll- TI ist beispielsweise mit Stufe 6 oder 5 oder 4 oder 3. Anschließend wird gemäß Tabelle 1 in die Stufe 2 und weiter in die Stufe 1 hinunter geschaltet. Ist die für Stufe 1 vorgesehene Ansteuerzeit von max. zwei Stunden abgelaufen, wird die Sitzflächenheizung 7 durch die Steuereinrichtung 5 abgeschaltet, d.h. stromlos geschaltet. Damit ist ein Heizzyklus beendet.For the
Etwa 1 Sekunde später wird ein weiterer Heizzyklus gestartet, bei welchem die Sitzflächenheizung 7 in Stufe 1 so lange betrieben wird, bis der Energiebedarf aufgebraucht ist. Dies stellt eine zusätzliche Sicherheitsmaßnahme dar, um ein Überhitzen des Sitzes zu verhindern. Nach Ablauf der Stufe 1 wird eine Pause beim Beheizen der Sitzflächenheizung 7 von 25 Minuten eingelegt. Befindet sich das Fahrzeug 1 nach Ablauf der Zwangspause von 25 Minuten noch während der Fahrt, wird erneut eine Sollwertabweichung TI Soll- TI ist gemessen und die Steuerung wieder neu gestartet.About 1 second later, another heating cycle is started, in which the
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