DE10208851B4

DE10208851B4 - Kraftfahrzeugklimaanlage für den Innenraum eines Transportfahrzeugs

Info

Publication number: DE10208851B4
Application number: DE10208851A
Authority: DE
Inventors: Massimo Rivalta Di Torino Magini; Stefano Piossasco Mola; Maurizio Cisternino; Carloandrea Malvicino
Original assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Current assignee: Centro Ricerche Fiat SCpA
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2002-03-01
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2022-03-02
Also published as: DE10208851A1; ITTO20010184A1; FR2821659A1; ITTO20010184A0; FR2821659B1

Abstract

Kraftfahrzeugklimaanlage (4) für einen Innenraum (1) eines Transportfahrzeugs, umfassend:
– eine Regelvorrichtung für die Kraftfahrzeugklimaanlage (4),
– einen ersten Sensor (17), der ein elektrisches Signal liefert, das die Temperatur (T_ta) der Luft angibt, die nach der Behandlung in der Klimaanlage in den Innenraum (1) eingeleitet wird,
– einen zweiten Sensor (18), der ein elektrisches Signal liefert, das die durchschnittliche Strahlungstemperatur (T_mr) in einem Beobachtungsfeld (19, alpha) angibt, das einen Teilbereich des Innenraums (1) umfaßt,
– einen dritten Sensor (20), der ein elektrisches Signal zu liefert, das den Durchsatz der Luft angibt, die nach der Behandlung durch die Kraftfahrzeugklimaanlage (4) in den Innenraum (1) eingeleitet wird,
– einen vierten Sensor (16), der elektrische Signale liefert, die die Temperatur (T_e) der Luft außerhalb des Innenraums (1) angeben,
– handbetätigte Einstelleinrichtungen (21), die von einem Benutzer bedient werden können, um elektrische Signale zu erzeugen, die die in...

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugklimaanlage für den Innenraum eines Transportfahrzeugs.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Hauptgröße, auf die die Steuerung der Klimatisierung bezogen wird, nicht die tatsächlich in diesem Raum, d.h. im Innenraum eines Transportfahrzeugs, festgestellte Temperatur, sondern eine künstliche Größe, die nachfolgend als „Äquivalent-Temperatur" definiert wird und die nach einer vorgegebenen Funktion Temperaturen und Größen berücksichtigt, die für das Klima in dem betrachteten Raum kennzeichnend sind, um das Wärmegefühl des Fahrgasts besser darstellen zu können und einen besseren Klimakomfort zu gewährleisten.
Die Äquivalent-Temperatur ist tatsächlich eine Größe, die die Wärmeaustauschvorgänge berücksichtigt, die zwischen dem Menschen und dem ihn umgebenden Raum stattfinden: Sie hängt von dem Gleichgewicht zwischen der Aufladung mit Konvektionswärme und der Aufladung mit Strahlungswärme ab, d.h. von der Lufttemperatur im Inneren des betrachteten Raumes, von der Temperatur und der Geschwindigkeit der klimatisierten Luft, die aus den Belüftungsdüsen austritt, sowie von der Sonneneinstrahlung durch die Fenster (die Glasscheiben eines Transportfahrzeugs).
Der Einsatz einer auf der Äquivalent-Temperatur beruhenden Steuerung erlaubt es, alle vorgenannten Faktoren in wirkungsvoller Weise zu berücksichtigen.
Bei Steuerungsvorrichtungen nach dem Stand der Technik, wie der beispielsweise in der früheren europäischen Patentanmeldung EP 1 066 996 A1 beschriebenen, wird der Augenblickswert der Äquivalent-Temperatur auf der Grundlage einer komplexen Funktion einer großen Anzahl von Parametern geschätzt, wie der in dem klimatisierten Raum festgestellten Lufttemperatur, der Temperatur am Ausgang des Verdampfers und am Ausgang des Erhitzers der Klimaanlage, der in den klimatisierten Raum durch die Wirkung der Sonneneinstrahlung eingebrachten Wärmeleistung bzw. Wärmemenge, der Lage der Luftmischeinrichtungen usw.
Eine Klimaanlage zur Klimatisierung von Räumen in einem Gebäude ist aus der EP 0 495 117 A1 bekannt. Diese herkömmliche Klimaanlage umfasst Sensoren für eine Strahlungstemperatur und für eine Luftgeschwindigkeit sowie Verarbeitungseinrichtungen, welche den Augenblickswert einer Äquivalent-Temperatur nach einer vorgegebenen Funktion berechnen, die von der Strahlungstemperatur, der Luftgeschwindigkeit und einer Lufttemperatur abhängt.
Ferner offenbart die EP 1 066 996 A1 eine Kraftfahrzeugklimaanlage für den Innenraum eines Transportfahrzeugs, in welcher Verarbeitungs- und Steuerungseinrichtungen Stellglieder der Klimaanlage in Abhänigkeit einer Differenz zwischen einer Äquivalent-Temperatur und einer Referenz-Temperatur steuern. Die bekannte Kraftfahrzeugklimaanlage berechnet die Äquivalent-Temperatur aus einer Temperatur im Inneren des Fahrzeugs, Temperaturen der Luft am Ausgang eines Lufterhitzers bzw. eines Verdampfers, einer Strahlungsdichte sowie einem Winkel eines Klappenventils einer Mischereinheit, welche ein Mischungsverhältnis zwischen gekühlter und erhitzter Luft einstellt.
Zur weiteren Illustration des Stands der Technik auf dem Gebiet von Klimaanlagen kann ferner auch auf die Druckschriften DE 199 33 903 B4 , EP 0 491 261 B1 , US 4 941 525 , JP 62 160 908 A , DE 41 19 042 C2 und DE 27 30 417 A1 verwiesen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftfahrzeugklimaanlage der vorgenannten Art zu schaffen, die auf der sog. Äquivalent-Temperatur beruht, bei der die Schätzung dieser Äquivalent-Temperatur in zuverlässiger Weise durch den Einsatz einer geringeren Anzahl von Sensoren und aufgrund einer vereinfachten Funktionsformel erfolgt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung hervor, in der anhand der beigefügten Zeichnung ein Ausführungsbeispiel beschrieben wird. Es zeigen:
1 eine schematische teilweise Schnittdarstellung des vorderen Teils eines Transportfahrzeugs mit einer dazugehörigen Klimaanlage und
2 ein Blockschema der Steuerungsvorrichtung für eine erfindungsgemäße Klimaanlage.
In 1 ist mit 1 der vordere Teil des Innenraums eines Transportfahrzeugs insgesamt bezeichnet, der vorne durch eine Windschutzscheibe 2 und unten durch eine Abdeckung 3 begrenzt ist, unter der in einer an sich bekannten Anordnung ein insgesamt mit 4 bezeichnetes Klimatisierungsaggregat angeordnet ist.
Das Klimatisierungsaggregat 4 enthält eine Eintrittsleitung 5, durch die während des Betriebs die zu behandelnde Luft angesaugt wird. Diese Luft kann von außerhalb des Transportfahrzeugs angesaugt werden, wie von dem Pfeil F1 angedeutet, und/oder vom Innenraum 1 des Transportfahrzeugs selbst, wie der Pfeil F2 anzeigt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist nach der Leitung 5 in der Klimaanlage 4 ein von einem Elektromotor 7 angetriebener Lüfter 6 angeordnet. Der Lüfter 6 saugt Luft durch die Eintrittsleitung 5 an, und zwar wahlweise vom Außenbereich und/oder vom Innenraum, je nach der von einer Eintrittsklappe 8 eingenommenen Stellung.
Der Lüfter 6 schiebt die Luft durch einen Verdampfer 9, wie der Pfeil F3 anzeigt. Beim Durchtritt durch den Verdampfer wird die Luft gekühlt.
Nach dem Verdampfer 9 durchläuft die Luft einen Erhitzer 10, wie der Pfeil F4 angibt.
Der Erhitzer 10 besteht in an sich bekannter und zweckmäßiger Weise aus einem Wärmetauscher des Typs Flüssigkeit/Luft, der durch ein Steuerungs-Magnetventil 11 einen Strom von Kühlflüssigkeit des (nicht dargestellten) Brennkraftmotor des Fahrzeugs aufzunehmen vermag.
Die Luft, die aus dem Erhitzer 10 austritt, kann in den Innenraum 1 durch eine Vielzahl von Ausgängen eingeleitet werden. Insbesondere kann ein erster, als Entfrostungsstrom bezeichneter Strom von behandelter Luft durch Öffnungen oder Düsen 12 der Abdeckung 3 zur inneren Oberfläche der Windschutzscheibe 2 gerich tet werden, wie der Pfeil F5 in 1 anzeigt. Ein zweiter Strom kann durch eine oder mehrere Leitungen 13, wie der Pfeil F6 anzeigt, auf den unteren Bereich des Innenraums gerichtet werden, wo sich die Füße des Fahrers und des eventuellen Passagiers befinden.
Ein weiterer Luftstrom kann durch Austrittsdüsen 14 zum Fahrer und/oder Passagier gelenkt werden, wie der Pfeil F7 anzeigt.
Die Steuerung der Klimatisierung im Innenraum 1 kann allgemein erreicht werden durch Einwirkung auf den Lüfter 6, 7, um den Durchsatz der in das Aggregat 4 eingeleiteten Luft zu verändern, auf das Magnetventil 11, um den Durchsatz des in den Erhitzer 10 eingeleiteten heißen Wassers zu verändern, und eventuell auf den mit dem Verdampfer 9 gekoppelten Verdichter 15.
Die Steuerung der Klimatisierung wird durch eine elektronische Verarbeitungs- und Steuerungseinheit ECU auf der Grundlage der Werte bewirkt, die einige Parameter angenommen haben, welche durch nachfolgend im einzelnen beschriebene Sensoreinrichtungen ermittelt worden sind.
Der Klimaanlage ist ein erster Temperatursensor 16 beigegeben, der beispielsweise in einem Außenrückspiegel des Transportfahrzeugs gelegen ist und ein die Lufttemperatur T_e außerhalb des Innenraums anzeigendes elektrisches Signals liefert.
Ein weiterer Temperatursensor 17 liefert der Verarbeitungs- und Steuerungseinheit ECU elektrische Signale, die die Temperatur T_ta der behandelten Luft anzeigen, die in den Innenraum 1 des Transportfahrzeugs eingeleitet wird.
Mit 18 ist in den Figuren ein weiterer Sensor bezeichnet, der der ECU-Einheit elektrische Signale zu liefern vermag, die die durchschnittliche Strahlungstemperatur T_mr in einem in 1 mit 19 bezeichneten Beobachtungsfeld angeben, das einen vorderen Bereich des Innenraums 1 umfaßt. Dieses Beobachtungsfeld hat z.B. eine Winkelöffnung alpha von etwa 60° und in Querrichtung eine Breite, die im wesentlichen die gesamte Abdeckung 3 des Transportfahrzeugs erfaßt.
Der Sensor 18 besteht beispielsweise aus einem an sich bekannten Thermosäulen- oder Infrarotstrahlensensor, beispielsweise einem Exergen-Sensor des Typs IRc01.
Mit der ECU-Einheit ist außerdem ein weiterer Sensor 20 verbunden, der elektrische Signale zu liefern vermag, die den Durchsatz Q der von dem Klimatisierungsaggregat 4 behandelten, dann in den Innenraum 1 eingeleiteten Luft angeben.
Mit 21 ist in den Zeichnungen eine an sich bekannte Einstelleinrichtung bezeichnet, die vom Benutzer von Hand betätigbar ist, um die im Innenraum 1 gewünschte Temperatur T_d einzustellen.
In 2 sind die Klimaanlage 4 und die mit ihr verbundene Steuerungsvorrichtung in Form eines Blockschemas dargestellt.
Die Verarbeitungs- und Steuerungseinheit ECU enthält als ersten Teil eine Verarbeitungseinheit 30, die dazu dient, den Augenblickswert der Äquivalent-Temperatur T_EQ nach einer vorgegebenen Schätzfunktion gebildet aus der durchschnittlichen, vom Sensor 18 ermittelten Strahlungstemperatur T_mr, der Temperatur T_ta der vom Klimatisierungsaggregat 4 behandelten und in den Innenraum 1 eingeleiteten Luft sowie aus dem Durchsatz Q der behandelten Luft, die tatsächlich in den erwähnten Innenraum eingeleitet wird. Die Informationen über die Temperaturen T_ta, T_mr und über den Durchsatz Q werden der Verarbeitungseinheit 30 von den Sensoren 17 bzw. 18 bzw. 20 geliefert.
Zweckmäßigerweise ist die Verarbeitungseinheit 30 dafür ausgelegt, die Äquivalent-Temperatur T_EQ nach der folgenden Beziehung zu schätzen: TEQ = h1·Tmr + h2·v·(Tta – Tmr)wobei
h1, h2 und v experimentell in Bezug auf ein spezifisches Kraftfahrzeug vorbestimmte Daten sind, und zwar aufgrund der von einer mit Sensoren versehenen, in den Innenraum eingebrachten Testpuppe ermittelten Temperaturen; der Koeffizient V ist insbesondere eine Funktion des Durchsatzes Q.
Die Verarbeitungs- und Steuerungseinheit ECU. enthält als einen zweiten oder weiteren Teil eine Verarbeitungseinheit 31, die zur Berechnung eines Augenblicks-Sollwerts T_REF für die Äquivalent-Temperatur dient, und zwar nach einer vorgegebenen Funktion der Temperatur T_e der Luft außerhalb des Innenraums und der vom Benutzer durch die Einrichtung 21 eingestellten gewünschten Temperatur T_d.
Der geschätzte Augenblickswert T_EQ der Äquivalent-Temperatur und der dazugehörige Augenblicks-Sollwert T_REF gelangen zu den Eingängen eines Subtrahierglieds 32, an dessen Ausgang also ein den Unterschied oder Fehler E = T_REF – T_EQ bezeichnendes Signal erscheint.
Die Verarbeitungs- und Steuerungseinheit ECU enthält überdies als weiteren Teil eine Steuerungseinheit 33, die die Stellglieder 7, 11 und 15 des Klimatisierungsaggregats 4 nach vorgegebenen Modalitäten steuert, in Abhängigkeit vom Augenblicksfehler E zwischen der Bezugstemperatur T_REF und der geschätzten Äquivalent-Temperatur T_EQ.
Von der Anmelderin durchgeführte Versuche haben bewiesen, daß die Schätzung der Äquivalent-Temperatur T_EQ nach dem weiter oben wiedergegebenen Ausdruck, der eine Funktion einer verringerten Anzahl von durch Sensoren ermittelten Parameter ist, mehr als angemessen ist, um eine genaue und zuverlässige Klimasteuerung im Innenraum eines Transportfahrzeugs zu ermöglichen.
Die Steuerungsvorrichtung enthält eine Verarbeitungs- und Steuerungseinheit, die dazu dient, Stellglieder der Klimaanlage nach vorgegebenen Modalitäten zu steuern, in Abhängigkeit der von Sensoren und einer Einstelleinrichtung für die gewünschte Temperatur gelieferten Signale. Diese Einheit enthält Verarbeitungseinrichtungen zur Schätzung des Augenblickswerts einer Äquivalent-Temperatur nach einer vorgegebenen Funktion, die allein von der Temperatur der behandelten Luft, von der in einem Teilbereich des klimatisierten Raums ermittelten durchschnittlichen Strahlungstemperatur und dem Durchsatz der in diesen Raum eingeleiteten behandelten Luft abhängt.

Claims

Kraftfahrzeugklimaanlage (4) für einen Innenraum (1) eines Transportfahrzeugs, umfassend: – eine Regelvorrichtung für die Kraftfahrzeugklimaanlage (4), – einen ersten Sensor (17), der ein elektrisches Signal liefert, das die Temperatur (T_ta) der Luft angibt, die nach der Behandlung in der Klimaanlage in den Innenraum (1) eingeleitet wird, – einen zweiten Sensor (18), der ein elektrisches Signal liefert, das die durchschnittliche Strahlungstemperatur (T_mr) in einem Beobachtungsfeld (19, alpha) angibt, das einen Teilbereich des Innenraums (1) umfaßt, – einen dritten Sensor (20), der ein elektrisches Signal zu liefert, das den Durchsatz der Luft angibt, die nach der Behandlung durch die Kraftfahrzeugklimaanlage (4) in den Innenraum (1) eingeleitet wird, – einen vierten Sensor (16), der elektrische Signale liefert, die die Temperatur (T_e) der Luft außerhalb des Innenraums (1) angeben, – handbetätigte Einstelleinrichtungen (21), die von einem Benutzer bedient werden können, um elektrische Signale zu erzeugen, die die in dem Innenraum (1) gewünschte Temperatur (T_d) angeben, und – eine Verarbeitungs- und Steuerungseinheit (ECU), welche Stellglieder (7, 11, 15) der Kraftfahrzeugklimaanlage (4) nach vorgegebenen Modalitäten in Abhängigkeit von den von den Sensoren (16, 17, 18, 20) und den Einstelleinrichtungen (21) gelieferten Signalen regelt, wobei diese Einheit (ECU) umfasst: – erste Verarbeitungseinrichtungen (30), welche den Augenblickswert einer Äquivalent-Temperatur (T_EQ) nach einer vorgegebenen Funktion berechnen, die allein von den von dem ersten und dem zweiten Sensor mitgeteilten Temperaturen (T_ta, T_mr) und dem von dem dritten Sensor (20) mitgeteilten Luftdurchsatz (Q) abhängt; – zweite Verarbeitungseinrichtungen (31), welche einen Augenblicks-Sollwert (T_REF) für die Äquivalent-Temperatur nach einer vorgegebenen Funktion der Temperatur (T_e) der Luft außerhalb des Innenraums (1) und der vom Benutzer eingestellten gewünschten Temperatur (T_d) errechnen und – Verarbeitungs- und Steuerungseinrichtungen (33), welche die Stellglieder (7, 11, 15) der Kraftfahrzeugklimaanlage (4) nach vorgegebenen Modalitäten in Abhängigkeit vom Fehler bzw. der Differenz (E) zwischen dem errechneten Augenblickswert (T_EQ) der Äquivalent-Temperatur und dem entsprechenden Sollwert (T_REF) regeln.
Kraftfahrzeugklimaanlage (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Verarbeitungseinrichtungen (30) den Augenblickswert (T_EQ) der Äquivalent-Temperatur im wesentlichen nach dem Ausdruck TEQ = h1·Tmr + h2·V·(Lta – Tmr)errechnen, wobei h1, h2 und v experimentell vorbestimmte Koeffizienten sind.
Kraftfahrzeugklimaanlage (4) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Koeffizient v experimentell vorbestimmt ist in Abhängigkeit vom Durchsatz (Q) der Luft, die nach der Behandlung durch die Kraftfahrzeugklimaanlage (4) in den Innenraum (1) eingeleitet wird.