DE19526946C2 - Verfahren zum Steuern der Klimaanlage eines Fahrzeugs - Google Patents
Verfahren zum Steuern der Klimaanlage eines FahrzeugsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Steuerungsverfahren
für Fahrzeugklimaanlagen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Bei der automatischen Steuerung der Klimatisierung des
Innenraumes eines Fahrzeugs sind die Ausgangssignale von
Detektionssensoren zum Erkennen verschiedener Umweltfak
toren für die Steuerung der Klimaanlage von Bedeutung,
etwa ein Ausgangssignal von einem Detektionssensor für
die Innentemperatur, ein Ausgangssignal von einem Detek
tionssensor für die Außentemperatur, einem Detektions
signal von einem Auslaßtemperatur-Detektionssignal der
Klimaanlage, einem Ausgangssignal von einem Sensor für
die direkte Sonneneinstrahlung zum Erkennen eines Wärme
werts der Sonneneinstrahlung und einem Ausgangssignal
von einem Detektionssensor für die Körpertemperatur des
Autos. Wenn ein bestimmter Detektionssensor falsch ar
beitet, wird die Größe eines Umweltfaktors entsprechend
dem fehlfunktionierenden Detektionssensor aus einem Wär
meausgleichsrechenmodell für jeden Umweltfaktor berech
net, um einen Schätzwert zu erhalten.
Wenn die Steuerung der Klimaanlage weiterhin auf dem ab
geschätzten Wert beruht und Ausgangswert von den anderen
normal arbeitenden Detektionssensoren, kann derselbe
Status der Steuerung, wie bei der Klimatisierungssteue
rung, bevor der Fehler aufgetreten ist, auch während der
Zeitdauer erreicht werden, bis der fehlfunktionierende
Detektionssensor wieder repariert ist. Dieser Stand der
Technik ist in den Japanischen Offenlegungsschriften
JP 5-116 522 und der JP 5-50836 offenbart. Die JP-50836
hat jedoch den Nachteil, daß die Körpertempe
ratur des Fahrzeugs abgeschätzt werden kann, jedoch
nicht eine Außentemperatur.
Weiter lehrt die JP 5-116522, daß die Differenz zwi
schen einer vorbestimmten Soll-Innentemperatur und einer
Innentemperatur, die von einem Innentemperatur-
Detektionssensor gewonnen wird, über eine Zeit inte
griert wird, um einen Korrekturwert für eine Außentempe
ratur zu erhalten. Dieser Korrekturwert wird auf die ab
geschätzte Außentemperatur aufaddiert, um die geschätzte
Außentemperatur auf eine genauere Außentemperatur zu ap
proximieren. Auch dieses Verfahren kann jedoch nicht
theoretisch an Übereinstimmung mit der tatsächlichen Au
ßentemperatur sicherstellen.
Es besteht jedoch eine Begrenzung bezüglich der Arten
von Detektionssensoren, deren Ausgangswerte abgeschätzt
werden können. Da ein abgeschätzter Ausgangswert von ei
nem fehlfunktionierenden Detektionssensor nicht ein
hochgenau geschätzter Wert ist, besteht die Gefahr, daß
die Steuerung der Klimaanlage von der normalen Steuerung
abweicht und das daher die Möglichkeit besteht, daß die
Benutzer des Fahrzeugs in einer nicht angenehmen Umge
bung im Fahrzeug sind.
Nach der vorliegenden Erfindung werden ein oder zwei der
Umweltfaktoren abgeschätzt, ohne daß Sensoren zum Erken
nen von Umgebungsfaktoren bzw. Störgrößen benutzt werden
(Luftsensor und Solarstrahlungssensor).
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Steuern der
Klimaanlage eines Fahrzeugs zu schaffen, das einen guten
Steuerstatus durch Berechnen eines hochgenauen geschätz
ten Wertes beibehalten kann, ohne einen Luftsensor und
ohne einen Sonneneinstrahlungssenor.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 ge
löst.
In diesem Beispiel ist die Störgröße, die nicht als ein
Ausgang verwendet wird, die Außentemperatur, die aus dem
Wärmegleichgewichts-Rechenmodell basierend auf einer
Wärmegleichgewichts-Rechengleichung für eine Störgröße
berechnet wird, die Änderungen der Innenraumtemperatur
und eine Wärmegleichgewichtsrechengleichung für eine
Störgröße unter Berücksichtigung der Änderungen der Tem
peratur des Fahrzeugkörpers berücksichtigt.
Die abgeschätzte Außentemperatur wird von einem Tiefpaß
filter als ein Schätzwert gewonnen.
Eine nicht als Eingangssignal verwendete Störgröße ist
ein Betrag der solaren Einstrahlung, die von dem
Wärmegleichgewichts-Rechenmodell basierend auf einer
Wärmegleichgewichts-Rechengleichung für eine Störgröße
abgeschätzt ist, die Änderungen der Innentemperatur und
eine Wärmegleichgewichts-Rechengleichung für eine Stör
größe unter Berücksichtigung von Änderun
gen der Temperatur des Körpers des Kraftfahrzeugs be
rücksichtigt.
Der geschätzte Wert ist der Betrag der Wärmeeinstrahlung
und der Korrekturausdruck verwendet als einen Parameter
die Differenz zwischen dem Ausgangswert des Detektions
sensors für die Innentemperatur des Fahrzeugs und einem
Schätzwert für die Temperatur des Innenraums.
Der Korrekturausdruck für die Menge der solaren Ein
strahlung als einen Parameter einen Ausgangswert verwen
det, der von dem Detektionssensor in der vorangehenden
Stufe eine Änderung der Temperatur des Innenraumes er
kannt worden ist.
Wenn der geschätzte Wert eine Außentemperatur ist ver
wendet der Korrekturausdruck als einen Parameter die
Differenz zwischen einem Ausgangswert von dem Sensor zum
Selektieren der Temperatur des Innenraums des Fahrzeugs
und eines Schätzwerts der Innentemperatur.
Wenn der geschätzte Wert die Außentemperatur ist, kann
Korrekturausdruck durch Verwenden eines Betrags der so
laren Einstrahlung, die ein Ausgangswert ist, die von
dem Detektionssensor in der vorangehenden Stufe der Än
derung der Innentemperatur erkannt worden ist, der Dif
ferenz zwischen einem Ausgangswert, der von dem Detekti
onssensor für die Temperatur des Innenraums in der vor
angehenden Stufe der Änderung der Temperatur des Innen
raums erkannt worden ist und einem Schätzwert der Innen
temperatur ist, und der Differenz zwischen einem Aus
gangswert, der von dem Detektionssensor für die Tempera
tur des Innenraums in der vorangehenden Stufe und dem
geschätzten Wert der Temperatur des Innenraums ist, ge
wonnen werden.
Wenn ein Detektionssensor zum Detektieren einer Außen
temperatur oder eines Betrages an Solarstrahlung nicht
als ein Eingang verwendet wird, wird die Größe der Stör
größe entsprechend, dem Detektionssensor basierend auf
einem Wärmeausgleichsrechenmodell abgeschätzt, so daß
die Steuerung der Klimaanlage weiterhin auf diesem abge
schätzten Wert fortgesetzt wird und Ausgangswerte von
anderen Detektionssensoren als Eingangssignale verwendet
werden. Da ein stabiler abgeschätzter Wert erhalten wer
den kann, kann eine gleichmäßige Steuerung der Klimaan
lage erreicht werden. Da der abgeschätzte Wert der Stör
größe sehr genau ist, wird eine gleichmäßige Steuerung
der Klimaanlage, die die effektive Temperatur bewirkt,
möglich, wenn irgendeine Art von Detektionssensor nicht
als Eingang verwendet wird. Infolgedessen ist auch dann,
wenn Detektionssensoren anders als erforderlich und aus
reichend nicht vorhanden sind, ein genauer Betrieb der
Klimaanlage möglich.
Weitere Erklärungen zur
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschrei
bung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen.
Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausbildung
der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ein Flußdiagramm, das ein Beispiel der Verar
beitung zeigt, wenn bestimmte Sensoren als
Eingänge in einen Mikroprozessor verwendet
werden;
Fig. 3 eine Darstellung, die die Wärmebilanz eines
Fahrzeugs zeigt;
Fig. 4 eine Darstellung der Ausbildung des Beobach
ters nach dem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung;
Fig. 5 eine Darstellung, die die Konvergenz zeigt,
wenn der Beobachter keinen Rückkopplungskreis
hat;
Fig. 6 eine Darstellung, die die Stabilität der Kon
vergenz zeigt, wenn der Beobachter einen Rück
kopplungskreis nach Fig. 5 hat;
Fig. 7 eine Darstellung, die den allgemeinen Aufbau
des Beobachters zeigt;
Fig. 8 ist eine Darstellung, die die Ausbildung des
Beobachters nach einem zweiten Ausführungsbei
spiel der vorliegenden Erfindung wiedergibt;
Fig. 9 eine Darstellung von Temperaturabweichungen
zum Erläutern des zweiten Aspekts der vorlie
genden Erfindung;
Fig. 10 eine Darstellung, die die Simulationsergebnis
se nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wiedergibt;
Fig. 11 eine Darstellung, die andere Simulationsergeb
nisse nach dem zweiten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wiedergibt; und
Fig. 12 eine Darstellung, die die Ausbildung eines Be
obachters nach dem zweiten Aspekt der vorlie
genden Erfindung wiedergibt.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung wird im
folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 1-5 be
schrieben.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens zum
Steuern der Klimaanlage für ein Fahrzeug. Dieses ist so
aufgebaut, daß eine Aufnahmeschalteinheit 2 vorgesehen
ist auf der am weitestens oben liegenden Stromseite ei
nes Kanals 1 der Klimaanlage. Eine Zugangs- und aus
gangsseitige Luftschaltklappe 5 wird durch ein Betäti
gungselement betätigt, um Innenluft oder Außenluft in
den Luftführungskanal 1 einzuführen, um so die gewünsch
ten Einlaßweise zu verwirklichen. Ein Luftgebläse 7
dient dazu, Luft in den Kanal 1 der Klimaanlage einzu
ziehen und die Luft in Richtung auf eine stromabwärtsge
legene Seite zu blasen. Das Gebläse ist mit einem Ver
dampfer 8 und einem Heizkern 9 an seiner Rückseite ver
sehen. Der Verdampfer 8 ist mit einem Verdichter 10, ei
nem Kondensator 11, einem Flüssigkeitstank 12 und einem
Expansionsventil 13 durch Verrohrung verbunden, um einen
Kühlkreislauf zu bilden. Leistung von einer Maschine 14
wird zu dem Verdichter 10 über eine magnetische Kupplung
14 übertragen, die wiederum ein- und ausgeschaltet wird,
um den Verdichter 10 zu aktivieren und zu stoppen. Der
Verdichter 10 ist derart, daß die Entladekapazität eines
Kühlmittels extern von einer die Kapazität ändernden
Einheit 24 gesteuert wird. Eine Luftmischklappe 16 ist
vor dem Heizkern 9 angeordnet. Das Öffnen der Luftmisch
klappe 16 wird durch das Betätigungselement 17 gesteu
ert, um die Menge der Luft, die durch den Heizkern 9
strömt und die Menge der Luft, die an dem Heizkern 9
vorbeigeführt wird, zu ändern, mit der Folge, daß die
Temperatur der Auslaßluft gesteuert wird.
Die am weitesten stromabwärts gelegene Seite des Kanals
1 der Klimaanlage ist in einen Entfroster-Luftauslaß 18,
einen Entlüftungs-Luft-Auslaß 19 und einen Bodenluftaus
laß 20 in das Innere des Fahrzeugs geteilt. Klappen 22a,
22b und 22c für die Betriebsart sind an den jeweiligen
Auslässen vorgesehen und werden durch ein Betätigungs
element 23 betätigt, um einen gewünschten Auslaßbetrieb
zu bewirken.
Die Betätigungselement 6, 7 und 23 und der Motor für das
Luftgebläse 7 werden auf einem Ausgangssignal von einer
Steuereinheit 30 basierend gesteuert. Die Elektromagne
tische Kupplung 15 des Verdichters 10 wird durch einen
Kupplungssteuerkreis 40e gesteuert und die die Kapazität
variierende Einheit 24 wird durch einen die Kapazität
variierenden Steuerkreis 40f basierend auf einem Aus
gangssignal von der Steuereinheit 30 gesteuert.
Die Steuereinheit 30 ist an sich bekannt und weist einen
Antriebskreis zum Antreiben und Steuern von Klappen und
ein Luftgebläse, einen Mikrocomputer zum Steuern dieses
Antriebskreises und einen Eingangskreis zum Eingeben von
Signalen in den Mikrocomputer auf. Der Mikrocomputer
weist eine zentrale Recheneinheit (CPU), einen Nur-
Lese-Seicher (ROM), einen Speicher mit wahlfreiem
Zugriff (RAM) usw. auf. In den Eingangskreis der Steuer
einheit werden Ausgangssignale von einem Außentempera
turdetektionssensor 31 zum Detektieren einem Außentempe
ratur Ta, eines Innentemperatur-Detektionssensors 32 zum
Detektieren einer Temperatur im Inneren eines Fahrzeugs
Cr, einem Ausgangstemperatur-Detektionssensor 33 zum
Detektieren einer Ausgangstemperatur Ta/c einer Klima
anlage, eines Sonnenstrahlungssensors 35 zum Erkennen
einer Erwärmung, der Solarstrahlung direkt auf das
Innere des Fahrzeugs durch das Fensterglas, usw., einge
geben.
Fig. 2 zeigt die Verarbeitung in dem Fall, daß ein be
stimmter Detektionssensor nicht verwendet wird (oder
aber nicht vorgesehen ist) als ein Eingang zur Steuerung
durch die obige Steuereinheit 30. Die Steuereinheit 30
empfängt Signale von Detektionssensoren zum Erkennen
verschiedener Störgrößen in Schritt 50 (etwa von dem
Außentemperatur-Detektionssensor 31, dem Innentempera
tur-Detektionssensor 32, dem Ausgangstemperatur-Detek
tionssensor 33 und dem Direktsolarstrahlungs-Sensor 35).
In den Schritten 52 und 54 wird bestimmt, ob ein be
stimmter Sensor als Eingang verwendet wird (oder aber
vorhanden ist) oder nicht. Eine eingehende Beschreibung
der Bestimmung des Vorhandenseins oder des Nichtvorhand
enseins eines Detektionssensors wird nicht gegeben. Wenn
bestimmt wird, daß der Außentemperatur-Detektionssensor
31 nicht vorhanden ist (oder aber nicht verwendet wird)
wird die Außentemperatur in einem Schritt 56 geschätzt.
Wenn erkannt wird, daß der Innentemperatur-Detektions
sensor nicht vorhanden ist (nicht verwendet wird) wird
in dem Schritt 58 die Innentemperatur geschätzt. In ei
nem Schritt 60 wird dann, wenn sich ergibt, daß der
Direktsolarstrahlungs-Sensor 35 nicht vorhanden ist
(nicht verwendet wird), in Schritt 62 der Betrag der di
rekten Solareinstrahlung geschätzt.
Wenn diese Detektionssensoren als Eingänge verwendet
werden, wird ein Steuersignal zum Steuern von Klimaanla
genelementen berechnet unter direkter Verwendung der
Ausgangswerte der Detektionssensoren. Wenn jedoch ein
bestimmter Detektionssensor, beispielsweise der Außen
temperatur-Detektionssensor 31, nicht als ein Eingang
verwendet wird, wird eine in Schritt 56 geschätzte Au
ßentemperatur zum Berechnen des Steuersignals zum Steu
ern der Elemente der Klimaanlage verwendet. Wenn der
Innentemperatur-Detektionssensor 32 nicht als ein Ein
gang verwendet wird, wird eine in Schritt 58 geschätzte
Innentemperatur verwendet, um das Steuersignal zu be
rechnen (Schritt 70). In dem nachfolgenden Schritt 72
wird das Steuersignal, das in dem obigen Schritt berech
net wird, an die Elemente der Klimaanlage ausgegeben.
Das Vorgehen zum Berechnen einer Außentemperatur, wie
sie in Schritt 56 beschrieben wird, wird im folgenden
erläutert. Die Wärmebilanz des Inneren des Fahrzeugs,
wird, wie in Fig. 3 gezeigt durch die nachfolgenden
Gleichungen 1 und 2 dargestellt:
wobei Tb die Temperatur des Fahrzeugkörpers ist, Ta eine
Außentemperatur ist, Mb die Wärmekapazität des Fahrzeug
körpers, β die Wärmeleitfähigkeit des Fahrzeugskörpers,
δ die Wärmeleitfähigkeit des Fahrzeugkörpers ist, Q2 ei
ne Menge der Solareinstrahlung auf den Fahrzeugkörper,
Tr die Temperatur im Inneren des Fahrzeugs, Mr die Wär
mekapazität des Inneren des Fahrzeugs, α eine Menge von
Luft, die von der Klimaanlage ausgeblasen wird, qout ei
ne Wärmemenge bzw. Erwärmung der Luft, die von dem Inne
ren zu dem Äußeren des Fahrzeugs ausgeblasen wird, qr-b
eine Wärmemenge, die von dem Inneren des Fahrzeugs auf
den Fahrzeugkörper übertragen wird und Q1 eine Wärmemen
ge, der Solareinstrahlung, direkt auf das Innere des
Fahrzeugs auf die Glasscheibe ist (Q1 ist definiert als
Qs-1 und Q2 ist definiert als Qs-2).
Wenn die Grundgleichungen 1 und 2 in eine Matrixdarstel
lung umgewandelt werden, kann die nachfolgende Gleichung
3 als Strukturdarstellung erhalten werden.
wobei
Wenn nur die Innentemperatur erkannt wird, gilt
Y = CX, C = [1 0].
Fig. 4 ist ein schematisches Steuerdiagramm, das den
Teil der Steuereinheit 30 von Fig. 1 und den Beobachter 37
zeigt. Bezugszeichen in diesem Steuerdiagramm werden
durch eine allgemeine Notation für die Systemsteuerung
dargestellt, auf ihre Beschreibung wird verzichtet. In
Fig. 4 gibt das Bezugszeichen 38 eines der zum Steuern
der Klimaanlage zu steuernden Systeme an. Beispielsweise
steuert das System das Öffnen der Luftmischklappe 16 zum
Steuern einer Temperatur der Ausgangsluft. Der Beobach
ter 37 ist ein Schätzmodell zum Abschätzen einer Menge
der Solarstrahlung, die verwendet wird als eine Funktion
eines vorgegebenen zu steuernden Systems 38. Das Prinzip
des Beobachters wird unter Bezugnahme auf die nachfol
gende Gleichung 4 erläutert.
Das zu Steuernde wird durch die Gleichung 4 dargestellt,
die wie folgt entwickelt wird:
X = AX + Bu
Y = CX (4)
Y = CX (4)
Der Beobachter wird durch Z = AZ+Bu-K (CX-CZ) dar
gestellt. In diesem Beispiel gilt
wobei Tr - ob ein Schätzwert der Innentemperatur und
Tb - ob ein Schätzwert der Feuchte des Fahrzeugskörpers
ist.
Die Differenz zwischen dem tatsächlichen System und dem
Beobachter ist
X - Z = A (X - Z) + KC(X - Z) = (A + KC) (X - Z)
Wenn (X-Z) die Differenz ε ist, ist dies dargestellt
durch ε = (A+KC) ε. Wenn K derart gewählt wird, daß
(A+KC) ein gewünschter Wert wird, ε →0 (t→₀₀).
Im folgenden wird ein Verfahren zum Gewinnen eines
Schätzwertes statt eines Ausgangs von einem nicht ver
wendeten Sensor gegeben. Angenommen, daß ein Fehler zwi
schen dem tatsächlichen (zu steuerndem) System 38 und
dem Beobachter 37 auf einem bestimmten Eingabefehler ba
siert, zeigt ein Rückkopplungswert K des Beobachters 37
den Effekt des Eingangsfehlers W. Ein Korrekturausdruck
wird daher durch die folgende Gleichung 5 ausgedrückt.
W = KC (X-Z) = K(Y-CZ)
Wenn ein Schätzwert der Außentemperatur des tatsächli
chen Systems zu korrigieren ist, wird die folgende Glei
chung 6 gewonnen.
Ein geschätzter Wert der Außentemperatur kann, wie in
Gleichung 6 angegeben, so korrigiert werden.
Die geschätzten Werte, die durch das Verfahren nach der
JP-A-5-116532 und andere Schätzverfahren, die durch den
Anmelder offenbart worden sind, werden verwendet, wie
für das Verfahren zum Schätzen einer Außentemperatur.
Auf eine Beschreibung dieses Verfahrens wird verzichtet.
Eine Beschreibung wird nachfolgend für die Notwendigkeit
des Tiefpaßfilters 42, das in Fig. 4 gezeigt ist, gege
ben. Fig. 5 ist eine Darstellung, die ein Wert des Aus
drucks 5 zeigt, ein Korrekturausdruck in dem Fall, daß
das Tiefpaßfilter 42 nicht vorgesehen ist. Ein Schät
zwert der Außentemperatur ist auf 0° korrigiert,
schwingt jedoch mit einer hohen Frequenz. Der Korrektur
ausdruck unterzieht sich vielen Änderungen, um geschätz
te Wert schnell zu korrigieren und geschätzte Werte
schwanken, wie in Fig. 5 gezeigt ist, wenn der Korrek
turausdruck nicht geändert wird.
Die Gleichung 5 als ein Korrekturausdruck kann daher auf
geschätzte Werte konvergieren, so daß tieffrequente Ele
mente stabilisiert werden, wie in Fig. 6 gezeigt, durch
Entfernen eines variablen (hochfrequenten) Elements mit
dem Tiefpaßfilter 42. Auch dann, wenn der Luftsensor
oder der Solareinstrahlungssensor nicht vorhanden ist,
kann eine geeignete Steuerung der Klimaanlage ausgeführt
werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung wird im folgenden be
schrieben. Das zweite Ausführungsbeispiel ist ein Ver
fahren zum Abschätzen einer Außentemperatur und des Be
trags an solarer Einstrahlung mit einer höheren Genauig
keit ohne Verwendung dieser Detektionssensoren. Ein Re
chenmodell der Wärmebilanz für jede Störgröße wird durch
nachfolgende Gleichung 7 ausgedrückt.
wenn dies in eine Matrixdarstellung umgewandelt wird,
X = [Tr Tb]′,
U = [Tu T1 Tamb Qsunr Qsunb]′, Qsunr = Qsun × q1,
Qsunb = Qsun × q2,
X = AX + Bu,
U = [Tu T1 Tamb Qsunr Qsunb]′, Qsunr = Qsun × q1,
Qsunb = Qsun × q2,
X = AX + Bu,
wobei
Nach einem ersten Ausführungsbeispiel des zweiten
Aspekts der Erfindung sind Beobachter 37a und 37b ent
sprechend den beiden Störgrößen in dem Beobachter 37
nach Fig. 1 vorgesehen, wie in Fig. 7 gezeigt. In diesem
Beispiel schätzt der Beobachter 37a eine Innentemperatur
und der Beobachter 37b die Temperatur des Fahrzeugskör
pers ab. Um eine Außentemperatur und einen Betrag der
solaren Einschaltung gleichzeitig abzuschätzen, wird die
Gleichung des Beobachters zu der folgenden Gleichung 8.
Z1 = A11Z1 + A12Z2 + ΣB1iUi + K1(Y-X1)
Z2 = A21Z1 + A22Z2 = ΣB2iUi + K2(Y-X1)
wobei Z1 ein abgeschätzter Wert der Innentemperatur ist,
Z2 ein abgeschätzter Wert der Temperatur des Fahrzeug
körpers ist, X1 = Tr, X2 = Tb und Y = Tinc·s.
Vu ist ein Betrag des obereren Luftstroms, der von dem
Entfroster-Luftauslaß 18 und dem Abluftauslaß 19 kommt
und V1 ist ein Betrag eines unteren Luftstroms, der von
dem Bodenluftauslaß 20 kommt. Tu ist ein abgeschätzter
Wert der oberen Luftauslaßtemperatur und T1 ist ein ab
geschätzter Wert der unteren Auslaßtemperatur.
Bezugszeichen haben dieselben Bedeutungen, unterschied
lich von den Bezugszeichen der Gleichungen 1 und 2 nach
dem ersten Aspekt der Erfindung Qsun = Q1, ist ein ge
schätzter Wert des Betrags der solaren Einstrahlung in
das Innere des Fahrzeugs, Qsunb = Q2, ein geschätzter
Wert des Betrags der solaren Einstrahlung auf einen
Fahrzeugkörper. Q1 und Q2 sind vorgegebenen Parameter
mengen. Tr ist, wie oben angegeben, ein abgeschätzter
Wert der Innentemperatur, Tb ein geschätzter Wert der
Fahrzeugtemperatur und Tamb ein abgeschätzter Wert für
die Außentemperatur.
Weiter besteht nach einem zweiten Ausführungsbeispiel
des zweiten Aspektes der Erfindung der Beobachter 37 von
Fig. 1 aus Beobachtern 37a und 37d entsprechend zwei
Störgrößen wie in Fig. 8 gezeigt. In diesem Beispiel ad
diert der Beobachter 37 einen Korrekturwert zu einem
Schätzwert der Innentemperatur und der Beobachter 87d
addiert einen Korrekturwert auf einen Schätzwert der
Fahrzeugkörpertemperatur. Fehlergleichungen in den Aus
bildungen der Fig. 8 und 9 ergeben sich aus der nachfol
genden Gleichung 9.
X1 - Z1 = A11(X1 - Z1) + A12 (X2 - Z2) - K1(Y - Z1)
X2 - Z2 = A21(X1 - Z1) + A22 (X2 - Z2) - K2(Y - Z1)
Wenn die Differenz zwischen einer Innentemperatur und
einem geschätzten Wert der Innentemperatur durch e1 = X1 - Z1
wiedergegeben wird und die Differenz zwischen der
Temperatur des Fahrzeugkörpers und einem geschätzten
Wert der Temperatur des Fahrzeugkörpers durch
e2 = X2-Z2 dargestellt wird,
e1 = (A121 - K1)e1 + A12e2, und
e2 = (A21 - K2)e1 + A22e2.
In einer Matrixdarstellung, e-A′ e,
wobei
Wenn K1 und K2 derart ausgewählt werden, daß A′ stabil
wird, e→0 bei t→₀₀.
Danach werden die Außentemperatur und ein Betrag der so
laren Einstrahlung abgeschätzt. Unter der Annahme, daß
ein Fehlerfaktor zwischen dem Modell und der tatsächli
chen Temperatur auf Fehlern der Schätzwert der Außentem
peratur und des Betrages der solaren Einstrahlung be
ruht. Es kann daher angenommen werden, daß Korrekturbe
träge, die von dem Beobachter ermittelt werden, Korrek
turwerte sind, die auf geschätzten Werten der Außentem
peratur und des Betrages der solaren Einstrahlung beru
hen. In diesem Beispiel ist ein Korrekturbetrag für Z1,
ein abgeschätzter Wert der Innentemperatur, ein Korrek
turbetrag, der auf der Menge der solaren Einstrahlung zu
machen ist und ein Korrekturbetrag für Z2, ein Schät
zwert für die Fahrzeugkörpertemperatur, ein Korrekturbe
trag ist, der bezüglich der Außentempratur und des Be
trages der solaren Einstrahlung ist (was sich aus dem
Prinzip des Modells ergibt).
Die Effekte der Außentemperatur und der solaren Ein
strahlung können jedoch nicht getrennt werden. Wenn die
Auswirkung der solaren Einstrahlung auf die Innentempe
ratur analysiert wird, wird diese in eine schnelle Ant
wort und in eine langsame Antwort geteilt.
Es versteht sich aus dem Modell, daß die schnelle Ant
wort die Wirkung von Qsunr ist, einem geschätzten Wert
des Betrages der solaren Einstrahlung in das Innere des
Fahrzeugs (ein Fahrgast fühlt die Wärme bald nachdem die
Sonne in das Innere des Fahrzeugs scheint), und die
langsame Antwort ist der Effekt von Qsunb, einem Schätz
wert des Betrages der solaren Einstrahlung auf den Fahr
zeugkörper, der langsam von der solaren Strahlung und
der Außenluft erwärmt wird. Qsunr, ein Betrag der sola
ren Einstrahlung in das Innere des Fahrzeugs, wird daher
aus einem Korrekturbetrag für Tr (Z1), der Innentempera
tur, in der ersten Stufe der Antwort und Qsunb einen
Schätzwert der Strahlung auf den Fahrzeugkörper, in der
letzteren Stufe der Antwort bestimmt. Ein Betrag der so
laren Einstrahlung wird aus Qsunb bestimmt, der bestimm
te Betrag der solaren Einstrahlung auf den Fahrzeugkör
per und Qsunr, ein bestimmter Betrag der solaren Ein
strahlung in das Innere des Fahrzeugs. Danach können so
wohl die Außentemperatur als auch der Betrag der solaren
Einstrahlung abgeschätzt werden, Tamb (die Außentempera
tur) ist. Diese Ausführungsbeispiel wird im folgenden
unter Bezugnahme auf Fig. 8 und auf Gleichungen be
schrieben. Tr, eine tatsächliche Innentemperatur und Tb,
eine tatsächliche Temperatur des Körpers des Kraftfahr
zeugs, können von dem Detektionssensor 32 für die Innen
temperatur und dem Detektionssensor 40 für die Tempera
tur des Fahrzeugkörpers als X1 bzw. X2 gewonnen werden.
Die Gleichung 7 wird gewonnen, um Z1, einen Schätzwert
der Innentemperatur, und Z2 einen Schätzwert der Tempe
ratur des Fahrzeugkörpers, zu gewinnen, verwendet, unter
Verwendung des- Beobachters 37 von Fig. 7. Eine Bezie
hungsgleichung Z1, ein geschätzter Wert der Innentempe
ratur, hat eine funktionelle Beziehung zu F (Q, ge
schätzter Wert des Betrages der Sonneneinstrahlung)
entsprechend Gleichung 8. Weiter hat Z2, ein Schätzwert
der Temperatur des Fahrzeugskörpers, eine funktionelle
Beziehung zu G (Q, Tamb, dem geschätzten Wert der Außen
temperatur).
In diesem Beispiel gilt Q (Schätzwert des Betrags der
Sonneneinstrahlung) = Q1 (Schätzwert des Betrages der
solaren Einstrahlung in das Innere des Fahrzeugs) und Q2
(geschätzter Wert des Betrags der solaren Einstrahlung
auf den Fahrzeugkörper). Weiter ergibt sich aus Glei
chung 9, daß die Differenz zwischen einem tatsächlichen
Wert und einem Schätzwert "0" ist, es wird jedoch ange
nommen, daß dieser durch Fehler in den Schätzwerten der
Gleichung erhöht wird. Infolgedessen werden die Glei
chungen 10 und 11 erstellt. Da die geschätzten Werte
Tamb, Q1 und Q2 aus den Gleichungen 3, 4, 5 und 6 nach
der japanischen Druckschrift JP-A-5-346259, die von dem
Anmelder eingereicht worden sind, errechnet werden kön
nen. Auf eine Beschreibung wird daher hier verzichtet.
X1 - Z1 = ΔF (Q)
X2 - Z2 = ΔH (Q, Tamb)
Qh, ein hochgenauer Schätzwert, kann aus der obigen
Gleichung 10 gewonnen werden, wenn ein neuer Schätzwert
des Betrages der solaren Einstrahlung aus
[Q + (X1 - Z1)] = Qh gewonnen wird. Sodann beinhaltet
Qh, der Schätzwert des Betrags der solaren Einstrahlung,
Q1, ein Schätzwert des Betrages der direkten Solarein
strahlung und Q2 ein Schätzwert des Betrages der solaren
Einstrahlung auf den Fahrzeugkörper. Diese beiden Werte
werden zunächst getrennt.
In Fig. 9 wird ein tatsächlicher Betrag der direkten So
lareinstrahlung, Q1h, ein hochgenauer Schätzwert des Be
trages der direkten Solareinstrahlung (in das Innere des
Fahrzeugs) durch die nachfolgende Gleichung 12 ausge
drückt entsprechend (X1 - Z1)t0 = ΔF(Q1)t0 zu dem Zeit
punkt to, der als Anfang mit dem Beobachter 37 von
Fig. 8 definiert ist, da eine Antwort auf den schnellen
Anstieg in der Temperatur im wesentlichen Qsunr be
trifft. Q ein Schätzwert des Betrages der solaren Ein
strahlung zu dem Zeitpunkt t1, basiert auf Q2, einem
Schätzwert des Betrages der solaren Einstrahlung auf den
Fahrzeugkörper und Q1 ein Schätzwert des Betrages der
direkten solaren Einstrahlung, ist extrem klein und kann
als null betrachtet werden.
Q1h = [Q1 + (X1 - Z1)t0]
Wie bei der Gleichung 12 ist t1 daher durch den Beobach
ter von Fig. 8 definiert zu einem Zeitpunkt, wenn der
Fahrzeugkörper vollständig aufgewärmt ist und Q2h ein
hochgenauer Schätzwert des Betrages der solaren Ein
strahlung auf den Fahrzeugkörper, wird durch die nach
folgende Gleichung 13 entsprechend (X1 - Z1)t1 = ΔF (Q2)t1
ausgedrückt.
Q2h = [Q2 + (X1 - Z1)t1]
Qhh, ein hochgenauer Schätzwert der Gesamtmenge der so
laren Einstrahlung, wird daher durch die folgende Glei
chung 14 aus der Summe der Gleichungen 12 und 13 ausge
drückt.
Qhh = Q1h + Q2h = [Q1 + Q2 + (X1 - Z1)t0 + (X1 - Z1)t1]
Die Gleichung 15 kann aus den obigen Gleichungen 14 und
11 hergeleitet werden. Infolgedessen wird Tambh, ein
hochgenauer Schätzwert von Tamb, ein Schätzwert der Au
ßentemperatur, durch die folgende Gleichung 16 ausge
drückt.
(X2 - Z2) = ΔG([Q1 + Q2 (X1 + Z1)t0 + (X1 - Z1)t1),
Tamb)
Tambh = Tamb + (X2 - Z2) = Tamb + ΔG([Q1 + Q2 + (X1 -
Z1)t0 + (X1 - Z1)t1], Tamb)
Ein weiterer hochgenauer Schätzwert der Außentemperatur
kann aus der obigen Gleichung 16 gewonnen werden.
Fig. 10 und 11 sind Darstellungen, die die Simulations
ergebnisse zeigen, die unter Verwendung eines Computers
gewonnen worden sind. Fig. 10 zeigt die Simulationser
gebnisse, die gewonnen worden sind, wenn ein Fahrzeug
bei einer Außentemperatur von 10°C aufgewärmt wird und
bei einer solaren Einstrahlung von 660 kcal/m²h. Die Er
gebnisse geben an, daß ein Schätzwert der Außentempera
tur einen Fehler von 1°C hat und nahe der tatsächlichen
Außentemperatur von 10°C ist und daß ein geschätzter Be
trag der solaren Einstrahlung ein Fehler von
-50 kcal/m²h hat und nahe der tatsächlichen solaren Ein
strahlung von 660 kcal/m²h.
Fig. 11 zeigt Simulationsergebnisse, die gewonnen worden
sind, wenn ein Fahrzeug bei einer Außentemperatur von
10°C ohne solare Einstrahlung aufgewärmt wird. Es ver
steht sich, daß ein Schätzwert der Außentemperatur einen
Fehler von fast ±0°C hat und die tatsächliche Außentem
peratur von 10°C ist und das ein geschätzter Betrag der
solaren Einstrahlung ein Fehler von 8 kcal/m²h hat und
hochgenau ist.
Infolgedessen kann die Innentemperatur aus dem Wärmeba
lancemodell abgeschätzt werden, ähnlich demjenigen, das
oben beschrieben worden ist, mit hoher Genauigkeit ohne
Verwendung des Detektionssensors für die Außentempera
tur, den Sensor für die solare Einstrahlung und derglei
chen als Eingänge und derselbe Steuerstatus, wie derje
nige bei einer normalen Steuerung kann beibehalten wer
den.
Fig. 12 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel des zwei
ten Aspekts der Erfindung. In diesem Ausführungsbeispiel
sind Beobachter 37e und 37f anstelle der beiden Beobach
ter von Fig. 8. Geschwindigkeitsbestimmungsmittel 34 zur
Bestimmung einer Änderung in der Geschwindigkeit (Y - Z1)
ist an der Ausgangsseite von Z1 und Z2 sind an den Ein
gabeseiten der Rückführungskonstanten K1 bzw. K2 vorge
sehen. Dieser Eingabeschalter SW1 und SW2 empfangen ein
Signal Y wenn sie eingeschaltet werden und nehmen das
vorangehende Signal Y von den Haltekreisen 44 bzw. 45
auf, wenn sie ausgeschaltet werden. Der Schalter SW1
wird eingeschaltet bei einem Detektionssignal von den
Geschwindigkeitsentscheidungsmitteln 34, der Schalter
SW2 wird jedoch durch das Signal ausgeschaltet.
Wenn die Änderung der Geschwindigkeit (Y - Z1) schneller
ist als der voreingestellt Wert, gibt das Geschwindig
keitsentscheidungsmittel ein Detektionssignal aus. In
folgedessen wird der Schalter SW1 eingeschaltet und der
Beobachter 37e addiert Y*K1, ein Rückkopplungswert, zu
dem jeweiligen Wert von Y und der Beobachter 37f addiert
Y*K2 ein Rückkopplungswert, auf den vorangehenden Wert
von Y. Wenn die Änderung in der Geschwindigkeit (Y - Z1)
geringer ist als der voreingestellte Wert, gibt das Ge
schwindigkeitsentscheidungsmittel 34 kein Detektionssig
nal (Antriebssignal) aus. Infolgedessen führt der Beob
achter 37e eine umgekehrte Addition von Y*K1 aus, einem
Rückkopplungsbetrag um den vorangehenden Wert von Y und
der Beobachter 37f für eine Addition von Y*K2 aus, einem
Rückkopplungswert, um den gegenwärtigen Wert von Y.
Es ist daher möglich, eine genaue Abschätzung in Antwort
auf eine Änderung von Z1 auszuführen, einem Schätzwert
der Innentemperatur. Jeder Korrekturbetrag (Wert) des
zweiten Aspektes nach der Erfindung kann stabil gewonnen
werden durch Adaptieren des Vorsehens eines Tiefpaßfil
ters nach dem ersten Aspekt der Erfindung auf den zwei
ten Aspekt der Erfindung.
Nach der Erfindung wird, wie oben beschrieben, auch
dann, wenn ein bestimmter Detektionssensor als Eingang
nicht verwendet wird (oder nicht vorhanden ist), die
Größe der Störgröße entsprechend dem fehlenden Detekti
onssensor basierend auf einem Wärmebilanz-Rechenmodell
abgeschätzt und ein hochgenauer Korrekturausdruck kann
auf den geschätzten Wert aufaddiert werden. Es kann da
her ein Steuerstatus beibehalten werden, der demjenigen
sehr nahe ist, der bei einer normalen Steuerung der Kli
maanlage erreicht wird, wenn der Detektionssensor als
Eingang vorhanden ist. Da der geschätzte Wert in eine
stabile Richtung konvergiert, ist die Steuerung in einer
Übergangszeit stabil. Eine Klimaanlage kann verwendet
werden, ohne daß ein unerwünschter Zustand auftritt bei
einer Verschiebung von einem Detektionssensor auf einen
geschätzten Wert.
Claims (13)
1. Steuerungsverfahren für Fahrzeugklimaanlagen mit
- - einer Steuereinheit (30), gesteuert durch Eingangs signale aus
- - einem erfaßten (Tb, Ta, Q2, Tr, α, Q1) oder geschätzten Wert (Tb_ob, Ta_ob, Qsunb, Tr_ob, Qsun) einer Wärmemenge (qa/c), die von der Klimaanlage ins Innere des Fahrzeugs geführt wird,
- - und erfaßten oder geschätzte Werten, die zu Störgrößen (q sun_t, q sun_b, q-b, qb_a, qr_b, qout) gehören, die die Erwärmung (q-r) des In neren des Fahrzeugs beeinflussen, nicht aber auf die Klimaanlage zurückzuführen sind,
wobei die Steuereinheit (30) die Innentemperatur
(Tr) unter Verwendung eines Wärmegleichungs-Rechen
modells abschätzt, das die erkannten oder geschätz
ten Werte als Parameter verwendet, und
- einem Sensor (32) zum Erkennen der Temperatur (Tr)
des Innenraums des Fahrzeugs,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Steuereinheit (30) durch Multiplizieren eines Feh lers (ε = X - Z) zwischen dem tatsächlichen (zu steu ernden) System (38) und dem Beobachter (37), der auf einem bestimmten Eingabefehler basiert, mit einem Rück kopplungswert (|K) des Beobachters (37), der den Effekt des Eingangsfehlers zeigt,
einen Korrekturterm (W = KC (X - Z) = K (Y - CZ)) basie rend auf dem Rückkopplungswert (|K) erzeugt, um den als Parameter verwendeten detektierten Wert (Ta_ob) oder geschätzten Wert mit diesem zu korrigieren.
die Steuereinheit (30) durch Multiplizieren eines Feh lers (ε = X - Z) zwischen dem tatsächlichen (zu steu ernden) System (38) und dem Beobachter (37), der auf einem bestimmten Eingabefehler basiert, mit einem Rück kopplungswert (|K) des Beobachters (37), der den Effekt des Eingangsfehlers zeigt,
einen Korrekturterm (W = KC (X - Z) = K (Y - CZ)) basie rend auf dem Rückkopplungswert (|K) erzeugt, um den als Parameter verwendeten detektierten Wert (Ta_ob) oder geschätzten Wert mit diesem zu korrigieren.
2. Steuerungsverfahren für Fahrzeugklimaanlagen nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störgröße
die Außentemperatur ist, die aus dem Wärmegleichungs-
Rechenmodell basierend auf
- - einer Wärmegleichungs-Formel für zu Änderungen der zur Innenraumtemperatur beitragenden Störgröße und
- - einer Wärmegleichungs-Formel für zu Änderungen der zur Temperatur des Fahrzeugkörpers beitragenden Störgröße
errechnet wird.
3. Steuerungsverfahren für Fahrzeugklimaanlagen nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die geschätzte
Außentemperatur aus einem Tiefpaßfilter als Schätzwert
gewonnen wird.
4. Steuerungsverfahren für Fahrzeugklimaanlagen nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Störgröße
ein Betrag der solaren Einstrahlung ist, die von dem
Wärmegleichungs-Rechenmodell basierend auf
- - einer Wärmegleichungs-Formel für zu Änderungen der zur Innenraumtemperatur beitragenden Störgröße und
- - einer Wärmegleichungs-Formel für zu Änderungen der zur Temperatur des Fahrzeugkörpers beitragenden Störgröße
geschätzt wird.
5. Steuerungsverfahren für Fahrzeugklimaanlagen nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschätzte
Wert der Betrag der Wärmeeinstrahlung ist, und der Kor
rekturterm die Differenz zwischen der Ausgabe des Sen
sors für die Innentemperatur des Fahrzeugs und einem
Schätzwert für die Temperatur des Innenraums verwendet.
6. Steuerungsverfahren für Fahrzeugklimaanlagen nach
Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß geschätzte Wert
der Betrag der Wärmeeinstrahlung ist, und der Korrek
turterm die Differenz zwischen einer Ausgabe, die von
dem Sensor in der vorangehenden Stufe als eine Änderung
der Temperatur des Innenraumes erkannt worden ist, und
einem geschätzten Wert der Innentemperatur verwendet.
7. Steuerungsverfahren für Fahrzeugklimaanlagen nach
Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der geschätzte
Wert eine Außentemperatur ist, und der Korrekturterm
die Differenz zwischen einer Ausgabe des Sensors zum
Erfassen der Temperatur des Innenraums des Fahrzeugs
und eines Schätzwerts der Innentemperatur verwendet.
8. Steuerungsverfahren für Fahrzeugklimaanlagen nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der geschätzte
Wert die Außentemperatur ist, und der Korrekturterm er
halten wird durch weiteres Berücksichtigen
- - eines Betrags der solaren Einstrahlung, die als Ausgabe des Sensors als Änderung der Innentempera tur in der vorangehenden Stufe erfaßt wurde,
- - der Differenz zwischen einer Ausgabe, die von dem Sensor für die Temperatur des Innenraums in der vorangehenden Stufe als Änderung der Temperatur des Innenraums erfaßt wurde, und einem Schätzwert der Innentemperatur, und
- - der Differenz zwischen einer Ausgabe, die von dem Sensor für die Temperatur des Innenraums in der jetzigen Stufe erfaßt wurde, und dem geschätzten Wert der Temperatur des Innenraums.
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