DE19953511A1 - Verfahren zur Steuerung/Regelung von Wärmeströmen im Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung/Regelung der von Wärmeerzeugern und Wärmeverbrauchern im Kraftfahrzeug verursachten Wärmeströme wenigstens auf der Basis eines momentanen Lastzustands des Kraftfahrzeugmotors und momentaner Fahrzeugbetriebs- und Umgebungsbedingungen und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer/Regelungsvorrichtung (21, 22) eine Vorhersage für vorausliegende Lastzustände des Motorkühlsystems auf der Grundlage eines fahrzustandsrelevante Größen und die thermische Trägheit des Motorkühlsystems berücksichtigenden Modells und von durch ein Satelliten-Navigationssystem (GPS, 24) erfassten vorausliegenden motorlastrelevanten Umgebungsbedingungen trifft und eine entsprechende Steuerung/Regelung aller Wärmeströme im Kraftfahrzeug insbesondere des Motorkühlsystems ausführt (Figur).

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung/- Regelung der von Wärmeerzeugern und Wärmerverbrauchern im Kraftfahrzeug verursachten Wärmeströme wenigstens auf der Basis eines momentanen Lastzustands des Kraftfahrzeug­ motors und momentaner Fahrzeugbetriebs- und Umgebungs­ bedingungen.

Ein derartiges Verfahren ist aus einem Vorlesungsskript der Technischen Akademie Esslingen, "Automatische Klimasysteme, Elektronik und Ergonomie", Lehrgang Nr. 21751/67.059 vom 12. und 13. Dezember 1996, Veran­ staltungsort Ostfildern (Nellingen) bekannt.

Allgemein beinhaltet das Thermomanagement im Kraftfahr­ zeug die Kontrolle und Steuerung aller im Kraftfahrzeug vorkommenden Wärmeströme. Um die optimalen Betriebs­ bedingungen möglichst schnell einstellen zu können, müssen alle Wärmeerzeuger und Wärmeverbraucher kontrolliert bzw. gesteuert sowie deren Wärmeströme entsprechend dem Bedarf und der Priorität geleitet und kontrolliert werden. Ein Ziel dabei ist eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs, z. B. durch höhere Kühl­ mitteltemperatur im Teillastbetrieb, eine Minimierung der Abgasemissionen und eine Verbesserung des Komforts, z. B. durch möglichst schnelles Ansprechen der Innenraum­ heizung. Wegen der thermischen Trägheit des Verbrennungs­ motors und des Motorkühlsystems wäre eine Voraussage über bevorstehende Lastbedingungen für den Motor wünschens­ wert.

Bei dem aus dem obigen Vorlesungsskript bekannten Verfahren stützt sich eine Klimaregelautomatik auf ein Rechenmodell, das aus aktuellen Störgrößen generiert wird. Dabei werden die einem Fahrzeuginnenraum zuge­ führten und davon abgeführten Wärmemengen und die einem Verdampfer und/oder einem Heizkörper zu bzw. davon abgeführten Wärmemengen unter Berücksichtigung des genannten Rechenmodells des Reglers auf der Grundlage sensorisch erfasster aktueller Messwerte durch Erzeugung bzw. Korrektur von Stellgrößen für die Klimaregelung kontrolliert und gesteuert.

Derzeit sind keine Lösungen bekannt, die vorausliegende lastrelevante Bedingungen, wie z. B. die Straßenbe­ schaffenheit, Steigungen, Länge der Steigungen oder Kurvenreichtum der vor dem Fahrzeug in Fahrtrichtung liegenden Strecke für ein vorausschauendes Thermo­ management, d. h. die Kontrolle und Steuerung aller Wärmeströme im Fahrzeug verwenden würden.

Es ist demnach Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine dieses Verfahren ausführende Vorrichtung zur Steuerung/Regelung der von Wärmeerzeugern und Wärmever­ brauchern im Kraftfahrzeug verursachten Wärmeströme so anzugeben, dass ein vorausschauendes Thermomanagement, insbesondere des Motorkühlsystems, zu einer verbrauchs-, und/oder emissions- und/oder komfortoptimierten Betriebs­ weise des Fahrzeugmotors führen kann.

Die obige Aufgabe wird anspruchsgemäß gelöst.

Gemäß einem wesentlichen Aspekt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Vorhersage für vorausliegende Lastzustände des Motorkühl­ systems auf der Grundlage eines fahrzustandsrelevante Größen und die thermische Trägheit des Motorkühlsystems berücksichtigenden Modells und von erfassten, in Fahrt­ richtung vorausliegenden lastrelevanten Umgebungsbe­ dingungen getroffen und eine diese vorausliegenden Betriebszustände und Umgebungsbedingungen berücksichtigende Steuerung/Regelung von Wärmeströmen im Kraftfahrzeug, insbesondere des Motorkühlsystems ausgeführt wird.

Um motorlastrelevante vorausliegende Umgebungsbedingungen zu erfassen, stehen mehrere einzelne Möglichkeiten oder auch eine Kombination derselben zur Verfügung.

Zum einen können vorausliegende Umgebungsbedingungen aus von einem GPS-System gelieferten Signalen erfasst werden.

Zum anderen können die vorausliegenden Umgebungs­ bedingungen aus Signalen erfasst werden, die von einem gespeicherten kartographischen Umgebungsmodell erfasst werden.

Drittens können vorausliegende Umgebungsbedingungen auch durch Funk von einer ortsfesten oder mobilen erdge­ bundenen Station zum Fahrzeug übertragen werden.

Aus der Navigationstechnik für erdgebundene Fahrzeuge ist es bereits bekannt, gespeicherte kartographische Daten, z. B. über Straßenverlauf, Steigung usw. durch Daten, die von einer mobilen oder ortsfesten erdgebundenen Station oder von einem GPS-System über Satellit empfangen werden, zu aktualisieren.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren wichtigen voraus­ liegenden motorlastrelevanten Umgebungsbedingungen umfassen insbesondere Steigungen, Gefälle, kurvenreiche Strecken, ebene Strecken und wahrscheinliche Fahrzeugan­ haltesituationen.

Eine zur Ausführung dieses Verfahrens geeignete Vor­ richtung zum Thermomanagement wenigstens des Motorkühl­ systems im Kraftfahrzeug umfasst erfindungsgemäß eine Steuer/Regelungsvorrichtung, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist.

Selbstverständlich umfasst das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur das Thermomanagement des Motorkühlsystems sondern beinhaltet die Kontrolle und Steuerung aller Wärmeströme im Kraftfahrzeug einschließlich der Wärmeströme, die von der Klimaanlage zu- oder abgeführt werden und einschließlich aller Wärmeströme, die in thermischen Speichern, wie z. B. Latentwärmespeichern oder Kältespeichern, ein- bzw. ausgespeichert werden.

Eine Kraftfahrzeugklimaanlage läßt sich somit durch eine funktionelle Verbindung mit der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichteten Steuer/Rege­ lungsvorrichtung so kontrollieren und steuern, dass die jeweiligen Betriebspunkte für optimale Betriebsbedin­ gungen schnell eingestellt werden können.

Eine derartige Klimaanlage kann über eine Eingabe/- Ausgabeeinrichtung, z. B. .am Armaturenbrett des Kraft­ fahrzeugs, für die Eingabe von Fahrwünschen und Anzeige von Betriebszuständen der Klimaanlage verfügen.

Die erwähnte funktionelle Verbindung der Klimaanlage mit der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichteten Steuer/Regelungsvorrichtung kann durch eine Karosseriebusverbindung erfolgen, die auch eine Ver­ bindung mit Sensoren und anderen Fahrzeugsteuergeräten, insbesondere mit einem GPS-Empfänger herstellen kann.

Ein derartiger Karosseriebus ist z. B. das bekannte CAN- Bussystem.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der sie aus­ führenden Vorrichtung lassen sich Informationen über sich voraussichtlich einstellende Fahrzustände unter Einbe­ ziehung der thermischen Trägheit des Motorkühlsystems für ein zu jedem Zeitpunkt optimales Thermomanagement von Wärmeerzeugern und -Verbrauchern im Kraftfahrzeug, nicht nur des Motorkühlsystems, ausnutzen.

Die obigen und weitere vorteilhafte Merkmale der Er­ findung werden in der nachstehenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, das sich auf die beiliegenden Figur bezieht.

Die einzige Figur zeigt in Form eines Blockschaltbilds mehrere über eine Fahrzeugbusarchitektur in Wirk­ verbindung stehende Steuergeräte.

Durch einen CAN-Bus 20 sind (nicht zur Erfindung zählende) Steuergeräte 11, 12, 13 für Motor-, Getriebe-, Fahrwerk- und Sicherheitsmanagementaufgaben verbunden. Der CAN-Bus 20 steht über einen Gateway-Knoten 15 einerseits mit einem B-CAN-Bus 30 und andererseits mit einer Diagnoseschnittstelle 16 in Verbindung.

Der B-CAN-Bus 30 verbindet beispielhaft ein zur Aus­ führung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Thermo­ management des Motorkühlsystems dienendes Steuergerät 21, ein Steuergerät 22 für die Klimaanlage, ein Steuergerät 23 für die Sitzelektronik und ein Steuergerät 24, welches zur Aufbereitung von von einem GPS-Empfänger gelieferten Daten dient. Ein weiterer CAN-Bus 40 kann zur Verbindung eines Zentralbildschirms 45 mit Ein-Ausgabekomponenten 41, einem Funkempfänger 42, einem Fernsehempfänger 43 und einem auf gespeicherten kartographischen Daten gestützten Navigationssystems 44 vorgesehen sein.

Wie gesagt, können vom GPS-Empfänger und/oder dem Navigationssystem 44 Informationen über die bevorstehende Straßenbeschaffenheit, wie z. B. Steigungen, Länge der Steigung oder Kurvenreichtum, erfasst und zumindest dem Steuergerät 21 über den B-CAN-Bus 30 zugeführt werden, so dass das Steuergerät 21 ein vorausschauendes Thermo­ management des Motorkühlsystems unter Berücksichtigung einer verbrauchs-, emissions- und komfortoptimierten Betriebsweise des Fahrzeugmotors durchführen kann.

Auch von dem Funkempfänger 42 und/oder dem Fernseh­ empfänger 43 können Informationen für eine Vorhersage vorausliegender lastrelevanter Umgebungszustände, wie z. B. Straßenbeschaffenheit, Kurvenreichtum, Steigungs­ strecken und Gefällestrecken der Straße empfangen werden und wenigstens dem Steuergerät 21 zugeführt werden, das außer auf der Basis eines sensorisch erfassten momentanen Lastzustands des Kraftfahrzeugmotors und momentaner Fahrzeugbetriebs- und Umgebungsbedingung zusätzlich eine Vorhersage für vorausliegende Lastzustände des Motor­ kühlsystems auf der Grundlage eines fahrzustandsrelevante Größen und die thermische Trägheit berücksichtigenden Modells des Motorkühlsystems und außerdem auf der Grundlage der erfassten vorausliegenden motorlast­ relevanten Umgebungsbedingungen trifft und die mit ihm in Wirkverbindung stehenden Stellglieder für eine ent­ sprechende Steuerung/Regelung des Motorkühlsystems einstellt.

Das für die Steuerung/Regelung der Fahrzeugklimaanlage dienende Steuer/Regelungsgerät 22 kann auch solche vorausliegende Umgebungsbedingungen, wie sie z. B. die vom GPS-System und/oder Navigationssystem 44 gelieferten Informationen angeben, empfangen und zusätzlich die von der Klimaanlage beeinflussten Wärmeströme im Kraft­ fahrzeug im Sinne des erwähnten vorausschauenden Thermomanagements kontrollieren bzw. steuern.

Es sei noch erwähnt, dass auch ein das Fahrerverhalten berücksichtigendes adaptives (in der Figur nicht gezeigtes) Fahrermodell Einfluss auf das vorausschauende Thermomanagement wenigstens des Motorkühlsystems und optionell auch der Klimaanlage nehmen kann.

Claims (12)

1. Verfahren zur Steuerung/Regelung der von Wärme­ erzeugern und Wärmeverbrauchern im Kraftfahrzeug verur­ sachten Wärmeströme wenigstens auf der Basis eines momentanen Lastzustands des Kraftfahrzeugmotors und momentaner Fahrzeugbetriebs- und Umgebungsbedingungen, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Vorhersage für vorausliegende Last­ zustände des Motorkühlsystems auf der Grundlage eines fahrzustandsrelevante Größen und die thermische Trägheit des Motorkühlsystems berücksichtigenden Modells und von erfassten, in Fahrtrichtung vorausliegenden last­ relevanten Umgebungsbedingungen getroffen und eine diese vorausliegenden Betriebszustände und Umgebungsbedingungen berücksichtigende Steuerung/Regelung von Wärmeströmen im Kraftfahrzeug, insbesondere des Motorkühlsystems ausgeführt wird.

2. Steuer/Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorausliegenden Umgebungs­ bedingungen aus durch ein GPS-System gelieferten Signalen erfasst werden.

3. Steuer/Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorausliegenden Umgebungs­ bedingungen aus von einem gespeicherten kartographischen Umgebungsmodell gelieferten Signalen erfasst werden.

4. Steuer/Regelungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vorausliegenden Umgebungsbe­ dingungen durch Funk von einer ortsfesten oder mobilen erdgebundenen Station übertragen und im Kraftfahrzeug empfangen werden.

5. Steuer/Regelungsverfahren nach einem der vorangehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Kombination der Merkmale von wenigstens zwei der Ansprüche 2 bis 4.

6. Steuer/Regelungsverfahren nach einem der vorangehen­ den, Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die voraus­ liegenden Umgebungsbedingungen insbesondere Steigungen, Gefälle, kurvenreiche Strecken, ebene Strecken und wahr­ scheinliche Fahrzeuganhaltesituationen umfassen.

7. Steuer/Regelungsverfahren nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung/Regelung des Motorkühlsystems verbrauchs- und/oder emissions- und/oder komfortoptimierende Para­ meter für den Fahrzeugmotor berücksichtigt.

8. Vorrichtung zum Thermomanagement von Wärmeströmen in einem Kraftfahrzeug, insbesondere des Motorkühlsystems dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer/Regelungsvor­ richtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 eingerichtet ist.

9. Kraftfahrzeugklimaanlage, dadurch gekennzeichnet, dass für die Klimaanlage funktionsrelevante Sensoren und Stellglieder in funktioneller Verbindung mit einer Vor­ richtung gemäß Anspruch 8 stehen.

10. Kraftfahrzeugklimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine am Armaturenbrett vorge­ sehene Eingabe/Ausgabeeinrichtung zur Eingabe von Fahrer­ wünschen und zur Anzeige von Betriebszuständen der Klimaanlage aufweist.

11. Kraftfahrzeugklimaanlage nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Karosseriebusverbindung zur Verbindung der Steuer/Regelungsvorrichtung, der Klimaanlage und der Sensoren und anderer Steuergeräte im Kraftfahrzeug vorgesehen ist.

12. Klimaanlage nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Karosseriebusverbindung ein CAN-Bus ist.