DE3029097A1 - Regelungsverfahren und -vorrichtung fuer klimaanlagen - Google Patents

Regelungsverfahren und -vorrichtung fuer klimaanlagen

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DE3029097A1 DE19803029097 DE3029097A DE3029097A1 DE 3029097 A1 DE3029097 A1 DE 3029097A1 DE 19803029097 DE19803029097 DE 19803029097 DE 3029097 A DE3029097 A DE 3029097A DE 3029097 A1 DE3029097 A1 DE 3029097A1
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    • F24F2130/20—Sunlight

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Regeln einer Klimaanlage gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie auf eine Klimaanlagen-Regelvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 7. Das Verfahren und die Vorrichtung sind insbesondere geeignet für eine AutoKlimaanlage, bei der die Temperatur eines Luftstroms automatisch nach Maßgabe der Änderung der Wärmebelastung im Fahrzeugraum eines Automobils geregelt wird.
Figur 1 zeigt eine herkömmliche Regelung für eine Klimaanlage mit einer Einstellschaltung 1 zum Abgeben eines Ausgangssignals/ das kennzeichnend ist für eine gewünschte oder Soll-Temperatur T3 der Luft in einem zu klimatisierenden Raum oder Bereich, einem Temperatursensor 2 zum Erzeugen eines Ausgangssignals, das kennzeichnend ist für die aktuelle oder Ist-Temperatur T der Luft in dem Raum, und einem Detektor 3, der auf die Aus gangsSignaIe der Einstellschaltung 1 und des Sensors 2 anspricht, um jegliche Abweichung zwischen der Soll-Temperatur T t und der Ist-Temperatur T zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das kennzeichnend ist für die erfaßte Abweichung. Ein Temperaturregler 4 empfängt von dem Detektor 3 das Ausgangssignal, um die Luftstromtemperatur nach Maßgabe der Abweichung derart zu regeln, daß die Ist-Temperatur T auf die Soll-Temperatur T . eingeregelt
JC SGu
und bei dieser gehalten wird.
Während des Betriebs des Temperaturreglers 4 erzeugt der Sensor 2 ein Rückkopplungssignal, das kennzeichnend ist für jede Änderung der Ist-Temperatur in dem Raum, und
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der Regler 4 regelt die Ist-Temperatur T auf die Soll-Temperatur T . ansprechend auf das vom Sensor 2 kommende Rückkopplungssignal ein. In diesem Beispiel schwankt die Wärmebelastung in dem Raum entsprechend den Änderungen der äußeren Umgebungstemperatur T , und folglich schwankt
elin
die Ist-Temperatur T aufgrund der Verzögerung der Wärmeübertragung in dem Raum. Um die Schwankungen der Ist-Temperatur in dem Raum einzuschränken, sind ein Außensensor 6 und ein Addierer 7 vorgesehen, um die Schwankungen der Wärmebelastungen, die hervorgerufen werden durch eine Änderung der äußeren Umgebungstemperatur T , vorab
am
zu kompensieren.
Unter der Voraussetzung, daß die Luftstromstärke einen konstanten Wert hat, so wird mit der oben erläuterten Regelung die Temperatur des Luftstroms durch den Regler 4 gemäß nachstehender Gleichung eingestellt:
Tao - Kset ' Tset " Kam * Tam " Kr * Tr
wobei T die Soll-Temperatur in dem Raum, T die äußere Umgebungstemperatur, T die Ist-Temperatur in äem Raum. C eine Konstante und K ., K sowie K Ver-
set am r
stärkungsfaktoren der Einstellschaltung 1 des Sensors 6, bzw. des Sensors 2 sind, die vorab bestimmt werden, um die Ist-Temperatur T im Sinne einer Annäherung an die Soll-Temperatur T . einzuregeln, ohne daß irgendwelche Beeinflussungen durch Änderungen der äußeren Umgebungstemperatur stattfinden. Wenngleich bei der Regelung der Klimaanlage die äußere Umgebungstemperatur gemessen wird, um die Temperatur des Luftstroms nach Maßgabe der Schwankungen der Wärmebelastung in dem Raum zu kompensieren, wird nicht berücksichtigt, die Temperatur des Luftstroms zu kompensieren im Hinblick auf eine andere
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Schwankung der Wärmebelastung, verursacht durch die Intensität und Richtung der in den Raum einfallenden Sonnenstrahlung, einer Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Änderung der Anzahl von Fahrgästen und dergleichen, da die Konstante C einen -festen Wert aufweist, der auf experimentellem Wege bestimmt wurde. Hierdurch ergibt sich aufgrund der nicht berücksichtigenden Schwankung der Wärmebelastung eine Abweichung der Ist-Temperatur von der gewünschten oder Soll-Temperatur.
Es ist daher Aufgabe - der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Regeln einer Klimaanlage zu schaffen, bei dem bzw* bei der die Änderungsgeschwindigkeit der Ist-Lufttemperatur in dem zu klimatisierenden Raum bei einem vorbestimmten Zeitintervall erfaßt wird, nachdem seit Beginn des Betriebs der Klimaanlage eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, um vorab einen Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur zu messen, welcher als ein stabiler Wert bei Regelung der Klimaanlage zu erreichen ist, wobei die von der Klimaanlage gelieferte Wärmemenge nach Maßgabe einer Abweichung zwischen einer Soll-Lufttemperatur und dem Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur kompensiert wird, um eine unerwünschte Temperaturabweichung zu vermeiden, die verursacht wird durch die nichtberücksichtigte Schwankung der Wärmebelastung in dem Raum.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 gelöst.
30
Unter einem Gesichtspunkt zielt die vorliegende Erfindung ab auf die Verbesserung eines Verfahrens zum Regeln einer Klimaanlage, die in einen Raum oder einen anderen Bereich einen Luftstrom liefert, wobei die Klimaanlage eine Luftstromstärken-Regeleinrichtung und eine Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung aufweist. Bei dem Verfahren wird die Wärmemenge ermittelt, die notwendig ist,
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um die Ist-Lufttemperatur in dem Raum oder Bereich auf einen Sollwert einzuregeln und die Temperatur bei dem Sollwert zu halten. Die Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung wird derart geregelt, daß die Luftstromtemperatür dem eine gewünschte Luftstromstärke aufweisenden Luftstrom ermöglicht, die notwendige Wärmemenge bereitzustellen, und die notwendige Wärmemenge und die Luftstromtemperatur werden bestimmt durch Verwendung elektrischer Signale in Form eines ersten elektrischen Signals, das kennzeichnend ist für die Ist-Lufttemperatur in dem Raum oder Bereich, sowie eines zweiten elektrischen Signals, das kennzeichnend ist für eine gewünschte Lufttemperatur in dem Raum oder Bereich.
Die Verbesserung des Verfahrens enthält folgende Schritte:
Ermitteln einer ersten Abweichung zwischen Werten der einem vorbestimmten Zeitintervall vorausgehenden und folgenden ersten elektrischen Signale, nachdem seit dem Beginn des Betriebs der Klimaanlage eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist;
Ermitteln eines Erwartungswertes der Ist-Lufttemperatur in Beziehung zu der ersten Abweichung, wobei der Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur derjenige Wert ist, der bei Regelung der Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung als ein stabiler Wert zu erreichen ist;
Ermitteln einer zweiten Abweichung zwischen dem Sollwert und dem Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur;
Ermitteln einer auf die zweite Abweichung bezogenen dritten Abweichung, wenn die zweite Abweichung größer ist als ein vorbestimmter Wert, und
Kompensieren der notwendigen Wärmemenge nach Maßgabe der dritten Abweichung.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Klimaanlagen-Regelvorrichtung geschaffen für eine Klimaanlage, mit der ein Luftstrom in einen Raum oder einen Bereich gebbar ist, und die eine Luftstrom-Stärken-Regeleinrichtung sowie eine Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung aufweist. Die Klimaanlagen-Regeleinrichtung ist derart betreibbar, daß sie die von der Klimaanlage gelieferte Wärmemenge derart regelt, daß sie einer Wärmemenge entspricht, die notwendig ist, um die Ist-Temperatur der Luft in dem Raum oder Bereich auf einen Sollwert einzuregeln und die Ist-Temperatur bei dem Sollwert zu halten; die Klimaanlagen-Regelvorrichtung ist derart betreibbar, daß sie die Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung derart regelt, daß die Luftstromtemperatur, dem eine gewünschte Luftstromstärke aufweisenden Luftstrom ermöglicht, die notwendige Wärmemenge bereitzustellen, wobei die notwendige Wärmemenge und die Luftstromtemperatur bestimmt werden durch Verwendung von elektrischen Signalen in Form eines ersten elektrischen Signals, das kennzeichnend ist für die Ist-Lufttemperatur in dem Raum oder Bereich, sowie in Form eines zweiten elektrischen Signals, das kennzeichnend ist für eine Soll-Lufttemperatur in dem Raum oder Bereich.
Die erfindungsgemäße Verbesserung ist dadurch gekenn-· zeichnet, daß die Klimaanlagen-Regelvorrichtung derart betreibbar ist, daß eine erste Abweichung zwischen Werten der einem vorbestimmten Zeitintervall vorausgehenden und folgenden ersten elektrischen Signale ermittelt wird, nachdem seit dem Beginn des Betriebs der Klimaanlage eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, daß ein Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur in bezug auf die erste Abweichung ermittelt wird, wobei der Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur derjenige Wert ist, der unter Steuerung der Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung als ein stabiler Wert zu erzielen ist, und daß die Regelvorrich-
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tung weiterhin derart betreibbar ist, daß eine zweite Abweichung zwischen dem gewünschten Wert und dem Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur ermittelt wird, daß eine auf die.zweite Abweichung bezogene dritte Abweichung ermittelt wird, wenn die zweite Abweichung größer ist als ein vorbestimmter Wert, und daß die notwendige Wärmemenge nach Maßgabe der dritten Abweichung kompensiert wird.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen für eine Auto-Klimaanlage ausgelegten Klimaanlagen-Regelvorrichtung,
Fig. 3 ein die Arbeitsweise des in Fig. 2 als Block gezeigten Mikrocomputers veranschaulichendes
Flußdiagramm,
Fig. 4 eine grafische Darstellung, die die Änderungsgeschwindigkeit der Ist-Lufttemperatur in dem Raum bei Regelung der Klimaanlage veranschaulicht, und
Fig. 5 eine grafische Darstellung einer erwarteten Abweichung, bezogen auf die Änderungsgeschwindigkeit der Ist-Lufttemperatur.
Fig. 2 zeigt in schematischer Weise ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Mikrocomputer 21 dazu verwendet wird, ein vorbestimmtes Rechnerprogramm für die Klimatisierung des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeuges abzuarbeiten. In dem Luftkanal 10 einer, herkömmlichen Auto-Klimaanlage sind ein Gebläse 11,
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ein Kühlkörper 12 und ein Heizkörper 13 angeordnet. Der Luftkanal 10 befindet sich im vorderen Teil des Fahrgastraums. Eine Luftmischklappe 11 ist in herkömmlicher Weise vorgesehen, um das Verhältnis der von dem Kühlkörper 12 kommenden, gekühlten Luft und der von dem Heizkörper 13 kommenden, erwärmten und in den Fahrgastraum strömenden Luft zu regulieren. Der Luftstrom ist in der Zeichnung durch einen Pfeil angedeutet. Der Mikrocomputer 21 ist über einen Analog/Digital-(A/D)-Wandler 20 an einen Fahrgastrkum-Temperatursensor 15, einen Außentemperatur-Sensor 16, einen Sonnenschein-Sensor 17, eine Temperatur-Einstellschaltung 18 und eine Luftstrom-Einstellschaltung 19 angeschlossen.
Der Fahrgastraum-Temperatursensor 15 ist im Schatten des Fahrgastraums unter einer Instrumententafel des Fahrzeugs angeordnet, um die tatsächliche durchschnittliche Fahrgastraum-Temperatur in dem Führerhaus zu ermitteln und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das kennzeichnend ist für die Ist-Fahrgastraumtemperatur T . Der Außentemperatur-Sensor 16 befindet sich außerhalb des Fahrgastraumes , um draußen die Ist-Umgebungstemperatur zu erfassen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das die Ist-Außentemperatur T angibt. Der Sonnenschein-Sensor 17 befindet sich innerhalb des Fahrgastraums, um die Intensitat der Sonnenstrahlung zu erfassen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das die Sonnenscheinintensität T angibt. Die Temperatur-Einstellschaltung 18 enthält einen veränderbaren Widerstand, der von Hand einstellbar ist, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das kennzeichnend ist für eine gewünschte Fahrgastraum-Temperatur T .. Die Luftstrom-Einstellschaltung 19 gibt ein elektrisches Signal ab, das kennzeichnend ist für eine gewünschte Luftstromstärke oder -menge W. Der A/D-Wandler 20 wandelt die von den Sensoren 15 bis 19 kommenden elektrischen Signale
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ORIGINAL INSPECTED
in elektrische Binär-Signale um.
Der Mikrocomputer 21 ist als Einzelchip-LSI-Mikrocomputer ausgebildet, der von einem Spannungsstabilisator (nicht gezeigt) für seinen Betrieb eine konstante Spannung empfängt. Der Spannungsstabilisator wird von einer (nicht gezeigten) Fahrzeugbatterie gespeist, wenn ein (nicht gezeigter) Zündschalter geschlossen wird, so daß der Spannungsstabilisator eine konstante Spannung abgibt. Der Mikrocomputer 21 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit oder CPU, die über eine Busleitung 21a an eine Eingabe/Ausgabe-Einheit oder E/A-Einheit angeschlossen ist. Die CPU ist ferner über die Busleitung 21a an einen Taktgeber, einen Lesespeicher (ROM) und einen Schreib/Lese-Speicher (RAM) angeschlossen. Die E/A-Einheit empfängt vom A/D-Wandler 20 die elektrischen Binär-Signale, um sie zwischenzeitlich in dem RAM zu speichern. Diese gespeicherten Signale werden selektiv aus dem RAM ausgelesen und über den Bus 21a an die CPU gegeben. Die CPU dient zum Ausführen des vorbestimmten Rechnerprogramms nach Maßgabe der von dem Taktgeber gelieferten Taktsignale. Der Taktgeber arbeitet mit einem Kristall-Oszillator 22 zusammen, um die Taktsignale mit einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen. Das vorbestimmte Rechnerprogramm ist in dem ROM gespeichert, so daß der Rechner 21 diejenige Wärmemenge errechnet, die notwendig ist, um die Fahrgastraum-Temperatur auf einen gewünschten Wert einzuregeln, und der Rechner 21 berechnet die Luftstrom-Temperatur T , die not-
ao
wendig ist, um in den Fahrgastraum die berechnete Wärmemenge abzugeben über eine vorbestimmte Luftstromstärke W, was im Folgenden noch erläutert wird.
Die erste Treiberschaltung 23 besitzt eine an einen ersten Ausgangsanschluß des Rechners 21 angeschlossene Eingangsklemme sowie einen Ausgangsanschluß, der mit dem
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Eingangsanschluß des Gebläses 11 verbunden ist. Die erste Treiberschaltung 23 hat die Aufgabe, eine "zerhackte" Steuerung des Gebläses 11 durchzuführen, ansprechend auf ein für eine vorbestimmte LuftStromstärke kennzeichnendes Ausgangssignal des Rechners 21 unter Regelung der Luftstrom-Einstellschaltung 19. Somit wird das Gebläse 11 angetrieben, um nach Maßgabe der Einstellung der Luftstrom-Einstellschaltung 19 die vorbestimmte Luftstromstärke in den Fahrgastraum zu liefern. Ein elektrisch betätigtes Betätigungsglied 25 ist in Form eines Elektromotors oder eines elektromagnetisch betätigten Servo-Motors ausgebildet:, der an die Luftmischklappe 14 angelenkt ist, um die Winkelstellung der Mischklappe 14 ansprechend auf ein Ausgangssignal der zweiten Treiberschaltung 24 zu regeln. Die zweite Treiberschaltung 24 ist mit einem Eingangsan-Schluß an einen zweiten Ausgangsanschluß des Rechners 21 angeschlossen, und sie besitzt einen Ausgangsanschluß, der an einen Eingangsanschluß des Betätigungsglieds 25 angeschlossen ist. Die zweite Treiberschaltung 24 dient zum Regeln der dem Betätigungsglied 25 zugeführten elektrischen Leistung in Abhängigkeit eines vom Rechner 21 abgegebenen Ausgangssignals, das kennzeichnend ist für die berechnete Luftstromtemperatur. Somit wird die Winkelstellung der Luftmischklappe 14 durch Betätigen des Befcätigungsglieds 25 eingeregelt, um die Temperatur des von der Klimaanlage abgegebenen Luftstroms bei dem berechneten Ergebniswert zu halten. Die zweite Treiberschaltung enthält ferner einen (nicht gezeigten) Stellungssensor, der dazu dient, die Winkelstellung der Luftmischklappe 14 zu ermitteln, um die Ist-Temperatur des von der Klimaanlage kommenden Luftstroms zu erfassen.
Im Folgenden sollen die Betriebsweisen der oben erläuterten Regelung im einzelnen unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 dargestellte Flußdiagramm erläutert werden. wenn der Spannungsstabilisator durch Schließen des Zünd-
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schalters gespeist wird, so daß er eine konstante Spannung abgibt, wird der Mikrocomputer 21 betriebsbereit gemacht, um die Ausführung der folgenden Berechnungen nach Maßgabe des vorbestimmten Programms bei einer Frequenz von etwa mehreren Millisekunden durchzuführen.
Gleichzeitig werden von den Sensoren 15, 16 und 17 sowie den Einstellschaltungen 18 und 19 kommende elektrische Signale durch den A/D-Wandler 20 jeweils in Binär-Signale umgewandelt, die kennzeichnend sind für die Ist-Fahrgastraumtemperatur T , die äußere Umgebungstemperatur T ,
2Γ clIQ.
die Sonnenscheinintensität T , eine Soll-Fahrgastraum-
temperatur T . und eine Soll-Luftstromstärke W. Wenn das Rechnerprogramm zum Punkt 101 kommt, werden die vom A/D-Wandler 20 kommenden Binär-Signale in dem RAM des Rechners 21 gespeichert. Am Punkt 102 bringt die CPü des Rechners 21 das Programm über eine die Punkte 103, 104 und 105 enthaltende Routine zum Punkt 106. Dies erfolgt in der ersten Stufe unmittelbar im Anschluß an den Beginn der Berechnung. Die CPU des Rechners 21 startet am Punkt 103 einen ersten, ihr zugeordneten Zeitgeber T. und setzt an den Punkten 104 und 105 ^set = 0, ATgetN = 0, bzw. N = 1, wobei ΔΤ . eine Abweichung zwischen einem Sollwert und einem Erwartungswert der Ist-Fahrgastraumtemperatur ist, der bei Regelung der Klimaanlage als ein stabiler Wert zu erhalten ist. ΔΤ ist die zuvor berechnete Abweichung von ΔΤ ., und N ist ein Flag.
Am Punkt 106 berechnet die CPU des Rechners 21 eine Wärmemenge Q, die in den Fahrgastraum zu liefern ist. Die Wärmemenge Q kann der Wärmebelastung in dem Raum entsprechen. Nimmt man beispielsweise an, daß die Luftstromstärke W einen Wert W aufweist, so berechnet sich eine Luftstromtemperatur T aus der folgenden Gleichung:
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-Taoo = Kset(Tset + ATsetN> " V Tr " Ks ' Ts
Hierbei ist T . die Soll-Fahrgastraumtemperatur, T
set am
die äußere Umgebungstemperatur, T die Ist-Fahrgastraumtemperatur, C eine Konstante und K , K sowie K sind Verstärkungsfaktoren der Einstellschaltung 18 und der Sensoren 16 bzw. 15. Auf der Grundlage der obigen Berechnung wird durch die CPÜ des Rechners 21 aus der nachstehenden Gleichung die Wärmemenge Q errechnet:
Q = Kq. Wo(Taoo - Tr) (2)
Hierbei ist K eine Konstante, die durch die physikalischen Eigenschaften der Luft bestimmt wird. Dann berechnet die CPU des Rechners 21 eine Luftstromtemperatur T ,
die notwendig ist, bei einer vorbestimmten Luftstromstärke W die berechnete Wärmemenge Q abzugeben. Die Berechnung der Temperatur T wird von der CPU des Rechners 21 auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung durchgeführt:
Tao = Q/(Kq«W> + Tr (3)
Am Punkt 123 erzeugt die CPU des Rechners 21 Ausgangssignale, die kennzeichnend sind für die vorbestimmte Luftstromstärke W, bzw. die berechnete Luftstromtemperatur T . Jeder dieser Werte gelangt an die erste und zweite Treiberschaltung 23 und 24.
Wenn das Rechnerprogramm nach der ersten oben erläuterten Berechnung zum Punkt 102 zurückkehrt, gelangt es zum Punkt 107, wo die CPU des Rechners 21 entscheidet, ob seit dem Start des Zeitgebers T1 100 Sekunden ver-
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strichen sind oder nicht. Ist die Antwort "nein", so geht die CPU mit dem Rechnerprogramm zum Punkt 106, um genauso wie bei der ersten Berechnung eine Luftstromtemperatur T zu berechnen. Anschließend gibt die CPU ao
des Rechners 21 am Punkt 123 Ausgangssignale ab, die kennzeichnend sind für die vorbestimmte Luftstromstärke W, bzw. die errechnete Luftstromtemperatur T , wie es oben beschrieben wurde. Wenn die Antwort am Punkt 107 "ja" ist, geht die CPU des Rechners 21 mit dem Programm zum Punkt 108, um zu entscheiden, ob das Flag Null ist oder nicht. In diesem Fall entscheidet die CPU des Rechners 21 "nein", da das Flag zuvor am Punkt 105 auf N = 1 gesetzt wurde,und die CPU leitet das Programm zu einem Punkt 109, um einen der CPU zugeordneten zweiten Zeitgeber T- zu starten. Anschließend wird an einem Punkt 110 eine Bezugs-Fahrgastraumtemperatur T als die neuerlich aus dem RAM ausgelesene Ist-Fahrgastraumtemperatur T eingestellt, und am Punkt 111 wird das Flag N=O gesetzt. Das Flag N wird dazu verwendet, eine die Punkte 113 bis 122 enthaltende Routine bei einem Zeitintervall von 20 Sekunden auszuführen, was noch im einzelnen erläutert wird.
Wenn das Rechnerprogramm über die Punkte 106, 123, 101, 102 und 107 zum Punkt 108 zurückkehrt, entscheidet die CPU des Rechners 21 "ja", da das Flag N zuvor am Punkt auf Null gesetzt wurde, und das Programm geht weiter zu einem Punkt 112, um zu entscheiden, ob nach dem Start des zweiten Zeitgebers T_ bereits 20 Sekunden verstrichen sind oder nicht. Ist am Punkt 112 die Antwort "nein", so fährt die CPU des Rechners 21 mit dem Programm weiter, um die Berechnungen am Punkt 106 durchzuführen, wie sie oben beschrieben wurden. Wenn die Antwort am Punkt 112 "ja" ist, geht die CPU des Rechners 21 mit dem Programm zu einer die Punkte 113 bis 122 enthaltenden Routine. In die-
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ser Routine ermittelt die CPU des Rechners 21 eine erste Abweichung zwischen der Bezugs-Fahrgastraumtemperatur T und der Ist-Fahrgastraumtemperatur T bei einem Zeitintervall von 20 Sekunden, um einen erwarteten Wert der Ist-Fahrgastraumtemperatur in bezug auf die erste Abweichung zu ermitteln, welcher bei Regelung der Klimaanlage als ein stabiler Wert zu erhalten ist. Die CPU des Rechners ermittelt ferner eine zweite Abweichung zwischen der Soll-Fahrgastraumtemperatur und dem erwarteten Wert der Ist-Fahrgastraumtemperatur, um eine auf die zweite Abweichung bezogene dritte Abweichung zu ermitteln, wenn die zweite Abweichung gleich oder größer ist als 0,5 0C.
Am Punkt 113 berechnet die CPU des Rechners 21 eine Abweichung DT zwischen der Bezugs-Fahrgastraumtemperatur T und der Ist-Fahrgastraumtemperatut T auf der Grundlage der Gleichung DT = T - T , um die Änderungsgeschwindigkeit der Ist-Fahrgastraumtemperatur bei Regelung durch die Klimaanlage zu ermitteln. Am Punkt 114 berechnet die CPü des Rechners 21 eine erwartete Abweichung in Beziehung zu der berechneten Abweichung DT, und zwar auf der Grundlage einer Funktion T- = f(DT) . Bei diesem Beispiel ist die Funktion T - = f(DT) auf empirischem Wege ermittelt, wobei die Leistungsfähigkeit der Klimaanlage, die Aufnahmefähigkeit des Fahrgastraums und dergleichen berücksichtigt wurden. Ferner kann die Funktion T - = f(DT) ersetzt werden durch eine geeignete lineare Funktion in der Form T- = a-DT, wobei a eine Konstante ist. Anschließend geht das Programm zum Punkt 115, wo die CPÜ des Rechners 21 die Summe der erwarteten Abweichung T f und der Ist-Fahrgastraumtemperatur T auf der Grundlage einer Gleichung Tgetf = 1^x. + Trf errechnet, um dadurch einen Erwartungswert der Ist-Fahrgastraumtemperatur T zu ermitteln, der bei Regelung der Klimaanlage als ein stabiler Wert zu erhalten ist.
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Am Punkt 116 berechnet die CPU des Rechners 21 eine Abweichung ΔΤ , zwischen der Soll-Fahrgastraumtemperatur T und dem Erwartungswert T f der Ist-Fahrgastraumtemperatur auf der Grundlage einer Gleichung ΔΤ . = = τ - τ f. Anschließend geht das Programm zum Punkt 117, wo die CPU des Rechners 21 entscheidet, ob ein Absolutwert der berechneten Abweichung ΔΤ . gleich oder größer ist als 0,5 0C oder nicht. Ist die Antwort "nein", geht die CPÜ des Rechners 21 mit dem Programm zum Punkt 118, um die Abweichung ΔΤ auf Null einzustellen, und die CPU hält den Betrieb des ersten Zeitgebers T. am Punkt 119 an. Dies bedeutet, daß der erste Zeitgeber T.. nach Verstreichen eines Zeitraums von 2 Minuten seit dem Beginn des Betriebs angehalten wird.
Wenn das Programm zum Punkt 121 fortschreitet, setzt die CPU des Rechners 21 das Flag auf N= 1, um am Punkt 117 bei einem Zeitintervall von 20 Sekunden wiederholt die Entscheidung durchzuführen, wie bereits beschrieben wurde. Wenn die Antwort "ja" ist, geht das Programm zum Punkt 120, wo die CPU des Rechners 21 den ersten Zeitgeber T1 von der Zeit Null (Sekunden) startet. Anschließend setzt die CPU des Rechners 21 am Punkt 121 das Flag N = 1 und berechnet am Punkt 122 eine Abweichung ΔΤ auf der Grundlage folgender Gleichung:
wobei ΔΤ ..T ein. zuvor berechneter Wert und ΔΤ . ein lau setN set
fend berechneter Wert ist.
Nach Abschluß der Berechnung am Punkt 122 wird die berechnete Abweichung ΔΤ , in die Berechnung der oben erwähnten Gleichung (1) eingeführt, um den Wert der am Punkt berechneten Wärmemenge zu kompensieren. Als Ergebnis wird
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die Luftstromtemperatur nach Maßgabe der berechneten Abweichung Δτ .M kompensiert, um zuverlässig die Ist-Fahrgastraumtemperatur T an den Sollwert T anzunähern. Anschließend kehrt die CPU des Rechners 21 über den Punkt 123 zum Punkt 101 zurück, um die Berechnung an den Punkten 113 bis 122 innerhalb 2 Minuten nach dem Start des ersten Zeitgebers T1 am Punkt 120 anzuhalten.
In Fig. 4 ist die tatsächliche oder Ist-Fahrgastraumtemperatur T über der Zeit t während des Betriebs der Klimaanlagen-Regelvorrichtung aufgetragen. Wenn man annimmt, daß die CPU des Rechners 21 die Ausführung des Rechnerprogramms beginnt h um die Ist-Fahrgastraumtemperatur im Sommer auf eine Soll-Temperatur T von 25 0C einzuregeln, so wird die Regelung der Ist-Temperatur in dem Fahrgastraum ohne Ausführung der Punkte 120 und 122 innerhalb von 2 Minuten nach dem Start des Programms fortlaufend ausgeführt, wie in Fig. 3 anhand der Punkte 101 bis 112 zu sehen ist. Wenn die Ist-Fahrgastraumtemperatur T bei Regelung der Klimaanlage bei 2 0C über der Soll-Temperatur T et stabilisiert wird, was in Fig. 4 durch die Kurve b angedeutet ist, wird nach dem Verstreichen von 2 Minuten am Punkt 113 eine Abweichung DT1 errechnet, was in Fig. durch den Zeitpunkt A angedeutet ist. Dann wird am Punkt 114 eine Abweichung T f von -3 0C in bezug auf die berechnete Abweichung DT berechnet, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn zum Zeitpunkt A gemäß Fig. 4 die Ist-Fahrgastraumtemperatur Tr 30 0C beträgt, wird am Punkt 115 ein Wert T etf zu 27 0C berechnet in Beziehung zu der berechneten Abweichung ^rf. Am Punkt 116 wird eine Abweichung ΔΤ von -2 0C in Beziehung zu dem gewünschten Wert T und
Scw
dem berechneten Wert T . _ erhalten.
sett
Wenn die CPU des Rechners 21 am Punkt 117 feststellt, daß der Absolutwert der Abweichung ΔΤ = -2 0C den Wert
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von 0,5 0C überschreitet, wird der erste Zeitgeber T. am Punkt 120 erneut gestartet, und am Punkt 122 wird in Beziehung zu dem Anfangswert ΔΤ = 0 und der Abweichung ΔΤ =-2 0C eine Abweichung ΔΤ N von -2 0C berechnet. Somit wird in Beziehung zu der Abweichung ΔΤ ..j = -2 0C eine Wärmemenge berechnet, die notwendig ist, um die Ist-Temperatur T im Fahrgastraum in Richtung auf die Soll-Temperatur von 25 0C zu verändern. Ferner wird bis zum Verstreichen von 2 Minuten, was in Fig. 4 durch die Zeitpunkte A und B kenntlich gemacht ist, wiederholt in Beziehung zu der Abweichung ΔΤ tN = ~2 0C eine Wärmemenge berechnet, die notwendig ist, um die Ist-Fahrgastraumtemperatur im Sinne einer Annäherung an die Soll-Temperatur von 25 0C zu verändern.
Nach Verstreichen des in Fig. 4 durch die Zeitpunkte A und B kenntlich gemachten Zeitraums von 2 Minuten berechnet die CPU des Rechners 21 eine Abweichung ΔΤ . am Punkt 116, um zu entscheiden, ob der Absolutwert der Abweichung ΔΤ gleich oder größer ist als 0,5 0C oder nicht. Ist am Punkt 117 die Antwort "nein", weil keine Änderung der Wärmebelastung in dem Fahrgastraum eingetreten ist, stellt die CPU des Rechners 21 am Punkt 118 die Abweichung ΔΤ auf Null ein, um den Betrieb des ersten Zeitgebers T1 am Punkt 119 anzuhalten. Danach
kehrt das Rechnerprogramm über die Punkte 121, 106 und 123 zum Punkt 102 zurück, um bei einem Zeitintervall von 20 Minuten zu unterscheiden, ob die Punkte 113 bis 117 ausgeführt werden sollen oder nicht.
Wenn man annimmt, daß die Zahl der Fahrgäste nach Verstreichen von 10 Minuten abgenommen hat, was in Fig. 4 durch den Zeitpunkt C angedeutet ist, und daß die Ist-Fahrgastraumtemperatur bei einem Erwartungswert von 24 0C stabilisiert wird, geht der Rechner zum Punkt 113,
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um eine Abweichung DT» aus der Gleichung DT = T - T zu berechnen, wie oben beschrieben wurde. Dann berechnet die CPU des Rechners 21 am Punkt 114 bezüglich der Abweichung DT2 eine Abweichung T f zu -1 0C, wie in Fig. gezeigt ist, und die CPU berechnet ferner in Beziehung zu der Abweichung T f von -1 0C und der Soll-Temperatur
T . von 25 0C einen Wert T ... von 24 0C. Wenn am Punkt set setf
116 in Beziehung zu den Soll- und berechneten Werten T . von 25 0C, bzw. T f von 24 0C eine Abweichung ΔΤ . von 1 0C berechnet wird, entscheidet die CPÜ des set
Rechners 21 am Punkt 117 "ja", um am Punkt 120 den Zeitgeber T1 erneut zu starten. Dann berechnet die CPU des Rechners 21 am Punkt 122 in Beziehung zu dem zuvor errechneten Wert ΔT . und der Abweichung Δ Τ von 1 0C eine Abweichung ΔΤ .... Anschließend berechnet die CPÜ ferner am Punkt 106 in Beziehung zu der berechneten Abweichung ΔΤ tN eine Wärmemenge, die notwendig ist, um die Ist-Fahrgastraumtemperatur von 24 0C auf 25 0C einzuregeln. Als Ergebnis wird die tatsächliche oder Ist-Fahrgastraumtemperatur durch die Klimaanlagen-Regelvorrichtung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zwischen (Tget + 0,50C) und (Tget - 0,50C) glatt eingeregelt. Ferner kann jedes durch die Zeitgeber T1 und T5 definierte Zeitintervall nach Maßgabe der Leistungsfähigkeit der Klimaanlage modifiziert werden, um wirksam zu verhindern, daß der Rechner in seinem Betrieb durch verschiedene Störeinflüsse beeinträchtigt wird.
Bei der tatsächlichen Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die oben erläuterte Klimaanlagen-Regelvorrichtung dahingehend modifiziert werden, daß sowohl der Außenais auch der Sonnenscheinsensor 16 bzw. 17 fortgelassen werden. Auf diese Weise erhält die modifizierte Regeleinrichtung einen einfachen Aufbau und kann billig hergestellt werden. Die modifizierte Regeleinrichtung stellt
ferner im wesentlichen dieselbe exakte Regelung sicher wie das oben erläuterte Ausführungsbeispiel. Bei der modifizierten Form kann die Ist-Fahrgastraumtemperatur in Kombination mit jeder Regelung der Luftmischklappe und des Gebläses 11 eingeregelt werden.
0 3 0 0 67/0303

Claims (1)

  1. BLUMBACH · WFSFR · BERGEN - KRAMER ZWIRNER · HOFFMANN
    PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN 3 Q 2 9 0 9
    Patentconsult Radeckestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult
    Nippondenso Co., Ltd. 80/8755
    1, 1-chome, Showa-cho, Dr/sa
    Kariya-shi, Aichi-ken, Japan
    Regelungsverfahren und -vorrichtung für Klimaanlagen
    Patentansprüche
    ί 1 .v Verfahren zum Regeln einer Klimaanlage, die einem Raum oder einem anderen Bereich einen Luftstrom zuführt und eine Luftstromstärken-Regeleinrichtung sowie eine Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung aufweist, bei dem diejenige Wärmemenge ermittelt wird, die benötigt wird, um die Ist-Temperatur in dem Raum oder Bereich auf einen Sollwert einzuregeln und sie auf dem Sollwert zu halten, und die Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung derart geregelt wird, daß die Luftstromtemperatur einen solchen Wert hat, daß der Luftstrom bei einer gewünschten Luftstromstärke die notwendige Wärmemenge liefert, wobei die notwendige Wärmemenge und die Luftstromtemperatur
    München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Prof. Dr. jur. Dipl.-Ing., Pat.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 . G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.
    030067/0 903
    ermittelt werden, indem elektrische Signale in Form eines ersten elektrischen Signals, das die Ist-Lufttemperatur (T ) in dem Raum oder Bereich angibt, sowie eines zweiten elektrischen Signals, das eine Soll-Lufttemperatur (T .) in dem Raum oder Bereich angibt, verwendet werden,
    gekennzeichnet durch folgende Schritte:
    Ermitteln einer ersten Abweichung (DT) zwischen Werten der einem vorbestimmten Zeitintervall vorausgehenden und folgenden ersten elektrischen Signale, nachdem seit dem Beginn des Betriebs der Klimaanlage eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist,
    Ermitteln eines Erwartungswertes (T .f, der Ist-Lufttemperatur bezogen auf die erste Abweichung, wobei der Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur derjenige Wert ist, der unter Regelung der Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung als stabiler Wert zu erreichen ist,
    Ermitteln einer zweiten Abweichung (Δτ t) zwischen dem gewünschten Wert und dem Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur,
    Ermitteln einer auf die zweite Abweichung bezogenen dritten Abweichung (AT tN) * wenn die zweite Abweichung größer ist als ein vorbestimmter Wert, und
    Kompensieren der notwendigen Wärmemenge nach Maßgabe der dritten Abweichung.
    Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Ermittlung der ersten,
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    zweiten und dritten Abweichung während einer vorbestimmten Zeitdauer nach dem Kompensieren der notwendigen Wärmemenge angehalten wird.
    3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Abweichung ansprechend auf das einem Zeitintervall von 20 Sekunden vorausgehende und nachfolgende erste elektrische Signal ermittelt wird, nachdem seit Beginn des Betriebs der Klimaanlage zwei Minuten verstrichen sind.
    4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ermitteln eines Erwartungswertes der Ist-Lufttemperatur durch folgende Schritte erfolgt:
    Berechnen einer auf die erste Abweichung bezogenen erwarteten Abweichung (T £) auf der Grundlage einer Funktion T f = f (DT) , die eine Beziehung zwischen der ersten Abweichung und der erwarteten Abweichung definiert, und
    Berechnen der Summe der Ist-Lufttemperatur und der erwarteten Abweichung.
    5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur durch folgende Schritte ermittelt wird:
    Berechnen einer auf die erste Abweichung bezogenen erwarteten Abweichung auf der Grundlage einer linearen Funktion, die eine Beziehung zwischen der ersten Ab-
    0 30 067/09 0 3
    weichung und der erwarteten Abweichung definiert, und
    Berechnen der Summe der Ist-Lufttemperatur und der erwarteten Abweichung.
    6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Abweichung in bezug auf die zweite Abweichung ermittelt wird, wenn die zweite Abweichung größer ist als 0,50C.
    7. Klimaanlagen-Regelvorrichtung für eine Klimaanlage, mit der ein Luftstrom in einen Raum oder einen anderen Bereich gebbar ist, und die eine Luftstromstärken-Regeleinrichtung (11, 19, 2T, 23} sowie eine Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung (14, 21 24, 25) aufweist, wobei die Regelvorrichtung derart betreibbar ist, daß sie die von der Klimaanlage gelieferte Wärmemenge derart regelt, daß diese in der Lage ist, die Ist-Temperatur der Luft in dem Raum oder Bereich auf einen Sollwert einzuregeln und die Temperatur bei dem Sollwert aufrechtzuerhalten, und wobei die Regelvorrichtung die Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung derart steuert, daß die Luft-Stromtemperatur dem eine gewünschte Luftstromstärke (W) aufweisenden Luftstrom gestattet, die notwendige Wärmemenge zu liefern, welche ebenso wie die Luftstromtemperatur bestimmt werden, indem elektrische Signale in der Form eines ersten elektrischen Signals, das die Ist-Lufttemperatur (T ) in dem Raum oder Bereich angibt, und eines zweiten elektrischen Signals, das eine Soll-Lufttemperatur (T ) in dem Raum oder Bereich angibt, verwendet werden,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Klimaanlagen-Regelvorrichtung derart betreibbar ist, daß eine erste Abwei-
    030067/0903
    chung (DT) zwischen Werten der einem vorbestimmten Zeitintervall vorausgehenden und folgenden ersten elektrischen Signale ermittelt wird, nachdem seit dem Beginn des Betriebs der Klimaanlage eine vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist, daß ein Erwartungswert (T .f) der Ist-Lufttemperatur in B.ezug auf die erste Abweichung ermittelt wird, wobei der Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur derjenige Wert ist, der unter Regelung der Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung als ein stabiler Wert zu erzielen ist, und daß die Regelvorrichtung weiterhin derart betreibbar ist, daß eine zweite Abweichung ( Δ T . ) zwischen dem gewünschten Wert und dem Erwartungswert der Ist-Lufttemperatur ermittelt wird, daß eine auf die zweite Abweichung bezogene dritte Abweichung ( ΔΤ tN) ermittelt wird, wenn die zweite Abweichung größer ist als ein vorbestimmter Wert/ und daß die notwendige Wärmemenge nach Maßgabe der dritten Abweichung kompensiert wird.
    8. Regelvorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Digitalrechner (21), der derart betreibbar ist, daß er die Luftstromtemperatur-Regeleinrichtung in Abhängigkeit von bestimmten Werten regelt, welche von dem Rechner nach Maßgabe seiner Programmierung berechnet werden.
    030067/0903
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