DE3034786C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Luftmenge gemäß dem Oberbegriff des Patentanspru­ ches 1.

Ein Problem bei der Belüftung bzw. Klimatisierung von Fahrzeugen besteht darin, den für die Belüftung bzw. Klimatisierung notwendigen Luftstrom im Fahrgast­ raum konstant zu halten, und zwar auf einem bestimm­ ten vorwählbaren Sollwert. Durch die Änderung der Fahr­ zeuggeschwindigkeit ändert sich der Staudruck im Luft­ eintrittskanal des Fahrzeuges und damit der Luftdurch­ satz, wenn nicht bestimmte Maßnahmen zur Kompensation des Staudruckes ergriffen werden, z. B. Veränderung des Luftdurchtrittsquerschnittes mittels Klappen und/ oder Veränderung der Drehzahl des den Luftstrom fördern­ den Gebläses.

In der DE-AS 26 54 552 ist ein Verfahren zur Einstel­ lung der Luftmenge mittels eines manuell betätigbaren Luft­ mengenschalters offenbart worden. Hierbei wird - je nach dem individuellen Behaglichkeitsempfinden des Fahrgastes - eine bestimmte Schaltstellung gewählt, der ein bestimmter Luftdurchtrittsquerschnitt bzw. Klappenstellung und eine bestimmte Gebläsedrehzahl zugeordnet ist. Der Fahrgast hat hier zwar die Mög­ lichkeit, sechs Sollwerte einzustellen, die aber bei Veränderung der Fahrzeuggeschwindigkeit nicht mehr konstant bleiben - der abweichende Istwert muß dann durch manuelle Neueinstellung am Luftmengenschalter korrigiert werden. Dies bedeutet einerseits eine Be­ einträchtigung der Aufmerksamkeit des Fahrers und ist andererseits als Mangel an Komfort zu werten.

Andererseits ist durch die DE-AS 16 80 228 eine auto­ matische Regeleinrichtung zur Konstanthaltung des Luft­ stromes bekannt geworden, wobei in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit einerseits die Gebläsedreh­ zahl und andererseits eine Luftklappe jeweils stufen­ los verändert werden. Diese Regeleinrichtung arbeitet mit einem aufwendigen Stellantrieb (Spule mit Tauchanker), der eine elektrische Rückführung der Klappenstellung erforderlich macht. Darüber hinaus ist der Regelbereich dieser Einrichtung durch den Regelbereich der Gebläse­ drehzahl begrenzt; für heutige Fahrzeuge mit großen Geschwindigkeitsbereichen würde eine solche Regeleinrich­ tung ihre Wirksamkeit, d. h. ihre Regelgüte, in den obe­ ren Geschwindigkeitsbereichen verlieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Luftmenge der im Oberbegriff des Patent­ anspruches 1 beschriebenen Art bzw. eine zur Durchfüh­ rung des Verfahrens geeignete Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß automatisch bei jeder Fahrzeugge­ schwindigkeit eine konstante Luftmenge entsprechend einem vorgewählten Sollwert im Fahrzeuginnenraum auf­ rechterhalten und daß dieses Ziel gerätetechnisch mit möglichst einfachen Mitteln erreicht wird. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 bis 2 gelöst.

Durch die automatische, geschwindigkeitsabhängige Steuerung gemäß Anspruch 1 ergibt sich während des gesamten Geschwindigkeitsbereiches des Fahrzeuges ein konstanter Luftstrom, ohne daß der Fahrer - mit Ausnahme des einmalig vorzuwählenden Sollwertes - bei sich ändernder Geschwindigkeit dauernd von Hand nachregeln muß. Damit ist ein Komfortbedürfnis opti­ mal erfüllt und der Fahrer von einer seine Aufmerksam­ keit beeinträchtigenden Funktion entlastet. Infolge der stufenförmigen Luftklappensteuerung können einfache Stellantriebe, zum Beispiel Unterdruckdosen, verwen­ det werden; dennoch ergibt sich aufgrund der sprung­ artigen Drehzahländerungen, d. h. des sägezahnartigen Verlaufes, eine konstante Luftmenge. Der gesamte Dreh­ zahlbereich des Gebläses kann somit jeweils für eine Stufe, d. h. eine bestimmte Klappenstellung, ausgenutzt werden. Damit wird die Güte der Luftmengensteuerung über den gesamten Geschwindigkeitsbereich des Fahrzeu­ ges verbessert.

Gemäß Anspruch 2 ist eine Vorrichtung vorgesehen, nach der die Steuerung der Klappen und der Gebläsedrehzahl über eine elektronische Steuerein­ heit erfolgt, der als elektrisches Eingangssignal zum einen die Fahrzeuggeschwindigkeit vom Tachometer, zum ande­ ren der Sollwert für die Luftmenge bei stillstehendem Fahrzeug über den Sollwertgeber zugeführt wird. Damit ist auf einfache Weise gewährleistet, daß jedem Ge­ schwindigkeitswert eine bestimmte Gebläsedrehzahl ver­ bunden mit einer bestimmten Klappenstellung zugeordnet ist, so daß die Luftmenge konstant bleibt.

Gemäß Anspruch 3 ist eine elektronische Gebläsesteuereinrichtung vorgesehen, die die Gebläsedrehzahl durch Ände­ rung der Spannung am Elektromotor steuert, d. h. durch eine einfache bekannte Maßnahme. Der stetige Teil der Sägezahnfunktion kann aber auch eine von der elektro­ nischen Steuereinheit erzeugte beliebige Funktion dar­ stellen.

Gemäß Anspruch 4 sind in der elektronischen Steuerein­ heit bestimmte fahrzeugspezifische Parameter gespeichert, z. B. die Geschwindigkeitswerte, bei denen die Stufen­ sprünge liegen. Das Steuerungsverfahren kann durch diese Vorrichtung an verschiedene Fahrzeuge, insbesondere deren Geschwindigkeitsbereiche, angepaßt werden.

Gemäß Anspruch 5 sind den Stufensprüngen bestimmte Drehzahlwerte zugeordnet, wobei die Drehzahldifferenz (der Drehzahlsprung) abhängig ist von der Differenz der Luftdurchtrittsquerschnitte (Querschnittssprung) und der Geschwindigkeit (Staudruck) an der Sprungstel­ le. Durch diese Maßnahme wird die exakte Konstanthal­ tung des Luftstromes trotz einer Unstetigkeit der Stell­ glieder, Klappen und Gebläse, sichergestellt. Somit ergibt sich eine echte Komfortsteigerung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeich­ nung dargestellt und wird im folgenden erläutert.

Fig. 1a zeigt ein Diagramm des Verlaufes der Gebläsedrehzahl n über der Fahrzeuggeschwindigkeit v,

Fig. 1b zeigt ein Diagramm des Verlau­ fes des Luftdurchtrittsquerschnit­ tes A über der Fahrzeuggeschwin­ digkeit v,

Fig. 1c zeigt ein Diagramm des Verlaufes des Luftdurchsatzes über der Fahrzeuggeschwindigkeit v,

Fig. 2 zeigt ein Blockschaltbild mit den Komponenten der Steuerung, und

Fig. 3 zeigt eine Belüftungsanlage mit Stellgliedern und Stellantrieben.

Die Fig. 1a, b und c zeigen die drei Funktionen, Gebläsedrehzahl n, Luftdurchtrittsquerschnitt A und Luftdurchsatz jeweils über der gleichen Abszisse, der Fahrzeuggeschwindigkeit v aufgetragen, die beispiels­ weise in drei Stufenbereiche 0 bis I, I bis II und II bis III aufgeteilt ist.

Fig. 1a zeigt den Verlauf der Gebläsedrehzahl n, die jeweils innerhalb der einzelnen Stufenbereiche 0 bis I, I bis II und II bis III stetig von einem Maximalwert n _max bis zu einem Minimalwert n _min verläuft. An den Übergangsstellen I, II und III der einzelnen Stufenbe­ reiche springt die Drehzahl von einem Extremwert zum anderen, also von n _Imin auf n _Imax , von n _IImin auf n _IImax und n _IIImin auf n _IIImax bzw. umgekehrt, so daß sich für den gesamten Geschwindigkeitsbereich v von 0 bis III ein sägezahnartiges Profil ergibt. Oberhalb der Sprung­ stelle III kann die Drehzahl bei diesem speziellen Ausführungsbeispiel konstant bleiben, weil der Staudruck­ einfluß bei geschlossenem Luftdurchtrittsquerschnitt praktisch ausgeschaltet ist - in diesem Fall wird die noch vorhandene Leckageluft bei konstanter Gebläsedreh­ zahl gefördert.

Fig. 1b zeigt den stufenförmigen Verlauf des Luftdurch­ trittsquerschnittes A, aufgetragen über dem gesamten Geschwindigkeitsbereich v von 0 bis III und darüber. Der Luftdurchtrittsquerschnitt A bleibt also innerhalb der einzelnen Stufenbereiche 0 bis I, I bis II und II bis III konstant und wird an den Übergangsstellen I, II und III sprungartig verändert. So ist der Luft­ durchtrittsquerschnitt im Bereich von 0 bis I mit A₀ maximal geöffnet, im Bereich von I bis II mit A _I etwa halb geschlossen und im Bereich von II bis III mit A _II nur noch etwa zu 20% von A₀ geöffnet. Oberhalb der Geschwindigkeit an der Stelle III ist der Luftdurch­ trittsquerschnitt geschlossen, allerdings ergibt sich infolge von Undichtigkeiten eine gewisse Leckluftmenge, die jedoch in diesem höchsten Geschwindigkeitsbereich praktisch konstant, d. h. staudruckunabhängig, ist.

In Fig. 1c ist der Luftdurchsatz , wie er sich im Fahrzeuginnenraum ergibt, ebenfalls über dem gesamten Fahrzeuggeschwindigkeitsbereich aufgetragen: Wie die Parallele zur Abszisse zeigt, bleibt der Luft­ durchsatz konstant auf dem Wert _soll . Dies ergibt sich beispielsweise für den ersten Geschwindigkeits­ bereich 0 bis I dadurch, daß bei einem für diesen Bereich konstanten Durchtrittsquerschnitt A₀ die Ge­ bläsedrehzahl n stetig, aber im umgekehrten Verhält­ nis wie der Staudruck ansteigt, von einer Maximaldreh­ zahl n₀ bis zu einer Minimaldrehzahl n _Imin abnimmt. Bei Erreichen dieser ersten Sprungstelle I, der bei­ spielsweise eine Fahrzeuggeschwindigkeit von 80 km/h entsprechen kann, wird der Luftdurchtrittsquerschnitt von A₀ sprungartig auf A _I gedrosselt, während gleich­ zeitig die Drehzahl des Gebläses sprungartig wieder auf einen Maximalwert n _Imax ansteigt. Danach verläuft die Drehzahl n bei zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit v wieder stetig abnehmend bei konstantem Luftdurchtritts­ querschnitt A _I bis zu einem Minimalwert n _IImin an der Sprungstelle II.

Hier wird der Luftdurchtrittsquerschnitt von A _I sprungartig auf A _II gedrosselt, gleichzeitig wird die Gebläse­ drehzahl sprungartig auf einen Maximalwert n _IImax an­ gehoben. Mit weiter zunehmender Fahrzeuggeschwindigkeit v nimmt die Gebläsedrehzahl wieder stetig bis zu einem Mi­ nimalwert n _IIImin an der Sprungstelle III ab. An der Sprungstelle III wird der Luftdurchtrittsquerschnitt von A _II sprungartig auf A _III verringert, d. h. ganz geschlos­ sen; es verbleibt nur noch ein Leckquerschnitt. Gleich­ zeitig wird die Gebläsedrehzahl sprungartig auf n _IIImax angehoben und kann von der Sprungstelle III an auch bei weitersteigender Fahrzeuggeschwindigkeit konstant bleiben, da die eintretende Leckluftmenge praktisch konstant ist. An allen Sprungstellen I, II und III muß die Übergangsbedingung erfüllt sein, daß der Luftdurchsatz bei größerem Durchtrittsquerschnitt und kleinerer Gebläsedrehzahl gleich ist dem Luftdurch­ satz bei kleinerem Durchtrittsquerschnitt und höherer Gebläsedrehzahl; aus dieser Bedingung ergeben sich die Drehzahlunterschiede bzw. die Stufenhöhen an den Sprungstellen I, II und III. Die unterschiedlichen Drehzahldifferenzen n _Imax -n _Imin an der Stelle I und n _IImax -n _IImin an der Stelle II im Verhältnis zu den entsprechenden Querschnittsdifferenzen A₀-A _I und A _I- A _II ergeben sich aus starken Nichtlineari­ täten der eintretenden Luftmenge.

Fig. 2 zeigt in einem Blockschaltbild die wichtig­ sten Komponenten zur Durchführung des Verfahrens. Dabei ist eine elektronische Steu­ ereinheit 1 vorgesehen, der vom Tachometer 2 fahrzeug­ geschwindigkeitsproportionale Signale zugeführt werden. Als weiteres Eingangssignal erhält die elektronische Steuereinheit 1 den Sollwert für die Luftmenge, der über einen Sollwertsteller 3 beliebig vorgewählt wer­ den kann.

Elektrisch verbunden mit der elektronischen Steuerein­ heit 1 sind die Stellantriebe 4, 5 und 6, die ihrer­ seits im Luftführungskanal angeordnete Klappen 7, 8 und 9 steuern. Durch diese Klappen wird der Luftdurch­ trittsquerschnitt stufenweise verändert. Die Stell­ motoren sind vorzugsweise als Unterdruckdosen ausge­ bildet, die über schwarz-weiß-schaltende Magnetven­ tile angesteuert werden. Weiterhin ist mit der elektro­ nischen Steuereinheit 1 eine elektronische Gebläsesteu­ erung 10 verbunden, die ihre Ausgangssignale auf den Elektromotor 11 gibt, der seinerseits das Gebläse 12 zur Förderung des Luftstromes im Luftführungskanal antreibt. In der elektronischen Steuereinheit 1 sind bestimmte fahrzeugspezifische Parameter, also einmal die den einzelnen Sprungstellen I, II und III zuge­ ordneten Fahrzeuggeschwindigkeiten und die diesen Fahrzeuggeschwindigkeiten zugeordneten Drehzahlwerte für das Gebläse entsprechend Fig. 1a. Bei Erreichen dieser Geschwindigkeitswerte werden die Klappen 7, 8 und 9 nacheinander geöffnet bzw. geschlossen, so daß sich der gemäß Fig. 1b stufenförmige Verlauf des Luftdurchtrittsquerschnittes ergibt. Die stetige nach einer bestimmten Funktion erfolgende Drehzahlregelung des Gebläses 12 bzw. des Gebläsemotors 11 erfolgt über die elektronische Gebläsesteuerung 10, die ihre fahrzeuggeschwindigkeitsabhängigen Eingangssignale ebenfalls von der elektronischen Steuereinheit 1 er­ hält.

In Fig. 3 ist der Teil einer Belüftungs- bzw. Klima­ anlage eines Fahrzeuges dargestellt, der die für die Durchführung des Steuerungsverfah­ rens notwendigen Stellglieder, Stellantriebe und Steu­ ereinrichtungen enthält. Der Luftzuführungskanal 13 enthält zwei Lufteinlässe 14 und 15, die über die Luft­ einlaßkanäle 16 und 17 in den Luftzuführungskanal 13 münden, in dem sich das Gebläse mit Gebläsemotor 18 und Gebläserad 19 befindet; letzteres kann ein Axial- oder Radialgebläserad sein. Im Lufteinlaßkanal 16 ist eine Klappe 20 angeordnet, die über die Unterdruck­ dose 22 mit nicht dargestelltem Magnetventil die ge­ schlossene und die in gestrichelten Linien dargestell­ te offene Stellung 20′ einnehmen kann. Der andere Lufteinlaßkanal 17 weist eine Klappe 21 auf, die über die Doppelunterdruckdose 23 mit nicht dargestellten Magnetventilen in drei verschiedene Stellungen gebracht werden kann, denen die Bezugszahlen 21, 21′ und 21″ entsprechen. Die Klappe 21 kann also neben der vollstän­ dig geschlossenen und der vollständig geöffneten Stel­ lung 21″ auch eine Mittelstellung 21′ einnehmen. Die die Unterdruckdosen 22 und 23 steuernden, nicht darge­ stellten Magnetventile sind über die elektrischen Lei­ tungen 24, 25 und 26 mit der elektronischen Steuerein­ heit 28 verbunden, von der aus ebenfalls über die elektronische Gebläsesteuerung 29 eine elektrische Ver­ bindung 27 zum Elektromotor für das Gebläserad 19 führt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Steuerung der Luftmenge für die Belüf­ tung oder Klimatisierung des Fahrgastraumes eines Fahrzeuges, wobei einerseits mindestens zwei in ei­ nem staudruckbeaufschlagten Luftzuführungskanal an­ geordnete, durch Unterdruckdosen betätigte Klappen zur Veränderung des Luftdurchtrittsquerschnittes und andererseits die Drehzahl des Gebläses zur Verände­ rung des Luftdurchsatzes gesteuert werden, da­ durch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit v der Luftdurchtrittsquerschnitt A durch die Klappen (7, 8, 9) in mindestens zwei Stufen und die Gebläse­ drehzahl n jeweils innerhalb dieser Stufen stufenlos verstellt werden, wobei die Gebläsedrehzahl bei je­ der Stufenverstellung des Luftdurchtrittsquerschnit­ tes auf einen Extremwert springt, derart, daß sich für die Funktion des Luftdurchtrittsquerschnittes A über der Geschwindigkeit v ein stufenförmiger Ver­ lauf und für die Funktion der Gebläsedrehzahl n über der Geschwindigkeit v ein sägezahnförmiger Verlauf ergibt.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 1, gekennzeichnet durch eine elektronische Steuereinheit (1), die Eingangssignale vom Tachometer (2) des Fahrzeuges und von einem Sollwertgeber (3) erhält, und in Abhängigkeit davon Ausgangssignale zur Ansteuerung der Klappen (7, 8, 9) und des Elektromotors (11) des Gebläses (12) erzeugt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekenn­ zeichnet durch eine elektronische Gebläse­ steuereinrichtung (10), die die Spannung am Elektro­ motor (11) des Gebläses (12) jeweils innerhalb einer Stufe der Klappenverstellung verstellt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die elektroni­ sche Steuereinheit (1) ein fahrzeugspezifisches Pro­ gramm aufweist, in das zur Festlegung der Stufen­ sprünge bestimmte Fahrzeuggeschwindigkeiten eingege­ ben sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch ge­ kennzeichnet, daß den bestimmten Fahr­ zeuggeschwindigkeiten bzw. den einzelnen Stufen­ sprüngen bestimmte Drehzahlwerte für das Gebläse (12) zugeordnet sind.