DE3208275C2 - Steuervorrichtung - Google Patents

Steuervorrichtung

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Abstract

Beschrieben wird eine Vorrichtung zur Steuerung einer Klimaanlage mittels eines Computers, bei der verschiedene Steuerungen selbsttätig nicht durch Handeinstellung, sondern durch Sprache ausgeführt werden. Spezielle Sprachinhalte werden entsprechend den Steueraufgaben bestimmt, und durch eine Sprach-Erkennungseinrichtung codiert, so daß die Gebläsetemperatur od.dgl. einer Klimaanlage mittels eines Mikroprozessors in Abhängigkeit von den derart bestimmten Inhalten gesteuert wird, so daß die Notwendigkeit entfällt, die Klimaanlage von Hand zu steuern.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung mit einer Spracherkannungseinrichtung und einer Zentraleinheit.
Bekanntermaßen lassen sich Klimaanlagen meist auf gewünschte Temperaturwerte über manuell betätigbare Steuerschalter einstellen, die in der Regel jedoch nicht in unmittelbarer Nähe der Bedienungsperson angeordnet sind. Insbesondre bei Kraftfahrzeug-Klimaanlagen ist eine solche manuelle Betätigung einer Steuervorrichtung zur Temperaturveränderung allerdings nachteilig, da hierdurch die Gefahr einer nicht vernachlässigbaren Ablenkung des Fahrers gegeben !St. Außerdem ist nicht immer gewährleistet, daß gewünschte Temperaturveränderungen auch zufriedenstellend von der Steuervorrichtung ausgeführt werden, d. h. Abweichungen des 35 eingesteuerten Temperatur-Istwert vom eigentlich gewünschten Temperatur-Sollwert müssen meist in Betracht gezogen werden.
Aus der Zeitschrift »Umschau 79« (1979), Heft 18, S. 566 bis 572, sind außerdem bereits in allgemeiner Form die Grundzüge einer automatischen rechnergesteuerten Spacherkennung bekannt, ohne daß hierbei jedoch der spezifische Einsatz von Spracherkennungseinrichtungen zur automatischen Temperatursieueru;.£ von manuell betätigbaren Klimaanlagen in Betracht gezogen ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuervorrichtung der eingangs genannten Art derart auszugestalten, daß gewünschte Temperatursteuerungen auf einfache Weise eingebbar und zuverlässig ausführbar sind.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.
S 45 Durch die erfindungsgemäße Steuervorrichtung wird somit in einfachster Weise eine exakte Temperatur-Steuerung einer Klimaanlage durch akustische Befehle ermöglicht, so daß bei Einsatz einer solchen Klimaanlage
z. B. bei einem Kraftfahrzeug die Bedienungsperson ohne das Erfordernis einer manuellen Betätigung von Steuerschaltern und damit ohne Beeinträchtigung der erforderlichen Sichtüberwachung der Verkehrssituation gezielt Temperaturveränderungen herbeiführen kann. Die akustischen Befehle werden hierbei in Signale umgesetzt, die entweder eine Temperaturerhöhung oder eine Temperaturverringerung anweisen, wobei die Bedienungsperson zusätzlich die Möglichkeit hat, bei einer durch einen entsprechenden akustischen Befehl eingeleiteten Tetnperaturveränderung einfach durch einen weiteren Befehl einen soeben erreichten Temperatur-Istwert als neuen Temperatur-Sollwert festzuhalten, der dann durch die Zentraleinheit rasch und zuverlässig eingesteuert wird. Da über Steuerschalter die Klimaanlage auch von Hand betätigbar ist, wobei die Handsteuerung Priorität über die Sprachsteuerung hat, ist darüber hinaus ein störungsfreier Dialog zwischen mehreren im klimatisierten Raum befindlichen Personen gewährleistet, da die Steuervorrichtung andernfalls bei zufälliger Benutzung von Befehlsworten während eines Gesprächs automatisch entsprechende, jedoch unerwünschte Steuerabläufe herbeiführt.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.
Es zeigt
F i g. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Steuervorrichtung mit einer Spracherkennungseinrichtung und einer Zentraleinheit,
F i g. 2 ein Ablaufdiagramm eines grundlegenden Steuerablaufs der Steuervorrichtung gemäß Fig. 1,
F i g. 3 eine Drosselklappen-Öffnungskennlinie für erforderliche Gebläseauslaßtemperaturen,
F i g. 4 eine Korrektur der Drosselklappenöffnung,
F i g. 5 eine Steuerkennlinie von Magnetventilen,
F i g. 6 eine Steuerkennlinie eines Wasserventils,
F i g. 7 ein Ablaufdiagramm einer Sprachsteuerung bei der Steuervorrichtung gemäß Fig. 1 und
F i g. 8 und 9 Gebläsetemperatursteuerungen.
F i g. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Steuervorrichtung, bei dem eine zentrale Datenverarbeitungseinrichtung (CPU) 1, nachstehend als Zentraleinheit 1 bezeichnet, mit einer Sensoranordnung 2, einer zu steuernden Bauelementeanordnung (Steuerelemente) 3 einer Klimaanlage, einer Spracherkennungseinrichtung 4, einem Lesespeicher ROM und einem Direktzugriffsspeicher RAM sowie außerdem mit einem manuell betätigbaren Steuerbedienfeld 7 und einer eine Bildröhren-Steuereinrichtung 5 und eine Farbbildröhre 6 aufweisenden Mehrfachanzeigeeinrichtung 8 verbunden ist.
Die Sensoranordnung 2 weist einen Innentemperatursensor 21, einen Außentemperatursensor 22, einen Wassertemperatursensor 23, einen Verdampferauslaßsensor 24, ein Potentiometer 25 zur Anzeige der Öffnung einer Luftmischungs-Drosseiklappe. einen Sonnenlichtsensor 26, einen Feuchtigkeitssensor 27, einen Kondensationssensor 28 und Luftverunreinigungssensoren 29, 30 auf. Da diese Sensoren eine unterschiedliche Meßempfindlichkeit aufweisen, ist zur Verstärkung ihrer dementsprechend unterschiedlichen Ausgangssignale eine Verstärkungs-Einstellschaltung 11 vorgesehen. Auf diese Weise wird eine Ausgangssignaicharakteristik der Verstärkungs-Einstellschaltung 11 mit gleichförmigem analogen Pegel über einen nachgeschalteten Multiplexer 12 einem Analog-Digital-Umsetzer 13 zugeführt. Der Analog-Digital-Umsetzer 13 führt wiederum der Zentraleinheit 1 ein der eingegebenen Analogspannung entsprechendes digitales Ausgangssignal zu.
Die zu steuernde Bauelementeanordnung 3 der Klimaanlage weist einen von einer Antriebsschaltung 10 angetriebenen Gebläsemotor 31, ein Ventil 32 zum Schalten der Gebläseauslaßöffnungen, ein Ventil 33 zur Umschaltung von Umluft auf Frischluft und umgekehrt, ein Ventil 34 für die Luftmischungs-Liosseiklappe, ein Wasserventil 35, ein Heizrelais (HR) 36, ein Magnetkupplungsrelais (MR) 37, ein Außentemperatur-Xelais (EHR) 38 und ein Luftreiniger-Steuerrelais (AR) 39 auf. Diese Teile werden durch Antriebselemente oder gesonderte Verstärker betätigt, wobei sämtliche Zwischenverbindungen über eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstellenschaltung (I/O) 14 durch die Zentraleinheit 1 gesteuert werden. In gleicher Weise wird die Mehrfachanzeigeeinrichtung 8 über die Eingabe/Ausgabe-Schnittstellenschaltung 14 vca der Zentraleinheit 1 gesteuert. Im übrigen erfolgen sämtliche Steuervorgänge über die Zentraleinheit 1.
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Ablaufdiagramme näher auf Einzelheiten der von der Zentraleinheit 1 ausgeführten Steuervorgänge eingegangen.
Zunächst werden die Berechnung der Luftmischungs-Drosselklappenöffnung als grundlegende Steuerung für die Klimaanlage, die Luftmischungs-Drosselklappensteuerung und die Basistemperatursteuerung von der Zentraleinheit 1 entsprechend dem Ablaufdiagramm gemäß Fig.2 ausgeführt. In einem Schritt 201 werden die Innenlufttemperatur Tr, die Umgebungslufttemperatur Tarn und die Sonnenlichttemperatur STeingegeben, um einen eingestellten Raumtemperatur-Sollwert zu korrigieren, d. h., ein im Speicher abgespeicherter Raumtemperatur-Sollwert Tset wird mit Hilfe der ermittelten Umgebungslufttemperatur Tarn und Sonnenlichttemperatür STgemäß nachstehender Gleichung korrigiert:
Tset = Kset- Kax (Tarn- 10)— Ka2 ■ ST (1)
Hierbei sind mit Ka\ und Ka2 Konstanten bezeichnet, während die Einheit der Sonnenlichtiemperatur STin Kcal/m2 · min angegeben ist.
Sodann wird eine erforderliche Gebläsetemperatur Tao gemäß nachstehender Gleichung (2) auf der Basis des über Gleichung (1) ermittelten Raumtemperatur-Sollwertes Tset berechnet:
Tao = Kset ■ Tset- Kam ■ Tarn- Kr ■ Tr- Ks- ST+ C (2)
Hierbei sind mit Kset, Kam, Kr, Ks und CKonstanten bezeichnet.
Anschließend wird die Drosselklappenöffnung SW" auf der Basis der erforderlichen Gebläsetemperatur Tao (0C) in der in F i g. 3 veranschaulichten Weise erhalten. Die Drosselklappenöffnung SWist auf eine Öffnung von 100% auf der Basis einer nachstehend noch näher beschriebenen korrigierten Wassertemperatur Twd (0C) eingestellt, während eine korrigierte Verdampferauslaßtemperatur Ted auf eine Öffnung von 0% der Drosselklappen?, ffnung SW eingestellt ist. Hierbei werden Twd und Ted mit Hilfe nachstehender Gleichungen berechnet:
Twd = (Tw- Ted) ■ Φ + Ted (3)
Ted = Te + 3 (4)
wobei mit Tw die Wassertemperatur, mit Φ eine Konstante und mit Te die Verdampferauslaßtemperatur bezeichnet sind.
Wenn die Entfrostung (DEF) der Klimaanlage und die Außentemperatur-Drosselventile (EXT) abgeschaltet sind und die Umgebungstemperatur Tarn unter 0°C liegt, wird die öffnung der Luftmischungs-Drosielklappe in Schritten 202 und 204 auf den höchsten Temperaturbereich von 100% festgelegt. Wenn festgestellt wird, daß diese Bedingungen nicht erfüllt sind, setzt ein Korrekturvorgang der Drosselklappenöffnung ein, d. h., die gemäß Fig.3 erhaltene Drosselklappenöffnung wird gemäß Fig.4 korrigiert. Hierbei werden die Magnetventile (MVC, MVH) 34 gemäß F i g. 1 zur Erzielung der Kennlinie gemäß F i g. 5 dahingehend gesteuert, daß die gemäß F ig. 4 erhaltene DroLjfilklappenöffnung SVK mit der tatsächlichen Luftmischungs-Drosselklappenöffnung SP übereinstimmt. Wenn die Charakteristik gemäß F i g. 5 vorliegt, wird der Steuervorgang beendet.
Zusätzlich wird das Wasserventil 35 dahingehend gesteuert, daß die Steuerkennlinie gemäß Fig.6 erhalten wird. Dieser Steuervorgang entspricht einem Schritt 205 gemäß F i g- 2. Das Wasserventil 35 wird im Bereich der derart eingestellten Drosselklappenöffnung SWein- und abgeschaltet. So wird das Wasserventil 35 bei dem in „
F i g. 6 gezeigten Beispie! im Bereich zwischen 5% und 10% der Drosselklappenöffnung SWgesteuert. ^
Nachstehend wird näher auf die Kompressorsteuerung eingegangen.
Die Kompressorsteuerung wird durch ein über einen Steuerschalter des Steuerbedienfelds 7 oder dergleichen erzeugtes externes Steuersignal oder ein Sprachsignal zum Stillstand gebracht, wenn das Heizrelais 36 und die Klimaanlage abgeschaltet sind. Im Betrieb bestehen für den Kompressor die nachstehenden vier Steuerarten:
ίο a) Steuerung durch die Umgebungstemperatur Tarn,
b) Steuerung durch den Differenzwert Tao— Tarn,
c) Steuerung durch den Differenzwert Tao— Te und
d) Steuerung durch den Differenzwert RH-Di zwischen der relativen Feuchtigkeit RH und dem Abweichungsgrad Di.
Die vorstehend genannten Steuerarten können beispielsweise auf Daten basieren, die über das Steuerbedienfeld 7 in Form einer Magnetkarte, eines Magnetbandes oder dergleichen eingegeben werden, oder auf Daten, die in einem Festspeicher abgespeichert sind und über einen Steuerschalter des Steuerbedienfelds 7 ausgewählt urid
Bei der unter a) aufgeführten Steuerung durch die Umgebungslufttemperatur Tarn wird der Kompressor eingeschaltet, wenn die Umgebungslufttemperatur Tarn einen vorgegebenen Wert überschreitet, und abgeschaltet, wenn die Umgebungslufttemperatur Tarn unter den vorgegebenen Wert abfällt. Diese Steuerart erfolgt somit in alleiniger Abhängigkeit von der Umgebungslufttemperatur Tarn. Bei der unter b) aufgeführten Steuerung durch den Differenzwert Tao— Tarn wird die Temperaturdifferenz zwischen Umluft und Frischluft auf einen vorgegebenen Wert eingestellt und der Kompressor in Abhängigkeit von diesem Wert ein- und abgeschaltet. Die unter c) aufgeführte Steuerung durch den Differenzwert Tao—Te erfolgt z.B. derart, daß bei einer Temperaturdifferenz zwischen Umluft und Frischluft von 1°C der Kompressor eingeschaltet und bei einer Temperaturdifferenz von 30C wieder abgeschaltet wird. Die unter d) aufgeführte Steuerung durch den Differenzwert RH- Di erfolgt z. B. derart, daß bei einer Differenz von 5% der Kompressor eingeschaltet und bei einer Differenz von 0% wieder abgeschaltet wird.
Außer der vorstehend beschriebenen Steuerung der Klimaanlage sind eine Umschaltsteuerung zwischen Umluft und Frischluft, eine Gebläseauslaßsteuerung, eine Luftdurchflußsteuerung, eine Kondensationssteucrung und eine Luftreinigungssteuerung vorgesehen.
F i g. 7 zeigt ein Ablaufdiagramm von Steuervorgängen bei Sprachsteuerung.
Gemäß F i g. 1 wird die von einem Mikrofon MIC aufgenommene Sprache von einer Spracherkennungscinrichtung 4 verarbeitet, bei der die Spracheingangssignale über ein nicht dargestelltes Bandpaßfilter mit einer Vielzahl von Frequenzbändern geführt und die auf diese Weise gefilterten Ausgangssignale nacheinander selektiv über einen Multiplexer abgegeben werden. Diese analogen Ausgangssignale des Multiplexers werden von einem Analog-Digital-Umsetzer in Digitalsignale umgesetzt und über eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelleneinheit 15 in die Zentraleinheit 1 eingegeben.
Die Sprachsignale werden in gewünschter Weise lediglich durch Änderung der eingeschriebenen Inhalte codiert, wobei bei diesem Ausführugnsbeispiel der Steuervorrichtung hierfür nur sechs verschiedene Sprachsignale als Beispiele herangezogen sind. Zusätzlich sind normale Steuerbetriebsarten, beispielsweise durch Handbetätigung unter Verwendung von Steuerschaltern vorgesehen, wobei die Handsteuerung Priorität über die Sprachsteuerung hat. Außerdem sind Steuerbetriebsarten unter Verwendung der verschiedenen Sensoren und externen Bauelemente mit niedrigerer Priorität als die Sprachsteuerung möglich.
Bei der nachstehend beschriebenen Sprachsteuerung befinden sich sämtliche Steuerarten mit höherer Priorität als die Sprachsteuerung außer Betrieb, so daß nur die Sprachsteuerung in einen Bereitschaftszustand geschaltet ist wobei die entsprechenden Sprachsignale aufeinanderfolgend mit Hilfe der Programmausrüstung der Zentraleinheit 1 decodiert und eingelesen werden.
Zur Inbetriebtahme der Klimaanlage spricht die Bedienungsperson ein vorgegebenes Wort aus, wie z. 0. »Klimaanlage ein«. Wenn dieses Wort empfangen wird, führt die Zentraleinheit 1 die Steuerart Tao—Tam oder die Steuerart RH-Di der vorstehend beschriebenen Klimaanlagen-Steuerbetriebsarten aus, d. h„ in einem Schritt 701 wird der normale Steuerzustand eingeleitet Mit Beginn dieser Steuerart wird ein Buchstabe »A« oder »C« auf der Bildröhre 6 angezeigt Zusätzlich erfolgt eine Anzeige an einem A/C-Schalter des Steuerbedienfelds 7. In diesem Fall wählt die Bedienungsperson entweder die Steuerart Tao—Tam oder die Steuerart RH-Drüber Magnetkarte, Magnetband einen Steuerschalter oder dergleichen.
Zur Außerbetriebsetzung der Klimaanlage spricht die Bedienungsperson ebenfalls einen vorgegebenen Begriff aus, wie z.B. »Klimaanlage aus«. In diesem Fall führt die Zentraleinheit 1 in einem Schritt 702 eine Vorsteuerung aus, die nur dann durchführbar ist wenn der A/C-Schalter des Steuerbedienfelds 7 manuell abgeschaltet ist oder die Funktion »Klimaanlage aus« vorliegt und darin besteht daß das Heizrelais 36 und der Kompressor abgeschaltet werden, während die Luftmischungs-Drosselklappensteuerung, die Wasserventilsteuerung und die Gebläsesteuerung auf normale Weise erfolgen.
Eine Änderung der erforderlichen Gebläsetemperatur Tao durch Sprachsteuerung kann erfolgen, indem Elemente von Gleichung (1) geändert werden und vorgegebene Ausdrücke wie »warm«, »kalt« oder »ok« drei Betriebsarten steuern, nämlich eine Verringerung, eine Erhöhung und eine Beendigung der Änderung der Gebläsetemperatur Tao. Wie in F i g. 8 dargestellt ist wird ein eingestellter Temperatur-Sollwert Tset rasch um z. B. 2°C verringert indem der Ausdruck »warm« ausgesprochen wird. Sodann wird die Temperatur allmählich
erhöht und der ursprüngliche Betriebszustand nach einer vorgegebenen Zeitdauer von z. B. 5 Minuten wieder hergestellt. In gleicher Weise wird der eingestellte Temperatur-Sollwert Tset sofort um 2°C erhöht, indem der Ausdruck »kalt« ausgesprochen wird. Anschließend wird die Temperatur allmählich verringert und der ursprüngliche Betriebszustand nach einer bestimmten Zeitdauer wieder hergestellt. Wenn der Ausdruck »ok« im Verlauf einer Temperaturerhöhung oder -verringerung ausgesprochen wird, wird der zu diesem Zeitpunkt vorliegende Temperatur-Istwert als neuer Temperatür-Sollwert Tset festgehalten. Hierbei wird eine Rückstellung des eingestellten Temperatur-Sollwertes Tset nicht akzeptiert, wenn die Steuervorgänge »warm« oder »kai*!?ablaufen. Somit sollte der Ausdruck »ok« ausgesprochen werden, wenn eine Änderung gewünscht wird. Die vorstehend beschriebenen Betriebszustände werden von der Bildröhre 6 oder dem Steuerbedienfeld 7 angezeigt. Wenn der Steuervorgang »warm« abläuft, wird der Begriff »Kühlung« angezeigt, während beim Ablauf des Steuervorgangs »kalt« der Begriff »Erwärmung« angezeigt wird. Beim Ablauf des Steuervorgangs »ok« wird der Zahlenwert des eingestellten Temperatur-Sollwertes Tset angezeigt. Die Dauer dieser sprachgesteuerten Betriebszustände wird wiederum über die Programmausrüstung der Zentraleinheit 1 gesteuert, wobei ein spezieller Betriebszustand z. B. für eine Zeitdauer von 5 Minuten aufrechterhalten wird.
In Fig.9 ist ein weiteres Beispiel für eine Sprachsteuerung der Klimaanlage veranschaulicht, wobei die Gebläsetemperatur unmittelbar um einen vorgegebenen Temperaturwert erhöht oder verringert wird. Hierbei wird der eingestellte Temperatur-Sollwert Tset durch Aussprache des Wortes »warm« um einen vorgegebenen Temperaturwert von z. B. 2°C verringet, während durch Aussprache des Ausdrucks »kalt« der eingestellte Temperatur-Soiiwert Tsei üffi eine bestimmte Temperatur von σ. B. 2oC erhöht wird, in diesem Falle wird die Temperatur nach einer Erhöhung oder Verringerung jedoch auf dem vorgegebenen Wert festgehalten. Die Dauer der sprachgesteuerten Betriebszustände wird hierbei ebenfalls über die Programmausrüstung der Zentraleinheit 1 gesteuert, wobei ein spezieller Betriebszustand beispielsweise für 5 Minuten aufrechterhalten werden kann.
Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Steuervorrichtung mit einer Spracherkennungseinrichtung und einer Zentraleinheit, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung einer Klimaanlage die Zentraleinheit (1) einen eingestellten Temperatur-SoIlw ert mit einem vorliegenden Temperatur-Istwert vergleicht und bei Abweichungen Steuerelemente (3) zur Kompensation der Temperaturdifferenz ansteuert, daß die Spracherkennungseinrichtung (4) mit der Zentraleinheit (1) verbunden ist und akustische Befehle in digitale Signale umsetzt, die eine Temperaturerhöhung oder -verringerung bzw. eine Aufrechterhaltung des voi liegenden Temperatur-Istwerts ais neuen Temperatur-Sollwert beinhalten, und daß über Steuerschalter die Klimaanlage auch von Hand betätigbar ist, wobei die Handsteuerung Priorität über die Sprachsteuerung hat
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des eingestellten Temperatur-Sollwertes auf den vorgegebenen neuen Temperatur-Sollwert allmählich durchführbar ist.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des eingestellten Temperatur-Sollwertes kontinuierlich über einen vorgegebenen Temperaturbereich durchführbar ist.
4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bi; 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des eingestellten Temperatur-Sollwertes lediglich für eine vorgegebene Zeitdauer aufrechterhalten wird.
5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Befehle jeweils auf einer Bildröhre (6) anzeigbar sind.
6. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die akustischen Befehle je« ":ils in einem Steuerbedienfeld (7) anzeigbar sind.
7. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klimaanlage als Kraftfahrzeug-Klimaanlage ausgebildet ist.
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