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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Klimaanlagensteue-
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rung für ein Kraftfahrzeug. Im Besonderen betrifft die Erfindung ein
Steuerverfahren für die Klimaanlagen von Autos, das die Bauteile der Klimaanlage,
wie z. B. einen Luftgemisch-Regler, einen Verdampfer und ein Gebläse wirkungsvoll
und zufriedenstellend betreibt, um dadurch eine bequeme Luft-Temperatur-Steuerung
mit vermindertem Energieverbrauch zu erreichen.
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Klimaanlagen werden in unterschiedlichen Fahrzeugen, wie z. B. Personenkraftwagen,
Lastkraftwagen, Bussen, usw., gebraucht. Bei diesen Klimaanlagen wird die Luft aus
einem Gebläse mittels eines Verdampfers bis auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt,
und die Temperatur der Luft in dem abgeteilten Raum wird durch den Anteil wiedererhitzter
Luft gesteuert. Vordringlich wird die Steuerung der Lufttemperatur in dem abgeteilten
Raum durch Betreiben eines Luftgemisch-Reglers entsprechend eingegebener Werte,
die von einem Sensor für Raumtemperatur und einer Temperatur-Festsetz-Einrichtung
stammen, durchgeführt. Der Verdampfer ist im wesentlichen dazu ausgelegt, bei einer
Temperatur von 0 0 betrieben zu werden, wann immer der Schalter der Klimaanlage
sich in der "Ein"-Position befindet. Deshalb wird, für den Erhalt einer gemäßigten
Luftemperatur, die Kühlleistung besonders im Winter und Herbst übermäßig, so daß
die Luft, bevor sie in den abgetrennten Raum geleitet wird, wieder erwärmt werden
muß. Da-
durch wird verschwenderisch Energie verbraucht. Zusätzlich,
da die Windmenge entsprechend der Lage des Luftl gemisch-Reglers bestimmt wird,
steigert sich die Windmenge unnötiger Weise, wenn der Regler von der maximalen Kaltstellung
oder maximalen Warmstellung in eine Zwischenstellung, in der sich die Luft mischt,
verschoben wird, wodurch das Behaglichkeitsgefühl bemerkenswert beeinträchtigt wird.
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Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Steuerung
der Klimaanlage für Kraftfahrzeuge zu schaffen, das die Bauteile der Klimaanlage,
wie z. B.
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den Luftgemisch-Regler, Verdampfer und das Gebläse, wirkungsvoll und
zufriedenstellen betreibt, um dadurch eine bequeme Steuerung der Lufttemperatur
mit vermindertem Energieverbrauch zu erzielen, wodurch die oben beschriebenen Schwierigkeiten
beim Stand der Technik überwunden werden sollen.
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Hierfür ist entsprechend der Erfindung ein Steuerverfahren für eine
Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug vorgesehen, bei dem die Lage des Luftgemisch-Reglers,
die Temperatur des Verdampfers und die Windmenge entsprechend eines Temperaturwertes,
der aus den Eingabe-Daten errechnet wurde, gesteuert werden.
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Es ist ferner ein Steuerverfahren für eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug
vorgesehen, bei dem für die KUhlung die Windmenge zuerst entsprechend einer Reduzierung
der Leistung vermindert wird und dann die Verdampfer-Temperatur erhöht wird, gefolgt
vom Betrieb des Luftgemisch-Reglers, während im Falle der Erwärmung die Windmenge
zuerst entsprechend der Reduzierung
der Leistung vermindert wird,
gefolgt vom Betrieb des Luftgemisch-Reglers.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll, mit Bezug auf die Zeichnungen,
im Vergleich mit dem Stand der. Technik beschrieben werden.
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Fig. 1 ist eine schematische Darstellung der Bauweise einer üblichen
Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, Fig. 2 ist eine schematische Darstellung einer Einrichtung
entsprechend einer Ausführungsform des Steuerverfahrens gemäß der Erfindung, Fig.
3 zeigt die Details der in Fig. 2 gezeigten Steuereinrichtung, Fig. 4 ist ein Programmplan
einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 5A ist ein Diagramm,
das die Beziehung zwischen dem berechneten Temperaturwert und der Stellung des Luftgemisch-Reglers
zeigt, Fig. 5B ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem berechneten Temperaturwert
und der festgesetzten Temperatur des Verdampfers zeigt, Fig. 5C ist ein Diagramm,
das die Beziehung zwischen dem berechneten Temperaturwert und der Windmenge zeigt,
Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Stellung des Luftgemisch-Reglers
und dem
Betriebssignal des Luftgemisch-Reglers zeigt, und Fig. 7
ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen der Verdampfer-Temperatur und dem Signal,
welches den Kompressor antreibt, zeigt.
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Wie in Fig. 1 gezeigt, besitzt eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge,
wie Personenkraftfahrzeuge, Lastkraftwagen und Busse ein Gebläse 1, das Luft in
den Verdampfer 2 leitet, so daß die Luft bis auf eine vorbestimmte Temperatur abgekühlt
wird. Dann wird der Luftanteil, der durch einen Erhitzer 4 wieder erwärmt werden
soll vom Luftgemisch-Regler 3 bestimmt, um dadurch die Temperatur der Luft zu steuern,
die in den abgetrennten Raum geleitet wird.
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Die Temperatur der Luft in dem abgetrennten Raum wird durch Berechnung
des Öffnungsgrades des Luftgemisch-Reglers 3 gesteuert, und zwar mittels einer Steuereinrichtung
5 entsprechend der Daten eines Sensors 6 für die Temperatur des abgetrennten Raumes
und entsprechend einer Temperaturfestsetzeinrichtung 7 und durch Betätigung eines
Verstellers 8, um den Luftgemisch-Regler entsprechend des berechneten Öffnungsgrades
des Luftgemisch-Reglers 3 zu verstellen.
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Der Verdampfer 2 weist einen Kompressor 10 auf, der selektiv über
eine Ausrückkupplung 11 mit dem Motor 9 verbunden ist, um vom letzteren angetrieben
zu werden, um dadurch die Luft mittels eines Kühlsystems abzukühlen. Der Verdampfer
2 ist mit einem Thermostat 12 versehen, welches dazu bestimmt ist, den Verdampfer
immer
bei einer Temperatur um 0 0C zu halten, wenn der Schalter
13 der Klimaanlage eingeschaltet ist, um dadurch die Lufttemperatur bei einer zuvor
bestimmten Temperatur festzusetzen. Die Kühlleistung oder Stärke wird in der mittleren
Jahreszeit, z. B. im Frühling und im Herbst übermäßig groß, so daß ein großer Energiebetrag
verschwendet wird. Zusätzlich wird bei einer konventionellen Klimaanlage die Windmenge
entsprechend der Stellung des Luftgemisch-Reglers bestimmt, so daß die Windmenge,
zur Beeinträchtigung des BehaglichkeitsgeftihIs, übermäßig groß wird, falls der
Regler von der maximalen Kühlstellung oder maximalen Warmstellung in eine Zwischenstellung,
in der sich kalte und warme Luft mischt, verschoben wird.
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Eine Vorrichtung, die das Verfahren gemäß der Erfindung verkörpert,
soll nachfolgend mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden.
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In Figur 2 sind dieselben Bezugszeichen benutzt, um dieselben Teile
oder Glieder wie Jene in Fig. 1 zu kennzeichnen. Namentlich kennzeichnet in Fig.
2 das Bezugszeichen 1 ein Gebläse, 2 einen Verdampfer, 3 einen Luftgemisch-Regler,
4 kennzeichnet einen Erhitzer, 6 einen Sensor für die Temperatur des abgetrennten
Raumes, 7 eine Temperaturfestsetzeinrichtung 18 einen Versteller zum Einstellen
des Luftgemisch-Reglers, 9 kennzeichnet einen Motor, 10 einen Luftkompressor, 11
eine Ausrückkupplung, 14 eine Kontrolleinrichtung, 15 einen Sensor für die Temperatur
des Verdampfers, 16 eine Steuereinrichtung für die Belüftung, und 8' kennzeichnet
ein Potentiometer zum Anzeigen der Stellung des Luftgemisch-Reglers.
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Bezogen auf die Fig. 3 kennzeichnet das Bezugszeichen 20 einen "One-Chip"
Mikrocomputer, 21 kennzeichnet einen Analog-Eingabe-Teil, 22 einen Digital-Eingabe-Teil,
23 den Ausgabe-Teil, 24 kennzeichnet einen Spannungsregler zur Schaffung einer konstanten
Spannung, die in diesem Fall 5 V beträgt, 25 kennzeichnet einen Oszillator, 26 eine
Schaltung zum Antrieb des Verstellers für den Luftgemisch-Regler, 27 kennzeichnet
ein Kupplungsrelais, und 28 kennzeichnet einen Umwandler für das Windmengensignal.
Das "ROM" des Mikrocomputers 20 beinhaltet ein wie in Fig. 4 gezeigtes Programm.
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Die Arbeitsweise der Einrichtung wird nachfolgend mit Bezug auf die
Fig. 4 erklärt. Die Kontrolleinrichtung 14 nimmt ihre Arbeit auf, sobald sie eingeschaltet
wird, so daß das Programm des Mikrocomputers beginnt.
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In einem Block 100 werden das Löschen von Daten ebenso wie das Anstellen
des Anfangszeitschalters durchgeführt. Folglich sind die für die Berechnung der
Temperatur notwendigen Daten am Dateneingabe-Block 101 eingegeben. Die Eingabedaten
sind festgesetzte Temperatur, Luftemperatur des abgetrennten Raumes, die Stellung
des Luftgemisch-Reglers und die Verdampfertemperatur und Solarwärme und die Außenlufttemperatur,
falls erforderlich.
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In einem Temperatur-Steuer-Rechen-Block 102 wird eine arithmetische
Operation entsprechend der Abweichung der abgetasteten Lufttemperatur des abgetrennten
Raumes von der festgesetzten Temperatur durchgeführt. Diese arithmetische Operation
kann eine "PID"-Operation sein, die die Summierung eines Wertes proportional zur
Abweichung,
einen differenzierten Wert der Abweichung und einen
integrierten Wert der Abweichung darstellt oder eine der festgesetzten Temperatur,
der Lufttemperatur des abgetrennten Raumes, der Außentemperatur und der Eingabe
der Solarwärmeproportionale Operation. Der mittels dieser Operation erhaltene Wert
ist der berechnete Temperatur-Steuerwert TC. Ein großer TC-Wert stellt eine Erwärmungs-
und ein kleiner TC-Wert entsprechend eine Abkühlungsperiode dar.
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In einem Regler-Stellungs-Rechen-Blook 103 wird die Stellung AP des
Luftgemisch-Reglers, wie in Fig. 5A gezeigt, aus dem berechneten Temperatur-Steuerwert
TC bestimmt. Auf ähnliche Weise wird in einem Block 104 zur Berechnung der Verdampfertemperatur
eine festgesetzte Verdampfertemperatur TFS, wie in Fig. SB gezeigt, bestimmt, während
im Block 105 zur Berechnung der Windmenge FAN, wie in Fig. 5C gezeigt, bestimmt
wird.
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In einem Luftgemischregler-Antriebs-Block 106, wird die derzeitige
Lage des Luftgemisch-Reglers API mit der zuvor erwähnten Lage AP des Reglers verglichen,
und ein Signal wird, wie in Fig. 6 gezeigt, zum Verstellen des Luftgemisch-Reglers
erzeugt. In dem Verdampfungs-Temperatur-Steuerblock 107 wird die festgesetzte Verdampfungstemperatur
TFS mit der derzeitigen Verdampfertemperatur TP verglichen, und ein Ein-Aus-Signal
für die Ausrückkupplung wird erzeugt, um wahlweise den Kompressor, wie in Fig. 7
gezeigt, anzutreiben. In einem Block 108 für die Ausgabe der Windmenge wird der
berechnete Wert in Form eines zweifach-Signals von 2 bis 4 bit umgewandelt, so daß
die Windmenge mittels einer Belüftungskontrolleinrichtung gesteuert wird, die
eine
entsprechende Ausgabe von dem D/A Umwandler oder von einem D/A Umwandler, der sich
aus einem Relais und einem Speicher zusammensetzt, erhält. Nachdem die Ausgabe vom
Block 108 abgegeben ist, wird die Sequenz wieder dem Daten-Eingabe-Block 101 zugeführt.
Ein Zeitschalter 109 bestimmt eine geeignete Zeitspanne für den Rechnungszyklus,
so daß die Temperaturberechnung in einem Zeitraum von 10 bis 20 Sekunden erhalten
wird.
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Ein Zykluszeitschalter 110 ist ein Zeitschalter, der in einem Zeitraum
von 20 msec oder einem ähnlichen, der dem Eingabe-/Ausgabezyklus bestimmt, wirksam
wird.
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Eine Einrichtung oben beschriebener Bauart, die die Erfindung verkörpert,
bietet die folgenden Vorteile.
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In der Anfangsperiode der Luftklimatisierung ist der Kältebedarf groß,
während der berechnete Temperatur-Steuerwert TC klein ist, z. B. kleiner als der
in Fig. 5 gezeigte und die Windmenge groß ist, während 0 die Verdampfertemperatur
nahe 0 C liegt. Sowie der Kältebedarf graduell abnimmt, wird zuerst die Windmenge
reduziert und, falls das in Fig. 5 gezeigte Niveau b erreicht ist, beginnt die Verdampfertemperatur
zu steigen. Dann arbeitet der Luftgemisch-Regler nur, nachdem die Verdampfertemperatur
bis zu einer zuvor bestimmten Temperatur angestiegen ist, z. B.
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bis zum Niveau d in Fig. 5. Als Ergebnis wird, wenn ein Kältebedarf
auftritt, der Verlust an Energie entsprechend der Wiedererwärmung durch den Erhitzer
fast vollständig verhindert, und die Verdampfertemperatur wird.auf dem minimal erforderlichen
Niveau gehalten, um den Leistungsanteil des Kompressors, wegen bedeutender Energieeinsparung,
zu vermindern. Im Falle eines Wärmebedarfs, z. B. eines Bedarfs oberhalb des Niveaus
e in Fig. 5, in einer anderen Jahreszeit als im
Sommer, arbeitet
der Kompressor nicht, da die Verdampfertemperatur auf ein hohes Niveau, z. B. auf
30 °C, festgesetzt ist. Sowie der Wärmebedarf weiter steigt, z. B. bis zu einem
Niveau f in Figur 5 oder höher, wird die Windmenge graduell erhöht und nimmt einen
Maximalwert ein, wenn das Niveau h in der Figur 5 erreicht ist. In diesem Stadium
nimmt der Luftgemisch-Regler die maximale Wärmestellung ein. Bei der Durchführung
der P*ID-Berechnung zur Temperatursteuerung in diesem Stadium, ist es möglich,die
Lufttemperatur in dem abgetrennten Raum auf dem festgesetzten Niveau sehr exakt
mit minimaler Windmenge und Verdampfertemperatur zu halten, so daß mit der Temperatursteuerung
bemerkenswert Energie eingespart wird.
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Wie schon beschrieben, so ist es gemäß der Erfindung möglich, eine
bequeme und energieeinsparende Klimatisierung der Luft durch Steuerung der Stellung
des Luftgemisch-Reglers, der Verdampfertemperatur und der Windmenge entsprechend
des Kälte- oder Wärmebedarfs entsprechend der Temperatursteuerwerte zu erzielen,
die durch die PID-Operation aus den Daten, wie z. B. aus Jenen der Temperaturfestsetzeinrichtung
und dem Sensor für die Lufttemperatur in dem abgetrennten Raum sowie ebenso aus
anderen Werten, die von verschiedenen anderen Sensoren abgegeben werden, erhalten
wurden.
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Zusammenfassend sieht die Erfindung ein Steuerverfahren für eine Klimaanlage
für Kraftfahrzeuge vor, bei welchem die Stellung des Luftgemisch-Reglers, die Verdampfertemperatur
und die Windmenge entsprechend eines aus verschiedenen Faktoren berechneten Temperatursteuerwertes
gesteuert werden, wobei beim Kühlbetrieb der
Klimaanlage die Windmenge
zuerst vermindert wird und dann die Verdampfertemperatur erhöht wird, gefolgt vom
Betrieb des Luftgemisch-Reglers entsprechend der Abnahme des Kältebedarfs, während
bei der Erwärmung die Windmenge zuerst vermindert wird, entsprechend der Abnahme
des Wärmebedarfs und wenn der Wärmebedarf weiterhin steigt, nachdem die Windmenge
bis zu einem festgesetzten Wert gesteigert wurde, wird der Luftgemisch-Regler betrieben.
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Folglich werden der Luftgemisch-Regler, der Verdampfer und das Gebläse
wirkungsvoll betrieben, um eine komfortable und energiesparende Luftklimatisierung
zu erzielen, was von großem Vorteil für die damit sich befassende Industrie ist.
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