DE3923252A1 - Verfahren und einrichtung zur regelung der innenraumtemperatur, insbesondere von kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Innenraumtemperatur, insbesondere von Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Einrichtung zur Regelung der Innenraumtemperatur, insbesondere von Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.

Ein Verfahren und eine Einrichtung dieser Art sind aus der europäischen Patentschrift 00 83 048 vorbekannt. In dieser Patentschrift ist eine Regeleinrichtung für eine Heiz- und/oder Klimaanlage von Kraftfahrzeugen beschrieben, die einen elektrischen Regler aufweist, der zum einen über einen ersten Subtrahierer mit einem Solltemperaturgeber und einem Innenraumtemperaturfühler verbunden ist und zum anderen mit einer Stelleinrichtung verbunden ist, die mit einem Stellglied zur Beeinflussung der dem Innenraum zugeführten Wärmemenge verbunden ist. Hierbei wird eine Solltemperatur vorgegeben und eine Innenraumtemperatur gemessen. Mittels des Subtrahierers wird eine erste Differenz aus der Solltemperatur und der Innenraumtemperatur gebildet und dem Regler zugeführt. Aus dem, dem Regler zugeführten, Spannungswert bildet der Regler einen Regelwert, in dessen Abhängigkeit eine Stelleinrichtung von dem Regler angesteuert wird. Zur Beeinflussung der dem Innenraum zugeführten Wärmemenge in Abhängigkeit von dem Regelwert, ist die Stelleinrichtung mit einem Stellglied verbunden. Ein Lagesignalgeber bildet entsprechend der Stellung des Stellgliedes ein Lagesignal das einem zweiten Subtrahierer zugeführt wird, der in der Verbindung zwischen dem Regler und der Stelleinrichtung angeordnet ist.

Als nachteilig erweist sich hierbei, daß für die Regelung der Innenraumtemperatur die Außentemperatur nicht herangezogen wird. Bei Schwankungen der Außentemperatur, die insbesondere bei Kraftfahrzeugen häufig vorkommen, erweist sich eine solche Regelung der Innenraumtemperatur als zu träge, und bei einem ungünstigen, indirekten Einbauort des Innenraumtemperaturfühlers, der häufig nicht dem gewünschten Referenzpunk im Kopfraum entspricht, regelt die Einrichtung nicht gut genut, um der Beeinflussung der Innenraumtemperatur durch die Außentemperatur in einer solchen Weise folgen zu können, daß die Behaglichkeit und das Komfortempfinden nicht beeinträchtigt wird.

Weist der Regler wie häufig üblich, um einen Schwingvorgang zu vermeiden, eine geringe Verstärkung auf, so erweist sich bei dieser Ausführung als besonders nachteilig, daß bei einem erstmaligen Inbetriebsetzen der Regeleinrichtung bei kalten Temperaturen, bei denen die Außentemperatur der Innenraumtemperatur entspricht, aufgrund der kleinen Verstärkung des Reglers nur über eine geringe Zeit das Stellglied in seine maximal geöffnete Stellung gefahren wird und danach entsprechend dem anstehendem Regelwert wieder weiter geschlossen wird, wodurch die Innenraumtemperatur sich nur langsam der Solltemperatur annähern kann und somit die dem Innnenraum zugeführte Luft nicht genug erwärmt wird, wodurch Komforteinbußen entstehen.

Weiterhin erweist sich bei der vorbekannten Regeleinrichtung als nachteilig, daß die Regelung für die Fahrer und die Beifahrerseite in einem Kraftfahrzeug getrennt erfolgt, wodurch sich ein erheblicher Mehraufwand an Bauteilen ergibt, was zum einen hohe Kosten erzeugt und zum anderen die Herstellung und Montage aufwendig macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Regelung der Innenraumtemperatur zu schaffen, das einfach und kostengünstig herstellbar und montierbar ist, das gute Regeleigenschaften auch bei ungünstigen, indirekten Einbauorten für den Innenraumtemperaturfühler aufweist, das die Beeinflussung der Innenraumtemperatur durch die Außentemperatur berücksichtigt und das ohne negative Beeinflussung des Regelverhaltens bei normalem Betrieb sicherstellt, daß bei einem Kaltstart die Innenraumtemperatur möglichst schnell die vorgegebene Solltemperatur erreicht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regelung der Innenraumtemperatur wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Außentemperatur gemessen wird, daß die erste Differenz aus der Solltemperatur, der Innenraumtemperatur und der Außentemperatur gebildet wird, daß der Regelwert einer Kaltstarteinrichtung zugeführt wird, daß die Kaltstarteinrichtung in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten für den Regelwert eingeschaltet wird, daß die Kaltstarteinrichtung in Abhängigkeit von der Außentemperatur ein Korrektursignal bildet, daß aus dem Korrektursignal und der zweiten Differenz eine Summe gebildet wird, die die Stelleinrichtung ansteuert und daß die Kaltstarteinrichtung in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten für den Regelwert ausgeschaltet wird und daß ein Abbau des Korrektursignals erfolgt.

Es ist von Vorteil, daß eine Außentemperatur gemessen wird, weil somit erreicht wird, daß Schwankungen der Außentemperatur, die sich auf die Innenraumtemperatur und die Regelung der Innenraumtemperatur auswirken, schnell erkannt und ausgeglichen werden können, wobei bei geringen Mehrkosten für den Außentemperaturfühler eine erhebliche Verbesserung der Regelung der Innenraumtemperatur und damit des Komforts erreicht wird.

Dadurch, daß die erste Differenz aus der Solltemperatur, der Innenraumtemperatur und der Außentemperatur gebildet wird, ergibt sich eine besonders einfache und kostengünstige Verknüpfung der Solltemperatur mit der Innenraumtemperatur und der Außentemperatur.

Besonders vorteilhaft ist es, daß der Regelwert einer Kaltstarteinrichtung zugeführt wird, daß die Kaltstarteinrichtung in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten für den Regelwert eingeschaltet wird, daß die Kaltstarteinrichtung in Abhängigkeit von der Außentemperatur ein Korrektursignal bildet und daß aus dem Korrektursignal und der zweiten Differenz eine Summe gebildet wird, die die Stelleinrichtung ansteuert, weil hierdurch erreicht wird, daß bei bestimmten, vorliegenden Regelwerten, bei einem Kaltstart, eine Kaltstarteinrichtung eingeschaltet wird und auf einfache und kostengünstige Weise der Regelwert zur Ansteuerung der Stelleinrichtung abhängig von der Außentemperatur angehoben wird, wodurch ermöglicht wird, daß sich bei einem Kaltstart die Innentemperatur abhängig von der Außentemperatur möglichst schnell der voreingestellten Solltemperatur annähert.

Dadurch, daß die Kaltstarteinrichtung in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten für den Regelwert ausgeschaltet wird, ergibt sich der Vorteil, daß bei Erreichen der vorgegebenen Schwellwerte die Kaltstarteinrichtung vollständig ausgeschaltet wird und eine zusätzliche ungewollte Anhebung des Regelwerts, der die Stelleinrichtung ansteuert, unterbleibt.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß ein Abbau des Korrektursignals erfolgt, weil somit bei oder nach Ausschaltung der Kaltstarteinrichtung nicht plötzlich kältere Luft dem Innenraum zugeführt wird.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es ist von Vorteil, daß das Korrektursignal für einen vorgegebenen Außentemperaturbereich für kleiner werdende Außentemperaturen größer wird und daß unterhalb einer vorgegebenen Außentemperatur ein konstantes Korrektursignal gebildet wird, weil somit erreicht wird, daß die Anhebung des Regelwerts in Abhängigkeit der Außentemperatur derart erfolgt, daß zu niedriger werdenden Temperaturen die Anhebung des Regelwerts größer wird, wodurch zum einen sichergestellt wird, daß bei niedrigen Außentemperaturen eine große Anhebung erfolgt, wodurch eine sehr schnelle Angleichung der Innenraumtemperatur an die Solltemperatur erfolgt und zum anderen erreicht wird, daß bei Außentemperaturen, die nur wenig unter der Solltemperatur liegen, nicht zu heiße Luft in den Innenraum eingeblasen wird.

Es ist von Vorteil, daß die Einschaltung der Kaltstarteinrichtung um eine vorgegebene erste Zeit verzögert erfolgt, weil hierdurch eine mögliche Fehlmessung der Innenraumtemperatur vermieden wird.

Dadurch, daß die Ausschaltung der Kaltstarteinrichtung um eine vorgegebene zweite Zeit verzögert erfolgt, ergibt sich der Vorteil, daß die Anhebung des Regelwerts auch über den Zeitpunkt des Erreichens des Schwellwerts hinaus erfolgt, wodurch eine bessere Angleichung der Innenraumtemperatur an die Solltemperatur erreicht wird.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß in der zweiten Zeit das Korrektursignal kontinuierlich oder diskontinuierlich auf Null geregelt wird, wodurch erreicht wird, daß kein abrupter Übergang und somit ein plötzliches Einblasen kühlerer oder wärmerer Luft erfolgt, so daß der Komfort bei dem Betrieb heraufgesetzt wird.

Es ist von Vorteil, daß die Kaltstarteinrichtung nach dem ersten Ausschalten der Kaltstarteinrichtung fortwährend in dem ausgeschalteten Zustand verriegelt wird, weil somit vermieden wird, daß auch bei möglichen großen Sollwertänderungen die Kaltstarteinrichtung in Betrieb gesetzt wird und somit vermieden wird, daß zu heiße Luft dem Innenraum zugeführt wird.

Dadurch, daß bei jedem Einschalten der Stromversorgung ein Rücksetzen der Kaltstarteinrichtung erfolgt, ergibt sich der Vorteil, daß bei jedem Einschalten der Stromversorgung, das heißt, bei jedem Inbetriebnehmen der Regelung die Verriegelung der Kaltstarteinrichtung in dem ausgeschalteten Zustand aufgehoben wird und somit die Kaltstarteinrichtung bei jedem Kaltstart wirksam werden kann.

Es ist besonders vorteilhaft, daß durch die Kaltstarteinrichtung ein festgelegtes oder variables Überschwingen der Innenraumtemperatur über die vorgegebene Solltemperatur vorgegeben wird, da durch dieses gewollte Überschwingen der Innenraumtemperatur über die vorgegebene Solltemperatur erreicht wird, daß die durch die Kaltstarteinrichtung bewirkte Anhebung der Innenraumtemperatur auch nach Abschaltung der Kaltstarteinrichtung sich komfortfördernd auf die Temperatur des Innenraums auswirkt und die Innenraumtemperatur nach Abschaltung der Kaltstarteinrichtung nicht zu weit unter die vorgegebene Solltemperatur absinkt.

Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung zur Regelung der Innenraumtemperatur wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Außentemperaturfühler mit dem ersten Subtrahierer verbunden ist, daß der Ausgang des Reglers mit einer Kaltstarteinrichtung verbunden ist, die eine Schwellwerterkennungseinrichtung und eine Verstelleinrichtung aufweist, daß die Verstelleinrichtung mit dem Außentemperaturfühler verbunden ist und daß die Verstelleinrichtung mit dem zweiten Subtrahierer verbunden ist.

Es ist von Vorteil, daß ein Außentemperaturfühler mit dem ersten Subtrahierer verbunden ist, weil somit auf einfache und kostengünstige Weise dem Regler ein Signal zugeführt werden kann, daß sowohl von der vorgegebenen Solltemperatur, der Innenraumtemperatur, als auch von der Außentemperatur abhängt, wodurch erreicht wird, daß Schwankungen der Außentemperatur die sich auf die Innenraumtemperatur auswirken, möglichst schnell und exakt berücksichtigt werden können.

Es ist besonders vorteilhaft, daß der Ausgang des Reglers mit einer Kaltstarteinrichtung verbunden ist, die eine Schwellwerterkennungseinrichtung und eine Verstelleinrichtung aufweist, daß die Verstelleinrichtung mit dem Außentemperaturfühler verbunden ist, und daß die Verstelleinrichtung mit dem zweiten Subtrahierer verbunden ist, weil somit bei einem Kaltstart sichergestellt wird, daß in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten die Kaltstarteinrichtung eingeschaltet wird und in Abhängigkeit von der Außentemperatur die Verstelleinrichtung für eine Anhebung des Regelwerts sorgt, der die Stelleinrichtung ansteuert, wodurch auf einfache und kostengünstige Weise erreicht wird, daß sich die Innenraumtemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur möglichst schnell dem vorgegebenen Sollwert nähert, ohne daß es zu einem Überschwingen kommt, oder ein gewünschtes Überschwingen der Innenraumtemperatur über die Solltemperatur in Amplitude und Zeitdauer einstellbar ist, wodurch der Komfort bei dem Betrieb der Regelung erhöht wird. Dadurch, daß die Verstelleinrichtung mit dem Außentemperaturfühler verbunden ist, ergibt sich besonders der Vorteil, daß die Anhebung des Regelwerts zur Ansteuerung der Stelleinrichtung in Anpassung an die Außentemperatur erfolgen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Einrichtungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Es ist von Vorteil, daß die Verstelleinrichtung mit einem Addierer verbunden ist, der in der Verbindung zwischen dem zweiten Subtrahierer und der Stelleinrichtung angeordnet ist, weil sich somit ein einfacher und kostengünstiger Aufbau der Einrichtung ergibt.

Besonders vorteilhaft ist es, daß die Schwellwerterkennungseinrichtung einen ersten Speicher für Schwellwerte zum Ein- und Ausschalten der Kaltstarteinrichtung aufweist, wodurch sich zum einen ein einfacher und kostengünstiger Aufbau und eine einfachere und kostengünstige Herstellbarkeit ergibt und zum anderen sichergestellt wird, daß die Kaltstarteinrichtung nur bei bestimmten vorgegebenen Schwellwerten eingeschaltet wird und auch nur bei vorgegebenen Schwellwerten ausgeschaltet wird, wodurch zusätzlich der Vorteil erreicht wird, daß ein Überschwingen der Innenraumtemperatur über die vorgegebene Solltemperatur vermieden wird oder ein gewolltes Überschwingen einstellbar ist.

Bei einer besonders kostengünstigen Ausführung ergeben sich die gleichen Vorteile, wenn die Schwellwerterkennungseinrichtung einen ersten Komparator mit Hysteresefunktion aufweist, der die Schwellwerte zum Ein- und Ausschalten der Kaltstarteinrichtung vorgibt.

Es ist von Vorteil, daß die Verstelleinrichtung einen zweiten Speicher aufweist, in dem mindestens eine Kennlinie zur Bildung eines Korrektursignals in Abhängigkeit von der Außentemperatur aufweist, weil somit auf einfache und kostengünstige Weise die Höhe des Korrektursignals und damit die Anhebung des Regelwerts zur Ansteuerung der Stelleinrichtung in Abhängigkeit von der Außentemperatur vorgegeben werden kann.

Dieser Vorteil wird auf besonders vorteilhafte und kostengünstige Weise erreicht, indem die Verstelleinrichtung einen Verstärker aufweist, der einen begrenzten vorgegebenen Verstärkungs- oder Abschwächungsbereich aufweist und der mit dem Außentemperaturfühler und dem zweiten Subtrahierer oder dem Addierer zur Bildung eines Korrektursignals verbindbar ist, weil somit aus dem Signal für die Außentemperatur durch Verstärkung oder Abschwächung für vorgegebene Außentemperaturbereiche der Außentemperatur angepaßte Korrektursignale erzeugbar sind und unterhalb einer vorgegebenen Außentemperatur ein konstantes Korrektursignal erzeugt wird.

Dadurch, daß der Ausgang des Reglers über eine Verzögerungseinrichtung, die ein erstes Zeitglied aufweist, mit der Schwellwerterkennungseinrichtung verbunden ist, ergibt sich der Vorteil, daß auf einfache und kostengünstige Weise durch Fehlmessungen des Innenraumtemperaturfühlers bei der Inbetriebnahme entstehende Regelabweichungen durch eine geeignete Wahl und Auslegung des ersten Zeitglieds ausgeglichen und vermieden werden können. Es ist von Vorteil, daß die Verstelleinrichtung ein zweites Zeitglied aufweist, weil somit auf einfache und kostengünstige Weise das Abschalten der Kaltstarteinrichtung erst nach der Zeit erfolgt, die durch das zweite Zeitglied vorgegeben ist, was dazu führt, daß die Angleichung zwischen Innenraumtemperatur und vorgegebener Solltemperatur möglichst gut erreicht wird.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß das zweite Zeitglied mit dem zweiten Speicher oder dem Verstärker zur Beeinflussung des Korrektursignals verbunden ist, wodurch z. B. erreicht wird, daß die Anhebung des Regelwerts zur Ansteuerung der Stelleinrichtung und damit die Höhe des Korrektursignals innerhalb der durch das zweite Zeitglied vorgegebenen Zeit langsam auf einen Wert Null herabgeregelt werden kann, wodurch Temperatursprünge der dem Innenraum zugeführten Luft bei Abschalten der Kaltstarteinrichtung vermieden werden.

Es ist von Vorteil, daß die Kaltstarteinrichtung eine Verriegelungseinrichtung aufweist, die mit der Schwellwerterkennungseinrichtung verbunden ist, weil somit auf einfache und kostengünstige Weise erreicht wird, daß bei einem erstmaligen Umschalten der Kaltstarteinrichtung aus dem eingeschalteten in den ausgeschalteten Zustand eine Verrieglung der Kaltstarteinrichtung in dem ausgeschalteten Zustand erfolgt, wodurch erreicht wird, daß bei möglichen Sollwertsprüngen die Kaltstarteinrichtung nicht in Betrieb gesetzt wird, was dazu führen könnte, daß zu heiße Luft dem Innenraum zugeführt wird.

In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, daß die Kaltstarteinrichtung zur Rücksetzung der Verzögerungeinrichtung, der Schwellwerterkennungseinrichtung, der Verstelleinrichtung und der Verriegelungseinrichtung bei jedem Einschalten der Stromversorgung mit einem Rücksetzeingang verbunden ist, weil somit die Verriegelung der Kaltstarteinrichtung bei jedem Einschalten der Stromversorgung aufgehoben wird und die Kaltstarteinrichtung erneut wirksam geschaltet werden kann.

Dadurch, daß der Regler und/oder die Kaltstarteinrichtung Teil eines Mikrorechners sind, ergibt sich der Vorteil einer besonders kostengünstigen und einfachen Herstellbarkeit. Es ist von Vorteil, daß in der Verbindung zwischen dem Solltemperaturgeber und dem ersten Subtrahierer oder in einer Verbindung zwischen dem Solltemperaturgeber und dem zweiten Subtrahierer ein Proportional-Differential-Glied angeordnet ist, weil hierdurch auf einfache und kostengünstige Weise aufgrund des differenzierenden Verhaltens des Proportional-Differential-Glieds eine einfache Kompensation einer schlechten, zu langsamen Messung der Innenraumtemperatur durch einen Innenraumtemperaturfühler erreicht wird, der einen ungünstigen Montageort aufweist.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung.

Zur Messung der Innenraumtemperatur zum Beispiel eines Kraftfahrzeugs ist einem Innenraum (I), ein Innenraumtemperaturfühler (TI) zugeordnet. In der Zeichnung ist diese Zuordnung zwischen dem Innenraum (I) und dem Innenraumtemperaturfühler (TI) durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet. Um eine gewünschte Innenraumtemperatur vorgeben zu können, weist die Einrichtung einen Solltemperaturgeber (TS) auf, dessen Signal mit positivem Vorzeichen auf einen ersten Subtrahierer (S1) gegeben wird. Um bei der Regelung der Innenraumtemperatur die Außentemperatur berücksichtigen zu können, weist die Einrichtung einen Außentemperaturfühler (TA) auf, dessen Signal mit negativem Vorzeichen dem ersten Subtrahierer (S1) zugeführt wird. Auch das Signal des Innenraumtemperaturfühlers (TI) wird dem ersten Subtrahierer (S1) mit negativem Vorzeichen zugeführt. Das von dem ersten Subtrahierer (S1) gebildete Signal wird einem Regler (R) zur Bildung eines für die Regelung der Innenraumtemperatur geeigneten Regelwerts zugeführt. Der erste Subtrahierer (S1) kann dabei in einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführung als ein einfacher Summationspunkt ausgebildet sein.

Die von dem Regler (R) gebildete Regelgröße wird einer Stelleinrichtung (ST) zugeführt. Die Stelleinrichtung (ST) besteht dabei aus einer Endstufe (E), die einen Motor (M) ansteuert. Die Ansteuerung des Motors (M) erfolgt dabei in Abhängigkeit von der vorliegenden Regelgröße derart, daß der Motor (M) mit unterschiedlicher Drehrichtung angesteuert wird. An dem Motor ist ein Stellglied (SG) angekoppelt, das die dem Innenraum (I) zugeführte Wärmemenge beeinflußt. Die Beeinflussung des Stellglieds (SG) auf die Wärmemenge, die dem Innenraum (I) zugeführt wird, ist in der Zeichnung durch eine gestrichelte Linie gekennzeichnet.

Bei einer luftseitigen Regelung der Innenraumtemperatur ist das Stellglied (SG) z. B. als eine Luftklappe ausgebildet. Bei einer wasserseitigen Regelung der Innenraumtemperatur kann das Stellglied (SG) als ein Ventil ausgebildet sein. Um Fehleinstellungen des Stellglieds (SG) zu vermeiden, die dazu führen können daß dem Innenraum (I) zu kalte oder zu warme Luft zugeführt wird, ist das Stellglied (SG) wie hier in der Zeichnung durch eine strichpunktierte Linie angedeutet, mit einem Lagesignalgeber (LS) verbunden, der ein Signal erzeugt, das von der Lage des Stellglieds (SG) abhängig ist. Der Lagesignalgeber (LS) ist, um das Lagesignal in die Regelung mit einfließen zu lassen, elektrisch leitend mit einem zweiten Subtrahierer (S2) in der Verbindung zwischen dem Regler (R) und der Stelleinrichtung (ST) verbunden. Dabei wird der von dem Regler (R) kommende Regelwert dem zweiten Subtrahierer (S2) mit positiven Vorzeichen zugeführt und daß von dem Lagesignalgeber (LS) gebildete Lagesignal dem zweiten Subtrahierer (S2) mit negativem Vorzeichen zugeführt. Dadurch wird erreicht, daß für alle auftretenden Änderungen der Außentemperatur, der Innenraumtemperatur und der Solltemperatur eine möglichst exakte und schnelle Regelung der Innenraumtemperatur entsprechend dem vorgegebenen Solltemperaturwert erreicht wird.

Der Regler (R) ist dabei im allgemeinen derart ausgebildet, daß er eine geringe Verstärkung aufweist, die bewirkt, daß die langsame Regelstrecke, die darin besteht, daß die dem Innenraum zugeführte Temperatur erst eine Vermischung mit der Innenraumtemperatur erfahren muß, nicht in ungewollte Schwingvorgänge versetzt wird, das heißt, daß die Innenraumtemperatur und die dem Innenraum zugeführte Temperatur ständig periodisch wechseln, wodurch der Komfort stark eingeschränkt wird.

Bei einer solchen Auslegung der Verstärkung des Reglers (R), die Schwingvorgänge vermeidet, ergibt sich bei einem Kaltstart, bei dem insbesondere der Fall vorliegen kann, daß die Innenraumtemperatur der Außentemperatur entspricht, der Nachteil, daß das Stellglied (SG) für eine zu geringe Zeitdauer maximal geöffnet ist und die Lage des Stellgliedes sich zu früh einem Sollwert nähert, wodurch die Innenraumtemperatur sich nur langsam der vorgewählten Solltemperatur nähert was zu Komforteinbußen führt. Um bei einem Kaltstart erreichen zu können, daß sich die Innenraumtemperatur möglichst schnell der vorgewählten Solltemperatur angleicht, ohne daß es zu einem ungewollten Überschwingen der Innenraumtemperatur kommt, weist die erfindungsgemäße Einrichtung eine Kaltstarteinrichtung (KE) auf.

Die Kaltstarteinrichtung (KE) ist dabei elektrisch leitend mit dem Ausgang (G) des Reglers (R) verbunden. Der Regelwert des Reglers (R) wird dabei zuerst auf eine Verzögerungseinrichtung (V) gegeben, die ein erstes Zeitglied aufweist, das die Weitergabe der Regelgröße um eine vorgegebene Zeit verzögert, die z. B. etwa 30 Sekunden betragen kann, und wodurch erreicht wird, daß mögliche Fehlmessungen des Innenraumtemperaturfühlers bei und kurz nach dem Einschalten der Einrichtung kompensiert werden. Die Verzögerungseinrichtung (V) ist elektrisch leitend mit einer Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) verbunden, die in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten für den Regelwert die Kaltstarteinrichtung (KE) einschaltet und ausschaltet. Der von dem Regler (R) gelieferte Regelwert kann dabei digital oder analog ausgewertet werden. Die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) kann dabei z. B. über einen ersten Speicher verfügen, in dem die vorgegebenen Schwellwerte abgelegt sind. Bei Erreichen der vorgegebenen Schwellwerte bildet die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) ein Ausgangssignal, das ein Ein- oder Ausschalten der Kaltstarteinrichtung (KE) bewirkt.

Die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) kann bei einer besonders einfachen und kostengünstigen Ausführungsform auch einen Komparator mit Hysteresefunktion enthalten, der ebenfalls Ausgangssignale liefert, die ein Einschalten oder Ausschalten der Kaltstarteinrichtung (KE) bewirken. Die in Abhängigkeit von dem anstehenden Regelwert gebildeten Ausgangssignale der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) werden an eine mit der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) verbundenen Verstelleinrichtung (SA) weitergeleitet. Zudem ist die Verstelleinrichtung (SA) elektrisch leitend mit dem Außentemperaturfühler (TA) verbunden. Wird ein vorgegebener Schwellwert zum Einschalten der Kaltstarteinrichtung (KE) erreicht, so liefert die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) ein Signal an die Verstelleinrichtung (SA), die ein Korrektursignal bildet, das in Abhängigkeit von der gemessenen Außentemperatur (TA) steht. Dieses Korrektursignal wird hier beispielhaft einem Addierer (A) zugeführt, der zum einen elektrisch leitend mit der Verstelleinrichtung (SA) verbunden ist und zum anderen in der Verbindung zwischen dem zweiten Subtrahierer (S2) und der Stelleinrichtung (ST) angeordnet ist. Das Korrektursignal kann auch direkt dem zweiten Subtrahierer (S2) zugeführt werden. Das Korrektursignal der Verstelleinrichtung (SA) wird dabei mit positiven Vorzeichen dem Addierer (A) zugeführt. Ebenso wird das Signal von dem zweiten Subtrahierer (S2) mit positivem Vorzeichen dem Addierer (A) zugeführt. Bei einem Einschalten der Kaltstarteinrichtung (KE) in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten des Regelwerts des Reglers (R) erreicht man somit eine Anhebung des der Stelleinrichtung (ST) zugeführten Regelwerts, wodurch bewirkt wird, daß das Stellglied über eine von der Außentemperatur abhängigen Zeit möglichst lange in einer voll geöffneten Stellung verbleibt, was bewirkt, daß sich die Innenraumtemperatur möglichst schnell und ohne ungewolltes Überschwingen der vorgewählten Solltemperatur angleicht.

Um eine möglichst exakte Regelung zu erhalten, kann die Verstelleinrichtung (SA) einen zweiten Speicher aufweisen, der z. B. Kennlinien enthält, die in Abhängigkeit von den vorliegenden Außentemperaturen die erforderlichen Anhebungen des Regelwerts vorgeben. Dabei ist es besonders vorteilhaft, daß mit niedriger werdenden Außentemperaturen die Anhebung des Regelwerts größer wird, wobei bei Außentemperaturen, die nur geringfügig unter der vorgewählten Solltemperatur liegen, die Anhebung möglichst gering wird oder zu Null geregelt wird. Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, bei sehr tiefen Außentemperaturen, die z. B. etwa kleiner 5° Celsius sind, eine konstante Anhebung des Regelwerts vorzugeben, weil in einem solchen Bereich die Leistungsfähigkeit der Heizanlage häufig erschöpft ist und somit vermieden wird, daß Überlastungen auftreten.

Liegt nach dem ersten Einschalten der Kaltstarteinrichtung (KE) ein Regelwert an dem Ausgang (G) des Reglers (R) vor, der bewirkt, daß die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) ein Signal liefert, das die Kaltstarteinrichtung (KE) ausschaltet, so wird dieses Signal der Verstelleinrichtung (SA) zugeführt, woraufhin die Erzeugung eines Ausgangssignals durch die Verstelleinrichtung (SA), die ein Anheben der Regelgröße bewirkt, unterbleibt. Bei einer besonders vorteilhaften Ausführung der erfindungsgemäßen Einrichtung weist die Verstelleinrichtung (SA) ein zweites Zeitglied auf, das bewirkt, daß die Anhebung des Regelwerts erst nach Ablauf der durch das zweite Zeitglied vorgegebenen Zeit ausgeschaltet wird, wodurch erreicht wird, daß sich die Innenraumtemperatur möglichst exakt der vorgegebenen Solltemperatur annähern kann. In diesem Zusammenhang ist es besonders vorteilhaft, wenn das zweite Zeitglied die Verstelleinrichtung (SA) derart ansteuert, daß das Korrektursignal, das die Anhebung des Regelwerts bewirkt, innerhalb der durch das zweite Zeitglied vorgegebenen Zeit kontinuierlich zu Null abgebaut wird, wodurch ein abruptes Abschalten der Anhebung vermieden wird und nicht plötzlich kühlere Luft dem Innenraum (I) zugeführt wird.

Um zu vermeiden, daß z. B. aufgrund großer Sprünge der Solltemperatur bei dem normalen Betrieb der Regelung die Kaltstarteinrichtung (KE) eingeschaltet wird, verfügt die Kaltstarteinrichtung (KE) über eine Verriegelungseinrichtung (VE), die bei dem Erreichen eines vorgegebenen Schwellwerts zur Einschaltung der Kaltstarteinrichtung (KE) bei einem Kaltstart von der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) angesteuert wird und bei einem Ausschalten der Kaltstarteinrichtung (KE) aufgrund eines vorgegebenen Schwellwerts ebenfalls von der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) angesteuert wird und daraufhin ein Signal erzeugt, das die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) verriegelt, so daß nach einem ersten Anschalten der Kaltstarteinrichtung (KE) ein weiteres Einschalten nicht mehr erfolgen kann. Damit nach einem kompletten Abschalten der Regelung bei einem erneuten Kaltstart die Kaltstarteinrichtung (KE) eine Anhebung der Regelgröße bewirken kann, ist die Kaltstarteinrichtung (KE) mit einem Rücksetzeingang (Z) verbunden, der elektrisch leitend mit der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) der Verriegelungseinrichtung (VE), der Verstelleinrichtung (SA) und der Verzögerungseinrichtung (V) verbunden ist und an dem bei Einschalten der Stromversorgung ein Signal anliegt, daß die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE), die Verstelleinrichtung (SA), die Verriegelungseinrichtung (VE) und die Verzögerungseinrichtung (V) rücksetzt.

Damit die den Subtrahierern (S1, S2) zugeführten Signale möglichst genau aneinander angepaßt sind, ist in der Verbindung zwischen dem Solltemperaturgeber (TS) und dem ersten Subtrahierer (S1) ein erstes Anpaßglied (K1) angeordnet ist zwischen dem Innenraumtemperaturfühler (TI) und dem ersten Subtrahierer (S1) ein zweites Anpaßglied (K2) angeordnet, ist zwischen dem Außentemperaturfühler (TA) und dem ersten Subtrahierer (S1) ein drittes Anpaßglied (K3) angeordnet und ist zwischen dem Lagesignalgeber (LS) und dem zweiten Subtrahierer (S2) ein viertes Anpaßglied (K4) angeordnet. Die Anpaßglieder (K1, K2, . . .) können dabei kostengünstig als Widerstände ausgebildet sein.

Der Solltemperaturgeber (TS) ist hier beispielhaft über ein Proportional-Differential-Glied (P) mit dem ersten Subtrahierer (S1) verbunden, um eine einfache Kompensation einer schlechten, zu langsamen Messung der Innenraumtemperatur durch einen Innenraumtemperaturfühler (TI) zu erreichen, der z. B. einen ungünstigen Montageort aufweist. Die Kompensation kann auch dadurch erreicht werden, daß zwischen Solltemperaturgeber (TS) und dem zweiten Subtrahierer (S2) ein Proportional-Differential-Glied (P) angeordnet ist. Diese Verbindung und Anordnung ist in der Zeichnung nicht gezeigt.

Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das erste Zeitglied der Verzögerungseinrichtung (V) eine Zeitkonstante von beispielhaft etwa 30 Sekunden aufweist. Desweiteren hat sich als vorteilhaft erwiesen, daß das zweite Zeitglied der Verstelleinrichtung (SA) eine Zeitkonstante von beispielhaft etwa 3 Minuten aufweist. In Anpassung an andere Gegebenheiten können die Zeitkonstanten auch kleiner oder größer gewählt werden.

Im folgenden wird kurz anhand eines Beispiels das Verfahren zur Regelung der Innenraumtemperatur beschrieben.

Liegt bei einem Kaltstart an dem Ausgang (G) des Reglers (R) ein Regelwert an, der dadurch bestimmt ist, daß eine Solltemperatur von beispielhaft etwa 20° Celsius vorgegeben ist und eine Außentemperatur vorliegt, die kleiner 15° Celsius ist und die etwa der Innenraumtemperatur entspricht, so wird dieser Regelwert verzögert durch die Verzögerungseinrichtung (V) an die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) weitergeleitet, die ein Ausgangssignal erzeugt, das sowohl die Verriegelungseinrichtung (VE) als auch die Verstelleinrichtung (SA) ansteuert. Aufgrund dieses Ausgangssignals von der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) bildet die Verstelleinrichtung (SA) in Abhängigkeit von der Außentemperatur ein Korrektursignal, das eine Anhebung des der Stelleinrichtung (ST) zugeführten Regelwerts bewirkt. Unterschreitet der an dem Ausgang (G) des Reglers (R) anliegende Regelwert einen vorgegebenen Schwellwert, so bildet die Schwellwerterkennungeseinrichtung (SE) ein Ausgangssignal, das sowohl der Verriegelungseinrichtung (VE) als auch der Verstelleinrichtung (SA) zugeführt wird. Aufgrund dieses Signals bildet die Verriegelungseinrichtung (VE) ein Signal, das die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) verriegelt und ein weiteres Einschalten der Kaltstarteinrichtung (KE) verhindert. Durch das von der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) gebildete Signal wird das zweite Zeitglied der Verstelleinrichtung (SA) eingeschaltet und über die durch das zweite Zeitglied vorgegebene Zeit die Anhebung des Regelwerts bis auf Null abgebaut, so daß nach dem Ablauf der durch das zweite Zeitglied vorgegebenen Zeit keine weitere Anhebung der Regelgröße durch die Kaltstarteinrichtung (KE) erfolgt. Durch die Zuführung eines Rücksetzsignals nach einem erneuten Einschalten der Stromversorgung über den Rücksetzeingang (Z) an die Kaltstarteinrichtung (KE) wird dabei sichergestellt, daß bei einem erneuten Kaltstart die Kaltstarteinrichtung (KE) erneut eingeschaltet werden kann. Die Schwellwerte der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) werden dabei je nach dem vorliegenden Anwendungsfall derart gewählt, daß ein Überschwingen der Innenraumtemperatur über die Sollwerttemperatur vermieden wird oder bewußt herbeigeführt wird.

Claims (21)

1. Verfahren zur Regelung der Innenraumtemperatur, insbesondere von Kraftfahrzeugen, bei dem eine Solltemperatur vorgegeben wird und eine Innenraumtemperatur gemessen wird, bei dem eine erste Differenz aus der Solltemperatur und der Innenraumtemperatur gebildet wird, die einem Regler zugeführt wird, bei dem der Regler einen Regelwert bildet, in Abhängigkeit dessen der Regler eine Stelleinrichtung ansteuert, wobei die Stelleinrichtung ein Stellglied zur Beeinflussung der dem Innenraum zugeführten Wärmemenge verstellt, bei dem ein Lagesignal des Stellglieds gemessen wird und eine zweite Differenz aus dem Regelwert und dem Lagesignal gebildet und der Stelleinrichtung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Außentemperatur gemessen wird, daß die erste Differenz aus der Solltemperatur, der Innenraumtemperatur und der Außentemperatur gebildet wird, daß der Regelwert einer Kaltstarteinrichtung (KE) zugeführt wird, daß die Kaltstarteinrichtung in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten für den Regelwert eingeschaltet wird, daß die Kaltstarteinrichtung (KE) in Abhängigkeit von der Außentemperatur ein Korrektursignal bildet, daß aus dem Korrektursignal und der zweiten Differenz eine Summe gebildet wird, die die Stelleinrichtung (ST) ansteuert,
daß die Kaltstarteinrichtung (KE) in Abhängigkeit von vorgegebenen Schwellwerten für den Regelwert ausgeschaltet wird und daß ein Abbau des Korrektursignals erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Korrektursignal für einen vorgegebenen Außentemperaturbereich für kleiner werdende Außentemperaturen größer wird und daß unterhalb einer vorgegebenen Außentemperatur ein konstantes Korrektursignal gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltung der Kaltstarteinrichtung (KE) um eine vorgegebene erste Zeit verzögert erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschaltung der Kaltstarteinrichtung (KE) um eine vorgegebene zweite Zeit verzögert erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der zweiten Zeit das Korrektursignal kontinuierlich oder diskontinuierlich auf Null geregelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltstarteinrichtung (KE) nach dem ersten Ausschalten der Kaltstarteinrichtung (KE) fortwährend in dem ausgeschalteten Zustand verriegelt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Einschalten der Stromversorgung ein Rücksetzen der Kaltstarteinrichtung (KE) erfolgt.

8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Kaltstarteinrichtung (KE) ein festgelegtes oder variables Überschwingen der Innenraumtemperatur über die vorgegebene Solltemperatur vorgegeben wird.

9. Einrichtung zur Regelung der Innenraumtemperatur, insbesondere von Kraftfahrzeugen, mit einem elektrischen Regler, der zum einen über einen ersten Subtrahierer mit einem Solltemperaturgeber und einem Innenraumtemperaturfühler verbunden ist und zum anderen mit einer Stelleinrichtung verbunden ist, die ein Stellglied zur Beeinflussung der dem Innenraum zugeführten Wärmemenge, in Abhängigkeit von dem von dem Regler gebildeten Regelwert, ansteuert und mit einem Lagesignalgeber an dem Stellglied, der mit einem zweiten Subtrahierer in der Verbindung zwischen dem Regler und der Stelleinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Außentemperaturfühler (TA) mit dem ersten Subtrahierer (S1) verbunden ist, daß der Ausgang (G) des Reglers (R) mit einer Kaltstarteinrichtung (KE) verbunden ist, die eine Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) und eine Verstelleinrichtung (SA) aufweist, daß die Verstelleinrichtung (SA) mit dem Außentemperaturfühler (TA) verbunden ist und daß die Verstelleinrichtung (SA) mit dem zweiten Subtrahierer (S2) verbunden ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (SA) mit einem Addierer (A) verbunden ist, der in der Verbindung zwischen dem zweiten Subtrahierer (S2) und der Stelleinrichtung (ST) angeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) einen ersten Speicher für Schwellwerte zum Ein- und Ausschalten der Kaltstarteinrichtung (KE) aufweist.

12. Einrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) einen ersten Komparator mit Hysteresefunktion aufweist.

13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (SA) einen zweiten Speicher aufweist, in dem mindestens eine Kennlinie zur Bildung eines Korrektursignals in Abhängigkeit von der Außentemperatur abgespeichert ist.

14. Einrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (SA) einen Verstärker aufweist, der einen begrenzten vorgegebenen Verstärkungs- oder Abschwächungsbereich aufweist und der mit dem Außentemperaturfühler (TA) und dem zweiten Subtrahierer (S2) oder dem Addierer (A) zur Bildung eines Korrektursignals verbindbar ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (G) des Reglers (R) über eine Verzögerungseinrichtung (V), die ein erstes Zeitglied aufweist, mit der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) verbunden ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstelleinrichtung (SA) ein zweites Zeitglied aufweist.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Zeitglied mit dem zweiten Speicher oder dem Verstärker zur Beeinflussung des Korrektursignals verbunden ist.

18. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltstarteinrichtung (KE) eine Verriegelungseinrichtung (VE) aufweist, die mit der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE) verbunden ist.

19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Kaltstarteinrichtung (KE) zur Rücksetzung der Verzögerungseinrichtung (V), der Schwellwerterkennungseinrichtung (SE), der Verstelleinrichtung (SA) und der Verriegelungseinrichtung (VE) bei jedem Einschalten der Stromversorgung mit einem Rücksetzeingang (Z) verbunden ist.

20. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel- und/oder die Kaltstarteinrichtung (KE) Teil eines Mikrorechners sind.

21. Einrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindung zwischen dem Solltemperaturgeber (TS) und dem ersten Subtrahierer (S1) oder in einer Verbindung zwischem dem Solltemperaturgeber (TS) und dem zweiten Subtrahierer (S2) ein Proportional-Differential-Glied (P) angeordnet ist.