DE4031050A1

DE4031050A1 - Heiz- und/oder klimasystem fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE4031050A1
Application number: DE19904031050
Authority: DE
Inventors: Hans-Volker Dipl Ing Fritzsche
Original assignee: UHER AG
Current assignee: UHER AG
Priority date: 1989-10-03
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1991-04-11
Also published as: AT394162B; ATA228989A

Description

Die Erfindung betrifft ein Temperaturregelungssystem für eine Klima- und/oder Heizanlage eines Kraftfahrzeuges, bei dem in der Luftführung eine mittels eines Stellmotors betätigbare Um luftklappe zur Dosierung des Verhältnisses Frischluft zu Umwälz luft (Luft aus dem Fahrzeuginnenraum) angeordnet ist.

Bei großem Heizbedarf durch die Scheiben des Kraftfahrzeuges kann es zu einem Zustand des Energiemangels im Heizsystem kom men. Dies ist besonders bei kaltem Motor und bei sehr energie sparendem Fahren bei tiefen Außentemperaturen und starkem Wind der Fall. Es ist derzeit bekannt, in diesen Fällen die Umluft klappe auf die Position Umluft zu schalten. Damit verringert sich schlagartig der Wärmebedarf des Systems. Zusätzlich steigt die Luftfeuchtigkeit durch die Feuchteabgabe der Insassen. Pro Person wird ca. 35-160 g/h abgegeben. Dies kann zu einem Be schlagen der Scheiben führen, da der Taupunkt der Innenluft an den kalten Scheiben leicht unterschritten wird.

Bei einem Umschalten der Umluftklappe von Frischluft auf Umluft, wird nicht nur ein Störimpuls auf die Regelstrecke gegeben, son dern das System ändert seine Parameter. Damit werden andere Kenngrößen des Reglers nötig. Bei einem Umschalten von Umluft auf Frischluft kann der Regler im Normalfall nicht schnell ge nug nachsteuern. Dadurch kommt es kurzzeitig zu einem Einblasen von kalter Außenluft in den Innenraum.

Ein ähnliches Verhalten zeigt sich im Kühlbetrieb. Falls die Kühlleistung nicht ausreicht wird auf Umluft geschaltet. Damit verändern sich wie beim Heizbetrieb die Parameter der Strecke. Beim Kühlbetrieb kommt als weitere Erschwernis hinzu, daß das Kühlaggregat taktet. Dies kann man als Rechteckfunktion be trachten, die regelungstechnisch zusätzlich eine Störung be deutet.

Ein angenehmeres Verhalten des Klimasystems wird im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen durch das erfindungsgemäße Tem peraturregelungssystem dadurch erreicht, daß eine Umluftklappe mit einem eigenen Regler kontinuierlich in den Temperaturre gelungsprozeß eingreift, wobei der Regler der Umluftklappe wesentlich träger als der Temperaturregler zu dimensionieren ist und daß eine übergeordnete Kontrolleinheit in regelmäßigen Zeitabständen überprüft, ob der Temperaturregler noch eine ge wisse Reserve in seinem Verstellbereich hat, und falls dies der Fall ist, ist der Umluftanteil um einen gewissen Anteil zu re duzieren, was zur Folge hat, daß ein Vorrang des Frischluftan teils gegenüber dem Umluftanteil besteht.

Damit wird erzielt, daß die Strecke als System seine Parameter nicht mehr sprungförmig sondern kontinuierlich ändert. Falls die Parameter der Umluftklappensteuerung langsam einwirken, kann sich der Temperaturregler auf den neuen Zustand leichter einstellen. Es kommt zu keinen Sprüngen der Temperatur des Einblaskanals. Dabei ist das Zeitverhalten der Umluftklappen regelung wesentlich träger zu bemessen als das des Temperatur reglers.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bekommt der Regler der Umluftklappe nach Ablauf einer von der Temperaturregelab weichung abhängigen Zeitspanne nach Beginn des Belüftungsvor anges einen Verstellbereich so zugewiesen, daß die Umluftmenge einen von der jeweiligen Belüftungsfördermenge abhängigen Maxi malwert nicht überschreitet und die Grenzkennlinien bei Kühl kompressorbetrieb in Richtung früheren Eingreifzeitpunkt und größeren Umluftanteil verschoben sind. Dadurch wird dem Regler Zeit zur Erreichung des Sollwertes gegeben. Bei einer langsamen Änderung der Umluftklappe steigt die Feuchtigkeit des Innen raumes nicht so schnell an. Die Scheiben sind sofort nach dem Start auf Außentemperatur. Dadurch würde auch durch geringfügi ge Zugabe von Feuchtigkeit durch Personen und Kleidung der Tau punkt der Innenraumluft sofort unterschritten. Bei leichter An hebung der Scheibeninnentemperatur kann etwas Feuchtigkeit im Innenraum vorhanden sein. Damit wird die Zeit nach dem Starten des Systems ein weiteres Kriterium für den Umluftbetrieb. Die Luftgeschwindigkeit ergibt die Luftmenge, die in den Innenraum gelangt. Bei größeren Luftmengen kann der Umluftanteil größer sein, da die Feuchteabgabe der Personen mit mehr Frischluft ge mischt wird. Dadurch ist die relative Feuchte kleiner als bei kleiner Luftgeschwindigkeit.

Es ist zweckmäßig, daß mit manueller Einstellung die Automatik überschrieben werden kann, und daß der Schließbefehl schnell ausgeführt werden kann. Dies ist oft nötig, um Schadstoffe der Umgebung vom Fahrgastraum fernzuhalten.

Weiters ist es zweckmäßig, daß ein Fehlerfall des Prozessors von einer Überwachungseinrichtung erkannt wird, und in diesem Fall auf Position Frischluft geschaltet wird, und daß die An steuerung der Frischluftposition im Prozessorfehlerfall dadurch erreicht wird, daß die normale Ansteuerung abgeschaltet wird und eine zusätzliche Ansteuerung für den Motor eingeschaltet wird. Dies ist nötig, um ein Beschlagen der Scheiben im Fehler fall zu vermeiden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Regel konstanten des Temperaturreglers eine vorgebbare zusätzliche Abhängigkeit von der jeweiligen Einstellung der Luftvertei lungsvorrichtung und der Umluftklappe auf.

Denn ganz maßgeblich hängen die Zeitkonstanten der Übertra gungsfunktion davon ab, ob der Temperaturfühler vom Luftstrom direkt getroffen wird und damit den Temperaturänderungen der einströmenden Luft direkt ausgesetzt ist, oder ob der Tempera turfühler abseits vom Luftstrom liegt und demgemäß die Ände rung der Temperatur erst nach langer Durchmischungszeit der Luft wahrnimmt.

Bei einem kontinuierlichen Ändern zwischen Frischluft und Um luft sind die Verstärkungsfaktoren der Hauptregler kontinuier lich zu ändern. Somit wird das Zeitverhalten der Regler an die neuen Streckenzustände angepaßt.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles mit Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die realisierte Schaltung mit Aktuatoren,

Fig. 2 das Gesamtsystem nach regelungstechnischen Gesichtspunk ten,

Fig. 3 den Bereich des maximalen Umluftanteiles,

Fig. 4 die Ansteuerelektronik der Umluftklappe.

Fig. 1 zeigt die realisierte Schaltung mit den Aktuatoren. Die Regelfunktionen werden größtenteils in einem Mikrokon troller realisiert. Hierbei bedeutet:
TE einen Temperaturfühler der Innenraumtemperatur
TA einen Temperaturregler Aktuator (z B. Heizventil)
SM einen Steuermotor
AU eine Ansteuerung der Umluftklappe. Sie ist näher in Fig. 4 beschrieben.
TS eine Tastatur für Sollwerteingabe
V1 einen Verstärker zur Ansteuerung des Aktuators
V2 einen Verstärker zur Ansteuerung der Luftverteilungseinrich tung
µP einen Mikroprozessor.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt das Gesamtsystem der Regeleinrich tung der erfindungsgemäßen Klimaanlage zusammen mit dem Fahr zeuginnenraum G(s). Man betrachtet die dynamischen Temperatur eigenschaften der zu regelnden Strecke als Übertragungsfunktion. G(s) bedeutet die Näherung der zu regelnden Strecke durch eine Übertragungsfunktion in Laplace-Form. G(s) stellt in diesem Fall eine Reihenschaltung eines Totzeitgliedes mit einem Ver zögerungslied 1. Ordnung dar. Eine Kontrolleinheit KE steuert die Zusammenarbeit der beiden Regler. Hierbei bedeutet weiters:
RT einen Temperaturregler
RU einen Umluftregler
SU einen Summierer
TI die Innentemperatur
TS die Solltemperatur
Epsilon die Regelungsabweichung
P den Anteil der Aufgaben, die im Mikroprozessor realisiert sind
D/A sind zwei Digital/Analog-Wandlungen
A/D ist eine Analog/Digital-Wandlung.

Fig. 3 zeigt den maximalen Umluftanteil V_max als Funktion der Zuluftmenge. Diese Information ist in der Kontrolleinheit KE abgespeichert und wird von dieser überwacht. V_max ist der größte Wert der Umluftmenge, der vom Regler der Umluftklappe RU ange steuert werden kann. Die Zeit nach dem Starten der Anlage ist t. Die Kennlinien 1-3 stellen eine Kurvenschar dar. Sie bilden den Zusammenhang zwischen der Zeit seit dem Start des Systems und der maximalen Umluftmenge. Der Parameter ist die Regelungs abweichung Epsilon in Grad C.

Die Kenngröße V_max ist zur Zuluftmenge proportional. Bei Kühl betrieb werden die Kennlinien in Richtung größerer Umluftmenge verschoben.

Fig. 4 zeigt die Ansteuerung der Umluftklappe. Die Transistoren T₁-T₆ steuern den Motor M im normalen Betriebsfall an. Sie sind als H-Brücke geschaltet. Von Pin1 und Pin2 wird die Brücke von einem Prozessor angesteuert. Über AD1 und AD2 kann der Prozessor die Schaltung mittels Messung des Spannungsabfalles am Wider stand R auf Überstrom kontrollieren und schützen. Es ist üblich, daß ein Prozessor mit seiner Software logische Schleifen durch läuft. Zur Sicherung gegen Programmfehler oder Hardwarefehler ist die Logik des Programms so geschrieben, daß in regelmäßigen Abständen eine bestimmte Stelle im Programm angesteuert wird. Von diesem angesteuerten Programmteil wird der logische Zustand an einem externen Pin (Pin3) geändert. Damit entstehen Recht eckimpulse (Watch Dog Impulse). Es ist üblich mit externen Bau elementen diese Impulse auszuwerten. Falls sie nicht abgegeben werden, bedeutet dies ein Fehlverhalten. Die externen Bauele mente bewirken in diesem Fall, daß der Prozessor am Anfang des Softwareprogramms wieder startet.

Von der Einrichtung gemäß der Erfindung werden diese Impulse zusätzlich verwendet um im Fehlerfall des Prozessors die Stel lung Frischluft mit Hilfe folgender Systematik anzusteuern. Mit Kondensator C₁ werden sie differenziert. Mit Komperator KP1 wird, falls positive Impulse an seinem Eingang auftreten, der Kondensator C₂ entladen.

Falls diese ausbleiben, lädt sich Kondensator C₂ über einen Schwellwert auf. In diesem Fall schaltet Komparator KP2 die Transistoren T₇-T₉ durch. Transistor T₉ sperrt die Brücken ansteuerung ab. Die Transistoren T₇ und T₈ schalten den Motor M in Richtung Frischluft. Mittels Potentiometer P wird die Stellung der Umluftklappe an den Prozessor zurückgemeldet.

Claims

1. Temperaturregelungssystem für eine Klima und/oder Heizanlage eines Kraftfahrzeuges, bei dem in der Luftführung eine mittels eines Stellmotors betätigbare Umluftklappe zur Dosierung des Verhältnisses Frischluft zu Umwälzluft (Luft aus dem Fahrzeug innenraum) angeordnet ist, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Umluftklappe mit einem eigenen Regler (RU) kontinuierlich in den Temperaturregelungsprozeß eingreift, wobei der Regler der Umluftklappe (RU) wesentlich träger als der Temperaturregler (RT) zu dimensionieren ist und daß eine übergeordnete Kontrolleinheit (KE) in regelmäßigen Zeitabständen überprüft, ob der Temperaturregler noch eine ge wisse Reserve in seinem Verstellbereich hat, und falls dies der Fall ist, ist der Umluftanteil um einen gewissen Anteil zu reduzieren, was zur Folge hat, daß ein Vorrang des Frisch luftanteiles gegenüber dem Umluftanteil besteht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß dem Regler der Umluftklappe nach Ablauf einer von der Temperaturreglerabweichung abhängigen Zeitspanne (T₁...) nach Beginn des Belüftungsvorganges ein Verstellbereich so zugewiesen wird, daß die Umluftmenge einen von der jeweili gen Luftfördermenge abhängigen Maximalwert (V_max) nicht über schreitet und die Grenzkennlinien bei Kühlkompressorbetrieb in Richtung früheren Eingreifzeitpunkt und größerem Umluftanteil verschoben sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge kennzeichnet, daß mit manueller Einstellung die Automatik überschrieben werden kann und desweiteren, daß bei manuellem Befehl "Umluft" der Schließvorgang schnell geschieht.

4. Einrichtung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Fehlerfall des Prozessors von einer Überwachungseinrichtung erkannt wird, und in diesem Fall auf Position Frischluft geschaltet wird, und daß die An steuerung der Frischluftposition im Prozessorfehlerfall dadurch erreicht wird, daß die normale Ansteuerung abgeschaltet wird und eine zusätzliche Ansteuerung für den Motor eingeschaltet wird.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Regelkon stanten des Temperaturreglers eine vorgebbare zusätzliche Ab hängigkeit von der jeweiligen Einstellung der Luftverteilungs vorrichtung und der Umluftklappe aufweisen.