DE4123882A1

DE4123882A1 - Verfahren zur regelung der heizung in einem kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE4123882A1
Application number: DE4123882A
Authority: DE
Inventors: Herbert Dipl Ing Wieszt
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler AG
Priority date: 1991-07-18
Filing date: 1991-07-18
Publication date: 1993-01-21
Anticipated expiration: 2011-07-19
Also published as: DE4123882C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Heizung in einem Kfz gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Verfahren ist bekannt (Heizungsregelung im Fahr zeug Typ W 140 Mercedes-Benz), wobei durch die Verwendung eines PI-Reglers und durch dessen I-Anteil die Ausregelung der Regel differenz zu Null vorteilhaft erreicht wird. Hierbei wird an hand der herrschenden Regelabweichungen dTi über den Regelal gorithmus des PI-Reglers eine Stellgröße TBSoll errechnet, d. h. die Blasluft-Solltemperatur mit der das Fahrzeug belüftet wird. Da eine reine Heizanlage ohne Kälteanlage nicht kühlen kann, kann bei besonderen Störgrößeneinflüssen, wie starke Son neneinstrahlung oder einer Außentemperatur größer als das er rechnete TBSoll, die eingestellte Sollwerttemperatur TSoll nicht eingehalten werden. Die Regelabweichung dTi ist negativ, wobei eine ständig gleichbleibend negative oder sich weiter verkleinernde Regelabweichung beim PI-Regler ein ständiges Ab integrieren von TBSoll verursacht, so daß man TBSoll begrenzt, bspw. auf -10°C. Machen jedoch zurückgehende Störgrößenein flüsse, bspw. eine sinkende Außentemperatur, ein Dazuheizen er forderlich, dann zeigt der PI-Regler ein ungenügendes Verhalten bezüglich der Anhebung der Blaslufttemperatur, so daß sich u. U. ein Kältegefühl einstellen kann. Die Innenraumtemperatur muß erst deutlich unter den Sollwert absinken, bevor die Blasluft temperatur die Ausgangswerte wieder erreicht.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, das gattungsgemäße Verfah ren diesbezüglich noch weiter zu verbessern.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs gelöst, wobei vorteil hafte Ausbildungen durch die Merkmale der Unteransprüche ge kennzeichnet sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dar gestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm mit einer Kennlinie bezüglich des Einflußes eines PI-Reglers und Kennlinien bezüg lich des Einflußes einer Reglerumschaltung von PI- auf P-Regler,

Fig. 2 ein Diagramm mit Kennlinien bezüglich des Ein flußes einer Abschaltung des I-Parameters des PI-Reglers und

Fig. 3 ein Diagramm mit Kennlinien bezüglich des Ein flußes einer Änderung der Parameter des PI-Reg lers,
jeweils bezogen auf die Stellgröße TBSoll bei Überschreitung der Solltemperatur TSoll durch die Innenraumtemperatur.

Anhand der in der Zeichnung dargestellten Diagramme wird das Verfahren näher erläutert, wobei eine Überheizung des Innen raumes des Fahrzeuges aufgrund von Störgrößeneinflüssen simu liert ist, welche sich als Maß in der Regelabweichung dTi [K] gemäß der Kennlinie 1 darstellt, wobei dTi = TSoll - Ti stark negativ ist (TSoll = eingestellte Sollwerttemperatur und Ti = gemessene Innentemperatur im Fahrzeug). Im eingeregelten Zu stand ist dTi = 0, d. h. Sollwert- und Innentemperatur sind gleich.

Wie aus Fig. 1 und dort anhand der Kennlinie 2 dargestellt (aus gezogene Linie) ersichtlich ist, wird bei einer reinen PI-Rege lung wegen des I-Anteils des PI-Reglers die Stellgröße TBSoll aufgrund der Regelabweichung dTi bis zu ihrer festgelegten Un tergrenze - bei -10°C - abintegriert. Sinkt nun aufgrund von zurückgehenden Störgrößeneinflüssen die Innentemperatur Ti ab, so nähert sich dTi dem 0-Wert oder unterschreitet ihn gering fügig. Anhand der Kennlinie 2 ist ersichtlich, daß es sehr lan ge dauert, bis wieder geheizt wird - TBSoll ist immer noch ne gativ, obwohl die Regelabweichung dTi = 0 ist -, da nur der I-Anteil und die Abweichung zum Sollwert für die Erhöhung der Stellgröße TBSoll verantwortlich sind.

Entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren nach der Kennlinie 3 erfolgt zunächst ebenfalls eine PI-Regelung, analog dem Kenn linienabschnitt 3.1. Werden nun aufgrund von Störgrößeneinflüssen die Gegebenheiten - Grenzen für eine Umschaltung - er reicht, daß die Regelabweichung dTi < -2 K beträgt und die Stellgröße TBSoll 0 Grad unterschreitet, so wird der PI-Regler abgeschaltet und die Regelung erfolgt so lange ausschließlich mit einem P-Regler - Kennlinienabschnitte 3.2 -, bis dTi < - 1 K (Grenze für Umschaltung) - bei 1.1 - wird. Sodann wird wieder auf den PI-Regler umgeschaltet und es liegt wieder eine PI-Regelung - Kennlinienabschnitt 3.3 - vor. Ersichtlich ist bei einem dTi um 0 K die Stellgröße TBSoll bereits wieder im posi tiven Bereich, im Vergleich zur reinen PI-Regelung.

Um einen möglichst nahtlosen Heizungsbetrieb nach einem länge ren Kühlbetrieb einzuleiten und ohne Temperatursprung eine Umschaltung von P- auf PI-Regelung zu gewährleisten, wird die Stellgröße TBSoll bei der PI-Regelung gemäß dem Ausführungs beispiel berechnet nach der Formel (1):

TBSoll_(k) = TBSoll_(k-1) + q0 · (TSoll - Ti)_(k) + q1 (TSoll - Ti)_(k-1) (1)

worin bedeuten:
k im Zeitpunkt k, k ist Element der natürlichen Zahlen 1, 2, 3 . . . und wird vorteilhaft im Sekundenrhythmus erhöht,
q0=Verstärkungsfaktor v des P-Anteils, bspw. v=2,5
q1=v·(t0/tn-1)
mit
t0=Periodendauer des Gesamtregelungszyklus, bspw. 3 sec
tn=Reglerzeitkonstante des I-Anteils, bspw. 150 sec.

Hingegen wird für die P-Regelung TBSoll berechnet nach der For mel

TBSoll_(k) = 8 · (TSoll - Ti)_(k) + 20 K .

Anzumerken ist, daß die beispielsweise genannten Werte für v, t0, tn auf den einzelnen Fahrzeugtyp abgestimmt werden müssen.

Durch die Reglerumschaltung und die Berechnung der Stellgröße TBSoll nach obiger Formel findet zwar ein Temperatursprung statt, der wertemäßig in den negativen Bereich fällt, dadurch aber keine Auswirkungen auf die tatsächliche Blasluft hat - wenn die Stellgröße TBSoll die Blasluft-Solltemperatur des Wär metauschers ist -, da die tatsächliche Blasluft durch die erhöhte Außentemperatur sowieso deutlich höher liegt als der rechnerisch vorgegebene Wert.

Während bei der Kennlinie 3 als Grenzen für die Umschaltung dTi und TBSoll herangezogen werden, kann in einer Variante die Ab hängigkeit von TBSoll auch entfallen, so daß sich ein resultie render Verlauf von TBSoll nach der Kennlinie 4 ergibt.

Statt einer Reglerumschaltung (PI-, P-, PI-Regler) besteht aber auch die Möglichkeit, die I-Parameter des PI-Reglers abzuschal ten, so daß aus dem PI-Regler ein P-Regler wird, ohne daß die Berechnungsformel gewechselt werden muß. Entsprechend diesem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt nach der Kennlinie 5 in Fig. 2 zunächst ebenfalls eine PI-Regelung, analog dem Kennli nienabschnitt 5.1. Werden nun die Grenzen für eine Umschaltung erreicht (z. B. dTi < - 2 K, TBSoll < 0°C), so wird der I-Parameter des PI-Reglers abgeschaltet und die Regelung erfolgt so lange ausschließlich als P-Regelung - Kennlinienabschnitte 5.2 - bis z. B. dTi < -1 K (Grenze für Umschaltung) - bei 1.1 - wird. Sodann wird der I-Parameter des PI-Reglers wieder zuge schaltet, so daß wieder eine PI-Regelung - Kennlinienabschnitt 5.3 - vorliegt. Ersichtlich ist auch hier bei einem dTi um 0 K die Stellgröße TBSoll bereits wieder im positiven Bereich, im Vergleich zur reinen PI-Regelung nach Kennlinie 2 in Fig. 1.

Auch hierbei wird die Stellgröße TBSoll bei der PI-Regelung nach Formel (1) berechnet. Ebenso wird bei der P-Regelung die Stellgröße TBSoll nach der Formel (1) berechnet, jedoch beträgt aufgrund Parameteränderung nunmehr q0 ein Vielfaches von q0 bei der PI-Regelung - bspw. q0 (PI) = 2,5 und q0 (P) = 8, wobei diese Werte ebenfalls auf den einzelnen Fahrzeugtyp abgestimmt werden müssen - und q1 wird gleich -q0 gesetzt. Während bei der Kennlinie 5 als Grenzen für die Abschaltung dTi und TBSoll herangezogen werden, kann auch die Abhängigkeit von TBSoll entfallen, so daß sich ein resultierender Verlauf von TBSoll nach der Kennlinie 6 ergibt. Wird zudem noch die Grenze für die Zuschaltung des I-Parameters variiert, bspw. statt dTi < -1 K nunmehr dTi < -2 K - bei 1.2 -, so verläuft die Kennli nie 6 in ihrem Endbereich entsprechend dem Kennlinienabschnitt 6.1.

Ferner besteht statt einer Abschaltung des I-Parameters auch die Möglichkeit, eine quasi P-Regelung durch Änderung der Para meter des PI-Reglers herbeizuführen. Entsprechend diesem erfin dungsgemäßen Verfahren erfolgt nach der Kennlinie 7 in Fig. 3 zunächst ebenfalls eine PI-Regelung, analog dem Kennlinienab schnitt 7.1. Werden nun die Grenzen für eine Umschaltung er reicht (dTi < -2 K, TBSoll < 0°C), so werden die Parameter des PI-Reglers erheblich geändert und die Regelung erfolgt so lange ausschließlich als quasi P-Regelung - Kennlinienabschnitte 7.2 -, bis dTi < -1 K (Umschaltgrenze) - bei 1.1 - wird. Sodann werden die Parameter wieder auf die ursprünglichen Werte geän dert, so daß wieder eine PI-Regelung - Kennlinienabschnitt 7.3 - vorliegt. Auch hierbei wird die Stellgröße TBSoll bei der PI-Regelung nach Formel (1) berechnet, ebenso bei der quasi P-Regelung, jedoch betragen nunmehr q0 und tn ein Vielfaches von q0 und tn bei der PI-Regelung - bspw. q0 (PI) = 2,5, q0 (P) = 8; tn (PI) = 150, tn (P) = 640 -, wobei diese Werte ebenfalls auf den einzelnen Fahrzeugtyp abgestimmt werden müssen. Während bei der Kennlinie 7 als Grenzen für die Parameterände rung dTi und TBSoll herangezogen werden, kann auch hier die Abhängigkeit von TBSoll entfallen, so daß sich ein resultie render Verlauf von TBSoll nach der Kennlinie 8 ergibt.

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Heizung in einem Kraftfahrzeug, bei welchem eine Regelabweichung dTi zwischen einer einstell baren Sollwerttemperatur TSoll und einer gemessenen Innentem peratur Ti durch Regelung einer Stellgröße TBSoll mittels eines PI-Reglers ausgeregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei aufgrund von Störgrößeneinflüssen erreichten Gegeben heiten wenigstens bei einer negativen Regelabweichung dTi = TSoll - Ti < -x K die Regelung auf eine P-Regelung umgeschaltet wird und auf die PI-Regelung dann wieder rückgeschaltet wird, wenn die Regelabweichung dTi < -y K ist, wobei -y ≧ -x.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die P-Regelung durch Umschaltung von dem PI-Regler auf ei nen P-Regler erfolgt (Fig. 1).

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die P-Regelung durch Abschaltung des I-Parameters des PI- Reglers erfolgt (Fig. 2).

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die quasi P-Regelung durch eine Änderung der Parameter des PI-Reglers erfolgt (Fig. 3).

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu der negativen Regelabweichung auch die Be dingung TBSoll < 0°C erfüllt sein muß.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelabweichung dTi mit x = 2 und y = 1 bzw. 2 festge legt ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer PI-Regelung die Stellgröße TBSoll wie folgt be rechnet wird: TBSoll_(k) = TBSoll_(k-1) + q0 · (TSoll - Ti)_(k) + q1 · (TSoll - Ti)_(k-1)worin bedeuten:
k im Zeitpunkt k
q0 der Verstärkungsfaktor v des P-Anteils
q1 = v · (t0/tn - 1)
mit
t0 = Periodendauer des Gesamtregelungszyklus
tn = Reglerzeitkonstante des I-Anteils.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei der P-Regelung die Stellgröße TBSoll wie folgt berech net wird: TBSoll_(k) = 8 · (TSoll - Ti)_(k) + 20 K.

9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei der P-Regelung die Stellgröße TBSoll nach der Formel der PI-Regelung berechnet wird, jedoch q0 bei der P-Regelung ein Vielfaches von q0 bei der PI-Regelung beträgt und q1 = -q0 gesetzt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei der quasi P-Regelung die Stellgröße TBSoll nach der Formel der PI-Regelung berechnet wird, jedoch q0 und tn bei der quasi P-Regelung ein Vielfaches von q0 und tn bei der PI-Rege lung betragen.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße TBSoll auf -10°C bis -20°C begrenzt ist.

12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Sollwerttemperatur TSoll als auch die Stellgröße TBSoll jeweils als arithmetischer Mittelwert aus der linken und rechten Solltemperatur im Fahrzeug gebildet ist.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellgröße TBSoll die Blasluft-Solltemperatur des Wär metauschers der Heizung darstellt.