DE4141224A1

DE4141224A1 - Verfahren zur steuerung der heizleistung eines flaechenheizelementes

Info

Publication number: DE4141224A1
Application number: DE19914141224
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Bauerhin I G Elektro Tech
Current assignee: Bauerhin I G Elektro Tech
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-06-17
Anticipated expiration: 2011-12-14
Also published as: DE4141224C2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Heizleistung eines Flächenheizelementes, insbe sondere einer Kfz-Sitzheizung, wobei zunächst die gewünschte Temperatur des Flächenheizelementes als Sollwert vorgegeben und dann der Istwert in Form einer temperaturabhängigen Zeitsteuerung einer Heiz energiequelle an den Temperatursollwert herangeführt wird.

Bei Kfz-Sitzheizungen ist es bekannt, die Heizleistung über eine Sollwertvorgabe zu regeln, wobei die Tempe ratur der Sitzheizung über einen Meßfühler erfaßt wird und als Istwert zur Regelung der Heizleistung herangezogen wird. Die Regelung ist jedoch ungenau, da die Temperaturerfassung nicht an der Sitzoberfläche sondern im Sitz durchgeführt wird. Dadurch ergeben sich Totzeiten im Regelsystem, die sich derart auswirken, daß bei Heraufschaltung des Sollwertes die Heizleistung vor Erreichen des Sollwertes reduziert wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einem Verfahren zur Steuerung der Heizleistung eines Flächen heizelementes die beschriebenen Nachteile zu vermeiden und insbesondere das Regelverhalten in der Weise zu optimieren, daß die Temperatur des Flächenheizelementes dem Sollwert unmittelbar folgt und gleichzeitig eine technische Vereinfachung durch Wegfall des Temperatur fühlers im Heizelement und entsprechende Verkürzung der Kabellänge erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in den Patentansprüchen angegebenen Merkmale ver wirklicht.

Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht darin, daß die Heizleistung des Flächenheizelementes in drei phasen erbracht wird, wobei in der Aufheizphase die maximale Heizleistung für eine Zeit t_A an das Flächen heizelement gegeben wird, in der Dauerheizphase nur eine prozentuale Heizleistung von 50 bis 90 % und in der Wechselheizphase eine entsprechend der Herauf- bzw. Herabsetzung des Temperatursollwertes prozentual verminderte bzw. vergrößerte Heizleistung an das Heiz element abgegeben wird.

Weitere Einzelheiten werden im folgenden anhand mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild der erfindungsge mäßen Steuerung der Heizleistung eines Flä chenheizelementes dargestellt. Die Sollwert vorgabe erfolgt über einen potentiostaten, wobei die Analogwerte im Rechenwerk in Digi talsignale umgewandelt werden.

Ferner ist zur Messung der Umgebungstemperatur ein Temperaturfühler erforderlich, der im vor liegenden Fall als Innentemperaturfühler be zeichnet ist. Auch diese Signale werden in Digitalform umgewandelt, wobei das Rechenwerk (CPU) die Rechenbefehle aus einem Festwert speicher (ROM) zusammen mit den Eingabedaten aus dem Datenspeicher (RAM) abarbeitet und da raus ein Signal S an den Leistungsschalter ab gibt. Dieser Leistungsschalter ist mit der Heizung, z. B. einer Kfz-Sitzheizung verbun den, so daß hier entsprechend der Sollwert vorgabe eine Heizleistung in einer bestimmten Zeit abgegeben wird.

Diese Vorgänge sind in Fig. 2 in einem Temperatur/Zeit diagramm nochmals ausführlicher dargestellt. Auf der Zeitachse ist die Anheizphase t_A, die Dauerheizphase t_B, die Wechselheizphase t_W und eine erhöhte Dauerheiz phase zu erkennen. Auf der Temperaturachse ist die Sitz oberflächentemperatur in °C aufgetragen, wobei die Tempe ratursteigerung in der Anheizphase bei 100% Heizleistung ein Maximum aufweist. In der Dauerheizphase wird bei verminderter Heizleistung so lange die Temperatur kon stant gehalten, bis eine Veränderung in der Wechselheiz phase durch Verstellen der Sollwertvorgabe erfolgt.

Zur Einstellung der Sollwertvorgabe wird ein Stellglied aus einem achtstufigen Schalter verwendet, mit dem eine feinstufige Regelung erfolgen kann. Um einen hohen Komfort der Regelung zu erhalten, sollte beim Hochschalten in eine höhere Stufe die Temperatur des Sitzes gering fügig über die eigentliche Regeltemperatur hinausgehen, um dann auf die Dauertemperatur zurückzufallen. Dies ist in der nachfolgenden Fig. 3 für Hochschalten und Runterschalten anhand von zwei bzw. drei Stufen des Sollwertgebers dargestellt. Die temperaturabhängige Zeitsteuerung soll das Verhalten der Regelung gemäß Fig. 3 möglichst genau nachbilden. Dazu wird die Um gebungstemperatur, z. B. die Fahrzeuginnentemperatur bei einem Kfz gemessen und nach Vergleich mit der Soll wertvorgabe, im Beispiel zwischen den Werten 1 und 8, wird daraus ein in Fig. 4 dargestelltes Zeitverhalten realisiert.

Die Stufen 1 bis 8 des Stellgliedes entsprechen einem Leistungsverhalten von 0-100%, wobei die Leistungs abgabe in den eingangs genannten drei Phasenbereichen (Anheizphase, Dauerheizphase, Wechselheizphase) er folgt.

In der Anheizphase soll die Sitzheizung 100% Leistung erhalten. Die Dauer der Anheizphase ermittelt sich zum einen aus der eingestellten Stufe des Sollwert gebers und der durch den Temperaturfühler gemessenen Umgebungstemperatur. Sowohl in Stufe 1 als auch in Stufe 8 wird allerdings die Umgebungstemperatur außer acht gelassen, weil hier die entsprechenden Extremwerte gelten.

Die in Fig. 4 dargestellte Geraden spiegeln die Verhältnisse zwischen Umgebungstemperatur und Einschalt zeit der Heizquelle wieder. Wird während der Anheiz phase die Sollwertvorgabe gewechselt, so verlängert oder verkürzt sich der Zyklus der Einschaltzeit auf den Wert der neuen Stufe. (Fig. 2) In der Dauerheizphase erfolgt eine prozentuale Herab setzung der Heizleistung entsprechend der in Anspruch 6 angegebenen Tabelle. Je nach Schalterstellung erfolgt eine Reduzierung auf 10 bis 40% der maximalen Heiz leistung. Somit wird nach Durchlaufen der Anheizphase ohne Rücksicht auf die jeweilige Umgebungstemperatur der Sitzheizung eine entsprechende Heizenergie zugeführt, wobei je nach den persönlichen Bedürfnissen eine dem vorgegebenen Sollwert entsprechende Endtemperatur in der Sitzheizung eingestellt wird.

Bei einer Änderung der vorgegebenen Temperatur tritt die Steuerung der Heizleistung in eine sogenannte Wechselheizphase ein, wobei für jede Stufe, die der Sollwertgeber nach oben geschaltet wird, die Heiz leistung von 100% für 40 bis 50 sec zugeführt wird. Wird beispielsweise von Stufe 2 nach Stufe 5 gewechselt, so erfolgt nach einer 100%igen Leistungsabgabe für 135 sec eine Dauerheizphase mit 25% Leistungsabgabe, während in der Stufe 2 vorher nur eine Leistungsab gabe von 15% der maximalen Heizleistung erfolgte.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird die Steuerung der Heizleistung derart ausgeführt, daß bei einer Abschaltzeit von weniger als 5 min die Anheizphase ausgelassen wird. Damit soll eine Über hitzung des Flächenheizelementes verhindert werden, weil bei mehrfacher Ein- und Ausschaltung sonst zu oft eine 100% - Heizleistung an das Heizelement ab gegeben wird.

Zur Unterdrückung von Schwingneigungen im Regelsystem wird in der CPU eine entsprechende Überwachungsein richtung installiert, die eine Überspannung oder Unter spannung erkennt und dann den Leistungsschalter auf Null bringt. Ebenso wird bei einer Unterbrechung der Stromzuführungsleitung und bei einer Erhöhung des Widerstandes des Heizelementes die Regelung abgeschal tet. Im RAM - Datenspeicher sind die Meßwerte für die Umgebungstemperatur T_U für den Sollwerttemperaturbe reich T_S, für die Anheizzeit t_A und für die Einschalt zeiten t₁, t₂, t_N gespeichert. Im ROM - Festwertspeicher sind die Rechenbefehle zur Durchführung der Rechen operationen der in den Ansprüchen 2 und 4 angegebenen Gleichungen abgespeichert, wobei auch ein Zugriff auf die jeweiligen Konstanten a, b, c möglich ist. Aus den Untersuchungsergebnissen kann geschlossen werden, daß zur Steuerung der Sitzheizung nur noch die Sitztempe ratur zu Beginn der Anheizphase vorgegeben werden muß. Alle übrigen Werte können nach den vorgegebenen Werten und den Gleichungssystemen berechnet werden, wobei die Umgebungstemperatur auch in großer Entfernung vom Sitz, beispielsweise in der Nähe des Sollwertgebers, gemessen werden kann. Damit wird eine technisch einfache und dem vorgegebenen Sollwert in idealer Weise nachfolgende Steuerung der Heizleistung eines Flächenheizelementes ermöglicht.

Claims

1. Verfahren zur Steuerung der Heizleistung eines Flächenheizelementes, insbesondere einer Kfz- Sitzheizung, wobei zunächst die gewünschte Tempe ratur des Flächenheizelementes als Sollwert vor gegeben und dann der Istwert in Form einer tempe raturabhängigen Zeitsteuerung einer Heizenergie quelle an den Temperatursollwert herangeführt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß in einer Aufheizphase die maximale Heiz leistung für eine Zeit t_A an das Flächenheiz element gegeben wird, wobei t_A sich bestimmt aus einem Basiswert t₀, der umgekehrt proportional zur Umgebungstemperatur des Flächenheizelementes ist und zwischen 0 bis 15 min liegt, und einem Referenzwert t_R, der sich aus dem eingestellten Temperatursollwert ergibt und zwischen 2-12 min liegt,
daß in der Dauerheizphase die Heizleistung um 50-90% herabgesetzt wird, wobei der Grad der prozentualen Herabsetzung in Abhängigkeit von dem Temperatursollwert bestimmt wird, und
daß in einer Wechselheizphase bei einer Herauf setzung des Temperatursollwertes die prozentuale Heizleistungfür eine berechnete Zeit t_B auf maxi male Heizleistung gesteigert wird, wobei die Zeit t_B proportional zur Sollwertdifferenz (T_Sneu-T_Salt ist und danach die durch den neuen Sollwert T_Sneu vorgegebene prozentuale Heizleistung entsprechend der Dauerheizphase bestimmt wird, während bei He rabsetzung des Temperatursollwertes in umgekehr ter Reihenfolge verfahren wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung zwischen der Aufheizzeit t_A, dem Sollwerttemperaturbereich T_S (%) und der Umgebungstemperatur T_U (°C) wie folgt gegeben ist:
t_A = a · T_S + b · T_U
wobei sich die Konstanten a, b wie folgt bestimmen
a = 4-8 (min) b = 1/3-1/12 (sec/°C).

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Heizleistung während der Dauerheizphase durch periodische Schaltim pulse erfolgt, wobei die Impulsdauer t₂ nach der Höhe der Sollwerttemperatur T bestimmt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Verknüpfung zwischen t₂ und der Soll werttemperatur T durch folgende Gleichung ge geben ist:
t₂ = c · T
wobei die Konstante c in Abhängigkeit von dem Wärmewiderstand des Sitzes zwischen 0,1 und 1 festgelegt ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Wechselheizphase bei einer Er höhung des Temperatursollwertes der prozentuale Anteil der Heizleistung entsprechend der nach folgenden Tabelle gesteigert wird: Stufe:
1  10-20%
2  10-20%
3  15-20%
4  15-20%
5  20-30%
6  20-30%
7  25-35%
8  30-40%

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Dauerheizphase die Heizleistung abgeschaltet wird, wenn innerhalb eines Zeitraums von mindestens 40 Minuten keine Veränderung der Temperatursollwerteingabe vorgenommen wird.