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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Fahrzeugklimaanlage.
Genauer gesagt bezieht sich diese Erfindung auf eine Fahrzeugklimaanlage, die
ständig
eine Kompressorantriebsquelle auswählt, die den Leistungsverbrauch
des Kompressors aus einem Fahrzeugmotor und einem Elektromotor auswählt.
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Eine
Fahrzeugklimaanlage weist im allgemeinen hauptsächlich einen Luftkanal mit
einem Gebläse,
einen Kühlkreislauf,
der die Luft kühlt,
die durch den Luftkanal strömt,
einen Motorkühlwasserkreislauf,
der die Luft erhitzt, die durch den Luftkanal strömt, und
eine Hauptsteuerung auf. Das Kältemittel in
dem Kühlkreislauf
wird dazu gezwungen, durch einen Kompressor zu zirkulieren. Üblicherweise
ist die herkömmliche
Kompressorantriebsquelle der Fahrzeugmotor.
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Jedoch
ist in den letzten Jahren eine unterschiedliche Art eines Kompressors
verfügbar
gemacht worden, die als Hybridkompressor bekannt ist, deren Antriebsquelle
aus dem Motor und einem Elektromotor ausgewählt werden kann. Dieser Kompressor
kann entweder durch den Fahrzeugmotor oder, wenn der Motor gestoppt
ist, durch den Elektromotor angetrieben werden. Derzeit wurde der
beste Weg zum Auswählen
der Kompressorantriebsquelle noch nicht hergestellt. Eine technische
Idee hinsichtlich der Auswahl der Antriebsquelle ist in der japanischen Patentveröffentlichung
JP 10291415A offenbart.
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Die
Auswahllogik für
die Kompressorantriebsquelle gemäß der JP 10291415A
ist grundsätzlich
einfach. Sie schreibt vor, den Motor als Kompressorantriebsquelle
auszuwählen,
wenn der Motor läuft,
und den Elektromotor als Kompressorantriebsquelle auszuwählen, wenn
der Motor ruht.
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Gemäß einer
Analyse durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung enthält diese
Auswahl keinerlei Kraftstoffeinsparung für das gesamte Fahrzeug. Als
externe Bedingungsparameter für
die Fahrzeugklimaanlage, die mit dem Hybridkompressor ausgestattet
ist, können
Parameter hinsichtlich der thermischen Last der Klimaanlage, beispielsweise die
Umgebungstemperatur, die Motordrehzahl, die Batteriespannung usw.
genannt werden. Diese externen Bedingungsparameter ändern sich
kontinuierlich.
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Gemäß einer
weiteren Analyse durch den Erfinder der vorliegenden Erfindung wurde
herausgefunden, dass es unter bestimmten Bedingungen weniger Energie
erfordert, den Kompressor unter Verwendung des Elektromotors anzutreiben,
sogar wenn der Verbrennungsmotor läuft. Und es wurde zusätzlich herausgefunden,
dass es Bedingungen gibt, bei denen es ebenfalls weniger Energie
verbraucht, um den Kompressor unter Verwendung des Verbrennungsmotors
anzutreiben, wenn der Verbrennungsmotor läuft.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Fahrzeugklimaanlage
bereitzustellen, die in der Lage ist, eine Auswahlsteuerung der
Kompressorantriebsquelle durchzuführen, die immer den resultierenden
Kompressorleistungsverbrauch minimiert. Die Hauptsteuerung der Fahrzeugklimaanlage
gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt ein Mittel zur Abschätzung des Kompressorleistungsverbrauchs unter
der Annahme, sowohl für
den Fall, dass der Kompressor durch den Verbrennungsmotor angetrieben
wird, als auch, dass der Kompressor durch den Elektromotor angetrieben
wird, und eine Vergleichsvorrichtung, zum Vergleichen der Ergebnisse
der Abschätzungen.
Auf der Grundlage der Vergleichsentscheidung verbindet die Hauptsteuerung
den Kompressor mit der weniger Energie verbrauchenden Antriebsquelle,
wodurch am Gesamtleistungsverbrauch des gesamten Fahrzeugs eingespart
wird.
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden anhand der
nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen beschrieben, in denen:
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1 ein schematisches Aufbaudiagramm einer
Fahrzeugklimaanlage gemäß dem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 eine Steuerungstabelle
aus 1 ist, und
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3 eine Abwandlung aus 2 ist.
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In 1 ist eine Fahrzeugklimaanlage 1 gemäß der vorliegenden
Erfindung gezeigt. Diese Fahrzeugklimaanlage 1 weist hauptsächlich einen
Wasserkreislauf 40 auf, in dem Motorkühlwasser zirkuliert, und einen
Kühlkreislauf,
in dem ein Kältemittel zirkuliert.
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Der
Wasserkreislauf 40 weist einen Fahrzeugmotor 23 und
einen Heizkern 8 auf, der in einem Luftkanal 2 vorgesehen
ist. In dem Wasserkreislauf 40 zirkuliert das Motorkühlwasser.
Das Motorkühlwasser
wird in dem Motor 23 erhitzt und überträgt den Wärmegehalt über den Heizkern 8 auf
die Luft, die in dem Luftkanal 2 strömt.
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Der
Kühlkreislauf 17 weist
einen Kompressor 18, einen Kondensator 19, ein
Sammelgefäß 20,
einen Drucksensor 22, ein Ausdehnungsventil 21 und einen
Verdampfer 7, der in dem Luftkanal 2 angeordnet
ist, auf. Das Kältemittel
gibt Wärme
an den Konden sator 19 ab, der außerhalb des Fahrzeugraumes vorgesehen
ist, und absorbiert Wärme über den
Verdampfer 7, der in dem Luftkanal 2 angeordnet
ist, aus der Luft, die durch den Luftkanal 2 strömt.
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In
dem Luftkanal 2 sind ein Gebläse 6, der Verdampfer 7,
der Heizkern 8, eine Luftmischungsklappe 10 und
Schieber 11, 12, 13 in dieser Reihenfolge
angeordnet. Das Gebläse 6 saugt
entweder Luft aus einem Innenlufteinlass 5 oder einem Außenlufteinlass 4 und
bläst es
in die Richtung der Schieber 11, 12, 13 in
dem Luftkanal 2. Ein Schieber 3 wählt die
Luft, die durch das Gebläse 6 angesaugt
wird, aus dem Innenlufteinlass 5 oder dem Außenlufteinlass 4 aus.
Die Winkelposition des Schiebers 3 kann entweder manuell
oder durch Betätigung
einer Hauptsteuerung 25 gesteuert werden. Die Luft wird anschließend in
den Luftkanal 2 geblasen. Wenn sie durch den Verdampfer 7 geht,
wird die Luft gekühlt. Wenn
sie durch den Heizkern 8 geht, wird die Luft wieder erwärmt. Durch
Steuern einer Winkelposition der Luftmischungsklappe 10,
ist es möglich,
das Mengenverhältnis
der Luft, die durch den Heizkern 8 geht, und der Menge
der Luft, die den Heizkern 8 umgeht, zu steuern. Die Luft,
die auf diese Weise temperaturgeregelt wurde, wird anschließend über Auslassöffnungen 14, 15 und 16 in
den Fahrzeuginnenraum ausgelassen. Die Schieber 11, 12 und 13 steuern
jeweils den Öffnungsgrad
der Auslassöffnungen 14, 15 und 16.
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Der
Kompressor 18 kann durch den Motor 23 über eine
Kupplung 24 angetrieben werden. Wenn die Kupplung 24 eingerückt ist,
wird anschließend
die Antriebskraft des Motors 23 auf den Kompressor 18 übertragen.
Des weiteren ist ein Elektromotor 26 integriert mit dem
Kompressor 18 vorgesehen. Das heißt, die Antriebsquelle des
Kompressors 18 ist einstückig mit der Rotorwelle des
Elektromotors 26 ausgebildet. Demgemäß kann dann, wenn die Kupplung 24 ausgerückt ist,
das heißt,
wenn die Motorantriebskraft nicht auf den Kompressor 18 übertragen
wird, der Kompressor anschließend
durch den Elektromotor 26 betrieben werden. Dies ist der
Schlüsselpunkt der
vorliegenden Erfindung, wie die Antriebsquelle des Kompressors aus
dem Motor 23 und dem Elektromotor 26 ausgewählt wird.
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Strom
wird von einem Elektromotorantriebskreis 29 an den Elektromotor 26 geliefert,
um die Drehfrequenz des Elektromotors 26 zu steuern. Der Elektromotorantriebskreis 29 wird
von einer Batterie 28 gespeist. Der Motor 23 treibt
auch eine Drehstromlichtmaschine 27 an. Elektrischer Strom,
der von der Drehstromlichtmaschine 27 erzeugt wird, wird
dazu verwendet, die Batterie 28 aufzuladen. Die Spannung
der Batterie 28, die an den Elektromotorantriebskreis 29 angelegt
wird, wird durch einen Spannungs-Strom-Sensor 30 gemessen.
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Die
Hauptsteuerung 25 empfängt
ein Signal von dem Spannungs-Strom-Sensor 30.
Des weiteren empfängt
die Hauptsteuerung 25 Signale von einem Sensor 33 hinsichtlich
einer Temperatur der Luft, die von dem Verdampfer 7 abgegeben
wird, von einem Raumlufttemperatursensor 34, von einem
Sonnenscheinmengensensor 35, von einem Umgebungslufttemperatursensor 36,
von dem Drucksensor 22, von einer Motorsteuerung 37 und
von einer Raumtemperatureinstellvorrichtung 31. Der Drucksensor 22 sendet
ein Signal an die Hauptsteuerung 25, das die Größe des Drucks
der Hochdruckseite des Kühlkreislaufs 17 darstellt.
Die Motorsteuerung 37 sendet ein Signal, das für die Motordrehzahl
steht, an die Hauptsteuerung 25. Die Raumtemperatureinstellvorrichtung 31 sendet
ein Signal, das die eingestellte Temperatur anzeigt, die von dem
Fahrgast gewünscht
ist. Der Spannungs-Strom-Sensor 30 sendet ein Signal, das
die Spannung der Batterie 28 zeigt, an die Hauptsteuerung 25.
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Nach
dem Verarbeiten der oben genannten Signale gibt die Hauptsteuerung 25 ein
Kupplungssteuersignal, ein Leistungssteuersignal, ein Steuersignal
für den
Elektromotorantriebsschaltkreis 29, ein Steuersignal für eine Gebläsespannungssteuerung 32 und
ein Steuersignal für
eine Betätigungsvorrichtung
für die
Luftmischungsklappe 9 ab.
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Genauer
gesagt besitzt die Hauptsteuerung 25 gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Abschätzvorrichtung
zum Abschätzen
des Kompressorleistungsverbrauchs und eine Vergleichsvorrichtung für den abgeschätzten Kompressorleistungsverbrauch,
der nachfolgend beschrieben wird.
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Ein
genaueres Bild der Steuerung der vorliegenden Erfindung ist in 2 gezeigt. Die verschiedenen
Berechnungen für
die Steuerungen, die in 2 gezeigt
sind, werden in der Hauptsteuerung 25 durchgeführt. Die
verschiedenen Variablen, die in der linken Seite der 2 genannt sind, sind die
Größen, die
von den verschiedenen Sensoren 22, 30, 33, 34, 35, 36 und
der externen Motorsteuerung 37 und der Einstellvorrichtung 31 ausgegeben
wurden, oder die Mengen, die intern in der Hauptsteuerung 25 berechnet
wurden.
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Die
verschiedenen Kästchen,
die auf der rechten Seite in 2 stehen,
sind die sich daraus ergebenden Steuerausgangssignale. Das heißt, durch
die Steuersignale, die die Hauptsteuerung 25 ausgibt, werden
die Gebläsespannungssteuerung 32,
die Betätigungsvorrichtung
für die
Luftmischungsklappe 9, der Kompressor 18, die
Kupplung 24, und die Elektromotorantriebsschaltung 29 gesteuert.
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Wenn
man die obere Hälfte
der 2 kurz verfolgt,
wird in einem Kästchen 50 eine
Soll-Abgabetemperatur TOs aus der Soll- Lufttemperatur Trs, der Sonneneinstrahlmenge
RAD, der Raumtemperatur TR und der Umgebungstemperatur AMB berechnet.
Hier bedeutet die abgegebene Luft die Luft, die von den Auslassöffnungen 14, 15, 16 aus 1 ausgegeben wird. Unter
erneuter Bezugnahme auf 2 wird
in einem Kästchen 51 eine
Solltemperatur TV der Luft, die von dem Verdampfer 7 ausgegeben wird,
berechnet. Hier meinen wir, diese ausgegebene Luft von dem Verdampfer 7 ist
die Luft, die unmittelbar stromabwärts von dem Verdampfer 7 aus 1 strömt. Unter erneuter Bezugnahme
auf 2 wird in einem
Kästchen 52 eine
Gebläsespannung
BLV berechnet. Das Signal BLV wird anschließend als ein Gebläsespannungssteuersignal
zu der Gebläsespannungssteuerung 32 gesendet.
In einem Kästchen 53 wird
ein Steuersignal AMD berechnet, das die Winkelposition der Luftmischungsklappe 10 beschreibt,
berechnet. Das Signal AMD wird anschließend aus dem Kästchen 53 in
die Betätigungseinrichtung
für die
Luftmischungsklappe 9 gesandt. In einem Kästchen 54 wird
ein Leistungssteuersignal Ps für den
Kompressor 18 unter Verwendung eines proportional-integral-Algorithmus
berechnet. Das Signal Ps wird von dem Kästchen 54 an den Kompressor 18 geliefert.
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Durch
die oben beschriebene Steuerung arbeitet die Fahrzeugklimaanlage 1 so,
dass die geeignete Strömungsgeschwindigkeit
und die geeignete Temperatur der Auslassluft, die aus den Luftauslassöffnungen 14, 15, 16 geblasen
wird, und die geeignete Temperatur der ausgelassenen Luft, die unmittelbar
stromabwärts
von dem Verdampfer 7 strömt, realisiert wird. Die Funktionen
f1 und f3, die in
den Kästchen 50 bis 54 erscheinen,
können
aus linearen Funktionen zusammengesetzt werden, deren Koeffizienten
und Konstanten angemessen ausgewählt werden.
Die Funktion f2 kann aus einer gekrümmt geformten
Kurve zusammengesetzt werden, die in Segmenten definiert ist. Die
Zeichen Kp1, a, b, Kp2 und K1, die in den
Kästchen 50 bis 54 erscheinen,
sind geeignet entwickelte Konstanten. TW ist die Temperatur des wickelte
Konstanten. TW ist die Temperatur des Motorkühlwassers.
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In
der unteren Hälfte
aus 2 ist eine Steuerung
gezeigt, die den Hauptzweck der vorliegenden Erfindung realisiert.
Um die Berechnungen, die in den Kästchen 55, 56 enthalten
sind, auszuführen,
dient die Funktion der Abschätzvorrichtung
des Kompressorleistungsverbrauchs der Hauptsteuerung 25.
In dem Kästchen 55 wird
der Kompressorleistungsverbrauch We, der auftritt, wenn er von dem
Verbrennungsmotor angetrieben wird, berechnet. Für die Berechnung von We werden
das abgeschätzte
Kompressordrehmoment Trq und die Motordrehzahl Ne als Variablen
verwendet. Für
die Berechnung von We werden die Variablen BLV, Tin, Ps, Wd verwendet. Hier
ist die Variable Tin, wie in dem Kästchen 55 vorgeschlagen,
eine Funktion von AMB, wenn die Außenluft in den Luftkanal eingelassen
wird, und dient auch als eine Funktion von TR, wenn die Innenluft
in den Luftkanal eingelassen wird. Jede Funktion f4,
f5, f6 zum Berechnen
von We, Trq, Tin können
unter Verwendung linearer Funktionen zusammengesetzt werden. Die
geeigneten Koeffizienten und Konstanten der Funktionen f4, f5, f6 können durch
Ausführen mehrdimensionaler
Analysen von statistischen Korrelationsdaten zwischen der Eingabevariablen
(BLV, Tin, Ps, Pd) und der Ausgabevariablen We durch ein tatsächliches
Experiment oder eine Simulation erhalten werden. Selbstverständlich können die
Funktionen f4, f5,
f6 andere funktionale Formen als eine lineare
Funktion besitzen.
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In
dem Kästchen 56 wird
der Kompressorleistungsverbrauch Wm berechnet, der auftritt, wenn er
von dem Elektromotor angetrieben wird. Für die Berechnung von Wm werden
ein abgeschätzter
Elektromotorleistungsverbrauch Wd und ein Elektromotorantriebswirkungsgrad η als Variablen
verwendet. Für
die Berechnung von Wd werden die Batteriespannung Vm, die durch
den Spannungs-Strom-Sensor 30 vorgegeben
werden, und ein Scheinstrom Im verwendet.
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Für die Berechnung
von Im werden die Variablen BLV, Tin, Ps, Pd verwendet. Hier dient
die Variable Tin, wie in dem Kästchen 56 vorgeschlagen,
als eine Funktion von AMB, wenn die Außenluft in den Luftkanal eingeführt wird,
und dient ferner als eine Funktion von TR, wenn die Innenluft in
den Luftkanal eingeführt
wird. Jede Funktion f7, f8,
f9 und f6 zur Berechnung
von Wim, Wd, Im und Tim können
unter Verwendung linearer Funktionen zusammengesetzt werden. Die
geeigneten Koeffizienten und Konstanten der Funktionen f7, f8, f9 und
f6 können
durch Verwendung einer mehrdimensionalen Analyse hinsichtlich statistischer
Korrelationsdaten zwischen den Eingangsvariablen (BLV, Tin, Ps,
Pd) und Ausgangsvariablen (Wim, Wd, Id) bestimmt werden, die durch
ein tatsächliches
Experiment oder eine Simulation erhalten werden. Selbstverständlich können die
Funktionen f7, f8,
f9 und f6 andere
funktionale Formen als die lineare Funktion besitzen. Auf diesem
Wege ist es möglich,
den Kompressorleistungsverbrauch We, der auftritt, wenn er durch
den Verbrennungsmotor angetrieben wird, und den Kompressorleistungsverbrauch Wm,
der auftritt, wenn er durch den Elektromotor angetrieben wird, zu
berechnen.
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Anschließend wird
in einem Kästchen 57 ein Vergleich
zwischen den Größen der
Werte We und Wm gemacht. Unter Bezugnahme auf das Kästchen 57 in 2 wird dann, wenn We größer als
Wm ist, der Elektromotor als Antriebsquelle für den Kompressor ausgewählt. Dies
ist rational. Im Gegensatz dazu wird dann, wenn We kleiner als Wm
ist, der Verbrennungsmotor als Antriebsquelle für den Kompressor ausgewählt. Dies
ist ebenfalls rational.
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Das
Kästchen 58 definiert
feinere Steuerregeln für
verschiedene Zustände.
Ne ist die Motordrehzahl, die von der Motorsteuerung 37 gesendet wird.
Die Ungleichung Ne > 0
bedeutet, dass der Motor läuft.
Ne = 0 bedeutet, dass der Motor ruht. Der Ausdruck A/C = ON bedeutet
einen Zustand, in dem der Schalter der Klimaanlage eingeschaltet
ist. Im Gegensatz dazu bedeutet der Ausdruck A/C = OFF einen Zustand,
in dem der Schalter der Klimaanlage ausgeschaltet ist.
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Wie
bereits erwähnt,
wird die Antriebsquelle des Kompressors in Abhängigkeit von dem Ergebnis eines
Vergleichs zwischen den Größen der
Werte von We und Wm, die in den Kästchen 55, 56 berechnet
wurden, ausgewählt.
Wenn Ne > 0 und A/C
= ON und gleichzeitig We ≥ Wm,
wird der Elektromotor 26 anschließend als Antriebsquelle für den Kompressor 18 ausgewählt. Wenn
der Elektromotor verwendet wird, wird die Kupplung 24 ausgerückt. Wenn
Ne > 0 und A/C = ON
und gleichzeitig We < Wm,
wird anschließend
der Verbrennungsmotor 23 als Antriebsquelle des Kompressors
für den
Kompressor 18 ausgewählt.
Wenn der Verbrennungsmotor verwendet wird, wird die Kupplung 24 eingerückt.
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In
der in dem Kästchen 58 gezeigten
Tabelle definieren eine Reihe Ne = 0 und A/C = ON und eine Reihe
von A/C = OFF zusätzliche
Steuerregeln. Wenn Ne = 0, verbleibt für die Antriebsquelle für den Kompressor 18 nur
der Elektromotor 26. Gemäß der Steuerungsregeln des
Kästchens 58 wird
selbst dann, wenn Ne = 0 und We < Wm,
ausnahmsweise ein Antrieb von dem Elektromotor 26 unter
bestimmten Bedingungen durchgeführt,
in Abhängigkeit
von einigen Bedingungen wie beispielsweise einer abnorm hohen Raumtemperatur.
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Wenn
A/C = OFF wird der Kompressor ebenso wie die Klimaanlage abgeschaltet,
so dass keine Antriebsquelle verwendet wird, um den Kompressor anzutreiben.
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Somit
ist es natürlich
möglich,
Energie für das
gesamte Fahrzeug einzusparen, da die Hauptsteuerung ständig sowohl
den Kom pressorleistungsverbrauch We, der auftritt, wenn er durch
den Verbrennungsmotor angetrieben wird, als auch den Kompressorleistungsverbrauch
Wm, der auftritt, wenn er durch den Elektromotor angetrieben wird, berechnet
und die Ergebniswerte von We und Wm vergleicht und die weniger Leistung
verbrauchende Antriebsquelle für
den Kompressor auswählt.
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3 ist ein Beispiel einer
Abwandlung der Steuerung der vorliegenden Erfindung. 2 und 3 sind identisch, mit der Ausnahme eines
Unterschieds zwischen den Tabellen, die in den Kästchen 58 und 58' stehen. Üblicher
Weise wird oft eine Leistungsverbrauchsgrenze Wml in einer Spezifikation für die Klimaanlage
benannt, die von dem Fahrzeughersteller vorgegeben wird. Die Tabelle
in dem Kästchen 58' in 3 und die Tabelle in dem
Kästchen 58 in 2 unterscheiden sich in
einer Steuerregel in einer Zelle für Ne > 0 und A/C = ON und Wm ≥ Wml. Gemäß der Steuerregel
der Tabelle in dem Kästchen 58' wird sogar
dann, wenn der Kompressorleistungsverbrauch Wm, der auftritt, wenn
er durch den Elektromotor angetrieben wird, geringer als der Kompressorleistungsverbrauch
We, der auftritt, wenn er durch den Verbrennungsmotor angetrieben
wird, ist, wenn er größer als
die Leistungsverbrauchsgrenze Wml ist, der Verbrennungsmotor anschließend als
die Antriebsquelle für
den Kompressor ausnahmsweise ausgewählt und die Kupplung 24 wird
eingerückt.
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Durch
die in 3 gezeigte Steuerung
ist es ferner möglich,
den Leistungsverbrauch des gesamten Fahrzeugs zu verringern und
zusätzlich
gleichzeitig die Anforderung der Spezifikation, die von dem Fahrzeughersteller
der Klimaanlage vorgegeben wird, zu erfüllen.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung in Verbindung mit dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
detailliert beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht darauf begrenzt.
Es wird für
den Fachmann selbstverständlich
sein, dass Variationen und Abwandlungen innerhalb des Schutzumfangs
dieser Erfindung, die durch die nachfolgenden Ansprüche definiert wird,
erfolgen können.