DE69218147T2

DE69218147T2 - System zur Temperaturregelung im Innenraum von Personenkraftwagen

Info

Publication number: DE69218147T2
Application number: DE69218147T
Authority: DE
Inventors: Thomas Francis Darien Illinois 60559 Glennon; George William Elk Grove Illinois 60007 Jarosch; Bruce Robert Wilmette Illinois 60091 Weatherhead
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 1991-12-26
Filing date: 1992-12-09
Publication date: 1997-06-19
Anticipated expiration: 2012-12-10
Also published as: EP0548677B1; US5127576A; DE69218147D1; EP0548677A3; US5226595A; JPH05246230A; EP0548677A2

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Klima- oder Temperatursteuerung der Luft in einem Fahrgastabteil und insbesondere bezieht sie sich auf Steuersysteme mit einem Wärmetauscher im Fahrgast- bzw. Insassenabteil, der einen Fluß von Motorkühlmittel durch sich hindurch aufnimmt, um einen Gebläseluftauslaß in das Insassenabteil zu temperieren.
Fahrgastabteil-Temperatursteuersysteme der oben erwähnten Bauart setzen bekannterweise eine Gebläseführung bzw. -leitung oder ein Gebläsegehäuse mit zumindest einem exothermen Wärmetauscher oder einem Heizkern darin ein, um Gebläseluft aufzuheizen. Falls erwünscht, ist ein zweiter endothermer Wärmetauscher oder Verdampfer stromaufwärts des Heizkerns zur Kühlmittelzirkulation dahindurch angeordnet, um Gebläseluft vor dem Überstreichen des Heizkerns zu trocknen und zu kühlen. Bei den letzteren Bauarten von Systemen ist es herausgefunden worden, daß die Temperatur der Gebläseluft, die aus dem Führungsluftraum in das Insassenabteil ausströmt, vollständig durch die Steuerung des Motorkühlmittels durch den Heizkern gesteuert werden kann, wodurch die Notwendigkeit zur Modulierung bzw. Einstellung des Kühlmittelflusses zum Verdampfer eliminiert wird. Es ist herausgefunden worden, daß die Möglichkeit bzw. das Vorgehen, die Luftraumauslaßtemperatur der Luft in das Insassen- bzw. Fahrgastabteil zu steuern, wenn das Külmittel durch den Verdampfer ohne die Notwendigkeit zur Modulierung des Kühlmittelflusses zirkuliert bzw. geleitet wird, stark die Temperatursteuerung und das Komfortniveau im Fahrgastabteil vereinfacht bzw. erhöht. Dies ist insbesondere der Fall, wenn es erwünscht ist, den Gebläseluftstrom zu trocken, indem man zuerst die Luft über dem Verdampfer zur Kondensation von Feuchtigkeit und zur Entfernung derselben aus dem Gebläseluftstrom abkühlt, und zwar gefolgt durch das Aufheizen des getrockneten Stroms auf eine gewünschte Temperatur.
Es war insbesondere erwünscht, ein solches System vorzusehen, um die Gebläseauslaßlufttemperatur in einem Fahrgastabteil zu temperieren, wobei die Modulation bzw. Einstellung des Kühlmittelflusses an den Verdampferkern automatisch in einer Weise vorgesehen ist, die die Temperatur der aus dem Gebläseraum austretenden Luft auf einem konstanten Pegel hält, und zwar ungeachtet von Veränderungen der Gebläsegeschwindigkeit bzw. -drehzahl und der Geschwindigkeit der vom Motor angetriebenen Kühlmittelpumpe. Es war insbesondere wünschenswert, ein solches automatisches Steuersystem vorzusehen, bei dem der Fluß von Motorkühlmittel an den Heizkern durch ein von einem Servomotor betätigtes Ventil gesteuert wird.
Beim Vorsehen eines Steuersystems zum Betrieb eines von einem Servomotor betätigten Kühlmittelventils, um den Fluß an den Heizkern zu steuern, ist es insbesondere als schwierig angesehen worden, eine konstante Temperatur der Auslaßluft über dem Heizkern zu halten, wo der Kühlmittelfluß an das Ventil stark ansprechend auf die Veränderungen der Motordrehzahl zwischen Leerlauf- und maximaler Motorbetriebsumdrehung variiert. Dementsprechend ist es erwünscht gewesen, einen Weg oder Mittel zu finden, um automatisch den Kühlmittelfluß an einen Automobilfahrgastraum-Heizkern zu steuern, um die Gebläseluftraumauslaßluft auf einer konstanten Temperatur zu halten, und zwar ungeachtet von von einem Anwender ausgewählten Veränderungen der Gebläsegeschwindigkeit und großen Abweichungen bei der Kühlmittelflußrate an das Kühlmittelventil, welches den Fluß zum Heizkerneinlaß steuert.
US-A-4 974 664 zeigt und beschreibt:
Ein Steuersystem für eine Fahrzeuginsassenabteil-Klimasteuerung, welches einen Fahrgastabteil-Wärmetauscher und eine motorbetriebene Pumpe aufweist, die aufgeheiztes Strömungsmittel durch den Wärmetauscher zirkuliert bzw. laufen läßt, wobei das System folgendes aufweist: Ventilmittel, die ein Ventilglied aufweisen, welches innerhalb der Ventilmittel beweglich ist, um den Fluß von aufgeheiztem Strömungsmittel zum Wärmetauscher zu steuern;
Betätigungsmittel die auf den Empfang eines Steuersignals betätigbar bzw. betreibbar sind, um das Ventilglied zu bewegen;
Feedback- bzw. Rückkoppelungsmittel, die betreibbar sind, um ein elektrisches Rückkoppelungssignal zu liefern, welches die Position des Ventilgliedes anzeigt;
Gebläsemittel, die betreibbar sind, um einen Luftfluß über den Wärmetauscher vorzusehen, wobei sie Luftraummittel aufweisen, um den Fluß in das Fahrgastabteil zu leiten;
Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlabfühlmittel, die betätigbar sind, um die Pumpenmotorgeschwindigkeit abzufühlen, um ein elektrisches Raten- bzw. Geschwindigkeitssignal zu liefern, welches die Motordrehzahl anzeigt;
Temperaturabfühlmittel, die betreibbar sind, um ein elektrisches Signal zu liefern, welches die Temperatur der aus den Luftraummitteln herausfließenden Luft anzeigt;
Anwendersteuermittel, die auf eine wahlweise Bewegung eines Anwenders betätigbar bzw. betreibbar sind, um ein elektrisches Signal zu liefern, welches eine gewählte Relativtemperatur und ein elektrisches Gebläsegeschwindigkeitssignal anzuzeigt;
erste Schaltungsmittel, die betätigbar bzw. betreibbar sind, um die Differenz zwischen dem relativen Temperatursignal und dem Temperatursignal der ausgestoßenen Luft zu vergleichen, und die betreibbar sind, um daraufhin ein Fehlersignal zu erzeugen; und
weitere Schaltungsmittel, die betreibbar sind, um das Fehlersignal und das Motordrehzahlsignal aufzusummieren, und um ein Steuersignal an die Betätigungsmittel, basierend auf der Summe zu liefern.
Gemäß des Ziels der vorliegenden Erfindung ist ein Steuersystem für eine Fahrzeuginsassenabteil-Klimasteuerung nach Anspruch 1 oder 2 vorgesehen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im abhängigen Anspruch gezeigt.
Die vorliegende Erfindung sieht eine automatische Steuerung eines servomotorbetätigten Motorkühlmittel- oder Wasserventils vor, um den Fluß zum Fahrgastabteil-Wärmetauscher oder Heizkern zu steuern, um automatisch die Temperatur der Gebläseauslaßluft in das Fahrgastabteil zu steuern, um das Komfortniveau darin zu steuern. Das Steuersystem der vorliegenden Erfindung kann in Fahrzeuginsassenabteil-Passagiersystemen eingesetzt werden, die nur einen Heizkern besitzen oder in solchen Systemen, die mit einem Airconditioning- bzw. Klimaanlagenverdampfer kombiniert sind, der im Gebläsestrom vor dem Heizkern angeordnet ist. Bei jeder Anordnung fühlt eine Thermistor- bzw. Temperaturfühleranordnung, die im Gebläseluftauslaßluftraum ausgelegt bzw. angeordnet ist, die Temperatur der Luft ab, die über dem Heizkern fließt, und liefert ein Temperatursignal an einen elektronischen Controller bzw. eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung empfängt auch Signale von einem motorangetriebenen Tachometergenerator und von einem Rückkoppelungspositionssensor auf dem Kühlmittelventil. Die elektronische Steuervorrichtung empfängt auch Temperaturauswahl-Eingangssignale von einem Anwendersteuerungskopf und ein Gebläsegeschwindigkeits bzw. Gebläsedrehzahlsignal. Die Steuervorrichtung erzeugt das Steuersignal, um den Servomotor zur Bewegung des Steuerventils zu erregen. Die Steuervorrichtung ist betreibbar, um eine Proportional-Integral-Derivativ- bzw. PID-Strategie einzusetzen, um das Steuersignal an den Ventilservomotor zu erzeugen, wobei diese Strategie große Veränderungen des Flusses an das Ventil und Veränderungen der vom Anwender ausgewählten Gebläsegeschwindigkeit aufnimmt bzw. ausgleicht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Abbildung des automatischen Steuersystems der vorliegenden Erfindung, die in einer Fahrgastabteil-Klimasteuerungsanwendung eingesetzt wird;
Fig. 2 ist eine elektrische Schaltung der Steuervorrichtung der Fig. 1; und
Fig. 3 ist ein Block-Flußdiagramm der Steuerlogik des Mikroprozessors, der in einer Steuervorrichtung der Fig. 2 eingesetzt wird.

Genaue Beschreibung

Mit Bezug auf Fig. 1 ist das Steuersystem der vorliegenden Erfndung, welches bei der Fahrgastabteil-Klimasteueranwendung eingesetzt wird, im allgemeinen mit 10 bezeichnet, wobei eine motorangetriebene Wasserpumpe 12 Motorkühlmittel von einem (nicht gezeigten) Kühler durch den Einlaß 14 aufnimmt, und wobei sie Kühlmittel an den Motor durch (nicht gezeigte) innere Durchlässe dazwischen ausstößt. Die Wasserpumpe 12 besitzt einen Hilfsauslaß 16, der den Fluß von erwärmtem Motorkühlmittel durch die Leitung 18 zum Einlaß eines Ventus 20 liefert, welches vorzugsweise von der Bypaß-Bauart ist, und zwar mit einem Rückfluß durch die Leitung 22 zum Einlaß der Wasserpumpe. Das Ventil 20 besitzt einen Sekundärauslaß, der mit dem Auslaß durch die Leitung 24 verbunden ist, welche mit dem Einlaß des Wärmetauschers oder des Heizkerns verbunden ist, der im allgemeinen bei 26 gezeigt ist, der durch die Leitung 28 verbunden bzw. angeschlossen ist, um den Fluß zu einem zweiten bzw. Sekundäreinlaß des Ventils 20 zurückzuleiten.
Der Heizkern 26 ist typischerweise in einem Gebläsegehäuse 30 angeordnet, welches ein Gebläse 32 an seinem Ende besitzt, welches Luft durch den Filter 34 anzieht, und welches vom Motor 36 angetrieben wird, um Luft über den Heizkern 26 zu einem Luftraumgebiet 38 im Gehäuse 30 auszulassen. Der Luftraumauslaß geschieht typischerweise durch einen beweglichen Flügel oder eine Betriebsart-Auswahltür 40, und zwar entweder zum Fahrgastabteil über einen geeignet gelegenen Auslaß, wie beispielsweise einen Bodenauslaß oder einen oberen Windschutzscheiben-Abtauauslaß. Eine Leitung des Gebläsemotors 36 ist mit der Fahrzeugleistungsversorgungserde geerdet, und die andere Seite des Motors ist mit einer Leistungsleitung 42 verbunden.
Optional kann bei mit einem Airconditioning- bzw. Klimaanlagensystem ausgerüsteten Fahrzeugen ein endothermer Wärmetauscher oder ein Verdampfer 44 im Gebläsegehäuse 30 zwischen dem Heizkern 26 und dem Gebläse 32 angeordnet sein, um die Gebläseluft zu trocknen und abzukühlen, und zwar bevor die Gebläseluft über den Reizkern 26 läuft. Der Verdampfer 44 empfängt einen Kühlmittelfluß aus einem Expansionsventil 46, welches verbunden bzw. angeschlossen ist, um unter Druck gesetztes flüssiges Kühlmittel aus der Leitung 48 aufzunehmen, die mit dem Ausstoßauslaß eines umgebenden Kondensators bzw. eines Kondensators für die Umgebung verbunden ist, der allgemein mit 50 bezeichnet ist, und der typischerweise vor dem motorgekühlten Kühler gelegen ist, und der einen Fluß von unter Druck gesetztem Kühlmittel an seinem Einlaß von der Leitung 52 empfängt, die mit dem Ausstoßauslaß eines Kompressors 54 verbunden ist. Der Kompressor 54 wird typischerweise von einem Riemen 56 angetrieben, der mit einer Rolle bzw. Riemenscheibe 58 auf der Kurbelwelle des Fahrzeugmotors verbunden ist. Der Ausstoßauslaß des Verdampfers 44 ist durch eine Leitung 60 verbunden bzw. angeschlossen, um wieder verdampftes Kühlmittel an den Ansaugeinlaß des Kompressors 54 zurückzuleiten.
Das Heizkern-Wasserventil 20 ist betriebsmäßig verbunden bzw. angeschlossen, um durch eine drehbare Welle 62 be wegt zu werden, die durch Geschwindigkeits- bzw. Drehzahlreduzierungsmittel angetrieben wird, die im allgemeinen mit 64 bezeichnet sind, die durch eine mit einem Servomotor 68 verbundene Eingangswelle 66 angetrieben werden.
Ein Ventilpositionssensor 70 ist an der Ausgangswelle 62 der Drehzahlreduzierungsmittel angeschlossen und in der gegenwärtig bevorzugten Praxis bzw. Anwendung weist der Sensor 70 ein Drehpotentiometer auf, wobei sein Kontaktarm angeschlossen bzw. verbunden ist, um sich mit der Welle 62 zu bewegen.
Eine Gebläsemotor-Leistungsleitung 42 ist mit der Gebläsegeschwindigkeits-Auswahlsteuerung 72 über eine Verbindung 74 und eine Leitung 76 verbunden, wobei die Verbindung 74 durch die Leitung 78 mit einem Eingang eines Mikroprozessors 80 verbunden ist, der ein Teil der Systemsteuervorrichtung bildet, die im allgemeinen mit 82 bezeichnet ist.
Eine von einem Bediener bediente Pegel-Auswahl-Steuerung 84 wird betrieben bzw. betätigt, um die gewünschte Gebläsegeschwindigkeit auszuwählen, und die Steuerung 84 ist angeschlossen, um die Eingänge des Mikroprozessors 80 entlang der Leitungen 86, 88, 90 zu trennen. In der gegenwärtig bevorzugten Praxis weist die Steuerung 84 ein (nicht gezeigtes) Drehpotentiometer auf, jedoch kann irgendeine geeignete Vorrichtung zum Liefern einer variablen Spannung verwendet werden.
Ein Tachometergenerator 82 wird von der Motorwelle angetrieben, wie durch die gestrichelte Linie 94 angezeigt, und eine Seite seiner Spule ist geerdet, wobei die übrige Seite über eine Leitung 96 mit einem getrennten Eingang des Mikroprozessors 80 verbunden ist, um ein Motordrehzahlsignal an ihn zu liefern.
Das Ventilpositionspotentiometer 70 ist mit getrennten Eingängen des Mikroprozessors 80 verbunden, und zwar über bzw. entlang von Leitungen 98, 100, 102, wobei der bewegliche Kontaktarm davon mit der Leitung 100 verbunden ist.
Gebläseauslaßluft-Temperaturabfühlmittel, die zumindest einen und vorzugsweise eine Anordnung 104 von Thermistoren bzw. Temperaturfühlern aufweisen, sind im Luftraum 38 vorgesehen, und die Anordnung 104 ist über Leitungen 106, 108 mit getrennten Eingängen des Mikroprozessors 80 verbunden.
Der Steuersignalausgang der Steuervorrichtung 82 ist über Leitungen 110, 112 mit den gegenüberliegenden Seiten des Servomotors 68 verbunden.
Mit Bezug auf Fig. 2 weist die Steuervorrichtung 82 einen Leistungsversorgungsabschnitt 114 auf, der eine geregelte Fünf-Volt-Versorgung vorsieht, und zwar von der an Bord verfügbaren Fahrzeugspannung V+ über ein Netzwerk, welches eine Diode D1 und einen Widerstand R1 aufweist, der durch eine Zenerdiode bzw. Diode D2 wellengeschützt ist, und durch R2 mit der Vorrichtung U4 verbunden wird bzw. sie versorgt, welche in der gegenwärtig bevorzugten Praxis einen Wellen- bzw. Stromstoßschutz aufweist. Der Ausgang von U4 am Anschluß 116 liefert die auf 5 Volt regulierte Spannung an die übrigen Systemkomponenten.
Die Steuervorrichtung 82 weist einen Mikroprozessor 80 auf, der eine Vorrichtung U1 aufweist, die von Motorola, Schaumburg, Illinois, unter der Herstellerbezeichnung MC68HC705P9 verfügbar ist. Die Steuervorrichtung 82 besitzt eine Gebläsegeschwindigkeits-Detektionsschaltung 118, welche das Gebläsemotordrehzahlsignal von einer Leitung 78 empfängt, die durch die Versorgungsspannung P1 durch die rückwärts bzw. umgekehrt vorgespannte Diode D3 vorgespannt ist, und durch die in Reihe angeordneten Widerstände R3 und R4 durch die Zenerdiode D4 zur Basis des Schalters Q1, dessen Kollektor durch R6 vorgespannt ist, und dessen Emitter geerdet ist. Die Kollektorverbindung von Q1 ist durch die Leitung 120 von U1 verbunden. Die Spannung zwischen R3 und R4 wird an der Verbindung 122 abgenommen und wird durch den in Reihe geschalteten Widerstand R7 und durch die umgekehrt gepolte Zenerdiodenvorrichung D5 zur Basis eines zweiten Schalters Q2 geleitet, dessen Emitter geerdet ist und dessen Kollektorverbindung durch R9 vorgespannt ist, und ist auch über die Leitung 124 mit dem Eingangsstift 21 von U1 verbunden.
Wenn im Betrieb die Gebläsemotorspannung von der Leitung 78 tief bzw. bw ist, sind die Vorrichtungen Q1 und Q2 aus. Wenn die Gebläsespannung auf mittel tief (medium bw), ML, angehoben wird, wird die Zenerdiode D4 ausgelöst bzw. durchgeschaltet und schaltet Q1 an, um die Kollektorverbindungsspannung nach unten zu ziehen, und dadurch ein Signal in der Leitung 120 zu erzeugen. Wenn die Gebläsemotorspannung auf einen mittel hohen Pegel (medium high), MH, oder höher ansteigt, wird die Zenerdiode D5 ausgelöst bzw. schaltet durch und Q2 leitet, um die Spannung an seiner Kollektorverbindung herunterzuziehen, und sendet ein Signal auf der Leitung 124 an den Mikroprozessor U1. Somit liefert die Detektorschaltung 118 drei Signaleingangsgrößen an den Mikroprozessor U1 mit den beiden Schaltern Q1 und Q2.
Die Steuervorrichtung 82 weist einen Frequenz/Spannungs- Wandler 126 auf, der das Signal von einer Tachometergeneratorleitung 96 an seinem Eingang empfängt, der durch R17 mit der Verbindung 128 verbunden ist, die auch mit der umgekehrt gepolten Diode D7 verbunden ist, und mit der Fünf-Volt-Versorgung und mit dem Stift 1 einer Frequenz/Spannungs-Wandlervorrichtung U3, deren Stift 11 mit der auf 5 Volt regulierten Versorgung verbunden ist. In der gegenwärtigen Praxis ist die Vorrichtung U2 von Motorola Semiconductor Corp. unter der Herstellerbezeichnung TCA0372DP1 verfügbar. Die Stifte 5 und 10 der Vorrichtung U3 sind über R20 mit der Verbindung 130 verbunden, die über R19 geerdet ist, und die auch über die Leitung 132 mit dem Eingangsstift 16 des Mikroprozessors U1 verbunden ist. R20 und R19 weisen somit einen Spannungsteiler auf.
Das Ventilpositions-Rückkoppelungspotentiometer 70 empfängt Leistung von der Fünf-Volt-Versorgung über die Leitung 98, und der Kontaktarmanschluß des Potentiometers liefert das Signal an den Mikroprozessor entlang der Leitung 100 an den Stift 19 von U1. Die Leitung 102 vom Rückkoppelungspotentiometer 70 ist durch die Verbindung 134 geerdet, welche durch C11 mit der Verbindung 136 und der Signalleitung 100 verbunden ist. Die Fünf-Volt- Versorgung ist mit der Leitung 98 bei einer Verbindung 138 verbunden, die durch C10 mit der Verbindung 136 verbunden ist.
Die vom Anwender betätigte Pegelauswahlsteuerleitung 86 ist mit der Verbindung 140 verbunden, welche mit fünf Volt von der geregelten Leistungversorgung vorgespannt ist, und durch C12 mit der Verbindung 142 verbunden ist, welche auch mit der Kontaktarmleitung eines (nicht gezeigten) Potentiometers innerhalb der Steuerung 84 verbunden ist. Die übrige Leitung des Potentiometers in der Steuerung 84 ist über eine Leitung 90 mit der Verbindung 144 verbunden, welche geerdet ist, und durch C13 mit der Verbindung 142 verbunden ist. Die Verbindung 142 ist als ein Signaleingang mit dem Stift 18 des Mikroprozessors U1 verbunden, um ein Ventilpositionsrückkoppelungssignal an ihn zu liefern.
Der Mikroprozessor U1 liefert seine Steuerrsignalausgänge bzw. -ausgangsgrößen an den Stiften 25 und 23 der Vorrichtung U1 an den Servomotor 68. Der Stift 25 von U1 ist über die Leitung 146 mit dem positiven Eingang einer Hälfte des Operationsverstärkers U2 an seinem Stift 4 verbunden, wobei der negative Anschluß beim Stift 3 bei der Verbindung 148 mit einer Referenzspannung verbunden ist. R11 und R12 dienen als ein Spannungsteiler, um die Referenzspannung an die Verbindung 148 anzulegen. Der Stift 23 von U1 ist durch die Leitung 150 mit dem positiven Eingang beim Stift 7 der anderen Hälfte der Vorrichtung U2 verbunden, wobei der negative Anschluß mit der Verbindung 148 und durch R12 mit Erde verbunden ist. Der Ausgang der einen Hälfte von U2 bei ihrem Stift 3 ist mit der Leitung 110 verbunden, um den Motor in einer Richtung anzutreiben, und der Ausgang der übrigen Hälfte des Verstärkers U2 am Stift 1 davon ist durch die Leitung 112 verbunden bzw. angeschlossen, um den Motor in der entgegengesetzten Richtung anzutreiben, wobei C9 zwischen den Leitungen 110 und 112 zur transienten Unterdrückung angeschlossen ist.
Das Gebläseluft-Auslaßtemperatursignal von der Thermistor- bzw. Temperaturfühleranordnung zur Verbindung 152, die entlang einer Leitung 106 vorgesehen ist, wird durch R14 mit der Verbindung 154 verbunden, welche mit dem Stift 17 des Mikroprozessors 80 verbunden ist, und durch R13 an Erde. R14 und R13 dienen als ein Spannungsteiler, der den Stift 17 durch die Verbindung 154 speist. Leistung wird an die Anordnung 104 durch die Zenerdiode D6 reguliert. Die übrige Leitung 108 der Thermistoranordnung 104 ist durch die Verbindung 156 verbunden bzw. angeschlossen, welche durch C16 mit Erde und mit der Verbindung 158 verbunden ist. Die Verbindung 158 wird durch R16 von einer Zwölf-Volt-Versorgung vorgespannt und ist durch die umgekehrt gepolte Zenerdiode D6 mit Erde verbunden. Die Verbindung 158 ist auch mit dem Stift 8 des Frequenz/Spannungs-Vorrichtungswandlers U3 verbunden, um Leistung daran zu liefern. C14 sieht eine transiente Unterdrückung zwischen den Thermistorleitungen 106 und 108 vor.
Mit Bezug auf Fig. 3 ist der Betrieb des Mikroprozessors 80 zur Erzeugung der Steuersignale an den Servomotor 68 in Blockdiagrammform gezeigt, wobei die Schaltung betätigbar bzw. betreibar ist, um die Register, Anschlüsse und Vektoren im Schritt 160 zu initialisieren, und dann einen Timer bzw. eine Zeitsteuervorrichtung im Schritt 162 zurückzusetzen, und die Gebläsegeschwindigkeitsspannung von der Leitung 78 auszulesen, und eine der drei Kombinationen der Schaltsignale von Q1 und Q2 im Schritt 164 zu erzeugen.
Die Schaltung wählt dann im Schritt 166 die Integer-Multiplikatoren KP im Bereich von 11 bis 22, und vorzugsweise von 15-22, KI als einen Integerwert im Bereich von 9 bis 20, und vorzugsweise von 12 bis 18; wobei KD eine Integer-Konstante im Bereich von 1 bis 7 ist, und vorzugsweise 3; und wobei KT eine ganzzahlige rpm- bzw. Drehzahlanstiegs- bzw. Drehzahlverstärkungskonstante im Bereich von 1 bis 7 ist.
Die Schaltung schreitet dann zum Schritt 168 voran und liest die Spannung vom Tachometergenerator auf der Leitung 96 aus und wandelt die variable Frequenz davon in ein analoges Spannungssignal um, welches über die Leitung 132 an den Stift 16 des Mikroprozessors geliefert wird. Die Schaltung berechnet dann im Schritt 168 folgendes:
Δ TACH = TACHt-1 - TACHt.
Der Mikroprozessor 80 schreitet dann zum Schritt 170 voran, liest die Ventilpositions-Potentiometerspannung an der Verbindung 136 am Stift 19 von U1 und berechnet die Ventilposition aus dem Ausdruck:
θ = VT x K&sub1;, wobei K&sub1; eine Kalibrierungskonstante ist, die beim Einbau des Potentiometers in die Drehzahlreduzierung auf Grund seiner Kontaktarmposition 64 bestimmt wird, und zwar mit Bezug auf die Position der Welle 62.
Die Schaltung liest dann im Schritt 172 die Spannung aus der Thermistoranordnung an der Verbindung 154 durch den Stift 17 von U1 und wandelt die Spannung in Grad Fahrenheit aus einer Nachschautabelle um. Die Schaltung schreitet dann zum Schritt 174 voran, wobei die Spannung aus der Pegelauswahlsteuerung 184 aus der mittleren Leitung 88 an der Verbindung 142 durch den Stift 18 des Mikroprozessors ausgelesen wird, und wandelt die Spannung in Grad Fahrenheit aus einer Nachschautabelle um.
Die Schaltung schreitet dann zum Schritt 176 voran, um die Auslaßlufttemperatur-PID-Fehlerausdrücke wie folgt zu berechnen:
Der Mikroprozessor berechnet dann im Schritt 178 den ΔTACH-Ausdruck:
T = KT (ΔTACH).
Der Mikroprozessor berechnet dann im Schritt 180 die Summe von P,I,D und der Tachometergeneratorfaktoren und bestimmt die Ventilbewegung aus dem Ausdruck:
θ&sub1; - θ&sub0; = P + I + D + T = Δ θ.
Der Mikroprozessor fragt dann die Frage im Schritt 182, ob die Tachometergeneratorspannung VT gleich oder geringer als ω&sub1; ist, was eine Leerlaufschwellendrehzahl bzw. -geschwindigkeit ist, um zu bestimmen, ob die Motordrehzahl unter einem ersten Schwellenwert ist, und wenn dies wahr ist, schreitet die Schaltung direkt zum Schritt 184 fort. In der gegenwärtigen Praxis ist ω&sub1; 1000 rpm für den Motor. Wenn jedoch der Test im Schritt 182 bestimmt, daß VT nicht geringer oder gleich ω&sub1; ist, schreitet der Mikroprozessor dann zum Schritt 186 voran und nimmt den Test vor, um zu bestimmen, ob die Tachometergeneratorspannung VT gleich oder größer als ein zweiter Schwellenwert ω&sub2; ist. Wenn der Test im Schritt 186 bestimmt, daß VT nich gleich oder größer als ω&sub2; ist, schreitet die Schaltung direkt zum Schritt 186 voran, wenn jedoch VT gleich oder größer als ω&sub2; ist,schreitet der Mikroprozessor zum Schritt 188 voran. In der vorliegenden Praxis ist ω&sub2; 1200 Upm für den Motor. Der Leerlaufkompensationsfaktor wird im Schritt 188 addiert, und die Ziel-Ventilposition wird gemäß des folgenden Ausdrucks berechnet:
θT = Δθ + θO - KC ,
wobei KC ein Leerlaufdrehzahlkompensationsfaktor ist, der ungefähr 15º Ventilbewegung darstellt, wobei der volle Weg des Ventils 90º ist. Das System schreitet dann zum Schritt 186 voran.
Wenn im Schritt 182 die Spannung VT geringer oder gleich ω&sub1; ist, schreitet der Mikroprozessor zum Schritt 184 voran, um einen Leerlaufkompensationsfaktor zu addieren, und um die Zielwertposition aus dem folgenden Ausdruck zu berechnen:
θT = Δθ + θO + KC
Der Mikroprozessor schreitet dann direkt zum Schritt 186 voran und bestimmt, ob der Motor in der gewünschten Bewegungsrichtung abstirbt bzw. läuft. Wenn der Test im Schritt 186 zeigt, daß der Motor in der gewünschten Bewegungsrichtung abstirbt bzw. läuft, schreitet der Mikroprozessor direkt zum Schritt 188 voran, um den Motor zu stoppen, und um eine Verzögerung von 750 msec aufzuprägen, bevor er zum Schritt 162 zurückkehrt
Wenn im Schritt 186 bestimmt wird, daß der Motor nicht in der gewünschten Bewegungsrichtung abstirbt, wird der Ventilmotor 168 im Schritt 190 erregt und läuft weiter. Der Mikroprozessor 80 bestimmt dann im Schritt 192, ob die Potentiometerspannung an der Verbindung 136 gleich einem Wert ist, der θT entspricht, und, wenn dies der Fall ist, schreitet der Mikroprozessor zum Schritt 188 voran. Wenn jedoch im Schritt 192 die Rückkoppelungspotentiometerspannung an der Verbindung 136 als nicht gleich θT bestimmt wird, dann kehrt die Schaltung zum Schritt 190 zurück und setzt eine Erregung des Ventilmotors fort.
Es ist klar, daß das Steuersignal somit die Summe aller Faktoren ist, und wie folgt ausgedrückt werden kann: CS = P + I + D + T + C, wobei C = +KC, wenn die Motordrehzahl unter ω&sub1; fällt, und wobei C = -KC, wenn die Motordrehzahl über ω&sub2; ansteigt. Eine getrennte Bestimmung des Steuersignals wird für jede vom Anwender ausgewählte Gebläsegeschwindigkeit vorgenommen. Es ist weiter klar, daß KI nur für den Fall von P = O berechnet wird.
Werte von Widerständen, Kondensatoren und volltransistorisierten bzw. Solid-State- bzw. Festkörpervorrichtungen sind in Tabelle I unten angegeben. Tabelle 1
Die vorliegende Erfindung sieht somit eine einzigartige und neuartige Steuervorrichtung für ein Fahrzeuginsassenabteil-Klimasteuersystem vor, welches ein servomotorangetriebenes Ventil zum Steuern des Drosselflusses an den Heizkern für den exothermen Wärmeaustausch einsetzt. Die vorliegende Erfindung setzt eine elektronische Steuervorrichtung für das servoangetriebene Ventil ein, wobei die Steuervorrichtung ein Steuersignal basierend auf Grund von Temperatureingaben bzw. -eingangsgrößen antreibt, bzw. liefert, und zwar von einem Thermistor bzw. Temperaturfühler, der im Gebläseluftraum angeordnet ist, ein Ventilpositionspotentiometer und einen Tachometergenerator, der die Motordrehzahl und eine vom Anwender ausgewählte Temperaturpegeleingabe abfühlt. Die elektronische Steuervorrichtung treibt bzw. liefert das Steuersignal, basierend auf proportionalen, integralen und derivativen bzw. PID-Faktoren, und zwar mit Bezug auf Veränderungen der Auslaßlufttemperatur und tut dies für jede vom Bediener ausgewählte Gebläsegeschwindigkeit. Die vorliegende Erfindung nimmt starke Veränderungen des Motorkühlmittelflusses an den Heizkern auf und insbesondere nimmt sie Unterschiede zwischen dem Motorleerlauf- und dem Motorbetrieb bei hoher Drehzahl auf, und zwar durch das Addieren eines Leerlaufdrehzahlkompensationsfaktors zum Steuersignal, wenn die Motordrehzahl auf oder nahe dem Leerlauf ist.
Obwohl die Erfindung hier mit Bezug auf die veranschaulichten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist klar, daß Modifikationen und veränderungen der Erfindung vorgenommen werden können, und daß sie nur durch die folgenden Ansprüche eingeschränkt wird.

Claims

1. Steuersystem (10) für eine Fahrzeuginsassenabteil- Klimasteuerung, die einen Fahrgastabteil-Wärmetauscher (26) und eine motorangetriebene Pumpe (12) aufweist, die erwärmtes Strömungsmittel durch den Wärmetauscher (26) kreisförmig bewegt, wobei das System folgendes aufweist:

(a) Ventilmittel (20), die ein Ventilglied aufweisen, welches innerhalb der Ventilmittel (20) beweglich ist, um den Fluß von erwärmten Strömungsmittel an den Wärmetauscher (26) zu steuern;

(b) Betätigungsmittel, die auf den Empfang eines Steuersignals hin betreibbar sind, um das Ventilglied zu bewegen;

(c) Rückkoppelungsmittel (70), die betreibbar sind, um ein elektrisches Rückkoppelungssignal zu liefern, welches die Position des Ventilgliedes anzeigt;

(d) Gebläsemittel (32), die betreibbar sind, um einen Luftfluß über den Wärmetauscher (26) vorzusehen, die Luftraummittel (38) aufweisen, um den Fluß in das Fahrgastabteil zu leiten;

(e) Drehzahlabfühlmittel (92), die betreibbar sind, um die Pumpenmotordrehzahl abzufühlen, und die Anzeigemittel aufweisen, die betreibbar sind, um ein elektrisches Ratensignal zu liefern, welches die Veränderungsrate der Motordrehzahl anzeigt;

(f) Temperaturabfühlmittel (104), die betreibbar sind, um ein elektrisches Signal zu liefern, welches die Temperatur der Luft anzeigt, die aus den Luftraummitteln (38) herausströmt;

(g) Anwendersteuermittel (84, 72), die auf eine wahlweise Bewegung des Anwenders hin betätigbar bzw. betreibbar sind, um ein elektrisches Signal zu liefern, welches eine ausgewählte relative Temperatur und ein elektrisches Gebläsedrehzahlsignal anzeigt;

(h) erste Mittel, die betreibbar sind, um die Differenz zwischen dem relativen Temperatursignal und dem Auslaßlufttemperatursignal zu vergleichen, und die daraufhin betreibbar sind, um ein Fehlersignal zu erzeugen;

(i) zweite Mittel, die betreibbar sind, um die Werte des Fehlersignals über ein vorbestimmtes Zeitintervall aufzusummieren, und die daraufhin betreibbar sind, um ein Intervallsignal zu erzeugen;

(j) dritte Mittel, die betreibbar sind, um die Veränderungsrate des Fehlersignals zu bestimmen, und die be treibbar sind, ein derivatives bzw. Ableitungssignal zu erzeugen, welches die Veränderungsrate anzeigt; und

(k) vierte Mittel, die betätigbar sind, um das Fehlersignal, das Intervallsignal, das derivative bzw. Ableitungssignal und das Signal der Veränderungsrate der Motordrehzahl aufzusummieren, und um ein Steuersignal für die Betätigungsmittel basierend auf der Summe zu liefern.

2. Steuersystem (10) für eine Fahrgastabteil-Klimasteuerung der Bauart mit einem Fahrgastabteil-Wärme tauscher (26) und mit einer motorbetriebenen Pumpe (12), die erwärmtes Strömungsmittel durch den Wärmetauscher (26) kreisförmig bewegt, wobei das Steuersystem folgendes aufweist:

(a) motorisierte Ventilmittel (20), die ein bewegliches Ventilglied aufweisen, welches betreibbar ist, um den Fluß des erwärmten Strömungsmittels zum Wärmetauscher (26) auf den Empfang eines Ausgangssteuersignals hin zu steuern;

(b) Rückkoppelungsmittel (70), die betreibbar sind, um eine elektrische Anzeige der Position des beweglichen Ventilgliedes zu liefern;

(c) Gebläsemittel (32), die betreibbar sind, um einen Luftfluß über den Wärmetauscher (26) vorzusehen, welche Luftraummittel (38) aufweisen, um den Fluß in das Fahrgastabteil zu leiten;

(d) Tachometermittel (92), die betreibbar sind, um eine elektrische Anzeige der Motordrehzahl zu liefern;

(e) Drehzahlveränderungs-Anzeigemittel, die betreibbar sind, um eine elektrische Anzeige der Veränderungsrate der Motordrehzahl zu liefern;

(f) Temperaturabfühlmittel (104), die betreibbar sind, um eine elektrische Anzeige der Lufttemperatur in den Luftraummitteln (38) zu liefern;

(g) Anwendersteuermittel (84, 72), die auf eine wahlweise Bewegung durch den Anwender betätigbar bzw. betreibbar sind, um ein elektrisches Temperatursignal zu liefern, welches einen ausgewählten relativen Temperaturpegel und eine ausgewählte Gebläsedrehzahl anzeigt;

(h) Mittel, die betreibbar sind, um ein Ausgangssteuersignal gemäß der folgenden Beziehung zu liefern:

CS = P + I + D + T + C

mit P = ΔT/Kp = (TEinstellpunkt - TThermistor )/Kp und

wobei Kp eine Gain- bzw. Verstärkungskonstante im Bereich von 11 - 22 ist;

wobei KI ein Integer-Wert im Bereich von 9 - 20 ist und nur für den Fall von P = 0 berechnet wird;

D = dTFehler x KD, wobei DTFehler =ΔT(t) - ΔT(t-1), und wobei KD eine ganzzahlige Verstärkungskonstante im Bereich von 1 - 7 ist;

T = ΔRPM x KT, wobei ΔRPM = RPMt-1 - RPMt, und wobei KT eine RPM- bzw. Umdrehungs-Verstärkungskonstante im Bereich von 1 - 7 ist, und wobei C ein Leerlaufdrehzahl- Kompensationsfaktor C = +Kc ist, wenn die Motordrehzahl unter einen ersten Schwellenwert fällt, und wobei C = -Kc, was 15º Ventilbewegung entspricht, wenn die Motordrehzahl über eine zweite Schwelle höher als die erwähnte erste Schwelle ansteigt, wobei eine getrennte Bestimmung des Steuersignals für jede vom Bediener ausgewählte Gebläsegeschwindigkeit vorgenommen wird.

3. Steuersystem (10) nach Anspruch 2, wobei die Mittel, die betreibbar sind, um ein Ausgangssignal zu liefern, Mittel aufweisen, die betreibbar sind, um eine vorbestimmte Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden Bestimmungen des Wertes des erwähnten Signals zu verzögern.