AT394162B

AT394162B - Temperaturregelungsverfahren fuer eine klimaund/oder heizanlage fuer kraftfahrzeuge

Info

Publication number: AT394162B
Application number: AT228989A
Authority: AT
Inventors: Hans-Volker Dipl Ing Fritzsche
Original assignee: Uher Ag
Priority date: 1989-10-03
Filing date: 1989-10-03
Publication date: 1992-02-10
Also published as: DE4031050A1; ATA228989A

Description

AT 394 162 B

Temperaturregelungsverfahren für eine Klima- und/oder Heizanlage für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Temperaturregelungsverfahren 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 Fahrzeuginnenraum) angeordnet ist.

Bei großem Heizbedarf durch die Scheiben des Kraftfahrzeuges kann es zu einem Zustand des Energiemangels im Heizsystem kommen. Dies ist besonders bei kaltem Motor und bei sehr energiesparendem Fahren bei tiefen Außentemperaturen und starkem Wind der Fall. Es ist derzeit bekannt, in diesen Fällen die Umluftklappe 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 Beschlagen 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, sondern 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 genug nachsteuem. 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 betrachten, die regelungstechnisch zusätzlich eine Störung bedeutet.

Ein angenehmeres Verhalten des Klimasystems wird im Gegensatz zu den bekannten Einrichtungen durch das erfindungsgemäße Temperaturregelungssystem dadurch erreicht, daß die Umluftklappe mit einem eigenen Regler kontinuierlich in den Temperaturregelungsprozeß eingreift, wobei der Regler der Umluftklappe wesendich träger als der Temperaturregler zu dimensionieren ist und daß eine übergeordnete Kontrolleinheit in regelmäßigen Zeitabständen überprüft, ob der Temperaturregler noch eine gewisse Reserve in seinem Verstellbereich hat, und falls dies der Fall ist, den Umluftanteil um einen gewissen Anteil reduziert, sodaß ein Vorrang des Frischluftanteils gegenüber dem Umluftanteil besteht.

Damit wird erzielt, daß die Strecke als System ihre Parameter nicht mehr sprungförmig, sondern konünuier-lich 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 Umluftklappenregelung wesentlich träger zu bemessen als das des Temperaturreglers.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung bekommt der Regler der Umluftklappe nach Ablauf einer von der Temperaturregelabweichung abhängigen Zeitspanne nach Beginn des Belüftungsvorganges einen Verstellbe-reich so zugewiesen, daß die Umluftmenge einen von der jeweiligen Belüftungsfördermenge abhängigen Maximalwert nicht überschreitet und die Grenzkennlinien bei Kühlkompressorbetrieb 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 Innenraumes nicht so schnell an. Die Scheiben sind sofort nach dem Start auf Außentemperatur. Dadurch würde auch durch geringfügige Zugabe von Feuchtigkeit durch Personen und Kleidung der Taupunkt der Innenraumluft sofort unterschritten. Bei leichter Anhebung der Scheibeninnentemperatur kann etwas Feuchtigkeit im Innemaum vorhanden sein. Damit wird die Zeit nach dem Starten des Systems ein weiteres Kriterium für den Umluftbetrieb. Die Luft-geschwindigkeit ergibt die Luftmenge, die in den Innenraum gelangt Bei größeren Luftmengen kann der Umluftanteil größer sein, da die Feuchteabgabe der Personen mit mehr Frischluft gemischt 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 femzuhalten.

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 Ansteuerung 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 Fehlerfall zu vermeiden.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung weisen die Regelkonstanten des Temperaturreglers eine vorgeb-bare zusätzliche Abhängigkeit von der jeweiligen Einstellung der Luftverteilungsvorrichtung und der Umluftklappe auf.

Denn ganz maßgeblich hängen die Zeitkonstanten der Übertragungsfunktion davon ab, ob der Temperaturfühler vom Luftstrom direkt getroffen wird und damit den Temperatuiänderungen der einströmenden Luft direkt ausgesetzt ist, oder ob der Temperaturfühler abseits vom Luftstrom liegt und demgemäß die Änderung der Temperatur erst nach langer Durchmischungszeit der Luft wahmimmt

Bei einem kontinuierlichen Ändern zwischen Frischluft und Umluft sind die Verstärkungsfaktoren der Hauptregler kontinuierlich 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: -2-

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Fig. 1 die realisierte Schaltung mit Aktuatoren

Fig. 2 das Gesamtsystem nach regelungstechnischen Gesichtspunkten

Fig. 3 den Bereich des maximalen Umluftanteiles

Fig. 4 die Ansteuerelektronik der Umlultklappe

Fig. 1 zeigt die realisierte Schaltung mit den Aktuatoren. Die Regelfunktionen werden größtenteils in einem Mikrokontroller 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 (VI) einen Verstärker zur Ansteuerung des Aktuators (V 2) einen Verstärker zur Ansteuerung der Luftverteilungseinrichtung (μΡ) einen Mikroprozessor.

Fig. 2 der Zeichnung zeigt das Gesamtsystem der Regeleinrichtung der erfindungsgemäßen Klimaanlage zusammen mit dem Fahrzeuginnenraum (G(s)). Man betrachtet die dynamischen Temperatureigenschaften 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 Verzögerungslied 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 (8) die Regelungsabweichung (P) den Anteil der Aufgaben, die im Mikroprozessor realisiert sind (D/A) sind zwei Digital/Anatog-Wandlungen (A/D) ist eine Analog/Digitai-Wandlung

Fig. 3 zeigt den maximalen Umluftanteil (Vmax) als Funktion der Zuluftmenge. Diese Information ist in der Kontrolleinheit (KE) abgespeichert und wird von dieser überwacht. (Vmax) ist der größte Wert der Umluftmenge, der vom Regler der Umluftklappe (RU) angesteuert 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 Umlufitmenge. Der Parameter ist die Regelungsabweichung (ε) in GradC.

Die Kenngröße (Vmax) ist zur Zuluftmenge proportional. Bei Kühlbetrieb werden die Kennlinien in Richtung größerer Umluftmenge verschöben.

Fig. 4 zeigt die Ansteuerung der Umluftklappe. Die Transistoren (Tj-Tg) steuern den Motor (M) im normalen Betriebsfall an. Sie sind als H-Brücke geschaltet. Von (Pinl) und (Pin2) wird die Brücke von einem Prozessor angesteuert. Über (AD1) und (AD2) kann der Prozessor die Schaltung mittels Messung des Spannungsabfalles am Widerstand (R) auf Überstrom kontrollieren und schützen. Es ist üblich, daß ein Prozessor mit seiner Software logische Schleifen durchläuft. 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 (Pin 3) geändert. Damit entstehen Rechteckimpulse (Watch Dog Impulse). Es ist üblich mit externen Bauelementen diese Impulse auszuwerten. Falls sie nicht abgegeben werden, bedeutet dies ein Fehlverhalten. Die externen Bauelemente 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 Stellung Frischluft mit Hilfe folgender Systematik anzusteuem:

Falls die Watch Dog Impulse ausbleiben, lädt sich Kondensator (C2) über einen Schwellwert auf. In diesem

Fall schaltet Komparator (KP2X<fie Transistoren (TyTg) durch. Transistor (Tg) sperrt die Brückenansteue-rung ab. Die Transistoren (Ty) und (Tg) schalten den Motor (M) in Richtung Frischluft. Mittels Potentiometer (P) wird die Stellung der Umluftldappe an den Prozessor zurückgemeldet. -3-

Claims

AT 394 162 B PATENTANSPRÜCHE 1. Temperaturregelungsverfahren für eine Klima· und/oder Heizanlage eines Kraftfahrzeuges, bei dem in der Luft-führung eine mittels eines Stellmotors betätigbare Umluftklappe zur Dosierung des Verhältnisses Frischluft zu Umwälzluft (Luft aus dem Fahrzeuginnenraum) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die 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 gewisse Reserve in seinem Verstellbereich hat, und falls dies der Fall ist, den Umluftanteil um einen gewissen Anteil reduziert, sodaß ein Vorrang des Frischluftanteiles gegenüber dem Umluftanteil besteht
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Regler der Umluftklappe nach Ablauf einer von der Temperaturreglerabweichung abhängigen Zeitspanne (Tj...) nach Beginn des Belüftungsvorganges ein Verstellbereich so zugewiesen wird, daß die Umluftmenge einen von der jeweiligen Luftfördermenge abhängigen Maximalwert (Vmax) nicht überschreitet und die Grenzkennlinien bei Kühlkompressorbetrieb in Richtung früheren Eingreifzeitpunkt und größerem Umluftanteil verschoben sind.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit manueller Einstellung die Automatik überschrieben werden kann und desweiteren, daß bei manuellem Befehl "Umluft" der Schließvorgang schnell geschieht
4. Verfahren nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Fehlerfall des Prozessors von einer Überwachungseinrichtung erkannt wird, in diesem Fall auf Position Frischluft geschaltet wird, und daß die Ansteuerung der Frischluftposition im Prozessorfehlerfall dadurch erreicht wird, daß die normale Ansteuerung abge-schältetwird und eine zusätzliche Ansteuerung für den Motor eingeschaltet wird.
5. Vofahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelkonstanten des Temperaturreglers eine vorgebbare zusätzliche Abhängigkeit von der jeweiligen Einstellung der Luft-vateilungsvorrichtung und der Umluftklappe aufweisen. Hiezu 2 Blatt Zeichnungen -4-