DE3688523T2

DE3688523T2 - Kraftfahrzeugklimaanlage.

Info

Publication number: DE3688523T2
Application number: DE86309216T
Authority: DE
Inventors: Tohru Kakehi; Katsumasa Matsui; Masahiro Ohba
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1985-11-27
Filing date: 1986-11-26
Publication date: 1994-01-13
Anticipated expiration: 2006-11-27
Also published as: EP0228813B1; EP0228813A3; EP0228813A2; US4744511A; DE3688523D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der nachveröffentlichten EP 0 179 625 A2, die nur im Sinne des Art. 54(3) EPC Stand der Technik ist, ist eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einer Steuereinheit zum Durchführen einer Rückführsteuerung von Gebläseluft bekannt, die ein integral hinzugefügter Optimalwertregler ist, der die Rückführsteuerung auf der Basis einer optimalen Rückführverstärkung durchführt, die gemäß einem dynamischen Modell eines Klimatisierungssystems vorbestimmt wird, das den Fahrzeugraum und die verwendete Klimatisierungseinheit einschließt.
Die Steuerung der Klimaanlage basiert auf Störzirkulierungen, wie sie in "Digital Control of Dynamic Systems.", Gene F. Franklin und J. David Powell, 1980, Seiten 207-217 und 250-258, Addison-Wesley Publishing Company, Inc., Philippinen, beschrieben sind. Dort ist beschrieben, wie ein dynamisches Modell aufgebaut ist, und wie die besten Werte unbekannter Parameter aus experimentellen Daten abgeschätzt werden. Dieses Verfahren zum Kombinieren theoretischen Wissens mit experimentellen Daten zum Aufbauen eines dynamischen Modells ist als sogenannte "Systemerkennung" beschrieben. Weiterhin sind die optimalen Steuermethoden für eine sich zeitlich ändernde optimale Lösung beschrieben, die in einer optimalen (sich zeitlich ändernden) Rückführverstärkung für einen diskreten Aufbau oder ein dynamisches Modell resultiert.
In der EP 0 023 052 A1 ist ein Verfahren zur Klimatisierung für Kraftfahrzeuge offenbart, das eine Erkennung einer Temperatur eines Insassenraums, einer atmosphärischen Temperatur und einer voreingestellten Temperatur in der Anfangsperiode einer Klimatisierung umfaßt. Auf der Basis dieser Temperaturen wird beurteilt, ob die Klimaanlage mit Luft arbeiten sollte, die in dem Kraftfahrzeug zirkuliert, oder mit Luft, die von außen eingeführt wird.
Ein weiteres Verfahren und ein Gerät zur Klimatisierungssteuerung ist in der EP 0 072 442 A1 offenbart, wobei die Steuerung eine Energieverschwendung und unnötige Zyklen beim Anlaufen und Zustände geringer Last durch Verwenden einer separaten Thermoerfassungseinheit verhindert, die in der Rückkehrluft vorgesehen ist, um eine Forderung nach Kühlung vor dem herkömmlichen Thermostat der Einheit zu erfüllen.
In PROCEEDINGS OF THE 1985 INTERNATIONAL CONFERENCE ON INDUS- TRIAL ELECTRONICS, CONTROL AND INSTRUMENTATION, San Francisco, Kalifornien, 18. bis 22. November 1985, Band 1, Seiten 385 bis 389, IEEE, New York, USA; T. Tabe et al. "AUTOMOTIVE CLIMATE CONTROL, USING MODERN CONTROL THEORY", sind Modelle einer automatischen Klimasteuerung gezeigt, die auf einer Klimatisierung basieren, die einen Kompressor variabler Kapazität, einen Kühlmittelzyklus mit einem Kondensator und einen Verdampfer für einen Thermoaustausch mit Luft von außen umfaßt.
Die Luft von außen kann mittels einer Luftmischungsklappe durch eine Erwärmeinrichtung oder direkt in einen Fahrzeugraum geführt werden.
Diese Modelle sind lineare Systeme, die unter der Annahme geringer Störungen berechnet werden und die eine statistische Identifikationsmethode verwenden.
Weiterhin ist aus der EP 0 042 287 A1 eine elektronische Steuermethode und ein Gerät für ein Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystem mit Luftreiniger bekannt, das zwischen Luft von außen und wieder zirkulierter Luft von innen umschalten kann, wobei die innere und die äußere Luftverschmutzung erkannt und verglichen wird, so daß der Betrieb des Luftreinigers minimiert werden kann.
Verschiedene Arten von Klimaanlagensystemen sind bei Kraftfahrzeugen benutzt und angewendet worden, um die Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Sauberkeit usw. von Luft in einem Kraftfahrzeugraum zu steuern. Unter solchen verschiedenen Typen ist eine Klimaanlage weit verbreitet, die nur die Temperatur regelt. In einem solchen Klimaanlagengerät für Kraftfahrzeuge wird zum Regeln der Lufttemperatur bei Luftauslässen über einem weiten Bereich von einer niedrigen Temperatur zu einer hohen Temperatur Luft, die in das Gerät geschickt ist, einmal durch eine Kühleinrichtung, wie beispielsweise einen Verdampfer gekühlt, und dann wird die gekühlte Luft durch eine Wärmeeinrichtung, wie beispielsweise einen Heizwärmetauscher erwärmt, um eine erwünschte Temperatur der Gebläseluft zu erhalten. Diese Reihe von Geräten zum Ausblasen, Kühlen und Erwärmen von Luft wird Gebläseluft-Steuereinrichtung und das gesamte System wird Klimaanlageneinheit genannt. Heutzutage sind solche Klimaanlageneinheiten bei Klimaanlagen von Kraftfahrzeugen weit verbreitet und es gibt zwei Typen, nämlich einen Wiedererwärmungstyp, der zum Ändern des einer Heizeinrichtung zugeführen Wärmewerts ausgebildet ist, und einen anderen, der ein Luftmischungstyp ist und zum Ändern des durch die Wärmeeinrichtung laufenden Luftverhältnisses ausgebildet ist.
Bei jedem dieser zwei Typen wird die Lufttemperatur in einem Fahrzeugraum durch den Wärmewert von Ausblasluft gesteuert, d. h. der Durchflußrate und der Temperatur der Ausblasluft. Die Durchflußrate der Ausblasluft wird durch die Ausblasfähigkeit eines verwendeten Gebläsemotors oder ähnlichem bestimmt, und ihre Temperatur wird durch die Abkühlfähigkeit der Kühleinheit (des Verdampfers) bestimmt, d. h. die Fähigkeit des Kühlsystems, das einen Kompressor enthält, und die Erwärmungsfähigkeit einer Heizeinrichtung, nämlich die Menge zirkulierten heißen Wassers in dem Fall des Wiedererwärmungstyps und dem Klappenöffnungsgrad der Luftmischklappe in dem Fall des Luftmischungstyps.
Wenn eine Klimaanlageneinheit den Betrieb beginnt, wird eine Lufttemperatur in einem Fahrzeugraum erkannt, um die Temperatur und die Durchflußrate von Gebläseluft auf der Basis der Differenz zwischen der erkannten Temperatur und einer vorbestimmten Solltemperatur unter Rückführung zu steuern. Als Ergebnis erreicht die Lufttemperatur in dem Fahrzeugraum, die nachfolgend innere Lufttemperatur genannt werden wird, die eingestellte Solltemperatur schrittweise aufgrund des Wärmewerts der Gebläseluft.
Eine derartige Regelung der Lufttemperatur ist in den japanischen Patentanmeldungsveröffentlichungen 55-47914 und 55-77659 offenbart.
Das oben beschriebene herkömmliche Gerät basiert auf einer Rückführregelung, die auf der Basis der Differenz zwischen einer erkannten inneren Lufttemperatur und einer eingestellten Solltemperatur durchgeführt wird, so daß die erstere die letztere erreicht, und einige herkömmliche Geräte übernehmen weiterhin eine Voraussagesteuerung, bei der der Steuerbetrag bzw. die -menge derart bestimmt wird, daß vorbestimmten Bedingungen des thermischen Gleichgewichts unter Berücksichtigung der äußeren Lufttemperatur und der Sonnenstrahlenmenge genügt wird. Weiterhin wird die auszublasende Luft einfach derart gesteuert, daß die Gebläseluftmenge erhöht wird, wenn die Differenz zwischen den oben angegebenen Temperaturen groß ist und erniedrigt wird, wenn die Differenz kleiner wird.
Daher ist die Übergangsantwort zu der Zeit der Änderung des eingestellten Werts der Solltemperatur nicht notwendigerweise zufriedenstellend, so daß die Übergangsantwort in Abhängigkeit von der inneren Lufttemperatur bei einem solchen Moment, der Fähigkeit der Klimaanlageneinheit oder ähnlichem schlecht ist, und daher hat es ein derartiges Problem gegeben, daß es schwierig ist, für Fahrzeuginsassen eine komfortable Umgebung zu schaffen.
Während die Fähigkeit einer Klimaanlageneinheit durch die Kombination von Gebläseluftmenge, Kühlfähigkeit der Kühleinheit, Erwärmfähigkeit der Heizeinrichtung usw. bestimmt wird, ist es nicht deutlich gemacht worden, welche Kombination dieser Faktoren eine optimale Steuerung bietet. Daher sind diese Faktoren bisher einfach durch die Erfahrungen der Konstrukteure als die oben angegebene Regelung der Gebläseluftmenge kombiniert worden. Demgemäß kann nicht gesagt werden, daß die Fähigkeit der Klimaanlageneinheit bisher ausreichend genutzt worden ist.
Zusätzliche Probleme, die in dem Fall auftreten würden, in dem die Steuerung einer Klimaanlageneinheit auf dieselbe Weise wie in dem Normalbetrieb in dem Anfangszustand durchgeführt wird, in dem die Steuerung der Klimaanlageneinheit begonnen worden ist, sind beispielsweise die umgekehrte Steuerung, bei der die innere Lufttemperatur einmal von der Solltemperatur abgetrennt wird, und die übersteigerte Steuerung, bei der sich die innere Lufttemperatur der Solltemperatur schnell annähert.
In dem Fall, daß die Solltemperatur auf die Nähe der Grenzen des Steuerbereichs der inneren Lufttemperatur eines Fahrzeugs eingestellt wird, die durch eine Klimaanlageneinheit möglich gemacht ist, gibt es weiterhin ein Problem, bei dem das Nachfolgen der Steuerung aufgrund des Überschreitens usw. des eingestellten Sollwert der inneren Lufttemperatur verschlechtert ist, wenn die Steuerung unter Berücksichtigung der Abweichung zwischen der Solltemperatur und der inneren Lufttemperatur aus der Vergangenheit durchgeführt wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung ist entwickelt worden, um die oben beschriebenen Nachteile zu eliminieren, die der herkömmlichen Klimaanlage für Kraftfahrzeuge eigen sind.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und verbesserte Klimaanlage für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die die Lufttemperatur in einem Fahrzeugraum von dem anfänglichen Betriebszeitpunkt an optimal steuern kann, wobei die Fähigkeit der verwendeten Klimaanlageneinheit vollständig genutzt wird.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine neue und verbesserte Klimaanlage für Kraftfahrzeuge zu schaffen, die die Lufttemperatur in Fahrzeugräumen mit einer Fein-Nachführung optimal steuern kann, auch wenn eine Solltemperatur auf die Nähe der Grenzen des steuerbaren Bereichs eingestellt ist.
Diese Aufgaben werden durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist weiterhin eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge geschaffen, die folgendes aufweist: eine Klimaanlageneinrichtung zum Einstellen von Variablen mit wenigstens einer Temperatur einer Gebläseluft, die in einen Fahrzeugraum entladen wird; eine Temperatureinstelleinrichtung zum Einstellen einer Solltemperatur in dem Fahrzeugraum; einer Temperaturerkennungseinrichtung zum Erkennen einer Temperatur in dem Fahrzeugraum; einer Steuervariable-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob eine gesteuerte Variable in einem vorbestimmten Bereich liegt; eine Temperaturentscheidungseinrichtung zum Bestimmen, ob die innere Temperatur in einer vorbestimmten Beziehung zu der Solltemperatur ist; und eine Klimaanlagensteuereinrichtung zum Rückführsteuern der Klimaanlageneinrichtung, so daß die erkannte innere Temperatur gleich der eingestellten Solltemperatur wird, wobei die Klimaanlagensteuereinrichtung als integral hinzugefügter Optimalwertregler ausgebildet ist, der die Rückführsteuerung auf der Basis einer optimalen Rückführverstärkung durchführt, die in Übereinstimmung mit einem dynamischen Modell eines Klimaanlagensystems vorbestimmt ist, wobei die Klimaanlagensteuereinrichtung Steuervariablen steuert, die in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der durch die Steuervariable-Bestimmungseinrichtung und der Temperaturentscheidungseinrichtung durchgeführten Bestimmungen zu der Klimaanlageneinrichtung ausgegeben werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge geschaffen, die folgendes aufweist: eine Klimaanlageneinrichtung zum Einstellen von Variablen mit wenigstens einer Temperatur der Gebläseluft, die in ein Fahrzeug entladen wird; eine Temperatureinstelleinrichtung zum Einstellen einer Solltemperatur in dem Fahrzeugraum; eine Temperaturerkennungseinrichtung zum Erkennen einer Temperatur in dem Fahrzeugraum; eine Steuervariable-Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob eine Steuervariable in einem vorbestimmten Bereich ist; eine Temperaturentscheidungseinrichtung zum Bestimmen, ob die innere Temperature in einer vorbestimmten Beziehung zu der Solltemperatur ist; und eine Klimaanlagensteuereinrichtung zum Rückführsteuern der Klimaanlageneinrichtung, so daß die erkannte innere Temperatur der eingestellten Solltemperatur gleich wird, wobei die Klimaanlagensteuereinrichtung als integral hinzugefügter Optimalwertregler ausgebildet ist, der die Rückführsteuerung auf der Basis einer optimalen Rückführverstärkung durchführt, die in Übereinstimmung mit einem dynamischen Modell eines Klimaanlagensystems vorbestimmt ist, wobei die Klimaanlagensteuereinrichtung aufweist: einen Zustandsüberwacher zum Abschätzen von Zustandsvariablen, die der Klimaanlageneinrichtung einen inneren Zustand des Klimaanlagensystems anzeigt, und zwar auf der Basis der Steuervariablen und der erkannten inneren Temperatur unter Verwendung von Parametern, die in Übereinstimmung mit dem dynamischen Modell des Klimaanlagensystems vorbestimmt sind; einen Rückführbetrag-Berechnungsabschnitt zum Berechnen eines ersten Rückführbetrags, der die Steuervariablen zu der Klimaanlageneinrichtung auf der Basis eines Fehlers der inneren Temperatur von der Solltemperatur beeinflußt, und von Elementen, die den Fehler der optimalen Rückführverstärkung betreffen, und zum Aufhäufen bzw. Sammeln des berechneten ersten Rückführbetrags; einen Rückführ-Steuervariable- Berechnungsabschnitt zum Ausgeben der Summe eines zweiten Rückführbetrags und des angesammelten ersten Rückführbetrags zu der Klimaanlageneinrichtung als Steuervariablen, wobei der zweite Rückführbetrag auf der Basis der Zustandsvariablen und der Elemente erhalten wird, die die Zustandsvariablen der optimalen Rückführverstärkung betreffen; und einen Akkumualations-Beendigungsabschnitt zum Unterbrechen des Ansammelns des ersten Rückführbetrags, bis die Temperaturentscheidungs- einrichtung bestimmt, daß die innere Temperatur in der vorbestimmten Beziehung zu der Solltemperatur ist, nachdem die Steuervariable-Bestimmungseinrichtung bestimmt, daß die Steuervariable nicht in dem vorbestimmten Bereich ist.
Der Gegenstand und die Merkmale der vorliegenden Erfindung werden schneller aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungsseiten klar werden, wobei:
Fig. 1 ein Grundaufbau-Schaubild ist, das eine Klimaanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
Fig. 2 ein schematisches Schaubild ist, das die Klimaanlage des ersten Ausführungsbeispiels darstellt;
Fig. 3 ein Steuersystem-Schaubild ist, das ein System zeigt, wo eine Belüftung durch das erste Ausführungsbeispiel durchgeführt wird;
Fig. 4 ein Blockdiagramm ist, das zum Zeigen von Modellen des Systems benutzt wird;
Fig. 5 ein Signalflußdiagramm zum Erhalten einer Übertragungsfunktion ist;
Fig. 6 ein Blockdiagramm ist, das den Aufbau einer Überwachung minimaler Ordnung zeigt;
Fig. 7 ein Flußdiagramm ist, das die Steuerung bei dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
Fig. 8 eine graphische Darstellung für einen Vergleich zwischen der Steuerung des ersten Ausführungsbeispiels und einer herkömmlichen Steuerung zum Belüften ist;
Fig. 9 ein Grundaufbau-Schaubild einer Klimaanlage gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist;
Fig. 10 ein Steuersystem-Schaubild eines weiteren Systems ist, wo eine Belüftung durchgeführt wird;
Fig. 11A und 11B Flußdiagramme sind, die die in dem zweiten Ausführungsbeispiel durchgeführte Steuerung zeigen;
Fig. 12A und 12B graphische Darstellungen sind, die zum Verstehen des zweiten Ausführungsbeispiels nützlich sind;
Fig. 13 ein Grundaufbau-Schaubild ist, das eine Klimaanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und
Fig. 14A und 14B Flußdiagramme sind, die die bei dem dritten Ausführungsbeispiel durchgeführte Steuerung zeigen.

ERSTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL

Nimmt man nun Bezug auf Fig. 1 ist ein Aufbau der Klimaanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Die Klimaanlage besteht im allgemeinen aus einer Klimaanlageneinrichtung M1, die wenigstens eine Temperatur der Gebläseluft steuert, die in Übereinstimmung mit Steuervariablen von außen in einen Fahrzeugraum entladen wird, einer Temperatureinstelleinrichtung M2 zum Einstellen einer Solltemperatur in dem Fahrzeug raum, einer Temperaturerkennungseinrichtung M3 zum Erkennen der Temperatur in dem Fahrzeugraum, und einer Steuereinrichtung M4, die als integral hinzugefügter Optimalwertregler zur Rückführsteuerung der Klimaanlageneinrichtung M1 unter Verwendung einer optimalen Rückführverstärkung ausgebildet ist, die in Übereinstimmung mit einem dynamischen Modell des Systems vorbestimmt ist, das eine Klimaanlage für ein Motorfahrzeug betrifft, so daß die innere Lufttemperatur gleich der Solltemperatur ist, und einer Entscheidungseinrichtung M5 zum Bestimmen, ob die Klimaanlageneinrichtung M1 in dem Anfangszustand ist. Die Steuereinrichtung M4 enthält einen Zustandsüberwacher M6 zum Abschätzen von Zustandsvariablen, die den dynamischen inneren Zustand des Systems auf der Basis der Steuervariablen zu der Klimaanlageneinrichtung M1 und die innere Lufttemperatur des Fahrzeugraums unter Verwendung von Parametern anzeigen, die in Übereinstimmung mit dem dynamischen Modell des Klimaanlagensystems vorbestimmt sind, einen Rückführbetrag-Berechnungsabschnitt M7 zum Berechnen eines ersten Rückführbetrags, der die Steuervariablen zu der Klimaanlageneinrichtung M1 betrifft, auf der Basis von Elementen, die mit der Abweichung der inneren Lufttemperatur von der Solltemperatur und der Abweichung der optimalen Rückführverstärkung verbunden sind, und zum Ansammeln des berechneten ersten Rückführbetrags, und einen Rückführ-Steuervariable-Berechnungsabschnitt M8 zum Ausgeben der Steuervariable zu der Klimaanlageneinrichtung M1, die die Summe des angesammelten ersten Rückführbetrags und eines zweiten Rückführbetrags ist, der aus den Elementen erhalten ist, die die Zustandsvariablen und die Zustandsvariablen der optimalen Rückführverstärkung betreffen.
Die Steuereinrichtung M4 ist derart aufgebaut, daß jeder Referenz-Einstellwert, der in Übereinstimmung mit dem normalen Betriebszustand der Klimaanlageneinrichtung M1 vorbestimmt ist, als die Steuervariablen zu der Klimaanlageneinrichtung M1 ausgegeben wird, wenn die Entscheidungseinrichtung M5 bezüglich der Klimaanlageneinrichtung M1 bestimmt hat, daß sie in dem Anfangszustand ist, d. h. in dem Zustand, bei dem die Klimaanlageneinrichtung M1 gestartet wird.
Bei dem Obigen entspricht die Klimatisierungseinrichtung M1 im wesentlichen der Klimatisierungseinheit, die bei dem oben genannten Stand der Technik beschrieben worden ist, und besteht aus wenigstens einer Einrichtung zum Steuern der Temperatur der Gebläseluft. Nimmt man beispielsweise die Temperatur als eine der Variablen der Gebläseluft entspricht die oben genannte Einrichtung einem Stellglied, das die Fähigkeit eines Kühlers, wie beispielsweise eines Verdampfers, steuert, oder einem anderen Stellglied, das einen Öffnungsgrad einer Luftmischungsklappe oder des einer Erwärmungseinrichtung (einem Heizungswärmetauscher) zugeführten Wärmewerts steuert. Als ein Stellglied zum Steuern der Fähigkeit eines Kühlers gibt es einen Typ, der die Fähigkeit durch Ändern der Kapazität eines Kompressors verändert, und einen weiteren Typ, der die Durchflußrate des Kühlmediums steuert.
Die Temperatureinstelleinrichtung M2 ist aufgebaut, um eine Solltemperatur in dem Raum eines Fahrzeugs einzustellen. Beispielsweise wird als die Temperatureinstelleinrichtung M2 eine durch einen Fahrzeugfahrer betriebene Temperatureinstellvorrichtung verwendet, oder eine Einrichtung zum Einstellen einer vorbestimmten Solltemperatur auf der Basis der Abweichung der Raumtemperatur von der Außentemperatur.
Die Temperaturerkennungseinrichtung M3 ist aufgebaut, um die Lufttemperatur in dem Raum des Fahrzeugs (innere Lufttemperatur) zu erkennen. Sie ist geeignet, einen Temperatursensor vom Thermistortyp oder ähnliches zu verwenden. Sie ist auch geeignet, im Hinblick auf eine feine Empfindlichkeit einen Thermokoppler zu verwenden.
Die Entscheidungseinrichtung M5 ist aufgebaut, um zu bestimmen, ob die Klimatisierungseinrichtung M1 in dem Anfangszustand ist, d. h. dem Zustand, bei dem eine Steuerung begonnen wird.
Beispielsweise ist diese als ein diskreter logischer Schaltkreis realisiert, um den Beginn der Steuerung der Klimatisierungseinrichtung M1 zu erkennen. Sie ist auch geeignet, derart aufgebaut zu sein, daß die Anfangszeit der Klimatisierungseinrichtung M1 in Übereinstimmung mit vorbestimmten Prozessen unter Verwendung einer bekannten CPU und der zugehörigen Einheiten wie beispielsweise einem ROM und einem RAM bestimmt wird.
Die Steuereinrichtung M4 enthält den Zustandsüberwacher M6, den ersten Rückführbetrag-Berechnungsabschnitt M7 und den Rückführ-Steuervariable-Berechnungsabschnitt M8 und ist als integral hinzugefügter Optimalwertregler zum Durchführen einer Rückführsteuerung derart ausgebildet, daß die Lufttemperatur in dem Fahrzeugraum gleich der Solltemperatur wird. Die Steuereinrichtung M4 ist als Logik-Operationsschaltkreis unter Verwendung eines Mikroprozessors zusammen mit peripheren Elementen wie beispielsweise einem ROM und einem RAM und einem Eingabe-/Ausgabe-Schaltkreis verwirklicht und ist aufgebaut, um die Klimatisierungseinrichtung M1 durch die Steuervariable zu steuern, die durch eine optimale Rückführverstärkung bestimmt ist, die in Übereinstimmung mit einem dynamischen Modell bzw. dynamischen Modellen des Systems vorbestimmt ist, wo eine Klimatisierung auf der Basis einer Solltemperatur durchgeführt wird, die durch die Temperatureinstelleinrichtung M2 und die innere Lufttemperatur durchgeführt wird, die durch die Lufttemperaturerkennungseinrichtung M3 in Übereinstimmung mit einem im voraus gespeicherten Verarbeitungsverfahren erkannt ist.
Ein Verfahren zum Bilden eines derartigen integral hinzugefügten Optimalwertreglers ist im einzelnen in Dokumenten beschrieben, wie beispielsweise in "Linear System Control Theory", das von Katsuhisa FURUTA geschrieben ist, veröffentlicht von Shokodo Japan, 1976. Ein Ausblick auf das Verfahren eines aktuellen Ausbildens eines derartigen Reglers wird im nachfolgenden gegeben werden. In der folgenden Beschreibung bezeichnen die Bezugszeichen F, X, A, B, C, D, J, y, u, L, G, Q, R, P, M, S Vektoren (eine Matrix), ein T wie beispielsweise AT bezeichnet eine transponierte Matrix, eine &supmin;¹ wie beispielsweise A&supmin;¹ bezeichnet eine inverse Matrix, ein Symbol wie beispielsweise bezeichnet eine Abschätzung, ein Symbol wie beispielsweise bezeichnet einen Betrag, der durch ein anderes System bearbeitet wurde, d. h. einem Zustandsüberwacher (der nachfolgend einfach als Überwacher bezeichnet ist), wobei der Betrag anhand einer Transformation oder ähnlichem aus dem gesteuerten Objekt erzeugt wird, und ein Symbol * wie beispielsweise y* zeigt einen Sollwert an.
In der modernen Steuertheorie ist es bekannt, daß bei einer Steuerung eines gesteuerten Objekts, d. h. in diesem Fall des Systems, das die innere Lufttemperatur betrifft, das dynamische Verhalten des gesteuerten Objekts im diskreten Zeitsystem beschrieben wird als:
X (k) = A · X (k-1) + B · u (k - 1) . . . .(1)
y (k-1) = C · X (k - 1) . . . .(2)
Die obige Gleichung (1) wird Zustandsgleichung genannt, und die Gleichung (2) wird Ausgangsgleichung genannt, und ein Ausdruck X(k) bezeichnet Zustandsvariablen, die den inneren Zustand des Systems darstellen, ein Ausdruck u(k) bezeichnet Vektoren, die Variablen der Gebläseluft umfassen, die durch die Klimatisierungseinrichtung M1 gesteuert wird, und ein Ausdruck y(k) bezeichnet Vektoren, die Variablen umfassen, die den Ausgang des Systems darstellen. Bei dem durch die vorliegende Erfindung behandelten System einer Klimatisierung wird, da dieser Ausgangsvektor y(k) nur die innere Lufttemperatur enthält, dieser als ein Skalar y(k) behandelt werden. Die Gleichungen (1) und (2) sind beide im diskreten Zeitsystem beschrieben und ein Index "k" zeigt an, daß der Wert des gegenwärtigen Zeitpunkts gemeint ist, während ein Index (k-1) anzeigt, daß der Wert von einem Zeitpunkt ist, der eine Abtastperiode vor dem gegenwärtigen Zeitpunkt liegt.
Die Zustandsvariablen X(k), die den inneren Zustand des Systems anzeigen, wo eine Klimatisierung, d. h. in diesem Fall eine Temperatursteuerung der inneren Luft, durchgeführt wird, stellen eine Information dar, die die Vorgeschichte des Systems betreffen, was notwendig und hinreichend zum Voraussagen des zukünftigen Einflusses bei dem Steuersystem ist. Daher werden die dynamischen Modelle des Systems, nämlich wie sich die Temperatur in dem Fahrzeugraum (innere Lufttemperatur) verhält, wo eine Klimatisierung durch die Klimatisierungseinrichtung M1 durchgeführt wird, deutlich werden, und wenn wir Vektoren A, B und C der Gleichungen (1) und (2) bestimmen können, dann ist es möglich, die innere Lufttemperatur unter Verwendung der Zustandsvariablen X(k) optimal zu steuern. Das System muß erweitert werden, wenn die Steuereinrichtung M4 nicht nur ein Regler für das System ist, wobei der Sollwert immer konstant ist, sondern ein Regler für ein Servosystem ist, wobei der Sollwert immer verändert wird, was hierin bei einem Servosystem später beschrieben wird.
Es ist schwierig, dynamische Modelle eines komplexen Gegenstands wie beispielsweise einer Klimatisierung theoretisch genau zu erhalten, und daher ist es notwendig, dieselben durch Experimente zu erhalten. Dies ist ein Verfahren zum Aufbauen eines Modells, wobei das Verfahren eine sogenannte Systemerkennung ist, und in dem Fall, daß eine Klimaanlage für Kraftfahrzeuge unter einem gegebenen Zustand betrieben wird, wird das Modell gemäß den Zustandsgleichungen (1) und der Ausgangsgleichung (2) aufgebaut, mit denen einer linearen Annäherung um den gegebenen Zustand genügt wird. Daher kann auch in dem Fall, daß das dynamische Modell, das den Betrieb davon betrifft, nicht linear ist, eine lineare Annäherung durch eine Aufteilung in eine Vielzahl von normalen Betriebszuständen durchgeführt werden, und daher ist es möglich, jedes dynamische Modell zu bestimmen. In diesem Fall werden in bezug auf die Steuervariable und die innere Lufttemperatur die Variablen unter Verwendung einer Störungskomponente von jedem Referenz-Einstellwert an einem Normal-Betriebspunkt in einer linearen Annäherung berechnet. Daher ist es erforderlich, als Steuervariable die Summe des berechneten Werts und jedes Referenz-Einstellwerts zu verarbeiten.
Wenn der gesteuerte Gegenstand von einer Art ist, von der relativ leicht ein physikalisches Modell aufgebaut werden kann, dann kann das Modell (d. h. die Vektoren A, B und C) eines dynamischen Systems durch eine Systemerkennung bestimmt werden, die durch ein Verfahren wie beispielsweise ein Frequenzantwortverfahren oder eine Spektralanalyse durchgeführt werden.
Jedoch in dem Fall, daß das gesteuerte Objekt ein System vieler Variablen ist, wie beispielsweise das hier genommene System, wo eine Klimatisierung durchgeführt wird, ist es schwierig, ein physikalisches Modell zu errichten, das genau angenähert wird, und in einem derartigen Fall wird ein dynamisches Modell durch die Fehlerquadratmethode, eine Instrumentenvariable-Methode oder eine On-Line-Erkennung aufgebaut.
Ist ein dynamisches Modell einmal bestimmt, wird ein Rückführbetrag aus den Zustandsvariablen X(k), der inneren Lufttemperatur y(k) und seiner Solltemperatur x*(k) bestimmt, so daß ein gesteuerter Betrag der Variablen u(k) der Gebläseluft theoretisch und optimal bestimmt werden.
Bei einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge kann der Betrag des Einflusses der Luft-Durchflußrate durch einen Gebläsemotor auf die innere Lufttemperatur, d. h. der Betrag des Anteils der Luft-Durchflußrate an der inneren Lufttemperatur oder der Betrag des Einflusses des Öffnungsgrads der Luftmischungsklappe auf die innere Lufttemperatur als Variable benutzt werden, die die Steuerung der inneren Lufttemperatur direkt betreffen, und werden als Zustandsvariablen X(k) behandelt. Jedoch können die meisten solcher Variablen nicht direkt beobachtet werden.
Daher ist eine Einrichtung, die zustandsüberwacher (Überwacher) genannt ist, in der Steuereinrichtung M4 ausgebildet, so daß es möglich ist, die Zustandsvariablen X(k) des Systems abzuschätzen, wo eine Klimatisierung unter Verwendung von Werten der inneren Lufttemperatur und der Gebläseluft durchgeführt wird. Dies ist der Überwacher gemäß einer modernen Steuerungstheorie, und verschiedene Typen von Überwachern und ihre Konstruktionsverfahren sind bekannt. Diese sind im einzelnen beispielsweise in "Mechanical System Control" von Katsuhisa Furuta, veröffentlicht von Ohm Co. Ltd., 1984, beschrieben, und der Überwacher kann als Überwacher minimaler Ordnung oder als Überwacher einer finiten Zeiteinstellung in Entsprechung zu der Art eines angewendeten gesteuerten Gegenstands aufgebaut sein, d. h. in diesem Fall der Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug.
Das System, das der Steuergegenstand der Steuereinrichtung M4 ist, ist ein Servosystem, in dem die Solltemperatur schrittweise durch die Temperatureinstelleinrichtung M2 verändert wird. Die Solltemperatur wird nämlich in Übereinstimmung mit beispielsweise der Operation durch den Fahrzeugfahrer oder der Forderung in bezug auf eine automatische Klimaanlage usw. verändert. Im allgemeinen ist es bei der Steuerung des Servosystems erforderlich, daß derart gesteuert wird, daß die Ausgabe des Steuergegenstands einer vorgegebenen Zieleingabe ohne bleibende Abweichung folgt. Daher ist es notwendig, daß die Integration geeigneter Ordnung in der Übertragungsfunktion enthalten ist. Bei der vorliegenden Erfindung kann die Integration erster Ordnung in Betracht gezogen werden, da der Fall abgeschätzt wird, daß die Solltemperatur schrittweise verändert wird. Daher ist die Steuereinrichtung M4 mit einem ersten Rückführbetrag-Berechnungsabschnitt zum Berechnen des Rückführbetrags versehen, der die Steuervariable zu der Klimatisierungseinrichtung M1 auf der Basis der Elemente betrifft, die mit der Abweichung der inneren Lufttemperatur von der Solltemperatur und der Abweichung der optimalen Rückführverstärkung verbunden sind, und zum Ansammeln des berechneten ersten Rückführbetrags, so daß das Steuersystem, das der Gegenstand ist, zu einem Servosystem erweitert ist.
Weiterhin besitzt die Steuereinrichtung M4 den Rückführ- Steuervariable-Berechnungsabschnitt M8 zum Ausgeben der Steuervariable zu der Klimatisierungseinrichtung M1, wobei die Steuervariable die Summe des angesammelten ersten Rückführbetrags und eines zweiten Rückführbetrags ist, der aus den Elementen erhalten ist, die die Zustandsvariablen und die Zustandsvariablen der optimalen Rückführverstärkung betreffen, so daß die Steuervariable als integral hinzugefügter Optimalwertregler bestimmt wird.
Als nächstes wird er in Verbindung mit einer optimalen Rückführverstärkung beschrieben werden. In einem Optimalwertregler, zu dem ein integrales Element hinzugefügt ist, wie es oben beschrieben ist, ist der Weg zum Finden einer Steuereingabe (in diesem Fall die Variablen der Gebläseluft des Systems, wo eine Klimatisierung durchgeführt wird), die einen Leistungsfähigkeitsindex J minimiert, verdeutlicht, während es auch bekannt ist, daß die optimale Rückführverstärkung aus einer Lösung der Riccati-Gleichung, den A-, B-, C-Matrizen der Zustandsgleichung (1) und der Ausgangsgleichung (2) und dem in der Leistungsfähigkeitsfunktion verwendeten Gewichtungsparameter (siehe das oben angegebene Buch) erhalten werden kann.
Bei dem obigen ist der Gewichtungsparameter anfänglich durch den Leistungsfähigkeitsindex J willkürlich vorgegeben, um die Gewichtung bei der Regelung des Verhaltens der Variablen der Gebläseluft des Systems zu ändern, wenn eine Klimatisierung durchgeführt wird. Es ist möglich, einen optimalen Wert durch eine Wiederholdung der Simulation durch Ändern des Gewichtungsparameters um einen gegebenen Betrag von dem Verhalten der Gebläseluftvariablen zu bestimmen, die als das Ergebnis der durch einen großen Computer durchgeführten Simulation erhalten werden, wobei ein willkürlicher Gewichtungsparameter vorgegeben wird. Als Ergebnis wird auch eine optimale Rückführverstärkung F bestimmt.
Daher ist die Steuereinrichtung M4 in der Klimaanlage für Kraftfahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung als integral hinzugefügter Optimalwertregler ausgebildet, der ein dynamisches Modell eines Systems verwendet, wo eine Klimatisierung durchgeführt wird, wobei das dynamischen Modell im voraus durch eine Systemerkennung bestimmt wird, und der Parameter des Überwachers darin und eine optimale Rückführverstärkung F usw. werden im voraus durch eine Simulation bestimmt.
Während es beschrieben worden ist, daß die Zustandsvariable X(k) ein Betrag ist, der den inneren Zustand des Systems bei Durchführung einer Klimatisierung anzeigt, kann diese eine Variable sein, die einem tatsächlichen physikalischen Betrag entspricht, wie beispielsweise der Drehgeschwindigkeit des Gebläsemotors oder dem Öffnungsgrad einer Luftmischungsklappe usw., und diese kann als ein Vektor aufgebaut sein, der Variablen umfaßt, die als Variablen konvertiert sind, die die innere Lufttemperatur direkt beeinflussen, wie es oben beschrieben ist.
Zusätzlich ist die Steuereinrichtung M4 aufgebaut, um jeden Referenz-Einstellwert an einem normalen Betriebspunkt in der oben angegebenen linearen Annäherung zu der Klimatisierungseinrichtung M1 als Steuervariable auszugeben, wenn die Entscheidungseinrichtung M5 bestimmt hat, daß die Klimatisierungseinrichtung M1 in dem Anfangszustand ist.
Demgemäß schätzt der Zustandsüberwacher M6 bei der Klimaanlage für Kraftfahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung, wie es in Fig. 1 beschrieben ist, Zustandsvariablen derart ab, daß die Lufttemperatur in dem Fahrzeugraum, die durch die Temperaturerkennungseinrichtung M3 erkannt wird, der Solltemperatur gleich wird, die durch die Temperatureinstelleinrichtung M2 eingestellt ist, der erste Rückführbetrag-Berechnungsabschnitt M7 berechnet den ersten Rückführbetrag auf der Basis der Abweichung zwischen sowohl den Temperaturen als auch der optimalen Rückführverstärkung, und sammelt den berechneten ersten Rückführbetrag an bzw. speichert ihn, und die Rückführ- Steuervariable-Berechnungseinrichtung M8 gibt als Steuervariable zu der Klimatisierungseinrichtung M1 die Summe des angesammelten ersten Rückführbetrags und des zweiten Rückführbetrags aus, der auf der Basis der Zustandsvariablen und der optimalen Rückführverstärkung bestimmt ist. Wenn die Anfangszeit durch die Entscheidungseinrichtung M5 bestimmt ist, gibt die Steuereinrichtung M4 als Steuervariable jeden Referenz-Einstellwert zu der Klimatisierungseinrichtung M1 ab, der in Übereinstimmung mit dem Dauerbetriebszustand der Klimatisierungseinrichtung M1 vorbestimmt ist.
Nämlich zu der Zeit, zu der die Steuerung der Klimatisierungseinrichtung M1 begonnen wird, wird der Referenz-Einstellwert anstelle des Rückführbetrags, der auf der Basis der Zustandsvariablen und des angesammelten Werts der Abweichung der inneren Lufttemperatur von der Solltemperatur bestimmt ist, als die Steuervariable für die Steuerung der Klimatisierungseinrichtung M1 benutzt.
Daher steuert die Klimaanlage für Kraftfahrzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung wenigstens die Temperatur der Gebläseluft der Klimatisierungseinrichtung M1 von der Anfangszeit der Steuerung ab optimal, so daß die Lufttemperatur in dem Kraftfahrzeugraum (innere Lufttemperatur) schnell der Solltemperatur gleich wird.
Das erste Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf weitere Zeichnungen in weiterem Detail beschrieben werden.
Fig. 2 ist ein schematisches Aufbau-Schaubild, das ein Klimatisierungsgerät für Kraftfahrzeuge gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 2 ist eine Klimatisierungseinheit 1 als Luftmischungstyp ausgebildet, der einen Gebläsemotor 3, einen Verdampfer 5, einen Heizungswärmetauscher 7, eine Luftmischungsklappe 9 usw. aufweist. Ein Insassenraum 10 ist mit einem Temperatursensor 12 für innere Luft ausgestattet zum Erkennen der inneren Lufttemperatur TR, einer Temperatureinstelleinheit 14 usw. Die Klimatisierungseinheit 1 wird durch eine elektronische Schaltkreiseinheit 20 gesteuert.
In der Klimatisierungseinheit 1 läuft durch den Gebläsemotor 3 angesaugte Luft über eine Klappe 21 zum Wechseln von Luft von innen nach außen durch den Verdampfer 5, um einmal abgekühlt zu werden, und dann läuft ein Teil davon durch den Heizungswärmetauscher 7, um wieder erwärmt zu werden, und wird dann mit Luft gemischt, die nicht durch den Heizungswärmetauscher 7 läuft, um in den Insassenraum 10 geblasen zu werden. Das Verhältnis zwischen Luft, die durch den Heizungswärmetauscher läuft, und Luft, die nicht dadurch läuft, wird durch den Öffnungsgrad der Luftmischungsklappe 9 gesteuert. Der Verdampfer 5 besteht aus einem Kompressor 22 und Durchführungen zum Zirkulieren eines Kühlmediums und ist aufgebaut, um die Kühlfähigkeit durch Steuern der Fähigkeit des Kompressors 22 durch den elektronischen Schaltkreis 20 zu steuern. Die Steuerung der Fähigkeit des Kompressors 22, dessen Primärantrieb ein nicht gezeigter am Kraftfahrzeug angebrachter Motor ist, wird durch Ändern der Durchflußrate des Kühlmediums durch ein Stellglied (nicht gezeigt) durchgeführt, das eine Öffnungsfläche eines Durchgangs steuert, der zwischen einer Hochdruckkammer und einer Niederdruckkammer des Kompressors 22 eine Verbindung herstellt. Der elektronische Schaltkreis 20 steuert die Kühlfähigkeit durch Steuern der Antriebsspannung, die zu dem Stellglied geführt wird, und diese Antriebsspannung des eingebauten Stellglieds wird nachfolgend Antriebssignal (Antriebsspannung) des Kompressors 22 genannt.
Der Heizungswärmetauscher 7 ist derart aufgebaut, daß Kühlmittel (heißes Wasser) eines nicht gezeigten Motors zirkuliert, und wenn ein Aufwärmen des Motors beendet ist, wird ein gegebener Betrag eines Wärmewerts zu dem Heizungswärmetauscher 7 zugeführt. Weiterhin ist die Luftmischungsklappe 9 derart aufgebaut, daß der Klappenöffnungsgrad durch ein Klappenstellglied 24 gesteuert wird.
Der elektronische Schaltkreis 20 ist als Logik-Operationsschaltkreis aufgebaut, der aus einer wohlbekannten CPU 30, einem ROM 32, einem RAM 34 usw. mit einem Eingangstor 36 und einem Ausgangstor 38 besteht, die miteinander durch einen gemeinsamen Bus 40 verbunden sind. Das Eingangstor 36 gibt eine innere Lufttemperatur TR von dem Temperatursensor 12 für innere Luft und eine Solltemperatur TR* von einer Temperatureinstelleinheit 14 als elektrische Signale ein, die ihnen jeweils entsprechen. Das Ausgangstor 38 gibt ein Antriebssignal VB zum Antreiben des Gebläsemotors 3, ein Antriebssignal VC des Kompressors 22, ein Antriebssignal VD des Klappenstellglieds 24 usw. aus.
Der elektronische Schaltkreis 20 steuert den Gebläsemotor 3, den Kompressor 22, das Klappenstellglied 24 usw. über eine Rückführung gemäß einem Programm, das in dem ROM 32 vorher gespeichert ist, durch Antriebssignale (VB, VC, VD usw.) auf der Basis der Signale (TR*, TR usw.), die von der Temperatureinstelleinheit 14 dem Temperatursensor 12 für innere Luft usw. eingegeben sind. Nun wird ein Steuermodell beschrieben werden, das für die Rückführsteuerung benutzt wird. Insbesondere wird anhand tatsächlicher Fälle der Weg zum Erhalten der Vektoren A, B und C in der Zustandsgleichung (1) und der Ausgangsgleichung (2), die in Verbindung mit einer Systemerkennung benutzt werden, und das Aufbauen des Überwachers, das darauf basiert, und der Weg zum Erhalten der Rückführverstärkung F beschrieben werden. Fig. 3 ist ein Steuersystem-Schaubild, das ein Steuermodell eines Systems zeigt, wo eine Klimatisierung durchgeführt wird. Fig. 3 zeigt nur das Steuersystem und zeigt daher nicht den Hardware- Aufbau. Das in Fig. 3 gezeigte Steuersystem wird in der Praxis durch Ausführen einer Reihe von Programmen verwirklicht, die in einem Flußdiagramm der Fig. 7 gezeigt sind, und wird daher als diskretes Zeitsystem verwirklicht.
Wie es in Fig. 3 gezeigt ist, wird die Solltemperatur TR* durch einen Solltemperatur-Einstellabschnitt PI eingestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Temperatureinstelleinheit 14 dem Solltemperatur-Einstellabschnitt Pl.
Ein Integrierglied P2 wird benutzt, um Abweichungs-Sammel- Werte bzw. Abweichungs-Speicherwerte ZTRB(k), ZTRC(k), ZRTD(k) zu erhalten, die der erste Rückführbetrag sind, und zwar durch Speichern des Werts, der durch Multiplizieren der Differenzen zwischen der Solltemperatur TR* und der inneren Lufttemperatur TR mit Elementen F14, F24, F34 erhalten wird, die der Abweichung der optimalen Rückführverstärkung F entsprechen, die hierin nachfolgend beschrieben werden wird. Ein Störkomponenten-Extrahierabschnitt P3 extrahiert eine Störkomponente von der inneren Lufttemperatur TRa unter dem Zustand, wo eine ständige Klimatisierung in Verbindung mit der inneren Lufttemperatur TR durchgeführt wird. Diese basiert auf der Tatsache, daß das dynamische Modell des Systems durch Ansehen des Zustands der Klimatisierung durch das Fahrzeug-Klimatisierungsgerät als das Kontinuum von Bereichen aufgebaut ist, wo einer linearen Annäherung um eine Vielzahl von ständigen Klimatisierungszuständen genügt ist, um eine lineare Annäherung für ein nicht lineares Modell durchzuführen. Daher wird die innere Lufttemperatur TR als eine Störkomponente δTR (=TR-TRa) relativ zu einem vorbestimmten nächsten ständigen Zustand behandelt. Die Steuervariablen der Klimatisierungseinheit 1, die durch das oben angegebene Integrierglied P2 erhalten werden, der Überwacher P1 und der Rückführbetrag-Bestimmungsabschnitt P5, d. h. die Antriebsspannung VB des Gebläsemotors 3, die die Variablen der Gebläseluft bestimmen, die Antriebsspannung VC des Kompressors 22 und die Antriebsspannung VD des Klappenstellglieds 24, die den Öffnungsgrad der Luftmischungsklappe 9 bestimmt, werden auch als Störkomponenten δVB, δVC und δVD behandelt.
Der Überwacher P4 erhält Zustands-Abschätzvariablen (k) durch ein Abschätzen von Zustandsvariablen X(k), die den inneren Zustand des Klimatisierungsgeräts darstellen, durch Benutzen der Störkomponente δTR der inneren Lufttemperatur und der Störkomponenten δVB, δVC und δVD der oben angegebenen Steuervariablen.
Der Rückführbetrag-Bestimmungsabschnitt P5 fügt den ersten Rückführbetrag, d. h. den Abweichungs-Speicherwert, der durch das Integrierglied P2 berechnet ist, zu dem zweiten Rückführbetrag hinzu, der durch Multiplizieren der Zustands- Schätzvariable (k) mit den Elementen erhalten wird, die die Zustands-Schätzvariable (k) der optimalen Rückführverstärkung F betreffen, um die Störkomponenten δVB(k), δVC(k) und δVD(k) der Steuervariablen zu erhalten. Die Störkomponenten δVB(k), δVC(k) und δVD(k) der Steuervariablen, die durch den Rückführbetrag-Bestimmungsabschnitt P5 berechnet werden, sind Störkomponenten, die von der Steuervariablen gestört werden, die dem Dauerbetriebszustand entsprechen, der durch den Störkomponenten-Extrahierabschnitt P3 ausgewählt ist. Daher werden die Steuervariablen VB, VC und VD der Klimatisierungseinheit 1 durch Addieren der Referenz-Einstellwerte VBa, VCa und VDa, die dem Dauerbetriebszustand entsprechen, durch den Referenz-Einstellwert-Addierabschnitt P6 zu den Störkomponenten δVB(k), δVC(k), δVD(k) bestimmt.
Ein Anfangszustands-Bestimmungsabschnitt P7 ist vorgesehen zum Bestimmen, ob die Steuerung der Klimatisierungseinheit 1 in dem Anfangszustand ist, d. h. die Klimatisierungseinheit 1 ist in dem Zustand, in dem begonnen wird, sie zu steuern. Wenn der Anfangszustand bestimmt worden ist, wird der erste Rückführbetrag, der durch das Integrierglied P2 erhalten wird, derart eingestellt, daß er dem zweiten Rückführbetrag gleich ist, und wird bezüglich der Polarität invertiert. Als Ergebnis dieses Prozesses werden in dem Anfangszustand in dem Rückführbetrags-Bestimmungsabschnitt P5 der erste Rückführbetrag und der zweite Rückführbetrag zueinander versetzt und alle Störkomponenten der Steuervariablen werden Null. Demgemäß werden die Steuervariablen auf die Referenz-Einstellwerte VBa, VCa, VDa eingestellt, wenn sie in dem Anfangszustand ist. Dies bedeutet, daß es in dem Anfangszustand der Steuerung der Klimatisierungseinheit 1 keinen Abweichungs-Speicherwert aus dem vorherigen Betriebszustand gibt. Daher wird verhindert, die Störkomponenten zu benutzen, die auf der Basis des Zustands-Schätzbetrags (k) bestimmt werden, der in Übereinstimmung mit unsicheren Werten berechnet wird, und die Referenz-Einstellwerte, die entsprechend dem Dauerbetriebszustand vorbestimmt sind, werden als die Steuervariablen benutzt, was in einer Stabilität der Steuerung im Anfangszustand resultiert.
Während der Aufbau des Steuersystems kurz beschrieben worden ist, ist der Grund zum Nehmen der Antriebsspannung VB des Gebläsemotors 3, der Antriebsspannungs VC des Kompressors 2 und der Antriebsspannung VD des Klappenstellglieds 24 als Betriebszustände der Klimaanlage als Ausführungsbeispiele der, daß diese Variablen Grundwerte sind, die die Steuerung der inneren Lufttemperatur TR in der Klimaanlage für Kraftfahrzeuge mit einer Klimatisierungseinheit 1 vom Luftmischungstyp sind. Daher ist bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Klimaanlage als System vieler Variablen mit drei Eingängen und einem Ausgang herausgegriffen. In dem Fall, daß die Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug vom Wiedererwärmungstyp ist, kann ein Steuermodell eines anderen Systems mit vielen Variablen derart ausgebildet sein, daß ein Öffnungsgrad eines Wasserventils, das die Durchflußrate von heißem Wasser, das durch einen Heizungswärmetauscher zirkuliert, als eine der Steuervariablen benutzt wird.
Hierin ist oben der Hardware-Aufbau der Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug und der Aufbau des Steuersystems unter Heranziehen eines Systems mit drei Eingängen und einem Ausgang als ein Beispiel beschrieben worden, das die Ausgabe der Klimaanlage steuert. Nun wird etwas über den Aufbau eines dynamischen Modells durch eine tatsächliche Systemerkennung, die Konstruktion des Überwachers P4 und wie man zu einer optimalen Rückführverstärkung F gelangt beschrieben werden.
Zuerst wird ein dynamisches Modell einer Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug aufgebaut. Fig. 4 ist ein Diagramm, das ein System einer Klimaanlage in einem Dauerbetriebszustand als ein System zeigt,. das drei Eingänge und einen Ausgang hat, und zwar anhand von Übertragungsfunktionen G1(z) bis G3(z). Das Zeichen z zeigt die Z-Transformation abgetasteter Werte der Eingangs-/Ausgangs-Signale an, und es wird angenommen, daß G1(z) bis G3(z) eine geeignete Ordnung haben. Daher ist die gesamte Übertragungsfunktionsmatrix G(z) gegeben durch:
G(z) = [G1(z) G2(z) G3(z)]
Hier wird die gesamte Übertragungsfunktionsmatrix G(z) in der Nähe der Grundoperation des Abtastwertsystems bei einem vorbestimmten Intervall erhalten und wird linear angenähert.
Wenn eine Interferenz bei den Eingangs-/Ausgangs-Variablen existiert, wo das System drei Eingänge und einen Ausgang aufweist, wie bei der Klimaanlage dieses Ausführungsbeispiels, ist es äußerst schwierig, ein physikalisches Modell zu bestimmen. In einem solchen Fall ist es möglich, eine Übertragungsfunktion durch eine Art Simulation zu erhalten, die Systemerkennung bzw. Systemidentifizierung genannt wird.
Die Methode der Systemerkennung ist im einzelnen in "System Identification" von Setsuo SAGARA, veröffentlicht durch The Society of Instrument and Control Engineers (SICE) of Japan, 1981 beschrieben, und eine Erkennung wird hier durch die Fehlerquadratmethode durchgeführt.
Die Klimatisierungseinheit 1 wird in den Dauerbetriebszustand versetzt, und eine Veränderung von δVB der Antriebsspannung des Gebläsemotors 3 wird durch ein geeignetes Testsignal gesteuert, wobei beide Abweichungen δVC und δVD der Antriebsspannungen des Kompressors 22 und des Klappenstellglieds 24 zu Null gemacht sind. Die Störkomponente δVB der Antriebsspannung des Gebläsemotors 3 als eine Eingabe und Daten einer Abweichung δTR der inneren Lufttemperatur als Ausgang zu diesem Zeitpunkt werden N mal abgetastet. Dies wird als Eingangsdatenreihe von {u(i)} = {δVBi} und als Ausgangsdatenreihe von {(yi)} = {δTRi} ausgedrückt, wobei i = 1, 2, 3 . . . . N ist. Hier kann das System angesehen werden, als ob es einen Eingang und einen Ausgang hätte und somit ist die Übertragungsfunktion G1(z) gegeben durch:
G1(z) = B(z&supmin;¹)/A(z&supmin;¹) . . . (3)
Daher:
G1(z) = (b0 + b1·z&supmin;¹ + . . . + bn · z-n)/ (1 + a1·z&supmin;¹ + a2·z&supmin;² + . . . + an · z-n) . . . (4)
Im obigen ist z&supmin;¹ ein Einheitsverschiebeoperator, der wie folgt angegeben wird:
z&supmin;¹x(k) = x(k-1)
Wenn wir Parameter a1 bis an und b0 bis bn der Gleichung (4) aus den Eingangs- und Ausgangsdatenreihen {u(i)} und {y(i)} bestimmen, kann die Übertragungsfunktion G1(z) erhalten werden. Diese Parameter werden bei der Systemerkennung unter Verwendung der Fehlerquadratmethode derart bestimmt, daß der folgende Ausdruck einen minimalen Wert annimmt:
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind unter der Annahme, daß n = 1 jeweilige Parameter erhalten worden. In diesem Fall ist ein Signalflußdiagramm des Systems wie es in Fig. gezeigt ist, und unter Verwendung von X1(k) als einer Zustandsvariablen, können die Zustands- und Ausgangsgleichung davon durch die Gleichungen (6) und (7) ausgedrückt werden:
X1(k+1) = z · xl(k) = -a1·x1(k) + bl·u(k) . . . (6)
y(k) = xl(k) . . . (7)
Daher erhalten wir unter Verwendung der Systemparameter A1', B1', C1' für die Parameter A, B, C in dem Fall, daß angenommen wird, daß das System einen Eingang und einen Ausgang hat:
A1' = -a1
B1' = b1 . . . (8)
C1' = 1
Durch eine ähnliche Methode können die Übertragungsfunktionen G2(z), G3(z) sowie die Systemparameter A2', A3', B2', B3', C2', C3' erhalten werden. Daher kann unter Verwendung dieser Systemparameter der Systemparameter des ursprünglichen Systems mit vielen Variablen mit drei Eingängen und einem Ausgang, nämlich die Vektoren A, B, C der Zustandsgleichung (1) und der Ausgangsgleichung (2) bestimmt werden.
Auf diese Weise wird das dynamische Modell der vorliegenden Erfindung durch eine Systemerkennung erhalten, und dieses dynamische Modell kann in der Form bestimmt werden, daß einer linearen Annäherung um einen Zustand genügt wird, wo die Klimatisierungseinheit 1 unter einer gegebenen Bedingung betrieben wird. Daher werden die jeweiligen Funktionen G1(z) bis G3(z) durch die obige Methode in Verbindung mit einer Vielzahl von Dauer-Klimatisierungszuständen erhalten, und die jeweiligen Zustandsgleichungen (1) und Ausgangsgleichungen (2), d. h. die Vektoren A, B, C werden erhalten, wo der Beziehung zwischen einem Eingang und einem Ausgang davon zwischen Störkomponenten genügt wird.
Nun wird die Art des Aufbaus des Überwachers P4 beschrieben werden. Während als Art zum Aufbauen eine Gopinath-Methode bekannt ist, die im einzelnen in "Basic System Theory" von Katsuhisa FURUTA und Akira SANO, veröffentlicht von Corona Co. Ltd., 1978, beschrieben ist, ist der Überwacher bei diesem Ausführungsbeispiel als Überwacher minimaler Ordnung aufgebaut.
Der Überwacher P4 wird zum Abschätzen der inneren Zustandsvariable X(k) der Klimatisierungseinheit 1 von der Störkomponente (δTR) der inneren Lufttemperatur, die klimatisiert ist, und von den Störkomponenten (δVB, δVC, δVD) der Steuervariablen benutzt, und der Grund, warum die Zustands-Schätzvariablen X(k), die durch den Überwacher P4 erhalten werden, bei der Steuerung des Systems als aktuelle Zustandsvariable X(k) behandelt werden kann, wird hierin nachfolgend verdeutlicht werden. Laßt uns annehmen, daß der Ausgang X(k) von dem Überwacher P4 auf der Basis der Zustandsgleichung (1) und der Ausgangsgleichung (2) als folgende Gleichung (9) aufgebaut ist:
(k) = (A - L · C) · (k-1)+ B · u(k-1) + L · y(K-1) . . . (9)
In Gleichung (9) ist L eine willkürlich vorgegebene Matrix. Durch ein Abändern der Gleichungen (1), (2) und (9) erhalten wir:
[X(k) - (k)] = (A - L C) [X(k-1) - (k-1)] . . . (10)
Wenn die Matrix L derart gewählt wird, daß ein Eigenwert der Matrix (A - L · C) in einem Einheitskreis angeordnet ist, gilt (k) → X(k) mit k → ∞, und somit ist es möglich, die innere Zustandsvariable X(k) des gesteuerten Gegenstands unter der Verwendung der Reihen u(*), y(*) aus der Vergangenheit des Eingangssteuervektors u(k) (nämlich die Antriebsspannungen [VB(k), VC(k), VD(k)] des Gebläsemotors 3 usw.) und den Ausgangsvektor y(K) (nämlich die innere Lufttemperatur TR(k) als Skalar y(k)) genau abzuschätzen.
Fig. 6 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau des Überwachers minimaler Ordnung zeigt. Da der Überwacher auf diese Weise ausgebildet ist, und wenn abgeschätzt wird, daß die innere Zustandsvariable des Überwachers W(k) ist, wird verstanden werden, daß die Zustands-Schätzvariable (k-1) wie folgt erhalten wird:
W(k) = P · W(k-1) + J · u(k-1) + M y(k-1) . . . (11)
(k-1) = · W(k-1) + y(k-1) . . . (12)
Der Vektor J kann unter einer bestimmten Bedingung willkürlich gewählt werden, und eine Konvergenzgeschwindigkeit als (k)→ X(k) kann geändert werden. Hier ist Gleichung (11) unter Verwendung eines Vektors M, der die Vektoren J und M vereinigt, wie folgt umgeschrieben:
W(k) = P · w(k-1)+ M [u(k-1) y(k-1)]T . . . (13)
Wie oben beschrieben ist, ist eine detaillierte Art zum Aufbauen eines derartigen Überwachers minimaler Ordnung aus der Gopinath-Methode zum Aufbauen bekannt, und die folgenden Gleichungen werden bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in Verbindung mit einem vorgegebenen Dauerbetriebszustand der Klimatisierungseinheit 1 erhalten:
Hier werden δTB(k), δTC(k), δTD(k) als die Zustands-Schätzvariable (k) angesehen, die durch den Überwacher erhalten wird, d. h. die Variablen, die den inneren Zustand der Klimatisierungseinheit 1 anzeigen. Die Variable δTB(k) zeigt eine Störkomponente der aktuellen Temperatur in einem Fahrzeugraum an, wobei die Temperatur durch die Antriebsspannung VB beeinflußt wird, die die Gebläseluft-Durchflußrate von dem Gebläsemotor 3 steuert, die Variable δTC(k) zeigt auf ähnliche Weise eine Störkomponente der aktuellen Temperatur in dem Fahrzeugraum an, wobei die Temperatur durch die Antriebsspannung VC des Kompressors 22 beeinflußt wird, und die Variable δTD(k) zeigt auf ähnliche Weise eine Störkomponente der aktuellen Temperatur in dem Fahrzeugraum an, wobei die Temperatur durch das Klappenstellglied 24 beeinflußt wird. Die Zustands- Schätzvariable (k) ist nämlich gegeben durch:
(k) = [δTB(k) δTC(k) δTD(k)]T . . . (18)
Nun wird die Art zum Erhalten einer optimalen Rückführverstärkung F beschrieben werden. Da die Art zum Erhalten einer optimalen Rückführverstärkung F im einzelnen in dem oben genannten "Linear Systems Control Theory" beschrieben ist, werden hier nur die Ergebnisse gezeigt, wobei das Detail davon weggelassen ist.
Unter Verwendung von
δu (k) = u (k) - u (k-1)
δy (k) = y (k) - y (k-1)
um einen Dauerzustandspunkt bzw. Arbeitspunkt in Verbindung mit dem Steuereingang u(k) = [VB(k) VC(k) VD(k)]T und einem Ausgang y(k) = TR(k) davon erhält man einen optimalen Steuereingang, d. h. einen Betriebszustand u(k), der die folgende Leistungsfähigkeitsfunktion J minimal macht, was im Lösen eines Steuerproblems als ein integral hinzugefügter Optimalwertregler resultiert, der das Steuersystem der Klimatisierungseinheit 1 betrifft.
Oben zeigen Q und R Gewichtungsparametermatrizen an und k zeigt die Anzahl von Abtastzeitpunkten an, die zu der Zeit des Beginnens der Steuerung Null ist, während die rechte Seite der Gleichung (19) ein Ausdruck eines sogenannten quadratischen Leistungsfähigkeitsindex ist, der diagonale Matrizen von Q und R verwendet.
Hier ist die optimale Rückführverstärkung F wie folgt gegeben:
F=(R+ ·S· )&supmin;¹·BT·S· . . . (20)
In Gleichung (20) sind A und B gegeben durch:
Weiterhin ist S eine Lösung der folgenden Riccati-Gleichung vom diskreten Typ:
Oben hat die Leistungsfähigkeitsfunktion J in Gleichung (19) die Bedeutung, daß die Abweichung von dem Steuerausgang y(k) reduziert werden soll, d. h. die Solltemperatur TR(k)* der inneren Lufttemperatur TR(k), wobei die Veränderung der Steuervariablen u(k) = [VB(k) VC(k) VD(k)]T als die Steuereingänge zu der Klimatisierungseinheit 1 geregelt werden. Die Gewichtung der Regelung der Steuervariablen u(k) kann durch Ändern der Werte der Gewichtungsparametermetrizen Q und R geändert werden. Daher können die Zustandsvariablen X(k) unter Anwendung der Gleichungen (12) und (13) als Zustands-Schätzvariablen (k) erhalten werden, wenn wir die optimale Rückführverstärkung F unter Verwendung der Gleichung (20) durch Erhalten von S erhalten, was Gleichung (23) löst, wobei die willkürlichen Gewichtungsparametermatrizen Q, R unter Anwendung des dynamischen Modells der Klimatisierungseinheit 1 gewählt werden, d. h. der Matrizen A, B, C, die im voraus erhalten werden.
Wie es oben beschrieben ist werden die Abweichungs-Sammelwerte ZTRB(k), ZTRC(k), ZTRD(k), die der erste Rückführbetrag sind, durch Ansammeln des Werts berechnet, der erhalten wird durch Multiplizieren der Abweichung zwischen der Solltemperatur TR* und der inneren Lufttemperatur TR des Fahrzeugs mit den jeweiligen Elementen F14, F24, F34, die die Abweichung der oben angegebenen optimalen Rückführverstärkung betreffen. Als zweites wird der zweite Rückführbetrag berechnet durch Multiplizieren der Zustands-Schätzvariablen (k) mit Elementen F&ijlig;(i = 1 bis 3, j = 1 bis 3), die die Zustands-Schätzvariablen (k) der oben angegebenen optimalen Rückführverstärkung betreffen, und die Störkomponenten der Steuervariablen u(k) der Klimatisierungseinheit 1, d. h. δVB(k), δVC(k), δVD(k) können durch jeweiliges Addieren des ersten Rückführbetrags zu dem berechneten zweiten Rückführbetrag erhalten werden.
Durch ein Wiederholen der Simulation, wobei die Gewichtungsparametermatrizen Q und R geändert werden, bis eine optimale Steuercharakteristik erhalten ist, wird die optimale Rückführverstärkung F erhalten als:
Während über den Aufbau der dynamischen Modelle des Steuersystems der Klimatisierungseinheit 1 geschrieben worden ist, die durch eine Systemerkennung unter Anwendung der Fehlerquadratmethode gemacht sind, werden der Aufbau des Überwachers minimaler Ordnung und die Berechnung der optimalen Rückführverstärkung F, diese jeweiligen Parameter P, M, , wie auch die optimale Rückführverstärkung F im voraus erhalten, so daß in der elektronischen Schaltkreiseinheit 20 eine aktuelle Steuerung durchgeführt wird, und zwar unter Verwendung nur deren Ergebnisse.
Nun wird unter Bezugnahme auf ein Flußdiagramm der Fig. 7 eine Steuerung der inneren Lufttemperatur beschrieben werden, die durch den elektronischen Schaltkreis 20 aktuell durchgeführt wird. In der folgenden Beschreibung wird ein Betrag, der bei einem gegenwärtigen Verfahren behandelt wird durch einen Index (k) ausgedrückt, und ein Betrag, der in einem direkt davorliegenden Zyklus behandelt wurde, durch einen weiteren Index (k-1).
Nach dem Betriebsbeginn der Klimaanlage führt die CPU 30 einen Initialisierungsprozeß durch, wie beispielsweise ein Löschen des inneren Registers der CPU 30, ein Einstellen der Anfangs-Steuervariablen, ein Rücksetzen eines Anfangszustands- Flags FS auf Null, was anzeigt, daß dieser Prozeß das erste Mal erfolgt, usw., und zwar im Schritt 100, und dann wiederholt sie die Ausführung der Schritte 110 bis 250, die hierin später beschrieben werden, und zwar in Übereinstimmung mit einem zuvor in dem ROM 32 abgespeicherten Verfahren. Bei diesem Kraftfahrzeugraum-Temperatursteuerungsprogramm werden die oben genannten Werte P, M, , , F benutzt, die in dem ROM 32 zuvor abgespeichert sind.
Im Schritt 110 wird das Ausgangssignal von dem Sensor 12 der inneren Lufttemperatur über das Eingangstor 36 eingegeben, um eine innere Lufttemperatur TR(k) zu lesen. In einem Schritt 120 wird ein Ausgangssignal von der Temperatureinstelleinheit 14 auf ähnliche Weise eingegeben, um die Solltemperatur TR*(k) zu lesen. Der Prozeß dieses Schritts 120 wirkt als Solltemperatur-Einstellabschnitt P1, der in Fig. 3 gezeigt ist.
In einem darauffolgenden Schritt 130 wird ein Fehler zwischen der inneren Lufttemperatur TR(k), die im Schritt 110 gelesen wird, und der Solltemperatur TR*(k), die im Schritt 120 gelesen wird, als e(k) = TR*(k) - TR(k) erhalten. In einem Schritt 140 wird ein Zustand, der am nächsten ist (und der Dauerzustandspunkte TRa, VBa, VCa, VDa genannt werden wird), unter Dauerbetriebszustandsbedingungen der Klimatisierungseinheit 1, von denen angenommen wird, daß sie einer linearen Annäherung genügen, wenn das dynamische Modell der Klimatisierungseinheit 1 aus der inneren Lufttemperatur TR(k) aufgebaut ist, die im Schritt 110 gelesen wird, erhalten. In einem Schritt 150 wird eine Störkomponente δTR(k) relativ zu dem Dauerzustandspunkt, der im Schritt 140 bestimmt wird, in Verbindung mit der im Schritt 110 gelesenen inneren Lufttemperatur TR(k) erhalten. Es wird angenommen, daß Werte der Störkomponente, einschließlich δTR (k-1), aus einer früheren Zyklusausführung dieses Steuerprogramms aufbewahrt ist. Das Verarbeiten durch diese Schritte 140 und 150 entspricht dem Störkomponenten-Extrahierabschnitt P3 der Fig. 3.
In einem folgenden Schritt 160 werden Parameter P, M, , in dem Überwacher entsprechend dem gegenwärtigen Betriebszustand der Klimatisierungseinheit 1 wie auch die optimale Rückführverstärkung F usw. ausgewählt.
In einem Schritt 170 wird ein Prozeß wie folgt ausgeführt, um den Wert anzusammeln, der durch Multiplizieren des Fehlers e(k-1), der zuvor in dem Schritt 130 erhalten wurde, mit dem Element, das die Abweichung der optimalen Rückführverstärkung F betrifft, die in dem Schritt 160 ausgewählt wird, erhalten wird, und um die Abweichungs-Ansammelwerte ZTRB(k), ZTRC(k), ZTRD(k) zu berechnen. Hier werden die Werte ZTRB(k-1), ZTRC(k-1), ZTRD(k-1) in dem Anfangszustand in dem Schritt 100 jeweils auf Null eingestellt. Weiterhin ist der Grund dafür, daß e(k-1) als die Abweichung benutzt wird, daß die Berechnungszeitverzögerung in diesem Verfahren betrachtet wird. Die Prozesse der Schritte 130 und 170 entsprechen dem Integrierglied P2, das in Fig. 3 gezeigt ist.
ZTRB(k) = ZTRB(k-1) + F14 · T · e(K-1)
ZTRC(k) = ZTRB(k-1) + F24 · T · e(k-1)
ZTRD(k) = ZTRD(k-1) + F34 · T · e(k-1)
Nachfolgende Schritte 180 und 190 sind vorgesehen zum Berechnen der Zustands-Schätzvariablen (k), und [δTB(k) δTC(k) δTD(k)]T wird unter Verwendung der Gleichungen (12) und (13) erhalten. Im einzelnen sind im Schritt 180 unter Verwendung der Variablen W(k) = [W1(k) W2(k)]T, W1(k) und W2(k) jeweils gegeben als:
W1(k) = P11 · W1(k-1) + P12 · W2(k-1) M11 · δVB(k-1) + M12 · δVC(k-1) + M13 · δVD(k-1) + M14 · δTR(k-1)
W2(k) = P21 · W1(k-1) + P22 · W2(k-1) + M21 · δVB(k-1) + M22 · δVC(k-1) + M23 · δVD(k-1) + M24 · δTR(k-1)
Dann werden in einem folgenden Schritt 190 Zustands-Schätzvariablen unter Verwendung der Ergebnisse des Schritts 180 erhalten als:
δTB(k) = C11 · W1(k) + C12 · W2(k) + D1 · δTR(k)
δTC(k) = C21 · W1(k) + C22 · W2(k) + D2 · δTR(k)
δTC(k) = δTR(k) - δTB(k) - δTC(k)
Im Obigen sind δVB(k--1), δVC(k-1), δVD(k-1), δTR(k-1) usw., die im Schritt 180 benutzt werden, Werte der früheren Zyklusausführung dieses Steuerprogramms, wie es oben beschrieben ist. Weiterhin ist der Grund zum Erhalten von δTD(k), die eine der Zustands-Schätzvariablen (k) ist, nämlich die Störkomponente δTD(k) der Temperatur, die die Störkomponente δ TR(k) der inneren Lufttemperatur durch die Störkomponente Δ VD(k) der Antriebsspannung des Klappenstellglieds 24 beeinflußt, das den Öffnungsgrad der Luftmischungsklappe 9 steuert, als δTR(k) - δTB(k) - δTC(k), die Berechnung zu vereinfachen, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern, da die Störkomponente δTR(k) der inneren Lufttemperatur schon gemessen ist (Schritt 150). Die Prozesse der Schritte 180 und 190 entsprechen dem Überwacher P4 der Fig. 3.
In einem folgenden Schritt 200 wird gemäß dem Anfangszustands- Flag FS geprüft, ob die Steuerung in dem Anfangszustand ist. Da das Anfangszustands-Flag FS im Schritt 100 auf Null zurückgesetzt ist, wird ein Schritt 210 ausgeführt. Der Prozeß des Schritts 200 entspricht dem Anfangszustands-Entscheidungsabschnitt P7. Im Schritt 210, der nur in dem Anfangszustand ausgeführt wird, werden die Abweichungs-Ansammelwerte wie folgt eingestellt.
ZTRB(k) = - {F11 · δTB(k) + F12 · δTC(k) + F13 · δTD(k)}
ZTRC(k) = - {F21 · δTB(k) + F22 · δTC(k) + F23 · δTD(k)}
ZTRD(k) = - {F31 · δTB(k) + F32 · δTC(k) + F33 · δTD(k)}
Danach wird das Anfangszustands-Flag FS auf 1 eingestellt, gefolgt durch einen Schritt 220. In dem Fall des Anfangszustands wird der Schritt 200 durch den Schritt 210 gefolgt. Andererseits wird der Schritt in dem Fall keines Anfangszustands durch den Schritt 220 gefolgt.
In dem Schritt 220 werden die Störkomponente δVB(k) der Antriebsspannung des Gebläsemotors 3, die Störkomponente δVC(k) der Antriebsspannung des Kompressors 22 und die Störkomponente δVD(k) der Antriebsspannung des Klappenstellglieds erhalten durch Multiplizieren der Zustands-Schätzvariablen (k) = [δ TB(k) δTC(k) δTD(k)]T, die in den Schritten 180 und 190 erhalten werden, mit den Elementen, die die Zustands-Schätzvariablen (k) der optimalen Rückführverstärkung F betreffen, die in dem Schritt 160 ausgewählt wird, und weiterhin durch Addieren der Abweichungs-Ansammelwerte, die in dem Schritt 170 oder 210 erhalten werden. Es werden nämlich die folgenden Prozesse durchgeführt.
δVB(k) = F11 · δTB(k) + F12 · δTC(k) + F13 · δTD(k) + ZTRB(k)
δVC(k) = F21 · δTB(k) + F22 · δTC(k) + F23 · δTD(k) + ZTRC(k)
δVD(k) = F31 · δTB(k) + F32 · δTC(k) + F33 · δTD(k) + ZTRD(k)
Der Prozeß des Schritts 220 entspricht der Funktion des Rückführbetrag-Bestimmungsabschnitts P5, der in Fig. 3 gezeigt ist. In dem Fall des Anfangszustands werden, da die Abweichungs-Ansammelwerte in dem Schritt 210 eingestellt werden, die jeweiligen Störkomponenten δVB(k), δVC(k), δVD(k), die in Übereinstimmung mit der oben angegebenen Berechnung erhalten werden, versetzt und werden Null. Andererseits nehmen die jeweiligen Störkomponenten δVB(k), δVC(k), δVD(k) in dem Fall keines Anfangszustands vorbestimmte Werte an, da die Abweichungs-Ansammelwerte in dem Schritt 170 berechnet sind.
In einem Schritt 230 werden aktuelle Antriebsspannungen VB(k), VC(k), VD(k) durch Addieren der Werte VBa, VCa, VDa an Dauerzustandspunkten zu den Störkomponenten δVB(k), δVC(k), δVD(k) der jeweiligen Antriebsspannungen erhalten, die im Schritt 220 erhalten werden. Diese Verarbeitung entspricht dem Referenzwert-Addierabschnitt P6 der Fig. 3.
In einem folgenden Schritt 240 werden im Schritt 230 erhaltene Antriebsspannungen VB(k), VC(k), VD(k) über das Ausgangstor 38 zu dem Gebläsemotor 3, dem Kompressor 22 und dem Klappenstellglied 24 ausgegeben. In einem Schritt 250 wird der Wert des Index k, der die Anzahl von Zeitpunkten der Abtastbetriebssteuerung anzeigt, um 1 inkrementiert (erneuert), um zum Schritt 110 zurückzukehren, um die Verarbeitungsschritte 110 bis 250 zu wiederholen.
Die gemäß der vorliegenden Kraftfahrzeug-Innentemperatursteuerung durchgeführte Steuerung, die ausgebildet ist, wie ,es oben beschrieben ist, ist in Fig. 8 im Vergleich mit einem herkömmlichen Beispiel einer einfachen Rückführsteuerung gezeigt. Als Beispiel einer Steuerung ist ein Fall genommen, wo eine Solltemperatur TR* auf 20ºC eingestellt ist, wenn die innere Lufttemperatur TR 15ºC beträgt. Die Solltemperatur ist in Fig. 8 durch eine strichpunktierte Linie P gezeigt, und die innere Lufttemperatur entspricht einer durchgezogenen Linie G, einer gestrichelten Linie F und einer Zweipunkt-gestrichelten Linie H auf der Basis eines Ausgangssignal von dem Sensor 12 für die innere Lufttemperatur. Die durchgezogene Linie G zeigt ein Beispiel der Steuerung der inneren Lufttemperatur gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel, die unterbrochene Linie zeigt ein Beispiel der Steuerung durch die herkömmliche Steuerung, und die Zweipunkt-gestrichelte Linie H zeigt ein Beispiel einer Steuerung, wo die Bestimmung nicht in bezug auf den Anfangszustand durchgeführt ist. Wie es aus Fig. 8 klar wird, aktualisiert das vorliegende Ausführungsbeispiel die Antwortcharakteristik (Anstieg), die schneller ist als jene der herkömmlichen Steuerung, und kann die innere Lufttemperatur TR auf eine Solltemperatur TR* einstellen, ohne wesentliche Über- oder Unterschwingungen aufzuweisen. Ein Vergleich der Dauer, die für das System erforderlich ist, das klimatisiert wird, um stabil zu werden, ergibt, daß das vorliegende Ausführungsbeispiel um eine oder mehrere Größenordnungen verbessert ist, obwohl auch der Anstieg schnell ist. Zusätzlich wird auch verstanden, daß, da die Abweichungs-Ansammelwerte in dem Anfangszustand abwesend sind, wenn die Störkomponente jeder Antriebsspannung auf der Basis der Zustands-Schätzvariablen (k) in dem Anfangszustand berechnet wird, die Zustands-Schätzvariablen (k) unbestimmte Werte annehmen. Daher kann es beispielsweise, wie es durch die Zweipunkt-gestrichelte Linie H angezeigt ist, nachteilig sein, daß die Steuerung in der Richtung begonnen wird, die entgegengesetzt zu der Solltemperatur TR* ist. Andererseits erreicht sie wie bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Steuerung auf der Basis der Referenzeinstellwerte VBa, VCa, VDa bei einem Dauerzustandspunkt begonnen wird, die Solltemperatur TR* schnell von dem Anfangszustand aus, wie es durch die durchgezogene Linie G angezeigt ist. Dadurch ist es nicht nur möglich, die Temperatur in einem Fahrzeugraum auf eine Solltemperatur mit zufriedenstellender Antwort zu regeln, sondern auch der Gebläsemotor 3, der Kompressor 22, das Klappenstellglied 24 werden optimal geregelt, so daß eine Energieverschwendung verhindert wird. Weiterhin ist es möglich, die Schwankung des Ausgangsdrehmoments des Verbrennungsmotors zu reduzieren, da der Kompressor 22 nicht ein-aus-gesteuert wird.
Dies erfolgt, weil das vorliegende Ausführungsbeispiel derart aufgebaut ist, daß eine Steuerung durch Verwenden abgeschätzter Information durchgeführt wird, die die vergangene Vorgeschichte betrifft, was notwendig und hinreichend zum Voraussagen des Zustands des gesteuerten Gegenstands ist, was ein Einfluß für die Zukunft ist, und zwar durch eine experimentelle Analyse des gesteuerten Gegenstands, d. h. ein System, wo eine Klimatisierung durchzuführen ist, durch eine Systemerkennung durch Aufbauen des Steuergeräts mittels dem elektronischen Schaltkreis 20 als integral hinzugefügten Optimalwertregler anstelle einer einfachen Rückführsteuerung basierend auf einem vorausgesagten thermischen Gleichgewicht. Weiterhin erfolgt dies, weil die Steuerung unter Verwendung von Referenz-Einstellwerten an Dauerzustandspunkten des Modells des Systems in dem Anfangszustand durchgeführt wird, während es nach dem Beginn der Steuerung unter Verwendung der geschätzten Variablen durchgeführt wird.
Zusätzlich wird bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Abweichungs-Ansammelwerte ZTRB(k), ZTRC(k), ZTRD(k) berechnet werden, der Fehler e(k-, der zuvor abgetastet und berechnet wird, als die Abweichung benutzt. Daher ist es möglich, die Berechnungszeitverzögerung des elektronischen Schaltkreises 20 an einem diskreten Zeitsystem zu Kompensieren.
In der Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Aufbau der Rückführverstärkung in dem elektronischen Schaltkreis 20, der die innere Lufttemperatur steuert, äußerst logisch ausgeführt, um dieselbe zu bestimmen. Daher ist der Prozeß zum Einstellen der Rückführverstärkung durch ein Aufbauen auf der Basis von Erfahrungen eines Konstrukteurs wie bei dem Entwerfen eines herkömmlichen Steuergeräts zum Durchführen einer tatsächlichen Einstellung, wenn es notwendig ist, nicht erforderlich, wodurch es möglich wird, den Aufbau- und Entwicklungsprozeß und die Kosten zu reduzieren.
Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Klimatisierungseinheit 1 der Klimatisierungseinrichtung M1. Die Temperatureinstellvorrichtung 14, der elektronische Schaltkreis und der Prozeß (Schritt 120), der durch den elektronischen Schaltkreis 20 durchgeführt wird, entspricht der Funktion der Temperatureinstelleinrichtung M2. Der Sensor 12 für die innere Lufttemperatur, der elektronische Schaltkreis 20 und der Prozeß (Schritt 110), der durch den elektronischen Schaltkreis 20 ausgeführt wird, entspricht der Funktion der Temperaturerkennungseinrichtung M3. Der elektronische Schaltkreis 20 und die Prozesse (Schritte 140, 150, 160, 210), die durch den elektronischen Schaltkreis 20 ausgeführt werden, entsprechen der Steuereinrichtung M4. Der elektronische Schaltkreis 20 und der Prozeß (Schritt 200), der dadurch ausgeführt wird, entsprechen der Entscheidungseinrichtung M5. Der elektronische Schaltkreis 20 und die Prozesse (Schritte 180, 190), die dadurch ausgeführt werden, entsprechen dem Zustandsüberwacher M6. Der elektronische Schaltkreis 20 und die Prozesse (Schritte 130 und 170), die dadurch ausgeführt werden, entsprechen dem Abschnitt zum Berechnen des ersten Rückführbetrags M7. Der elektronische Schaltkreis 20 und die Prozesse (Schritte 220, 230, 240), die dadurch ausgeführt werden, entsprechen dem Rückführ-Steuervariable-Berechnungsabschnitt M8.

ZWEITES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL

Nimmt man Bezug auf Fig. 9 ist schematisch ein Aufbau der Klimaanlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Eine detaillierte Beschreibung bezüglich der Abschnitte und Teile, die jenen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen, wird der Kürze halber weggelassen werden.
Die Klimaanlage gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht allgemein aus einer Klimatisierungseinrichtung M1, die wenigstens die Temperatur der Gebläseluft regelt, die in einen Fahrzeugraum in Übereinstimmung mit Steuervariablen von der Außenseite entladen wird, einer Temperatureinstelleinrichtung M2 zum Einstellen einer Solltemperatur in dem Kraftfahrzeugraum, einer Temperaturerkennungseinrichtung M3 zum Erkennen der Temperatur in dem Kraftfahrzeugraum, und einer Steuereinrichtung M4, die als integral hinzugefügter Optimalwertregler zur Rückführsteuerung der Klimatisierungseinrichtung M1 ausgebildet ist unter Verwendung einer optimalen Rückführverstärkung, die in Übereinstimmung mit einem dynamischen Modell des Systems vorbestimmt wird, das eine Klimatisierung für ein Kraftfahrzeug betrifft, so daß die innere Lufttemperatur gleich der Solltemperatur ist, einer Entscheidungseinrichtung M5, zum Bestimmen, ob die Klimatisierungseinrichtung M1 in dem Anfangszustand ist, einer Steuervariable-Bestimmungseinrichtung M10 zum Bestimmen, ob die Steuervariablen zu der Klimatisierungseinrichtung M1 in einem vorbestimmten Bereich sind, und einer Temperaturentscheidungseinrichtung M11 zum Bestimmen, ob die innere Lufttemperatur in dem Raum eines Kraftfahrzeugs einem Zustand nahe bei der Solltemperatur entspricht. Die Steuereinrichtung M4 enthält einen Zustandsüberwacher M6 zum Abschätzen von Zustandsvariablen, die den dynamischen inneren Zustand des Systems auf der Basis der Steuervariablen zu der Klimatisierungseinrichtung M1 und die innere Lufttemperatur des Kraftfahrzeugraums unter Verwendung von Parametern anzeigt, die in Übereinstimmung mit dem dynamischen Modell des Klimatisierungssystems vorbestimmt sind, einen Rückführbetrag-Berechnungsabschnitt M7 zum Berechnen eines ersten Rückführbetrags, der die Steuervariablen zu der Klimatisierungseinrichtung M1 betrifft, auf der Basis von Elementen, die mit der Abweichung der inneren Lufttemperatur von der Solltemperatur und der Abweichung der optimalen Rückführverstärkung verbunden sind, und zum Ansammeln des berechneten ersten Rückführbetrags, einen Rückführ-Steuervariable-Berechnungsabschnitt M8 zum Ausgeben der Steuervariable zu der Klimatisierungseinrichtung M1, die die Summe des angesammelten ersten Rückführbetrags und eines zweiten Rückführbetrags ist, der von den Elementen erhalten wird, die die Zustandsvariablen und die Zustandsvariablen der optimalen Rückführverstärkung betreffen, und einen Abschnitt zum Ändern des ersten Rückführbetrags M9 zum Korrigieren des angesammelten ersten Rückführbetrags, so daß die Steuervariablen auf die Grenzen des vorbestimmten Bereichs eingestellt werden, wenn die Steuervariable-Bestimmungseinrichtung M10 bestimmt, daß die Steuervariablen nicht in dem vorbestimmten Bereich sind, und die Temperaturentscheidungseinrichtung M11 bestimmt, daß die innere Lufttemperatur dem Zustand nahe bei der Solltemperatur entspricht.
Bei dem Obigen ist die Steuervariable-Bestimmungseinrichtung M10 vorgesehen zum Bestimmen, ob die Steuervariablen zu der Klimatisierungseinrichtung M1 in einem vorbestimmten Bereich sind. Beispielsweise kann sie aufgebaut sein, um die Ergebnisse aus zugeben, die durch Vergleichen von Antriebsspannungen erhalten werden, die an einen Gebläsemotor, einen Kompressor, eine Luftmischungsklappe usw. angelegt sind, mit den oberen Grenzen oder unteren Grenzen der vorbestimmten Spannungen für ein normales Antreiben der Vorrichtungen.
Die Temperaturentscheidungseinrichtung M11 ist vorgesehen zum Bestimmen, ob die innere Lufttemperatur einem Zustand entspricht, der einer Solltemperatur nahe ist. Beispielsweise ist sie geeignet, die Entsprechung mit dem Zustand nahe der Solltemperatur zu bestimmen, wenn die innere Lufttemperatur sich in einer vorbestimmten Grenze in bezug auf eine Solltemperatur annähert. Sie ist auch geeignet, aufgebaut zu sein, um die Entsprechung dazu zu bestimmen, wenn die innere Lufttemperatur mit der Solltemperatur zusammenfällt. Weiterhin ist sie geeignet, aufgebaut zu sein, um die Entsprechung dazu zu bestimmen, wenn die Änderungsrate beim Prozeß, daß die innere Lufttemperatur sich der Solltemperatur nähert, zwischen einer vorbestimmten oberen Grenze und einer vorbestimmten unteren Grenze wird.
Die Steuervariable-Bestimmungseinrichtung M10 und die Temperaturentscheidungseinrichtung M11 können beispielsweise als diskrete Logikschaltkreise realisiert werden, die unabhängig voneinander sind. Weiterhin können beide in Übereinstimmung mit vorbestimmten Prozessen unter Verwendung einer bekannten CPU und ihrer zugehörigen Einheiten wie beispielsweise einem ROM und einem RAM realisiert werden.
Weiterhin ist der Abschnitt zum Ändern des ersten Rückführbetrags M9 der Steuereinrichtung M4 aufgebaut, um den angesammelten ersten Rückführbetrag zu korrigieren, so daß die Steuervariablen auf die Grenzen des vorbestimmten Bereichs eingestellt werden, wenn die Steuervariable-Bestimmungseinrichtung M10 bestimmt, daß die Steuervariablen nicht in dem vorbestimmten Bereich sind, und die Temperaturentscheidungseinrichtung M11 bestimmt, daß die innere Lufttemperatur dem Zustand nahe bei der Solltemperatur entspricht. Beispielsweise kann sie aufgebaut sein, um den ersten Rückführbetrag zu ändern, so daß er die Summe des Betrags, der der oben angegebenen Grenze entspricht, und einem Betrag, dessen Wert gleich jenem des zweiten Rückführbetrags ist und dessen Polarität umgekehrt zu jener des zweiten Rückführbetrags ist, annimmt. Fig. 10 ist ein Steuersystem-Schaubild, das ein Steuermodell eines Systems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie es in Verbindung mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben ist, zeigt Fig. 10 nur das Steuersystem, und daher zeigt sie nicht den Hardware- Aufbau. Das Steuersystem, das in Fig. 10 gezeigt ist, ist durch Ausführen einer Reihe von Programmen aktualisiert, die hierin nachfolgend beschrieben werden.
Dieses Steuersystem, das in Fig. 10 gezeigt ist, ist ähnlich dem Steuersystem des in Fig. 3 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels, mit der Ausnahme, daß es einen Sättigungsentscheidungsabschnitt P8 enthält. Der Sättigungsentscheidungsabschnitt P8 ist vorgesehen zum Bestimmen, ob die Steuervariablen (bei diesem Ausführungsbeispiel die Antriebsspannung des Gebläsemotors 3) in einem vorbestimmten Bereich sind, der in Übereinstimmung mit einem maximalen Wert VBmax und einem minimalen Wert VBmin bestimmt ist. Der maximale Wert VBmax ist eine obere Grenze, die darstellt, daß der Luftstrahlbetrag des Gebläsemotors 3 nicht erhöht wird, ungeachtet eines Anlegens einer größeren Antriebsspannung VB daran. Andererseits ist der minimale Wert VBmin eine untere Grenze, die darstellt, daß der Luftstrahlbetrag davon nicht erniedrigt ist, ungeachtet des Anlegens einer kleineren Antriebsspannung VB. Beide werden im voraus bestimmt.
Wenn der Sättigungsentscheidungsabschnitt P8 bestimmt, daß die Steuervariable VB, die in dem Rückführbetrag-Bestimmungsabschnitt P5 berechnet wird, nicht in dem vorbestimmten Bereich liegt und der Fehler e(k) der inneren Lufttemperatur TR von der Solltemperatur TR* unter einem Referenzwert Tx ist, wird der Abweichungs-Ansammelwert ZTRB, d. h. der erste Rückführbetrag, der in dem Integrierglied P2 berechnet wird, in die Summe des Betrags geändert, dessen Wert gleich jenem des zweiten Rückführbetrags ist, der in dem Rückführbetrag-Bestimmungsabschnitt P5 berechnet wird und dessen Vorzeichen umgekehrt zu jenem des zweiten Rückführbetrags ist, und der maximalen Störkomponente δVBmax oder der minimalen Störkomponente δVBmin, die dem maximalen Wert VBmax oder dem minimalen Wert VBmin entsprechen. Daher wird in dem oben angegebenen Fall die Steuervariable, die von dem Rückführbetrag-Bestimmungsabschnitt P5 ausgegeben wird, die maximale Störkomponente δVBmax oder die minimale Störkomponente δVBmin, und der maximale Wert VBmax oder der minimale Wert VBmin wird von dem Referenz-Einstellwert-Addierabschnitt P6 zu der Klimatisierungseinheit 1 ausgegeben.
Die Fig. 11A und 11B sind Flußdiagramme, die für das zweite Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet werden. In der folgenden Beschreibung wird ein Betrag, der bei einem vorliegenden Verfahren behandelt wird, durch einen Index (k) ausgedrückt, und ein Betrag, der bei einem Zyklus direkt davor behandelt wird, durch einen anderen Index (k-1).
Nach dem Betriebsbeginn der Klimaanlage führt die CPU 30 einen Initialisierungsprozeß durch, wie beispielsweise das Löschen des internen Registers der CPU 30, ein Einstellen von Anfangs-Steuervariablen, ein Rücksetzen eines Anfangszustands- Flags FS auf Null, was anzeigt, daß dieser Prozeß das erste Mal erfolgt, ein Rücksetzen eines Flags Bmax für einen maximalen Wert und eines Flags Bmin für einen minimalen Wert usw. im Schritt 300 und wiederholt darauffolgend das Ausführen der Schritte 302 bis 352, was hierin später beschrieben wird, in Übereinstimmung mit einem Verfahren, das im voraus in dem ROM 32 abgespeichert ist. Bei diesem Kraftfahrzeugraum-Temperatursteuerungsprogramm werden die oben angegebenen Werte P, M, , , F, die in dem ROM 32 abgespeichert sind, benutzt.
Im Schritt 302 wird das Ausgangssignal von dem Sensor 12 für die innere Lufttemperatur über das Eingangstor 36 eingegeben, um die innere Lufttemperatur TR(k) zu lesen. In einem Schritt 304 wird ein Ausgangssignal von der Temperatureinstelleinheit 14 auf ähnliche Weise eingegeben, um die Solltemperatur TR*(k) zu lesen. Der Prozeß dieses Schritts 304 wirkt als der Solltemperatur-Einstellabschnitt P1, der in Fig. 10 gezeigt ist.
In einem darauffolgenden Schritt 306 wird ein Fehler zwischen der inneren Lufttemperatur TR(k), die im Schritt 302 gelesen wird, und der Solltemperatur TR*(k), die im Schritt 304 gelesen wird, als e(k) = TR*(k) - TR(k) erhalten. In einem Schritt 306 wird ein nächstnäherer Zustand (der als Dauerzustandspunkte TRa, VBa, VCa, VDa bezeichnet werden wird) unter Dauerzustands -Betriebsbedingungen der Klimatisierungseinheit 1, die als ausreichende lineare Annäherung genommen werden, wenn das dynamische Modell der Klimatisierungseinheit 1 aus der inneren Lufttemperatur TR(k) aufgebaut wird, die in Schritt 302 gelesen wird, erhalten. In einem Schritt 310 wird eine Störkomponente δTR(k) relativ zu dem Dauerzustandspunkt, der in dem Schritt 308 bestimmt wird, in Verbindung mit der inneren Lufttemperatur TR(k) erhalten, die im Schritt 302 gelesen wird. Es wird angenommen, daß Werte der Störkomponente δTR(k-1) aus einer früheren Zyklusausführung dieses Steuerprogramms aufbewahrt sind. Die Verarbeitung durch diese Schritte 308 und 310 entspricht dem Störkomponenten-Extrahierabschnitt P3 der Fig. 10.
In einem folgenden Schritt 312 werden Parameter P, M, , in dem Überwacher, der dem gegenwärtigen Betriebszustand der Klimatisierungseinheit 1 wie auch der optimalen Rückführverstärkung F usw. entsprechen, ausgewählt.
In einem Schritt 320 wird ein Prozeß wie folgt ausgeführt, um den Wert anzusammeln, der durch Multiplizieren des Fehlers e(k-1) erhalten wird, der vorher in dem Schritt 306 durch die Abtastzeit T (die wiederholte Zeit des Programms der Fig. 11A und 11B) erhalten wird, und durch weiteres Multiplizieren des Elements, das die Abweichung der optimalen Rückführverstärkung F, die in dem Schritt 312 ausgewählt wird, und um die Abweich-Ansammelwerte ZTRB(k), ZTRC(k), ZTRD(k) zu berechnen. Hier werden die Werte ZTRB(k-1), ZTRC(k-1), ZTRD(k-1) in dem Anfangszustand jeweils in dem Schritt 300 auf Null eingestellt. Weiterhin ist der Grund dafür, daß e(k-1) als die Abweichung benutzt wird, daß die Berechnungszeitverzögerung bei diesem Prozeß beachtet wird. Die Prozesse der Schritte 306 und 320 entsprechen dem Integrierer P2, der in Fig. 10 gezeigt ist.
ZTRB(k) = ZTRB(k-1) + F14 · T · e(k-1)
ZTRC(k) = ZTRC(k-1) + F24 · T · e(k-1)
ZTRD(k) = ZTRD(k-1) + F34 · T · e(k-1)
Darauffolgende Schritte 322 und 324 sind vorgesehen zum Berechnen der Zustands-Schätzvariablen (k), und unter Verwendung der Gleichungen (12) und (13) wird [δTB(k) δTC(k) δ TD(k)]T erhalten. Im einzelnen sind im Schritt 320 unter Anwendung einer Variable W(k) = [W1(k) W2(k)]T, W1(k) und W2(k) jeweils gegeben als:
W1(k) = P11 · W1(k-1) + P12 · W2(k-1) + M11 · δvB(k-1) + M12 · δVC(k-1) + M13 · δVD(k-1) + M14 · δTR(k-1)
W2(k) = P21 · W1(k-1) + P22 · W2(k-1) + M21 · δVB(k-1) + M22 · δVC(k-1) + M23 · δVD(k-1) + M24 · δTR(k-1)
Darauffolgend werden in einem Schritt 324 Zustands-Schätzvariablen unter Anwendung der Ergebnisse des Schritts 322 erhalten als:
δTB (k) = C11 · W1(k) + C12 · W2(k) + D1 · δTR(k)
δTC(k) = C21 · W1(k) + C22 · W2(k) + D2 · δTR(k)
δTD(k) = δTR(k) - δTB(k) - δTC(k)
Bei dem Obigen sind δVB(k-1), δVC(k-1), δVD(k-1), δTR(k-1) usw., die im Schritt 322 benutzt werden, die Werte der vorherigen Zyklusausführung dieses Steuerprogramms, wie es oben beschrieben ist. Weiterhin ist der Grund zum Erhalten von δ TD(k), die eine der Zustands-Schätzvariablen (k) ist, nämlich die Störkomponente δTD(K) der Temperatur, die die Störkomponente δTR(k) der inneren Lufttemperatur durch die Störkomponente δVD(k) der Antriebsspannung des Klappenstellglieds 24 beeinflußt, die den Öffnungsgrad der Luftmischungsklappe steuert, nämlich -TR(k) - δTB(k) - δTC(k), die Berechnung zu vereinfachen, um die Verarbeitungsgeschwindigkeit zu verbessern, da die Störkomponente δTR(k) der inneren Lufttemperatur schon gemessen ist (Schritt 310). Die Prozesse der Schritte 322 und 324 entsprechen dem Überwacher P4 der Fig. 10.
In dem folgenden Schritt 326 wird gemäß dem Anfangszustands- Flag FS geprüft, ob die Steuerung in dem Anfangszustand ist. Da das Anfangszustands-Flag FS in dem Schritt 300 auf Null zurückgesetzt wird, wird ein Schritt 327 ausgeführt. Der Prozeß des Schritts 326 entspricht dem Anfangszustands-Entscheidungsabschnitt P7.
In dem Schritt 327, der nur in dem Anfangszustand ausgeführt wird, werden die Abweichungs-Ansammelwerte wie folgt eingestellt:
ZTRB(k) = - {F11 · δTB(k) + F12 · δTC(k) + F13 · δTD(k)}
ZTRC(k) = - {F21 · δTB(k) + F22 · δTC(k) + F23 · δTD(k)}
ZTRD(k) = - {F31 · δTB(k) + F32 · δTC(k) + F33 · δTD(k)}
Danach wird das Anfangszustands-Flag FS auf 1 eingestellt, gefolgt durch einen Schritt 328. In dem Fall des Anfangszustands wird der Schritt 326 durch den Schritt 327 gefolgt. Andererseits wird in dem Fall keines Anfangszustands der Schritt 326 durch den Schritt 328 gefolgt.
In dem Schritt 328 wird das Flag Bmax für den maximalen Wert auf "1" eingestellt und es wird geprüft, ob der absolute Wert des Fehlers e(k), der in dem Schritt 306 berechnet wird, unter dem Referenzwert Tx liegt (bei diesem Ausführungsbeispiel 0,5ºC). Da das Flag Bmax für den maximalen Wert im Schritt 300 auf Null eingestellt wird, d. h. der Bedingung des Schritts 328 wird nicht genügt, geht der Prozeß weiter zu einem Schritt 332. In dem Schritt 332 wird das Flag Bmin für den minimalen 3 Wert auf "1" eingestellt, und es wird geprüft, ob der absolute Wert des Fehlers e(k), der in dem Schritt 306 berechnet wird, unter dem Referenzwert Tx liegt. Da das Flag Bmin für den minimalen Wert in dem Schritt 300 auf "0" eingestellt wird, d. h. der Bedingung des Schritts 332 ist nicht genügt, wird der Schritt 332 durch einen Schritt 336 gefolgt.
In dem Schritt 336 werden die Störkomponente δVB(k) der Antriebsspannung des Gebläsemotors 3, die Störkomponente δVC(k) der Antriebsspannung des Kompressors 22 und die Störkomponente δVD(k) der Antriebsspannung des Klappenstellglieds 24 durch Multiplizieren der Zustands-Schätzvariablen (k) = [δTB(k) δ TC(k) δTD(k)]T, die in den Schritten 322 und 324 erhalten werden, mit den Elementen erhalten, die die Zustands-Schätzvariablen (k) der optimalen Rückführverstärkung F betreffen, die in dem Schritt 312 gewählt wird, und weiterhin durch Addieren der Abweichungs-Ansammelwerte, die in dem Schritt 320 oder 327 erhalten werden. Es werden nämlich die folgenden Prozesse durchgeführt:
δVB(k) = F11 · δTB(K) + F12 · δTC(k) + F13 · δTD(k) + ZTRB(k) · δVB(k)
δVC(k) = F21 · δTB(K) + F22 · δTC(k) + F23 · δTD(k) + ZTRC(k) · δVC(k)
wVD(k) = F31 · δTB(K) + F32 · δTC(k) + F33 · δTD(k) + ZTRD(k) · δVD(k)
Der Prozeß des Schritts 336 entspricht der Funktion des Rückführbetrag-Bestimmungsabschnitts P5, der in Fig. 10 gezeigt ist. In dem Fall des Anfangszustands werden, da die Abweichungs-Ansammelwerte in dem Schritt 327 eingestellt werden, die jeweiligen Störkomponenten δVB(k), δVC(k), δVD(k), die in Übereinstimmung mit der oben angegebenen Berechnung erhalten werden, versetzt und werden Null. Andererseits nehmen in dem Fall keines Anfangszustands, da die Abweichungs-Ansammelwerte in dem Schritt 320 berechnet werden, die jeweiligen Störkomponenten δVB(k), δVC(k), δVD(k) vorbestimmte Werte an.
In einem darauffolgenden Schritt 338 werden aktuelle Antriebsspannungen VB(k), VC(k), VD(k) durch Addieren von Werten VBa, VCa, VDa bei einem Dauerzustandspunkt zu den Störkomponenten δ VB(k), δVC(k), δVD(k) der jeweiligen Antriebsspannungen, die im Schritt 336 erhalten werden, erhalten. Dieses Verfahren entspricht dem Referenzwert-Addierabschnitt P6 der Fig. 10.
In dem folgenden Schritt 340 wird geprüft, ob die Antriebsspannung VB(k) des Gebläsemotors 3, die in dem Schritt 338 berechnet wird, größer als der maximale VBmax ist. Wenn die Antriebsspannung VB(k) den maximalen Wert VBmax überschreitet, wird der Schritt 340 durch einen Schritt 342 gefolgt. In dem Schritt 342 wird das Flag Bmax für den maximalen Wert auf "1" eingestellt und das Flag Bmin für den minimalen Wert wird auf "0" zurückgesetzt, gefolgt durch einen Schritt 350.
Andererseits geht in dem Schritt 340, wenn die Antriebsspannung VB(k) geringer als der maximale Wert VBmax ist, die Steuerung zu einem Schritt 344. In dem Schritt 344 wird geprüft, ob die Antriebsspannung VB(k) unter dem minimalen Wert VBmin liegt. Wenn die Antriebsspannung VB(k) unter dem minimalen Wert VBmin liegt, geht die Steuerung zu einem Schritt 346 weiter. In dem Schritt 346 wird das Flag Bmax für den maximalen Wert auf "0" zurückgesetzt und das Flag Bmin für den minimalen Wert wird auf "1" gesetzt, gefolgt durch den Schritt 350.
In dem Schritt 344 wird, wenn die Antriebsspannung VB(k) den minimalen VBmin überschreitet, der Schritt 344 durch einen Schritt 348 gefolgt, bei dem das Flag Bmax für den maximalen Wert auf "0" zurückgesetzt wird und das Flag Bmin für den minimalen Wert auch auf "0" zurückgesetzt wird. Der Schritt 348 wird durch den Schritt 350 gefolgt.
Die Prozesse der Schritte 340, 342, 344, 346 und 348 entsprechen der Funktion des Sättigungsentscheidungsabschnitts P8 der Fig. 10.
In einem folgenden Schritt 350 werden jeweilige Antriebsspannungen VB(k), VC(k), VD(k), die im Schritt 338 erhalten werden, über das Ausgangstor 38 zu dem Gebläsemotor 3, dem Kompressor 22 und dem Klappenstellglied 24 ausgegeben. In einem Schritt 352 wird der Wert des Index k, der die Anzahl der Abtastbetriebssteuerungen anzeigt, um 1 inkrementiert (erneuert), um zu Schritt 302 zurückzukehren, um die Verarbeitung der Schritte 302 bis 352 zu wiederholen.
Es wird im folgenden der Fall beschrieben, bei dem in dem Schritt 342 das Flag Bmax für den maximalen Wert auf "1" eingestellt wird. Wenn der absolute Wert des Fehlers e(k), der in dem Schritt 306 berechnet wird, unter dem Referenzwert Tx liegt, d. h. wenn der Fehler, nachdem die Solltemperatur TR*(k) auf die Nähe der oberen Grenze des steuerbaren Temperaturbereichs durch die Klimatisierungseinheit 1 eingestellt ist, zwischen der Solltemperatur TR*(k) und der inneren Lufttemperatur TR(k) unter dem Referenzwert Tx gewesen ist, und zwar als Ergebnis der Zufuhr einer großen Wärmekapazität zu dem Insassenraum 10 aufgrund des Anwachsens eines Luftstrahlbetrags durch den Gebläsemotor 3, wird der Schritt 328 durch einen Schritt 330 gefolgt. In dem Schritt 330 wird der Abweichungs-Ansammelwert der Gebläsemotor-Antriebsspannung wie folgt geändert.
ZTRB(k) = δVBmax - {F11 · δTB(K) + F12 · δTC(k) + F13 · δTD(k)}
Hier ist der Wert δVBmax die maximale Störkomponente, die dem maximalen Wert VBmax der Antriebsspannung des Gebläsemotors 3 entspricht. Danach wird der Schritt 336 ausgeführt. Durch das Ausführen in dem Schritt 336 wird die Störkomponente δ VB(k) der Antriebsspannung des Gebläsemotors 3 die maximale Störkomponente δVBmax. Weiterhin wird der Schritt 338 ausgeführt, so daß die Antriebsspannung VB(k) des Gebläsemotors 3 auf den maximalen Wert VBmax eingestellt wird. Dann kehrt, wie es oben beschrieben ist, nachdem der maximale Wert VBmax in dem Schritt 350 ausgegeben ist, der Betriebsfluß durch den Schritt 352 zu dem Schritt 302 zurück.
Als nächstes wird eine Beschreibung in bezug auf den Fall gemacht, daß in dem Schritt 346 das Flag Bmin für den minimalen Wert auf "1" eingestellt wird. In diesem Fall gelangt die Steuerung durch die Schritte 302 bis 328 zu dem Schritt 332. Hier ist, wenn der absolute Wert des Fehlers e(k), der in dem Schritt 306 berechnet ist, unter dem Referenzwert Tx ist, d. h. wenn, nachdem die Solltemperatur TR*(k) auf die Nähe der unteren Grenze des steuerbaren Temperaturbereichs durch die Klimatisierungseinheit 1 eingestellt ist, der Fehler zwischen der Solltemperatur TR*(k) und der inneren Lufttemperatur TR(k) unter dem Referenzwert Tx gewesen ist, als ein Ergebnis der Zufuhr einer Wärmekapazität zu dem Insassenraum 10 aufgrund eines Erniedrigens des Luftstrahlbetrags durch den Gebläsemotor 3, der Schritt 332 durch einen Schritt 334 gefolgt. In dem Schritt 334 wird der Abweichungs-Ansammelwert der Gebläsemotor-Antriebespannung wie folgt geändert.
ZTRB(k) = δVBmin - {F11 · δTB(K) + F12 · δTC(k) + F13 · δTD(k)}
Hier ist der Wert δVBmin die minimale Störkomponente, die dem minimalen Wert δVBmin der Antriebsspannung des Gebläsemotors 3 entspricht. Danach wird der Schritt 336 ausgeführt. Durch das Ausführen in dem Schritt 336 wird die Störkomponente δ VB(k) der Antriebsspannung des Gebläsemotors 3 die minimale Störkomponente δVBmin. Weiterhin wird der Schritt 338 ausgeführt, so daß die Antriebsspannung VB(k) des Gebläsemotors 3 auf den minimalen Wert VBmin eingestellt wird. Dann kehrt, wie es oben beschrieben ist, nachdem in dem Schritt 350 der minimale Wert VBmin ausgegeben ist, der Betriebsfluß durch den Schritt 352 zu dem Schritt 302 zurück. Danach werden die Prozesse für eine Steuerung der inneren Lufttemperatur zwischen den Schritten 302 und 352 wiederholt.
Die Steuerung, die auf den oben angegebenen Prozessen basiert, ist in Fig. 12A dargestellt, und die Steuerung, die allgemein ohne Rücksicht auf die Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k) durchgeführt wird, die den maximalen Wert VBmax überschreitet, ist in Fig. 12B dargestellt. Wie es in Fig. 12B durch eine unterbrochene Linie angezeigt ist, wird die Solltemperatur TR*(k) zu der Zeit t1 auf die Nähe der oberen Grenze des Klimatisierungseinheit-Steuerbereichs eingestellt. Dadurch wird der Fehler e(k), der durch eine zweifach unterbrochene Linie angezeigt ist, größer, und die Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k), die eine der Steuervariablen ist, wird erhöht, wie es durch eine unterbrochene Linie angezeigt ist, und erreicht den maximalen Wert VBmax bei der Zeit t2. Jedoch da der Fehler e(k) noch positiv ist, wenn die allgemeine Steuerung kontinuierlich durchgeführt wird, wird die Motorantriebsspannung VB(k) bis zu einem großen Wert erhöht, der tatsächlich nicht in Übereinstimmung mit der Berechnung ausgegeben werden kann. Daher wird zu der Zeit t3, zu der die innere Lufttemperatur TR(k), die durch eine durchgezogene Linie angezeigt ist, mit der Solltemperatur TR*(k) zusammenfällt, der Berechnungswert der Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k) ein großer Wert, der den maximalen Wert VBmax überschreitet. Daher wird das Vorzeichen des Fehlers e(k) invertiert und der Berechnungswert der Gebläsemotorantriebsspannung VB(k) beginnt zu fallen, und bis er bei dem maximalen Wert VBmax zur Zeit t4 abfällt, überschreitet die innere Lufttemperatur TR(k) die Solltemperatur TR*, was in einem Auftreten eines Überschwingens resultiert. Aufgrund eines Fehlers e (k), der durch dieses Überschwingen erzeugt wird, wird der Berechnungswert der Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k) kontinuierlich abgesenkt und das Anwachsen der inneren Lufttemperatur TR(k) wird gestoppt, und dann wird begonnen, die innere Lufttemperatur TR(k) abzusenken, damit sie sich der Solltemperatur TR* annähert. Danach fällt die innere Lufttemperatur TR(k) bei der Zeit t5 mit der Solltemperatur TR* zusammen. Wie es oben beschrieben ist, tritt zu der Zeit t3, zu der der Fehler e(k) einmal Null wird, ein größeres Überschwingen auf und es dauert eine Periode bis zu der Zeit t5, bis die innere Lufttemperatur TR(k) schließlich zu der Solltemperatur TR*(k) konvergiert, was in einer Verschlechterung der Ansprechbarkeit und des Nachfolgens der Steuerung resultiert.
Andererseits wird gemäß dem oben angegebenen Prozeß, wie es in Fig. 12A gezeigt ist, wenn die Solltemperatur TR*(k) zu der Zeit t11 geändert wird, der Fehler e(k) vergrößert, und der Berechnungswert der Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k) überschreitet den maximalen Wert VBmax zu der Zeit t12. Zu diesem Zeitpunkt wird das Flag Bmax für den maximalen Wert auf "1" eingestellt (Schritte 340 und 342). Danach wird der Fehler e(k) verringert, so daß die innere Lufttemperatur TR(k) sich der Solltemperatur TR*(k) annähert, und zu der Zeit t13 geht er unter den Referenzwert Tx. Daher wird die Störkomponente δVB(k) der Gebläsemotor-Antriebsspannung auf die maximale Störkomponente δVBmax eingestellt, und die Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k) wird auf den maximalen Wert VBmax eingestellt (Schritte 328, 330, 336 und 338). Danach wird die innere Raumtemperatur TR(k) schrittweise erhöht und fällt zu der Zeit t14 mit der Solltemperatur TR*(k) zusammen. Hier kann, da die Steuervariable auf den maximalen Wert VBmax eingestellt wird, die Steuervariable von dem maximalen Wert ohne größeres Überschwingen getrennt werden und konvergiert schnell zu der Solltemperatur TR*(k). Danach wird die Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k) wieder auf der Basis der optimalen Rückführverstärkung F, der Zustands-Schätzvariablen und des Abweichungs-Ansammelwerts ZTRB(k) berechnet.
Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Klimatisierungseinheit 1 der Klimatisierungseinrichtung M1. Die Temperatureinstellvorrichtung 14, der elektronische Schaltkreis und der Prozeß (Schritt 304), der durch den elektronischen Schaltkreis 20 durchgeführt wird, entspricht der Funktion der Temperatureinstelleinrichtung M2. Der Sensor 12 für die innere Lufttemperatur, der elektronische Schaltkreis 20 und der Prozeß (Schritt 302), der durch den elektronischen Schaltkreis 20 ausgeführt wird, entspricht der Funktion der Temperaturerkennungseinrichtung M3. Der elektronische Schaltkreis 20 entspricht der Steuereinrichtung M4. Der elektronische Schaltkreis 20 und der Prozeß (Schritte 328, 332, 340, 342, 344, 346, 348), der dadurch ausgeführt wird, entspricht der Steuervariable-Bestimmungseinrichtung M10. Die Prozesse (Schritte 328, 332), die durch den elektronischen Schaltkreis ausgeführt werden, entsprechen der Temperaturentscheidungseinrichtung M11. Der elektronische Schaltkreis 20 und die Prozesse (Schritte 322, 324), die dadurch ausgeführt werden, entsprechen dem Zustandsüberwacher M6. Der elektronische Schaltkreis 20 und die Prozesse (Schritte 306 und 320), die dadurch ausgeführt werden, entsprechen dem Abschnitt M7 zum Berechnen des ersten Rückführbetrags. Der elektronische Schaltkreis 20 und die Prozesse (Schritt 336, 338), die dadurch ausgeführt werden, entsprechen dem Rückführ-Steuervariable-Berechnungsabschnitt M8. Die Prozesse (Schritte 330, 334), die dadurch ausgeführt werden, entsprechen dem Abschnitt M9 zum Ändern des ersten Rückführbetrags.
Wie es oben beschrieben ist, ermöglicht dieses Ausführungsbeispiel ein Verbessern der Ansprechbarkeit und des Nachfolgens verglichen mit der Rückführsteuerung, die auf klassischen Steuertheorie basiert.
Auch wenn die Solltemperatur TR*(k) auf die Nähe der oberen Grenze oder der unteren Grenze des Temperatursteuerbereichs durch die Klimatisierungseinheit 1 eingestellt wird, kann die innere Lufttemperatur TR(k) zu der Solltemperatur TR*(k) ohne Überschwingen und Unterschwingen konvergiert werden.
Weiterhin werden der Gebläsemotor 3, der Kompressor 22, das Klappenstellglied 24 optimal gesteuert, so daß eine Energieverschwendung verhindert werden kann. Da der Kompressor 22 nicht ein-aus-gesteuert wird, ist es weiterhin möglich, die Schwankung des Ausgangsdrehmoments des Motors zu reduzieren.
Dies erfolgt, weil das vorliegende Ausführungsbeispiel derart aufgebaut ist, daß eine Steuerung unter Verwendung abgeschätzter Information durchgeführt wird, die die vergangene Vorgeschichte betrifft, was notwendig und hinreichend zum Voraussagen des Zustands des gesteuerten Gegenstands, d. h. den Einfluß für die Zukunft ist, und zwar durch experimentelle Analyse des gesteuerten Gegenstands, d. h. ein System, wo eine Klimatisierung durchgeführt werden soll, durch eine Systemerkennung durch Aufbauen des Steuergeräts mittels dem elektronischen Schaltkreis 20 als einen integral hinzugefügten Optimalwertregler bzw. Optimalwertregler mit Integralteil anstelle einer einfachen Rückführsteuerung basierend auf einem vorausgesagten thermischen Gleichgewicht. Weiterhin erfolgt dies, weil die Steuerung unter Verwendung des maximalen Werts VBmax oder des minimalen Werts VBmin durchgeführt wird, wenn die Solltemperatur TR*(k) auf die Nähe der oberen Grenze oder der unteren Grenze des Temperatursteuerbereichs durch die Klimatisierungseinheit 1 eingestellt wird und die Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k), die eine der Steuervariablen ist, den maximalen Wert VBmax oder den minimalen Wert VBmin überschreitet, während die Steuervariablen benutzt werden, die auf dem oben genannten Schätzbetrag in dem normalen Zustand basieren, in dem die Solltemperatur TR*(k) auf einen Wert eingestellt wird, der ein anderer als die obigen Werte ist.
Zusätzlich wird bei diesem Ausführungsbeispiel, wenn die Abweichungs-Ansammelwerte ZTRB(k), ZTRC(k), ZTRD(k) berechnet werden, der Fehler e(k-1), der zuvor abgetastet und berechnet ist, als die Abweichung benutzt. Daher ist es möglich, die Berechnungszeitverzögerung des elektronischen Schaltkreises 20 auf ein System einer diskreten Zeit zu kompensieren.
Bei der Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Aufbau der Rückführverstärkung in dem elektronischen Schaltkreis 20, der die innere Lufttemperatur steuert, äußerst logisch ausgeführt, um dieselbe zu bestimmen.
Daher ist der Prozeß zum Einstellen der Rückführverstärkung durch einen Aufbau auf der Basis von Erfahrungen eines Konstrukteurs wie bei dem Aufbau eines herkömmlichen Steuergeräts, um, wenn notwendig, eine aktuelle Einstellung durchzuführen, nicht erforderlich, wodurch es möglich ist, den Aufbau- und Entwicklungsprozeß und die Kosten zu reduzieren.
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel derart aufgebaut ist, daß nur die Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k) auf den maximalen Wert VBmax oder den minimalen Wert VBmin eingestellt wird, ist es bezüglich der Steuergenauigkeit vorteilhaft derart auf zubauen, daß der obige Prozeß bezüglich der Kompressor-Antriebsspannung VC (k) und der Klappenstellglied-Antriebsspannung VD(k) durchgeführt wird.
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel derart aufgebaut ist, daß der erste Rückführbetrag geändert wird, wenn der absolute Wert des Fehlers e(k) der inneren Lufttemperatur TR(k) von der Solltemperatur TR*(k) geringer als der Referenzwert Tx ist, ist es weiterhin geeignet, so aufgebaut zu sein, daß der erste Rückführbetrag geändert wird, wenn die Polarität der Abweichung e(k) invertiert wird.

DRITTES AUSFÜHRUNGSBEISPIEL

Nimmt man Bezug auf Fig. 13 ist ein Aufbau der Klimaanlage gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt. Der Unterschied zwischen der Klimaanlage der Fig. 13 und dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht darin, obwohl bei dem zweiten Ausführungsbeispiel die Steuervariable auf den maximalen Wert oder den minimalen Wert eingestellt wird, wenn der absolute Wert eines Fehlers kleiner als der Referenzwert Tx wird, nachdem die Steuervariable den maximalen Wert oder den minimalen Wert überschreitet, das dritte Ausführungsbeispiel derart aufgebaut ist, daß die Ansammlung des Fehlers nicht durchgeführt wird, bis der absolute Wert des Fehlers kleiner als der Referenzwert Tx wird, nachdem die Steuervariable den maximalen Wert oder den minimalen Wert überschreitet. Daher ist, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, die Steuereinrichtung M4 der Klimaanlage des dritten Ausführungsbeispiels mit einem Ansammlungsanhalteabschnitt M12 anstelle des Abschnitts zum Ändern des ersten Rückführbetrags M9 des zweiten Ausführungsbeispiels der Fig. 9 versehen. Obwohl in Fig. 13 die Entscheidungseinrichtung M5 nicht dargestellt ist, ist es auch angebracht, die Entscheidungseinrichtung M5 bei dem dritten Ausführungsbeispiel vorzusehen. Eine Beschreibung der Teile, die jenen des zweiten Ausführungsbeispiels entsprechen, wird der Einfachheit halber weggelassen werden.
Der Ansammlungsanhalteabschnitt M12 ist derart aufgebaut, daß die Ansammlung des ersten Rückführbetrags in dem Abschnitt zum Berechnen des ersten Rückführbetrags M7 unterbrochen wird, bis es durch die Temperaturentscheidungseinrichtung M11 bestimmt wird, daß die innere Lufttemperatur dem Zustand nahe der Solltemperatur entspricht, nachdem es durch die Steuervariable-Bestimmungseinrichtung M10 bestimmt wird, daß die Steuervariable nicht in einem vorbestimmten Bereich ist. Beispielsweise ist sie geeignet, derart aufgebaut zu sein, daß der erste Rückführbetrag, der vorher erhalten wird, als der nächste erste Rückführbetrag benutzt wird wie er ist.
Bei dem dritten Ausführungsbeispiel unterbricht das Integrierglied P2 der Fig. 10 die Ansammlung des Fehlers e(k), bis der Fehler e(k) der inneren Lufttemperatur TR(k) von der Solltemperatur TR*(k) kleiner wird als der Referenzwert Tx, nachdem der Sättigungsentscheidungsabschnitt P7 bestimmt, daß die Steuervariable VB, die in dem Rückführbetrag-Bestimmungsabschnitt P5 nicht in einem vorbestimmten Bereich ist, und der Abweichungs-Ansammelwert ZTRB, d. h. der erste Rückführbetrag, wird auf dem Wert vor der Unterbrechung der Ansammlung gehalten. Daher wird, da der Ansammelwert des Fehlers, nachdem die Steuervariable VB die Sättigung erreicht (die Grenze eines vorbestimmten Bereichs), nicht zu der Steuervariablen addiert wird, die von dem Rückführbetrag-Bestimmungsabschnitt P5 ausgegeben wird, die Steuervariable VB in der Nähe des Sättigungspunktes (der Grenze des vorbestimmten Bereichs) gehalten. Daher wird ein gewünschter Wert als die Steuervariable ausgegeben, wenn der Fehler e(k) der inneren Lufttemperatur TR(k) von der Solltemperatur TR* unter den Referenzwert Tx geht.
Als zweites werden die Prozesse des dritten Ausführungsbeispiels, das durch den elektronischen Schaltkreis 20 durchgeführt wird, unter Bezugnahme auf die Fig. 14A und 14B beschrieben.
In Antwort auf den Beginn der Steuerung der inneren Lufttemperatur wird die Initialisierung ausgeführt, der Fehler e(k) wird durch Lesen der inneren Lufttemperatur TR(k) und der Solltemperatur TR*(k) berechnet, die Werte TRa, VBa, VCa, VDa an dem Dauerzustandspunkt und eine Störkomponente δTR(k) werden erhalten, und die Auswahl der jeweiligen Parameter p, M, , , F wird durchgeführt (Schritte 400, 402, 404, 406, 408, 410, 412)
In einem Schritt 414 wird geprüft, ob die Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k-1), die zuvor berechnet wird, den maximalen Wert VBmax überschreitet, und ob der absolute Wert des Fehlers e(k), der in dem Schritt 406 erhalten wird, den Referenzwert Tx übersteigt. Wenn es so ist, geht die Steuerung zu einem Schritt 416 weiter, in dem der Abweichungs-Ansammelwert ZTRB(k) der Gebläsemotor-Antriebsspannung eingestellt wird, damit er gleich dem Wert ZTRB(k-1) ist, der zuvor berechnet ist. Das bedeutet, daß die Ansammlung der Abweichung unterbrochen wird. Der Schritt 416 wird durch einen Schritt 420b gefolgt.
Andererseits wird, wenn es bestimmt wird, daß die Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k-1) kleiner als der maximale Wert VBmax ist oder der absolute Wert des Fehlers e(k) kleiner als der Referenzwert Tx ist, der Schritt 414 durch einen Schritt 418 gefolgt. In dem Schritt 418 wird geprüft, ob die Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k-1), die zuvor erhalten wird, kleiner als der minimale Wert VBmin ist und der absolute Wert der Abweichung e(k), der in dem Schritt 406 berechnet wird, den Referenzwert Tx übersteigt. Wenn es so ist, geht die Steuerung zu dem Schritt 416, um die Ansammlung der Abweichung zu unterbrechen, gefolgt durch den Schritt 420b.
Wenn in dem Schritt 418 bestimmt wird, daß die Gebläsemotor-Antriebsspannung VB(k-1) größer als der minimale Wert VBmin ist oder der absolute Wert des Fehlers e(k) kleiner als der Referenzwert Tx ist, wird dieser Schritt durch einen Schritt 420a gefolgt. In dem Schritt 420a wird der Abweichungs-Ansammelwert ZTRB(k) der Gebläsemotor-Antriebsspannung durch Ansammeln der Abweichung wie folgt erhalten.
ZTRB(k) = ZTRB(k-1) + F14 · T · e(k-1)
In dem Schritt 420b werden die Abweichungs-Ansammelwerte ZTRC(k), ZTRD(k) der Kompressor-Antriebsspannung und der Klappenstellglied-Antriebsspannung durch eine Abweichnungsansammlung wie folgt berechnet.
ZTRD(k) = ZTRD(k-1) + F24 · T · e(k-1)
ZTRD(k) = ZTRD(k-1) + F34 · T · e(k-1)
Darauffolgend werden die Zustands-Schätzvariablen in den Schritten 422 und 424 berechnet. In einem Schritt 440 werden die Störkomponenten δVB(k), δVC(k), δVD(k) der jeweiligen Antriebsspannungen auf der Basis der Zustands-Schätzvariablen (k), der Elemente, die die Zustands-Schätzvariablen (k) der optimalen Rückführverstärkung und der Abweichungs-Ansammelwerte ZTRB(k), ZTRC(k), ZTRD(k), die in den Schritten 420b und 420a oder 416 berechnet sind, berechnet. Weiterhin werden in einem Schritt 452 aktuelle Antriebsspannungen VB(k), VC(k), VD(k) durch Addieren der Werte VBa, BCa, VDa an einem Dauerzustandspunkt zu den Störkomponenten δVB(k), δVC(k), δVD(k) der jeweiligen Antriebsspannungen berechnet. Darauffolgend werden die jeweiligen Antriebsspannungen VB(k), VC(k), VD(k), die in dem Schritt 460 erhalten werden, über das Ausgangstor 38 zu der Klimatisierungseinheit 1 ausgegeben, und der Wert des Index k, der die Anzahl der Betriebssteuerungen anzeigt, wird um 1 inkrementiert (erneuert), um zu Schritt 402 (Schritt 462) zurückzukehren. Danach wird die Verarbeitung der Schritte 402 bis 462 wiederholt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel entspricht die Klimatisierungseinheit 1 der Klimatisierungseinrichtung M1 der Fig. 13. Die Temperatureinstellvorrichtung 14, der elektronische Schaltkreis 20 und der Prozeß (Schritt 404), der durch den elektronischen Schaltkreis 20 durchgeführt wird, entspricht der Funktion der Temperatureinstelleinrichtung M2. Der Sensor 12 für die innere Lufttemperatur, der elektronische Schaltkreis 20 und der Prozeß (Schritt 402), der durch den elektronischen Schaltkreis 20 ausgeführt wird, entspricht der Funktion der Temperaturerkennungseinrichtung M3. Der elektronische Schaltkreis 20 entspricht der Steuereinrichtung M4. Der elektronische Schaltkreis 20 und der Prozeß (Schritte 412, 418), die dadurch ausgeführt werden, entsprechen der Steuervariable-Bestimmungseinrichtung M10 und der Temperaturentscheidungseinrichtung M11. Die Prozesse (Schritte 422, 424), die durch den elektronischen Schaltkreis 20 ausgeführt werden, entsprechen dem Zustandsüberwacher M6. Die Prozesse (Schritte 406, 422a, 422b), die dadurch ausgeführt werden, entsprechen dem Abschnitt zum Berechnen des ersten Rückführbetrags M7. Die Prozesse (Schritte 440 und 442), die dadurch durchgeführt werden, entsprechen dem Rückführ-Steuervariable-Berechnungsabschnitt M8. Die Prozesse (Schritt 416), die dadurch ausgeführt werden, entsprechen dem Ansammel-Anhalteabschnitt M12.
Obwohl dieses Ausführungsbeispiel derart aufgebaut ist, daß die Ansammlung der Abweichung unterbrochen wird, bis der absolute Wert des Fehlers e(k) der inneren Lufttemperatur TR(k) von der Solltemperatur TR*(k) kleiner wird als der Referenzwert Tx, ist es auch geeignet, derart aufgebaut zu sein, daß die Ansammlung der Abweichung unterbrochen wird, bis das Vorzeichen des Fehlers e(k) invertiert wird.
Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung bei einer Klimaanlage des Wiedererwärmungstyps angewendet werden, andere Variablen als die Zustandsvariable X(k) können benutzt werden, usw.

Claims

1. Kraftfahrzeugklimaanlage umfassend:

eine Klimatisierungseinrichtung (M1), die Variable einschließlich wenigstens der Temperatur der abgeblasenen Luft, die in einen Fahrzeugraum abgegeben wird, einstellt,

eine Temperatureinstelleinrichtung (M2), die eine Solltemperatur innerhalb des Fahrzeugraums einstellt,

eine Temperaturerkennungseinrichtung (M3), die eine Temperatur innerhalb des Fahrzeugraums erkennt,

eine Klimatisierungssteuerungseinrichtung (M4), die eine Regelung mit geschlossenem Regelkreis der Klimatisierungseinrichtung so ausführt, daß die erkannte Innentemperatur gleich der eingestellten Solltemperatur wird, wobei die Klimatisierungssteuerungseinrichtung (M4) als integral hinzugefügter Optimalwertregler ausgeführt ist, der die Regelung in der geschlossenen Regelschleife auf Grundlage einer optimalen Rückführverstärkung ausführt, die in Übereinstimmung mit einem dynamischen Modell eines Klimatisierungssystems bestimmt ist, wobei die Klimatisierungssteuerungseinrichtung (M4) Steuervariablen an die Klimatisierungseinrichtung (M1) ausgibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervariable Bestimmungseinrichtung (M10) bestimmt, ob eine Steuervariable innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, und eine Entscheidungseinrichtung (M5) bestimmt, ob die Klimatisierungseinrichtung (M1) in einem Anfangszustand ist, d. h., daß die Klimatisierungseinrichtung (M1) in Betrieb genommen ist, und

daß die Steuervariablen durch die Klimatisierungssteuerungseinrichtung (M4) so in Übereinstimmung mit den durch die Entscheidungseinrichtung gefällten Entscheidungen bestimmt werden.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei die Klimatisierungssteuerungseinrichtung (M4) umfaßt:

einen Zustandsüberwacher (M6), der Zustandsvariablen, die einen internen Zustand des Klimatisierungssystems anzeigen, auf der Grundlage der Steuervariablen an die Klimatisierungseinrichtung (M1) und der erkannten Innentemperatur abschätzt, unter Verwendung vorbestimmter Parameter in Übereinstimmung mit dem dynamischen Modell des Klimatisierungssystems,

einen Rückführbetrag-Berechnungsabschnitt (M7), der den ersten Rückführbetrag berechnet, der die Steuervariablen an die Klimatisierungseinrichtung (M1) auf Grundlage eines Fehlers der Innentemperatur bezüglich der Solltemperatur beeinflußt, und Elemente berechnet, die sich auf einen Fehler der optimalen Rückführungsverstärkung beziehen, und der den berechneten ersten Rückführbetrag ansammelt, und

einen Rückführ-Steuervariable-Berechnungsabschnitt (M8), der die Summe eines zweiten Rückführbetrags und den angesammelten ersten Rückführbetrag an die Klimatisierungseinrichtung (M1) als Steuervariable ausgibt, wobei der zweite Rückführbetrag auf Grundlage der Zustandsvariablen und Elemente, die sich auf die Zustandsvariablen der optimalen Rückführverstärkung beziehen, erhalten werden.

3. Klimaanlage nach Anspruch 2, wobei die Klimatisierungssteuerungseinrichtung (M4) an die Klimatisierungseinrichtung (M1) vorbestimmte Werte als Steuervariablen ausgibt, wenn die Entscheidungseinrichtung (M5) bestimmt, daß die Klimatisierungseinrichtung (M1) in dem Anfangszustand ist.

4. Klimaanlage nach Anspruch 1, wobei die eingestellten Variablen den Betrag des Luftstroms von einem Gebläsemotor (3), der die weggeblasene Luft abgibt, eine Flußrate eines Kühlungsmediums zum Kühlen der abgegebenen Luft und eine Flußrate der wiedererhitzten abgegebenen Luft umfassen.

5. Klimaanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Temperaturentscheidungseinrichtung (M11) bestimmt, ob die Innentemperatur in einer vorbestimmten Beziehung zu der Solltemperatur ist.

6. Klimaanlage nach Anspruch 5, wobei die Klimatisierungssteuerungseinrichtung (M4) umfaßt:

einen Rückführbetrag-Änderungsabschnitt (M9), der den angesammelten ersten Rückführbetrag ändert, um die Steuervariablen in Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Entscheidungen zu ändern, die durch die Steuervariable- Bestimmungseinrichtung (M10) und der Temperaturentscheidungseinrichtung (M11) gefällt wurden.

7. Klimaanlage nach Anspruch 6, wobei der Rückführbetrag-Änderungsabschnitt (M9) den angesammelten ersten Rückführbetrag ändert, so daß Grenzen des vorbestimmten Bereichs zu den Steuervariablen eingestellt werden, wenn die Steuervariable-Bestimmungseinrichtung (M10) bestimmt, daß die Steuervariable nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, und die Temperaturentscheidungseinrichtung (M11) bestimmt, daß die Innentemperatur in der vorbestimmten Beziehung zu der Solltemperatur ist.

8. Klimaanlage nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Beziehung so ist, daß die Innentemperatur sich der Solltemperatur bis zu einem vorbestimmten Wert nähert.

9. Klimaanlage nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Beziehung die ist, daß die Innentemperatur mit der Solltemperatur übereinstimmt.

10. Klimaanlage nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Beziehung so ist, daß die Rate der Änderung im Verfahren, wobei sich die Innentemperatur der Solltemperatur nähert, zwischen einer vorbestimmten oberen Grenze und einer vorbestimmten unteren Grenze liegt.

11. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 5, wobei die Klimatisierungssteuerungseinrichtung (M4) an die Klimatisierungseinrichtung vorbestimmte Werte als Steuervariablen ausgibt, wenn die Entscheidungseinrichtung (M5) bestimmt, daß die Klimatisierungseinrichtung im Anfangszustand ist.

12. Klimaanlage nach Anspruch 5, wobei ein Ansammlungsbeendigungsabschnitt (M12) die Ansammlung der ersten Rückführungsmenge unterbricht, bis die Temperaturentscheidungseinrichtung (M11) bestimmt, daß die Innentemperatur in der vorbestimmten Beziehung zu der Solltemperatur ist, nachdem die Steuervariable- Bestimmungseinrichtung (M10) bestimmt, daß die Steuervariable nicht innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist.