DE3829096C2 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer
Mikroprozessorsteuerung für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage
gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine
Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Ein gattungsgemäßes Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur
Durchführung eines solchen Verfahrens sind aus der US-PS
47 47 754 bekannt. Diese Druckschrift offenbart bereits
eine Proportional/Integral/Differential-Mikroprozessorsteuerung
bzw. -regelung, bei der jedoch die
konstanten, abgespeicherten Werte normalerweise so gewählt
werden, daß sich ein Kompromiß zwischen einer schnellen
Annäherung an den zu regelnden Parameter einerseits und
einer Unterdrückung von Regelschwingungen andererseits
ergibt, was letztlich zur Folge hat, daß die bekannte
Steuerung bzw. Regelung oder, genauer gesagt, das bekannte
Verfahren zum Arbeiten mit einer Mikroprozessorsteuerung
entweder zu langsam ist oder zu unerwünscht starken
Regelschwingungen führt.
Bei der aus der US-PS 47 47 754 bekannten Klimaanlage mit
einem mit variabler Förderleistung arbeitenden
Taumelscheibenkompressor mit einem Magnetventil zur
Änderung der Förderleistung wird eine Steuer- bzw.
Regeleinheit verwendet, welche einen elektronischen
Mikrocomputer bzw. Mikroprozessor umfaßt, wobei
Temperatursensoren vorgesehen sind, um die Temperatur am
Auslaß eines Verdampfers im Kältemittelkreislauf und die
tatsächliche Temperatur in der zu klimatisierenden
Fahrgastzelle des Fahrzeugs zu erfassen, wobei die
Ausgangssignale der Sensoren der Steuereinheit zugeführt
werden, welche ihrerseits entsprechende Steuersignale für
das Magnetventil des Kältemittelkompressors erzeugt, um
dessen Förderleistung zu regeln. Bei dieser bekannten
Klimaanlage steuert die Steuereinheit das Magnetventil
derart, daß eine PID-Regelung der den Verdampfer
verlassenden gekühlten Luft oder der Temperatur in der zu
klimatisierenden Fahrgastzelle erfolgt.
Wenn die Förderleistung eines mit variabler Förderleistung
arbeitenden Kältemittelkompressors durch ein
PID-Regelverfahren in der bekannten Weise geregelt wird,
treten jedoch häufig große Regelschwingungen der
Lufttemperatur auf der Auslaßseite des Verdampfers bzw.
der Temperatur in der Fahrgastzelle auf, wobei
Temperaturwerte auftreten, die deutlich über bzw. unter
der gewünschten Temperatur liegen. Aufgrund der
Regelschwingungen wird letztlich keine befriedigende
Klimatisierung erreicht, und die schwankenden Temperaturen
in der Fahrgastzelle werden von den Passagieren bzw. vom
Fahrer als unangenehm empfunden.
Ausgehend vom Stand der Technik liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, bei einem gattungsgemäßen Verfahren und
einer Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens
Regelschwingungen zu vermeiden und eine optimale Regelung
der Klimaanlage auch bei wechselnden Betriebsbedingungen
zu gewährleisten.
Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren
gemäß der Erfindung durch die Merkmale des kennzeichnenden
Teils des Patentanspruchs 1 gelöst.
Es ist ein besonderer Vorteil des Verfahrens gemäß der
Erfindung, daß ein erster Satz von konstanten Werten so
ausgewählt werden kann, daß der Sollwert des zu steuernden
bzw. zu regelnden Parameters, insbesondere der Sollwert
einer gewünschten Temperatur in der Fahrgastzelle, schnell
angenähert bzw. erreicht wird, während der zweite Satz von
konstanten Werten so gewählt werden kann, daß
Regelschwingungen unterdrückt werden, wobei die
Umschaltung von dem ersten auf den zweiten Satz von
konstanten Werten erfolgt, sobald der gewünschte Sollwert
ausreichend weit angenähert ist. Regelschwingungen, wie
sie bei den bekannten Klimaanlagen mit Prozessorregelung
auftreten, können auf diese Weise zuverlässig vermieden
werden.
Bezüglich der Vorrichtung wird die gestellte Aufgabe gemäß
der Erfindung durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen von
Oberbegriff und Kennzeichenteil des Patentspruchs 5
gelöst.
Es ist ein wichtiger Vorteil der erfindungsgemäßen
Vorrichtung, daß die Förderleistung des Kompressors auch
bei Änderung verschiedener Betriebsbedingungen in
optimaler Weise an den jeweiligen Kühlleistungsbedarf
angepaßt wird. Insgesamt wird erfindungsgemäß letztlich
der Vorteil erreicht, daß praktisch unter allen
auftretenden Bedingungen die gewünschte Temperatur in der
Fahrgastzelle schnell erreicht und stabil beibehalten wird.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einer nach dem
erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Klimaanlage ist
der mit variabler Förderleistung arbeitende
Kältemittelkompressor ein Taumelscheibenkompressor, der in
einer Taumelscheibenkammer eine Taumelscheibenanordnung
besitzt, mit deren Hilfe der Hub der Kompressionskolben in
Abhängigkeit von dem Druckpegel in der
Taumelscheibenkammer veränderbar ist, wobei die
Förderleistungsverstelleinrichtungen ein Magnetventil
umfassen, durch dessen Betätigung der Druck in der
Taumelscheibenkammer veränderbar ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
von Unteransprüchen.
Die Erfindung wird
nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert.
Es zeigt
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild mit einem
geschlossenen Kältemittelkreislauf einer
Kraftfahrzeugklimaanlage mit einem mit variabler
Förderleistung arbeitenden Taumelscheibenkompressor
und Einrichtungen
zur Steuerung der Förderleistungsverstelleinrichtungen
des Kompressors zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 einen Längsschnitt durch einen mit variabler
Förderleistung arbeitenden Taumelscheiben-
Kältemittel-Kompressor zur Verwendung in einer
Kraftfahrzeugklimaanlage gemäß Fig. 1;
Fig. 3 ein Diagramm des zeitlichen Verlaufs der Lufttemperatur
am Auslaß des Verdampfers einer nach
dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden
Klimaanlage;
Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise
des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Vorrichtung zur
Steuerung der Förderleistungsverstelleinrichtungen
des Kompressors der Klimaanlage und
Fig. 5 ein Diagramm zur Erläuterung des zeitlichen
Ablaufs der Betriebsartenumschaltung von der
normalen Förderleistungsregelung auf eine
Regelung zur Unterdrückung von Regelschwingungen
bei dem Verfahren gemäß der Erfindung.
Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine Kraftfahrzeugklimaanlage mit
einem geschlossenen Kältemittelkreislauf, welcher eine
äußere Kältemittelleitung 5 enthält, in der als Kältemittelkompressor
mit variabler Förderleistung ein Taumelscheibenkompressor
2 liegt, der von der Brennkraftmaschine 1 des
Kraftfahrzeugs angetrieben wird, wobei in Serie zum Kompressor
2 ein Kältemittelkondensator 6, ein Expansionsventil 7
und ein Verdampfer 8 angeordnet sind. Die äußere Kältemittelleitung
5 führt von einer Auslaßkammer 3 des Kompressors zu
einer Ansaugkammer 4 desselben, und der Kondensator 6 ist
mit der Auslaßseite des Kompressors 2 verbunden, um das
komprimierte Kältemittel vom Auslaß des Kompressors zu kondensieren
und das verflüssigte Kältemittel dem Expansionsventil
7 zuzuführen. Vom Auslaß des Expansionsventils 7
gelangt das Kältemittel in den Verdampfer 8, um die Luft
zum Klimatisieren der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs abzukühlen.
Vom Auslaß des Verdampfers 7 wird das Kältemittel
dann zur Ansaugseite des Kompressors 2 zurückgeführt. Dem
Verdampfer 8 ist ein Gebläse 9 zugeordnet, mit dessen Hilfe
die von dem Verdampfer 8 abgekühlte Luft in die Fahrgastzelle
geblasen wird. Ein rohrförmiger Temperatursensor 10
ist zwischen dem Auslaß des Verdampfers 8 und der Ansaugseite
des Kompressors 2 an einem Leitungsabschnitt 5a der
Kältemittelleitung 5 angeordnet, um die Temperatur und den
Druck des Kältemittels am Auslaß des Verdampfers zu erfassen
und in Abhängigkeit von den Meßergebnissen das Ausmaß
der Öffnung des Expansionsventils 7 zu steuern.
Wie am besten aus Fig. 2 deutlich wird, besitzt der Taumelscheibenkompressor
2 mit variabler Förderleistung eine mittels
einer Taumelscheibe betätigte Kolbenanordnung zum
Komprimieren des gasförmigen Kältemittels, wobei ein Magnetventil
11 als Förderleistungsverstelleinrichtung für den
Kompressor 2 dient. Im einzelnen steuert das Magnetventil 11
den Druck Pc in einer Taumelscheibenkammer 12, in der sich
eine Anordnung aus einer nicht drehbaren Taumelscheibe 14a
und einer drehbaren Antriebsplatte 14b befindet, die von
einer Antriebswelle 14c zu einer Drehbewegung antreibbar
ist. Durch die Steuerung des Druckes Pc in der Taumelscheibenkammer
12 wird der Hub einer Anzahl von Kolben 13 verändert
und damit der Anstellwinkel der Taumelscheibe 14a aus einer
bezüglich der Achse der Welle 14a senkrechten Position in
eine variable Schräglage, wodurch die Verdrängung bzw. die
Förderleistung des Kompressors 2 geändert wird. Das Magnetventil
11 umfaßt ein Ventilelement zum Öffnen und Schließen
von Kältemittelkanälen 15a und 15b zum Verbinden der Auslaßkammer
3 und der Taumelscheibenkammer 12 sowie einen
Elektromagneten zum elektromagnetischen Verstellen des
Ventilelements zwischen seiner Offenstellung und seiner
Schließstellung in Abhängigkeit von der Erregung des Elektromagneten.
Das Öffnen und Schließen der Kältemittelkanäle
15a und 15b ermöglicht die Regelung der Menge des unter
hohem Druck stehenden gasförmigen Kältemittels mit dem Druck
Pd, welches aus der Auslaßkammer 3 in die Taumelscheibenkammer
12 fließt, wodurch im Ergebnis die Regelung des
Druckpegels Pc in der Taumelscheibenkammer 12 erreicht wird.
Das Erregen und Entregen des Elektromagneten des Magnetventils
11 wird durch Regelung des Tastverhältnisses des
Erregerstroms für die Erregerwicklung des Elektromagneten
gesteuert. Einzelheiten bezüglich dieser Art der Regelung
bzw. Steuerung finden sich in der US-PS 47 47 754, die
sich mit der Regelung des Tastverhältnisses des Erregerstroms
für die Erregerwicklung des Elektromagneten eines
Magnetventils für einen Kompressor mit variabler Förderleistung
befaßt.
Die Taumelscheibenkammer 12 steht ständig in Fluidverbindung
mit einer Ansaugkammer 4, in der ein Druck Ps herrscht, und
zwar über einen Kältemittelkanal 16, so daß Leckgas, welches
aus den Kompressionskammern in die Taumelscheibenkammer 12
strömt, in die Ansaugkammer 4 entweichen kann, wodurch ein
unkontrollierter Anstieg des Druckpegels in der Taumelscheibenkammer
12 vermieden wird.
Wie Fig. 1 weiter zeigt, ist das Magnetventil 11 des Kältemittelkompressors
2 mit einer Regel- bzw. Steuereinheit 17 verbunden,
welche im wesentlichen eine zentrale Recheneinheit (CPU),
einen Lesespeicher (ROM) und einen Speicher mit wahlfreiem
Zugriff (RAM) umfaßt und dazu dient, festzustellen, ob bezüglich
der Temperatur der an dem Verdampfer 8 vorbeiströmenden
Luft Regelschwingungen auftreten. Die Steuereinheit
17 umfaßt ferner einen Schaltkreis, mit dessen Hilfe eine
Umschaltung von dem normalen Förderleistungsregelbetrieb
auf eine Betriebsart zur Unterdrückung von Regelschwingungen
erfolgen kann. Weiterhin umfaßt die Steuereinheit 17
Einrichtungen zum Erfassen von Änderungen der Betriebsbedingungen
der Klimaanlage, zu der der Kompressor 2 gehört,
sowie Einrichtungen zum Wiederherstellen der normalen Förderleistungsregelung
nach erfolgreicher Unterdrückung von
Regelschwingungen. Die Steuereinheit 17 kann ferner als
Zeitgeber und als Steuerung zur elektrischen Steuerung
des Betriebes des Magnetventils 11 dienen und damit zur
Steuerung bzw. Regelung der Förderleistung des Kältemittelkompressors
2.
Mit der Steuereinheit 17 ist ein Temperaturdetektor 18
zum Erfassen der tatsächlichen Temperatur Tf der Luft verbunden,
die den Verdampfer passiert hat. Die Steuereinheit
17 erfaßt also Temperaturänderungen der den Verdampfer 8
passierenden Luft aufgrund des Temperatur-Ausgangssignals
des Temperaturdetektors 18.
Ein weiterer separater Temperaturdetektor 19 ist zum Erfassen
der Lufttemperatur in der klimatisierten Fahrgastzelle
des Kraftfahrzeugs vorgesehen. Auch der weitere Temperaturdetektor
19 ist mit der Steuereinheit 17 verbunden, so daß
diese Temperaturänderungen in der Fahrgastzelle in Abhängigkeit
vom Temperatur-Ausgangssignal des weiteren Temperaturdetektors
19 erfassen kann.
Weiterhin ist eine Einstellvorrichtung 20 zum Einstellen der
gewünschten Temperatur vorgesehen, an der der Fahrer oder
ein Beifahrer die gewünschte Temperatur Tc der den Verdampfer
8 verlassenden Luft einstellen kann, das heißt die
Temperatur der Luft, die der Klimatisierung der Fahrgastzelle
dient. Auch die Einstellvorrichtung 20 ist mit der
Steuereinheit 17 verbunden und üblicherweise am Armaturenbrett
des Fahrzeugs angeordnet, so daß die Steuereinheit
17 die gewünschte Lufttemperatur in Abhängigkeit vom Ausgangssignal
der Temperatur-Einstellvorrichtung 20 auf die
gewünschte Temperatur Tc steuern bzw. regeln kann.
Da die Steuereinheit 17 aufgrund der Ausgangssignale
des Temperaturdetektors 18 und der Temperatur-Einstellvorrichtung
20 über die tatsächliche Temperatur Tf und
die gewünschte Temperatur Tc informiert ist, kann sie die
Differenz zwischen den beiden Temperaturen Tf und Tc
feststellen und die Förderleistung des Kältemittelkompressors
2 durch entsprechende Regelung bzw. Steuerung des
Betriebes des Magnetventils 11 derart beeinflussen, daß die
tatsächliche Temperatur Tf der den Verdampfer passierenden
Luft, das heißt die Lufttemperatur am Verdampferauslaß,
gleich der eingestellten gewünschten Temperatur ist oder
dieser sehr nahe kommt, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist.
Im einzelnen erzeugt die Steuereinheit 17 ein elektrisches
Steuersignal, um den Betrieb des Magnetventils 11 zu steuern.
Beim betrachteten Ausführungsbeispiel wird das elektrische
Steuersignal der Steuereinheit 17 nach dem bekannten Verfahren
der PID-(Proportional/Integral/Differential-)Regelung
erzeugt.
Bei einer PID-Regelung wird eine Abweichung der tatsächlichen
Temperatur Tf von der gewünschten Temperatur Tc als Eingangssignal
e(t) verwendet, um ein Ausgangssignal z(t) zu
erhalten, aus dem das elektrische Steuersignal gewonnen wird,
mit dem das Magnetventil 11 des Kompressors gesteuert wird.
Das Ausgangssignal z(t) berechnet sich als Funktion des Eingangssignals
e(t) gemäß der folgenden Gleichung (1):
z(t) = Kp · e(t) + 1/TI · ∫ e(t) + TD · de(t)/dt (1)
wobei Kp, TI und TD einstellbare Werte, nämlich die sogenannten
Regelkonstanten, sind.
Die vorstehend angegebene Gleichung (1) ist als solche im
Lesespeicher der Steuereinheit 17 gespeichert, und die Berechnung
von z(t) erfolgt mit Hilfe der CPU der Steuereinheit 17.
Die Steuereinheit 17 überprüft ferner, ob bei der Änderung
der Temperatur am Verdampferauslaß Regelschwingungen eintreten
oder nicht, und zwar in Abhängigkeit vom Temperaturausgangssignal
des Temperaturdetektors 18. Beispielsweise
interpretiert die Steuereinheit 17 das Auftreten einer Temperaturabweichung
von ±1,5°C zwischen den Temperaturen
Tf und Tc als Vorliegen einer Regelschwingung. Wenn eine
solche Regelschwingung festgestellt wird, dann schaltet die
Einheit 17 von der üblichen Förderleistungsregelung auf
eine Betriebsart zur Unterdrückung von Regelschwingungen um.
Bei der üblichen Regelung der Förderleistung wird für die
Gleichung (1) mit vorgegebenen Werten Kp 1, PI 1 und TD 1 für
die Konstanten Kp, TI und TD gearbeitet. Wenn dagegen bei
Vorliegen einer Regelschwingung diese Regelschwingung unterdrückt
werden soll, dann erfolgt die Regelung der Förderleistung
des Kompressors in der Weise, daß für die Konstanten
Kp, TI und TD in der Gleichung (1) andere Werte, nämlich
die Werte Kp 2, TI 2 und TD 2 eingesetzt werden, die vorab so
gewählt werden, daß sie für ein Unterdrücken von Regelschwingungen
und eine entsprechende Änderung der Lufttemperatur
geeignet sind. Die beiden Sätze von vorgegebenen Konstanten
werden vorab im Lesespeicher der Steuereinheit 17
gespeichert und aus dem Lesespeicher abgerufen, wenn die
Berechnung gemäß Gleichung (1) erfolgt.
Zum Starten der Klimaanlage ist ein Schalter 21 vorgesehen,
der mit der Steuereinheit 17 verbunden ist. Wenn der Schalter
21 auf EIN geschaltet wird, erhält die Steuereinheit 17
ein Signal, welches das Einschalten der Klimaanlage signalisiert.
Wenn der Schalter 21 auf AUS geschaltet wird, endet
sein Ausgangssignal.
Die Klimaanlage umfaßt ferner eine Gebläsesteuereinrichtung
22, mit deren Hilfe das Gebläse 9 von Hand gesteuert werden
kann - vgl. Verbindungsleitung von der Einrichtung 22 zum
Gebläse 9 in Fig. 1 -, um die Menge der den Verdampfer 8
passierenden zu kühlenden Luft zu steuern. Die Gebläsesteuereinrichtung
22 ist mit der Steuereinheit 17 verbunden und
liefert an diese ein Signal, wenn sie betätigt wird, um die
Menge der an dem Verdampfer 8 vorbeistreichenden gekühlten
Luft durch Steuerung des Gebläses 9 zu verändern. Die
Steuereinheit 17 ist damit auch über die Betriebsbedingungen
des Gebläses 9 informiert und damit über die Betriebsbedingungen
der Klimaanlage selbst.
Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Steuerung
des Magnetventils wird für das betrachtete Ausführungsbeispiel
nachstehend anhand von Fig. 4 und 5 unter
Bezugnahme auf Fig. 1 näher erläutert.
Wenn die Steuereinheit 17 feststellt, daß der Schalter 21 auf
EIN geschaltet wird, dann führt sie das anhand von Fig. 4
erläuterte Regelverfahren durch. Im einzelnen arbeitet die
Steuereinheit 17 zunächst in der Betriebsart für die normale
Förderleistungsregelung, was bedeutet, daß für die
Berechnungen gemäß Gleichung (1) die vorgegebenen Konstanten
Kp 1, TI 1 und TD 1 verwendet werden. Die Steuerung des
Magnetventils 11 des Kompressors erfolgt also mit Hilfe
eines PID-Reglers auf der Basis des Vergleichs zwischen
der tatsächlichen Lufttemperatur Tf und der gewünschten
Lufttemperatur Tc. Im Ergebnis wird die Förderleistung
des Kompressors 2 so eingestellt, daß die gewünschte
Klimatisierung der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs erfolgt.
Wenn die Klimaanlage eingeschaltet wird, wird eine
Magnetkupplung (nicht gezeigt) eingekuppelt, woraufhin der
Kompressor 2 von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird.
Daraufhin wird das Kältemittel von dem Kompressor 2 komprimiert
und in dem Kältemittelkreislauf umgewälzt. Das komprimierte
Kältemittel von der Auslaßkammer 3 strömt über die
Leitung 5 zu dem Kondensator, wo es kondensiert wird. Anschließend
gelangt das kondensierte Kältemittel über das
Expansionsventil 7 in den Verdampfer 8, wo ein Wärmeaustausch
zwischen der Umgebungsluft und dem Kältemittel stattfindet.
Nach dem Wärmeaustausch fließt das Kältemittel über
den Leitungsabschnitt 5a zur Ansaugkammer 4 des Kompressors
2 zurück. Ferner wird die durch den Wärmeaustausch am Verdampfer
8 abgekühlte Luft mit Hilfe des Gebläses 9 in die
Fahrgastzelle geblasen, um dort eine Klimatisierung zu bewirken.
Die tatsächliche Lufttemperatur Tf am Verdampferauslaß, das
heißt die tatsächliche Temperatur der Luft nach dem Passieren
des Verdampfers 8, wird ständig von dem Temperaturdetektor 18
überwacht und an die Steuereinheit 17 gemeldet. Wenn die
Steuereinheit 17 nunmehr feststellt, daß die Abweichung zwischen
der gewünschten Lufttemperatur Tc, die an der Einstellvorrichtung
20 eingestellt wurde, und der tatsächlichen
Lufttemperatur Tf einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet,
dann wird dies von der Steuereinheit als Regelschwingung
interpretiert, die auf eine Temperaturänderung
der den Verdampfer 8 verlassenden Luft zurückzuführen ist.
Die Steuereinheit 17 schaltet daraufhin von der normalen
Förderleistungsregelung auf die Betriebsart zur Unterdrückung
von Regelschwingungen um, so daß nunmehr die Berechnungen
gemäß Gleichung (1) unter Verwendung der geänderten Konstanten
Kp 2, TI 2 und TD 2 durchgeführt werden. Die Steuerung des
Magnetventils 11 des Kompressors 2 erfolgt nunmehr in Abhängigkeit
von einem Steuersignal, welches gemäß der Betriebsart
zur Unterdrückung von Regelschwingungen erzeugt wird.
Wenn die Steuereinheit 17 anschließend feststellt, daß die
von dem Gebläse 9 geförderte Luftmenge aufgrund der Betätigung
der Steuereinrichtung 22 geändert wird, dann wird eine
Zeitgeberfunktion der Steuereinheit 17 gestartet, um die seit
der Verstellung verstrichene Zeit zu messen. Nach Ablauf
eines vorgegebenen Zeitintervalls T₀, vgl. Fig. 5, wird die
Steuereinheit 17 von der Betriebsart zur Unterdrückung von
Regelschwingungen wieder auf die normale Förderleistungsregelung
umgeschaltet, das heißt die Berechnungen gemäß
Gleichung (1) werden wieder anhand der Konstanten Kp 1, TI 1
und TD 1 durchgeführt.
In entsprechender Weise schaltet die Steuereinheit, wenn
sie in der Betriebsart zur Unterdrückung von Regelschwingungen
arbeitet, dann auf die normale Förderleistungsregelung
mit den Konstanten Kp 1, TI 1 und TD 1 um, wenn eine
Abweichung der tatsächlichen Lufttemperatur in der Fahrgastzelle
von der gewünschten Lufttemperatur in der Fahrgastzelle
festgestellt wird, die größer als 5°C ist.
Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, arbeitet
die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Steuerung der Förderleistungsverstelleinrichtungen
des Kältemittelkompressors
beim Ausführungsbeispiel derart, daß von der üblichen Förderleistungsregelung
auf die Betriebsart zur Unterdrückung
von Regelschwingungen umgeschaltet wird, wenn derartige
Regelschwingungen bei Temperaturänderungen der gekühlten
Luft in der Fahrgastzelle festgestellt werden. Wenn dann
während der Betriebsart zur Unterdrückung von Regelschwingungen
die Förderleistung des Gebläses 9 durch willkürliche
Betätigung der Einrichtung 22 geändert wird oder
wenn die Temperaturdifferenz zwischen der gewünschten
Temperatur und der tatsächlichen Temperatur einen vorgegebenen
Grenzwert von beispielsweise 5°C überschreitet, dann
wird von der Betriebsart zur Unterdrückung von Regelschwingungen
wieder auf die normale Förderleistungsregelung umgeschaltet,
was bedeutet, daß für die Berechnungen gemäß
Gleichung (1) wieder mit den Konstanten Kp 1, TI 1 und TD 1
gearbeitet wird. Auf diese Weise läßt sich eine optimale
Regelung der Lufttemperatur bei der Klimatisierung der
Fahrgastzelle eines Fahrzeugs erreichen.
Beim Ausführungsbeispiel wird das Signal des Temperaturdetektors
18 zum Erfassen der tatsächlichen Temperatur der
den Verdampfer 8 verlassenden Luft durch die Steuereinheit
17 ausgewertet, um das Auftreten von Regelschwingungen und
Temperaturänderungen in der Fahrgastzelle zu verhindern.
Bei einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann der Temperaturdetektor
19 dazu verwendet werden, die tatsächliche
Temperatur der Luft in der Fahrgastzelle zu erfassen, wobei
die ermittelte tatsächliche Temperatur in der Fahrgastzelle
von der Steuereinheit 17 dazu verwendet werden
kann, festzustellen, ob Regelschwingungen vorliegen
oder nicht, und eine entsprechende Änderung der Lufttemperatur
in der Fahrgastzelle herbeizuführen.
Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel wird ferner eine
von Hand einstellbare Steuereinrichtung 22 verwendet, um
die Förderleistung des Gebläses 9 zu erhöhen, wobei die
Steuereinrichtung 17 anhand einer Verstellung der Einrichtung
22 das Zeitintervall bestimmt, in dem eine Umschaltung
von der Betriebsart zur Unterdrückung von Regelschwingungen
auf den normalen Betrieb zur Förderleistungsregelung erfolgt.
Statt dessen könnte die Förderleistung des Gebläses
auch mittels einer automatischen Steuereinrichtung gesteuert
werden, wobei auch diese automatische Steuereinrichtung
wieder mit der Steuereinheit 17 verbunden würde,
um dieser ein Signal zuzuführen, aufgrund dessen die zeitliche
Steuerung der Betriebsartenumschaltung erfolgen würde.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Möglichkeit kann auch
die Drehzahl der Antriebswelle 14c des Kompressors 2 verwendet
werden, um den Betriebszustand der Kraftfahrzeugklimaanlage
zu erfassen und daraufhin eine entsprechende
zeitliche Steuerung für die Umschaltung von der Betriebsart
zur Unterdrückung von Regelschwingungen auf die Betriebsart
zur normalen Förderleistungsregelung vorzunehmen.
Zum Bestimmen der Betriebsart der Kraftfahrzeugklimaanlage
können auch andere vorteilhafte Möglichkeiten genutzt werden.
Abschließend soll noch darauf hingewiesen werden, daß die
Regelung bzw. Steuerung der Förderleistungsverstelleinrichtungen,
die das Magnetventil 11 des Kompressors 2 umfassen,
mit Hilfe der Steuer- bzw. Regeleinheit 17 auch
aufgrund anderer Regelbedingungen erfolgen kann; es muß
also nicht unbedingt eine PID-Regelung erfolgen.
Ferner sei darauf hingewiesen, daß erfindungsgemäß das
Arbeiten eines Kältemittelkompressors mit kontinuierlich
variabler Förderleistung optimal in Abhängigkeit von Änderungen
in den Betriebsbedingungen einer Kraftfahrzeugklimaanlage
geregelt werden kann, zu der der Kompressor gehört.
Claims (15)
1. Verfahren zum Betreiben einer Mikroprozessorsteuerung
für eine Kraftfahrzeug-Klimaanlage mit einem mit
variabler Förderleistung arbeitenden Kältemittel
kompressor und mit einer Mikroprozessorsteuerung,
welche zugeordnete Speichereinrichtungen zum Speichern
vorgegebener, konstanter Werte umfaßt, um eine
variable Steuergröße zur Steuerung von Einstelleinrichtungen
für die Förderleistung des Kompressors auf
der Basis mindestens eines Sollwertes und eines tatsächlich
gemessenen Ist-Wertes zu erzeugen, welche
mit der zu regelnden Größe, insbesondere der Temperatur,
verknüpft ist,
dadurch gekennzeichnet, daß in den Speichereinrichtungen
ein erster und ein zweiter Satz von konstanten
Werten gespeichert werden, daß während des normalen
Betriebes der Mikroprozessorsteuerung der erste
dieser Sätze verwendet wird, während der zweite Satz
dann verwendet wird, wenn Regelschwingungen festgestellt
werden, und daß die konstanten Werte des
zweiten Satzes derart gewählt werden, daß das
Auftreten von Regelschwingungen zuverlässig
unterdrückt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß nach einer Änderung einer überwachten
Betriebsbedingung der Klimaanlage zunächst stets der
erste Satz von konstanten Werten zum Bestimmen der
variablen Steuergröße verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß als Kriterium für das Auftreten
von Regelschwingungen das Unterschreiten eines
Schwellwerts der Abweichung zwischen Soll- und
Ist-Wert ausgewertet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, daß die variable Steuergröße in
Abhängigkeit von einer gemessenen Temperatur als
Ist-Wert und einer eingestellten, gewünschten
Temperatur als Soll-Wert nach dem Verfahren der
PID-Regelung berechnet wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach
einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der mit dem mit
variabler Förderleistung arbeitenden
Kältemittelkompressor ein Kältemittelverdampfer zum
Kühlen von Luft zur Klimatisierung eines Abteils,
insbesondere der Fahrgastzelle des Fahrzeugs,
verbunden ist,
mit einem Temperaturdetektor zum Erfassen der tatsächlichen Temperatur der Luft zum Klimatisieren des Abteils,
mit Temperatureinstelleinrichtungen zum Einstellen einer gewünschten Temperatur der Luft zum Klimatisieren des Abteils,
mit elektrischen Einrichtungen zum Erzeugen eines elektrischen Signals, welches eine Änderung einer Betriebsbedingung für die Klimaanlage anzeigt, und mit einer Mikroprozessorsteuerung, die mit dem Temperaturdetektor, den Temperatureinstelleinrichtungen und den elektrischen Einrichtungen verbunden ist und Steuersignalerzeugungseinrichtungen zum Erzeugen eines der variablen Steuergröße entsprechenden Steuersignals für die Förderleistungsverstelleinrichtungen umfaßt, und mit deren Hilfe die Förderleistung des Kompressors veränderbar ist, bis die tatsächliche Temperatur im wesentlichen gleich der gewünschten Temperatur ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprozessorsteuerung (17) folgende Einrichtungen umfaßt:
Regelschwingungserfassungs-Einrichtungen zum Erfassen des Auftretens einer Regelschwingung, durch die eine Änderung der Temperatur der Luft zur Klimatisierung des Abteils gegenüber der an den Einstelleinrichtungen eingestellten Lufttemperatur bewirkt wird; und
Betriebsartenänderungs-Einrichtungen zum Umschalten von einer ersten Betriebsart, in der die Steuersignalerzeugungs-Einrichtungen ein erstes Steuersignal zur Steuerung des Betriebes der Förderleistungsverstell-Einrichtungen des Kompressors in Abhängigkeit von dem ersten Satz von konstanten Werten erzeugen, auf eine zweite Betriebsart, in der die Steuersignalerzeugungs-Einrichtungen ein zweites Steuersignal für die Steuerung der Förderleistungsverstell-Einrichtungen in Abhängigkeit von dem zweiten Satz von konstanten Werten erzeugen, wenn die Regelschwingungserfassungs-Einrichtungen das Auftreten einer Regelschwingung feststellen.
mit einem Temperaturdetektor zum Erfassen der tatsächlichen Temperatur der Luft zum Klimatisieren des Abteils,
mit Temperatureinstelleinrichtungen zum Einstellen einer gewünschten Temperatur der Luft zum Klimatisieren des Abteils,
mit elektrischen Einrichtungen zum Erzeugen eines elektrischen Signals, welches eine Änderung einer Betriebsbedingung für die Klimaanlage anzeigt, und mit einer Mikroprozessorsteuerung, die mit dem Temperaturdetektor, den Temperatureinstelleinrichtungen und den elektrischen Einrichtungen verbunden ist und Steuersignalerzeugungseinrichtungen zum Erzeugen eines der variablen Steuergröße entsprechenden Steuersignals für die Förderleistungsverstelleinrichtungen umfaßt, und mit deren Hilfe die Förderleistung des Kompressors veränderbar ist, bis die tatsächliche Temperatur im wesentlichen gleich der gewünschten Temperatur ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die Mikroprozessorsteuerung (17) folgende Einrichtungen umfaßt:
Regelschwingungserfassungs-Einrichtungen zum Erfassen des Auftretens einer Regelschwingung, durch die eine Änderung der Temperatur der Luft zur Klimatisierung des Abteils gegenüber der an den Einstelleinrichtungen eingestellten Lufttemperatur bewirkt wird; und
Betriebsartenänderungs-Einrichtungen zum Umschalten von einer ersten Betriebsart, in der die Steuersignalerzeugungs-Einrichtungen ein erstes Steuersignal zur Steuerung des Betriebes der Förderleistungsverstell-Einrichtungen des Kompressors in Abhängigkeit von dem ersten Satz von konstanten Werten erzeugen, auf eine zweite Betriebsart, in der die Steuersignalerzeugungs-Einrichtungen ein zweites Steuersignal für die Steuerung der Förderleistungsverstell-Einrichtungen in Abhängigkeit von dem zweiten Satz von konstanten Werten erzeugen, wenn die Regelschwingungserfassungs-Einrichtungen das Auftreten einer Regelschwingung feststellen.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5 zur Durchführung des
Verfahrens nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch
Einrichtungen zum Wiederherstellen der ersten
Betriebsart nach dem Umschalten auf die zweite
Betriebsart durch die
Betriebsartenänderungs-Einrichtungen, wenn der
Steuer- bzw. Regeleinheit ein elektrisches Signal
zugeführt wird, welches eine Änderung einer
überwachten Betriebsbedingung der Klimaanlage anzeigt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 zur Durchführung
des Verfahrens nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die
Steuersignalerzeugungs-Einrichtungen
Recheneinrichtungen zum Berechnen einer vorgegebenen
mathematischen Gleichung umfassen, die als eine
Funktion einer Differenz zwischen der tatsächlichen
von dem Temperaturdetektor erfaßten Temperatur und
der an den Temperatureinstelleinrichtungen
eingestellten gewünschten Temperatur definiert ist,
und zum Erzeugen eines der durchgeführten Berechnung
entsprechenden elektrischen Steuersignals zur
Steuerung des Betriebes der
Förderleistungsverstell-Einrichtungen für den
Kompressor, wobei die vorgegebene mathematische
Gleichung einen ersten Term umfaßt, der proportional
zur Differenz zwischen der tatsächlichen Temperatur
und der gewünschten Temperatur ist, sowie einen
zweiten, der dem Integral über die
Temperaturdifferenz zwischen der tatsächlichen
Temperatur und der gewünschten Temperatur entspricht,
und einen dritten Term, der dem Differential der
Differenz zwischen der tatsächlichen Temperatur und
der gewünschten Temperatur entspricht.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Mikroprozessorsteuerung (17)
Speichereinrichtungen zum Speichern der vorgegebenen
mathematischen Gleichung umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Betriebsartenänderungs-Einrichtungen der
Mikroprozessorsteuerung (17) derart ausgebildet sind,
daß mit ihrer Hilfe beim Umschalten von der ersten
Betriebsart auf die zweite Betriebsart die dem ersten
bis dritten Term der vorgegebenen mathematischen
Gleichung zugeordneten Konstanten von dem ersten Satz
auf den zweiten Satz veränderbar sind.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen (21, 22) zum Erzeugen eines
elektrischen Signals, welches eine Änderung in einer
überwachten Betriebsbedindung der Klimaanlage
anzeigt, Detektoreinrichtungen zum Erfassen einer
Änderung einer Betriebsbedingung eines Gebläses
umfassen, welches dazu dient, vom Verdampfer gekühlte
Luft in das Abteil des Kraftfahrzeuges zu blasen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtungen (21, 22) zum Erzeugen eines
elektrischen Signals, welches eine Änderung in einer
Betriebsbedingung der Klimaanlage anzeigt,
Schwellwerteinrichtungen umfassen, mit deren Hilfe
feststellbar ist, wann die Differenz zwischen der
tatsächlichen, von dem Temperaturdetektor erfaßten
Temperatur und der an den
Temperatureinstelleinrichtungen eingestellten
gewünschten Temperatur einer vorgegebenen Grenzwert
überschreitet.
12. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Temperaturdetektor (18) zum Erfassen der
tatsächlichen Temperatur der Luft zum Klimatisieren
des Abteils derart angeordnet ist, daß mit seiner
Hilfe die tatsächliche Temperatur der den Verdampfer
(8) verlassenden gekühlten Luft erfaßbar ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der Temperaturdetektor (19) so angeordnet ist,
daß mit seiner Hilfe direkt die tatsächliche
Lufttemperatur in dem zu klimatisierenden Abteil
erfaßbar ist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß der mit variabler Förderleistung arbeitende
Kältemittelkompressor als Taumelscheibenkompressor
(2) ausgebildet ist, welcher in einer
Taumelscheibenkammer (12) eine
Taumelscheibenanordnung aufweist, mit deren Hilfe der
Hub von der Kompression des Kältemittels dienenden
Kolben (13) in Abhängigkeit vom Druckpegel (Pc) in
der Taumelscheibenkammer veränderbar ist, und daß die
Förderleistungsverstelleinrichtungen
Magnetventileinrichtungen (11) zum Regeln bzw.
Steuern des Druckes in der Taumelscheibenkammer (12)
umfassen.
15. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
daß das von den Steuersignalerzeugungs-Einrichtungen
erzeugte elektrische Steuersignal das Tastverhältnis
eines Erregerstroms für einen Elektromagneten des
Magnetventils (11) steuert.
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