DE4333411A1 - Fahrzeugklimaanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugklimaanlage und insbesondere eine Klimaanlage, die klimatisierte Luft an einen Fahrgastraum abgibt, so daß die Innen- oder Raumtemperatur des Fahrgastraumes auf eine gewünschte Temperatur geregelt wird.

Viele Fahrzeuge sind mit Klimaanlagen ausgestattet. Derartige Klimaanlagen sind im allgemeinen bekannt als Anlagen zum Heizen, Kühlen oder zum Entziehen der Luftfeuchtigkeit im Fahrzeug­ fahrgastraum. Diese Klimaanlagen umfassen im allgemeinen eine temperatursteuernde Einrichtung, die derart gestaltet ist, daß die Wärmebilanz zwischen der Wärmeaustauschkapazität der Anlage und der von außen aufgeprägten Wärmebelastung derart gesteuert wird, daß im Fahrzeugfahrgastraum eine angenehme Temperatur herrscht.

Die Wärmebilanz während des Kühlens kann beispielsweise durch folgende Formel wiedergegeben werden:

Qa = Qu - Qs - Qm - Qe (1)

wobei Qa die Wärmeaustauschkapazität der Klimaanlage ist, Qu ein Übertragungsverlust infolge der Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Fahrgastraumtemperatur, Qs die Wärme­ belastung durch Sonnenstrahlung ist, Qm die Wärmebelastung, die von den Personen im Auto ausgeht, und Qe die von im Fahrzeug an­ geordneten Anlagen, beispielsweise dem Verbrennungsmotor, ausge­ strahlte Wärme ist. Qa, Qu und Qs können durch folgende Aus­ drücke beschrieben werden:
Qa = Cp·γ·Va(To - Tr),
Qu = K·A(Tr - Ta),
Qs = Ks·Ts,
wobei die Symbole folgendes bedeuten:
Va: Ausströmvolumen des Lüfters;
To: Ausströmvolumen der Klimaanlage;
Tr: Innentemperatur des Fahrgastraumes;
Ta: Umgebungstemperatur (außerhalb des Fahrzeuges);
Ts: Verminderte Temperatur der Sonnenstrahlung;
Cp: Spezifische Wärme der Luft bei konstantem Druck;
γ: Spezifisches Gewicht der Luft;
K: Wärmeübergangskoeffizient;
A: Wärmeaustauschoberfläche;
Ks: Umwandlungskoeffizient zum Umwandeln der Sonnenstrah­ lung in Temperatur.

Nimmt man bei der zuvor wiedergegebenen Gleichung (1) an, daß Qm und Qe konstant sind, kann die Gleichung (1) wie folgt be­ schrieben werden:

Cp·γ·Va(To - Tr) = K·A(Tr - Ta) - Ks·Ts - C (2).

Wenn die Raumtemperatur Tr ungefähr der vorgewählten Temperatur TSET gleich ist, die von dem Fahrzeuginsassen per Hand gewählt wurde, kann die Gleichung wie folgt beschrieben werden:

Cp·γ·Va(To - TSET) = K·A(TSET - Ta) - Ks·Ts - C (3).

Somit können die gewünschten Werte des Ausströmluftvolumens Va und der Ausströmlufttemperatur To aus der zuvor angegebenen Glei­ chung (3) erhalten werden. Das Ausströmluftvolumen Va und die Ausströmlufttemperatur To der Klimaanlage wird auf die gewünsch­ ten Werte geregelt, so daß die Raumtemperatur Tr ungefähr auf der vorgewählten Temperatur TSET gehalten werden kann. Aller­ dings ist darauf hinzuweisen, daß die zuvor wiedergegebene Glei­ chung zwei Variablen, nämlich das Ausströmluftvolumen Va und die Ausströmlufttemperatur To aufweist und daß es daher schwierig ist, die wirklich gewünschten Werte des Volumens Va und der Tem­ peratur To unmittelbar aus der zuvor wiedergegebenen Gleichung (3) zu erhalten.

In einer Klimaanlage, wie sie in der japanischen Patentveröffent­ lichung Nr. 62-8327 (Anmelde-Nr. 54-57215) beschrieben ist, ist das Verhältnis zwischen dem Luftausströmvolumen und der Umge­ bungsbedingung, beispielsweise der Umgebungslufttemperatur vor­ herbestimmt. Das Ausströmluftvolumen wird entsprechend der gemes­ senen Umgebungsbedingung bestimmt. Daraufhin wird die gewünschte Ausströmlufttemperatur ausgehend von dem bestimmten Ausströmluft­ volumen berechnet und der Öffnungsgrad einer Luftmischklappe wird so gesteuert, daß die Auslaßlufttemperatur eingestellt wird.

Die japanische Patentveröffentlichung Nr. 57-77216 (Anmelde-Nr. 55-153718) umfaßt eine Klimaanlage, in welcher die optimale Aus­ laßlufttemperatur in Übereinstimmung mit einer vorgewählten ge­ wünschten Raumtemperatur, einer gemessenen Umgebungstemperatur und einer gemessenen Raumtemperatur bestimmt wird.

In der Klimaanlage gemäß der zuvor beschriebenen japanischen Pa­ tentveröffentlichung Nr. 62-8327 wird das gewünschte Auslaßluft­ volumen gesteuert, während die Auslaßlufttemperatur nicht ge­ steuert wird. Dagegen wird entsprechend dem System nach der japa­ nischen Offenlegungsschrift Nr. 57-77216 die gewünschte Auslaß­ lufttemperatur geregelt, während das Auslaßluftvolumen nicht re­ gelbar ist.

Da ein Fahrzeuginsasse in der Regel verhältnismäßig nah zu den Luftauslässen der Klimaanlage sitzt, bedingen sehr hohe oder nie­ drige Auslaßlufttemperaturen oder sehr hohe oder niedrige Auslaß­ luftvolumenströme bei den Fahrzeuginsassen Unbehagen. Daher er­ füllt ein derartiges System nicht die Anforderungen an eine ange­ nehme Klimatisierung. Die von den Fahrzeuginsassen empfundenen Temperaturen hängen sowohl von dem Auslaßluftvolumen wie auch von der Auslaßlufttemperatur ab. Wenn zwar eine von diesen Größen geregelt ist, die andere aber nicht regelbar ist, weicht die aktuell vom Fahrzeuginsassen aufgenommene Temperatur häufig von der gewünschten Temperatur ab.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Fahrzeug­ klimaanlage an die Hand zu geben, in der sowohl die Auslaßluft­ temperatur wie auch das Auslaßluftvolumen derart eingestellt wer­ den können, daß die Ansprüche des Fahrzeuginsassen an die Klima­ tisierung erfüllt werden können. Dabei soll die Fahrzeugklimaan­ lage entsprechend den individuellen Wünschen der Fahrzeuginsas­ sen regelbar sein.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch eine Fahrzeugklimaanlage entsprechend dem Hauptanspruch gelöst. Dem­ nach umfaßt eine Fahrzeugklimaanlage:
eine Temperaturregelvorrichtung zum Regeln der an den Fahr­ gastraum abzugebenden Lufttemperatur, so daß die innere Luft­ temperatur auf eine gewünschte Temperatur geregelt werden kann;
einen Ventilator, der dazu dient, die Luft durch die Tempera­ tursteuervorrichtung zu fördern und in den Fahrgastraum aus­ zublasen und
Regelmittel zum Einstellen einer Sollauslaßlufttemperatur und eines Sollauslaßluftvolumens,
in welchem die Regelmittel Mittel zum Einstellen eines Kom­ fortabilitätsindex umfassen, der eine Funktion der Betriebs­ bedingungen ist, die zumindest die Auslaßlufttemperatur und das Auslaßluftvolumen umfaßt und der eine Maßzahl ist, die den Grad des Komforts des Fahrzeuginsassen wiedergibt;
eine Temperaturwählvorrichtung, die innerhalb des Fahrgast­ raums angeordnet ist, um dem Fahrzeuginsassen ein manuelles Wählen der gewünschten Innentemperatur zu ermöglichen;
eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Sollwertes für den Komfortabilitätsindex in Abhängigkeit von der Innentempe­ ratur, die über die Temperaturwahlvorrichtung vorgewählt wur­ de, und
eine Lufttemperatur- und Volumeneinstellvorrichtung zum Ein­ stellen einer Kombination der Sollauslaßlufttemperatur und des Sollauslaßluftvolumens, die es ermöglicht, daß der Kom­ fortabilitätsindex an den Sollwert, der durch die zuvorge­ nannte Wahlvorrichtung eingestellt wurde, angenähert wird.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung können die folgenden zusätzlichen Merkmale entweder einzeln oder in Kombination ent­ halten:

• 1) Der Komfortabilitätsindex wird durch folgende Gleichung be­ schrieben: F= K1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts,in welcher Va das Auslaßluftvolumen, To die Auslaßlufttempe­ ratur, Ta eine Umgebungslufttemperatur, Tr die Lufttempera­ tur im Innern des Fahrgastraumes, Ts die Temperatur, die aus dem Sonnenstrahlungswert resultiert, und K1-K5 Gewichtungs­ koeffizienten für die vorgenannten Größen sind.
• 2) Der Sollwert für den Komfortabilitätsindex wird durch folgen­ de Gleichung wiedergegeben: FTSET = A + (TSET - B)/3,wobei FTSET der Sollwert des Komfortabilitätsindex ist, TSET die mittels der Temperaturwählvorrichtung vorgewählte Innen­ temperatur und A und B vorher festgelegte Werte sind.
• 3) Die Regelvorrichtung umfaßt erste Berechnungsmittel zum Be­ rechnen der optimalen Luftauslaßtemperaturen und der optima­ len Luftausströmvolumen, um die Innentemperatur auf der vor­ gewählten Innentemperatur zu halten, zweite Berechnungsmit­ tel zum Berechnen der Komfortabilitätsindices, die auf den optimalen Auslaßlufttemperaturen und den optimalen Auslaß­ luftvolumina, die von den ersten Berechnungsmitteln berech­ net wurden, basieren, Auswahlmittel zum Auswählen einer Kom­ bination der optimalen Auslaßlufttemperatur und des optima­ len Auslaßluftvolumens als Sollauslaßlufttemperatur und -vo­ lumen, die erlauben, daß der Komfortabilitätsindex an den Sollwert angenähert wird und Betriebsregelmittel zum Regeln der Auslaßlufttemperatur über die Regelvorrichtung und des Luftvolumenstroms von dem Ventilator, so daß diese in Über­ einstimmung mit der ausgewählten Kombination gebracht wer­ den.
• 4) Die Regelvorrichtung variiert schrittweise das Auslaßluftvo­ lumen von seinem Minimalwert zu seinem Maximalwert und be­ rechnet die Auslaßlufttemperaturen, die für die jeweiligen Auslaßluftvolumina und die Komfortabilitätsindices geeignet sind, basierend auf den jeweiligen Kombinationen des Auslaß­ luftvolumens und der Auslaßlufttemperatur.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Gesamtansicht einer Fahrzeugkli­ maanlage gemäß einem erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsbeispiel;

Fig. 2 ein Diagramm, das die gesamte Anordnung des Reg­ lers darstellt;

Fig. 3 ein Diagramm, das den Funktionsablauf im Regler erläutert;

Fig. 4 ein Flußdiagramm, in dem die Grundfunktionen der Klimaregelung, die durch den Regler ausgeführt wird, dargestellt sind;

Fig. 5 ein Flußdiagramm, das den Ablauf beim Festlegen der Auslaßlufttemperatur und des Auslaßluftvolu­ mens während des Belüftens zeigt;

Fig. 6 ein Flußdiagramm, das den Ablauf der Bestimmung der Auslaßlufttemperatur und des Auslaßluftvolu­ mens in der B/L-Betriebsart (I) zeigt;

Fig. 7 ein Flußdiagramm, das den Ablauf der Bestimmung der Auslaßlufttemperatur und des Auslaßluftvolu­ mens während der B/L-Betriebsart (II) zeigt;

Fig. 8 ein Flußdiagramm, das den Ablauf des Einstellens der Auslaßlufttemperatur und des Auslaßluftvolu­ mens bei der B/L-Betriebsart (III) zeigt;

Fig. 9 ein Flußdiagramm, das den Ablauf für das Einstel­ len der Auslaßlufttemperatur und des Auslaßluftvo­ lumens während des Aufheizens zeigt und

Fig. 10 ein Diagramm, das die Abhängigkeit zwischen Kom­ fortabilitätsindex und einem Bezugswert zeigt.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde ein Komfortabilitäts­ index als allgemeines Maß geschaffen, in den verschiedene Klima­ anlagenfaktoren eingehen, wie beispielsweise die Temperatur der Umgebungsluft, die Innentemperatur und die Sonnenbestrahlung. In der japanischen Patentanmeldung Nr. 3-170015 ist eine Klimaanla­ ge beschrieben, in der die Betriebsbedingungen in Abhängigkeit von diesem Komfortabilitätsindex eingestellt werden können. In dieser Klimaanlage werden sowohl die Auslaßlufttemperatur wie auch das Auslaßluftvolumen derart bestimmt, daß der Komfortabili­ tätsindex, der unter genereller Berücksichtigung verschiedener Klimaanlagenfaktoren festgelegt wird, mit einem vorher festgeleg­ ten Wert übereinstimmt oder zumindest an diesen angenähert ist. Demgemäß werden ein Ventilator, eine Mischklappe oder eine Dros­ sel innerhalb der Klimaanlage geregelt, um die Auslaßlufttempera­ tur und das Auslaßluftvolumen einzustellen.

In der hier erläuterten erfindungsgemäßen Ausführungsform wird der Komfortabilitätsgrad, der durch Insassen wahrgenommen wird, durch einen Komfortabilitätsindex F angegeben, der mathematisch aus Klimaanlagenfaktoren (Auslaßlufttemperatur To und Auslaßluft­ volumen Va) und Umgebungsfaktoren (Temperatur der Umgebungsluft Ta, innere Temperatur Tr und Sonnenstrahlungswert Ts) errechnet werden kann.

Der Komfortabilitätsindex F kann durch die folgende Gleichung, die experimentell aufgestellt wurde, bestimmt werden:

F= K1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts (4),

wobei K1 bis K5 Gewichtungskoeffizienten für die jeweiligen Größen sind. Die Werte der Faktoren K1 bis K5 umfassen zwei Sät­ ze von Faktoren K1 bis K5, wobei ein Satz einem Komfortabilitäts­ index F2 entspricht, der hauptsächlich im Sommer (während des Kühlens) verwendet wird, und wobei der andere einem Komfortabili­ tätsindex F4 entspricht, der hauptsächlich im Winter (während des Heizens) verwendet wird. Die Werte dieser beiden Sätze sind voneinander unterschiedlich, da der Unterschied zwischen der Luftverteilung während des Kühlens und der Luftverteilung wäh­ rend des Heizens von Bedeutung ist.

Der Komfortabilitätsindex F, bei dem der Fahrzeuginsasse die Um­ gebung verhältnismäßig kalt empfindet, wird auf "1" festgelegt und der Komfortabilitätsindex F, bei dem der Fahrzeuginsasse sei­ ne Umgebung als verhältnismäßig warm empfindet, wird auf "9" ge­ setzt. Der Komfortabilitätsindex F, bei dem sich der Fahrzeugin­ sasse wohlfühlt, wird auf einen Optimalwert, wie beispielsweise "5" gesetzt. Die zuvor genannten Faktoren K1 bis K5 werden expe­ rimentell derart bestimmt, daß der Komfortabilitätsindex F, bei dem der Fahrzeuginsasse die ihm angenehmste Umgebung feststellt, auf den Optimalwert "5" eingestellt ist. Daher ist für den Fall, daß der Komfortabilitätsindex F ansteigt, beispielsweise auf einen Komfortabilitätsindex F = 7-9, eine Umgebung angezeigt, in der der Fahrzeuginsasse die Umgebung als warm empfindet. Wenn andererseits der Komfortabilitätsindex abnimmt, beispielsweise auf einen Komfortabilitätsindex F = 1-3, ist eine Atmosphäre an­ gezeigt, in der der Fahrzeuginsasse die Umgebung als kalt empfin­ det.

Allerdings kann für den Fall, daß der Optimalwert des Komfortabi­ litätsindex auf einen konstanten Wert festgelegt ist, der Unter­ schied im Komfortabilitätsempfinden, der durch das unterschiedli­ che Empfinden des Fahrzeuginsassen, geographische Unterschiede, klimatische Unterschiede oder dergleichen bedingt ist, nicht berücksichtigt werden. Daher wird gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform der zuvor erläuterte optimale Wert als variabler Index FTSET eingestellt, der als eine Funktion der vorgewählten Temperatur TSET definiert ist. Die Temperatur TSET kann vom Fahr­ zeuginsassen manuell eingestellt werden und daher kann der Fahr­ zeuginsasse den Wert FTSET nach seinem Belieben regeln. In die­ ser Ausführungsform kann die Funktion FTSET so festgelegt wer­ den, daß sich der zuvor festgelegte Wert "5" ergibt, wenn der Fahrzeuginsasse seine gewünschte Temperatur auf 25°C einstellt.

Eine ausführliche Beschreibung des Aufbaus und der Funktion der Fahrzeugklimaanlage wird im folgenden gegeben:

In den Fig. 1 bis 3 ist eine Ausführungsform der Fahrzeugklima­ anlage der Erfindung dargestellt. Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau der Fahrzeugklimaanlage zeigt.

In Fig. 1 dargestellt, umfaßt die Fahrzeugklimaanlage einen Lüf­ tungskanal 1, eine äußere Luftansaugöffnung 2 zum Einführen von äußerer Frischluft in einen stromaufliegenden Teil des Kanals 1, eine innenliegende Luftöffnung 3 zum Einführen von rezirkulier­ ter Luft in den stromaufliegenden Teil des Kanals 1 und eine ein­ stellbare Klappe oder Drossel 4 zum wahlweisen Regeln der Öff­ nung bzw. Schließstellung der Luftzuführöffnungen 2 und 3. Der stromabliegende Teil des Belüftungskanals 1 weist Belüftungsaus­ lässe 5, Fußauslässe 6 und Defrosterauslässe 7 und 3 Betriebsart­ klappen oder Drosseln 8, 9, 10 zum wahlweisen Führen der klimati­ sierten Luft zu den Auslässen 5, 6 und 7 auf.

Ein Ventilator 11, mit dem unterschiedliche Volumenströme geför­ dert werden können, ist im stromaufliegenden Teil des Luftfüh­ rungskanals 1 angeordnet. Die durch die innere Ansaugöffnung 3 und/oder äußere Ansaugöffnung 2 eingeführte Luft wird über den Ventilator 11 durch den Kanal 1 und die Auslässe 5, 6 und 7 in den Fahrgastraum gefördert.

Das System umfaßt weiterhin einen Kühlwärmeaustauscher 12 und einen Heizwärmeaustauscher 14, die innerhalb des Belüftungska­ nals 1 hintereinander in Serie geschaltet sind. Der Kühlwärme­ austauscher 12 ist stromab von dem Ventilator 11 angeordnet und der Heiz-Wärmeaustauscher 14 ist stromab vom Kühlwärmeaustau­ scher 12 angeordnet. Der Kühlwärmeaustauscher 12, der eine Kühl­ schlange aufweist, ist an einen Kühlkreislauf X angeschlossen, der einen Kompressor 15, einen Kondensator 16 und ein Sammelge­ fäß 17 aufweist, so daß der Wärmeaustauscher 12 als Verdampfer dient. Der Kompressor 15 ist wahlweise mit einem rotierenden Teil einer Brennkraftmaschine 18 verbunden. Zum Verbinden des Kompressors 15 mit dem rotierenden Teil der Brennkraftmaschine 18 dient eine elektromagnetische Kupplung, die entsprechend an- oder ausgeschaltet werden kann. Der Heizwärmeaustauscher 14 hat einen Heizkern, durch welchen Kühlmittel oder Kühlwasser des Mo­ torkühlsystems der Verbrennungskraftmaschine 18 strömt. Der Volu­ menstrom des Kühlwassers, welches an den Heizwärmeaustauscher 14 abgegeben wird, wird über ein Volumenstromregelventil, das nicht dargestellt ist, geregelt, wobei das Regelsignal ebenfalls von der Regelung der Luftmischklappe oder der Drossel 13 abhängt.

Die Luftmischklappe 13 ist zwischen dem Kühlwärmeaustauscher 12 und dem Heizwärmeaustauscher 14 derart angeordnet, daß der Luft­ volumenstrom des Heizwärmeaustauschers 14 durch die Öffnung der Luftmischklappe 13 geregelt werden kann, wobei die Klappe 13 der­ art einstellbar ist, daß sie den vollständigen Luftvolumenstrom durchläßt, diesen vollständig abschließt oder eine Position zwi­ schen diesen beiden Extrempositionen einnimmt. Dadurch wird das Mischverhältnis des Luftvolumenstroms, welches durch den Heizwär­ meaustauscher 14 erhitzt werden soll, in bezug auf den Luftvolu­ menstrom, der an dem Heizwärmeaustauscher 14 vorbeigeführt wer­ den soll, eingestellt. Der Öffnungsgrad R der Luftmischklappe wird mit "1" angegeben, wenn der gesamte Luftvolumenstrom durch den Heizwärmeaustauscher 14 strömt, d. h., wenn der Anteil des Luftvolumenstroms, der durch den Heizwärmeaustauscher 14 strömt, 100% ist. Dagegen wird der Öffnungsgrad R mit "0" angegeben, wenn der gesamte Luftvolumenstrom an dem Heizwärmeaustauscher 14 vorbeigeführt wird, d. h., wenn der Anteil des Luftvolumenstroms, der durch den Heizwärmeaustauscher 14 strömt, 0% ist. Die Aus­ laßlufttemperatur To wird durch das zuvor erläuterte Mischver­ hältnis bestimmt und kann daher schrittweise zwischen der höch­ sten Temperatur, die für den Fall erhalten wird, daß der Öff­ nungsgrad R = 1 ist, und der niedrigsten Temperatur, die erhalten wird, wenn der Öffnungsgrad R = 0 ist, eingestellt werden.

Der Öffnungsgrad R der Luftmischklappe 13 wird durch folgende Gleichung beschrieben:

R = (To - Te)/(Kw·Tw - Te) (5),

wobei Te die Auslaßlufttemperatur des Kühlwärmeaustauschers 12, Tw die Motorkühlwassertemperatur und Kw der Umwandlungskoeffizi­ ent der Kühlwassertemperatur in die Luftauslaßtemperatur des Heizwärmeaustauschers 14 ist.

Die Anlage beinhaltet auch Motoren, die zum Antrieb für die zu­ vor genannten Drosseln dienen, d. h. einen elektrischen Motor 19 zum Bewegen der Klappe 4 zum Einstellen des Verhältnisses von Innenluft zur Außenluft, einen elektrischen Motor 20 zum Bewegen der Klappen 8, 9 und 10 zum Wechsel der Belüftungsart und einen Servomotor 21 zum Bewegen der Luftmischklappe 13. Weiterhin um­ faßt die Anlage Regler für Betriebsreglung, d. h. einen Regler 22 zum Regeln der zuvor beschriebenen Motoren 19, 20 und 21 und zum Regeln des Fördervolumens des Ventilators 11, und eine Steuerta­ fel 23 zum manuellen Einstellen der Klimatisierungsfaktoren. Die Steuertafel 23 weist unterschiedliche Einstellknöpfe und derglei­ chen auf, die von dem Fahrzeuginsassen eingestellt werden kön­ nen, so ist beispielsweise ein Automatikstarter 23a vorgesehen, der dazu dient, entweder eine automatische Klimatisierung oder eine manuelle Klimatisierung einzustellen. Ein Innenluft- und Außenlufteinstellknopf 23c dient zur manuellen Einstellung des Verhältnisses zwischen eingeführter Innenluft und eingeführter Außenluft. Ein Luftvolumenstromschalter 23d dient zur Auswahl des Luftvolumenstroms und ein Defrostereinstellknopf 23e dient zur manuellen Einstellung des Öffnungsgrads der Defrosteröffnung 7.

Der Einstellknopf 23b für die Einstellung der Innentemperatur kann ein digitaler Berührschalter sein, der dem Fahrzeuginsassen ein schrittweises Erhöhen oder Erniedrigen der gewünschten Innentemperatur ermöglicht, wobei beispielsweise 0,5°C-Schritte gewählt werden können. Es kann sich aber auch um einen Potentiometer handeln, der ein lineares Einstellen der ge­ wünschten Innentemperatur erlaubt.

Fig. 2 zeigt in Diagrammform die Anordnung des Reglers 22.

In dieser Ausführungsform ist ein Mikrocomputer mit einer CPU, einem RAM und einem ROM und dergleichen als Regler 22 verwendet. Der Regler 22 umfaßt einen Mikroprozessor 30 (der im folgenden als "CPU" bezeichnet wird). Dieser ist mit einer stabilisierten Leistungsquelle (S.P.S.) 32 verbunden. Er kann die zuvor genann­ ten Motoren 19, 20 und 21 über Treiber 35 bis 37 in Gang setzen und den Eingriff der elektromagnetischen Kupplung 31, die zwi­ schen dem Kompressor 15 und dem Motor 18 angeordnet ist, über einen Treiber 38 regeln. Mit der Regelung der Motoren 19 und 20 kann der Luftvolumenstrom der Anlage geändert oder beibehalten werden und mit der Regelung des Servomotors 31 kann der Öffnungs­ grad der Luftmischklappe 13 eingestellt werden.

Der Regler 22 treibt einen Lüftermotor 11a über einen D/A Conver­ ter 33 und einen Treiber 34 an. Durch die Regelung der an den Ventilatormotor 11a angegebenen Spannung kann der geförderte Luftvolumenstrom des Ventilators 11, der im wesentlichen dem Luftvolumen Va entspricht, geregelt werden.

Des weiteren umfaßt die Anlage unterschiedliche Sensoren zur Auf­ nahme der Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise einen Innen­ temperatursensor 24 zum Aufnehmen der Temperatur der rezirkulier­ ten Luft, die in den Lüftungskanal 1 angesaugt wird, als Innen­ temperatur Tr. Weiterhin ist ein Außentemperatursensor 25 zum Aufnehmen der Umgebungstemperatur Ta vorhanden. Ein Sonnenstrah­ lungssensor 26 zum Aufnehmen des Sonnenstrahlungswertes ist vor­ handen, ein Kanalsensor 27 zum Aufnehmen der Auslaßtemperatur Te des Kühlungswärmeaustauschers 12, ein Wassertemperatursensor 28 zum Aufnehmen der Temperatur des Motorkühlwassers und ein Potent­ iometer zum Aufnehmen des Öffnungsgrades R der Luftmischklappe 13 sind ebenfalls vorhanden.

Anhand der Fig. 3 wird diagrammartig die Funktionsweise des Reg­ lers 22 erläutert.

Der Regler 22 weist eine erste Berechnungseinrichtung 40 auf, die die aufgenommenen Signale von den zuvorgenannten Sensoren 24 bis 29 und die Signale von den Schaltern oder Einstellknöpfen 23a bis 23e des Bedienungspultes 23 empfängt. Die erste Berech­ nungseinrichtung 40 berechnet Grundparameter (To, Va) zum Auf­ rechterhalten der Innentemperatur Tr auf eine vorher festgelegte Temperatur TSET entsprechend einer Korrelation zwischen der Aus­ laßlufttemperatur To und dem Auslaßluftvolumen Va. Diese Korrela­ tion zwischen der Temperatur To und dem Volumen Va wird durch die zuvor genannte Wärmebilanzgleichung (3) wiedergegeben, d. h. [Cp·γ·Va (To - TSET) = K·A (TSET - Ta) - Ks·Ts - C].

Der Regler 22 umfaßt eine zweite Recheneinrichtung 41 zum Berech­ nen des zuvor erläuterten Komfortabilitätsindex F [= K1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts]. Der Regler 22 umfaßt weiter eine Auswahleinrichtung 42 zur Bestimmung der Auslaßlufttemperatur To und des Auslaßluftvolumens Va, so daß der Komfortabilitätsindex F, der über die zweite Berechnungseinrichtung 41 ermittelt wur­ de, möglichst gut hinsichtlich seines Optimalwerts FTSET angenä­ hert werden kann, und eine Arbeitsregeleinrichtung 43 zum Regeln des Öffnungsgrades oder Luftmischklappe 13 und der Spannung, die an den Lüfter 11 entsprechend der Temperatur Ta und des Volu­ mens Va abgegeben werden, die über die Auswahleinrichtung 42 be­ stimmt werden.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 10 wird die Arbeitsweise der Anlagenregelung gemäß dieser Ausführungsform im folgenden erläu­ tert:

Fig. 4 ist ein Fließschema, das den grundsätzlichen Ablauf der Klimatisierungsregelung darstellt, welche mittels des Reglers 22 durchgeführt wird. Nach dem ersten Einstellen (Schritt ST 1) liest der Regler 22 die von den Sensoren 24-29 aufgenommenen Wer­ te aus (ST 2). Der Regler 22 berechnet einen Sollwert FTSET des Komfortabilitätsindexes F basierend auf der Innentemperatur TSET, die vom Fahrzeuginsassen über den Innentemperaturstell­ knopf 23b festgelegt wurde (ST 3 und ST 4). Dieser Sollwert FTSET kann durch folgende Formel berechnet werden:

FTSET = 5 + (TSET - 25)/3 (6).

Aus der Gleichung (6) folgt, daß der Sollwert FTSET dem Wert "5" entspricht, wenn die vorgewählte Temperatur TSET 25°C ist. Dann stellt der Regler 22 die Auslaßlufttemperatur To und das Auslaß­ luftvolumen Va derart ein, daß der Komfortabilitätsindex F mit dem Sollwert FTSET zusammenfällt oder an diesen angenähert ist. Weiterhin stellt der Regler 22 den Öffnungsgrad der Luftmisch­ klappe 13 und die Spannung, die an den Ventilator 11 abgegeben wird (ST 5). Der Regler stellt eine Luftvolumenbetriebsart ein, die der Auslaßlufttemperatur To und dem Volumen Va entspricht (ST 5) und gibt die entsprechenden Werte aus, so daß die Klimaan­ lage wunschgemäß arbeitet (ST 6).

Fig. 5 zeigt in einem Flußdiagramm das Einstellen der Auslaßluft­ temperatur To und des Auslaßluftvolumens Va in der Betriebsart des Belüftens und das Einstellen einer Luftvolumenstrombetriebs­ art.

Zunächst wird festgestellt, ob die Wärmebelastung Q [= K·A(Tr - Ta) - Ks·Ts - C] des Fahrgastraumes positiv oder negativ ist (Schritt S 1). Aus der Gleichung für die Wärmebelastung ergibt sich, daß falls Q < 0 ist, daß das Fahrzeug gekühlt werden muß und daß, wenn Q < 0 ist, das Fahrzeug entsprechend geheizt wer­ den muß.

Wenn es bestätigt wird, daß Q < 0 ist, nimmt der Regler 22 die Belüftungsbetriebsart an, in welcher nur die Klappe 8 geöffnet ist (S 2) und berechnet die benötigte Wärmeaustauschkapazität Qa [= K·A (TSET - Ta) - Ks·Ts - C + Ki (TSET - Tr)], um die Innen­ temperatur Tr in Übereinstimmung mit der vorgewählten Temperatur TSET zu bringen (S 3), wobei Ki die Wärmekapazität des Fahrzeug­ körpers ist. Anschließend wird während der Schritte S 4 bis S 14 das Auslaßluftvolumen Va schrittweise jedesmal dann erhöht, wenn ein vorher festgelegtes Luftvolumenstrominkrement Δ Va zugefügt wird (S 14), so daß es von seinem minimalen Luftvolumen Val bis zu ihrem maximalen Luftvolumen Vah variiert. Die Auslaßlufttempe­ ratur To, der Öffnungsgrad R der Luftmischklappe 13, der Kom­ fortabilitätsindex F2 während der Kühloperation (F2 - FTSET) und |F2 - FTSET | werden entsprechend jedem Auslaßluftvolumen Va berechnet (S 6 bis S 13).

Das schrittweise Einstellen des Auslaßluftvolumenstroms Va (S 5, S 14), die Berechnung der Auslaßlufttemperatur To [= (Qa/Cp·γ· Va) + Tr] (S 6), und die Berechnung des Öffnungsgrades R [= (To - Te)/(Kw·Tw - Te)] der Luftmischklappe (S 7) werden mittels der ersten Berechnungseinrichtung 40 im Regler 22 durchgeführt. Falls die erste Berechnungseinrichtung 40 R 0 feststellt (der Volumenstrom durch den Heizwärmeaustauscher 14 0%) (S 8) durch Berechnung des Öffnungsgrades R (S 7), so bedeutet dies, daß die benötigte Auslaßtemperatur To durch die Kühlkapazität des Kühlwärmeaustauschers 12 limitiert ist.

In diesem Fall setzt die erste Berechnungsvorrichtung 40 die Aus­ laßlufttemperatur To auf die Auslaßlufttemperatur Te des Kühlwär­ meaustauschers 12 (S 9). Wenn auf der anderen Seite die Berech­ nungsvorrichtung 40 feststellt, daß R < 0 ist (der Volumenstrom durch den Heizwärmeaustauscher 14 ist < 0%) (S 9), bedeutet dies, daß der Kühlwärmeaustauscher 12 die Luft unter die notwen­ dige Auslaßtemperatur To kühlt. Die erste Berechnungsvorrichtung 40 setzt die Temperatur To auf die Auslaßluftvolumentemperatur To, die bei Schritt S6 berechnet worden ist (S 10).

Die zweite Berechnungseinrichtung 41 des Reglers 22 berechnet den Komfortabilitätsindex F2

(= K1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts), (F2 - FTSET),

auf der Grundlage der Auslaßluftvolumina Va und der Temperaturen Ta, die mittels der zuvorgenannten Schritte erhalten werden, der Umgebungslufttemperatur Ta, die über den Umgebungslufttemperatur­ sensor 25 aufgenommen wird, der inneren Temperatur Tr, die durch den Innentemperatursensor 24 aufgenommen wird, und den umgewandel­ ten Temperaturwert Ts der Sonnenstrahlung, der durch den Sonnen­ strahlungssensor 26 aufgenommen wird (S 11, S 12, S 13). Die auf diese Weise erhaltenen Berechnungsergebnisse werden entsprechend in RAMs, die im Regler 22 vorgesehen sind, gespeichert.

Der Regler 22 wählt eine Kombination des Auslaßluftvolumens Va und der Auslaßlufttemperatur To (Va 0, To 0), die den Wert | F2 - FTSET | mittels der Wahleinrichtung 42 (S 15) minimieren kann.

Der Regler 22 bestimmt anschließend die Eignung der Be­ triebsartwahl, d. h. ob die Luftvolumenstrombetriebsart richtig eingestellt wurde (S 16-S 18). Was die Eignung der Betriebsart­ wahl angeht, ist festzustellen, daß der Regler 22 bestimmt, daß die gegenwärtig herrschende Luftvolumenstrombetriebsart, d. h. die Belüftungsbetriebsart, richtig gewählt ist, wenn er fest­ stellt, daß (F2 - FTSET) < 0 ein vorbestimmter Wert -α ist, (beispielsweise α = 0,9) (S 16) und (F2 - FTSET) < 0 (S 17) und andererseits wenn er feststellt To 0 < einem vorherbestimmten Wert α 0 (beispielsweise α 0 = 30°C) (S 18).

Dann veranlaßt der Regler 22 die Ablaufregeleinrichtung 43, das Auslaßluftvolumen des Ventilators 11 und den Öffnungsgrad 9 der Luftmischklappe 13 derart einzustellen, daß das Luftvolumen Va und die Auslaßlufttemperatur To auf das Luftvolumen Va 0 und die Auslaßlufttemperatur To 0 eingestellt werden. Darüber hinaus ver­ anlaßt der Regler 22 die Regeleinrichtung 43, die Betriebsarts­ klappen 8, 9 und 10 in die vorgewählten Positionen zu bringen, so daß der Volumenstrom der Belüftungsbetriebsart eingestellt und beibehalten wird (S 19).

Wenn dagegen festgestellt wird, daß (F2 - FTSET) < einen vorher­ bestimmten Wert -α (beispielsweise α = 0,9) (S 16) oder im Fall des Feststellens von (F2 - FTSET) 0 und To 0 α 0 (S 17, S 18) wird angenommen, daß der Fahrzeuginsasse in dem oberen Teil seines Körpers ein Kältegefühl hat oder daß der Fahrzeugin­ sasse im oberen Teil seines Körpers infolge der übermäßig hohen Auslaßlufttemperatur ein Hitzegefühl hat und daß daher die Be­ triebsart der Belüftung unzutreffend ist. Dementsprechend schal­ tet der Regler 22 weiter in eine B/L-Betriebsarteinstellroutine, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist (S 16, S 18).

Die Fig. 6 bis 8 sind Flußdiagramme, die die Einstellroutinen für die Auslaßlufttemperatur To und das Volumen Va in der B/L-Be­ triebsart zeigen und weiterhin zeigen, wie die Luftvolumenstrom­ betriebsart eingestellt wird.

In der B/L-Betriebsart wird klimatisierte Luft sowohl vom Belüf­ tungsauslaß 5 wie auch vom Fußauslaß 6 ausgeblasen. Die B/L-Be­ triebsart ist in drei unterschiedliche Betriebsarten unterteilt, das sind die B/L-Betriebsart (I), die B/L-Betriebsart (II) und und die B/L-Betriebsart (III), in welcher sich die Auslaßluftvo­ lumina des Belüftungsauslasses 5 und der des Fußauslasses 6 von­ einander unterscheiden. Die Anteile der Auslaßluftvolumina die­ ser drei B/L-Betriebsarten sind wie folgt:
B/L-Betriebsart (I): 75% am Belüftungsauslaß 5 und 25% am Fußauslaß 6;
B/L-Betriebsart (II): 60% am Belüftungsauslaß 5 und 40% am Fußauslaß 6 und
B/L-Betriebsart (III): 45% am Belüftungsauslaß 5 und 55% am Fußauslaß 6.

Gemäß Fig. 6 schätzt der Regler 22 die B/L-Betriebsart (I) (S 20) und berechnet die Wärmeaustauschkapazität Qa. Das bedeutet, daß der Regler 22 die Berechnung der Wärmeaustauschkapazität Qa vornimmt [=K·A (TSET - Ta) - Ks·Ts - C + Ki (TSET - Tr)] (S 21). Der Regler 22 bewirkt ein schrittweises Einstellen des Auslaß­ luftvolumens Va von minimalen oder niedrigsten Luftvolumen Val zum maximalen oder höchsten Luftvolumen Vah (S 22 bis S 32). Der Regler 22 berechnet die optimalen Auslaßlufttemperaturen To, den Öffnungsgrad R der Luftmischklappe, die Auslaßlufttemperaturen Tov des Belüftungsauslasses 5, die Auslaßlufttemperaturen Tof des Fußauslasses 6, die Auslaßluftvolumina Vav (= 0,75×Va) von dem Belüftungsauslaß 5 und die Auslaßluftvolumina Vav (= 0,25×Va) des Fußauslasses 6, entsprechend der jeweiligen Luftvolumina Va, die schrittweise eingestellt werden (S 24 bis S 27). Das schrittweise Einstellen des Luftvolumens Va und die Berechnung der Lufttemperatur To, der Öffnung R und der Lufttemperaturen Tov, Tof und der Luftvolumina Vav, Vaf werden mittels der ersten Berechnungseinrichtung 40 ausgeführt.

Basierend auf den Lufttemperaturen Tov, Tof, Ta, Tr, den Luftvo­ lumina Va, Vaf und des Wertes Ts berechnet der Regler 22 zwei Komfortabilitätsindices, die sich auf die Luftvolumina Vav, Vaf beziehen, die in jeder Schleife eingesetzt werden (S 28), und berechnet dann mittels der zweiten Berechnungseinrichtung 42 (F2 - FTSET), (F 4 - FTSET), |F2 - FTSET| und |F4 - FTSET| (S 28 bis S 30). Der Komfortabilitätsindex F2 ist im wesentlichen iden­ tisch mit dem Komfortabilitätsindex F2 in der Belüftungsbetriebs­ art. Er wird berechnet unter Berücksichtigung der Auslaßlufttem­ peratur Tov, das Auslaßluftvolumen Vav, und die Gewichtungs­ größen K1 bis K5, die für einen Luftvolumenstrom aus der Belüf­ tungsöffnung 5 vorherbestimmt sind. Der Komfortabilitätsindex F4 wird von der Lufttemperatur Tof, der Lufttemperatur Vaf und den Gewichtungsgrößen K1 bis K5 berechnet, die für einen Luftvolumen­ strom aus dem Fußauslaß 6 vorherbestimmt worden sind.

Der Regler 22 erhält einen Referenzwert L gemäß folgender Formel (S 31):

L² (F2 - FTSET)² + (F4 - FTSET)².

Der Wert L repräsentiert den Abstand zwischen dem Sollwert FTSET und einem allgemeinen Komfortabilitätsindex, der durch die zwei Komfortabilitätsindices F2, F4 definiert ist, wie in Fig. 10 ge­ zeigt. Die Auswahleinrichtung 42 wählt die Kombination (To 0, Va 0) des Luftvolumens Va und der Lufttemperatur To aus, die den Wert L (S 33) minimiert. Darüber hinaus bestimmt der Regler 22, ob die gegenwärtige Luftausströmbetriebsart richtig gewählt ist oder nicht (S 34 bis S 37). Wenn festgestellt wird, daß die ge­ schätzte Betriebsart, d. h. die B/L-Betriebsart (I) richtig ge­ wählt ist, werden die Betriebsartklappen 8, 9 und 10 in ihre vor­ her festgelegten Positionen verschwenkt und der Luftvolumenstrom der B/L-Betriebsart (I) wird beibehalten. Darüber hinaus wird das Ausgangsluftvolumen des Ventilators 11 und der Öffnungsgrad der Luftmischklappe 13 derart eingestellt, daß die Kombination (Va0, To0) des Luftvolumens Va und der Lufttemperatur To, die, wie zuvor beschrieben ausgewählt wurde, eingestellt wird (S 38).

Wenn dagegen festgestellt wird, daß die B/L-Betriebsart (I) unzu­ treffend ist, geht der Regler 22 auf die Routine (Fig. 5) für die zuvor beschriebene Belüftungsbetriebsart oder eine Routine (Fig. 7) für die B/L-Betriebsart (II) über.

Fig. 7 ist ein Flußdiagramm, das die B/L-Betriebsart (II) Routi­ ne zum Einstellen der Auslaßlufttemperatur To und des Auslaßluft­ volumens Va zeigt. In dieser Routine sind die Luftvolumenanteile Vav, Vaf des Belüftungsauslasses 5 und des Fußauslasses 6 auf 60% und 40% festgesetzt. Dementsprechend ergibt sich das Luftvolu­ men Vav aus dem Belüftungsauslaß 5 aus der Gleichung Vav = 0,6 · Va und das Luftvolumen Vaf aus dem Fußauslaß 6 ergibt sich aus Vaf = 0,4 · Va. Die anderen Regelschritte werden im wesentlichen in gleicher Art und Weise wie in der B/L-Betriebsart (I) durchge­ führt, so daß sich eine weitere Beschreibung dieser Schritte er­ übrigt. Wenn der Regler 22 in der Betriebsart (II) Routine fest­ stellt, daß das Einstellen der B/L-Betriebsart (II) unzutreffend ist, geht er auf die Routine für die B/L-Betriebsart (I) (Fig. 6) oder auf die Routine für die B/L-Betriebsart (III) (Fig. 8) über.

Fig. 8 ist ein Flußdiagramm, das die B/L-Betriebsart (III) Routi­ ne zum Einstellen der Auslaßlufttemperatur To und des Auslaß­ luftvolumens Va zeigt. In dieser Routine sind die Volumenströ­ me der Luftvolumina Vav, Vaf des Belüftungsauslasses 5 und des Fußauslasses 6 auf jeweils 45% und 55% eingestellt. Dementspre­ chend ist das Luftvolumen Vav des Belüftungsauslasses 5 aus der Gleichung Vav = 0,45·Va zu berechnen und das Luftvolumen Vaf von dem Fußauslaß kann berechnet werden über die Formel Vaf = 0,55 Va. Die anderen Regelschritte oder Anordnungen entspre­ chen im wesentlichen denjenigen nach der B/L-Betriebsart (I) oder der B/L-Betriebsart (II). Dementsprechend werden diese Schritte hier nicht nochmals wiederholt dargestellt. Wenn der Regler in der B/L-Betriebsart (III) Routine feststellt, daß die Auswahl der B/L-Betriebsart (III) falsch ist, geht er auf die B/L-Betriebsart (I) Routine (Fig. 7) oder eine Routine in einer Beheizungsbetriebsart (Fig. 9) über.

Fig. 9 ist ein Flußdiagramm, das die Beheizungsbetriebsartrouti­ ne zum Festlegen der Auslaßlufttemperatur To und des Auslaßluft­ volumens Va zeigt.

Der Regler 22 führt eine Heizbetriebsartroutine für den Fall aus, in welchem er von der B/L-Betriebsart (III) Routine (Fig. 7) überleitet und genauso in dem Fall, in welchem der Regler in der Lüftungsbetriebsartroutine (Fig. 5) feststellt, daß die Hit­ zebelastung Q im Fahrgastraum positiv ist (Q < 0) (S 1), d. h. daß sich das Fahrzeug in einer Umgebung befindet, die ein Behei­ zen erforderlich macht.

Der Regler 22 bestimmt die Heizbetriebsart, in welcher 75% des Auslaßluftvolumens aus dem Fußauslaß 6 und 25% des Auslaßluftvo­ lumens aus dem Defrosterauslaß 7 ausgeblasen werden (S 77) und berechnet eine thermische Wärmeaustauschkapazität Qa [= K·A (TSET - Ta) - Ks·Ts - C + Ki (TSET - Tr)] (S 78), die notwendig ist, um die Fahrgastraumtemperatur Tr auf einer vorgewählten Tem­ peratur TSET zu halten. Anschließend erhöht der Regler 22 das Luftvolumen Va in jeder Schleife schrittweise, in welcher das vorherbestimmte Luftvolumeninkrement Δ Va dem Volumen Va hinzu­ addiert wird. Demgemäß variiert das Luftvolumen Va von einem mi­ nimalen Luftvolumen Val bis zu einem maximalen Luftvolumen Vah. Gleichzeitig berechnet er den Index F4, (F4 - FTSET) und |F4- FTSET|, basierend auf jedem Luftvolumen Va, das in jeder Schlei­ fe erreicht wird. Er berechnet die optimale Auslaßlufttemperatur To und einen optimalen Öffnungsgrad R der Luftmischklappe 13 ent­ sprechend dem jeweiligen Luftvolumen Va (S 80 bis S 90).

Das schrittweise Festlegen des Luftvolumens Va (S 80, S 90), die Berechnung der Lufttemperatur To [Qa/Cp·γ·Va + Tr] (S 81) und die Berechnung des Öffnungsgrades R [= (To - Te)/CKw·Tw - Te)] der Luftmischklappe 13 (S 82) werden mittels der ersten Berech­ nungseinheit 40 des Reglers 22 durchgeführt. Bei Schritt S 82 setzt die erste Berechnungseinrichtung 40 die Auslaßlufttempera­ tur To auf die Auslaßlufttemperatur To, die bei Schritt S 81 be­ rechnet wurde, wenn der Regler 22 feststellt, daß R < 1 ist (S 83) (das Luftvolumen durch den Heizwärmeaustauscher 14 < 100%). Wenn dagegen Q 1 (das Luftvolumen durch den Heizwärmeaustau­ scher 14 100%), bedeutet das, daß der Wärmeaustauscher 14 die Luft nicht auf die gewünschte Auslaßtemperatur To erhitzen kann. Demgemäß nutzt die erste Berechnungseinheit 40 den sich aus der Gleichung ergebenden Wert To = [Kw (Tw - Ta)/Cp·γ·Va + Ta], so daß die Lufttemperatur To auf die Auslaßlufttemperatur des Heiz­ wärmeaustauschers 14 eingestellt wird (S 84).

Der Regler 22 setzt auch das Auslaßluftvolumen Va auf 0,75·Va (S 87), da der Anteil des Luftvolumens aus dem Fußauslaß 6 75% ist. Er berechnet den Komfortabilitätsindex F4 [= K1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts], (F4 - FTSET) und |F4 - FTSET| entspre­ chend dem Luftvolumen Va, der zuvorbeschriebenen berechneten Lufttemperatur To, der Umgebungslufttemperatur Ta, die über den Umgebungslufttemperatursensor 25 aufgenommen wurde, die innere Temperatur Tr, die über den Innentemperatursensor 24 aufgenommen wurde, und den Sonnenstrahlungstemperaturwert Ts, der über den Sonnenstrahlungssensor 16 (S 87, S 88, S 89) aufgenommen wurde. Die Berechnung des K F4, von (F4 - FTSET) und von |F4 - FTSET| wird über die zweite Berechnungseinrichtung 41 ausgeführt. Die Ergebnisse der Berechnung werden in RAMs eingelesen, die in dem Regler 22 integriert sind.

Darüber hinaus wählt der Regler 22 die Kombination (Va 0, To 0) des Luftvolumens Va und der Lufttemperatur To, die |F4 - FTSET| über die Auswahlmittel 42 minimiert (S 91). Der Regler bestimmt, ob die gegenwärtige Betriebsartauswahl, d. h. die Heizbetriebs­ art, richtig ist oder nicht. Weiterhin stellt der Regler das Aus­ laßluftvolumen des Ventilators 11 und den Öffnungsgrad R der Luftmischklappe 13 derart ein, daß das Luftvolumen Va und die Lufttemperatur To auf das zuvorerwähnte Luftvolumen Va 0 und die zuvor erwähnte Lufttemperatur To 0 eingestellt werden (S 92 bis S 95).

Was die zuvor erwähnte Betriebsartauswahl angeht, bestimmt der Regler 22, daß die Auswahl der Heizbetriebsart richtig ist, falls (F4 - FTSET) α (S 92), und (F4 - FTSET) < 0 (S 93) ist oder Falls To 0 < einem bestimmten Wert β (beispielsweise ß = 20°C) ist (S 94). In diesem Fall stellt der Regler 22 das Aus­ laßluftvolumen des Ventilators 11 und den Öffnungsgrad R der Luftmischklappe 13 über die Betriebsregeleinheit 43 ein. Darüber hinaus stellt der Regler 22 die Betriebsartklappen 8, 9, 10 auf die vorher festgelegten Positionen ein und hält die Klappen in diesen Positionen, um den Luftstrom der Heizbetriebsart beizube­ halten.

Wenn dagegen festgestellt wird, daß (F4 - FTSET) dem vorher be­ stimmten Wert α (beispielsweise α= 0,9) ist, (S 92), oder daß Ta 0 < β (S 94) oder daß Ta 0 < β (S 94), wird angenommen, daß der Fahrzeuginsasse in seinem unteren Körperbereich Hitze ver­ spürt oder daß der Fahrzeuginsasse in seinem unteren Körperbe­ reich Kälte verspürt infolge einer zu niedrigen Auslaßlufttempe­ ratur und daß daher die Auswahl der Heizbetriebsart falsch ist. Demgemäß schaltet der Regler 22 auf die B/L-Betriebsart (III) Routine wie in Fig. 8 gezeigt (S 92, S 94).

In einer Klimaanlage, wie sie zuvor beschrieben wurde, umfaßt die Anlage Kühl- und Heizwärmeaustauscher 12, 14, den Ventilator 11 und den Regler 22. Der Regler 22 bestimmt einen Komfortabili­ tätsindex F, der über die folgende Gleichung, die experimentell erhalten wurde, berechnet wurde:

F = k1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts,

wobei K1 bis K5 Gewichtungskoeffizienten für die jeweiligen Größen sind. Der Regler 22 kann sowohl die Auslaßlufttemperatur Ta wie auch das Auslaßluftvolumen Va derart bestimmen, daß der Index F mit einem Sollwert FTSET zusammenfällt oder zumindest an diesen angenähert ist, wobei FTSET ein variabler Index ist, der durch eine Funktion in Abhängigkeit von der Temperatur TSET defi­ niert ist. Demgemäß kann das System sowohl die Auslaßlufttempera­ tur To wie auch die Auslaßlufttemperatur Ta derart festlegen, daß sie das Wohlbefinden des Fahrzeuginsassen zufriedenstellt und die individuellen Unterschiede beim jeweiligen Wohlbefinden des Fahrzeuginsassen berücksichtigt.

Claims (20)

1. Fahrzeugklimaanlage mit:
einer Temperaturregelvorrichtung zum Regeln der an den Fahrgastraum abzugebenden Lufttemperatur, so daß die innere Lufttemperatur auf eine gewünschte Temperatur geregelt wer­ den kann,
einem Ventilator, der dazu dient, die Luft durch die Tempera­ turvorrichtung zu fördern, und in den Fahrgastraum auszubla­ sen und
Regelmitteln zum Einstellen einer Sollauslaßlufttemperatur und eines Sollauslaßluftvolumens,
in welchem die Regelmittel Mittel zum Einstellen eines Kom­ fortabilitätsindex umfassen, der eine Funktion der Betriebs­ bedingungen ist, die zumindest die Auslaßlufttemperatur und das Auslaßluftvolumen umfaßt und der eine Maßzahl ist, die den Grad des Komforts des Fahrzeuginsassen wiedergibt und
einer Temperaturwählvorrichtung, die innerhalb des Fahrgast­ raums angeordnet ist, um dem Fahrzeuginsassen ein manuelles Wählen der gewünschten Innentemperatur zu ermöglichen,
einer Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Sollwertes für den Komfortabilitätsindex in Abhängigkeit von der Innen­ temperatur, die über die Temperaturwahlvorrichtung vorge­ wählt wurde, und
einer Lufttemperatur- und Volumeneinstellvorrichtung zum Ein­ stellen einer Kombination der Sollauslaßlufttemperatur und des Sollauslaßluftvolumens, die es ermöglicht, daß der Kom­ fortabilitätsindex an den Sollwert, der durch die zuvor ge­ nannte Wahlvorrichtung eingestellt wurde, angenähert wird.

2. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Komfortabilitätsindex auf einen vergleichsweise größeren Wert gesetzt wird, wenn der Fahrzeuginsasse die Um­ gebung als heiß empfindet im Vergleich zu einem Wert, in wel­ chem der Fahrzeuginsasse seine Umgebung als kalt empfindet und daß der Sollwert des Komfortabilitätsindex als Wert zwi­ schen diesen beiden Werten eingestellt wird.

3. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Komfortabilitätsindex derart eingestellt ist, daß er zumindest einer Summe der gewichteten Werte des Auslaßluftvo­ lumens und der Auslaßlufttemperatur entspricht.

4. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Komfortabilitätsindex durch folgende Gleichung be­ schrieben wird: F = K1·Va + K2·To + K3·Ta + K4·Tr + K5·Ts,in welcher Va das Auslaßluftvolumen, To die Auslaßlufttempe­ ratur, Ta eine Umgebungslufttemperatur, Tr die Lufttemperatur im Innern des Fahrgastraums, Ts die Temperatur, die aus dem Sonnenstrahlungswert resultiert und K1-K5 Gewichtungskoef­ fizienten für die vorgenannten Größen sind.

5. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie weiter einen Innentemperatursensor zur Aufnahme der Innentemperatur innerhalb des Fahrgastraumes umfaßt, einen Außentemperatursensor zum Aufnehmen der Umgebungstemperatur und einen Sensor für die Sonnenstrahlung zum Aufnehmen des Sonnenstrahlungswertes.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert des Komfortabilitätsindex eine Funktion der Innen­ temperatur, die mittels einer Stellvorrichtung für eine vari­ able Temperatur vorausgewählt ist und daß diese Funktion der­ art definiert ist, daß der Sollwert in dem Maße ansteigt, wie die vorgewählte Innentemperatur ansteigt.

7. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwert durch folgende Gleichung wiedergegeben wird: FTSET = A + (TSET - B)/3,wobei FTSET der Sollwert des Komfortabilitätsindex ist, TSET die mittels der Temperaturwählvorrichtung vorgewählte Innen­ temperatur und A und B vorher festgelegte Werte sind.

8. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstellvorrichtung für die variable Temperatur eine Einstellvorrichtung für die Innentemperatur ist, die ein Ein­ stellen der Temperatur von dem Fahrzeuginsassen ermöglicht und die an einem Instrumentenbrett innerhalb des Fahrgastrau­ mes angeordnet ist.

9. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatureinstellvorrichtung einen Heizwärmeaustau­ scher und einen Kühlwärmeaustauscher umfaßt, daß der Lüfter ein Lüfter mit einstellbarem Luftvolumenstrom ist und daß eine Luftmischklappe in einem Luftzuführkanal derart angeord­ net ist, daß die Klappe das Mischungsverhältnis der Strömung durch den Kühlwärmeaustauscher und der Strömung durch den Heizwärmeaustauscher regeln kann.

10. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung eine Betriebsartänderungseinrich­ tung zum Ändern der Betriebsart der Strömungsverläufe, die in den Fahrgastraum gerichtet sind, auf der Grundlage der Auslaßlufttemperatur ermöglicht.

11. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung eine Betriebsartänderungseinrich­ tung zum Ändern der Betriebsart des zum Fahrgastraum hinge­ richteten Strömungsverlaufs basierend auf dem Unterschied zwischen dem Komfortabilitätsindex und dessen Sollwert um­ faßt.

12. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koeffizienten K1 bis K5 einen ersten Koeffizienten­ satz K1 bis K5 für die Kühlung und einen zweiten Koeffizien­ tensatz K1 bis K5 für das Aufheizen aufweisen, wobei sich die jeweiligen Sätze der Konstanten K1 bis K5 voneinander unterscheiden.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung einen ersten Komfortabilitätsindex auf der Grundlage des ersten Satzes des Koeffizienten K1 bis K5 für das Kühlen berechnet und einen zweiten Komfortabilitäts­ index auf der Grundlage des zweiten Satzes der Koeffizienten K1 bis K5 für das Heizen und daß die Regelvorrichtung eine Kombination des Auslaßluftvolumens der Auslaßlufttemperatur auswählt, die die Differenz zwischen dem ersten Komfortabili­ tätsindex und dessen Sollwert und die Differenz zwischen dem zweiten Komfortabilitätsindex und dessen Sollwert minimiert.

14. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelvorrichtung eine erste Berechnungseinrichtung zur Berechnung der optimalen Auslaßlufttemperatur und des optimalen Auslaßluftvolumens zur Beibehaltung der Innentempe­ ratur auf dem vorgewählten Innentemperaturwert umfaßt und eine zweite Recheneinrichtung zum Berechnen der Komfortabili­ tätsindices basierend auf der optimalen Auslaßlufttemperatur und den optimalen Auslaßluftvolumen, die mittels der ersten Berechnungseinrichtung ermittelt wurden.

15. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 14, dadurch gekennzeich­ net, daß die Regelvorrichtung weiterhin eine Auswahlvorrich­ tung zum Auswählen einer Kombination einer optimalen Auslaß­ lufttemperatur und eines optimalen Luftauslaßvolumens als Sollauslaßlufttemperatur und -volumen umfaßt, welches er­ laubt, daß der Komfortabilitätsindex an seinen Sollwert ange­ nähert wird, und daß die Regelvorrichtung weiterhin eine Ar­ beitsregeleinrichtung zum Regeln der Auslaßlufttemperatur durch die Einstellvorrichtung und des Auslaßluftvolumens durch den Lüfter, um diese in Übereinstimmung mit der ausge­ wählten Kombination zu bringen.

16. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regeleinrichtung das Auslaßluftvolumen schrittweise von seinem Minimalwert auf seinen Maximalwert variiert und die Auslaßlufttemperatur, die für die entsprechenden Auslaß­ luftvolumina geeignet ist, und die Komfortabilitätsindices, die auf den entsprechenden Kombinationen des Auslaßluftvolu­ mens und der Auslaßlufttemperatur basieren, berechnet.

17. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß die Regelvorrichtung eine Kombination des Auslaß­ luftvolumens und der Auslaßlufttemperatur auswählt, die die Differenz zwischen dem Komfortabilitätsindex und dem Soll­ wert des Komfortabilitätsindex minimiert und die sich erge­ bende Kombination als eine Kombination des Sollauslaßluftwer­ tes und -volumens einsetzt.

18. Fahrzeugklimaanlage nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß die Regeleinrichtung Mittel zum Annehmen einer Strö­ mungsbetriebsart aufweist, die durch den Strömungsverlauf in Richtung auf den Fahrgastraum definiert ist und Mittel zum Bestimmen, ob die angenommene Betriebsart für die ausgewähl­ te Kombination des Auslaßluftvolumens und der Auslaßlufttem­ peratur geeignet ist.

19. Fahrzeug mit einer Fahrzeugklimaanlage, die folgende Teile umfaßt:
eine Temperaturregelvorrichtung zum Regeln der an den Fahr­ gastraum abzugebenden Lufttemperatur, so daß die innere Lufttemperatur auf eine gewünschte Temperatur geregelt wer­ den kann,
einen Ventilator, der dazu dient, die Luft durch die Tempera­ tursteuervorrichtung zu fördern und in den Fahrgastraum aus­ zublasen,
die Luft durch die Temperatursteuervorrichtung zu fördern und in den Fahrgastraum auszublasen,
Regelmittel zum Einstellen einer Sollauslaßlufttemperatur und eines Sollauslaßluftvolumens,
in welchem die Regelmittel Mittel zum Einstellen eines Kom­ fortabilitätsindex umfassen, der eine Funktion der Betriebs­ bedingungen ist, die zumindest die Auslaßlufttemperatur und das Auslaßluftvolumen umfaßt und der eine Maßzahl ist, die den Grad des Komforts des Fahrzeuginsassen wiedergibt,
eine Temperaturwählvorrichtung, die innerhalb des Fahrgast­ raumes angeordnet ist, um dem Fahrzeuginsassen ein manuelles Wählen der gewünschten Innentemperatur zu ermöglichen,
eine Einstellvorrichtung zum Einstellen eines Sollwertes für den Komfortabilitätsindex in Abhängigkeit von der Innentempe­ ratur, die über die Temperaturwahlvorrichtung vorgewählt wur­ de, und
eine Lufttemperatur- und Volumeneinstellvorrichtung zum Ein­ stellen einer Kombination der Sollauslaßlufttemperatur und des Sollauslaßluftvolumens, die es ermöglicht, daß der Kom­ fortabilitätsindex an den Sollwert, der durch die zuvorge­ nannte Wahlvorrichtung eingestellt wurde, angenähert wird.

20. Fahrzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß eine Luftmischklappe in einem Belüftungskanal angeordnet ist, in welchem die Luftmischklappe ein Mischungsverhältnis der Strö­ mung durch eine Kühlschlange und der Strömung durch einen Heizstab geregelt werden kann und daß die Öffnung der Luft­ mischklappe entsprechend folgender Gleichung eingestellt wird R= (To - Te)/(Kw·Tw - Te),in welcher To die Auslaßlufttemperatur, Te die Auslaßlufttem­ peratur der Kühlschlange, Tw die Motorkühltemperatur und Kw ein Koeffizient zum Umwandeln der Motorkühltemperatur in eine Auslaßlufttemperatur des Heizstabes ist.