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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung und
insbesondere auf eine Steuervorrichtung, die besonders geeignet
ist für
ein automatisches Klimatisierungssystem für eine Klimatisierungseinheit
für Fahrzeuge,
die eine Leistungsfähigkeit
halten kann, die gleich groß oder
größer als die
einer herkömmlichen
automatischen Klimatisierung ist, und die die Teile und das Steuersystem
wesentlich vereinfachen kann, wodurch eine kostengünstige Klimaanlage
für Fahrzeuge
erzielt wird.
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In
einer Klimatisierungseinheit für
Fahrzeuge, die einen Verdampfer (eine Kühlvorrichtung) und einen Heizer
(eine Heizvorrichtung) aufweist, wird im allgemeinen eine Steuermenge
einer Luftmischklappe zusammen mit der Kühlvorrichtung und der Heizvorrichtung
entsprechend einer Einstelltemperatur geregelt, und unter Berücksichtigung
verschiedener Rückkopplungssignale
wird eine Zieltemperatur für die
eingeblasene Luft so gesteuert, dass eine Fahrzeuginnentemperatur
eine Zieltemperatur annimmt. Bei einer automatischen Klimatisierung
wird zum Berechnen der Blasluftzieltemperatur auf erfasste Werte
der thermischen Belastung wie z.B. Fahrzeuginnentemperatur, Außenlufttemperatur,
Sonnenscheinmenge, Verdampferausgangslufttemperatur usw. Bezug genommen,
und die jeweiligen Steuervorrichtungen (eine Luftmischklappe, Klappe
zum Schalten der Blasarten und zum Schalten einer angesaugten Luft,
die zur Klimatisierung zwischen der Innenluft und der Außenluft
verwendet wird, usw.) werden gesteuert.
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Da
bei so einer herkömmlichen
Klimatisierung jedoch viele Erfassungsvorrichtungen für die thermische
Belastung und verschiedene Temperatursteuerungsvorrichtungstreibereinheiten erforderlich
sind und viele komplizierte Steuersysteme und Gleichungen verwendet
werden, sind zum Bilden des Steuersystems für die Klimatisierung viel Zeit
und Kosten erforderlich.
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Weiterhin
gibt es einen Fall, in dem ein zeitlicher Verlauf einer Blaslufttemperatur
ein Überschwingen
oder Unterschwingen aufweist, insbesondere zum Zeitpunkt des Änderns einer
Einstelltemperatur; und besonders wenn ein Überschwingen auftritt, was
vorübergehend
eine hohe Blaslufttemperatur bewirkt, kann es einem Fahrer ein unangenehmes Gefühl geben.
Da bei der herkömmlichen
Steuerung die Reaktionsänderungen
gegen die Blaslufttemperatur für
die Fahrzeuginnentemperatur nicht berücksichtigt wird, tritt ein
Fall auf, bei dem die Fahrzeuginnentemperatur überschwingt oder unterschwingt.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung
bereitzustellen, die für eine
Klimatisiereinheit für
Fahrzeuge geeignet ist, die ein Überschwingen
und ein Unterschwingen einer Fahrzeuginnentemperatur vermeiden kann
und die Bequemlichkeit durch Abschätzen der Fahrzeuginnentemperatur
in einem Übergangszustand
auf optimale Weise verbessern kann, und die dies mit einem einfachen
und kostengünstigen
Steuersystem erreichen kann.
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Die
US 5,944,256 offenbart eine
Klimaanlage für
ein Fahrzeug.
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Dementsprechend
besteht die Erfindung in einer Steuervorrichtung für eine Klimatisierungseinheit
für Fahrzeuge,
wobei die Steuervorrichtung enthält:
ein Fahrzeuginnentemperatureinstellmittel zum Einstellen einer Temperatur
eines Fahrzeuginneren, ein Fahrzeuginnentemperaturerfassungsmittel
zum Erfassen der Temperatur des Fahrzeuginneren, ein Blasluftzieltemperaturberechnungsmittel
zum Berechnen einer Zieltemperatur von Luft, die in das Fahrzeuginnere
geblasen wird, so dass die Temperatur des Fahrzeuginneren eine Einstelltemperatur wird,
ein Blaslufttemperatursteuermittel zum Steuern der in das Fahrzeuginnere
geblasenen Luft, ein Fahrzeuginnentemperaturzielantwortberechnungsmittel
zum Berechnen und Bezeichnen einer Zielantwort in einem Übergangszustand,
bei dem die Temperatur des Fahrzeuginneren die Einstelltemperatur erreicht,
und ein Fahrzeuginnentemperaturrückkopplungsberechnungsmittel
zum Berechnen einer Abweichung zwischen einer Fahrzeuginnenzieltemperatur
in der Zielantwort und der von dem Fahrzeuginnentemperaturerfassungsmittel
erfassten Fahrzeuginnentemperatur, wobei die Steuervorrichtung ein
Fahrzeuginnentemperaturabschätzmittel aufweist
zum Abschätzen
einer Fahrzeuginnentemperatur in dem Übergangszustand zum Erreichen
der Einstelltemperatur auf der Grundlage der von dem Fahrzeuginnentemperaturzielantwortberechnungsmittel
bezeichneten Zielantwort, wobei das Abschätzen der Fahrzeuginnentemperatur
in dem Fahrzeuginnentemperaturabschätzmittel durch eine Gleichung
ausgeführt
wird, die die Zeit als Variable enthält, wobei die Vorrichtung dadurch
gekennzeichnet ist, dass das Fahrzeuginnentemperaturabschätzmittel
daran angepasst ist, die Fahrzeuginnentemperatur durch eine Mehrzahl
von Verzögerungsgleichungen
erster Ordnung oder daran angenäherten
Gleichungen, deren Zeitkonstanten voneinander verschieden sind,
abzuschätzen,
wobei die Summe der Werte, die aus diesen Gleichungen bestimmt werden,
die Zielantwort als Fahrzeuginnentemperaturschätzwert bildet.
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Gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung ist das Fahrzeuginnentemperaturabschätzmittel
daran angepasst, die Fahrzeuginnentemperatur durch zwei Verzögerungsgleichungen
erster Ordnung oder zwei daran angenäherte Gleichungen abzuschätzen, wobei
die Summe der Werte, die daraus bestimmt werden, die Zielantwort
als Fahrzeuginnentemperaturschätzwert
bildet, eine Zeitkonstante in einer Gleichung in einem Bereich von
90 bis 180 Sekunden eingestellt ist und eine Zeitkonstante in der anderen
Gleichung in einem Bereich von 90 bis 180 Sekunden eingestellt ist.
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In
der oben beschriebenen Steuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
die für
eine Klimatisierungseinheit für
Fahrzeuge geeignet ist, wird in Übereinstimmung
mit einem Einstellwert ein Antwortmodell für den Zielwert berechnet und
bezeichnet, d.h. die Zielantwort wird automatisch berechnet und bezeichnet,
eine Menge einer Vorwärtssteuerung,
die erforderlich ist, um das zu erreichen, wird berechnet, und eine
Steuermenge einer Rückkopplung
wird zu dem berechneten Wert addiert, und es wird zu einer geeigneteren
Steuermenge korrigiert. Auch wenn diese Vorwärtssteuermenge als Fahrzeuginnentemperaturschätzwert in
einem Übergangszustand
zum Erreichen der Einstelltemperatur von dem Fahrzeuginnentemperaturabschätzmittel berechnet
wird, wird diese Berechnung über
eine Gleichung durchgeführt,
die Zeit als Variable enthält, beispielsweise
eine Verzögerungsgleichung
erster Ordnung oder eine daran angenäherte Gleichung. Durch das
Berechnen einer Verzögerung
erster Ordnung oder einer daran angenäherten Berechnung wird eine
wünschenswertere
Antworteigenschaft ohne Überschwingen
und Unterschwingen berechnet, und da darauf basierend die Fahrzeuginnentemperatur
gesteuert wird, kann das Auftreten eines Überschwingens oder eines Unterschwingens
in einer tatsächlichen
Fahrzeuginnentemperatur verhindert werden. Daher kann die Fahrzeuginnentemperatur
auf eine gewünschte
Zieltemperatur gesteuert werden, und eine komfortable Klimatisierung
kann erreicht werden. Da weiter das Auftreten eines Überschwingens
und eines Unterschwingens in der Übergangsantwort der Blaslufttemperatur
verhindert werden kann, kann verhindert werden, dass dem Fahrer ein
unangenehmes Gefühl
gegeben wird, das zur Zeit des Auftretens dieses Überschwingens
und Unterschwingens gegeben wäre,
wodurch eine komfortable Klimatisierung erhalten wird.
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Da
in der oben beschriebenen Steuerung das Rückkoppelsignal im wesentlichen
nur ein Erfassungssignal aufgrund des Fahrzeuginnentemperaturerfassungsmittels
ist, und die Steuerung insgesamt basierend auf der Vorwärtssteuerung
ausgeführt
wird, ist es nicht erforderlich, wie bei der Steuerung in dem herkömmlichen
System basierend auf vielen Rückkoppelsignalen
Berechnungen und Steuerungen auszuführen. Daher kann in dem Steuersystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung die Fahrzeuginnentemperatur basierend auf geeigneten Steuersignalen
von einem einfa chen Steuersystem gesteuert werden. Demzufolge kann
das Steuersystem beträchtlich
vereinfacht werden und begleitend dazu kann eine große Kostenverringerung
möglich
sein, während
eine Leistungsfähigkeit ähnlich der
herkömmlichen
automatischen Klimatisierung beibehalten wird oder im Hinblick auf
das Überschwingen
und Unterschwingen eine hervorrangendere Leistungsfähigkeit
als die der herkömmlichen
automatischen Klimatisierung sichergestellt ist.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindungen sind zu verstehen
aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Figuren,
von denen
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1 eine
schematische Darstellung einer Klimatisierungseinheit für Fahrzeuge
als einer Steuervorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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2 ein
Blockdiagramm ist, das ein Beispiel für die Steuerung in der in 1 dargestellten Klimatisierungseinheit
zeigt;
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3 ein
Diagramm ist, das ein Beispiel für die
Abschätzung
der Fahrzeuginnentemperatur durch die in 2 dargestellte
Steuerung zeigt.
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1 zeigt
einen schematischen Aufbau einer Klimatisierungseinheit für Fahrzeuge
als Steuervorrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In 1 zeigt
das Bezugszeichen 1 ein mechanisches Teil der Klimatisierungseinheit für Fahrzeuge.
Eine Schaltklappe 5 ist auf der Eingangsseite eines Luftkanals 2 bereitgestellt
zum Steuern des Verhältnisses
zwischen der Luftmenge, die von einem Innenlufteinführdurchlass 3 angesaugt wird,
zu der Luftmenge, die von einem Außenlufteinführdurchlass 4 angesaugt
wird. Die eingeführ te
Luft wird von einem Gebläse 7,
das von einem Motor 6 angetrieben wird, angesaugt und in
den Luftkanal 2 geschickt. Die Menge der von dem Gebläse 7 geschickten
Luft wird durch Steuern des Motors 6 eingestellt.
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Ein
Verdampfer 8 ist als Kühler
an einer Stelle stromabwärts
des Gebläses 7 bereitgestellt,
und ein Heißwasserheizer 9 ist
als Heizer an einer Stelle stromabwärts davon bereitgestellt. Motorkühlwasser 10,
das von einem (nicht dargestellten) Motor zugeführt wird, zirkuliert in dem
Heißwasserheizer 9 als Wärmequelle
des Heizers 9, und die angesaugte Luft wird von dem Heißwasserheizer 9 geheizt.
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Ein
Kühlmittel,
das in einem Kühlmittelkreis 11 umläuft, wird
dem Verdampfer 8 zugeführt.
In dieser Ausführungsform
wird das Kühlmittel
von einem nicht verstellbaren Kompressor 12 komprimiert,
dessen Abgabemenge von einer (nicht dargestellten) Kupplung geändert werden
kann, die von der Kupplungssteuerung 16 gesteuert ist.
Das komprimierte Kühlmittel
wird von dem Kondensator 13 kondensiert, über einen
Behälter 14 und
ein Expansionsventil 15 an den Verdampfer geschickt und
von dem Verdampfer 8 in den Kompressor 12 abgesaugt.
Beim Betrieb des Kompressors 12 in dieser Ausführungsform
wird der Kompressor 12 während des Betriebs der Klimatisierung
immer über
die Steuerung der Kupplungssteuerung 16 betrieben.
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Eine
Luftmischklappe 17 ist an einer Stelle unmittelbar stromabwärts des
Heißwasserheizers 9 bereitgestellt.
Ein Verhältnis
zwischen der Luftmenge, die durch den Heizer 9 hindurchgeht,
zu derjenigen, die an dem Heizer 9 vorbeigeht, wird gesteuert durch
Einstellen eines Öffnungsgrades
der Luftmischklappe 17, die von einem Luftmischklappenbetätiger 18 betätigt wird.
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Die
temperaturkonditionierte Luft wird über jeweilige Luftauslassdurchlässe 19, 20 und 21 (z.B. DEF-Modus-Luftauslassdurchlass 19,
VENT-Modus-Luftauslassdurchlass 20 und FOOT-Modus- Luftauslassdurchlass 21)
in ein Inneres eines Fahrzeugs geschickt. Klappen 22, 23 und 24 sind
jeweils für
die Steuerung des Vorgangs des Öffnens/Schließens der
jeweiligen Luftauslassdurchlässe 19, 20 und 21 bereitgestellt.
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Die
oben beschriebene Kupplungssteuerung für den Kompressor 12 und
der Luftmischklappenbetätiger 18 werden
gesteuert auf der Grundlage von Signalen, die von einer Hauptsteuerung 25 gesendet werden.
Der Hauptsteuerung 25 werden ein Einstelltemperatursignal
von der Fahrzeuginnentemperatureinstellvorrichtung 26 und
ein erfasstes Signal von dem Innenlufttemperatursensor 27 eingegeben.
Weiterhin werden in dieser Ausführungsform
ein verdampferausgangsseitiger Lufttemperatursensor 28 auf
der Ausgangsseite des Verdampfers 8 bereitgestellt, und
das Messsignal wird der Hauptsteuerung 25 eingegeben.
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Unter
Verwendung des oben beschriebenen Systems wird in der Hauptsteuerung 25 die
Steuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung, beispielsweise wie in 2 dargestellt,
ausgeführt.
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Entsprechend
einer Einstelltemperatur Tset (einem Zielwert für die Fahrzeuginnentemperatur), die
von der Fahrzeuginnentemperatureinstellvorrichtung 26 eingestellt
wird, wird ein Zielantwortmodell Tf von einem voreingestellten Anfangswert
(beispielsweise einer Raumtemperatur von 25°C) bis zum Erreichen des eingestellten
Temperaturzielwerts von einem Fahrzeuginnentemperaturzielantwortberechnungsmittel
berechnet, in dieser Ausführungsform durch
zwei Fahrzeuginnentemperaturabschätzungsmodelle Tf1 und Tf2,
die die Schwankung der Antwort der Fahrzeuginnentemperatur berücksichtigen;
und durch die Summe der daraus berechneten Werte wird die Fahrzeuginnentemperaturzielantwort
Tf als Fahrzeuginnentemperaturschätzwert wie folgt berechnet: Tf = Tf1 + Tf2 Tf1 = (TL × Tset +
Tc1 × Tf1
(ein voriger Wert))/(Tc1 + TL) Tf2 = (TL × Tset +
Tc2 × Tf2
(ein voriger Wert))/(Tc2 + TL)
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Dabei
ist TL ein Steuerzyklus, und Tc1 und Tc2 sind Fahrzeuginnentemperaturantwortbezeichnungsparameter.
Tf1 und Tf2 sind Verzögerungsgleichungen
erster Ordnung.
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Wie
in 3 dargestellt, wird nämlich der Fahrzeuginnentemperaturschätzwert Tf,
der eine Fahrzeuginnentemperaturzielantwort ist, als Summe aus Tf1
und Tf2 festgelegt, und die jeweiligen Fahrzeuginnentemperaturschätzwertkomponenten
Tf1 und Tf2 werden als Werte festgelegt, die aus Verzögerungsgleichungen
erster Ordnung oder daran angenäherten
Gleichungen berechnet sind. In diesen zwei Verzögerungsgleichungen erster Ordnung
ist vorzuziehen, dass eine Zeitkonstante bei der Berechnung einer
Gleichung in einem Bereich von 90 bis 180 Sekunden eingestellt ist
und eine Zeitkonstante in der Berechnung der anderen Gleichung in
einem Bereich von 500 bis 1.000 Sekunden eingestellt ist. In dem
in 3 gezeigten Beispiel ist eine Zeitkonstante in
einer Verzögerungsberechnung
erster Ordnung (Berechnung von Tf1) auf 150 Sekunden eingestellt, und
eine Zeitkonstante bei der anderen Verzögerungsberechnung erster Ordnung
(Berechnung von Tf2) ist auf 700 Sekunden eingestellt. Dabei bedeutet „Zeitkonstante" eine Zeit zum Erreichen
einer 63,2%-Antwort.
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Durch
Berechnen des Fahrzeuginnentemperaturschätzwerts Tf als die Summe aus
einer Mehrzahl von (in dem oben beschriebenen Beispiel zwei) Fahrzeuginnentemperaturschätzwertkomponenten Tf1
und Tf2, deren Zeitkonstanten voneinander verschieden sind, kann
somit eine wünschenswertere Antwortcharakteristik
erzielt werden, und in der später
beschriebenen Blaslufttemperatur kann letztlich bei der Steuerung
der Fahrzeuginnentemperatur das Auftreten von Überschwingen und Unterschwingen sicherer
verhindert werden.
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In
einem Fall, in dem das Fahrzeuginnentemperaturabschätzmittel
nur eine Verzögerungsgleichung
erster Ordnung aufweist, ist vorzuziehen, dass eine Zeitkonstante
bei der Berechnung in einem Bereich von 90 bis 180 Sekunden eingestellt
ist.
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Mit
Bezug zurück
auf 2 wird beim Berechnen einer Blasluftzieltemperatur
Toc ein Vorwärtsberechnungswert
Toc1 der Blasluftzieltemperatur relativ zu dem oben beschriebenen
Fahrzeuginnentemperaturantwortzielwert Tf festgelegt. Dann wird
ein Rückkoppelberechnungswert
Toc2 der Blasluftzieltemperatur aus dem Fahrzeuginnentemperaturantwortzielwert
Tf und einer tatsächlich
erfassten Fahrzeuginnentemperatur TR ermittelt.
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Die
Blasluftzieltemperatur Toc wird aus der Summe aus dem Vorwärtsberechnungswert
Toc1 und dem Rückkoppelberechnungswert
Toc2 der Blasluftzieltemperatur durch die folgende Gleichung berechnet: Toc0 Toc1 + Toc2
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Auf
der Grundlage dieses Berechnungsergebnisses der Blasluftzieltemperatur
Toc wird ein Öffnungsgrad
AMD der Luftmischklappe mit der folgenden Gleichung berechnet: AMD = f(Toc)
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In
dieser Ausführungsform
werden für
diese Berechnung eine heizereingangsseitige Heißwassertemperatur TW (diese
Temperatur wird im allgemeinen als Motorkühlwassertemperatur erfasst)
und eine verdampferausgangsseitige Lufttemperatur Te weiter verwendet,
und AMD wird durch die folgende Gleichung berechnet: AMD
= f(Toc, TW, Te)
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Das
berechnete Luftmischklappenöffnungsgradsignal
(Luftmischklappenpositionssignal) AMD wird an den Luftmischklappenbetä tiger 18 ausgegeben,
und der Öffnungsgrad
der Luftmischklappe wird tatsächlich
gesteuert.
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Bei
einer solchen Steuerung wird das Zielantwortmodell in Übereinstimmung
mit der Einstelltemperatur im wesentlichen als Vorwärtssignal berechnet,
und unabhängig
davon wird das Rückkoppelsteuersignal
unter Verwendung eines erfassten Signals von dem Fahrzeuginnentemperatursensor
(Innenlufttemperatursensor 27) ausgeführt. Daher kann das Vorwärtssignal
von dem Rückkoppelsignal
in geeigneter Weise korrigiert werden, und das korrigierte Signal
wird als Steuersignal zum Steuern der Blaslufttemperatur verwendet,
das eine hinreichend hohe Zuverlässigkeit
aufweist. Da außerdem im
wesentlichen nur ein Rückkoppelsignal
das Signal der zu dieser Zeit tatsächlich erfassten Fahrzeuginnentemperatur
ist, kann eine komfortable Klimatisierungssteuerung mit einer guten
Stabilität
und einer guten Antworteigenschaft verwirklicht werden, während das
Steuersystem extrem einfach ist.
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Weiter
wird in dieser Ausführungsform
eine kühlerausgangsseitige
Lufttemperatur TVI aus der oben beschriebenen Blasluftzieltemperatur
Toc durch die folgende Gleichung berechnet: TVI
= f(Toc),und eine kühlerausgangsseitige
Lufttemperatur TVII wird aus der oben beschriebenen Einstelltemperatur Tset
mit der folgenden Gleichung berechnet: TVII =
f(Tset, RH),wobei RH eine relative Fahrzeuginnenzielfeuchtigkeit ist,
und sie ist als fester Einstellwert gegeben. Eine niedrigere Temperatur
aus den so berechneten TVI und TVII wird als Zielwert für die kühlerausgangsseitige
Lufttemperatur TV festgelegt, und auf der Grundlage von TV wird
ein Kupplungssteuersignal an die Kupplungssteuerung 16 ausgegeben.
In der Kupplungssteuerung 16 wird die Steuerung so ausgeführt, dass
der erfasste Wert Te der kühlerausgangsseitigen
Lufttemperatur der oben beschriebene Zielwert TV wird.
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Durch
Steuern der Kupplungssteuerung 16 auf der Grundlage von
TV und dadurch Steuern des Betriebs des Kompressors 12 kann
ein erforderlicher Minimalbetrieb ausgeführt werden, und die Leistungsfähigkeit
zum Sparen von Energie kann verbessert werden. Da die Verdampfungstemperatur
des Kühlmittels
auch optimiert werden kann, kann weiterhin die Komfortabilität bei der
Klimatisierung weiter verbessert werden.