DE60018153T2 - Verfahren und System zur automatischen Mehrzonenklimaregelung - Google Patents

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Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die betreffende Erfindung betrifft allgemein elektronische Regelungssysteme und insbesondere ein Verfahren zum Selbstregeln eines automatischen Mehrbereichs-, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystems (HLK-Systems).
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Es ist bekannt, ein elektronisches Regelungssystem zum Selbstregeln eines HLK-Systems in einem Fahrzeug vorzusehen. Typischerweise wird ein automatisches Einbereichs-Regelungssystem verwendet, um ein HLK-System in einem Fahrzeug zu regeln. Es ist jedoch wünschenswert, ein elektronisches Regelungssystem bereitzustellen, das bei einem HLK-System automatisch mehrere Bereiche steuert.
  • Die U.S.-Patentschrift Nr.5582234 offenbart ein Verfahren zum Regeln eines Mehrbereichs-HLK-Systems eines Fahrzeugs, das die folgenden Schritte umfasst:
    Empfangen von mehreren erfassten Eingangssignalen von Sensoren, die sich auf mehrere Bereiche eines Insassenraums des Fahrzeugs beziehen; Empfangen von mehreren manuellen Eingangssignalen von Tasten, die sich auf die mehreren Bereiche beziehen; Ausgeben von mehreren Ausgangssignalen zu den Mechanismen des HLK-Systems, um die Temperatur und die Strömung der Luft von dem HLK-System in die mehreren Bereiche zu steuern; und Steuern der Temperatur und der Strömung der Luft in jeden der mehreren Bereiche auf der Grundlage der empfangenen Eingangssignale und der Ausgangssignale zu den Mechanismen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Entsprechend der betreffenden Erfindung wird ein Verfahren zum Selbstregeln eines Mehrbereichs-HLK-Systems nach Anspruch 1 bereitgestellt. Das Regelungssystem enthält mehrere Sensoren, um Eingangssignale bereitzustellen, die sich auf mehrere Bereiche eines Insassenraums des Fahrzeugs beziehen, und mehrere Tasten, um manuelle Eingangssignale bereitzustellen, die sich auf die mehreren Bereiche beziehen. Das Regelungssystem enthält auch mehrere Mechanismen, um die Temperatur und die Strömung der Luft von dem HLK-System in die mehreren Bereiche zu steuern. Das Regelungssystem enthält ferner einen Regler, der mit den Sensoren und den Tasten elektrisch verbunden ist, um die Eingangssignale davon zu empfangen, und der mit den Mechanismen elektrisch verbunden ist, um die Temperatur und die Strömung der Luft in jeden der mehreren Bereiche zu steuern.
  • Ein Vorteil der betreffenden Erfindung ist, dass ein elektronisches Mehrbereichs-Regelungssystem bereitgestellt wird, um ein HLK-System eines Fahrzeugs zu regeln. Ein weiterer Vorteil der betreffenden Erfindung ist, dass das elektronische Regelungssystem einen automatischen Dreibereichs-HLK-Regler enthält, um ein HLK-System einschließlich einer automatischen Zweifach-Fronttemperaturregelung (Fahrer/Beifahrer-Temperaturregelung) und einer vollständigen automatischen Fondtemperaturregelung (Klimaanlage-, Heizungs-, Temperatur-, Betriebsart- und Gebläsesteuerung) zu regeln. Ein nochmals weiterer Vorteil der betreffenden Erfindung ist, dass das elektronische Regelungssystem Eingangssignale von mehreren Sensoren wie etwa von einem Luftfeuchtigkeitssensor, einem Sonnenbelastungssensor, einem Luftbeschaffenheitssensor usw. empfängt und Ausgangssignale für mehrere Mechanismen wie etwa für Stellantriebe bereitstellt, um Luftklappen zu bewegen, um die Lufttemperatur und die Luftströmung zu steuern. Weitere Merkmale und Vorteile der betreffenden Erfindung werden ohne weiteres klar, da diese nach dem Lesen der anschließenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen besser verstanden wird.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine grafische Ansicht eines HLK-Systems für ein Fahrzeug, das von einem elektronischen Mehrbereichs-Regelungssystem und -verfahren gemäß der betreffenden Erfindung geregelt wird.
  • 2 ist eine schematische Ansicht einer Luftbehandlungsbaugruppe des HLK-Systems aus 1, die von dem elektronischen Mehrbereichs-Regelungssystem und -verfahren gemäß der betreffenden Erfindung gesteuert wird.
  • 3 ist eine schematische Ansicht des elektronischen Regelungssystems gemäß der betreffenden Erfindung zum Regeln des HLK-Systems aus 1.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß der betreffenden Erfindung zum Selbstregeln des HLK-Systems aus 1.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM(EN)
  • Eine Ausführungsform eines Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystems (HLK-Systems) 10 ist anhand der Zeichnungen und insbesondere anhand der 1 und 2 gezeigt. Im Allgemeinen wird die Steuerung der Lufttemperatur und der Luftströmung (und in einem geringeren Ausmaß der Luftfeuchtigkeit) in einem Fahrzeug mit Hilfe von verschiedenen Stellgliedern erreicht, um die Temperatur und die Strömung der Luft zu beeinflussen, die in einen Fahrzeuginnenraum oder Insassenraum eines (nicht gezeigten) Fahrzeugs zugeführt werden. Das HLK-System 10 enthält ein HLK-Gehäuse oder -Rahmen 12. Das HLK-System 10 enthält auch Heiz- und Kühlelemente wie etwa einen Verdampferblock 14 und einen Heizungsblock 16 in einer typischen Fahrzeugklimaanlage einschließlich eines (nicht gezeigten) Klimaanlagen-Kompressors. Das HLK-System 10 enthält ferner eine Anordnung von Luftströmungsklappen einschließlich der Belüftungs-, Boden-, Enteisungs-, Fondtemperatur-, Fondbelüftungs-, Maximalkühlungs- und Frischluft-/Umluft-Stellglieder oder -Luftklappen 18, 20, 22, 24, 26, 28 bzw. 30. Die Luftklappen 18 bis 30 können zwischen ihren verschiedenen Unterdruck-, Teilunterdruck- und Normaldruckpositionen durch (nicht gezeigte) Saugluftmotoren oder auf eine herkömmliche Art durch einen (nicht gezeigten) elektrischen Stellmotor angetrieben werden. Das HLK-System 10 enthält auch einen drehzahlveränderlichen Gebläsemotor oder drehzahlveränderlichen Lüfter 32. Jede der oben genannten Komponenten steht mit dem HLK-Gehäuse 12 und dem damit verbundenen Kanalnetz 34 in Verbindung, um die Temperatur, die Richtung der Luftströmung und das Verhältnis der Frischluft oder Zuluft zur Umluft zu steuern.
  • Gemäß der betreffenden Erfindung wird zum automatischen Steuern der Temperatur und der Strömung der Luft im Insassenraum oder Fahrzeuginnenraum des Fahrzeugs ein elektronisches Mehrbereichs-Regelungssystem bereitgestellt, das allgemein mit 36 gezeigt ist. Das elektronische Mehrbereichs-Regelungssystem 36 überwacht Zustände innerhalb und außerhalb des Insassenraums und erzeugt Signale, um die Anlagenstellglieder entsprechend den Zuständen, wie sie durch die Sensoren signalisiert werden, zu steuern. Die Verdampfertemperatur wird auf eine herkömmliche automatische Art gesteuert, um zu ermöglichen, dass das HLK-System 10 die darüber strömende Luft entfeuchtet.
  • Wie in 3 gezeigt ist, enthält das elektronische Mehrbereichs-Regelungssystem 36 einen Regler 38. Der Regler 38 enthält einen Mikroprozessor 40. Der Mikroprozessor 40 hat einen Analogeingangsbereich 42, einen Digitaleingangsbereich 44, einen Digitaleungangsbereich 46 und einen Pulsweitenmodulations-Abschnitt (PWM-Abschnitt) 48 für eine zu beschreibende Funktion. Der Regler 38 enthält auch mindestens eine, vorzugsweise mehrere elektrisch mit dem Digitalausgangsbereich 46 verbundene integrierte Zweikanal-Motoransteuerungsschaltungen 50 für eine zu beschreibende Funktion. Der Regler 38 enthält einen Spannungsregler 52 wie etwa einen Fünfvolt-Regler und ist elektrisch mit einem Zündschalter 54 verbunden, der wiederum mit einer Leistungsquelle 56 wie etwa mit einer Batterie des Fahrzeugs elektrisch verbunden ist. Es ist klar, dass der Regler 38 auch mit der Leistungsquelle 56 elektrisch verbunden ist. Es ist auch klar, dass der Regler 38, wie erforderlich, auch geerdet ist. Es ist ferner klar, dass der Regler 38 vorzugsweise ständig den Zustand des Zündschalters 54 und den Zustand des HLK-Systems 10 überwacht.
  • Das elektronische Mehrbereichs-Regelungssystem 36 enthält auch mehrere Sensoren 58 für das Überwachen des HLK-Systems 10 und das Liefern von Signalen zum elektronischen Regler 38, die für die Innentemperatur (Fahrzeuginnentemperatur), die Umgebungslufttemperatur (Außenlufttemperatur), die Austrittslufttemperatur (Luftzuleitung für die linke Fahrzeugseite und für die rechte Fahrzeugseite), die Sonnenbelastung (linke Fahrzeugseite, rechte Fahrzeugseite, Fond), die Verdampfer-Austrittstemperatur, die Motorkühlmitteltemperatur (Wassertemperatur) (ECT), das Abblenden, die Mischluftklappenstellung (linke Fahrzeugseite, rechte Fahrzeugseite und Fond), die Luftklappenstellung (linke Fahrzeugseite und rechte Fahrzeugseite) und die Luftbeschaffenheit typisch sind. Die Sensoren 58 sind elektrisch mit dem Analogbereich 42 des Reglers 38 verbunden. Es ist klar, dass die Sensoren 58, bis auf den Luftbeschaffenheitssensor, dem Regler 38 ein analoges Eingangssignal liefern.
  • Das elektronische Mehrbereichs-Regelungssystem 36 enthält mehrere Tasten 60, die von dem Fahrer für das HLK-System 10 des Fahrzeugs manuell eingestellt werden, um dem Regler 38 Signale zu liefern, die für das Ausschalten (aus), die gewünschte Temperatur (Temperatur), die Klimatisierung (Klimaanlage), die Regelung (Automatik), die Zweifachregelung (zweifach), den Lüfter, den Fondlüfter, die Fondklimatisierung, den Fondbereich, das Enteisen (Enteisen), das Fondenteisen, die Beifahrertemperatur (Beifahrertemperatur), die Betriebsart, die Umluft (Umluft) und die Luftbeschaffenheit-Umluft (Luftbeschaffenheit-Umluft) typisch sind. Die Tasten 60 befinden sich im Insassenraum des Fahrzeugs und sind elektrisch mit dem Digitaleingangsbereich 44 des Reglers 38 verbunden. Es ist klar, dass die Tasten 60 dem Regler 38 ein digitales Eingangssignal liefern.
  • Das elektronische Mehrbereichs-Regelungssystem 36 enthält auch eine Anzeige 62, um Informationen vom Regler 38 wie etwa die Temperatur, eingeschaltete oder ausgelöste Mechanismen usw. anzuzeigen. Die Anzeige 62 ist mit dem Digitalausgangsbereich 46 des Reglers 38 elektrisch verbunden. Die Anzeige 62 kann mehrere Leuchten 64 wie etwa Lumineszenzdioden (LEDs) enthalten, um anzuzeigen, welche Tasten 60 an sind.
  • Das elektronische Mehrbereichs-Regelungssystem 36 enthält auch mehrere Mechanismen 66 wie etwa Stellglieder, Motoren, Kupplungen und Magnetschalter, um die verschiedenen Komponenten des HLK-Systems 10 wie etwa die Luftströmungsklappen einschließlich der Mischung (linke Fahrzeugseite, rechte Fahrzeugseite), die Betriebsart (linke Fahrzeugseite, rechte Fahrzeugseite), die Frischluft/Umluft, die Fondbelüftung, die Fondmischung und die Gebläse (Front und Fond) sowie die Klimaanlagenkupplung zu steuern. Die Mechanismen 66, mit Ausnahme der Mechanismen 66, die Motoren sind, sind mit dem Digitalaungangsbereich 46 des Reglers 38 elektrisch verbunden. Das elektronische Mehrbereichs-Regelungssystem 36 kann PWM-Bausteine 68 enthalten, welche die Mechanismen 66 aneinander elektrisch verbinden, die Motoren sind und der PWM-Ausgangsbereich 48 des Reglers 38 sind. Das elektronische Mehrbereichs- Regelungssystem 36 kann auch weitere Komponenten 70 wie etwa eine Relaissteuereinheit, eine Kraftübertragungsweg-Steuerbaugruppe und einen Niederdruckschalter enthalten, die den Mechanismus 66 elektrisch verbinden, der die Klimaanlagenkupplung und der Digitalausgangsbereich 46 des Reglers 38 ist. Es ist klar, dass der Regler 38 die Luftklappen 22 bis 28 und das Gebläse 32 steuert, um die Temperatur und die Strömung der Luft in den Insassenraum oder Fahrgastraum des Fahrzeugs zu regulieren.
  • In 4 ist ein Verfahren gemäß der betreffenden Erfindung zum Selbstregeln des HLK-Systems 10 mit dem elektronischen Mehrbereichsregler gezeigt. Im Allgemeinen verwendet das Verfahren Eingangssignale von den Sensoren 58 und den Tasten 60 und liefert den Mechanismen 66 Ausgangssignale, um die Temperatur und die Strömung der Luft in den Insassenraum des Fahrzeugs zu steuern. Das Verfahren beginnt entweder in Block 100 oder in Block 102, um die Mischfunktion für die Fahrerseite bzw. für die Beifahrerseite zu berechnen. In Block 100 empfängt das Verfahren Eingangssignale hinsichtlich der Fahrereinstelltemperatur, der Fahrer-Sonnenbelastungstemperatur, der Umgebungstemperatur und der Innentemperatur. Das Verfahren berechnet den Prozentsatz, um den Fahrermischungsmotor zu bewegen, der wiederum die Fahrer-Mischluftklappe (Mischluftklappe der linken Fahrzeugseite) bewegt. Der Prozentsatz wird berechnet als Fahrermischungs% = (Ausgleich + KSonne (230 – FahrerSonne) + Keingestellt (Fahrereinstelltemperatur – 77° F) + KUmgebung (77° F – Umgebungstemperatur) + KFahrzeuginnen (Fahrereinstelltemperatur – Fahrzeuginnentemperatur). Die Variablen weisen vorherbestimmte Werte auf, so dass der Ausgleich = 48 % ist, KSonne = 0,09 % ist, Keingestellt = 1,72 % ist, KUmgebung = 0,40 % ist und KFahrzeuginnen = 1,37 % ist. Der Regler 38 empfängt diese Eingangssignale von den Sensoren 58, berechnet den Prozentsatz und liefert Ausgangssignale zum entsprechenden Mechanismus 66. Das Verfahren geht dann mit Block 104 weiter und bestimmt durch das Verwenden einer im Speicher des Reglers 38 gespeicherten Fahrermischungs-Linearisierungs-Interpolationstabelle ein Ausgangssignal für den Mechanismus 66, das dem Fahrermischungsmotor entspricht.
  • Das Verfahren geht dann mit Block 106 weiter und liefert das Ausgangssignal zum Mechanismus 66 für den Fahrermischungsmotor. Es ist klar, dass der Mechanismus 66 die Mischluftklappe zu der Position bewegt oder dreht, die dem Ausgangssignal entspricht.
  • In Block 102 empfängt das Verfahren Eingangssignale hinsichtlich der Beifahrereinstelltemperatur (Temperatur der rechten Fahrzeugseite), der Beifahrer-Sonnenbelastungstemperatur, der Umgebungstemperatur und der Innentemperatur. Das Verfahren berechnet den Prozentsatz, um den Beifahrermischungsmotor zu bewegen, der wiederum die Beifahrer-Mischluftklappe (Mischluftklappe der rechten Fahrzeugseite) bewegt. Der Prozentsatz wird berechnet als Beifahrermischungs% = (Ausgleich + KSonne (230 – FahrerSonne) + Keingestellt (Fahrereinstelltemperatur – 77° F) + KUmgebung (77° F – Umgebungstemperatur) + KFahrzeuginnen (Fahrereinstelltemperatur – Fahrzeuginnentemperatur). Die Variablen weisen vorherbestimmte Werte auf, so dass der Ausgleich = 48 % ist, KSonne = 0,09 % ist, Keingestellt = 1,72 % ist, KUmgebung = 0,40 % ist und KFahrzeuginnen = 1,37 % ist. Der Regler 38 empfängt diese Eingangssignale von den Sensoren 58, berechnet den Prozentsatz und liefert Ausgangssignale zum entsprechenden Mechanismus 66. Das Verfahren geht dann mit Block 108 weiter und bestimmt durch das Verwenden einer im Speicher des Reglers 38 gespeicherten Beifahrermischungs-Linearisierungs-Interpolationstabelle ein Ausgangssignal für den Mechanismus 66, das dem Beifahrermischungsmotor entspricht. Das Verfahren geht dann mit Block 110 weiter und liefert das Ausgangssignal zum Mechanismus 66 für den Beifahrermischungsmotor. Es ist klar, dass der Mechanismus 66 die Mischluftklappe zu der Position bewegt oder dreht, die dem Ausgangssignal entspricht.
  • Von den Blöcken 100 und 102 geht das Verfahren mit Block 112 weiter und bestimmt eine Fondmischfunktion. Das Verfahren berechnet den Prozentsatz, um den Beifahrermischungsmotor zu bewegen, der wiederum die Beifahrer-Mischluftklappe (Mischluftklappe der rechten Fahrzeugseite) bewegt. Der Prozentsatz wird berechnet als Fondmischungs% = ((Fahrermischungs% + Beifahrermischungs%)/2). Der Regler 38 empfängt diese Eingangssignale als zuvor berechnete Werte, berechnet den Prozentsatz und liefert Ausgangssignale zum entsprechenden Mechanismus 66. Das Verfahren geht dann mit Block 114 weiter und bestimmt durch das Verwenden einer im Speicher des Reglers 38 gespeicherten Fondmischungs-Linearisierungs-Interpolationstabelle ein Ausgangssignal für den Mechanismus 66, das dem Fondmischungsmotor entspricht. Das Verfahren geht dann mit Block 116 weiter und liefert das Ausgangssignal zum Mechanismus 66 für den Fondmischungsmotor. Es ist klar, dass der Mechanismus 66 die Mischluftklappe zu der Position bewegt oder dreht, die dem Ausgangssignal entspricht.
  • Von den Blöcken 100 und 102 geht das Verfahren auch mit Block 118 weiter und bestimmt eine Frontgebläsefunktion. Die Frontgebläsefunktion wird berechnet entsprechend der Gleichung aus Frontgebläse% = ((Trockenmischungs% + Beifahrermischungs%)/2). Der Regler 38 empfängt diese Eingangssignale als zuvor berechnete Werte, berechnet den Prozentsatz und liefert Ausgangssignale zum entsprechenden Mechanismus 66. Das Verfahren geht dann mit Block 120 weiter und bestimmt durch das Verwenden einer im Speicher des Reglers 38 gespeicherten Frontgebläsekennlinien-Interpolationstabelle ein Ausgangssignal für den Mechanismus 66, das dem Frontgebläsemotor entspricht. Das Verfahren geht mit Block 122 weiter und bestimmt eine Kaltstart-Sperrfunktion.
  • In Block 122 empfängt das Verfahren Eingangssignale hinsichtlich der Gebläsedrehzahl und der Heizungsblocktemperatur von den entsprechenden Sensoren 58. Die Kaltstart-Sperrfunktion wird entsprechend der Gleichung berechnet, wenn (das System heizt) und (die Heizungsblocktemperatur < 180° F ist) dann ist das Frontgebläse% gleich 26 %, oder, wenn (die Heizungsblocktemperatur > 120° F ist) dann ist das Frontgebläse% gleich Interpolieren (Frontgebläse% mit der Heizungsblocktemperatur). Das Verfahren geht dann mit Block 124 weiter und liefert das Ausgangssignal zum Mechanismus 66 für den Frontgebläsemotor. Es ist klar, dass der Mechanismus 66 das Frontgebläse mit der Geschwindigkeit bewegt oder dreht, die dem Ausgangssignal entspricht. Das Verfahren endet dann. Es ist klar, dass das Verfahren ununterbrochen wiederholt wird, sobald das elektronische Mehrbereichs-Regelungssystem 36 an ist.
  • Die betreffende Erfindung ist auf eine veranschaulichende Art beschrieben worden.
  • Deshalb kann die betreffende Erfindung in dem Umfang der beigefügten Ansprüche anders als speziell beschrieben wurde verwirklicht werden.

Claims (5)

  1. Ein Verfahren zum Selbstregeln eines Mehrbereichs-, Heizungs-, Lüftungs- und Klimatisierungssystems (HLK-Systems) (10) für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen von mehreren erfassten Eingangssignalen von Sensoren (58), die sich auf mehrere Bereiche eines Insassenraums des Fahrzeugs beziehen, der einen Fahrerseitenbereich, einen Beifahrerseitenbereich und einen Fondbereich umfasst, Empfangen von mehreren manuellen Eingangssignalen von Tasten (60), die sich auf die mehreren Bereiche beziehen, Berechnen einer Fahrerseitenmischfunktion, einer Beifahrerseitenmischfunktion und einer Fondmischfunktion, wobei die Fondmischfunktion eine Berechnung ist, die auf dem arithmetischen Mittel der Fahrerseitenmischfunktion und der Beifahrerseitenmischfunktion basiert, und Interpolieren von Ausgangssignalen auf der Grundlage einer Mischungslinearinterpolation für jede bestimmte Mischfunktion, Ausgeben der interpolierten Ausgangssignale zu den Mechanismen (66) für die Bereiche des HLK-Systems (10), um die Temperatur und die Strömung der Luft von dem HLK-System (10) in die mehreren Bereiche zu steuern, und Steuern der Temperatur und der Strömung der Luft in jeden der mehreren Bereiche auf der Grundlage der empfangenen Eingangssignale und der Ausgangssignale zu den Mechanismen (66).
  2. Ein Verfahren nach Anspruch 1 einschließlich des Schritts des Bestimmens einer Gebläsefunktion auf der Grundlage der bestimmten Mischfunktionen.
  3. Ein Verfahren nach Anspruch 2 einschließlich des Schritts des Interpolierens des Ausgangssignals auf der Grundlage einer Mischungslinearisierung für die bestimmte Gebläsefunktion.
  4. Ein Verfahren nach Anspruch 3, wobei das interpolierte Ausgangssignal zum Mechanismus (66) für ein Gebläse (32) ausgegeben wird.
  5. Ein Verfahren nach Anspruch 3 einschließlich des Schritts des Bestimmens einer Kaltstartfunktion auf der Grundlage des interpolierten Ausgangssignals zum Mechanismus (66) für ein Gebläse (32).
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