DE10014483A1

DE10014483A1 - Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung

Info

Publication number: DE10014483A1
Application number: DE10014483A
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kishita; Yasuhiko Niimi; Yasushi Yamanaka
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-04-15
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2000-11-23
Also published as: US6530426B1; JP2000296715A; JP4218123B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung zum Steuern des Antriebs von mehreren Zusatzgeräten (1, 11) mittels eines einzigen Elektromotors (12) unter Sicherstellung einer notwendigen Kapazität für die Zusatzgeräte (1, 11) in Übereinstimmung mit Nutzungsbedingungen. Auf diese Weise werden in einer Klimaanlage die notwendigen Drehzahlen für die Zusatzgeräte (1, 11), wie etwa einen Verdichter (1) um eine Warmwasserpumpe (11) auf Grundlage einer notwendigen Kühlkapazität und einer notwendigen Heizkapazität berechnet. Die höhere dieser beiden notwendigen Drehzahlen wird als Elektromotordrehzahl zum Antreiben der Zusatzgeräte (1, 11) gewählt. Der Elektromotor (12) wird dadurch auf diese Drehzahl gesteuert. Selbst dann, wenn die Klimatisierungsheizlast aufgrund von Änderungen in der Einsatzumgebung stark variiert, können die Kühl- und Heizkapazitäten, welche für die Klimatisierungstemperatursteuerung notwendig sind, jederzeit erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum An treiben und Steuern von mehreren Zusatzgeräten mittels eines einzigen Elektromotors, und insbesondere eine Elektromotor- Antriebssteuervorrichtung zum Antreiben und Steuern eines Kom pressors bzw. eines Verdichters und einer Warmwasserpumpe in einer Fahrzeugklimaanlage.

In Fahrzeugklimaanlagen wird Kältemittel in einen Kältekreis lauf durch einen Verdichter umgewälzt, der mittels Energie an getrieben ist, die über einen Riemen von einem Verbrennungsmo tor übertragen wird. In ähnlicher Weise wälzt eine Warmwasser pumpe warmes Wasser durch einen Heizerkern und einen Kühler um. Dieser Heizerkern dient zum Heizen einer Fahrgastzelle und der Kühler dient zum Abführen von Wärme aus Kühlwasser. Die Warmwasserpumpe wird durch den Verbrennungsmotor mittels eines Riemens angetrieben. Während diese Anlage an sich gut arbei tet, besitzt sie Nachteile, wenn sie auf bestimmte Typen von Fahrzeugen angewendet wird.

In jüngster Zeit sind Fahrzeuge in Gestalt von Hybridfahrzeu gen entwickelt worden, d. h. Fahrzeuge mit Hybridantrieb. Wenn bei einem derartigen Fahrzeugtyp das Fahrzeug anhält, hält auch der Verbrennungsmotor an. Bei Einsatz eines herkömmlichen Antriebsmechanismus wird damit auch der Lauf des Verdichters und der Warmwasserpumpe gestoppt. Es ist deshalb nicht mög lich, daß diese Geräte ihre zugeordneten Fahrgastzellenkühl- und -heizfunktionen ausüben.

Um diesen Nachteil zu überwinden, ist es möglich, den Verdich ter und die anderen Elemente mit einem Elektromotor bei ange haltenem Fahrzeug anzutreiben. Ein derartiger Antrieb wird un ter Verwendung von elektrischer Energie durchgeführt, die in einer Batterie gespeichert ist. Gespeichert wird diese Energie in der Batterie mittels eines Generators bzw. einer Lichtma schine, der bzw. die durch den Verbrennungsmotor angetrieben wird, wenn das Fahrzeug fährt. Was eine Fahrzeugklimaanlage betrifft, werden die Förderkapazitäten des Verdichters und der Warmwasserpumpe bevorzugt abhängig von der Klimatisierungs heizlast gesteuert. Dies fördert die Fahrgastzellenkühl- und - heizkapazität und spart Energie ein.

Die ungeprüfte japanische Patentschrift Nr. Hei-9-215101 schlägt eine Energieübertragungskupplung vor, die zwischen zwei Antriebsrädern und einem Elektromotor angeordnet ist, welche Kupplung die Räder vom Elektromotor zu trennen vermag. Eine derartige Vorrichtung für ein elektrisches Fahrzeug trennt die Räder von dem Elektromotor, wenn das Fahrzeug an hält. In bezug auf die Anforderungen von Zusatzgeräten wird der Elektromotor mit effizienter Drehzahl angetrieben und ge steuert. Zusatzgeräte, wie etwa Generatoren (Lichtmaschinen), Servolenkpumpen, Unterdruckpumpen und Klimatisierungsverdich ter werden dadurch bei anhaltendem Fahrzeug angetrieben.

Bei dieser Technik wird die Elektromotordrehzahl jedoch zur Verbesserung des Elektromotorwirkungsgrads gesteuert. Die not wendige Kapazität der Zusatzgeräte kann deshalb unter Bezug auf ein Ändern von Zusatznutzungsbedingungen nicht geändert werden. Die vorliegenden Erfindung ist angesichts dieser Nach teile gemacht worden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, mehrere Zusatzgeräte mit einem einzigen Elektromotor anzutrei ben und zu steuern, während die notwendige Kapazität derselben entsprechend Nutzungsbedingungen erzielt wird.

Um diese sowie weitere Aufgaben zu lösen, wird eine Elektromo tor-Antriebssteuervorrichtung bereitgestellt, die einen höhe ren von zwei Parametern als Elektromotordrehzahl wählt. Die erforderlichen Drehzahlen für mehrere Zusatzgeräte wird be rechnet. Die höchste der notwendigen Drehzahlen wird als Zu satzantriebselektromotordrehzahl gewählt und der Antriebselek tromotor wird mit dieser Drehzahl angetrieben.

Beim Antreiben von mehreren Zusatzgeräten mit einem einzigen Elektromotor können deshalb selbst dann, wenn die Nutzungsbe dingungen der mehreren Zusatzgeräte sich ändern, die Zusatzge räte mit der höchsten der notwendigen Drehzahlen motorisch an getrieben werden. Auf diese Weise ist es möglich, die notwen dige Kapazität der Zusatzgeräte jederzeit ungeachtet von Ände rungen der Nutzungsbedingungen zu erzielen. Gemäß einem weite ren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Mehrzahl von Zusatzgeräten anstatt durch den Elektromotor durch den Ver brennungsmotor angetrieben werden.

Bei einer Klimaanlage gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung betrifft eines der Zusatzgeräte die Kühlkapazität und das an dere Zusatzgerät betrifft die Heizkapazität. Die notwendigen Drehzahlen für die Kühl- und Heizgeräte werden auf Grundlage der notwendigen Kühlkapazität und der notwendigen Heizkapazi tät berechnet.

Diese Drehzahlen werden unabhängig berechnet und die höhere der beiden Drehzahlen wird als Elektromotordrehzahl gewählt. Selbst dann, wenn die Klimatisierungsheizlast aufgrund einer starken Änderung der Nutzungsumgebung stark schwankt, können dadurch die Kühl- und Heizkapazitäten stets erzielt werden, die durch die Klimatisierungstemperatursteuerung erforderlich sind.

Bei einer Klimaanlage gemäß dem dritten Aspekt der vorliegen den Erfindung handelt es sich bei dem die Kühlkapazität be treffenden Zusatzgerät um einen Verdichter bzw. Kompressor, und bei dem die Heizkapazität betreffenden Gerät handelt es sich um eine Warmwasserpumpe. Der Verdichter ist für einen Kältekreislauf vorgesehen und die Warmwasserpumpe dient zum Umwälzen von warmem Wasser. Ein Verdampfer, durch welchen Käl temittel des Kältekreislaufs zirkuliert, und ein Heizerkern, durch welchen warmes Wasser zirkuliert, sind in einem Klimati sierungsgehäuse angeordnet. Das Klimatisierungsgehäuse bildet einen Durchlaß, durch welchen Klimatisierungsluft strömt. Bei de Zusatzgeräte besitzen vollständig unterschiedliche Eigen schaften bzw. Kennlinien und erfordern damit zwei unterschied liche Betriebsdrehzahlen. Beide werden durch einen einzigen bzw. einen gemeinsamen Elektromotor angetrieben. Die notwendi gen Kühl- und Heizkapazitäten können deshalb jederzeit durch Betätigen des Elektromotors mit der höheren erforderlichen Drehzahl erzielt werden.

Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird eine Temperatur einstelleinrichtung zum Einstellen der Wärmemenge bereitge stellt, die durch den Heizerkern abgegeben wird. Es ist des halb möglich, die Auslaßtemperatur der in die Fahrgastzelle geblasenen Luft durch Einstellung des Heizerkern einzustellen.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung werden der Verdichter und die Wasserpumpe auch durch einen Verbren nungsmotor zusätzlich zu dem Elektromotor angetrieben. Wenn der Verdichter und die Warmwasserpumpe durch den Verbrennungs motor angetrieben werden, wird deshalb der Elektromotor durch den Verbrennungsmotor angetrieben und wirkt als Generator. D. h., während des Antriebs durch den Verbrennungsmotor kann der Elektromotor zum Antreiben der Zusatzgeräte zu einem Gene rator bzw. zu einer Lichtmaschine werden und eine Fahrzeug bordbatterie laden.

Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine erste notwendige Warmwasserpumpendrehzahl auf Grundlage einer notwendigen Heizkapazität berechnet und eine zweite not wendige Warmwasserpumpendrehzahl wird berechnet, die in Über einstimmung mit der Wassertemperatur des Verbrennungsmotors größer wird. Die höhere der zwei Drehzahlen wird als notwendi ge Warmwasserpumpendrehzahl gewählt.

Selbst dann, wenn die Warmwassertemperatur des Verbrennungsmo tors steigt, wird deshalb die zweite notwendige Warmwasserpum pendrehzahl als notwendige Warmwasserpumpendrehzahl gewählt. Die Warmwasserpumpendrehzahl wird erhöht, um den Durchsatz des warmen Wassers zu dem Kühlwasserkühler zu erhöhen, wodurch ein Überhitzen des Verbrennungsmotors verhindert wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung beispiel haft näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Gesamtansicht einer ersten Ausfüh rungsform einer Fahrzeugklimaanlage für eine bzw. mit ei ner Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung gemäß der Er findung,

Fig. 2 ein Steuerflußdiagramm der ersten Ausführungsform ei ner Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung gemäß der vor liegenden Erfindung,

Fig. 3 ein Diagramm einer ersten Sollverdampferaustrittstem peratur einer Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

Fig. 4 ein Diagramm einer zweiten Sollverdampferaustritts temperatur einer Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfin dung,

Fig. 5 ein Diagramm der notwendigen Warmwasserpumpendrehzahl einer Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,

Fig. 6 eine schematische Gesamtansicht einer Fahrzeugklima anlage einer bzw. für eine Elektromotor- Antriebssteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung,

Fig. 7 ein Steuerflußdiagramm für eine Elektromotor- Antriebssteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungs form der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 8 ein Diagramm einer zweiten notwendigen Warmwasserpum pendrehzahl für eine Elektromotor-Antriebssteuer vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vor liegenden Erfindung.

Fig. 1 zeigt den Gesamtaufbau einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung ist hierbei auf eine Fahrzeugklimaanlage in einem Hybridfahrzeug angewen det. Das Hybridfahrzeug besitzt sowohl einen Verbrennungsmotor wie einen Elektromotor als Antriebsquelle für den Kraftfahr zeugvortrieb. In Fig. 1 besteht ein herkömmlicher Kältekreis lauf R für eine Klimaanlage aus einem Kompressor bzw. Verdich ter 1, einem Verflüssiger 2, einem Flüssigkeitssammeltank 3, einem Expansionsventil 4 (welches ein Druckverringerungsmittel bildet) und einem Verdampfer 5.

Ein Klimatisierungsgehäuse 6 bildet einen Durchlaß, durch wel chen Klimatisierungsluft strömt. Der Verdampfer 5 ist deshalb in einem Klimatisierungsgehäuse 6 angeordnet. Bei dem Verdamp fer 5 handelt es sich um einen Kühlwärmetauscher zum Kühlen von Klimatisierungsluft. Ein durch einen Verdampfer 5 strömen des Gas/Flüssigkeitszweiphasenkältemittel, welches bei niedri gem Druck arbeitet, kühlt Luft (die durch ein Gebläse 7 geför dert wird) durch Absorbieren von Wärme aus der Luft und durch Verdampfen. Entweder Innen- oder Außenluft wird in eine Ansau göffnung 7a des Gebläses 7 durch einen (nicht gezeigten) In nen/Außenluftumschaltkasten gesaugt. Ein Heizerkern 8 ist auf der stromabwärtigen Seite des Verdampfers 5 in dem Klimatisie rungsgehäuse 6 angeordnet.

Bei dem Heizerkern 8 handelt es sich um einen Wärmetauscher, welcher warmes Wasser nutzt, um Klimatisierungsluft zu heizen. Innerhalb des Klimatisierungsgehäuses 6 ist ein Umgehungs durchlaß 8a neben (über) dem Heizerkern 8 gebildet. Um die Strömungsanteile eines Kühlluftstroms, der diesen Umgebungs durchlaß 8a durchsetzt, und eines Warmluftstroms, der den Heizerkern 8 durchsetzt, einzustellen, ist eine plattenförmige Luftmischklappe 9 schwenkbar benachbart zu dem Heizerkern an gebracht.

Auf eine gewünschte Temperatur durch Mischen dieser Kühl- und Warmluftströme gebrachte Luft durchsetzt einen Auslaßbetriebs artumschaltmechanismus und wird in die Fahrgastzelle des Fahr zeugs ausgeblasen. Warmes Wasser (Kühlwasser) Von einem Fahr zeug- bzw. Verbrennungsmotor 10 wird durch den Heizerkern 8 mittels einer Warmwasserpumpe 11 umgewälzt. Der Fahrzeugmotor 10 erfüllt die Rolle einer Warmwasserheizquelle für den Hei zerkern 8. Anstelle des Fahrzeugmotors (Verbrennungsmotors) 10 kann jedoch eine andere Warmwasserheizquelle, wie etwa ein Kraftstoffverbrennungsheizgerät alternativ verwendet werden.

Ein Motor (Elektromotor) 12 zum Antreiben von Zusatzgeräten treibt den Verdichter 1 und die Warmwasserpumpe 11 durch einen Getriebemechanismus unter Verwendung eines Riemens 13 an. Bei dem Motor 12 handelt es sich bei diesem Beispiel um einen Dreiphasen-Wechselstrommotor, der durch einen Wechselrichter 14 mit Dreiphasenwechselspannung versorgt wird. Die Elektromo tordrehzahl kann als solche kontinuierlich eingestellt werden, indem die Frequenz dieser Dreiphasenwechselspannung mittels des Wechselrichters 14 eingestellt wird.

Dem Wechselrichter 14 wird von einer Fahrzeugbatterie 15 Gleichstrom bzw. Gleichspannung zugeführt und er führt die Frequenzsteuerung des Elektromotors 12 auf Grundlage eines Si gnals von einer Klimatisierungssteuereinheit 16 durch. Die Klimatisierungssteuereinheit 16 besteht aus einem Mikrocompu ter und seinen peripheren Schaltkreisen. Mehrere Sensoren sind mit der Klimatisierungssteuereinheit 16 als Eingabe- bzw. Ein gangssensoren verbunden. Diese Sensoren umfassen einen Außen lufttemperatursensor 17 zum Ermitteln einer Außenlufttempera tur Tam, einen Innenlufttemperatursensor 18 zum Ermitteln ei ner Fahrgastzellentemperatur Tr, einen Sonnenstrahlungssensor 19 zum Ermitteln des Pegels Ts von Sonnenstrahlung, die in die Fahrgastzelle strahlt, einen Verdampfertemperatursensor 20 zum Ermitteln einer Temperatur (der Austrittstemperatur) Te des Verdampfers 5, und einen Wassertemperatursensor 21 zum Ermit teln einer Warmwassertemperatur Tw des Heizerkerns 8.

Steuerschalter, wie etwa ein Temperatursteller 23, sind auf einem Klimatisierungssteuerbrett 22 vorgesehen. Der Tempera tursteller 23 dient zum Wählen einer gewünschten Temperatur Tset für die Fahrgastzelle. Die Steuerschalter sind im Bereich einer Spritzwand in der Fahrgastzelle angebracht. Die Steuer signale von diesen Steuerschaltern werden in die Klimatisie rungssteuereinheit 16 eingegeben.

Die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung wird nunmehr er läutert. Fig. 2 zeigt eine Steuerroutine, die durch den Mikro computer der Klimatisierungssteuereinheit 16 ausgeführt wird. Diese Steuerroutine startet, wenn ein (nicht gezeigter) Auto matik-(AUTO)Schalter eingeschaltet wird, der auf dem Klimati sierungssteuerbrett 22 vorgesehen ist. Im Schritt 100 werden die Außenlufttemperatur Tam, die Innenlufttemperatur Tr, die Sonnenstrahlung Ts, die Warmwassertemperatur Tw, die gewünsch te Temperatur Tset und die Verdampferaustrittstemperatur Te eingelesen.

Der Prozeß schreitet daraufhin zum Schritt 200 weiter und be rechnet eine Ziel- bzw. Sollauslaßtemperatur TAO. Bei dieser Sollauslaßtemperatur TAO handelt es sich um die Auslaßtempera tur, die erforderlich ist, um die Fahrgastzelle auf der ge wünschten Temperatur Tset zu halten, und sie entspricht der Klimatisierungsheizlast. Die Sollauslaßtemperatur TAO kann als Funktion von Tset, Tr, Tam und Ts erhalten werden, wie in der folgenden Gleichung 1 aufgezeigt:

TAO = f1(Tset, Tr, Tam, Ts) Gleichung 1

Als nächstes schreitet der Prozeß von Fig. 2 zum Schritt 300 weiter und berechnet eine notwendige Kühlkapazität Qc und eine notwendig Heizkapazität Qh auf Grundlage der Sollauslaßtempe ratur TAO. Bei diesem Beispiel wird die notwendige Kühlkapazi tät Qc aus einer Ziel- bzw. Sollverdampferauslaßtemperatur TEO erhalten.

Als spezielle Methode zum Berechnen einer Sollverdampferaus laßtemperatur TEO kann TEO auf Grundlage einer ersten Sollver dampferauslaßtemperatur TEO1 und einer zweiten Sollverdamp ferauslaßtemperatur TEO2 berechnet werden, wie nachfolgend er läutert.

Unter Bezug auf die erste Sollverdampferauslaßtemperatur TEO1 zeigt Fig. 3 eine in einem ROM des Mikrocomputers abgespei cherte Voreinstellungstabelle. Auf Grundlage dieser Tabelle wird die erste Sollverdampferauslaßtemperatur TEO1 als Funkti on von TAO gewählt. Es gilt deshalb: TEO1 = f(TAO). Um unange nehme Gerüche in dem Verdampfer 5 bzw. durch diesen zu vermei den, besitzt bei diesem Beispiel TEO1 eine obere Grenze von 12°C.

Als nächstes wird die zweite Sollverdampferauslaßtemperatur TEO2 ebenfalls auf Grundlage einer in einem ROM abgespeicher ten Voreinstellungstabelle ermittelt. Diese Tabelle ist in Fig. 4 gezeigt. Die zweite Sollverdampferauslaßtemperatur TEO2 wird in Übereinstimmung mit der Außenlufttemperatur Tam ermit telt. In einem Zwischentemperaturbereich der Außenlufttempera tur Tam (in dem in Fig. 4 gezeigten Beispiel: 18°C bis 25°C) wird die zweite Sollverdampferauslaßtemperatur TEO2 hoch (bei dem Beispiel von Fig. 4 mit 12°C) gewählt, um die notwendige Drehzahl des Verdichters 1 zu verringern. Der Grund hierfür liegt darin, daß in dieser Situation für das Kühlen und Ent feuchten weniger Bedarf besteht. Der Energieverbrauch zum An treiben des Verdichters wird dadurch verringert.

Wenn andererseits während hoher Sommertemperaturen die Außen lufttemperatur Tam 25°C übersteigt, nimmt die zweite Sollver dampferauslaßtemperatur TEO2 invers bzw. umgekehrt zu der an steigenden Außenlufttemperatur Tam ab. Diese Abnahme stellt die Kühlkapazität sicher. Während niedriger Temperaturen, wie etwa dann, wenn die Außenlufttemperatur Tam unter 18°C be trägt, nimmt die zweite Sollverdampferauslaßtemperatur TEO2 bei fallender Außenlufttemperatur Tam ab, um die Entfeuchter kapazität sicherzustellen. Diese Abnahme verringert ein Be schlagen der Fensterscheibe. Dargestellt werden kann dies als TEO2 = f(Tam).

Wie in Fig. 2 gezeigt, wird entweder die erste Sollverdamp ferauslaßtemperatur TEO1 = f(TAO) oder die zweite Sollverdamp ferauslaßtemperatur TEO2 = f(Tam), je nachdem welche niedriger ist, als Sollverdampferauslaßtemperatur TEO gewählt.

TEO = MIN{f(TAO), f(Tam)} Gleichung 2

Da andererseits die Höhe der Sollauslaßtemperatur TAO in di rekter Beziehung zu der notwendigen Heizkapazität Qh steht, kann die notwendige Heizkapazität Qh auf Grundlage von TAO (Qh = f(TAO)) gewählt werden.

Als nächstes wird im Schritt 400 in Fig. 2 eine notwendige Verdichterdrehzahl Nmc auf Grundlage der notwendigen Kühlkapa zität Qc gewählt. Insbesondere wird die Differenz En (En = TEO - Te) zwischen der Sollverdampferauslaßtemperatur TEO und der tatsächlichen Verdampferaustrittstemperatur TE zu vorbe stimmten Zeitintervallen (beispielsweise 4 Sekunden) erhalten. Die Änderungsrate bzw. die Änderungsgeschwindigkeit EDOT die ser Differenz En wird außerdem unter Verwendung der Gleichung 3 erhalten.

EDOT = En - En_-1 (Bei En_-1 handelt es sich um den Wert 4 Sekunden früher) Gleichung 3

Auf Grundlage von En und der Änderungsgeschwindigkeit von EDOT wird ein Ziel- bzw. Solländerungsdelta f bezüglich der Ver dichterdrehzahl dadurch, daß die Verdampferaustrittstemperatur Te auf die Sollverdampferauslaßtemperatur TEO gebracht wird, durch bekannte Fuzzi-Steuerung ermittelt. Die notwendige Ver dichterdrehzahl Nmc kann deshalb unter Verwendung der folgen den Gleichung 4 ausgedrückt werden.

Nmc = aktuelle Verdichterdrehzahl Nc + Solldrehzahländerungsdelta f Gleichung 4

Wenn der Verdichter 1 gestartet wird, wird entweder eine vor bestimmte geschätzte Voreinstelldrehzahl oder eine Drehzahl von Null als Nc eingegeben.

Als nächstes wird die Tabelle von Fig. 5, die voreingestellt und in dem ROM des Mikrocomputers gespeichert ist, verwendet, um eine notwendige Warmwasserpumpendrehzahl Nmw auf Grundlage der notwendigen Heizkapazität Qh und der Warmwassertemperatur Tw zu berechnen. Wie in Fig. 5 gezeigt, ist Qh der höhere Wert und die Warmwassertemperatur Tw ist der niedrigere Wert. Der höhere Wert wird demnach als notwendige Warmwassertemperatur drehzahl Nmw herangezogen.

Als nächstes schreitet der Prozeß zum Schritt S00 weiter und wählt die notwendige Verdichterdrehzahl Nmc bzw. die notwendi ge Warmwasserpumpendrehzahl, Nmw, je nachdem welche höher ist, als Drehzahl Nm des Elektromotors 12 zum Antreiben der Hilfsgeräte.

Daraufhin wird im Schritt 600 die Drehzahlsteuerung des Elek tromotors 12 derart gewählt, daß die tatsächliche Drehzahl des Elektromotors 12 sich der vorstehend genannten Drehzahl Nm nä hert. D. h., eine Frequenzsteuerung des Wechselrichters 14 wird ausgeführt, um die Elektromotordrehzahl 12 zu steuern. Bei spielsweise ist mitten im Sommer der Betrieb der Warmwasser pumpe 11 zu Heizzwecken nicht notwendig. Es ist jedoch notwen dig, daß der Verdichter 1 zu Kühlzwecken mit vollständiger Schrägstellung bzw. Leistung betätigt wird. Da die notwendige Verdichterdrehzahl Nmc des Verdichters 11000 UpM hoch ist, wird die Elektromotordrehzahl Nm mit 1000 UpM gewählt.

Mitten im Winter wird hingegen Kühlwirkung nicht benötigt. Die notwendige Verdichterdrehzahl Nmc wird deshalb zu 0 Upm. Um Heizen zu ermöglichen, wird die notwendige Warmwasserpumpen drehzahl Nmw der Warmwasserpumpe 11700 UpM. Die Elektromo tordrehzahl Nm wird deshalb mit 700 Upm gewählt. In den Zwi schenjahreszeiten, im Frühling und Herbst, wird die Motordreh zahl Nm entsprechend der notwendigen Kühl- und Heizkapazität in dieser Jahreszeit gesteuert.

Wie aus der vorstehenden Erläuterung der Arbeitsweise hervor geht, werden bei der ersten bevorzugten Ausführungsform eine notwendige Verdichterdrehzahl Nmc und eine notwendige Warmwas serpumpendrehzahl Nmw unabhängig auf Grundlage einer notwendi gen Kühlkapazität Qc bzw. einer notwendigen Heizkapazität Qh berechnet. Die höhere der Drehzahlen, die notwendige Verdich terdrehzahl Nmc bzw. die notwendige Warmwasserpumpendrehzahl Nmw wird als Elektromotordrehzahl Nm gewählt. Selbst dann, wenn die Klimatisierungslast aufgrund großer Schwankungen in der Einsatzumgebung des Fahrzeugs stark schwankt, ist es des halb möglich, daß die Kühl- und Heizkapazitäten, die zur Tem peratursteuerung der Fahrgastzelle erforderlich sind, jeder zeit erzielt werden.

Für eine Antriebsvorrichtung unter Verwendung eines einzigen Motors stellt die vorliegende Erfindung für zwei Zusatzgeräte mit vollständig unterschiedlichen Eigenschaften, wie etwa ei nen Verdichter 1 für Kühlkapazität und eine Warmwasserpumpe 11 für Heizkapazität, erhöhte Kühlkapazität und Heizkapazität be reit.

Durch Einstellen der Öffnung bzw. des Öffnungsgrads der Luft mischklappe 9, welche neben (über) dem Heizerkern 8 im Klima tisierungsgehäuse 6 vorgesehen ist, ist es möglich, die Strö mungsanteile eines Kühlluftstroms, der den Umgehungsdurchlaß 8a durchsetzt, und eines Warmluftstroms, der den Heizerkern 8 durchsetzt, einzustellen. Die Auslaßtemperatur für die Fahr gastzelle wird deshalb zufriedenstellend gesteuert. Anstatt eine Luftmischklappe 9 zu verwenden, kann ein Warmwasserventil zum Einstellen des Warmwasserstroms zu dem Heizerkern 8, vor gesehen in dem Warmwasserkreislauf, verwendet werden, um die Auslaßtemperatur zur Fahrgastzelle zu steuern.

In Fig. 2 stellt der Schritt 200 eine Ziel- bzw. Sollauslaß temperaturberechnungseinrichtung dar. Der Schritt 300 stellt eine notwendige Kühlkapazität- und eine notwendige Heizkapazi tätberechnungseinrichtung dar. Der Schritt 400 stellt eine notwendige Verdichterdrehzahl- und eine notwendige Warmwasser pumpendrehzahlberechnungseinrichtung dar. Der Schritt 500 stellt eine Elektromotordrehzahlermittlungseinrichtung dar. Schließlich stellt der Schritt 600 eine Elektromotorsteuerein richtung dar.

Fig. 6 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In diesem Fall werden ein Verdichter 1 und eine Warmwasserpumpe 11 in Hybrid weise sowohl durch einen Fahrzeugmotor bzw. Verbrennungsmotor 10 wie einen Elektromotor 12 angetrieben. D. h., daß dann, wenn gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Fahrzeugmo tor 10 gestoppt hat, beispielsweise weil das Fahrzeug angehal ten wurde, werden der Verdichter 1 und die Warmwasserpumpe 11 durch den Elektromotor 12 angetrieben. Während der Fahrzeugmo tor 10 läuft (während das Fahrzeug fährt), werden der Verdich ter 1 und die Warmwasserpumpe 11 durch den Fahrzeugmotor 10 angetrieben.

Wenn der Verdichter 1 und die Warmwasserpumpe 11 durch den Fahrzeugmotor 10 angetrieben werden, wirkt der Elektromotor 12 als durch den Fahrzeugmotor 10 angetriebener Generator bzw. als eine entsprechende Lichtmaschine. D. h., gemäß der zweiten bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei dem Elektromo tor 12 um einen Elektromotor/Generator bzw. eine Lichtmaschi ne, der bzw. die einen Generator simuliert. Bei diesem Elek tromotor/Generator 12 handelt es sich um einen Dreiphasenwech selstrommaschine. Wenn er als Elektromotor betrieben wird, ar beitet er als Dreiphasenwechselstrommotor, der ein Drehmoment in einem Anker bei Anlage einer Dreiphasenwechselspannung ent wickelt. Die Spannung wird von dem Wechselrichter 14 zuge führt. Wenn er als Generator bzw. Lichtmaschine arbeitet, wird der Elektromotor/Generator 12 zu einem Dreiphasenwechselstrom generator, der eine elektromotorische Kraft durch den Anker erzeugt, der durch den Fahrzeugmotor 10 angetrieben wird.

Die durch die Erzeugungswirkung bzw. Generatorwirkung des Elektromotors/Generators 12 bereitgestellte Dreiphasenwech selspannung wird durch eine Gleichrichterschaltung 24 in einen Gleichstrom gleichgerichtet. Dieser Gleichstrom wird verwen det, um die Fahrzeugbatterie 15 zu laden.

Ein Kupplungsmechanismus zum Übertragen von Drehkraft bzw. Drehenergie von dem Fahrzeugmotor 10 ausschließlich zu den Hilfszusatzgeräten 1, 11, 12 und zum Blockieren einer Kraftübertragung von dem Elektromotor/Generator 12 zu dem Fahrzeugmotor 10 ist auf bzw. in einer Riemenscheibe 25 des Fahrzeugmotors 10 vorgesehen. Eine einfache mechanische Ein wegkupplung kann als Kupplungsmechanismus verwendet werden; statt einer Einwegkupplung kann alternativ eine elektromagne tische Kupplung verwendet werden.

Fig. 7 zeigt ein Steuerflußdiagramm, welches zur zweiten Aus führungsform gehört. Vor dem Schritt 100 wird, wie in Fig. 2 gezeigt, ein Schritt 90 ausgeführt, um zu ermitteln, ob der Fahrzeugmotor 10 läuft oder gestoppt ist. Wenn der Fahrzeugmo tor 10 gestoppt ist, wird dieselbe Elektromotordrehzahlsteue rung ausgeführt, wie diejenige von Fig. 2. Wenn alternativ der Fahrzeugmotor 10 läuft, wird die Elektromotordrehzahlsteuerung nicht ausgeführt. Dies ist deshalb der Fall, weil der Motorge nerator 12 als Generator wirkt.

Bei dieser Ausführungsform wird als Verdichter 1 ein Verdich ter mit variabler Kapazität bevorzugt verwendet. D. h., wenn die Zusatzgeräte 1, 11, 12 gemeinsam mit dem Fahrzeugmotor 10 angetrieben werden, besitzt der Fahrzeugmotor 10 ein deutlich größeres Ausgangsdrehmoment als der Elektromotor. Der Fahr zeugmotor 10 wird häufig mit niedrigerer Drehzahl als der Elektromotor verwendet. Wenn der Fahrzeugmotor 10 zum Antrieb dient, wird die Kapazität des Verdichters 1 groß gemacht (das Antriebsdrehmoment ist groß), um die notwendige Kühlkapazität zu erzielen.

Wenn alternativ Hilfsgeräte 1, 11 mit dem Elektromo tor/Generator 12 angetrieben werden, wird die Kapazität des Verdichters 1 klein gemacht (d. h., das Antriebsdrehmoment ist klein). Dies ist deshalb der Fall, weil das Motorantriebs drehmoment im Vergleich zu dem Fahrzeugmotor 10 deutlich klei ner ist. Zu Kompensationszwecken wird die Drehzahl des Ver dichters 1 während des Elektromotorantriebs erhöht, um die notwendige Kühlkapazität zu erzielen.

Wenn ein Verdichter 1 variabler Kapazität auf diese Weise ein gesetzt wird, kann dann, wenn die Zusatzgeräte (der Verdichter 1 und die Warmwasserpumpe 11) in Hybridweise durch den Fahr zeugmotor 10 und den Elektromotor/Generator 12 angetrieben werden, ein Verdichterantriebsformat unter Verwendung der Ei genschaften bzw. Kennlinien von zwei unterschiedlichen An triebsquellen bereitgestellt werden. Als Verdichter 1 varia bler Kapazität können verschiedene Typen eingesetzt werden, wie beispielsweise ein gewöhnlicher Taumelplatten- oder Schneckenverdichter.

Da andererseits das Antriebsdrehmoment der Warmwasserpumpe 11 viel kleiner ist, als dasjenige des Verdichters 1, muß der Verdichter kein solcher vom Typ variabler Kapazität sein. Da die Warmwasserpumpe 11 eine vorbestimmte feststehende Kapazi tät aufweist, variiert das optimale Drehzahlverhältnis zwi schen dem Verdichter 1 und der Warmwasserpumpe 11 außerdem stark zwischen Zeitpunkten eines Antriebs durch den (Verbren nungs-)Motor und den Elektromotor.

D. h., wenn das Riemenscheibenverhältnis des Riemens so gewählt ist, daß ein optimales Drehzahlverhältnis (beispielsweise 1 : 2) zwischen dem Verdichter 1 und der Warmwasserpumpe 1 während eines Antriebs durch den Verbrennungsmotor bzw. Fahrzeugmotor erforderlich ist, in welchem Fall der Verdichter mit großer Kapazität betrieben wird, kann die notwendige Kühlkapazität selbst bei einem Antrieb mit niedriger Drehzahl erzielt wer den. Außerdem kann eine notwendige Heizkapazität durch die Warmwasserpumpe 11 vom Typ mit feststehender Kapazität erzielt werden, die mit einer Drehzahl, die doppelt so groß ist, wie diejenige des Verdichters 1, betrieben wird.

Um andererseits die Kapazität des Verdichters 1 variabler Ka pazität so klein zu machen, daß die notwendige Kühlkapazität erzielt wird, wird der Verdichter 1 mit hoher Drehzahl betrie ben. Da das Riemenscheibenverhältnis des Riemens 13 noch fest steht bzw. ungeändert ist, arbeitet im Zusammenhang mit der notwendigen Verdichterdrehzahl Nmc die Warmwasserpumpe 11 mit hoher Drehzahl. Da das Antriebsdrehmoment der Warmwasserpumpe 11 klein ist, stellt dies kein Problem dar.

Bei der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die notwendige Verdichterdrehzahl Nmc und die notwendi ge Warmwasserpumpendrehzahl Nmw gemäß dem Schritt 400 in Fig. 7 jeweils unabhängig berechnet. Der Verdichter 1 und die Warm wasserpumpe 11 werden außerdem mit einer notwendigen Drehzahl während des Elektromotorantriebs betrieben. Die Drehzahl der Warmwasserpumpe 11 im Winter kann deshalb auf demselben Niveau niedrig gehalten werden wie die Drehzahl des Verdichters 1 im Sommer. Wenn bei der zweiten bevorzugten Ausführungsform der Verdichter 1 und die Warmwasserpumpe 11 durch den Fahrzeugmo tor 10 und den Elektromotor/Generator 12 in Hybridweise ange trieben werden, können deshalb der Verdichter 1 und die Warm wasserpumpe 11 jederzeit mit optimalen Drehzahlen angetrieben werden.

Fig. 8 zeigt ein Diagramm einer Methode bzw. eines Verfahrens zum Berechnen der notwendigen Warmwasserpumpendrehzahl Nmw ge mäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform wird eine erste notwendige Warmwas serpumpendrehzahl Nmw1 auf Grundlage der notwendigen Heizka pazität Qh durch dieselbe Methode bzw. dasselbe Verfahren wie bei den ersten und zweiten bevorzugten Ausführungsformen er mittelt. Zusätzlich wird eine zweite notwendige Warmwasserpum pendrehzahl Nmw2, die mit steigender Warmwassertemperatur Tw des Fahrzeugmotors 10 schrittweise ansteigt, ermittelt, wie in Fig. 8 gezeigt. Daraufhin wird von den ersten und zweiten not wendigen Warmwasserpumpendrehzahlen Nmw1 und Nmw2 die höhere schließlich als die notwendige Warmwasserpumpendrehzahl Nmw gewählt, wie durch die folgende Gleichung 5 dargestellt.

Nmw = MAX (Nmw1, Nmw2) Gleichung 5

Die notwendige Warmwasserpumpendrehzahl Nmw wird nicht nur im Hinblick auf die notwendige Heizkapazität Qh im Winter, son dern auch im Hinblick auf die Warmwassertemperatur Tw des Fahrzeugmotors 10 ermittelt. Selbst unter Bedingungen, bei welchen Überhitzten auftreten könnte, wie etwa dann, wenn der Fahrzeugmotor 10 abgewürgt wird, unmittelbar nachdem er mit hoher Last gelaufen ist, kann ein Erhöhen der Warmwassertempe ratur Tw durch Erhöhen der Pumpenmotordrehzahl dazu beitragen, eine Überhitzung des Fahrzeugmotors 10 zu verhindern. Erzielt wird es dadurch, daß der Warmwasserstrom bzw. -durchsatz zu dem (nicht gezeigten) Kühler vor dem Abwürgen vergrößert wird, wodurch die Temperatur verringert wird.

Fig. 1 und Fig. 6 zeigen die Steuerung des Elektromo tors/Generators 12, ausgeführt durch eine Klimatisierungssteu ereinheit 16. Alternativ kann die Steuerung des Elektromo tors/Generators 12 durch eine (nicht gezeigte) Fahrzeugmotor steuereinheit ausgeführt werden.

Während die vorstehend genannten Ausführungsformen Beispiele des Einsatzes der vorliegenden Erfindung betreffen, versteht es sich, daß die vorliegende Erfindung auch für einen anderen Einsatz angewendet werden kann, so daß die vorliegende Erfin dung Modifikationen und Abwandlungen zugänglich ist, die sämt liche im Umfang der Erfindung liegen, die in den nachfolgenden Ansprüchen festgelegt ist.

Claims

1. Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung zum Steuern des An triebs von mehreren Zusatzgeräten (1, 11) durch einen ein zigen Elektromotor (12), wobei die mehreren Zusatzgeräte (1, 11) Zusatzgeräte für ein Fahrzeug sind, aufweisend:
Eine notwendige Drehzahlberechnungseinrichtung (400) zum Berechnen notwendiger Drehzahlen für jedes der mehreren Zusatzgeräte (1, 11),
eine Elektromotordrehzahlwähleinrichtung zum Wählen der höchsten der notwendigen Drehzahlen als Elektromotordreh zahl, und
eine Elektromotorsteuereinrichtung zum Steuern des Elek tromotors (12) auf die Drehzahl, die durch die Elektro motordrehzahlwähleinrichtung gewählt wurde.

2. Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 1, wobei eines der mehreren Zusatzgeräte (1, 11) die Kühlka pazität eines Fahrzeugs und ein zweites der Zusatzgeräte (1, 11) die Heizkapazität eines Fahrzeugs steuert, wobei die notwendige Drehzahlberechnungseinrichtung die notwen digen Drehzahlen als Funktion einer notwendigen Kühlkapa zität und einer notwendigen Heizkapazität berechnet.

3. Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 2, wobei es sich bei dem die Kühlkapazität steuernden Gerät um einen Verdichter (1) handelt, wobei der Verdichter (1) Teil eines Kältekreislaufs bildet, und wobei das die Wär mekapazität steuernde Gerät eine Warmwasserpumpe (11) zum Umwälzen von warmem Wasser ist.

4. Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 3, außerdem aufweisend:
einen Verdampfer (5), durch welchen Kältemittel des Kälte kreislaufs zirkuliert, und
einen Heizerkern (8), durch welchen warmes Wasser durch die Warmwasserpumpe (11) umgewälzt wird,
wobei der Heizerkern (8) und der Verdampfer (5) in einem Klimatisierungsgehäuse (6) angeordnet sind, wobei das Kli matisierungsgehäuse (6) einen Durchlaß aufweist, durch welchen Klimatisierungsluft strömt.

5. Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 4, außerdem aufweisend eine Temperatureinstelleinrichtung zum Einstellen von durch den Heizerkern (8) zu einer Fahrgast zelle geförderter Wärmemenge, wobei die Temperatureinstel leinrichtung zum Einstellen einer Temperatur dient, mit welcher Klimatisierungsluft in die Fahrgastzelle geblasen wird.

6. Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 4, außerdem aufweisend einen Fahrzeug(verbrennungs)motor (10), wobei der Elektromotor und der Verdichter (1) und die Warmwasserpumpe (11) durch den Fahrzeugmotor angetrie ben werden, wenn das Fahrzeug sich bewegt, wobei der Elek tromotor als Generator bzw. Lichtmaschine arbeitet, wenn er durch den Fahrzeugmotor angetrieben wird, wobei der Elektromotor den Verdichter (1) und die Warmwasserpumpe (11) antreibt, wenn das Fahrzeug gestoppt ist bzw. wird.

7. Elektromotor-Antriebssteuervorrichtung nach Anspruch 1, außerdem aufweisend einen zweiten Elektromotor (10), wobei die Zusatzgeräte (1, 11) durch den zweiten Elektromotor (10) angetrieben werden, wenn das Fahrzeug sich bewegt, wobei der Elektromotor als Generator bzw. Lichtmaschine arbeitet, wenn er durch den zweiten Elektromotor angetrie ben wird, wobei der Elektromotor die Hilfsgeräte (1, 11) antreibt, wenn das Fahrzeug gestoppt ist bzw. wird.

8. Verfahren zum Wählen einer Motordrehzahl für eine Fahr zeugklimaanlage, aufweisend die Schritte:
Berechnen einer ersten notwendigen Warmwasserpumpendreh zahl (Nmw1) auf Grundlage einer notwendigen Heizkapazität,
Berechnen einer zweiten notwendigen Warmwasserpumpendreh zahl (Nmw2), wobei die zweite notwendige Warmwasserpumpen drehzahl entsprechend einer Warmwasserpumpentemperatur ei nes Fahrzeugmotors (10) ansteigt bzw. größer wird, und
Wählen einer notwendigen Warmwasserpumpendrehzahl (Nmw) als die höhere der ersten notwendigen Warmwasserpumpendrehzahl (Nmw1) bzw. der zweiten notwendigen Warmwasserpumpendreh zahl (Nmw2).