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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des von einem Kältemittelverdichter
einer Klimaanlage eines Fahrzeugs aufgenommenen Drehmoments, bei
dem ein von einem Kältemittelverdichter
aufgenommenes Drehmoment ermittelt wird.
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Im
Stand der Technik ist es bekannt, siehe beispielsweise
DE 103 16 100 A1 ,
DE 103 00 571 A1 oder
DE 36 09 337 A1 ,
dass die Motorleistung eines Kraftfahrzeugs erhöht werden muss, wenn die Klimaanlage
des Fahrzeugs eingeschaltet wird. Das vom Kältemittelverdichter der Klimaanlage
benötigte Drehmoment
muss vom Motor des Fahrzeugs bereitgestellt werden. Aus der
DE 102 26 346 A1 ist
es bekannt, die Leerlaufdrehzahl eines Motors anzupassen, wenn sich
das vom Kältemittelverdichter
aufgenommene Drehmoment verändert.
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Aus
der
DE 101 15 045
A1 ist es bekannt, das aufgrund des Zuschaltens eines Verbrauchers, beispielsweise
einer Klimaanlage, benötigte
erhöhte Drehmoment
eines Motors vorherzusagen. Dies ermöglicht es der Motorsteuerung,
die Arbeitsweise des Motors so abzuändern, dass dieser das erforderliche
Drehmoment bereitstellt. Wenn jedoch das vom Motor für den Kältemittelverdichter
der Klimaanlage bereitgestellte Drehmoment aus irgendwelchen Gründen von
dem Kältemittelverdichter
nicht aufgenommen wird, so führt
dies dazu, dass der Motor ein zu großes Drehmoment erzeugt. Dies
bedeutet, dass die Motordrehzahl unnötigerweise in die Höhe geht, und/oder
dass das erhöhte
Drehmoment durch das Getriebe des Fahrzeugs aufgefangen werden muss. Dies
kann zu erhöhtem
Verschleiß im
Getriebe führen.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren bereitzustellen,
mit dem eine Abweichung eines tatsächlichen Drehmoments des Kältemittelverdichters
von einem berechneten Drehmoment des Kältemittelverdichters erkannt
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein
Verfahren zur Überwachung
des von einem Kältemittelverdichter
einer Klimaanlage eines Fahrzeugs aufgenommenen Drehmoments gelöst, bei dem
ein Drehmoment eines Kältemittelverdichters berechnet
und überwacht
wird, ob das berechnete Drehmoment ungefähr gleich einem tatsächlichen Drehmoment
des Kältemittelverdichters
ist, und die Ansteuerung des Motors und/oder des Getriebes des Fahrzeugs
verändert
bzw. angepasst wird, wenn das berechnete Drehmoment nicht ungefähr gleich
dem tatsächlichen
Drehmoment des Kältemittelverdichters
ist. Bei dem berechneten Drehmoment handelt es sich dabei um ein
aktuell berechnetes Drehmoment, das mit einer sehr geringen Verzögerung an ein
Motorsteuergerät
ausgegeben wird.
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Mit
diesem Verfahren kann frühzeitig
erkannt werden, wenn das vom Motor für den Kältemittelverdichter bereitgestellte
Drehmoment nicht aufgenommen werden kann bzw. das Getriebe zu sehr
belasten würde.
Wenn dieser Zustand, insbesondere eine Wesentliche, beispielsweise
einen vorgebbaren Wert über schreitende,
Abweichung des tatsächlichen Drehmoments
von dem berechneten Drehmoment, erkannt wird, können Motor und Getriebe über die Motorsteuerung
und/oder optional die Getriebesteuerung so beeinflusst werden, dass
kein überflüssiges Drehmoment
erzeugt wird bzw. dieses kompensiert werden kann. Auf diese Art
und Weise kann das Getriebe des Fahrzeugs geschützt und geschont werden. Weiterhin
können
durch das rechtzeitige Erkennen eines überschüssigen Drehmoments Optimierungen
bezüglich
der Leerlaufregelung des Motors, des Verbrauchs des Fahrzeugs, der
Schaltvorgänge und
der Fahrdynamik erzielt werden.
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Grundsätzlich ist
es denkbar, das tatsächliche
Drehmoment des Kältemittelverdichters,
beispielsweise durch Messungen, zu ermitteln. Erfindungsgemäß ist jedoch
bevorzugt, wenn eine Abweichung des tatsächlichen von dem berechneten
Drehmoment anhand von Betriebszuständen der Klimaanlage oder Komponenten
der Klimaanlage erkannt wird. Ein genauer Wert des tatsächlich aufgenommenen
Drehmoments muss dabei nicht bestimmt werden. Es gibt Betriebszustände, die
nahe legen, dass das berechnete Drehmoment vom Kältemittelverdichter nicht aufgenommen
werden kann. Beispielsweise kann das zur Verfügung gestellte Drehmoment nicht
aufgenommen werden, wenn im Kältemittelverdichter
eine Saugdruckbegrenzung erfolgt. Dies kann insbesondere bei massestromgeregelten
Kältemittelverdichtern
vorkommen. Auch bei flüssigem
Kältemittel,
insbesondere im Kurbelgehäuse
des Kältemittelverdichters,
bei zu geringer Füllmenge
des Kältemittels
oder bei einer Leckage des Kühlkreislaufs
und bei mechanischem Ausfall des Kältemittelverdichters wird kein
oder nur ein geringes Drehmoment vom Kältemittelverdichter aufgenommen.
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Besonders
bevorzugt ist es daher, wenn den Betrieb einer oder mehrerer Komponenten
der Klimaanlage, insbesondere des Kältemittelverdichters, beschreibende
Größen erfasst
werden und daraus Betriebszustände
ermittelt werden, in denen das tatsächliche von dem berechneten
Drehmoment abweicht, insbesondere ein geringeres als das berechnete
Drehmoment aufgenommen wird.
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Bei
einer Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass die Größen Ansteuerstrom
des Kältemittelverdichters
und Außentemperatur
erfasst werden und daraus bestimmt wird, ob ein Betriebszustand
vorliegt, bei dem das tatsächliche
von dem berechneten Drehmoment abweicht.
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Dabei
kann zusätzlich
erfasst werden, ob ein Startvorgang oder ein Fahrbetrieb vorliegt.
Vorzugsweise wird dann bei Startvorgang, wenn der Motor einen vorbestimmten
Umdrehungsgrenzwert überschreitet,
die Ansteuerung des Motors und/oder des Getriebes derart verändert, dass
für einen
vorbestimmten Zeitraum ein vorbestimmtes reduziertes Drehmoment
erzeugt wird.
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Bei
einer weiteren Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass beim
Startvorgang bei Unterschreiten einer vorbestimmten Außentemperatur
sowie Überschreiten
eines vorbestimmten Ansteuerstroms die Ansteuerung des Motors und/oder
des Getriebes derart verändert
wird, dass ein bzw. das vorbestimmte reduzierte Drehmoment erzeigt
wird, während
bei Unterschreiten der vorbestimmten Außentemperatur sowie Unterschreiten
des vorbestimmten Ansteuerstroms die Ansteuerung des Motors und/oder
des Getriebes unverändert
bleibt. Als vorbestimmte Außentemperatur
können
hier beispielsweise 20°C
vorgegeben werden. Mit dieser Vorgehensweise kann der Betriebszustand „Saugdruckbegrenzung" erkannt werden.
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Ein
Betriebszustand, bei dem das tatsächliche Drehmoment geringer
ist als das berechnete Drehmoment, wird beispielsweise erkannt,
wenn die vorbestimmte Außentemperatur
erreicht oder überschritten
wird sowie eine Verdichtertemperatur gleich oder oberhalb der vorbestimmten
Außentemperatur ist,
während
bei Unterschreiten der vorbestimmten Außentemperatur durch die Verdichtertemperatur
die Ansteuerung des Motors und/oder des Getriebes unverändert bleibt.
Dadurch können
beispielsweise die Betriebszustände "Startvorgang des
Kältemittelverdichters" und "flüssiges Kältemittel" erkannt werden. Wenn
ein Startvorgang vorliegt, sollte das vom Motor für den Kältemittelverdichter
gelieferte Drehmoment so lange kompensiert werden, bis in etwa die
Verdampfersolltemperatur (z.B. Tvsoll +/–2K) erreicht
ist.
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In
weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen
sein, dass ein Betriebszustand, bei dem das tatsächliche Drehmoment geringer
ist als das berechnete Drehmoment, erkannt wird, wenn beim Fahrbetrieb
eine vorbestimmte Außentemperatur
unterschritten und ein vorbestimmter Ansteuerstrom überschritten
wird, und dann ein um einen vorbestimmten Faktor reduziertes Drehmoment
erzeugt wird. Diese Parameterkombination spricht für einen
defekten Kältemittelverdichter oder
für eine
zu geringe Kältemittelmenge,
ausgelöst beispielsweise
durch eine Leckage.
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Vorzugsweise
wird das berechnete Drehmoment aus einer oder mehrerer der Größen Drehzahl der
Antriebswelle des Kältemittelverdichters,
Ansteuerstrom und Druckniveau ermittelt. Insbesondere wird ein (theoretisches)
Drehmoment aus diesen Grö ßen aktuell
berechnet. Im Normalbetrieb, d.h, wenn keiner der oben bezeichneten
Betriebszustände
vorliegt, hat die aktuelle Berechnung eines (theoretischen) Drehmoments
den Vorteil, dass der Motor das vom Kältemittelverdichter benötigte Drehmoment
rechtzeitig bereitstellen kann. Die Motorsteuerung kann also in
Realzeit Lastwechsel des Kältemittelverdichters
berücksichtigen.
Momentensprünge, die
als Ruckeln im Fahrzeug wahrgenommen werden, können dadurch eliminiert werden.
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Bei
einer besonders bevorzugten Verfahrensvariante kann vorgesehen sein,
dass beim Erkennen einer Abweichung des tatsächlichen Drehmoments von dem
berechneten Drehmoment der Motorsteuerung und/oder optional der
Getriebesteuerung eine Drehmomentinformation, insbesondere ein geringeres
als das berechnete Drehmoment, übermittelt
wird. Wenn beispielsweise einer der vorgenannten Betriebszustände aufgrund
der entsprechenden Parameterkombination identifiziert wurde, kann
der Motorsteuerung und/oder optional der Getriebesteuerung ein geringerer
Drehmomentwert vorgegeben werden. Wenn der Kältemittelverdichter im Normalbetrieb
beispielsweise ein Drehmoment von 15Nm benötigt, kann beim Erkennen eines
der genannten vom Normalbetrieb abweichenden Betriebszustände ein
kompensiertes Drehmoment von beispielsweise 0Nm oder 1Nm an die
Motor – und/oder optional
Getriebesteuerung übergeben
werden, so dass diese den Motor und/oder das Getriebe entsprechend
steuern können.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche
Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale
können
je einzeln für
sich oder zu mehre ren in beliebiger Kombination bei einer Variante
der Erfindung verwirklicht sein.
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Ein
Ausführungsbeispiel
ist in der schematischen Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild von Teilen einer Fahrzeugklimaanlage;
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2 ein
Diagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Die
in der 1 gezeigte Klimaanlage umfasst einen Kältemittelverdichter 1,
zwei Wärmetauscher 2, 3,
ein Expansionsorgan, insbesondere Expansionsventil 4, und
die vorgenannten Komponenten verbindende Rohrleitungen. Der Kältemittelverdichter 1 hat
die Aufgabe, ein Kältemittel
aus einem ersten Wärmetauscher,
nämlich
dem Verdampfer 3, in dem es unter Wärmeaufnahme verdampft, anzusaugen
und auf einen höheren
Druck zu verdichten, so dass in einem zweiten Wärmetauscher 2, nämlich Verflüssiger oder
Gaskühler,
die Wärme
auf einem höheren
Temperaturniveau wieder abgegeben werden kann. Anschließend erfährt das
Kältemittel
in dem Expansionsorgan, nämlich
Expansionsventil 4, eine Drosselung auf das Druckniveau
des Verdampfers 3.
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Der
Kältemittelverdichter 1 wird
durch eine Klimaanlagensteuerung 5 über einen Ansteuerstrom I angesteuert.
Der Antrieb der Antriebswelle des Kältemittelverdichters 1 erfolgt über einen
Motor 6 des Kraftfahrzeugs. Der Kältemittelverdichter 1 kann
beispielsweise über
einen Riemenantrieb 7 mit dem Motor 6 gekoppelt
sein. Der Motor 6 steht weiterhin mit einem Ge triebe 8 des
Fahrzeugs in Verbindung. Der Motor 6 ist durch eine Motorsteuerung 9 und
das Getriebe 8 durch eine Getriebesteuerung 10 gesteuert. Durch
die Bezugsziffer 11 sind Sensoren angedeutet, die Sensorsignale
an die Klimaanlagensteuerung 5, die Motorsteuerung 9 und
die Getriebesteuerung 10 liefern. Durch die Sensoren 11 können Größen, wie zum
Beispiel der Ansteuerstrom I, die Außentemperatur Ta, die Verdampfertemperatur
Tv, erfasst werden. Die Steuerungen 5, 9, 10 können weiterhin
im Datenaustausch stehen, was durch die Doppelpfeile 12, 13, 14 angedeutet
ist. Aufgrund der Sensorsignale und in den Steuerungen 5, 9, 10 ermittelter
Werte können
Betriebszustände
identifiziert werden, die dafür
sprechen, dass das tatsächlich
durch den Kältemittelverdichter 1 aufgenommene
Drehmoment geringer ist als ein aktuell berechnetes Drehmoment. Dies
kann beispielsweise in der Klimaanlagensteuerung 5 ermittelt
werden. Daraufhin kann die Klimaanlagensteuerung 5 an die
Motorsteuerung 9 und optional die Getriebesteuerung 10 eine
Drehmomentinformation liefern, so dass diese den Motor 6 und
optional das Getriebe 8 entsprechend einem verringerten
Drehmomentbedarf ansteuern. Es ist jedoch auch denkbar, dass direkt
in der Motorsteuerung 9 und optional der Getriebesteuerung 10 erkannt
wird, wenn ein geringerer Drehmomentbedarf aufgrund eines außergewöhnlichen
Betriebszustandes vorliegt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird nun anhand der 2 näher erläutert. Wird im Überprüfungsschritt 20 erkannt,
dass ein Startvorgang des Kältemittelverdichters
vorliegt, so wird im Überprüfungsschritt 21 überprüft, ob die
Verdampfertemperatur nicht absinkt. Wird diese Frage mit "Ja" beantwortet, so
erfolgt im Block 22 eine Kompensation des Drehmoments,
d.h. es wird vom Motor ein geringeres Drehmoment angefordert. Andernfalls
erfolgt keine Kompensation. Im Schritt 23 wird überprüft, ob eine Saugdruckbegrenzung
vorliegt. Wenn ja, erfolgt gemäß Block 22 wiederum
eine Kompensation des Drehmoments. Im Überwachungsschritt 24 wird überprüft, ob der
Kältemittelverdichter
ausgefallen ist oder ob eine zu geringe Füllmenge des Kältemittels vorliegt.
Bejahendenfalls erfolgt wiederum im Block 22 eine Kompensation
des Drehmoments. Im Schritt 25 wird überprüft, ob ein Fehlerfall, wie
beispielsweise ein Kabelbruch vorliegt. Wenn ja, erfolgt eine Kompensation
im Block 22, d.h. der Kältemittelverdichter 1 wird
nicht angesteuert (0Nm), wenn nein erfolgt keine Kompensation, was
durch den Block 26 angedeutet ist.
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Die
Schritte 20, 23, 24 und 25 können parallel
durchgeführt
werden oder sie können
sukzessive durchgeführt
werden. Dies bedeutet, wenn die Frage im Überwachungsschritt 20 mit „nein" beantwortet wird,
wird gemäß Pfeil 27 zum Überwachungsschritt 23 übergegangen.
Wird die Frage im Überwachungsschritt 23 mit "nein" beantwortet, wird
gemäß Pfeil 28 in
den Überwachungsschritt 24 übergegangen.
Ist auch diese Überprüfung negativ,
wird gemäß Pfeil 29 in
den Überwachungsschritt 25 übergegangen.
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Insgesamt
wird beim erfindungsgemäßen Verfahren
zur Überwachung
des von einem Kältemittelverdichter 1 einer
Klimaanlage eines Fahrzeugs aufgenommenen Drehmoments, bei dem ein
von einem Kältemittelverdichter 1 aufgenommenes
Drehmoment berechnet wird, überwacht,
ob das berechnete Drehmoment gleich einem tatsächlichen Drehmoment des Kältemittelverdichters 1 ist,
und die Ansteuerung des Motors 6 und/oder des Getriebes 8 des
Fahrzeugs verändert,
wenn das berechnete Drehmoment nicht gleich dem tatsächlichen
Drehmoment des Kältemittelverdichters 1 ist.
Dabei wird eine Abweichung des tatsächlichen von dem berechneten Drehmoment
anhand von Betriebszuständen der
Klimaanlage oder Komponenten der Klimaanlage erkannt. Es werden
den Betrieb von Komponenten der Klimaanlage, insbesondere des Kältemittelverdichters 1,
beschreibende Größen erfasst
und daraus die Betriebszustände
ermittelt, in denen das tatsächliche von
dem berechneten Drehmoment abweicht, insbesondere ein geringeres
als das berechnete Drehmoment aufgenommen wird.
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Insbesondere
werden die Größen Ansteuerstrom
I des Kältemittelverdichters 1 und
Außentemperatur
Ta erfasst und daraus bestimmt, ob ein Betriebszustand vorliegt,
bei dem das tatsächliche
von dem berechneten Drehmoment abweicht. Zusätzlich wird erfasst, ob ein
Startvorgang oder ein Fahrbetrieb vorliegt. Beim Startvorgang wird,
wenn der Motor einen vorbestimmten Umdrehungsgrenzwert, beispielsweise
1500 Umdrehungen/Minute, überschreitet,
die Ansteuerung des Motors und/oder des Getriebes derart verändert, dass
für einen
vorbestimmten Zeitraum, beispielsweise 30 Sekunden, ein vorbestimmtes
reduziertes Drehmoment, beispielsweise 1Nm, erzeugt wird.
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Anschließend, d.h.
nach dem vorbestimmten Zeitraum, wird bei Unterschreiten einer vorbestimmten
Außentemperatur
Ta sowie Überschreiten
eines vorbestimmten Ansteuerstroms I die Ansteuerung des Motors
und/oder des Getriebes derart verändert wird, dass ein bzw. das
vorbestimmte reduzierte Drehmoment erzeugt, während bei Unterschreiten der
vorbestimmten Außentemperatur
Ta sowie Unterschreiten des vorbestimmten Ansteuerstroms I die Ansteuerung
des Motors und/oder des Getriebes unverändert bleibt. Bei Erreichen
oder Überschreiten
einer bzw. der vorbestimmten Außentemperatur
Ta sowie einer Verdichtertemperatur Tv gleich oder oberhalb der
vorbestimmten Außentemperatur
Ta wird die Ansteuerung des Motors und/oder des Getriebes derart
verändert,
dass ein bzw. das vorbestimmte reduzierte Drehmoment erzeugt wird,
während
bei Unterschreiten der vorbestimmten Außentemperatur Ta durch die
Verdichtertemperatur Tv die Ansteuerung des Motors und/oder des
Getriebes unverändert bleibt.
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Beim
Fahrbetrieb wird bei Unterschreiten einer bzw. der vorbestimmten
Außentemperatur
Ta und Überschreiten
eines bzw. des vorbestimmten Ansteuerstroms I die Ansteuerung des
Motors und/oder des Getriebes derart verändert, dass ein um einen vorbestimmten
Faktor, wie beispielsweise 0,3, reduziertes Drehmoment erzeugt wird.
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In
der Regel wird das berechnete Drehmoment aus einer oder mehrerer
der Größen Drehzahl der
Antriebswelle des Kältemittelverdichters 1,
Ansteuerstrom und Druckniveau ermittelt. Beim Erkennen einer Abweichung
des tatsächlichen
Drehmoments von dem berechneten Drehmoment der Motorsteuerung 9 und/oder
optional der Getriebesteuerung 10 wird eine Drehmomentinformation,
insbesondere ein geringeres als das berechnete Drehmoment, übermittelt.