DE102011110311A1

DE102011110311A1 - Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlageeines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102011110311A1
Application number: DE102011110311A
Authority: DE
Inventors: Dr. Betz Johann; Martin Braun; Werner Mayer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-06-26
Filing date: 2011-06-21
Publication date: 2012-04-26
Anticipated expiration: 2031-06-22
Also published as: DE102011110311B4; DE102010025225A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer Magnetkupplung (30), die zwischen einem Antriebsrad (28) einer Antriebsquelle und einer Antriebswelle (38) eines Verdichters (12) einer Klimaanlage angeordnet ist, und mit einem Klimabedienteil (34) und einem elektronischen Steuergerät (36) zum Bestromen der Magnetkupplung (30) von einer Offen- in eine Geschlossenposition, wobei die Bestromung der Magnetkupplung (30) abhängig von der zu übertragenden Antriebsleistung variabel ist. Erfindungsgemäß wird die Magnethaltekraft der Magnetkupplung (30) mittels einer Regelung mit Rückkoppelung eingestellt, bei der eine Strommesseinheit (63) einen zur Magnetkupplung (30) geführten Iststrom (IIST) erfasst und eine Sollvorgabeeinheit (61) anhand von Eingangsparametern (n, TA, TI, pK, TV) einen Sollstrom (ISOLL) ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß dem Anspruch 11.
Bei herkömmlichen Klimaanlagen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wird der das Kältemittel komprimierende Verdichter über eine Magnetkupplung mit der Antriebsquelle verbunden oder davon entkoppelt. Die Magnetkupplung ist in ihrer konstruktiven Auslegung und Bestromung so ausgelegt, dass sie mit ihrer Haltekraft die volle Antriebsleistung zum Verdichter schlupffrei übertragen kann. Dies bedingt im Einschaltzustand der Magnetkupplung eine stets volle Bestromung mit entsprechendem Energieverbrauch.
Aus der DE 10 2009 050 131 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren bekannt, bei dem ein Steuergerät den Spannungseingang einer Magnetkupplung ansteuert. Demzufolge wird mit dem Steuergerät die Magnetkupplung mit elektrischer Spannung beaufschlagt, die abhängig von der zu übertragenden Antriebsleistung variiert. Die Spannungsbeaufschlagung der Magnetkupplung ist so eingestellt, dass bei regulärem Klimabetrieb kein Kupplungsschlupf auftritt. Es erfolgt daher keine Drehzahlregelung des Verdichters, sondern eine bedarfsgerechte Anpassung des Stromverbrauchs der Magnetkupplung, so dass stets ein schlupffreier Kupplungsbetrieb gegeben ist. Das heißt, dass die Verdichterdrehzahl quasi „starr” mit der Drehzahl der Antriebsquelle, z. B. einer Brennkraftmaschine, gekoppelt sein kann. Ebenso kann bei dem aus der DE 10 2009 050 131 A1 bekannten Verfahren die Leistungsaufnahme des Verdichters, thermodynamisch gesehen, unverändert bleiben; lediglich der Leistungsbedarf zum Schließen der Magnetkupplung wird reduziert.
Bei dem aus der DE 10 2009 050 131 A1 bekannten Verfahren zur Steuerung der Magnetkupplung wird in dem elektronischen Steuergerät zunächst ein Spannungs-Sollwert anhand von Eingangsgrößen, etwa Motordrehzahl, Innen- und Außentemperaturen, etc. bestimmt. Mit dem so ermittelten Spannungs-Sollwert wird dann die Magnetkupplung mit einer Spannung beaufschlagt. Das elektronische Steuergerät und die Magnetkupplung bilden dabei eine Steuerstrecke ohne Rückkopplung. Die auf diese Steuerstrecke einwirkenden Störgrößen können daher nicht ohne Weiteres selbsttätig ausgeglichen werden.
Die oben erwähnte Steuerstrecke wird insbesondere durch zwei solcher Störgrößen beeinflusst, nämlich durch den Spulenwiderstand der Magnetkupplungsspule und durch den sogenannten Masseversatz. Der Spulenwiderstand kann in Abhängigkeit von der Spulentemperatur sowie von Wicklungstoleranzen in etwa in einem Bereich von 5 bis 10 Ohm variieren. Ein Masseversatz ergibt sich, wenn die Magnetkupplung keine eigene Masserückleitung zum Steuergerät aufweist. Die Magnetkupplung ist daher, wie auch andere elektrische Verbraucher des Fahrzeugs, über die Fahrzeugkarosserie geerdet. In diesem Fall kann der Masseversatz kann daher in Abhängigkeit von der an der Karosserie anliegenden Spannung beispielsweise maximal bei 1,5 V liegen.
Vor diesem Hintergrund ist in der DE 10 2009 050 131 A1 aus Sicherheitsgründen bei der Ermittlung des oben erwähnten Spannungs-Sollwertes von einem maximalen Spulenwiderstand von etwa 10 Ohm sowie einem maximalen Masseversatz von beispielsweise 1,5 V auszugehen. Dies führt jedoch zu einer übermäßig hohen Stromaufnahme und daher zu einem erhöhten Energieverbrauch.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen, bei dem mit einfachen Mitteln der Energieverbrauch bei der Ansteuerung der Magnetkupplung reduziert werden kann.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sowie eine zweckmäßige Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sind in den weiteren Patentansprüchen angeführt.
Im Gegensatz zum oben angegebenen Stand der Technik erfolgt erfindungsgemäß keine bloße Ansteuerung der Magnetkupplung ohne eine regelungstechnische Rückkopplung, sondern wird vielmehr eine Regelung der Magnethaltekraft der Magnetkupplung durchgeführt. Bei der Regelung wird der Sachverhalt genutzt, dass der, die Haltekraft der Magnetkupplung bewirkende magnetische Fluss in der Magnetspule der Magnetkupplung direkt proportional zum elektrischen Strom durch die Magnetspule der Magnetkupplung ist. Es wird daher zunächst in einer Sollwertvorgabeeinheit des elektrischen Steuergerätes anhand diverser Eingangsparameter ein Sollstrom bestimmt. Zudem weist das elektronische Steuergerät eine Strommesseinheit auf, mit der der zur Magnetspule der Magnetkupplung geführte Iststrom erfasst wird. Die Strommesseinheit kann beispielhaft mit einem Shunt-Messwiderstand oder mit einem Schalttransistor arbeiten.
Aus einem Vergleich des erfassten Iststroms und des ermittelten Sollstroms wird in einer Reglereinheit des elektronischen Steuergerätes eine Stellgröße berechnet. Mit dieser Stellgröße wird der Pulsgenerator des Steuergerätes angesteuert. In Abhängigkeit von der Stellgröße generiert der, die Stelleinheit des Regelkreises bildende Pulsgenerator die Spannung, mit der die Magnetspule der Magnetkupplung beaufschlagt wird.
Im Vergleich zum gattungsgemäßen Stand der Technik erfolgt somit erfindungsgemäß kein bloßes Ansteuern der Magnetspule der Magnetkupplung, sondern ist eine Regelung der Magnethaltekraft der Magnetkupplung in einem Regelkreis vorgesehen, bei dem der Spulenwiderstand als unbekannte Störgröße im Rahmen des in der Reglereinheit erfolgenden Istwert/Sollwert-Vergleiches selbsttätig ausgeglichen wird.
Bei der erfindungsgemäßen Regelung des zur Magnetkupplung geführten Iststromes ist keine direkte Erfassung der Magnethaltekraft als Istwert sowie deren Rückführung zur Reglereinheit erforderlich. Vielmehr erfolgt lediglich eine signaltechnisch einfache Messung des zur Magnetkupplung geführten Iststromes, der sich direkt proportional zum elektrischen Strom durch die Magnetspule und damit zur Magnethaltekraft verhält.
Generell ist denkbar, anstelle der erfindungsgemäßen Stromregelung eine Spannungsregelung durchzuführen, bei der die an der Magnetkupplung anliegende Ist-Spannung erfasst wird und als Ist-Größe zur Reglereinheit geleitet wird und dort mit einer ermittelten Spannungs-Sollgröße verglichen wird. Jedoch ist in diesem Fall bei der Erfassung der Ist-Spannung der weiter oben bereits erwähnte Masseversatz zu berücksichtigen, was zusätzlichen meßtechnischen Aufwand erforderlich macht. Ein solcher Masseversatz spielt dagegen bei der erfindungsgemäßen Stromregelung keine Rolle.
Unter einem regulären Klimabetrieb werden dabei alle diejenigen Betriebszustände verstanden, die einen ordnungsgemäßen, störungsfreien Klimabetrieb darstellen.
Dabei kann in vorteilhafter Weise der untere Wert so eingestellt werden, dass bei irregulärem Klimabetrieb, insbesondere bei schwergängigem oder blockierendem Verdichter, die Magnetkupplung durchrutscht und durch die zunehmende Bauteiltemperatur über eine Temperatursicherung an der Magnetkupplung stromlos geschaltet wird. Damit ist weiterhin die Möglichkeit geschaffen, z. B. ohne eine Sollbruchsicherung bzw. mit geringstem Aufwand Schäden im Antriebssystem zu vermeiden.
In einfachster Ausführung der Erfindung kann die variable Bestromung der Magnetkupplung abhängig von der Drehzahl der Antriebsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, gesteuert sein. Das Drehzahlsignal kann beispielsweise ohne jeglichen Mehraufwand von der elektronischen Motorsteuerung abgeleitet werden.
Alternativ oder bevorzugt zusätzlich kann die variable Bestromung der Magnetkupplung abhängig von der über das Bedienteil der Klimaanlage eingesteuerten Kälteleistung gesteuert sein, die ebenfalls einen wesentlichen Parameter der zu erwartenden Antriebsleistung am Verdichter darstellt. Weitere Kriterien sind beispielsweise die Differenz zwischen der Außentemperatur und der Innentemperatur am Kraftfahrzeug, da ja beim Einschalten der Klimaanlage eine möglichst schnelle Abkühlung bei voller Verdichterleistung erfolgen soll.
Die variable Bestromung der Magnetkupplung kann vorteilhaft abhängig von der über das elektronische Steuergerät im Einschaltzustand an die Magnetkupplung angelegten Spannung UR und/oder der Stromstärke IR gesteuert werden.
Besonders bevorzugt kann die variable Bestromung jedoch über ein pulsweitenmoduliertes, elektrisches Steuersignal des elektronischen Steuergerätes eingesteuert werden, wodurch eine exakt anpassungsfähige, feinfühlige Steuerung der Magnetkupplung bei adäquatem Steuerungsaufwand gegeben ist.
Des Weiteren wird in vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, dass in dem elektronischen Steuergerät ein Kennfeld abgelegt ist, vorzugsweise mit Drehzahlsignalen, Lastanforderungen des Verdichters, Fahrzeuginnenraum- und Außentemperaturen, etc., und dass nach Maßgabe des Kennfeldes die variable Bestromung der Magnetkupplung gesteuert wird. Dementsprechend gelingt es, alle die Verdichterleistung beeinflussenden, relevanten Parameter zu erfassen und eine exakt daran angepasste, einen Kupplungsschlupf zuverlässig ausschließende, Steuerung bereitzustellen.
Eine bevorzugte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens an einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge mit einem Bedienteil im Innenraum des Kraftfahrzeuges, einem elektronischen Steuergerät zum Ansteuern der Magnetkupplung eines über eine Brennkraftmaschine und einen Riementrieb angetriebenen Verdichters in einen Einschalt- oder Ausschaltzustand sieht vor, dass die Bestromung der Magnetkupplung im Einschaltzustand über das entsprechend modifizierte, elektronische Steuergerät variabel erfolgt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 als Blockschaltbild einen über eine Brennkraftmaschine als Antriebsquelle angetriebenen Verdichter einer Klimaanlage für Kraftfahrzeuge, dessen Magnetkupplung über ein elektronisches Steuergerät variabel bestrombar ist,
2 einen Längsschnitt durch die Magnetkupplung des Verdichters gemäß 1, dessen Haltemagneten über das elektronische Steuergerät gemäß einem nicht von der Erfindung umfassten Vergleichsbeispiel variabel ansteuerbar sind, und
3 in einer Ansicht entsprechend der 2 gemäß dem Ausführungsbeispiel, bei dem die Magnethaltekraft der Magnetkupplung variabel regelbar ist.
In der 1 ist mit 10 eine Klimaanlage für ein Kraftfahrzeug bezeichnet, die sich im Wesentlichen aus einem Verdichter 12, einem Kondensator 14, einem Wärmetauscher 16, einem Expansionsorgan 18 und einem Verdampfer 20 zusammensetzt, die in einen mit Kältemittel befüllten Kältekreislauf 22 eingeschaltet sind.
Der Verdichter 12 ist über einen Riementrieb mit einem Antriebsrad 24, einem (hier beispielhaft) Poly-V-Riemen 26 und einem verdichterseitigen Antriebsrad 28 über eine noch zu beschreibende Magnetkupplung 30 von der Brennkraftmaschine 32 des Kraftfahrzeuges angetrieben.
Während der Kondensator 14 an einer von Außenluft durchströmten Position im Kraftfahrzeug angeordnet ist, sind im Innenraum (nicht dargestellt) des Kraftfahrzeuges der Wärmetauscher 16, das Expansionsorgan 18, der Verdampfer 20 und ein Bedienteil 34 angeordnet, die in der Regel zu einem Klimagerät zusammengebaut sind. Gegebenenfalls können sich der Wärmetauscher 16 und das Expansionsorgan 18 auch im Motorraum oder zwischen dem Motorraum oder dem Innenraum befinden. Die Funktion der Klimaanlage 10 ist soweit nicht beschrieben bekannter Art und ist im On-Off Betrieb schaltbar.
Das Bedienteil 34 der Klimaanlage weist z. B. einen Ein-Aus-Schalter, eine Gebläsesteuerung, eine Innentemperatursteuerung, einen Umluftbetriebsschalter, etc. auf und ist mit einem elektronischen Steuergerät 36 verbunden, dem ferner Drehzahlsignale n der Brennkraftmaschine 32, die Außentemperatur TA über einen nicht dargestellten Außentemperatursensor, die Fahrzeuginnenraumtemperatur TI über einen Innentemperatursensor und gegebenenfalls weitere, die bedarfsgesteuerte Kälteleistung der Klimaanlage 10 definierende Parameter zugeführt werden, wie z. B. die Verdampfertemperatur T_V und der Kältemitteldruck p_K.
Die genannten Parameter bzw. Signale aus dem Bedienteil 34 sowie TA, TI, und n werden bevorzugt in einem in dem elektronischen Steuergerät 36 abgelegten, beispielsweise dreidimensionalen Kennfeld (nicht dargestellt) ausgewertet. Auf dieser Grundlage gibt das Steuergerät 36 über einen Pulsgenerator eine pulsweitenmodulierte Steuerspannung U über Zeitintervalle t ab, die eine variable Bestromung der Magnetkupplung 30 bewirkt.
Die so generierte Steuerspannung UR bzw. Bestromung der Magnetkupplung 30 ist zwischen einem unteren Wert U01 (Grundwert) und einem oberen Wert eingestellt, wobei der untere Wert U01 einer Mindestbestromung entspricht, die erforderlich ist, um im Einschaltzustand der Klimaanlage (AC = On) bei geringer, erforderlicher Kälteleistung bzw. Antriebsleistung des Verdichters 12 ein Durchrutschen der Magnetkupplung 30 auszuschließen. Der untere Wert U01 lässt aber bei irregulärem Betrieb der Klimaanlage 10 bzw. des Verdichters 12 (z. B. Blockiergefahr) ein Durchrutschen der Magnetkupplung 30 zu.
Mit über der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 32 und über das Bedienteil 34 eingesteuerter und durch die Temperaturdifferenz zwischen TA und TI erforderlicher Zunahme der Kälteleistung wird das pulsweitenmodulierte Steuersignal UR zunehmend auf den oberen Wert gesteuert und damit die Haltekraft an der Magnetkupplung 30 erhöht, um ein Durchrutschen der Magnetkupplung 30 zuverlässig auszuschließen. Die 2 zeigt die Magnetkupplung 30 des nur teilweise ersichtlichen Verdichters 12 in einem Längsschnitt. Dabei ist die Antriebswelle 38 des Verdichters 12 in dem Verdichtergehäuse 40 über ein Kugellager 42 drehbar gelagert und trägt eine Mitnehmernabe 44, die über eine membranartige Federscheibe 46 in Umfangsrichtung fest mit einem metallischen Mitnehmerring 48 verbunden ist.
Der Mitnehmerring 48 ist unmittelbar axial benachbart zum Antriebsrad 28 angeordnet, wobei das Antriebsrad 28 auf einem Nabenabschnitt 40a des Verdichtergehäuses 40 unter Zwischenschaltung eines hier beispielhaft zweireihigen Kugellagers 50 drehbar gelagert ist.
In das Antriebsrad 28 ragt ein auf dem Nabenabschnitt 40a des Verdichtergehäuses 40 befestigtes, scheibenförmiges Statorgehäuse 52 ein, in das ein ringförmiger Elektromagnet 54 eingesetzt ist, der sich nahe bis zur Stirnwand 28a des Antriebsrades 28 erstreckt und in radialer Überdeckung zur Mitnehmerscheibe 48 positioniert ist.
Innerhalb des Elektromagneten 54 ist eine Thermosicherung 56 eingesetzt, die bei Auftreten einer definierten, irrregulären Kupplungstemperatur den Elektromagneten 54 kurzschließt bzw. dessen innere, elektrische Windungen unterbricht, wodurch die Magnetkupplung 30 öffnet und den Kraftfluss vom Antriebsrad 28 zur Antriebswelle 38 unterbricht. Die Thermosicherung 56 dient daher insbesondere als Riemenschutzmaßnahme für den Fall eines defekten Verdichters 12. Hierbei wird die Thermosicherung 56 ausgelöst, bevor es zu einem Kaltverschweißen der Kupplungsscheiben kommt.
Der Elektromagnet 54 der Magnetkupplung 30 wird mit dem Steuersignal UR über das elektronische Steuergerät 36 wie vorbeschrieben angesteuert und ist andererseits über die Fahrzeugmasse bzw. -karosserie 58 geerdet, wobei in den Stromkreis eine Freilaufdiode 60 eingeschaltet ist.
Eine Bestromung des Elektromagneten 54 bewirkt eine magnetische Haltekraft an der Mitnehmerscheibe 48 zur Stirnwand 28a des Antriebsrades 28, wodurch die Magnetkupplung 30 geschlossen ist und ein Antriebsmoment vom Antriebsrad 28 über die Mitnehmerscheibe 48, die Federscheibe 46 und die fest mit der Antriebswelle 38 verschraubte Mitnehmernabe 44 auf die Antriebswelle 38 geleitet wird.
Mit zunehmender Drehzahl n der Brennkraftmaschine 32 und bedarfsorientiert zunehmend erforderlicher Kälteleistung bei eingeschalteter Klimaanlage 10 wird durch kürzere Zeitintervalle t und zunehmende Spannung U des pulsweitmodulierten Steuersignales UR des Steuergerätes 36 die Bestromung des Elektromagneten 54 von dem unteren Wert U01 auf den oberen Wert ständig erhöht, so dass ein Kupplungsschlupf an der Magnetkupplung 30 zuverlässig ausgeschlossen ist.
Abweichend von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die variable Bestromung UR der Magnetkupplung 30 über das Steuergerät 36 auch über die Stromstärke IR oder über die Spannung UR und die Stromstärke IR gesteuert sein, ggf. auch ohne Kennfeldsteuerung, nur abhängig von der Drehzahl n der Brennkraftmaschine 32 oder einem Bedarfssignal „niedrige Kälteleistung” bzw. „hohe Kälteleistung”, die z. B. auch mit der Gebläsedrehzahl in der Klimaanlage 10 (Gebläse nicht dargestellt) definiert sein kann.
Der untere und der obere Wert der Bestromung kann vereinfacht ermittelt werden durch die Auswertung der Motordrehzahl n, wobei folgende Beziehung(en) gilt oder gelten:

a) UR1 (Spannung an der Magnetkupplung bzw. erforderliche Haltekraft) = U01 + Delta_U (n_Brennkraftmaschine) für die Spannung U, wobei U01 die spezifische Minimalspannung an der Magnetkupplung bei betätigter Magnetkupplung ist, das heißt also die Minimalspannung ist, die dauerhaft angelegt wird, um ein Durchrutschen der Kupplung zu verhindern, und wobei Delta_U (n_Brennkraftmaschine) die Zusatzspannung in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n ist; oder
b) IR1 (Strom an der Magnetkupplung bzw. erforderliche Haltekraft) = I01 + Delta_I (n_Brennkraftmaschine) für die Stromstärke I, wobei I01 der spezifische Minimalstrom an der Magnetkupplung bei betätigter Magnetkupplung ist, das heißt also der Mindeststrom ist, der dauerhaft angelegt ist, um ein Durchrutschen der Kupplung zu vermeiden, und wobei Delta_I (n_Brennkraftmaschine) der Zusatzstrom in Abhängigkeit von der Motordrehzahl n ist.

Die einfachste Möglichkeit der Applikation ist dabei die Verwendung eines linearen Zusammenhangs, der bezogen auf die Spannung U wie folgt aussieht: UR1 = U01 + (U_MAX + U01)·(n_Motor/n_Motor_max) mit

U_MAX:: maximal mögliche Spannung an der Magnetkupplung bei betätigter Magnetkupplung,
n_Motor:: Motordrehzahl der Brennkraftmaschine,
n-Motor_max:: maximale Motordrehzahl;

Bezogen auf die Stromstärke sieht der lineare Zusammenhang wie folgt aus: IR1 = I01 + (I_MAX + I01)·(n_Motor/n_Motor_max) mit

I_MAX:: maximal mögliche Stromstärke an der Magnetkupplung bei betätigter Magnetkupplung.

Der untere Wert und der obere Wert der Bestromung der Magnetkupplung 30 können aber auch durch Berechnung des auftretenden Drehmomentes an der Verdichter-Antriebswelle 38 gesteuert werden, das sich rechnerisch aus der Bedarfsanforderung in der Klimaanlage und der Motordrehzahl n bestimmen lässt. Die Spannung UR oder die Stromstärke IR werden dann als Funktion des berechneten Drehmomentes M eingestellt. Dabei gilt bzw. gelten folgende Bezeichnung(en):

a) UR2 (Spannung an der Magnetkupplung bzw. erforderliche Haltekraft) = U02 + Delta_U (M_Verdichter 12) für die Spannung; wobei U02 die spezifische Minimalspannung an der Magnetkupplung bei betätigter Magnetkupplung ist, und wobei Delta_U (M_Verdichter 12) die Zusatzspannung in Abhängigkeit von dem Verdichtermoment ist; oder
b) IR2 (Strom an der Magnetkupplung bzw. erforderliche Haltekraft) = I02 + Delta_I (M_Verdichter 12) für die Stromstärke, wobei I02 der spezifische Minimalstrom an der Magnetkupplung bei betätigter Magnetkupplung ist, und wobei Delta_I (M_Verdichter 12) der Zusatzstrom in Abhängigkeit von dem Verdichtermoment ist. „M_Verdichter” ist dabei ein prognostiziertes bzw. vorgegebenes, definiertes Drehmoment des Kältemittelverdichters.

Auch für diese Beziehungen gilt wieder, dass U02 somit die Mindestspannung ist, die angelegt wird, um ein Durchrutschen der Kupplung zu verhindern bzw. dass I02 somit der Mindeststrom ist, der vorgesehen wird, um ein Durchrutschen der Kupplung zu verhindern.
Die Werte für U01, U02 bzw. I01 und I02 werden des Weiteren bevorzugt so vorgesehen, dass z. B. im Fall eines Verdichterschadens ein Durchrutschen der Scheiben der Magnetkupplung und die Verhinderung der Kaltverschweißung der Kupplungsscheiben sichergestellt ist bzw. dass die Thermosicherung sicher zur Auslösung gebracht wird, bevor eine Beschädigung des Antriebsriemens eintritt. Die Werte für U01 und U02 werden dabei bei verschiedenen Bordspannungen eingeregelt.
Bei gleichzeitiger Verwendung von drehzahl- oder verdichtermomentbasierten Werten kann die Ansteuerung der Magnetkupplung 30 wie folgt erfolgen:
UR (Spannung an der Magnetkupplung bzw. erforderliche Haltekraft) = min (UR1, UR2), oder
IR (Strom an der Magnetkupplung bzw. erforderliche Haltekraft) = min (IR1, IR2),
mit UR1, UR2, IR1 und IR2 wie zuvor beschrieben.
In der 2 wird in dem elektronischen Steuergerät 36 zunächst ein Spannungs-Sollwert anhand der Eingangsgrößen n, T_A, T_I, und weiterer Eingangsparameter bestimmt. Anhand dieses Spannungs-Sollwertes erfolgt im Pulsgenerator des Steuergeräts 36 eine Pulsweitenmodulation, wodurch eine entsprechend pulsweitenmodulierte Spannung UR an der Magnetkupplung 30 angelegt wird. In der 2 bildet daher das Steuergerät 36 und die Magnetkupplung 30 eine Steuerstrecke ohne Rückkopplung. Auf diese Steuerstrecke einwirkende Störgrößen können daher nicht ohne Weiteres selbsttätig ausgeglichen werden.
So wird die in der 2 gezeigte Ansteuerung der Magnetkupplung 30 insbesondere durch zwei Störgrößen beeinflusst, nämlich durch den Spulenwiderstand der Magnetkupplungsspule und durch einen sogenannten Masseversatz. Der Spulenwiderstand kann in Abhängigkeit von der Spulentemperatur sowie von Wicklungstoleranzen in etwa in einem Bereich von 5 bis 10 Ohm variieren. Der Masseversatz ergibt sich, da die Magnetkupplung 30 keine eigene Masserückleitung zum Steuergerät 36 aufweist, sondern, wie auch andere elektrische Verbraucher des Fahrzeugs, über die Fahrzeugkarosserie 58 geerdet ist. Der Masseversatz kann in Abhängigkeit von der an der Karosserie 58 anliegenden Spannung beispielsweise maximal bei 1,5 V liegen.
Vor diesem Hintergrund muß in der 2 aus Sicherheitsgründen bei der Ermittlung des oben erwähnten Spannungs-Sollwertes von einem maximalen Spulenwiderstand sowie einem maximalen Masseversatz ausgegangen werden. Dies führt jedoch zu einer übermäßig hohen Stromaufnahme und daher zu einem erhöhten Energieverbrauch.
Im Gegensatz zur 2 erfolgt im Ausführungsbeispiel der 3 keine bloße Ansteuerung der Magnetkupplung 30 ohne eine regelungstechnische Rückkopplung, sondern vielmehr eine nachfolgend beschriebene Stromregelung, bei der die Magnethaltekraft der Magnetkupplung 30 überwacht wird. Der in der 3 gezeigten Stromregelung liegt der Sachverhalt zugrunde, dass der, die Haltekraft der Magnetkupplung 30 bewirkende magnetische Fluss in der Magnetspule der Magnetkupplung 30 direkt proportional zum elektrischen Strom durch die Magnetspule der Magnetkupplung 30 ist. Es wird daher in der 3 zunächst in einer Sollwertvorgabeeinheit 65 des elektrischen Steuergerätes 36 anhand der Eingangsparameter n, T_A, T_I, p_K, T_V zunächst ein Sollstromwert I_SOLL bestimmt. Zudem weist das elektronische Steuergerät 36 eine Strommesseinheit 63 auf, mit der der zur Magnetspule der Magnetkupplung 30 geführte Iststrom I_IST erfasst wird. Die Strommesseinheit 63 kann beispielhaft mit einem Shunt-Messwiderstand oder mit einem Schalttransistor arbeiten.
Aus einem Vergleich des erfassten Istwertes I_IST und des ermittelten Sollstromwertes I_SOLL wird in einer Reglereinheit 65 des elektronischen Steuergerätes 36 eine Stellgröße y berechnet. Mit dieser Stellgröße y wird der Pulsgenerator 67 des Steuergerätes 36 angesteuert. In Abhängigkeit von der Stellgröße y generiert der, die Stelleinheit des Regelkreises bildende Pulsgenerator 67 die Spannung UR, mit der die Magnetspule der Magnetkupplung 30 beaufschlagt wird.
Im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der 2 erfolgt somit in der 3 kein bloßes Ansteuern der Magnetspule der Magnetkupplung 30, sondern ist eine Regelung der Magnethaltekraft der Magnetkupplung 30 in einem Regelkreis vorgesehen, bei dem der Spulenwiderstand als unbekannte Störgröße im Rahmen des in der Reglereinheit 65 erfolgenden Istwert/Sollwert-Vergleiches ausgeglichen wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009050131 A1 [0003, 0004, 0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einer Magnetkupplung (30), die zwischen einem Antriebsrad (28) einer Antriebsquelle und einer Antriebswelle (38) eines Verdichters (12) einer Klimaanlage angeordnet ist, und mit einem Klimabedienteil (34) und einem elektronischen Steuergerät (36) zum Bestromen der Magnetkupplung (30) von einer Offen- in eine Geschlossenposition, wobei die Bestromung der Magnetkupplung (30) abhängig von der zu übertragenden Antriebsleistung variabel ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Magnethaltekraft der Magnetkupplung (30) mittels einer Regelung mit Rückkoppelung eingestellt wird, bei der eine Strommesseinheit (63) einen zur Magnetkupplung (30) geführten Iststrom (I_IST) erfasst und eine Sollvorgabeeinheit (61) anhand von Eingangsparametern (n, T_A, T_I, p_K, T_V) einen Sollstrom (I_SOLL) ermittelt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Regelkreis der Regelung eine Reglereinheit (65) aufweist, die den Iststrom (I_IST) und den Sollstrom (I_SOLL) vergleicht, und dass die Reglereinheit (65) auf der Grundlage dieses Vergleichs die Magnetkupplung (30) mit Spannung (UR) beaufschlagt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Reglereinheit (65) eine Stellgröße (y) ermittelt, mit der ein Pulsgenerator (67) zur Generierung der Spannung (UR) angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestromung der Magnetkupplung (30) abhängig von der zu übertragenden Antriebsleistung und unabhängig von einer Verdichterdrehzahl variabel gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der untere Wert so eingestellt wird, dass bei einem irregulären Klimabetrieb, d. h. bei schwergängigem oder blockierendem Verdichter (12), die Magnetkupplung (30) durchrutscht und über eine Temperatursicherung (56) an der Magnetkupplung (30) stromlos geschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Bestromung der Magnetkupplung (30) abhängig von der Drehzahl (n) der Antriebsquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine (32), gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Bestromung der Magnetkupplung (30) abhängig von der über das Bedienteil (34) der Klimaanlage (10) eingesteuerten Kälteleistung gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Bestromung der Magnetkupplung (30) abhängig von der über das elektronische Steuergerät (36) im Einschaltzustand an die Magnetkupplung (30) angelegten Spannung (UR) und/oder der Stromstärke (IR) gesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die variable Bestromung über ein pulsweitenmoduliertes, elektrisches Steuersignal (UR) des elektronischen Steuergerätes (36) eingesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem elektronischen Steuergerät (36) ein Kennfeld abgelegt ist, vorzugsweise mit Drehzahlsignalen (n), Lastanforderungen des Verdichters, Fahrzeuginnenraum- und Außentemperaturen, etc. und dass nach Maßgabe des Kennfeldes die variable Bestromung der Magnetkupplung (30) gesteuert wird.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.