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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Verfahren zum Betreiben einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug,
wobei ein Klimakompressor der Klimaanlage in einem ersten Betriebszustand
durch eine Brennkraftmaschine des Fahrzeugs und in einem zweiten
Betriebszustand durch einen elektrisch betriebenen Motor angetrieben
werden kann. Die Erfindung betrifft weiterhin ein System für den Betrieb
einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug, die einen Klimakompressor
umfasst, der über
einen ersten Betriebszustand durch eine Brennkraftmaschine des Fahrzeugs
und in einem zweiten Betriebszustand durch einen elektrisch betriebenen
Motor angetrieben werden kann.
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Es sind Klimaanlagen für Fahrzeuge
bekannt, die neben einem Gebläse,
einer Luftleiteinrichtung und Steuer- und Bedienelementen einen
Klimakompressor aufweisen, mit dessen Hilfe der zur Kühlung genutzte
thermodynamische Kreisprozess realisiert wird. Der Antrieb des Klimakompressors
ist dabei an einen Abtrieb des Verbrennungsmo tors gekoppelt, dessen
Drehzahl bei laufendem Motor die Antriebsleitung des Klimakompressors
bestimmt. Ferner ist es bekannt, ein zweites Antriebsaggregat für den Klimakompressor
vorzusehen, so dass die Klimaanlage auch bei abgeschaltetem Motor
unabhängig
von diesem durch Einschalten des zweiten Antriebsaggregats betrieben
werden kann.
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Moderne Kraftfahrzeuge verfügen über eine Start-Stopp-Funktion, mittels
der der Betrieb des Verbrennungsmotors während kurzer Haltephasen des Fahrzeugs
abgeschaltet und durch einen Geberimpuls, wie beispielsweise durch
das Antippen des Gaspedals, erneut gestartet werden kann. Aufgrund des
Ein- und Ausschaltens des Verbrennungsmotors ist es schwierig, den
thermischen Komfort im Innenraum des Fahrzeuges bei eingeschalteter
Klimaanlage unter geringem Schaltungsaufwand konstant aufrechtzuerhalten.
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Vorteile der
Erfindung
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Das erfindungsgemäße verfahren baut auf den gattungsgemäßen Stand
der Technik zum Betreiben einer Klimaanlage dadurch auf, dass die
Wahl des jeweiligen Betriebszustands und die Einstellung von Betriebsparametern
mit den Schritten erfolgt:
– Aufnahme von Daten über Betriebszustände von Komponenten
des Fahrzeuges,
– Aufnahme
von Daten über
das Anforderungsprofil der Klimaanlage,
– Auswerten von aufgenommenen
Daten und Ermitteln des geeigneten Betriebszustandes und geeigneter
Einstellungen von Betriebsparametern mittels eines Datenprozessors,
und
– Ausgabe
des ermittelten Betriebszustands.
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Auf diese Weise ist ein automatisierter
Betrieb des Kompressorantriebs geschaffen, der zu einem erhöhten thermischen
Komfort im Innenraum des Fahrzeugs führt, da ein kontinuierlicher
Betrieb des Kompressors bei eingeschalteter Klimaanlage in Abstimmung
auf verschiedene Betriebszustände mehrerer
Komponenten des Fahrzeugs realisiert ist. So bleibt auch der thermische
Komfort in denjenigen Phasen ohne zusätzlichen Aufwand erhalten,
in denen der Verbrennungsmotor mit Hilfe der Motor-Start-Stopp-Funktion während kurzer
Haltephasen des Fahrzeuges abgeschaltet ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
nach Anspruch 2 ist der Antrieb des Klimakompressors unter Berücksichtigung
von Sicherheitsaspekten realisiert, so dass der Klimakompressor
erst nach einer Abfrage dieser relevanten Daten und einer darauf
folgenden Prüfung durch
das geeignet gewählte
Antriebsorgan angetrieben wird. So erfolgt die Freigabe des Motors
für elektrischen
Kompressorantrieb beispielsweise nur dann, wenn die Zündung eingeschaltet,
der Batterieladezustand ausreichend ist, alle Türen geschlossen sind, kein
Startvorgang des Verbrennungsmotors abläuft und die Motordrehzahl des
Verbrennungsmotors gleich Null ist. Wenn eine dieser Bedingungen
verletzt sein sollte, kann der elektrische Kompressorantrieb gesperrt
sein.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften
Ausführungsform
nach Anspruch 3 ist eine geeignete Abstimmung zwischen den an die
Klimaanlage zur Schaffung eines gewünschten Klimas im Fahrzeuginnenraum
gestellten Anforderungen und einer sparsamen und effizienten Energieeinspeisung
des Klimakompressors vorgesehen.
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Diesbezüglich wird es gemäß Anspruch
4 als vorteilhaft erachtet, dass das Aufnehmen von Daten und deren
Auswerten in einem vorbestimmten Zeitraster wiederholt wird. Durch
diese automatisierte Programmschleife werden vom Datenprozessor
gemäß einem
zu bestimmenden Zeitzyklus wiederholt Datenabfragen und ein Auswerten
dieser Daten gestartet. Ein Zeitraster-Zyklus kann dabei vorteilhafterweise
im Millisekundenbereich liegen. Solange der elektrische Kompressorantrieb
gesperrt ist, können die
Freigabebedingungen in einem groben Zeitraster von beispielsweise
500 Millisekunden abgefragt werden. Nach einer Freigabe werden die
Bedingungen vorteilhafterweise in einem engeren Zeitraster von beispielsweise
5 Millisekunden überprüft, um bei
Bedarf den Elektromotor für
den Kompressor in einen anderen Betriebsmodus (z. B. Start des Verbrennungsmotors)
möglichst
schnell umschalten zu können.
Die Programmschleife wird vorteilhafterweise lediglich in einem
Zustand einer eingeschalteten Klimaanlage durchgeführt, d.h.
wenn die Datenauswertung der Daten über das Anforderungsprofil
der Klimaanlage ein positives Ergebnis ergibt.
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Gemäß Anspruch 5 kann der für den Klimakompressor
vorgesehene Elektromotor während
der Betriebsphasen eines laufenden Verbrennungsmotors die Fahrzeugbatterie
laden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren baut auf dem Stand
der Technik weiterhin dadurch auf, dass die Wahl des jeweiligen
Betriebszustandes und die Einstellung von Betriebsparametern mit
den Schritten erfolgt:
– Aufnahme
von ersten Daten betreffend Betriebszustände von Komponenten des Fahrzeugs,
– Aufnahme
von zweiten Daten betreffend ein Anforderungsprofil der Klimaanlage,
– Auswerten
der zweiten Daten zur Bestimmung, ob ein Betrieb des Klimakompressors
erforderlich ist,
– Auswerten
der ersten Daten bei erforderlichem Betrieb des Klimakompressors,
– Freigeben
beziehungsweise Sperren eines mechanischen Antriebs des Klimakompressors
und Freigeben beziehungsweise Sperren eines elektrischen Antriebs
des Klimakompressors in Abhängigkeit
eines Ergebnisses des Auswertens der ersten Daten,
– bei freigegebenem
mechanischem Antrieb und gesperrtem elektrischem Antrieb des Klimakompressors,
Antreiben des Klimakompressors im ersten Betriebszustand,
– bei freigegebenem
elektrischem Antrieb,
– Auswerten
von zweiten Daten betreffend ein Anforderungsprofil der Klimaanlage,
– Richten
einer Drehzahlanforderung an den freigegebenen elektrischen Antrieb
des Klimakompressors und
– Antreiben
des Klimakompressors im zweiten Betriebszustand unter Berücksichtigung
des Ergebnisses des Auswertens der zweiten Daten.
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Das erfindungsgemäße System für den Betrieb einer Klimaanlage
in einem Kraftfahrzeug baut auf dem gattungsgemäßen Stand der Technik dadurch
auf, dass zur Wahl des jeweiligen Betriebszustandes und der Einstellungen
von Betriebsparametern Mittel zur Aufnahme von Daten über Betriebszustände von
Komponenten des Fahrzeugs, Mittel zur Aufnahme von Daten über das
Anforderungsprofil der Klimaanlage, und ein Datenprozessor zum Auswerten
von aufgenommenen Daten, zum Ermitteln des geeigneten Betriebszustands
und geeigneter Einstellungen von Betriebsparametern und zum Ausgeben
derselben vorgesehen sind. Die Erläuterungen in Bezug auf das
oben dargelegte erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer Klimaanlage sind dabei in gleicher Weise auf
das erfindungsgemäße System
zu lesen und die betreffenden Vorteile darauf übertragbar.
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Dies gilt auch für die Systeme gemäß den abhängigen Ansprüchen 8 bis
11.
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Wesentliche Grundidee ist es damit,
ein Steuerverfahren für
den Antrieb eines Klimakompressors zu schaffen, mit dem der thermische
Komfort im Innenraum des Fahrzeuges unter Berücksichtigung von Sicherheitsaspekten
und einer Wirtschaftlichkeit zum Betrieb einer Klimaanlage verbessert
ist.
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Die Erfindung wird nun mit Bezug
auf die Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen beispielhaft erläutert.
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Dabei zeigt:
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1 einen
Funktionsblock zur Freigabe des elektrischen Kompressorantriebs
(Enable-Block);
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2 einen
Funktionsblock betreffend eine Kompressor-Freigabe (Enable-Block);
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3 einen
Funktionsblock betreffend einen Kompressor-Antrieb (Ask-Block);
und
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4 ein
Schaltbild zur Darstellung der Kommunikation zwischen den Funktionsblöcken.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
einen Funktionsblock zur Freigabe des elektrischen Kompressorantriebs
(Enable-Block). Die in 1 angegebenen
Bezugszeichen haben die folgende Bedeutung: 10 Initialisierung 12 Freigabe
des elektrischen Kompressorantriebs wird durchlaufen, wenn Kälteanforderung
bzw. Kompressor-Wunschdrehzahl
vorliegt 14 kein Start seit Initialisierung der Motorsteuerung 16 warte
t = 2s 18 Motorsteuerung meldet Motor-Stopp 20 Motordrehzahl
= 0 22 Batterie-Ladezustand ausreichend 24 kein Startvorgang
angefordert 26 Türen
geschlossen 28 elektrischer Kompressorantrieb freigegeben 30 elektrischer
Kompressorantrieb gesperrt 32 Motorsteuerung meldet Motorstart 34 Ausgang 38 Freigabestatus
elektrischer Kompressorantrieb
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Ausgangspunkt eines nachfolgend erläuterten
Verfahrenszyklus ist im vorliegenden Beispiel der Zeitpunkt des
Einschaltens der Klimaanlage (siehe 1,
Bezugszeichen 12) .
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Die Leistungsanforderung für den Kompressorantrieb
aufgrund eines Einschaltens der Klimaanlage wird in der Klimasteuerung
(Ask-Block) ermittelt. Mit einem Einschalten der Klimaanlage beginnt
eine Aufnahme von Feuchte und Temperaturdaten aus dem Fahrzeuginnenraum,
wobei durch eine Auswertung dieser Daten mittels des Datenprozessors
eine Solldrehzahl für
den Kompressorantrieb bestimmt wird. Durch das Einschalten der Klimaanlage
und das Festlegen einer Solldrehzahl wird daraufhin ebenso mit einer
Aufnahme von Daten über
Betriebszustände
von Komponenten des Fahrzeuges begonnen. In 1 ist diesbezüglich eine Datenaufnahme und Auswertung
möglicher
Parameter aufgezeigt. Demgemäß wird zunächst ermittelt,
in welchem Betriebszustand 14, 18 sich der Verbrennungsmotor
befindet. Der Motor kann hierbei im Lauf sein 14, er kann sich gemäß der Start-Stopp-Funktion
in einem Motor-Stopp-Zustand bei eingeschalteter Zündung befinden
18 oder im abgeschalteten Zustand mit abgeschalteter Zündung sein.
Eine Abfrage dieser Daten wird alle 500 Millisekunden wiederholt.
Sollte eine Auswertung dieser Daten ergeben, dass sich der Verbrennungsmotor
in einem neu gezündeten
Startzustand befindet, wird eine Zeitdauer von ca. 2 Sekunden abgewartet
16, um den Startvorgang vollständig beenden
zu können,
wonach eine Datenaufnahme bezüglich
einer möglichen
Freigabe des elektrischen Kompressorantriebes (Enable-Block) folgt.
Die im Folgenden ausgeführte
Datenaufnahme und -auswertung erfolgt dabei in einem engeren Zeitraster
von ca. 5 Millisekunden, um bei Bedarf den Elektromotor möglichst
schnell in einen dritten Betriebsmodus (z. B. "Start" des Verbrennungsmotors)
umschalten zu können.
In diesem Datenaufnahme- und Datenauswertezyklus wird die Motordrehzahl
abgefragt 20, der Batterieladezustand ermittelt 22,
und abgefragt, ob ein Auftrag für
einen Startvorgang vorliegt 24 und die Türen geschlossen
sind 26. Wird ein positives Ergebnis aller einzelnen Fragen 20, 22, 24, 26 ermittelt, wird
der elektrische Kompressorantrieb freigegeben 28. Demgegenüber wird
der elektrische Kompressorantrieb gesperrt 30, wenn bereits eine
negative Antwort in Bezug auf eine der obigen Fragen vorliegt.
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Im Folgenden wird gemäß 2 eine Datenaufnahme und – auswertung
im Hinblick auf eine Kompressorabschaltung erläutert.
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2 zeigt
einen Funktionsblock betreffend eine Kompressor-Freigabe (Enable-Block).
Die in 2 angegebenen
Bezugszeichen haben die folgende Bedeutung:
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- 40
- Initialisierung
beim Hochlauf des SG
- 42
- Kompressorabschaltung
- 44
- permanenter
Kompressor-Antrieb freigegeben
- 46
- Motorsteuerung
fordert Kompressor-Notabschaltung
- 48
- Fahrzustand
fordert Kompressorabschaltung
- 50
- man.
Motorstart aktiv
- 52
- automatischer
Motorstart aktiv
- 54
- permanenter
Kompressor-Antrieb gesperrt
- 56
- Kompressor-Antrieb
gesperrt
- 58
- Kompressor-Antrieb
freigegeben
- 60
- Freigabezustand
Kompressorantrieb
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Ausgehend vom Ausgangszustand eines
in Betrieb genommenen Klimakompressors wird im Enable-Block betreffend
die Aufnahme von Daten über Betriebszustände von
Komponenten des Fahrzeuges abgefragt, ob die Motorsteuerung eine
Kompressornotabschaltung 46 fordert. Ferner wird in diesem Funktionsblock
abgefragt, ob der gegenwärtige
Fahrzustand eine Kompressorabschaltung 48 erfordert. Ferner wird
abgefragt, ob ein manueller 50 oder automatischer 52 Motorstart
vorliegt, wobei nach der Auswertung diesbezüglicher Daten zu obigen Fragen der
Kompressorantrieb gesperrt 54, 56 bzw. freigegeben 58 wird
und dieser nur bei einer Freigabe durch den Enable-Block weiter
betrieben wird.
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Befindet sich der Klimakompressor
bei eingeschalteter Klimaanlage in Betrieb, wird in einem Ask-Block
betreffend die Aufnahme von Daten über das Anforderungsprofil
der Klimaanlage ein Antriebsmodus mit dem betreffenden Antriebsorgan
sowie eine Wunschdrehzahl für
den Kompressorantrieb ermittelt.
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Das Flussdiagramm gemäß 3 veranschaulicht eine diesbezügliche Datenaufnahme
und deren Auswertung.
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3 zeigt
einen Funktionsblock betreffend einen Kompressor-Antrieb (Ask-Block).
Die in 3 angegebenen
Bezugszeichen haben die folgende Bedeutung:
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- 62
- Ansteuerung
Kompressorkupplung
- 64
- Wunschdrehzahl
des Kompressorantriebs
- 66
- Antriebsmodus
- 68
- Kompressor-Antrieb
freigegeben
- 70
- Wunsch
Klimasteuerung Kompressor-Kupplung schließen
- 72
- Kompressor-Kupplung
geschlossen
- 74
- Kompressor-Kupplung
offen
- 76
- Schaltzustand
Kompressor-Kupplung
- 78
- Kompressor-Solldrehzahl
für Start./Gen.
- 80
- Kompressor-Kupplung
geschlossen
- 82
- E-Maschine
im Generator-Modus
- 84
- E-Maschine
im Motor-Modus
- 86
- motorischer
Kompressorantrieb
- 88
- elektrischer
Kompressorantrieb
- 90
- kein
Kompressorantrieb
- 92
- Kompressor-Antriebsmodus
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In der linken Hälfte des Schaltbildes ist der Ansteuerungsvorgang 62 für die Kompressorkupplung
und Regelung einer Wunschdrehzahl 64 des Kompressorantriebes
gezeigt.
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Ist der Kompressorantrieb freigegeben 68, wird
Soll-Schaltzustand
der Kompressor-Kupplung nach gewähltem
Kältebedarf
ermittelt 70 und ein geeigneter Betriebszustand des Klimakompressors über ein
Schließen 72 bzw.
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Öffnen 74 der
Kompressorkupplung realisiert. Gemäß dem Steuerverfahren für den Klimakompressor
werden auch Daten aufgenommen, mit denen ermittelt werden kann,
ob der Elektromotor momentan als Generator verwendet wird. Demgegenüber wird
die Kompressor-Solldrehzahl von dem als Starter-Generator dienenden
Elektromotor nur dann tatsächlich
eingestellt, wenn der elektrische Antrieb freigegeben und die Kurbelwelle
des Verbrennungsmotors vom Riemenantrieb an den Klimakompressor
abgekoppelt ist. Der ermittelte Antriebsmodus für den Klimakompressor resultiert
im Ergebnis aus einer Kommunikation zwischen den beiden oben erläuterten
Funktionsblöcken,
d.h. dem Enable-Block betreffend die Daten über Betriebszustände von Komponenten
des Fahrzeuges und dem Ask-Block betreffend die Daten über das
Anforderungsprofil der Klimaanlage.
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Diese Kommunikation zwischen den
Funktionsblöcken
ist durch das Schaltbild in 4 veranschaulicht.
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Die in 4 angegeben
Bezugszeichen haben die folgende Bedeutung:
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- 94
- Freigabe
Elektrischer Kompressorantrieb (Enable)
- 96
- Kompressor-Istdrehzahl
- 98
- Freigabe
des elektrischen Kompressors
- 100
- Steuerung
E-Maschine (Starter-Generator) (Enable)
- 102
- Kompressor-Solldrehzahl
- 104
- Kompressor-Freigabe
(Enable)
- 106
- Kompressor-Freigabe
- 108
- Kompressorantrieb
(Ask)
- 110
- Kompressor-Kupplung
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Block 104 ist für die grundsätzliche
Freigabe des Kompressorantriebs zuständig, wobei diese Freigabe 106 dem
Ask-Block 108 für
den Kompressorantrieb übermittelt
wird.
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Nur wenn diese Kompressor-Freigabe 106 vorliegt,
kann die Kompressor-Kupplung 110 geschlossen werden. Der
Ask-Block 108 übermittelt
in Abhängigkeit
der von dem Ask-Block 108 ermittelten Werte eine Kompressor-Solldrehzahl 102 an
die Steuerung 100 der elektrischen Maschine, das heißt beispielsweise
des Starter-Generators. Wenn diese Steuerung 100 von der
Freigabe des elektrischen Kompressorantriebs 94 die Freigabeinformation 98 erhält, kann
der Starter-Generator
den Kompressor antreiben. Zur Regelung der Kompressor-Drehzahl wird
von dem Funktionsblock 100 die Kompressor-Istdrehzahl 96 an
den Ask-Block 108 übermittelt.
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Die vorhergehende Beschreibung der
Ausführungsbeispiele
gemäß der vorliegenden
Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke
der Beschränkung
der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen
und Modifikationen möglich,
ohne den Umfang der Erfindung sowie ihre Äquivalente zu verlassen.