DE3029097C2

DE3029097C2 - Klimaanlage mit einer Regelvorrichtung

Info

Publication number: DE3029097C2
Application number: DE3029097A
Authority: DE
Inventors: Yasuhumi Gifu Kojima
Original assignee: NipponDenso Co Ltd
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1979-08-01
Filing date: 1980-07-31
Publication date: 1987-04-09
Also published as: US4345714A; JPS5625010A; JPS6230927B2; DE3029097A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimaanlage mit einer Regelvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine solche Klimaanlage ist in der US-PS 33 15 730 beschrieben. Insbesondere handelt es sich bei der bekannten Klimaanlage wie auch bei der vorliegenden Klimaanlage um eine Auto-Klimaanlage. Solche Klimaanlagen sind erfahrungsgemäß deshalb nicht einfach zu regeln, weil einmal sehr häufig die Soll-Temperatur verstellt wird und zum anderen die die Temperatur im Fahrgastraum beeinflussenden Parameter ständig und rasch wechseln. Ein solcher Parameter ist zum Beispiel die Außentemperatur, die sich während der Fahrt häufig ändert.
Zur Erläuterung der eingangs erwähnten bekannten Klimaanlage sei zunächst die Fig. 1 betrachtet, die anhand eines Blockschaltbilds das Prinzip der Regelung der bekannten Klimaanlage veranschaulicht.
Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält eine herkömmliche Steuerung für eine Klimaanlage einen Temperaturwähler 1 zum Bereitstellen eines Ausgangssignals, das kennzeichnend ist für eine gewünschte Temperatur T _set der Luft in einem zu klimatisierenden Raum oder Bereich. Ferner enthält die Regelung einen Fahrgastraum-Sensor 2 zum Abgeben eines Ausgangssignals, das kennzeichnend ist für die tatsächliche oder Ist-Temperatur T _r der Luft in dem Raum, und einen Detektor 3, der auf die Ausgangssignale des Temperaturwählers 1 und des Sensors 2 anspricht, um jede Abweichung zwischen der gewünschten oder Soll-Temperatur T _set und der Ist-Temperatur T _r zu erfassen und ein Ausgangssignal zu erzeugen, das kennzeichnend ist für die erfaßte Abweichung. Ein Temperaturregler 4 empfängt das Ausgangssignal von dem Detektor 3, um die Temperatur des Luftstroms nach Maßgabe der Abweichung zu regeln, um so die Ist-Temperatur T _r auf die Soll- Temperatur T _set einzuregeln und die bei letzterer zu halten.
Während des Betriebs des Temperaturreglers 4 erzeugt der Sensor 2 ein Rückkopplungssignal, das kennzeichnend ist für jede Änderung der Ist-Temperatur in dem Raum, und der Regler 4 regelt die Ist-Temperatur T _r auf die Soll- Temperatur T _set ansprechend auf das vom Sensor 2 kommende Rückkopplungssignal ein. In diesem Beispiel schwankt die Wärmebelastung in dem Raum entsprechend den Änderungen der äußeren Umgebungstemperatur T _am, und folglich schwankt die Ist-Temperatur T _r aufgrund der Verzögerung der Wärmeübertragung in dem Raum. Um die Schwankungen der Ist- Temperatur in dem Raum einzuschränken, sind ein Außensensor 6 und ein Addierer 7 vorgesehen, um die Schwankungen der Wärmebelastungen, die hervorgerufen werden durch eine Änderung der äußeren Umgebungstemperatur T _am, vorab zu kompensieren.
Unter der Voraussetzung, daß die Luftstromstärke einen konstanten Wert hat, wird mit der oben erläuterten Regelung die Temperatur des Luftstroms durch den Regler 4 gemäß nachstehender Gleichung eingestellt:
T _ao = K _set · T _set - K _am · T _am - K _r · T _r + C,
wobei T _set die Soll-Temperatur in dem Raum, T _am die äußere Umgebungstemperatur, T _r die Ist-Temperatur in dem Raum, C eine Konstante und K _set, K _am sowie K _r Verstärkungsfaktoren des Wählers 1 des Sensors 6, bzw. des Sensors 2 sind, die vorab bestimmt werden, um die Ist-Temperatur T _r im Sinne einer Annäherung an die Soll- Temperatur T _set einzuregeln, ohne daß irgendwelche Beeinflussungen durch Änderungen der äußeren Umgebungstemperatur stattfinden. Wenngleich bei der Regelung der Klimaanlage die äußere Umgebungstemperatur gemessen wird, um die Temperatur des Luftstroms nach Maßgabe der Schwankungen der Wärmebelastung in dem Raum zu kompensieren, wird nicht berücksichtigt, die Temperatur des Luftstroms zu kompensieren im Hinblick auf eine andere Schwankung der Wärmebelastung, verursacht durch die Intensität und Richtung der in den Raum einfallenden Sonnenstrahlung, eine Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Änderung der Anzahl von Fahrgästen und dergleichen, da die Konstante C einen festen Wert aufweist, der auf experimentellem Wege bestimmt wurde. Hierdurch ergibt sich aufgrund der nicht berücksichtigten Schwankung der Wärmebelastung eine Abweichung der Ist-Temperatur von der gewünschten oder Soll-Temperatur.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Klimaeinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der weitestgehend unabhängig von sich rasch ändernden äußeren Störeinflüssen eine möglichst konstante und rasche Einregelung der Ist-Temperatur auf die gewünschte Soll-Temperatur erfolgt.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei der erfindungsgemäßen Klimaanlage mit Regelvorrichtung läßt sich die Stärke des in den zu klimatisierenden Raum eingeblasenen Luftstroms regeln. Ein Wärmebelastungssensor ermittelt die von zusätzlichen Wärmequellen herrührenden zusätzlichen Belastungen, zum Beispiel die Intensität der Sonneneinstrahlung. Entsprechend der eingestellten Luftstromstärke wird ein mehr oder weniger starker Luftstrom in den zu klimatisierenden Bereich eingeblasen. Die Temperatur des Luftstroms wird von der erfindungsgemäßen Regelvorrichtung unter Berücksichtigung der Soll-Temperatur, der Ist- Temperatur, der Umgebungstemperatur, der zusätzlichen Wärmebelastung durch beispielsweise Sonneneinstrahlung gegebenenfalls unter Berücksichtigung eines Kompensationswerts berechnet. Hierzu wird ein Zwischenwert ermittelt, aus dem die Wärmemenge ermittelt wird, die benötigt wird, um in dem zu klimatisierenden Bereich die gewünschte Temperatur zu erreichen.
Die ersten Abweichungswerte werden in bestimmten zeitlichen Abständen von beispielsweise 20 Sekunden ermittelt. Aus diesen ersten Abweichungswerten wird anhand einer zuvor empirisch ermittelten Funktion (bei dieser kann es sich auch dann um eine vereinfachte lineare Funktion handeln) eine Erwartungsabweichung ermittelt, und durch Addition mit dem Momentanwert der Ist-Temperatur wird daraus ein Erwartungswert ermittelt, der im Hinblick auf die Luftstrom- und Temperaturregelung einen stabilen Wert darstellt. Aus diesem Erwartungswert wird dann eine zweite Abweichung ermittelt, indem von der Soll-Temperatur der Erwartungswert subtrahiert wird.
Ist nun der Absolutwert der zweiten Abweichung geringfügig, zum Beispiel kleiner als 0,5°C, wird bei der nachfolgenden Berechnung des Zwischenwerts und damit der Luftstromtemperatur der frühere Wert der zweiten Abweichung herangezogen. Mit anderen Worten: Wenn der Wert der zweiten Abweichung relativ klein ist, wird die Regelung praktisch unverändert durchgeführt.
Ist hingegen der Wert der zweiten Abweichung beträchtlich, zum Beispiel größer oder gleich 0,5°C, wird er auf den früheren Wert der zweiten Abweichung addiert, so daß die darauf basierenden Werte (Zwischenwert und Luftstrom-Temperatur) dafür sorgen, daß die Soll-Temperatur sehr rasch erreicht wird.
Damit der durch die Addition des alten und des neuen Wertes der zweiten Abweichung gewonnene Kompensationswert nicht zu groß wird, wird dieser Abschnitt des Regelvorgangs nur in bestimmten Zeitintervallen ausgeführt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
Fig. 2 ein schematisches Blockdiagramm einer erfindungsgemäßen für eine Auto-Klimaanlage ausgelegten Klimaanlagen-Regelvorrichtung,
Fig. 3 ein die Arbeitsweise des in Fig. 2 als Block gezeigten Mikrocomputers veranschaulichendes Flußdiagramm,
Fig. 4 eine grafische Darstellung, die die Änderungsgeschwindigkeit der Ist-Lufttemperatur in dem Raum bei Regelung der Klimaanlage veranschaulicht, und
Fig. 5 eine grafische Darstellung einer erwarteten Abweichung, bezogen auf die Änderungsgeschwindigkeit der Ist-Lufttemperatur.
Fig. 2 zeigt in schematischer Weise ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem ein Mikrocomputer 21 dazu verwendet wird, ein vorbestimmtes Rechnerprogramm für die Klimatisierung des Fahrgastraums eines Kraftfahrzeuges abzuarbeiten. In dem Luftkanal 10 einer herkömmlichen Auto-Klimaanlage sind ein Gebläse 11, ein Kühlkörper 12 und ein Heizkörper 13 angeordnet. Der Luftkanal 10 befindet sich im vorderen Teil des Fahrgastraums. Eine Luftmischklappe 14 ist in herkömmlicher Weise vorgesehen, um das Verhältnis der von dem Kühlkörper 12 kommenden, gekühlten Luft und der von dem Heizkörper 13 kommenden, erwärmten und in den Fahrgastraum strömenden Luft zu regulieren. Der Luftstrom ist in der Zeichnung durch einen Pfeil angedeutet. Der Mikrocomputer 21 ist über einen Analog/Digital-(A/D)-Wandler 20 an einen Fahrgastraum-Temperatursensor 15, einen Außentemperatur-Sensor 16, einen Sonnenschein-Sensor 17, eine Temperatur- Einstellschaltung 18 und eine Luftstrom-Einstellschaltung 19 angeschlossen.
Der Fahrgastraum-Temperatursensor 15 ist im Schatten des Fahrgastraums unter einer Instrumententafel des Fahrzeugs angeordnet, um die tatsächliche durchschnittliche Fahrgastraum-Temperatur in dem Führerhaus zu ermitteln und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das kennzeichnend ist für die Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r. Der Außentemperatur-Sensor 16 befindet sich außerhalb des Fahrgastraumes, um draußen die Ist-Umgebungstemperatur zu erfassen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das die Ist- Außentemperatur T _am angibt. Der Sonnenschein-Sensor 17 befindet sich innerhalb des Fahrgastraums, um die Intensität der Sonnenstrahlung zu erfassen und ein elektrisches Signal zu erzeugen, das die Sonnenscheinintensität T _s angibt. Die Temperatur-Einstellschaltung 18 enthält einen veränderbaren Widerstand, der von Hand einstellbar ist, um ein elektrisches Signal zu erzeugen, das kennzeichnend ist für eine gewünschte Fahrgastraum-Temperatur T _set. Die Luftstrom-Einstellschaltung 19 gibt ein elektrisches Signal ab, das kennzeichnend ist für eine gewünschte Luftstromstärke oder -menge W. Der A/D-Wandler 20 wandelt die von den Sensoren 15 bis 19 kommenden elektrischen Signale in elektrische Binär-Signale um.
Der Mikrocomputer 21 ist als Einzelchip-LSI-Mikrocomputer ausgebildet, der von einem Spannungsstabilisator (nicht gezeigt) für seinen Betrieb eine konstante Spannung empfängt. Der Spannungsstabilisator wird von einer (nicht gezeigten) Fahrzeugbatterie gespeist, wenn ein (nicht gezeigter) Zündschalter geschlossen wird, so daß der Spannungsstabilisator eine konstante Spannung abgibt. Der Mikrocomputer 21 enthält eine zentrale Verarbeitungseinheit oder CPU, die über eine Busleitung 21 a an eine Eingabe/Ausgabe-Einheit oder E/A-Einheit angeschlossen ist. Die CPU ist ferner über die Busleitung 21 a an einen Taktgeber, einen Lesespeicher (ROM) und einen Schreib/Lese- Speicher (RAM) angeschlossen. Die E/A-Einheit empfängt vom A/D-Wandler 20 die elektrischen Binär-Signale, um sie zwischenzeitlich in dem RAM zu speichern. Diese gespeicherten Signale werden selektiv aus dem RAM ausgelesen und über den Bus 21 a an die CPU gegeben. Die CPU dient zum Ausführen des vorbestimmten Rechnerprogramms nach Maßgabe der von dem Taktgeber gelieferten Taktsignale. Der Taktgeber arbeitet mit einem Kristall-Oszillator 22 zusammen, um die Taktsignale mit einer vorbestimmten Frequenz zu erzeugen. Das vorbestimmte Rechnerprogramm ist in dem ROM gespeichert, so daß der Rechner 21 diejenige Wärmemenge errechnet, die notwendig ist, um die Fahrgastraum-Temperatur auf einen gewünschten Wert einzuregeln, und der Rechner 21 berechnet die Luftstrom-Temperatur T _ao, die notwendig ist, um in den Fahrgastraum die berechnete Wärmemenge abzugeben über eine vorbestimmte Luftstromstärke W, was im Folgenden noch erläutert wird.
Die erste Treiberschaltung 23 besitzt eine an einen ersten Ausgangsanschluß des Rechners 21 angeschlossene Eingangsklemme sowie einen Ausgangsanschluß, der mit dem Eingangsanschluß des Gebläses 11 verbunden ist. Die erste Treiberschaltung 23 hat die Aufgabe, eine "zerhackte" Steuerung des Gebläses 11 durchzuführen, ansprechend auf ein für eine vorbestimmte Luftstromstärke kennzeichnendes Ausgangssignal des Rechners 21 unter Regelung der Luftstrom-Einstellschaltung 19. Somit wird das Gebläse 11 angetrieben, um nach Maßgabe der Einstellung der Luftstrom- Einstellschaltung 19 die vorbestimmte Luftstromstärke in den Fahrgastraum zu liefern. Ein elektrisch betätigtes Betätigungsglied 25 ist in Form eines Elektromotors oder eines elektromagnetisch betätigten Servo-Motors ausgebildet, der an die Luftmischklappe 14 angelenkt ist, um die Winkelstellung der Mischklappe 14 ansprechend auf ein Ausgangssignal der zweiten Treiberschaltung 24 zu regeln. Die zweite Treiberschaltung 24 ist mit einem Eingangsanschluß an einen zweiten Ausgangsanschluß des Rechners 21 angeschlossen, und sie besitzt einen Ausgangsanschluß, der an einen Eingangsanschluß des Betätigungsglieds 25 angeschlossen ist. Die zweite Treiberschaltung 24 dient zum Regeln der dem Betätigungsglied 25 zugeführten elektrischen Leistung in Abhängigkeit eines vom Rechner 21 abgegebenen Ausgangssignals, das kennzeichnend ist für die berechnete Luftstromtemperatur. Somit wird die Winkelstellung der Luftmischklappe 14 durch Betätigen des Betätigungsglieds 25 eingeregelt, um die Temperatur des von der Klimaanlage abgegebenen Luftstroms bei dem berechneten Ergebniswert zu halten. Die zweite Treiberschaltung enthält ferner einen (nicht gezeigten) Stellungssensor, der dazu dient, die Winkelstellung der Luftmischklappe 14 zu ermitteln, um die Ist-Temperatur des von der Klimaanlage kommenden Luftstroms zu erfassen.
Im Folgenden sollen die Betriebsweisen der oben erläuterten Regelung im einzelnen unter Bezugnahme auf das in Fig. 3 dargestellte Flußdiagramm erläutert werden. Wenn der Spannungsstabilisator durch Schließen des Zündschalters gespeist wird, so daß er eine konstante Spannung abgibt, wird der Mikrocomputer 21 betriebsbereit gemacht, um die Ausführung der folgenden Berechnungen nach Maßgabe des vorbestimmten Programms bei einer Frequenz von etwa mehreren Millisekunden durchzuführen. Gleichzeitig werden von den Sensoren 15, 16 und 17 sowie den Einstellschaltungen 18 und 19 kommende elektrische Signale durch den A/D-Wandler 20 jeweils in Binär-Signale umgewandelt, die kennzeichnend sind für die Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r, die äußere Umgebungstemperatur T _am, die Sonnenscheinintensität T _s, eine Soll-Fahrgastraumtemperatur T _set und eine Soll-Luftstromstärke W. Wenn das Rechnerprogramm zum Punkt 101 kommt, werden die vom A/D-Wandler 20 kommenden Binär-Signale in dem RAM des Rechners 21 gespeichert. Am Punkt 102 bringt die CPU des Rechners 21 das Programm über eine die Punkte 103, 104 und 105 enthaltende Routine zum Punkt 106. Dies erfolgt in der ersten Stufe unmittelbar im Anschluß an den Beginn der Berechnung. Die CPU des Rechners 21 startet am Punkt 103 einen ersten, ihr zugeordneten Zeitgeber T&sub1; und setzt an den Punkten 104 und 105 Δ T _set=0, Δ T _setN=0, bzw. N=1, wobei Δ T _set eine Abweichung zwischen einem Sollwert und einem Erwartungswert der Ist-Fahrgastraumtemperatur ist, der bei Regelung der Klimaanlage als ein stabiler Wert zu erhalten ist. Δ T _setN ist die zuvor berechnete Abweichung von Δ T _set, und N ist ein Flag.
Am Punkt 106 berechnet die CPU des Rechners 21 eine Wärmemenge Q, die in den Fahrgastraum zu liefern ist. Die Wärmemenge Q kann der Wärmebelastung in dem Raum entsprechen. Nimmt man beispielsweise an, daß die Luftstromstärke W einen Wert W _o aufweist, so berechnet sich eine Luftstromtemperatur T _aoo aus der folgenden Gleichung: &udf53;vu10&udf54;°KT°T°Kaoo°t = °KK°T°Kset°t °K(T°T°Kset°t + &udf57;°KD°k&udf56;°KT°T°KsetN°t) ^ °KK°T°Kr°t ´ °KT°T°Kr°t ^ °KK°T°Ks°t ´ °KT°T°Ks°t ^ °KK°T°Kam°t ´ °KT°T°Kam°t + °KC°k@,(1)&udf53;zl10&udf54;
Hierbei ist T _set die Soll-Fahrgastraumtemperatur, T _am die äußere Umgebungstemperatur, T _r die Ist-Fahrgastraumtemperatur, C eine Konstante und K _set, K _am sowie K _r sind Verstärkungsfaktoren der Einstellschaltung 18 und der Sensoren 16 bzw. 15. Auf der Grundlage der obigen Berechnung wird durch die CPU des Rechners 21 aus der nachstehenden Gleichung die Wärmemenge Q errechnet: &udf53;vu10&udf54;°KQ°k = °KK°T°Kq°t ´ °KW°T°Ko°t °K(T°T°Kaoo°t ^ °KT°T°Kr°t)@,(2)&udf53;zl10&udf54;
Hierbei ist K _q eine Konstante, die durch die physikalischen Eigenschaften der Luft bestimmt wird. Dann berechnet die CPU des Rechners 21 eine Luftstromtemperatur T _ao, die notwendig ist, bei einer vorbestimmten Luftstromstärke W die berechnete Wärmemenge Q abzugeben. Die Berechnung der Temperatur T _ao wird von der CPU des Rechners 21 auf der Grundlage der nachstehenden Gleichung durchgeführt: &udf53;vu10&udf54;°KT°T°Kao°t = °KQ/(K°T°Kq°t ´ °KW)°k + °KT°T°Kr°t@,(3)&udf53;zl10&udf54;
Am Punkt 123 erzeugt die CPU des Rechners 21 Ausgangssignale, die kennzeichnend sind für die vorbestimmte Luftstromstärke W, bzw. die berechnete Luftstromtemperatur T _ao. Jeder dieser Werte gelangt an die erste und zweite Treiberschaltung 23 und 24.
Wenn das Rechnerprogramm nach der ersten oben erläuterten Berechnung zum Punkt 102 zurückkehrt, gelangt es zum Punkt 107, wo die CPU des Rechners 21 entscheidet, ob seit dem Start des Zeitgebers T&sub1; 100 Sekunden verstrichen sind oder nicht. Ist die Antwort "nein", so geht die CPU mit dem Rechnerprogramm zum Punkt 106, um genauso wie bei der ersten Berechnung eines Luftstromtemperatur T _ao zu berechnen. Anschließend gibt die CPU des Rechners 21 am Punkt 123 Ausgangssignale ab, die kennzeichnend sind für die vorbestimmte Luftstromstärke W, bzw. die errechnete Luftstromtemperatur T _ao, wie es oben beschrieben wurde. Wenn die Antwort am Punkt 107 "ja" ist, geht die CPU des Rechners 21 mit dem Programm zum Punkt 108, um zu entscheiden, ob das Flag Null ist oder nicht. In diesem Fall entscheidet die CPU des Rechners 21 "nein", da das Flag zuvor am Punkt 105 auf N=1 gesetzt wurde, und die CPU leitet das Programm zu einem Punkt 109, um einen der CPU zugeordneten zweiten Zeitgeber T&sub2; zu starten. Anschließend wird an einem Punkt 110 eine Bezugs- Fahrgastraumtemperatur T _ro als die neuerlich aus dem RAM ausgelesene Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r eingestellt, und am Punkt 111 wird das Flag N=0 gesetzt. Das Flag N wird dazu verwendet, eine die Punkte 113 bis 122 enthaltende Routine bei einem Zeitintervall von 20 Sekunden auszuführen, was noch im einzelnen erläutert wird.
Wenn das Rechnerprogramm über die Punkte 106, 123, 101, 102 und 107 zum Punkt 108 zurückkehrt, entscheidet die CPU des Rechners 21 "ja", da das Flag N zuvor am Punkt 111 auf Null gesetzt wurde, und das Programm geht weiter zu einem Punkt 112, um zu entscheiden, ob nach dem Start des zweiten Zeitgebers T&sub2; bereits 20 Sekunden verstrichen sind oder nicht. Ist am Punkt 112 die Antwort "nein", so fährt die CPU des Rechners 21 mit dem Programm weiter, um die Berechnungen am Punkt 106 durchzuführen, wie sie oben beschrieben wurden. Wenn die Antwort am Punkt 112 "ja" ist, geht die CPU des Rechners 21 mit dem Programm zu einer die Punkte 113 bis 122 enthaltenden Routine. In dieser Routine ermittelt die CPU des Rechners 21 eine erste Abweichung zwischen der Bezugs-Fahrgastraumtemperatur T _ro und der Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r bei einem Zeitinterall von 20 Sekunden, um einen erwarteten Wert der Ist- Fahrgastraumtemperatur in bezug auf die erste Abweichung zu ermitteln, welcher bei Regelung der Klimaanlage als ein stabiler Wert zu erhalten ist. Die CPU des Rechners 21 ermittelt ferner eine zweite Abweichung zwischen der Soll- Fahrgastraumtemperatur und dem erwarteten Wert der Ist- Fahrgastraumtemperatur, um eine auf die zweite Abweichung bezogene dritte Abweichung zu ermitteln, wenn die zweite Abweichung gleich oder größer ist als 0,5°C.
Am Punkt 113 berechnet die CPU des Rechners 21 eine Abweichung DT zwischen der Bezugs-Fahrgastraumtemperatur T _ro und der Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r auf der Grundlage der Gleichung DT=T _r-T _ro, um die Änderungsgeschwindigkeit der Ist-Fahrgastraumtemperatur bei Regelung durch die Klimaanlage zu ermitteln. Am Punkt 114 berechnet die CPU des Rechners 21 eine erwartete Abweichung in Beziehung zu der berechneten Abweichung DT, und zwar auf der Grundlage einer Funktion T _rf=f(DT). Bei diesem Beispiel ist die Funktion T _rf=f(DT) auf empirischem Wege ermittelt, wobei die Leistungsfähigkeit der Klimaanlage, die Aufnahmefähigkeit des Fahrgastraums und dergleichen berücksichtigt wurden. Ferner kann die Funktion T _rf=f(DT) ersetzt werden durch eine geeignete lineare Funktion in der Form T _rf=a · DT, wobei a eine Konstante ist. Anschließend geht das Programm zum Punkt 115, wo die CPU des Rechners 21 die Summe der erwarteten Abweichung T _rf und der Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r auf der Grundlage einer Gleichung T _setf=T _r+T _rf errechnet, um dadurch einen Erwartungswert der Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r zu ermitteln, der bei Regelung der Klimaanlage als ein stabiler Wert zu erhalten ist.
Am Punkt 116 berechnet die CPU des Rechners 21 eine Abweichung Δ T _set zwischen der Soll-Fahrgastraumtemperatur T _set und dem Erwartungswert T _setf der Ist-Fahrgastraumtemperatur auf der Grundlage einer Gleichung Δ T _set= T _set-T _setf. Anschließend geht das Programm zum Punkt 117, wo die CPU des Rechners 21 entscheidet, ob ein Absolutwert der berechneten Abweichung Δ T _set gleich oder größer ist als 0,5°C oder nicht. Ist die Antwort "nein" geht die CPU des Rechners 21 mit dem Programm zum Punkt 118, um die Abweichung Δ T _set auf Null einzustellen, und die CPU hält den Betrieb des ersten Zeitgebers T&sub1; am Punkt 119 an. Dies bedeutet, daß der erste Zeitgeber T&sub1; nach Verstreichen eines Zeitraums von 2 Minuten seit dem Beginn des Betriebs angehalten wird.
Wenn das Programm zum Punkt 121 fortschreitet, setzt die CPU des Rechners 21 das Flag auf N=1, um am Punkt 117 bei einem Zeitintervall von 20 Sekunden wiederholt die Entscheidung durchzuführen, wie bereits beschrieben wurde. Wenn die Antwort "ja" ist, geht das Programm zum Punkt 120, wo die CPU des Rechners 21 den ersten Zeitgeber T&sub1; von der Zeit Null (Sekunden) startet. Anschließend setzt die CPU des Rechners 21 am Punkt 121 das Flag N=1 und berechnet am Punkt 122 eine Abweichung Δ T _setN auf der Grundlage folgender Gleichung:
Δ T _setN = Δ T _setN + Δ T _set,
wobei Δ T _setN ein zuvor berechneter Wert und Δ T _set ein laufend berechneter Wert ist.
Nach Abschluß der Berechnung am Punkt 122 wird die berechnete Abweichung Δ T _setN in die Berechnung der oben erwähnten Gleichung (1) eingeführt, um den Wert der am Punkt 106 berechneten Wärmemenge zu kompensieren. Als Ergebnis wird die Luftstromtemperatur nach Maßgabe der berechneten Abweichung Δ T _setN kompensiert, um zuverlässig die Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r an den Sollwert T _set anzunähern. Anschließend kehrt die CPU des Rechners 21 über den Punkt 123 zum Punkt 101 zurück, um die Berechnung an den Punkten 113 bis 122 innerhalb 2 Minuten nach dem Start des ersten Zeitgebers T&sub1; am Punkt 120 anzuhalten.
In Fig. 4 ist die tatsächliche oder Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r über der Zeit t während des Betriebs der Klimaanlagen-Regelvorrichtung aufgetragen. Wenn man annimmt, daß die CPU des Rechners 21 die Ausführung des Rechnerprogramms beginnt, um die Ist-Fahrgastraumtemperatur im Sommer auf eine Soll-Temperatur T _set von 25°C einzuregeln, so wird die Regelung der Ist-Temperatur in dem Fahrgastraum ohne Ausführung der Punkte 120 und 122 innerhalb von 2 Minuten nach dem Start des Programms fortlaufend ausgeführt, wie in Fig. 3 anhand der Punkte 101 bis 112 zu sehen ist. Wenn die Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r bei Regelung der Klimaanlage bei 2°C über der Soll-Temperatur T _set stabilisiert wird, was in Fig. 4 durch die Kurve b angedeutet ist, wird nach dem Verstreichen von 2 Minuten am Punkt 113 eine Abweichung DT&sub1; errechnet, was in Fig. 4 durch den Zeitpunkt A angedeutet ist. Dann wird am Punkt 114 eine Abweichung T _rf von -3°C in bezug auf die berechnete Abweichung DT&sub1; berechnet, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn zum Zeitpunkt A gemäß Fig. 4 die Ist-Fahrgastraumtemperatur T _r 30°C beträgt, wird am Punkt 115 ein Wert T _setf zu 27°C berechnet in Beziehung zu der berechneten Abweichung T _rf. Am Punkt 116 wird eine Abweichung Δ T _set von -2°C in Beziehung zu dem gewünschten Wert T _set und dem berechneten Wert T _setf erhalten.
Wenn die CPU des Rechners 21 am Punkt 117 feststellt, daß der Absolutwert der Abweichung Δ T _set=-2°C den Wert von 0,5°C überschreitet, wird der erste Zeitgeber T&sub1; am Punkt 120 erneut gestartet, und am Punkt 122 wird in Beziehung zu dem Anfangswert Δ T _setN=0 und der Abweichung Δ T _set=-2°C eine Abweichung Δ T _setN von -2°C berechnet. Somit wird in Beziehung zu der Abweichung Δ T _setN=-2°C eine Wärmemenge berechnet, die notwendig ist, um die Ist-Temperatur T _r im Fahrgastraum in Richtung auf die Soll-Temperatur von 25°C zu verändern. Ferner wird bis zum Verstreichen von 2 Minuten, was in Fig. 4 durch die Zeitpunkte A und B kenntlich gemacht ist, wiederholt in Beziehung zu der Abweichung Δ T _setN=-2°C eine Wärmemenge berechnet, die notwendig ist, um die Ist- Fahrgastraumtemperatur im Sinne einer Annäherung an die Soll-Temperatur von 25°C zu verändern.
Nach Verstreichen des in Fig. 4 durch die Zeitpunkte A und B kenntlich gemachten Zeitraums von 2 Minuten berechnet die CPU des Rechners 21 eine Abweichung Δ T _set am Punkt 116, um zu entscheiden, ob der Absolutwert der Abweichung Δ T _set gleich oder größer ist als 0,5°C oder nicht. Ist am Punkt 117 die Antwort "nein", weil keine Änderung der Wärmebelastung in dem Fahrgastraum eingetreten ist, stellt die CPU des Rechners 21 am Punkt 118 die Abweichung Δ T _set auf Null ein, um den Betrieb des ersten Zeitgebers T&sub1; am Punkt 119 anzuhalten. Danach kehrt das Rechnerprogramm über die Punkte 121, 106 und 123 zum Punkt 102 zurück, um bei einem Zeitintervall von 20 Sekunden zu unterscheiden, ob die Punkte 113 bis 117 ausgeführt werden sollen oder nicht.
Wenn man annimmt, daß die Zahl der Fahrgäste nach Verstreichen von 10 Minuten abgenommen hat, was in Fig. 4 durch den Zeitpunkt C angedeutet ist, und daß die Ist- Fahrgastraumtemperatur bei einem Erwartungswert von 24°C stabilisiert wird, geht der Rechner zum Punkt 113um eine Abweichung DT&sub2; aus der Gleichung DT=T _r-T _ro zu berechnen, wie oben beschrieben wurde. Dann berechnet die CPU des Rechners 21 am Punkt 114 bezüglich der Abweichung DT&sub2; eine Abweichung T _rf zu -1°C, wie in Fig. 5 gezeigt ist, und die CPU berechnet ferner in Beziehung zu der Abweichung T _rf von -1°C und der Soll-Temperatur T _set von 25°C einen Wert T _setf von 24°C. Wenn am Punkt 116 in Beziehung zu den Soll- und berechneten Werten T _set von 25°C, bzw. T _setf von 24°C eine Abweichung Δ T _set von 1°C berechnet wird, entscheidet die CPU des Rechners 21 am Punkt 117 "ja", um am Punkt 120 den Zeitgeber T&sub1; erneut zu starten. Dann berechnet die CPU des Rechners 21 am Punkt 122 in Beziehung zu dem zuvor errechneten Wert Δ T _setN und der Abweichung Δ T _set von 1°C eine Abweichung Δ T _setN. Anschließend berechnet die CPU ferner am Punkt 106 in Beziehung zu der berechneten Abweichung Δ T _setN eine Wärmemenge, die notwendig ist, um die Ist-Fahrgastraumtemperatur von 24°C oder 25°C einzuregeln. Als Ergebnis wird die tatsächliche oder Ist- Fahrgastraumtemperatur durch die Klimaanlagen-Regelvorrichtung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs zwischen (T _set+0,5°C) und (T _set-0,5°C) glatt eingeregelt. Ferner kann jedes durch die Zeitgeber T&sub1; und T&sub2; definierte Zeitintervall nach Maßgabe der Leistungsfähigkeit der Klimaanlage modifiziert werden, um wirksam zu verhindern, daß der Rechner in seinem Betrieb durch verschiedene Störeinflüsse beeinträchtigt wird.
Bei der tatsächlichen Ausführung der vorliegenden Erfindung kann die oben erläuterte Klimaanlagen-Regelvorrichtung dahingehend modifiziert werden, daß sowohl der Außen- als auch der Sonnenscheinsensor 16 bzw. 17 fortgelassen werden. Auf diese Weise erhält die modifizierte Regeleinrichtung einen einfachen Aufbau und kann billig hergestellt werden. Die modifizierte Regeleinrichtung stellt ferner im wesentlichen dieselbe exakte Regelung sicher wie das oben erläuterte Ausführungsbeispiel. Bei der modifizierten Form kann die Ist-Fahrgastraumtemperatur in Kombination mit jeder Regelung der Luftmischklappe 14 und des Gebläses 11 eingeregelt werden.

Claims

1. Klimaanlage mit einer Regelvorrichtung (20, 21), umfassend:

a) eine Einrichtung (23, 11) zum Einstellen des in einen zu klimatisierenden Raum gelangenden Luftstroms;

b) eine Einrichtung (24, 25, 14) zum Einstellen der Luftstromtemperatur (T _ao );

c) einen Sensor (15), der die Ist-Temperatur (T _r) in dem Raum fühlt und ein Ist-Temperatur-Signal erzeugt;

d) einen Außensensor (16), der die Umgebungstemperatur (T _am) fühlt und ein Umgebungstemperatur-Signal erzeugt;

e) einen Temperaturwähler (18), der ein Soll-Temperatur- Signal erzeugt, das einer gewählten Soll-Temperatur (T _set) für den Raum entspricht; wobei

f) die Einrichtung (24, 25, 14) zum Einstellen der Luftstromtemperatur (T _ao) ein Stellsignal empfängt, das die Regelvorrichtung (20, 21) anhand einer Abweichung zwischen Ist-Temperatur (T _r) und Soll-Temperatur (T _set) unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur (T _am) erzeugt,

gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

g) einen Luftstromwähler (19), der ein Soll-Luftstrom- Signal (W) entsprechend einer gewählten Luftstromstärke erzeugt, wobei die Einrichtung (23, 11) zum Einstellen des Luftstroms das Soll-Luftstrom-Signal (W) als Stellsignal empfängt;

h) ein Wärmebelastungssensor (17) erzeugt ein Wärmelastsignal (T _s), z. B. ein für die Intensität der Sonneneinstrahlung repräsentatives Signal

i) die Regelvorrichtung (20, 21) berechnet aus der Ist- Temperatur (T _r), der Soll-Temperatur (T _set), der Umgebungstemperatur (T _am) und dem Wärmelastsignal (T _s) einen Zwischenwert (T _aoo) für die Temperatur des Luftstroms;

j) die Regelvorrichtung berechnet aus der Differenz zwischen dem Zwischenwert (T _aoo) und der Ist-Temperatur (T _r) und einem Bezugswert (W _o) für den Luftstrom eine Wärmemenge (Q), die zum Einregeln der Ist-Temperatur auf die Soll-Temperatur benötigt wird;

k) die Regelvorrichtung berechnet aus der Wärmemenge (Q) und dem Soll-Luftstrom-Signal (W) das Stellsignal für die Einrichtung (24, 25, 14) zum Einstellen der Luftstromtemperatur (T _ao);

l) die Regelvorrichtung (20, 21) berechnet eine erste Abweichung (DT) zwischen den Werten (T _r, T _ro) der Ist-Temperatur am Ende und am Anfang eines bestimmten Zeitintervalls (T&sub2;);

m) die Regelvorrichtung (20, 21) berechnet als Funktion T _rf=f(DT) der ersten Abweichung (DT) einen Wert einer Erwartungsabweichung (T _rf);

n) durch Addieren des Werts der Erwartungsabweichung (T _rf) auf den Wert der momentanen Ist-Temperatur (T _r) ermittelt die Regelvorrichtung (20, 21) einen Erwartungswert (T _setf), der einen aufgrund der Luftstrom- und Temperaturregelung erzielbaren stabilen Wert darstellt;

o) die Regelvorrichtung (20, 21) berechnet eine momentane, zweite Abweichung (Δ T _set) aus der Soll-Temperatur (T _set) und dem Erwartungswert (T _setf);

p) falls der Wert der zweiten Abweichung (Δ T _set) größer oder gleich einem Vorgabewert (z. B. 0,5°C) ist, berechnet die Regelvorrichtung (20, 21) die Summe (Δ T _setN) aus dem momentanen Wert der zweiten Abweichung (Δ T _set) und einem früheren Wert der zweiten Abweichung (Δ T _setN);

q) die Regelvorrichtung berechnet den Zwischenwert (T _aoo), indem der Wert der Soll-Temperatur (T _set) durch Addieren der im vorstehenden Arbeitsschritt p) berechneten zweiten Abweichung (Δ T _setN) kompensiert wird; und

r) die Regelvorrichtung setzt die Berechnung der ersten und der zweiten Abweichung jeweils für einen bestimmten Zeitraum aus, nachdem der Zwischenwert (T _aoo) mit dem gemäß vorstehenden Arbeitsschritt q) kompensierten Wert berechnet wurde.

2. Klimaanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erwartungsabweichung (T _rf) abhängig von der ersten Abweichung (DT) aufgrund einer linearen Funktion berechnet wird.

3. Klimaanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die benötigte Wärmemenge (Q) auf der Grundlage folgender Beziehung ermittelt und durch die durch die Addition gewonnene zweite Abweichung (Δ T _setN) kompensiert wird:
Q = K _q · W _o (T _aoo - T _r) und
T _aoo = K _set · (T _set + Δ T _setN) - K _r · T _r - K _s · T _s - K _am · T _am + C
wobei

Q benötigte Wärmemenge,
K _q eine durch die physikalischen Eigenschaften der Luft bestimmte Konstante,
W jeweils gewünschter Zuluft-Volumenstrom,
T _r Ist-Raumtemperatur,
W _o fest vorgegebener Zuluft-Volumenstrom,
T _aoo erforderliche Zuluft-Temperatur beim Zuluft- Volumenstrom W _o als Zwischenwert,
K _set eine Regelkreiskonstante,
T _set Soll-Raumtemperatur,
Δ T _setN addierte zweite Abweichung,
K _r eine Raumluftkonstante,
K _s ein die Sonneneinstrahlung in dem Raum berücksichtigender Verstärkungsfaktor,
T _s Sonnenscheinintensität,
K _am eine Umgebungs- bzw. Außenluftkonstante,
T _am Umgebungs- bzw. Außentemperatur, und
C eine Konstante

bedeuten.

4. Klimaanlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur (T _ao) des Zuluft- Volumenstroms nach Maßgabe der benötigten Wärmemenge und seines kompensierten Wertes auf der Grundlage folgender Beziehung bestimmt wird:
T _ao = Q/K _q · W + T _r
wobei

T _ao die Luftstrom-Temperatur ist.

5. Klimaanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Digitalrechner (21), der derart betreibbar ist, daß die Luftstrom-Temperatur in Abhängigkeit der angegebenen Werte geregelt wird, welche von dem Rechner durch dessen Programmierung berechnet werden.