DE3207261A1

DE3207261A1 - Klimatisierungssteuerverfahren

Info

Publication number: DE3207261A1
Application number: DE19823207261
Authority: DE
Inventors: Takao Aichi Saito
Original assignee: Toyota Motor Corp; Toyota Jidosha Kogyo KK
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1981-04-03
Filing date: 1982-03-01
Publication date: 1982-10-28
Also published as: GB2100474B; US4432210A; JPS57166437A; JPS6027905B2; GB2100474A; DE3207261C2

Description

32U726 I

TD.. - - - \£ Patentanwälte und

EDTKE — DUHLING: r":: IVlttNE; . . Vertreter beim EPA

_ _^ "--*>« "--""--" " ■'--- Dipl.-Ing. H.Tiedtke I

Grupe - Pellmann - Grams Dipi.-cnem. g. Burning

Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe

₄ Dipl.-Ing. B. Pellmann

Dipl.-Ing. K. Grams

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 ti pat

cable: Germaniapatent München

l.März 1982

DE 1902 case FP-5432-DE 11

Toyota Jidosha Kogyo Kabushiki Kaisha
Toyota-shi, Japan

Klimatisierungssteuerverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf ein Klimatisierungssteuerverfahren, d.h. auf ein Verfahren zum Steuern einer in einem Fahrzeug vorhandenen Klimaanlage mittels einer einen Computer oder dergl. aufweisenden elektronischen
Steuereinrichtung.

Seit kurzem werden Versuche unternommen, eine in einem motorgetriebenen Kraftfahrzeug angebrachte automatisierte Klimaanlage zu entwickeln, die mit einer Kombination aus einer Mehrzahl von innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs angebrachten Meßfühlern und elektronischen Schaltungen arbeitet. Mit einer derartigen Anordnung läßt sich die Häufigkeit der von dem Fahrer durchzuführenden Betätigungen verringern, womit Verbesserungen hinsichtlich der Sicherheit und des Komforts erzielbar sind.

Bei einer derartigen Klimaanlage beruht die Steuerung grundsätzlich auf der Ausführung eines Steuerprogramms in Abhängigkeit von von verschiedenen Meßfühlern ermit-

Dautsche Bank (München) KIo. 51/61070 Dresdner Bank (München) Klo. 3939 844 Postscheck (München) K(O 670-43-804

-5- DE 1902

telten Daten (Raumtemperatur, Umgebungstemperatur, Verdampferauslaßtemperatur, Wassertemperatur, Sonnenstrahlungswert bzw.- Intensität und dergl.), um ein Betätigungselement anzutreiben und zu steuern. Funktioniert dabei allerdings z.B. der Raumtemperatur-Meßfühler, der Umgebungstemperatur-Meßfühler und dergl. nicht korrekt, oder tritt in oder bei einer Schaltung eine Leitungsunterbrechung auf, so wird der geforderte Wert (Berechnungswert) der Ausblas-Temperatur bzw. Temperatur der von der Klimaanlage abgegebenen Luft vom Normalwert auf einen ungewöhnlich hohen oder niedrigen Wert verschoben, so daß die während des Normalzustands durchgeführte Steuerung der Klimaanlage nicht mehr durchführbar ist.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Klimatisierungssteuerverfahren zu schaffen, bei dem die Klimaanlage auch bei unkorrekter Funktionsweise der Klimaanlage innerhalb eines Sicherheitsbereichs steuerbar ist.

zu Lösung dieser Aufgabe sind erfindungsgemäß mehrere Ausfallsicherheits-Rechenformeln eingestellt bzw. vorgegeben, die bei Auftreten einer Funktionsstörung des Raumtemperatur-Meßfühlers, des Umgebungstemperatur-Meßfühlers und dergl, begonnen bzw. verwendet werden, d.h., anders ausgedrückt, es sind mehrere Formeln zum Berechnen gewünschter Ausblas-Temperaturen bzw. gewünschter Temperaturen der von der Klimaanlage abgegebenen Luft voreingestellt, die dem Normalzustand, dem Funktionsstörungszustand usw. entsprechen, so daß den jeweiligen Betriebszu-

ständen der Meßfühler entsprechende geeignete Berechnungsformeln gestartet bzw. verwendet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

-6- DE 1902

Es zeigen:

Fig. 1 in Blockschaltbilddarstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß betreibbaren Steuereinrichtung,

Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Programmablaufplan und

Fig. 3 in graphischer Darstellung die Dämpferöffnungsgrad- bzw. Regulierklappenöffnungsgrad-Kennlinie in Abhängigkeit von der geforderten Ausblas- bzw. Zulufttemperatur.

Fig. 1 zeigt in Blockschaltbilddarstellung ein Ausführungsbeispiel einer Steuereinrichtung, bei der die Erfindung anwendbar ist.

Eine Zentraleinheit 1 (CPU) ist mit einem Festwertspeieher 2 (ROM) und einem Direktzugriffsspeicher 3 (RAM) für die Speicherung verbunden. Im Festwertspeicher 2 sind ein Steuerprogramm zum Steuern von _2U steuernden Komponenten bzw.Elementen 4 und ein Überwachungsprogramm gespeichert, während der Direktzugriffsspeicher 3 von verschiedenen Meßfühlern zugeführte Daten speichert. Die zu steuernden Bestandteile bzw. Elemente 4 weisen Bestandteile und Elemente wie z.B. ein Auslaßöffnungs- bzw. Zuluftöffnungs-Umschaltventil, ein Raum-/Umgebungsluft-Umschaltventil, ein Dämpfer- bzw. 'Regulierklappenventil, ein Wasserventil, ein Heizeinrichtungsrelais und/oder ein Relais für eine Magnetkupplung auf. Die Zentraleinheit 1 ist weiterhin mit einer Steuertafel 6 verbunden, über die ein Fahrer ein Befehlssignal für eine bzw. zur Auswahl einer der Klimatisierungs-Betriebsarten eingeben

kann und über die verschiedene Betriebszustände angezeigt werden.

-7- DE 1902

Mittels eines Multiplexers 8 (MP) wird einer aus einer Mehrzahl von Meßfühlern 7. bis 7 ausgewählt und dessen Ausgangssignal durch einen Analog/Digital-Wandler 9 in ein digitales Signal umgewandelt, das daraufhin über eine Eingabe-/Ausgabeschaltung 10 in die Zentraleinheit 1 eingegeben und anschließend im Direktzugriffsspeicher 3 gespeichert wird. In Fig.l stellen der Meßfühler 7. den Raumtemperatur-Meßfühler, der Meßfühler 7„ den Umgebungstemperatur-Meßfühler, der Meßfühler 7₃ den Verdampferauslaßtemperatur-Meßfühler, der Meßfühler 7. den Wassertemperatur-Meßfühler und der Meßfühler 7,- den Sonnenstrahlungs-Meßfühler dar. Sind die Pegel der Ausgangssignale der Meßfühler 7. bis 7 unterschiedlich, so ist es erforderlich, Verstärkungseinstellungs- bzw. Verstärkungsanpassungsschaltungen zum Vergleichmäßigen der Ausgangspegel der jeweiligen Meßfühler an der Multiplexer-Eingangsseite vorzusehen. Die Steuerung der Ausblas- bzw. Zulufttemperatur der Klimaanlage wird bei Luftheizung durch Steuerung der Öffnung bzw. des Öffnungsgrads eines Dämpfers bzw. einer Regulierklappe und eines Wasserventils und bei Luftkühlung durch Steuerung des Öffnungsgrads der Regulierklappe und des Antriebs eines Kompressors bewirkt. Die Berechnung der erforderlichen Zulufttemperatur wird in diesem Fall von der Zentraleinheit 1 entsprechend der nachstehenden Gleichung berechnet:

^Tao - ^Kset ^{x T}set " ^Kam ^{x T}am ~ ^Kr ^{x T}r " ^Kst ^{x ST + c} —

(D
30

wobei K +.,K , K , K . und C Konstanten darstellen, sei/ am r st -

während T₊. die eingestellte Temperatur, T die ümgebungstemperatur, T die Raumtemperatur und ST den Wert der Sonnenstrahlung bezeichnen.

.

-8- DE 1902

Hierbei kann T . über die Steuertafel 6 manuell auf einen gewünschten Wert eingestellt werden. Wie aus Gleichung (1) ersichtlich, ist die erforderliche Zulufttemperatur T mit Ausnahme der Konstanten und der eingestellten Temperatur T₊. so.wohl durch die Umgebungstempe-

SG "C

ratur T als auch durch die Raumtemperatur T und durch am ^r

den Sonnenstrahlungswert beeinflußt. Demzufolge sollten diese drei vorstehend beschriebenen Meßfühler im Hinblick auf Gegenmaßnahmen zur Überwindung bzw. Kompensierung von Meßfühler-Funktionsstörungen in Betracht gezogen werden. Zusätzlich hierzu ist, sofern notwendig, bei Luftheizung auch die Wassertemperatur T und bei Luftkühlung die Verdampferauslaßtemperatur Te zu berücksichtigen. Zur Bestimmung einer Meßfühler-Funktionsstörung wird ein Ausgangssignal der Eingabe-/Ausgabeschaltung 10 (I/O) mit einem zuvor im Festwertspeicher 2 oder im Direktzugriffsspeicher 3 gespeicherten Bezugswert verglichen und hieraus das Vorliegen einer Funktionsstörung ermittelt; wenn ein von diesem Referenzwert (stark) abweichendes Meßfühler-Ausgangssignal zugeführt wird. Die Bestimmung desjenigen Meßfühlers aus der Mehrzahl von Meßfühlern, dessen Ausgangssignal gerade aufgenommen wird, erfolgt dadurch, daß von der Zentraleinheit 1 ein Auswahlbefehlssignal Ss zum Aufnehmen bzw. Auswählen eines synchronisierten bzw. eines entsprechenden Meßfühlers an den Multiplexer 8 abgegeben wird oder dadurch, daß vom Multiplexer 8 ein Identifikationssignal abgegeben wird.

Unter Bezugnahme auf den in Fig. 2 dargestellten Pro-

grammablaufplan soll nachstehend der Inhalt bzw. Ablauf der Berechnung der erforderlichen Zulufttemperatur T

in Abhängigkeit von den Arten und Kombinationen der Meßfühler bei unterschiedlichen Fehlfunktionsfällen detailliert beschrieben werden. ·

-9- DE 1902

(1) Zuerst wird in einem Schritt 19 ermittelt, ob sich die eingestellte Temperatur T . innerhalb eines normalen Bereichs befindet, wobei die eingestellte Temperatur verwendet wird, sofern sie sich im Normalbereich befindet, während sie in einem Schritt 20 auf einen Wert von 25°C festgelegt ' wird, wenn sie sich außerhalb des Normalbereichs befindet. Danach läuft das Verfahren bzw. Programm zu einem Schritt 21 weiter.
10

(2) Funktioniert der Umgebungstemperatur-Meßfühler 7₂ korrekt, nicht aber der Raumlufttemperatur- bzw.
Raumtemperatur-Meßfühler 7. , so schreitet das Programm vom Schritt 21 zu einem Schritt 22 weiter, wie in Fig. 2 gezeigt, wobei die erforderliche Zulufttemperatur T nach der folgenden Gleichung (2) in einem . ao

Schritt 23 berechnet wird:

T = C ί Τ — T ) + T ' (2)
ao . am set am set

wobei C eine Konstante bezeichnet,
am

(3) Funktionieren sowohl der Raumtemperatur-Meßfühler 7. als auch der Umgebungstemperatur-Meßfühler 7₂
nicht korrekt, so läuft das Programm bzw. der Steuerablauf in diesem Fall vom Schritt 21 über .den Schritt 22 zu einem Schritt 24 weiter, wobei der in der folgenden Gleichung (3) angeführte. Temperaturwert aufrecht erhalten wird:

T = 25(°C) (3)

Dies bedeutet, daß die erforderliche Zulufttemperatur 35

auf die als angenehm empfundene Temperatur von 25°C eingestellt wird.

-10- DE 1902

(4) Funktioniert der Raumtemperatur-Meßfühler 7. korrekt, nicht aber der Umgebungstemperatur-Meßfühler 7_?, so läuft der Steuerablauf bzw. das Programm vom Schritt 21 zu einem Schritt 25 und von diesem zu einem
Schritt 26 weiter, wobei die erforderliche Zulufttemperatur nach der folgenden Gleichung (4) berechnet wird:

^Tao ⁼ Cr^set-V ^{+ T}set ⁽⁴⁾

wobei C eine Konstante bezeichnet.

Damit ist der gesamte Steuerablauf beendet.

Funktionieren jedoch sowohl der Raumtemperatur-Meßfühler 7. als auch der Umgebungstemperatur-Meßfühler 7p korrekt, so wird nachfolgend ermittelt, ob der Sonnenstrahlungs-Meßfühler 7_g korrekt funktioniert oder nicht. Bei korrektem Funktionieren des Sonnenstrahlungs-Meßfühlers 7g wird die erforderliche Zulufttemperatur T in einem Schritt 28 nach der vorstehend bereits aufgeführten Gleichung (1) berechnet.

(5) Funktioniert der Sonnenstrahlungs-Meßfühler 7j- nicht korrekt, so läuft das Programm bzw. der Steuerablauf über den Schritt 27 zu einem Schritt 29 weiter, vorausgesetzt, daß, wie bereits ausgeführt, sowohl der Raumtemperatur-Meßfühler 7. als auch der Umgebungstemperatur-Meßfühler 7„ korrekt funktionieren. Wird im Schritt 27 die Funktion des Sonnenstrahlungs-Meßfühlers 7₅ als nicht korrekt ermittelt,, dann wird der Sonnenstrahlungswert ST im Schritt 29 unabhängig davon, ob das Wetter gut oder schlecht (klar, bewölkt oder regnerisch) ist, auf 0 festgelegt. Demzufolge wird die erforderliche Zulufttemperatur T nach der folgenden, aus der Gleichung (1) durch Nullsetzen

-11- DE 1902
des Werts ST erhaltenen Gleichung (5) ermittelt:

^Tao=^Kset ^{x T}set-^Kam ^{x T} _am"^Kr ^{x T}r

Diese Berechnung wird in einem Schritt 28 durchgeführt .

Zur Regulierung der tatsächlichen Zulufttemperatur in Abhängigkeit von der geforderten Zulufttemperatur T

ist es erforderlich, den Öffnungsgrad einer Regulierklappe SW über ein Betätigungselement bzw. Element 4 hierfür zu steuern, dessen bzw. deren Kennlinie in Fig. 3 dargestellt ist. ·

In Fig. 3 bezeichnen T„_D die korrigierte Verdampferauslaßtemperatur und T_WD die korrigierte Wassertemperatur, die durch die folgenden Gleichungen (6) und (7) darstellbar sind: ' .

^TWD ^{= (T}W - ^TED^{) x} ^γ ^{+ T}ED

und

^TED ^{= T}E

wobei T_w die Wassertemperatur, *V eine Konstante und T„ die Verdampferauslaßtemperatur bezeichnen.

^ow In Schritten 30 und 31 werden entsprechende Korrekturen der nach der Ausführung der jeweiligen Schritte 23, 24 und 28 erhaltenen Ausgangswerte durchgeführt. Funktionieren sowohl der Wassertemperatur-Meßfühler 7. als auch der Verdampferauslaßtemperatur-Meßfühler 7„ korrekt, so

werden die nach der Durchführung der Schritte 23, 24 und

-12- DE 1902

bzw. oder 28 erhaltenen Ausgangswerte unverändert für die Steuerung herangezogen, womit der gesamte Steuerablauf beendet ist. Funktioniert jedoch der Wassertemperatur-Meßfühler 7. nicht korrekt, so läuft der Steuerablauf bzw. das Programm zu einem Schritt 18 weiter, wobei das Wasserventil eingeschaltet bzw. geöffnet und die Wassertemperatur T_w als 80 C betrachtet und hierauf festgelegt wird. Funktioniert weiterhin der Verdampferauslaßtemperatur-Meßfühler 7ο nicht korrekt, so läuft der Steuerablauf bzw. das Programm zu einem Schritt 33 weiter, wobei der ■Kompressor eingeschaltet und die Verdampferauslaßtemperatur T„ in einem Schritt 34 z.B. auf 3 C eingestellt bzw. festgelegt wird. Für diesen eingestellten bzw. festgelegten Temperaturwert wird ein derartiger Wert gewählt, daß der Fahrzeuginnenraum auf eine geeignete Temperatur aufheizbar ist. Funktioniert der Verdampferauslaßtemperatur-Meßfühler 7„ nicht korrekt, so wird als Ergebnis hiervon die korrigierte Verdampferauslaßtemperatur T,„_D somit auf

6⁰C bestimmt.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel ist zwar unter der Annahme einer Verwendung eines Mikrocomputers bzw. Mikroprozessors beschrieben, jedoch kann die erfindungsgemäße Steuereinrichtung auch unter Verwendung einer

analog arbeitenden Schaltung anstelle des Mikroprozessors aufgebaut sein.

Allgemein erfolgen die Verbindungen /witschen eier Klimaanlage bzw. dem Klimagerät und den Meßfühlern unter Zuhil-30

fenahme von Leitern bzw. Verbindungsstücken, wobei möglicherweise fehlerhafte Kontaktierungen oder eine fehlerhafte Lage eines Verbindungsstücks auftreten können.

Bei Auftreten derartiger fehlerhaften Kontaktierungen_/ '

fehlerhaften Lagen eines Verbindungsstücks oder eines

-13- DE 1902

fehlerhaften Funktionierens eines Meßfühlers traten bislang erhebliche Schwierigkeiten auf, während erfindungsgemäß eine Klimasteuerung unabhängig vom jeweiligen Fall

bzw. Störfall aufrecht erhalten bleibt.
5

Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, kann die Klimasteuerung innerhalb eines vorbestimmten optimalen Bereichs auch dann dauerhaft 'aufrecht erhalten werden, wenn ein oder mehrere der mit der Klimaanlage verbundenen Meßfühler nicht mehr korrekt funktionieren.

Bei dem beschriebenen Klimatisierungssteuerverfahren wird somit bei Auftreten einer Funktionstörung bei zumindest einem der für die Klimatisierung erforderlichen Meßfühler oder Schaltkreise eine aus mehreren Ausfallsicherheits-Rechenformeln zum Einstellen einer geforderten Zuluft-Temperatur für eine Aufrechterhaltung der Klimatisierung herangezogen. Diese Ausfallsicherheits-Rechenformeln sind derart eingestellt, daß eine Mehrzahl gewünschter Zuluft-

ternperatur-Berechnungen in Abhängigkeit der korrekten oder nicht korrekten Funktionsweise der Meßfühler durchführbar ist, wobei jeweils eine der Rechenformel entsprechend dem Betriebszustand des oder der Meßfühler verwendet wird. Dies ermöglicht eine Steuerung der Klimaanlage

innerhalb eines Sicherheitsbereichs auch bei Auftreten einer Funktionsstörung bei einem oder mehreren der Meßfühler.

Leer seite

Claims

TeDTKE - BohLINQ":-! KjA . >! , SSAABl

a I^ "-<·" -Jx^ "--. ■■ -- -■■ Dipl.-lng. H.Tiedtke a

Urupe - Hellmann ~ Ijirams Dipi.-chem. α Burning

Dipl.-lng. R. Kinne
Dipl.-lng. R Grupe
Dipl.-lng. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams

Bavariaring 4, Postfach 202403 8000 München 2

Tel.: 089-539653

Telex: 5-24845 tipat

cable: Germaniapatent München

l.März 1982

DE 1902 case FP-5432-DE H

Patentansprüche

Klimatisierungssteuerverfahren·, bei dem verschiedene Ventile, Relais und dergl. einer Klimaanlage in Abhängigkeit von Umgebungszustandswerten innerhalb und außerhalb eines Fahrzeuginnenraums und von Betriebszuständen von Klimaanlagen-Bestandteilen zur Erzielung gewünschter Klimabedingungen gesteuert werden, wobei diese Zustände mittels mehreren Meßfühlern ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß für jeden Meßfühler jeweils eine Ausfallsicherheits-Rechenformel vorgesehen wird, um einen im wesentlichen behaglichen Klimatisierungszustand in Abhängigkeit von einem von zumindest einem anderen der Meßfühler ermittelten Wert zu erzielen, und daß jeweils eine einem bestimmten Meßfühler entsprechende Ausfallsicherheits-Rechenformel verwendet wird, wenn der bestimmte Meßfühler nicht mehr korrekt funktioniert .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßfühler ein Raumtemperatur-Meßfühler, ein Umgebungstemperatur- bzw. Außentemperatur—Meßfühler, ein ■Sonnenstrahlungs-Meßfühler, ein Wassertemperatur-Meßfühler und ein Verdampferauslaßtemperatur-Meßfühler verwendet werden.

D/22

Deulsche Sank (München) KIo. 51/61070 Dresdner Bank (München) KIo 3939844 Posischeck (München) KIo. 670-43-804

-2- DE 1902

*
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht korrekter Funktionsweise des
Raumtemperatur-Meßfühlers und korrektem .Funktionieren des Umgebungstemperatur-Meßfühlers die erforderliche Zulufttemperatur auf der Grundlage einer ersten vorbestimmten Rechenformel berechnet wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht korrektem Funktionieren sowohl des Raumtemperatur-Meßfühlers als auch des Umgebungstemperatur-Meßfühlers die geforderte Zulufttemperatur auf einen vorbestimmten Wert festgelegt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei korrektem Funktionieren des Raumtemperatur-Meßfühlers und nicht korrektem Funktionieren des Umgebungstemperatur-Meßfühlers die geforderte Zulufttemperatur nach einer zweiten vorbestimmten Rechenformel

eingestellt wird.
20
6. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei korrektem Funktionieren sowohl des
Raumtemperatur-Meßfühlers als auch des Umgebungstemperatur-Meßfühlers und des Sonnenstrahlungs-Meßfühlers die

geforderte Zulufttemperatur auf der Grundlage einer dritten vorbestimmten Rechenformel eingestellt wird, wobei bei nicht korrektem Funktionieren des Sonnenstrahlungs-Meßfühlers der Wert der Sonnenstrahlung als 0 betrachtet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht korrektem Funktionieren eines Wassertemperatur-Meßfühlers die Wassertemperatur auf einen vorbestimmten Wert festgelegt wird.

-3- DE 1902
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei nicht korrektem Funktionieren eines Verdampferauslaßtemperatur-Meßfühlers ein Kompressor in Betrieb genommen und die Verdampferauslaßtemperatur auf einen vorbestimmten Wert festgelegt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei korrektem Funktionieren des Raumtemperatur-Meßfühlers, des Umgebungstemperatur-Meßfühlers und des Sonnenstrahlungs-Meßfühlers die geforderte Zulufttemperatur auf der Grundlage einer vierten vorbestimmten Rechenformel eingestellt wird.

***
15