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Trends in der Fahrzeugklimatisierungaus regelungstechnischer Sicht

2 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung


Inhalt

BHTC, Kunden und Produkte

Regelungsaufgaben in der Kfz-Klimatisierung

Trends/InnovationenISoS der intelligente SolarsensorLuftmassenstromsteuerungKohlendioxid als Kältemittel



BHTC Unternehmenssteckbrief

UnternehmenszentraleLippstadt

Kennzahlen 2005Umsatz ca. 230 Mio €Mitarbeiter weltweit ca. 850

Behr-Hella Thermocontrol GmbH

Joint Venture



BHTC ShanghaiCo., Ltd. Shanghai –ChinaEntwicklung, Vertrieb und Produktion

BHTC Indienz. Zt. in Gründung

BHTC GmbHLippstadt –DeutschlandUnterneh-menszentraleEntwicklung, Vertrieb und Produktion

BHTC Inc.Plymouth, Michigan –USAEntwicklung und Vertrieb

BHTC Inc.Produktion bei Hella Electronics Corp. (HEC), Flora, Illinois – USA

Standorte



Produkt-Portfolio

■ Bedien- und Steuergeräte für die Fahrzeugklimatisierung

■ Lineare und getaktete Gebläseregler

■ Steuergeräte für elektrische Zuheizer

■ Klima-Sensoren



BHTC - Partner der Automobilindustrie



Regelungsaufgaben

Regelung der KabinentemperaturTemperaturmessungStörgrößenkompensation

KomfortSchichtungPhysiologieZugfreiheit / HeizleistungFeuchtemanagementLuftgüte

Regelung der AggregateZuheizerGebläseKältekreisMotoren etc



Infrastruktur

Feuchte

Auslasstemperatur

Sonne

Verdampfer-temperatur

Gebläseregler

Klappenmotoren

Kompressorventil

Außentemperatur

Steuergerät

Hochdrucksensor

el. Zusatzheizer

Innentemperatur

LIN-BusHigh-SpeedCan

Low-SpeedCan

Viele SensorschnittstellenViele AktuatorschnittstellenKomplexe Buskommunikation



Gesamtregelung

Innenraum-regler

Ausblas-regler

Verdampfer-regler

Regler

Kältekreislauf Luft-verteilung Kabine

Regelstrecke

Verdampfertemperatur

Ausblastemperatur

Kabinentemperatur

Solarstrahlung, Luftfeuchtigkeit, …

SollwerteKabinen-temperatur

Störeinflüsse

AußentemperaturSolarstrahlungFahrgeschwindigk., …

Außentemperatur,Luftfeuchtigkeit, …



Trends / Innovationen

Zunehmende IndividualisierungSensorikRegelphilosophie/Aktuatorik

Verstärkter Einsatz von Simulationstechnik (MIL/SIL/HIL)EntwicklungTestfeld

Neue KältemittelGesetzesgebungKälteleistung

Zunehmender Kostendruck beiKürzer werdenden EntwicklungszyklenSteigender Komplexität

Solar - Sensorik

Massenstromsteuerung

Co2 (R744) - Kältekreislauf



ISOS - Intelligenter Solar Sensor



Funktion: Kompensation der direkten Sonneneinstrahlung

Konzepte: dual

Merkmale: Kostengünstig

Stark mehrdeutig

Keine Richtungs-detektion

Rechts-/Links Detektion

Richtcharakteristikdurch Lichtleiter,

Mehrdeutig

Richtcharakteristikdurch Lichtleiter

4 Sensoren

Sehr teuer

mono dual 4 Quadrant

Herkömmliche Sensorprinzipen




U1

U2

U3

E1

E2

E3 E

ϕ

φ

Software

vU

outU3X

Elektronik

3 Koordinaten3 Spannungen

Look-up-Tableoptional.

Dioden-charakteristik

Transformation Kugel-

koordinaten


Neuer Ansatz:

Sensorelement mit 3 geneigten Dioden



Animation

Klimatisierung mit Dual oder ISoS-SensorKlimatisierung mit Mono oder ohne Sensor




Vorteile ISoS

Animation

Klimatisierung mit ISoS-Sensor

Klimatisierung mit Dual/Mono-Sensor







Unterschiedlich einstellbare Luftmengeund -Verteilung Li / Re

Nur ein Gebläse

Keine zusätzliche Sensorik!

Ziel / Kundenwunsch

AirFanFanAir

-+-+-+-+AUTOAUTO 6AUTO

1x




Ausgangssituation:Gleiche Luftmenge

links und rechts

Ziel: Linke Luftmenge konstant,

Rechte Luftmenge 50%

ProblemeRückwirkung einzelner Klappenänderungenauf das Gesamtsystem

Geräuschentwicklung bei fast geschlossenenKlappen


Prinzip: Androsselung durch Absperrklappen



Aktion:Drosselung der rechten Klappe

Rückwirkung Anstieg Luftmenge links,Luftmenge rechts 50%







Aktion:Öffnen der rechten Klappe

und Reduzierung der Lüfterspannung

Ziel erreicht: Luftmenge links wie zu Beginn,

Luftmenge rechts 50%


Woher kenne ich die Klappenwinkel bzw. Spannung??






MassenstromSoll-Werte

Klappen Positionen+

Lüfter Spannung

<)MsCtrl( )

Berechnung der Luftmassenströme auf der Basis eines Modells der Anlage (virtuelle Massenstromsensoren)

Controller

Modell

Physikalische Struktur des Modells

LüfterMotor Propeller Luft-

Verteilung

elektrisch mechanisch fluidischMLI Δp

NU V

(Last)

Klappen

MassenstromsteuerungIdee

Regelalgorithmus zur Steuerung der Klappenpositionen und der Lüfterspannung auf Basis der simulierten Luftmassenströme



MassenstromsteuerungVorgehensweise Prüfstandsmessungen

Modellierung+Software

DaimlerChrysler S-Klasse

Rückwirkungsfrei

Energie- und geräuschoptimal

Störgrößenkompensiert

Klimasteuerung

Parametrierung

Codierung



Neue Regelstrategien durch neue Kältemittel (Co2)




In Planung für 2011: Nur noch Kältemittel mit GWP<150* (50)

Gesetzgeber:*GWP=Global Warming Potential

Kältemittel:

R12 (HCFC) GWP=8100 Verbot 1990

R134a (HFC) GWP=1300

R152a (Diflourethan) GWP=120, (gleiche Technologie wie R134a, höherer Wirkungsgrad, entflammbar)

R744 (Kohlendioxyd) GWP=1 (toxisch, neue Technologie)



GWP = 1.300

Betriebsdruck 3 bis 32 bar

Hubraum Verdichter typ. 170 cm³

GWP = 1

Betriebsdruck 32 bis 135 bar (!)

Hubraum nur 22-31 cm³ (höhere Dichte)

Kondensator agiert hier als Gaskühler

Zus. Komponente: innerer Wärmetauscher

Höhere Leistung + Dynamik (bis ca. 30°C)

Wärmepumpen-Betrieb gut realisierbar

z. Zt. noch höhere Systemkosten

R134a R744 (Co2)

HochdruckleitungNiederdruckleitungSignalleitung

Kondensator

Lüfter

Kompressor

Sammler

Klimasteuergerät

Expansionsventil

Verdampfer

Gebläse

HochdruckleitungNiederdruckleitungSignalleitung

Kondensator

Lüfter

Kompressor

Sammler

Klimasteuergerät

Expansionsventil

Verdampfer

Gebläse




Vergleich Abkühlkurve R134a – R744

0 2 4 6 8 10-5

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

t [m in]

T [°

C]

Tv is t [°C]

Tv soll [°C]

Verdampfertemperatur




Spulenstromregelung

Verdampfertemperaturregelung (Kaskade)

Hochdruckabschaltung, Vereisungsschutz

Spulenstromregelung

Verdampfertemperaturregelung

Hochdruckabregelung (133 bar), Abschaltung bei 140 bar gemäß VDA

Übertemperaturabregelung gemäß VDA

Vereisungsschutz

Idle-Handling

Gebläsekompensation

R134a R744 (Co2)

GCQ&

Gaskühler

Verdampfer

VQ&

Akku

IWT

Hp

Lp

Verdampferregler

PT-Sensor

Kompressor-regelventil

Tv ist

Tv soll

p, T

Schutzfunktion

i ist

i / PWM soll

Stromregler

optional

y

dT

F( )




Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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