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Trends in der Fahrzeugklimatisierungaus regelungstechnischer Sicht
2 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Inhalt
BHTC, Kunden und Produkte
Regelungsaufgaben in der Kfz-Klimatisierung
Trends/InnovationenISoS der intelligente SolarsensorLuftmassenstromsteuerungKohlendioxid als Kältemittel
3 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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BHTC Unternehmenssteckbrief
UnternehmenszentraleLippstadt
Kennzahlen 2005Umsatz ca. 230 Mio €Mitarbeiter weltweit ca. 850
Behr-Hella Thermocontrol GmbH
Joint Venture
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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
5 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Produkt-Portfolio
■ Bedien- und Steuergeräte für die Fahrzeugklimatisierung
■ Lineare und getaktete Gebläseregler
■ Steuergeräte für elektrische Zuheizer
■ Klima-Sensoren
6 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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BHTC - Partner der Automobilindustrie
7 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Regelungsaufgaben
Regelung der KabinentemperaturTemperaturmessungStörgrößenkompensation
KomfortSchichtungPhysiologieZugfreiheit / HeizleistungFeuchtemanagementLuftgüte
Regelung der AggregateZuheizerGebläseKältekreisMotoren etc
8 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Infrastruktur
Feuchte
Auslasstemperatur
Sonne
Verdampfer-temperatur
Gebläseregler
Klappenmotoren
Kompressorventil
Außentemperatur
Steuergerät
Hochdrucksensor
el. Zusatzheizer
Innentemperatur
LIN-BusHigh-SpeedCan
Low-SpeedCan
Viele SensorschnittstellenViele AktuatorschnittstellenKomplexe Buskommunikation
9 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Gesamtregelung
Innenraum-regler
Ausblas-regler
Verdampfer-regler
Regler
Kältekreislauf Luft-verteilung Kabine
Regelstrecke
Verdampfertemperatur
Ausblastemperatur
Kabinentemperatur
Solarstrahlung, Luftfeuchtigkeit, …
SollwerteKabinen-temperatur
Störeinflüsse
AußentemperaturSolarstrahlungFahrgeschwindigk., …
Außentemperatur,Luftfeuchtigkeit, …
10 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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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
11 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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ISOS - Intelligenter Solar Sensor
12 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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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
ISOS - Intelligenter Solar Sensor
13 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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U1
U2
U3
E1
E2
E3 E
ϕ
φ
Software
vU
outU3X
Elektronik
3 Koordinaten3 Spannungen
Look-up-Tableoptional.
Dioden-charakteristik
Transformation Kugel-
koordinaten
ISOS - Intelligenter Solar Sensor
Neuer Ansatz:
Sensorelement mit 3 geneigten Dioden
14 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Animation
Klimatisierung mit Dual oder ISoS-SensorKlimatisierung mit Mono oder ohne Sensor
ISOS - Intelligenter Solar Sensor
15 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Vorteile ISoS
Animation
Klimatisierung mit ISoS-Sensor
Klimatisierung mit Dual/Mono-Sensor
ISOS - Intelligenter Solar Sensor
16 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Massenstromsteuerung
17 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Unterschiedlich einstellbare Luftmengeund -Verteilung Li / Re
Nur ein Gebläse
Keine zusätzliche Sensorik!
Ziel / Kundenwunsch
AirFanFanAir
-+-+-+-+AUTOAUTO 6AUTO
1x
Massenstromsteuerung
18 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Ausgangssituation:Gleiche Luftmenge
links und rechts
Ziel: Linke Luftmenge konstant,
Rechte Luftmenge 50%
ProblemeRückwirkung einzelner Klappenänderungenauf das Gesamtsystem
Geräuschentwicklung bei fast geschlossenenKlappen
Massenstromsteuerung
Prinzip: Androsselung durch Absperrklappen
19 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Aktion:Drosselung der rechten Klappe
Rückwirkung Anstieg Luftmenge links,Luftmenge rechts 50%
Massenstromsteuerung
ProblemeRückwirkung einzelner Klappenänderungenauf das Gesamtsystem
Geräuschentwicklung bei fast geschlossenenKlappen
Prinzip: Androsselung durch Absperrklappen
20 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Aktion:Öffnen der rechten Klappe
und Reduzierung der Lüfterspannung
Ziel erreicht: Luftmenge links wie zu Beginn,
Luftmenge rechts 50%
Massenstromsteuerung
Woher kenne ich die Klappenwinkel bzw. Spannung??
ProblemeRückwirkung einzelner Klappenänderungenauf das Gesamtsystem
Geräuschentwicklung bei fast geschlossenenKlappen
Prinzip: Androsselung durch Absperrklappen
21 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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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
22 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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MassenstromsteuerungVorgehensweise Prüfstandsmessungen
Modellierung+Software
DaimlerChrysler S-Klasse
Rückwirkungsfrei
Energie- und geräuschoptimal
Störgrößenkompensiert
Klimasteuerung
Parametrierung
Codierung
23 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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Neue Regelstrategien durch neue Kältemittel (Co2)
24 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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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)
25 | Trends in der Fahrzeugklimatisierung
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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
Neue Regelstrategien durch neue Kältemittel (Co2)
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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
Neue Regelstrategien durch neue Kältemittel (Co2)
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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( )
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