CN106103995B - 用于运行车辆的压缩空气系统的方法 - Google Patents
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Abstract
用于运行车辆的压缩空气系统的方法，压缩空气系统带有电子和/或气动控制的压缩机，其中，连续获取压缩空气系统的环境温度T_环境，并且将其与预定的目标温度T_目标比较，其中，当环境温度T_环境达到或低于目标温度T_目标时识别出冻结危险，并且其中，在识别出冻结危险时激活冷运行，其中，除了正常运行的需要的额定运输阶段以外，压缩机在冷运行时附加地运输压缩空气，压缩空气输入至所述压缩空气系统的有冻结危险的部件，用以对其进行加热，并且随后附加地提供给压缩空气系统，或者输出到环境中。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于运行车辆的压缩空气系统的方法。
背景技术
用于车辆，尤其是商用车的公知的压缩空气系统利用压缩机工作，压缩机通过压缩空气制备设施的电子控制装置控制地压缩从大气中抽吸的空气。当在压缩空气系统中需要压缩空气时，控制装置针对运输阶段接通压缩机，并且当不需要另外的压缩空气输入时，控制装置针对空转阶段断开压缩机。运输的压缩空气在需要时提供给不同的车辆装置，例如制动设施和辅助机组。为了给压缩空气去湿通常设置空气干燥装置，其带有容纳湿气的更换筒。为了移除在那里积聚的水，时常在所谓的再生过程中，将来自压缩空气系统的干燥的空气沿相反的方向引导通过空气干燥装置，并且通过排气阀输出到环境中。然而在温度很小的情况下，在空气干燥装置的区域中，尤其是在排气阀上可能导致被析出的水的冻结。由此可能导致压缩空气系统中的错误功能。
为了避免在低温时压缩空气系统结冰，或者为了溶解已经形成的冰，可控制的加热元件可以布置在空气干燥装置上，加热元件在需要时被通电，并且通过热量输出防止形成冰。然而，这种加热元件提高了压缩空气系统的制造成本，并且加热运行增大了车辆的能量需求。也公知的是，借助所提到的用于压缩空气制备的控制装置，压缩空气系统为了防止在环境温度很低的情况下结冰而切换到所谓的冷运行(冷模式)中。在冷运行时，压缩机借助简单的控制功能概括性地至少在固定地预定的时间段内切换到持续运行中。通过压缩过程在压缩机中加热的压缩空气在此给空气干燥装置输出热量，从而使得有冻结危险的部件不结冰。然而，通过在冷模式中的短暂的持续运行附加地产生了压缩空气，该压缩空气并不总是被压缩空气系统需要。多余的压缩空气可以通过打开排气阀输出到环境中。通过输入温暖的压缩空气和排出温暖的压缩空气，系统部件，尤其是排气阀即使在温度很低的情况下也保持成可运转。然而，压缩机的有时附加的持续运行提高了其磨损和压缩空气系统的能量需求。
由DE 10 2010 011 571 A1公知了一种用于车辆的压缩空气系统的空气干燥装置和一种用于避免在这种空气干燥装置的排气阀装置上形成冰的方法。空气干燥装置具有用于联接压缩机的压缩机接头、用于通过选择性地打开或关闭的排气阀装置连接空气干燥装置与大气的排气接头和压缩空气系统的工作接头。在排气阀装置关闭时，由压缩机输送到压缩机接头中的压缩空气通过工作接头运输到压缩空气系统中。在排气阀装置打开时，由压缩机输送到压缩机接头中的压缩空气排到大气中，其中，在压缩机中被加热的压缩空气在没有绕行的情况下通过直接的流动路径引导至排气阀装置。温暖的压缩空气在需要时，尤其是在温度很低的情况下预备性地输入，用以防止排气阀装置结冰。
发明内容
基于该背景，本发明所基于的任务是介绍一种用于运行可低成本地制造的车辆压缩空气系统的方法以及节能且可靠地防止压缩空气系统的部件结冰。
该任务的解决方案由本发明的用于运行车辆的压缩空气系统的方法得到。
本发明基于如下认识，即，当对于供应压缩空气系统来说实际上是需要的时，在车辆压缩空气系统的节能运行中用于产生和运输压缩空气的压缩机应该尽可能仅在运输运行中运转。如果此外附加地产生和使用压缩空气来防止压缩空气系统的带有排气阀装置的空气干燥装置冻结，那么压缩机应该仅根据需要附加地接通，以便实现有冻结危险的部件的相应的温度的提高。压缩机的作为规定目标最小需要的附加的运输阶段或与之相当的最大允许的空转阶段可以利用适当的算法计算，并且可变地控制，算法根据环境温度考虑到有冻结危险的部件的加热特性。
据此，本发明从用于运行车辆压缩空气系统的方法出发，压缩空气系统带有电子和/或气动控制的压缩机，压缩机在正常运行时根据需要运输压缩空气，用以供应压缩空气系统，并且压缩机在运输阶段以外被断开或者处于空转中，其中，连续获取压缩空气系统的环境温度，并且将其与预定的目标温度比较，其中，当环境温度达到或低于目标温度时识别出冻结危险，并且其中，在识别出冻结危险时激活冷运行，其中，除了正常运行的所需要的运输阶段以外，压缩机在冷运行时附加地运输压缩空气，压缩空气输入至压缩空气系统的有冻结危险的部件，用以对其进行加热，并且随后附加地提供给压缩空气系统，或者输出到环境中。为了解决所提出的任务，本发明设置的是，部件在冷运行时的附加的接通持续时间至少在预定的环境温度范围中可变地控制，并且相应根据环境温度与目标温度之间的温度差确定。
环境温度理解为压缩空气系统的邻近的环境中的温度。环境温度例如可以在压缩空气系统的壳体上获取。
目标温度理解为以安全值高于水的冻结温度的环境温度。
正常运行(正常模式)理解为高于目标温度时的运行方式，其中，压缩机在需要时运输用于压缩空气系统的压缩空气。
压缩机的空转或者断开的压缩机理解为如下，即，压缩机并不运输压缩空气。接通压缩机理解为如下，即，压缩机进入其运输压缩空气的运行方式，其中，接通持续时间是压缩机运输压缩空气的时间段。
冷运行(冷模式)理解为小于目标温度时的运行方式，其中，当压缩空气系统的部件冻结或可能冻结且识别出这一点时，压缩机不依赖于与需求有关的运输阶段地接通。
在根据本发明的节能的冷运行(冷模式ES)中，压缩机的取决于温度的接通阶段可以可变地控制。由此，与公知地控制压缩机相比，可以根据总的持续运行阶段以平均的方式实现更小的根据需求的压缩机接通持续时间。这降低能量消耗，并且因此起节约成本和保护环境的作用。
压缩机在环境温度高于提到的目标温度时的正常运行中仅在需要时将压缩空气运输到压缩空气系统中。压缩空气可以由联接的消耗器，例如商用车的气动制动设施，在压缩机的工作接头上获取。
当压缩机刚好不需要时，或者不应该运输时，那么压缩机被切断或者处于空转中，其中，压缩机借助阀装置断开，并且/或者借助换挡离合器与车辆的驱动系脱离，以便消耗尽可能少的能量或燃料。
电子控制的压缩机的控制装置从环境温度小于目标温度开始从算法“正常模式”更换至算法“冷模式”。为此，压缩空气系统通常具有温度传感器，其例如获取排气阀附近的壳体温度，并且将该温度近似解释为环境温度。也许，尽管温度传感器还测量到大约更高的温度，但是在有冻结危险的部位上，温度可能已经达到水的冻结点。因此，把比0℃高几度的目标温度假设为冻结温度。由此考虑到的是，温度传感器不一定直接在有冻结危险的部位上测量温度，而是与之间隔开地测量温度。
在根据现有技术的方法中，压缩机在识别冻结危险时至少在固定的时间段内，在几分钟范围内是接通的，直到由于冻结导致危险的部件的温度达到目标温度。压缩机由此附加地运输压缩空气，压缩空气在压缩过程中基于气压的提升根据用于气体的热力学状态方程加热。被运输的压缩空气仅用于加热尤其是位于通常现有的空气干燥装置的区域中的有冻结危险的部件，并且通常通过排出阀或排气阀排到环境中。
对有冻结危险的部件进行加热的方式提高了压缩机的接通持续时间，其中，基于对压缩机运行的总的时间控制，在小于目标温度的温度范围内可能趋于导致排出阀或排气阀上的温度过高，并且因此可能导致不必要地高的能量消耗。但是，根据车辆在大多数情况下使用的气候条件，以固定的方式预定的接通持续时间也可以趋于短时，从而多次相继短时地或定期地引起压缩机的频繁的附加的接通过程。
迄今公知的控制可以通过本发明利用新的、节能的控制算法(被称为“冷模式ES”)改进。该算法考虑到的是，压缩机的为了达到目标温度而相应实际需要的接通持续时间依赖于环境温度以及随后的在环境温度与冻结温度之间的待克服的差、或者在环境温度与预定的目标温度之间的待克服的差。
由此，用于车辆的压缩机运行的能量需求减少到最小，压缩机运行应该防止相关的部件冻结。同时，压缩机的接通过程和断开过程的数量也可以得到减小，其方法是，多个持续运行阶段的总长度通过不太有针对性的持续运行阶段利用灵活的长度代替。由此可以进一步节约成本，并且减小压缩空气系统的磨损。尤其是可以提高用于可切换地连接压缩机与驱动发动机的换挡离合器的使用寿命。根据本发明的方法可以在已经存在的控制装置中执行。只要在车辆中或在压缩空气系统上存在适当的温度传感器，那么就不需要附加的设备。
在根据本发明的方法的优选的实施方式中可以执行调节算法，其至少包括如下步骤：
-求出环境温度与目标温度之间的温度差，
-根据求出的温度差来求出对于冷运行所需要的总的压缩机接通持续时间，
-获取为了供应压缩空气系统而实际上进行的压缩机接通持续时间，
-由需要的压缩机接通持续时间与实际的压缩机接通持续时间的差来确定附加的压缩机接通持续时间。
据此，当确定环境温度小于预先确定的目标温度时，节能的冷运行(冷模式ES)激活。基于所求出的温度差来求出压缩机的接通持续时间，该接通持续时间足够用于达到目标温度。在此考虑到压缩空气系统需要的运输阶段的压缩机接通持续时间。当前的接通持续时间可以考虑作为实际的压缩机接通持续时间的值，并且/或者压缩机的切换周期的数量的平均值可以考虑为参数用于计算。
相应需要的接通持续时间相对所获取的温度差的配属例如可以从特性曲线族或特性表格中得知，特性曲线族提前根据经验求出，并且存储在压缩空气系统的控制装置的存储器中。
这种特性曲线族或特性表格包含压缩空气系统的有冻结危险的部件的加热特性和冷却特性。其中包括如下：热传递性能，即，压缩空气系统的有冻结危险的部件以及在车辆中与这些部件相邻地布置的、同样影响有冻结危险的部件的加热特性和冷却特性的部件的热容量、热传导和热辐射参数，例如车辆的驱动发动机和变速器的温度，以及加载到有冻结危险的部件的压缩空气流的流动参数和热力参数。
为了求出对于冷运行来说需要的总的压缩机接通持续时间可以明确地考虑一个或多个与热传递相关的参数：安装位置、有冻结危险的部件的几何特性和材料性能、压缩机与有冻结危险的部件之间的流动路径的几何特性以及与车辆速度有关的行车风气流或与之有关的参量。
此外可以设置的是，在该方法中，环境温度范围(在其中，附加的压缩机接通持续时间被可变地控制)通过下方和上方的临界温度确定，其中，上方的临界温度是目标温度，其中，压缩机在环境温度高于目标温度的情况下以正常运行来运行，并且在低于下方的临界温度的情况下至少在以固定的方式预定的时间段中以持续运行的方式来运行。
压缩机在冷运行时的可变的控制特别是可以在冻结边界附近几度的过渡范围中有效地使用，并且在那里通过相应更短的接通持续时间促成明显的节约。该方法也可以与迄今使用的方法有意义地组合，其方法是，在温度边界之下当温度明显小于冻结温度时，使用提前在时间上确定的持续运行，并且在必要时，持续运行延长超过确定的时间段。
此外可以设置的是，在车辆重新启动时，首先执行压缩空气系统的与环境和/或发动机和/或冷却水温度相关的加热阶段。这例如可以通过压缩机的临时的持续运行实现。由此，尤其是在非常低的环境温度的情况下可以防止压缩空气系统在行驶开始时冻结。
此外可以设置的是，在驱动压缩机的车辆驱动发动机惯性运行的情况下，在冷运行中的压缩机的当前的空转阶段临时中断。由此，压缩机可以在没有附加的燃料消耗的情况下被驱动，以便提高压缩空气系统的有冻结危险的部件的温度。
最后可以设置的是，基于独立的在外部发起的要求而中断压缩机的当前存在的空转阶段，并且接通压缩机的正常运行。在外部发起的要求可以是这种由机动车的驾驶员通过手动操作开关或调节滑块而引起的要求。
附图说明
为了进一步说明本发明而给说明书添加实施例的附图。其中：
图1示出根据现有技术的压缩空气系统的压缩机的切换图；
图2示出根据按照本发明的方法的压缩空气系统的压缩机的切换图；
图3示出根据本发明的方法的调节算法的方框图。
具体实施方式
机动车的未示出的压缩空气系统基本上具有压缩机、带有排气阀装置的空气干燥装置、压缩空气线路、温度传感器以及电子控制装置。压缩机产生用于可联接到工作接头上的压缩空气消耗器，例如商用车的气动制动设施的压缩空气。这种制动设施具有一个或多个由压缩机供给的压缩空气储备容器。空气干燥装置从压缩的空气中提取积聚为水的湿气，并且定期通过排气阀排出到环境中。带有排气阀装置的空气干燥装置由于湿气的析出在低的环境温度下有冻结危险。温度传感器获取到压缩空气系统的壳体温度，其近似相应于环境温度。排气阀装置和温度传感器可以取决于结构地布置在不同的设备结构组件中，从而有冻结危险的部件的获取到的温度和实际的温度可以有一些不同。因此，将高于0℃的目标温度确定为用于识别冻结危险的与安全有关的温度值。
在根据现有技术的常规的方法中，压缩机以“正常模式”在环境温度高于目标温度(例如T_目标＝+2℃)的情况下仅在需要时将压缩空气运输到压缩空气系统中。在运输阶段以外，压缩机处于空转中。为了断开和接通压缩机或者为了在空转运行与运输运行之间切换，压缩机例如可以通过换挡离合器与驱动发动机的驱动轴脱离，或者可以与之驱动连接。
从小于0℃的环境温度开始，或者在提高了安全值的目标温度以下，控制压缩空气系统的算法从“正常模式”更换到“冷模式”中，并且压缩机至少在固定的特定最小时间段中，例如在两分钟内是接通的，用以持续运行。压缩机现在附加地运输压缩空气，压缩空气在压缩过程中被加热。压缩空气仅用于加热位于空气干燥装置的区域中的有冻结危险的部件，并且通过排出阀排到环境中。附加的运输阶段或排出阶段至少持续固定的时间段，即，两分钟，即使在该时间段内导致与目标温度相比在排气阀上实际的温度过高时。图1示出了附加的恒定的接通持续时间ED_附加。在温度高于目标温度T_目标的情况下，压缩机并不附加地接通。然而针对排出阶段的固定的时间段可能导致的是，压缩机只有在高于目标温度T_目标的情况下才更换到正常运行中，或者断开。
相应地，根据本发明的方法能够在冷运行时实现匹配于环境条件的、可变的、附加的压缩机接通持续时间ED_附加。这借助图2示出。据此，在运行模式“冷模式ES”中，空转阶段或附加的运输阶段或排出阶段根据环境温度与目标温度T_目标之间的温度差计求出，从而相应需要的排出阶段的长度仅需如下大小，即，实现了在有冻结危险的部件上的相应的温度提高。环境温度越接近目标温度T_目标，所求出的附加地需要的用于达到目标温度T_目标的接通持续时间就越小。
在温度非常低的情况下，例如在小于临界温度T_临界＝-6℃时，控制件从灵活的运行模式“冷模式ES”切换回近似恒定的运行模式“冷模式”中。通过图2所示的在临界温度T_临界与目标温度T_目标之间的压缩机接通持续时间ED_附加的斜坡形的过渡，可以在压缩机运行时实现能量节约，过渡在计算压缩机的附加的接通持续时间ED_附加期间由于考虑到有冻结危险的部件的冷却和加热特性而引起。
图3以方框图示出了用于在车辆的压缩空气系统的现有的控制件中执行该方法的调节算法的实施例。
压缩机的接通持续时间ED在此首先转换为相对计算参量，根据ED＝(pump+dump)/(pump+dump+idle)[％]，其中，“pump”代表运输阶段，“dump”代表排出阶段，并且“idle”代表空转阶段。在纯粹的持续运行中，ED＝1，在纯粹的空转运行中，ED＝0。
在调节算法的第一方框F1中获取环境温度T_环境。在第二方框F2中预定目标温度T_目标。因此，在第三方框F3中形成温度差△T。在第四方框F4中，借助表格给所求出的温度差△T配属压缩机的所需要的接通持续时间ED_额定。所求出的需要的相对接通持续时间ED_额定[％]用作随后的调节回路中的输入参量。压缩机的实际的接通持续时间ED_实际[s]的值从第九方框F9导入到第八方框F8中。在第八方框F8中获取压缩机的实际的接通持续时间ED_实际[s]，并且将其转换为相对接通持续时间ED_实际[％]。随后，相对接通持续时间ED_实际[％]导入到第五方框F5中。在第五方框F5中形成两个相对接通持续时间ED_额定[％]、ED_实际[％]的差△ED[％]。在第六方框F6中，为第七方框F7提供环境温度T_环境。在第七方框F7中，在另一表格中，相对接通持续时间差△ED[％]利用绝对的允许的空转阶段idle在几秒内根据环境温度T_环境调整。计算压缩机的排出阶段或附加的运输阶段的长度最后由所需要的压缩机接通持续时间ED_额定与实际的压缩机接通持续时间ED_实际之间的差△ED、当前的运输阶段和允许的空转阶段的长度根据环境温度T_环境得到。由此得到绝对的附加的接通持续时间ED_附加，其例如可以在零秒与两分钟之间变化，并且在方框F8中为控制压缩机的运行而被提供。压缩机附加地在计求出的接通持续时间ED_附加的时间段内以“冷模式ES”运行，以便防止压缩空气系统的有冻结危险的部件冻结。
附图标记列表和缩写
dump 压缩机排出阶段
ED 压缩机接通持续时间
ED_实 实际的压缩机接通持续时间
际
ED_额 需要的压缩机接通持续时间
定
ED_附 附加的压缩机接通持续时间
加
△ED ED_额定与ED_实际之间的接通持续时间差
F1至F9 功能方框
idle 压缩机空转阶段
pump 压缩机运输阶段
T 温度
T_临界 临界温度
T_环境 环境温度
T_目标 目标温度
△T T_目标与T_环境之间的温度差
Claims (7)
1.用于运行车辆的压缩空气系统的方法，所述压缩空气系统带有电子和/或气动控制的压缩机，所述压缩机在正常运行时根据需要运输压缩空气，用以供应压缩空气系统，并且所述压缩机在运输阶段以外被断开或者处于空转中，
其中，持续获取压缩空气系统的环境温度T_环境，并且与预定的目标温度T_目标比较，
其中，当环境温度T_环境达到或低于目标温度T_目标时识别出冻结危险，
并且其中，在识别出冻结危险时激活冷运行，
其中，除了正常运行的所需要的运输阶段以外，压缩机在冷运行时附加地运输压缩空气，压缩空气输入至压缩空气系统的有冻结危险的部件，用以对其进行加热，并且随后附加地提供给压缩空气系统，或者输出到环境中，
其特征在于，
所述压缩机在冷运行时的附加的接通持续时间ED_附加至少在预定的环境温度范围中可变地控制，并且相应根据环境温度T_环境与目标温度T_目标之间的温度差△T确定。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，执行调节算法，所述调节算法至少包括如下步骤：
-求出所述环境温度T_环境与所述目标温度T_目标之间的温度差△T，
-根据求出的温度差△T来求出对于冷运行所需要的总的压缩机接通持续时间ED_额定，
-获取为了供应所述压缩空气系统而实际上进行的压缩机接通持续时间ED_实际，
-由需要的总的压缩机接通持续时间ED_额定与实际的压缩机接通持续时间ED_实际的差来确定附加的压缩机接通持续时间ED_附加。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，为了求出对于冷运行所需要的总的压缩机接通持续时间ED_额定而考虑一个或多个与热传递相关的参数：安装位置、有冻结危险的部件的几何特性和材料性能、压缩机与有冻结危险的部件之间的流动路径的几何特性以及与车辆速度有关的气流或与该气流有关的参量。
4.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，如下的环境温度范围通过下方和上方的临界温度来确定，即，在该环境温度范围中可变地控制附加的压缩机接通持续时间ED_附加，其中，上方的临界温度是目标温度T_目标，其中，所述压缩机在环境温度T_环境高于目标温度T_目标的情况下以正常运行的方式来运行，并且在低于下方的临界温度T_临界的情况下针对以固定的方式预定的时间段以持续运行的方式来运行。
5.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在车辆重新启动时，首先执行所述压缩空气系统的与环境和/或发动机和/或冷却水温度相关的加热阶段。
6.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在驱动所述压缩机的车辆驱动发动机惯性运行时，在冷运行中的压缩机的当前的空转阶段临时中断。
7.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，基于独立的在外部发起的要求而中断所述压缩机的当前存在的空转阶段，并且接通所述压缩机的正常运行。
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