CN107107896B - 用于机动车辆的压缩空气系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于机动车辆的压缩空气系统(100)，其具有空气供送系统(200)，包括：‑驱动电机(8)，其能够被控制成速度可变，‑空气压缩机(9)，其联接成能由驱动电机(8)驱动，‑电能供送装置(6)，其用于将电能供送至驱动电机(8)，‑至少一个空气蓄存器(11)，其与空气压缩机(9)连接，以从空气压缩机(9)接收空气，‑空气利用系统(300)，其连接至所述至少一个空气蓄存器(11)，以从所述至少一个空气蓄存器(11)接收空气，‑控制器(7)，其用于控制驱动电机(8)的速度。根据本发明，控制器(7)控制驱动电机(8)，以确定驱动电机(8)的速度，从而在空气蓄存器(11)的填充过程中，当空气蓄存器(11)中的压力水平超过处于最小水平和较高的截止压力水平之间的设定值时，控制器改变压缩机速度，从而降低每单位质量压缩空气的单位能量消耗。

Description

用于机动车辆的压缩空气系统
技术领域
本发明涉及一种用于机动车、特别是用于商业道路车辆的压缩空气系统，其具有空气供应系统。
背景技术
上述类型的电驱动式压缩机例如从US 2009/0254246Al获知。如之所述，内燃机驱动DC发电机以对电池进行充电，所述电池连接至压缩机的驱动电机。压缩机通过空气处理单元与空气蓄存器连接。空气系统控制器控制压缩机的驱动电机。
如果空气系统蓄存器中的空气压力小于设定最小值，空气系统控制器就启动电机和空气压缩机以对空气蓄存器进行填充，从而在较高速度下运行电机。当空气蓄存器中的压力增加时，电机速度保持恒定或斜坡下降。当空气蓄存器中的压力增加到设定最大值时，空气系统控制器设置驱动电机和压缩机以关停，从而停止空气填充操作。
此外，空气制动系统的操作停止驱动电机和压缩机的动作，以在空气制动系统排出空气使车辆停止时节省能量。
并且，压缩机的温度可被考虑，以控制压缩机的驱动电机的速度。
因此，压缩机的驱动电机的速度可根据空气系统蓄存器中的压力和车辆的某些操作参数而变化。
发明内容
本发明的目的是降低压缩机的驱动电机的功率消耗，从而节省燃料并减少排放。
该目的通过根据本发明的特征来解决。
本发明涉及一种用于机动车辆的压缩空气系统，其具有空气供送系统，包括：
-驱动电机，其能够被控制成速度可变，
-空气压缩机，其联接成能由驱动电机驱动，
-电能供送装置，其用于将电能供送至驱动电机，
-至少一个空气蓄存器，其与所述空气压缩机连接，以便从所述空气压缩机接收空气，
-空气利用系统，其连接至所述至少一个空气蓄存器，以便从所述至少一个空气蓄存器接收空气，
-控制器，其用于控制驱动电机的速度.
控制器控制驱动电机，以便根据以下信号中的至少一个信号来确定驱动电机的速度：
-表示车辆的加速器踏板的启用状态的信号，
-表示表示车辆速度的信号，
-表示电能供送装置的温度的信号，
-表示驱动电机的温度的信号，
-表示通过空气压缩机压缩的空气的湿度水平的信号，
-表示空气压缩机的负载的信号，
-表示空气压缩机的运行时间的信号，
-表示电能供送装置的状态的信号；
换句话说，对用于驱动压缩机的驱动电机的速度的确定取决于表示车辆状态的信号(比如车辆的控制器区域网络的信号、加速器踏板信号、制动踏板信号、车辆速度信号、电能供送装置的温度信号或功率级、电机的温度信号)，取决于表示压缩空气系统的状态的信号(压力水平、湿度水平、压缩机工况(duty)，压缩机运行时间等)，取决于表示电能供送装置的状态(充电状态、功能状态、可用性状态)以及电能网络的状态(电流、电压)的信号。
本发明的特征在于，在空气蓄存器11的填充过程中，当空气蓄存器11中的压力水平超过处于最小水平和较高的截止压力水平之间的设定值(图17中的附图标记pcutin)时，控制器改变压缩机速度，从而降低每单位质量压缩空气的单位能量消耗。
最小水平(图17中的附图标记pcutin_critical)被理解成是指：低于该水平时，对任何延长的时间段就不能保持为保证空气利用系统300的、尤其空气制动系统12的可靠操作所需的压力。
截止压力水平(图17中的附图标记pcutoff)被理解成是指：在该压力水平，空气蓄存器11所容纳的能量大小预期保持延长的时间段。该水平低于空气蓄存器11的设计限值。该压力水平可在超限操作过程中被超过，直至压力达到第二截止压力水平(图17中的附图标记pcutoff_overrun)，以便将过量能量存储在系统中，以供空气利用系统300以后使用。
因此，四种不同的压力区间被限定用于空气蓄存器11：
1.如果压力低于最小水平pcutin_critical，压缩机优选地以最大可能的速度工作，从而压力尽可能快地升回到高于最小水平。
2.如果压力处于最小水平pcutin_critical与设定值pcutin之间，压缩机的速度就由控制器根据所提及并要求保护的信号来确定。该系统可优选地以空气消耗模式操作，从而从压缩空气系统100消耗的空气量被再次填充到其中。该系统也可以以压缩机工况模式操作，以便在时间框架tONLOAD_LIMIT内实现到截止压力水平pcutoff的完全再填充，在此过程中压缩机可持续地操作。
3.如果压力水平处于设定值pcutin与截止压力水平pcutoff之间，压缩机速度就被改变，从而降低每单位质量压缩空气的单位能量消耗。优选地，压缩机以它的最低单位功率消耗工作点工作。该工作点可被改变，以适应加载时间限值tONLOAD_LIMIT。
4.如果压力水平高于截止压力水平pcutoff，在正常操作过程中压缩机停止。当发动机用作发动机制动且发动机和交流发电机的组合产生过量电能时，该过量电能的量可能大于车辆电池在其当前充电状态下的可用存储能力。在该情况下，该能量可由压缩机使用并以压缩空气的形式存储在空气蓄存器11中，以备空气利用系统300以后使用。为此，根据车辆电池的当前充电状态，压缩机可以以它的最大可能速度或以最佳速度操作。
在设定值pcutin和截止压力水平pcutoff之间引入新的较低单位功率消耗方案具有多种有益的效果：
·当高空气消耗的区段让位于低空气消耗的区段时，将空气蓄存器11重填充至期望截止水平的任务以较低量的电能来完成。电能由于接有良好但效率有限的交流发电机的内燃机的低效率而在燃料方面是昂贵的。
·压缩机将频繁度较低地关停和再次启动。
在从完全停用的状态启动时，电机引出最大的电流，且因而经受最大的磨损；这也是大多数电机故障发生在此时的原因。因此，延长了压缩机寿命。
·空气蓄存器11的容量被最佳地用于消弭空气消耗上的变化，从而压缩机的速度频繁度较低地变化。
在本发明的一个特别有益的实施例中，在空气蓄存器11中的至少一个压力区间中，压缩机速度通过控制器7调节成：使得所传送的空气质量流量正比于
1.截止压力水平和空气蓄存器11中的实际压力之间的差，与
2.压缩机的加载阶段的剩余时间之间的比。
该操作模式(“压缩机工况模式”)在不受干扰的情况下将在当前压缩机工况过程的时间限值内使空气蓄存器11达到截止压力水平pcutoff。
在本发明的另一特别有益的实施例中，当空气蓄存器11中的压力高于最小水平pcutin_critical时，控制器(7)根据预定函数将车辆速度的增加转换成压缩机速度的增加和/或将车辆速度的减小转换成压缩机速度的减小。例如，压缩机速度可正比于车辆速度，和/或将车辆减慢成低于预定速度可导致压缩机关停。其基本原理是，当车辆变慢时，它的运动以及发动机产生较少噪音，从而压缩机噪音可盖过那些其他噪音源而容易地被听到；附加地，使车辆从较低的速度制动至停止需要较少的空气。同样地，当车辆速度增加时，发动机和所述运动变得更响，从而压缩机噪音可在这种声响中被掩盖；同时，需求更多空气的制动事件变得更可能发生。
在本发明的另一特别有益的实施例中，控制器7优化压缩机速度，以便避开压缩机速度的至少一个预设区间。这种区间例如可置于压缩机的共振频率附近。该区间中的速度可由控制器7禁止，从而控制器从不将压缩机速度设成该区间内的值。于是可通过坚固“壁垒”而禁止进入该区间。
压缩机也可在它用于评价压缩机速度的评价函数中处罚那些速度，从而建立阻碍压缩机速度进入预设区间的强力的、但未必不可逾越的“排斥力”。这适应以下情况：预设区间内的压缩机速度是有害的，但是与由于其他原因而完全更不利的该区间外速度相比有害度较低。控制器例如可采用模糊控制(Fuzzy Control)来选择压缩机速度，使用正模糊规则(positive Fuzzy rules)将优评价分配给压缩机速度值，并用负模糊规则(negativeFuzzy rules)来标示不期望的区间。
优选地，当控制器使压缩机速度从预设区间之外的第一侧上的第一值改变至预设区间之外的第二侧上的第二值时，压缩机被设定成以它的最大旋转速率跨过速度的预设区间。这避免了压缩机速度仅被限制于预设区间的一侧，同时最小化了压缩机以不期望的速度操作的时间量。
预设区间可通过清除(sweep)压缩机速度和度量共振表征(例如，噪音或振动)而手动地设置，但也可自动地设置。
对压缩机的驱动电机的速度的计算优选根据函数近似和/或对于空气流率的查找表和随压缩机速度和背压而变化的压缩机功率消耗图，所述功率消耗图通过测量和或车辆测试或理论分析来确定。
这样，可降低压缩机的驱动电机的功率消耗。
优选地，电能供送装置、控制器和驱动电机通过电能供送网络连接，其中，控制器控制驱动电机，以便根据表示电能供送网络的状态的信号来确定驱动电机的速度。这种信号优选是电压和/或传导的电流。
根据一个优选实施例，驱动电机的速度根据至少一个函数和/或至少一个查找表而确定，其中，上述信号中的至少一个是用于所述至少一个函数和/或所述至少一个查找表的输入变量。
另外，驱动电机的速度可根据车辆的压缩空气系统的空气消耗而确定。
根据另一方面，驱动电机的速度由控制器控制成：如果空气蓄存器中的压力水平低于最小水平，且如果电能供送装置的功率级达到或超过设定功率级限值，驱动电机就以其最大速度操作，直至空气蓄存器中的压力水平达到截止压力水平；或如果空气蓄存器中的压力水平低于设定压力限值，且如果电能供送装置的功率级低于设定功率级限值，驱动电机就以处于零速度和它的最大速度之间的速度操作，直至空气蓄存器中的压力水平达到截止压力水平。
优选地，驱动电机的速度可由控制器控制成：如果空气系统蓄存器中的压力低于设定压力限值，驱动电机就被控制成以被计算成能覆盖压缩空气系统的实际空气消耗的速度来操作，直至空气蓄存器中的压力水平达到设定的截止压力水平。
根据另一实施例，驱动电机的速度由控制器控制成：如果空气系统蓄存器中的压力低于设定压力限值，驱动电机就以被计算成能覆盖压缩空气系统的当前空气消耗的速度来操作，直至空气蓄存器中的压力水平达到一截止压力水平，该截止压力水平高于正常截止压力水平，以便将更多能量存储在压缩空气系统中。
另外，驱动电机的速度可由控制器控制成：如果电能供送装置的功率级低于设定功率级限值，或如果驱动电机的温度超过临界温度限值，或驱动电机的实际速度不等于要求的速度，驱动电机就将停止。
优选地，驱动电机由控制器控制成：如果压缩机切换成卸载且压缩机的驱动电机的实际速度高于零，驱动电机就以发电机模式操作，以便对电能供送装置进行充电，直至达到电能供送装置的设定或预定充电水平。
根据另一方面，驱动电机由控制器控制成：如果车辆的驱动发动机的加速器踏板被踩下、且电能供送装置的充电状态超过设定充电限值、且电能的消耗高于设定消耗限值，压缩机的驱动电机就被控制成以低于它的最大速度的计算速度来操作，直至空气系统蓄存器中的压力达到设定截止压力水平。
另外，驱动电机可由控制器控制成：如果环境温度低于设定环境温度，驱动电机就被控制成以设定计算速度来操作，直至空气系统蓄存器中的压力水平达到截止压力水平。
根据一个实施例，驱动电机由控制器控制成：如果驱动电机的温度高于设定温度限值，就计算压缩机的驱动电机的减小的第一速度，以减小驱动电机的负载，驱动电机于是被控制成以该第一计算速度来操作，且附加地如果电能供送装置的温度高于设定温度限值，则驱动电机的第一计算速度被重新计算成低于第一计算速度的第二计算速度，且驱动电机被控制成以该第二计算速度来操作，直至空气系统蓄存器中的压力达到设定截止压力水平。
另外，驱动电机可由控制器控制成：如果驱动电机在长于设定或预定时间段的时间段处于卸载模式，驱动电机就启动且被控制成以设定或计算速度操作，直至空气系统蓄存器中的压力达到截止压力水平。
根据另一实施例，驱动电机由控制器控制成：如果空气系统蓄存器中的湿度水平高于预定或设定湿度水平限值，压缩机的驱动电机就停止。
优选地，驱动电机由控制器控制成：如果环境温度低于设定或预定温度，驱动电机就被控制成启动并以设定或计算速度运行，直至空气系统蓄存器中的压力水平达到截止压力水平。
附图说明
通过参考以下连同附图阅读的示例性实施例的详细说明将最佳地理解本发明，在附图中：
图1是根据一个优选实施例具有压缩空气系统的商业车辆的车辆底盘的示意图；
图2是压缩空气系统的空气供送系统的示意图；
图3是示出启动填充模式的流程图；
图4是示出最大功率模式的流程图；
图5是示出最佳功率模式的流程图；
图6是示出超限模式的流程图；
图7是示出紧急模式的流程图；
图8是示出压缩机制动模式的流程图；
图9是示出超越模式的流程图；
图10是示出冷操作模式的流程图；
图11是示出负载降低模式的流程图；
图12是示出更新模式的流程图；
图13是示出中间再生模式的流程图；
图14是示出防冻模式的流程图。
图15是示出临界速度避免模式的流程图。
图16是示出噪音管理模式的流程图。
图17示出了四种不同的蓄存器压力方案的操作。
具体实施方式
现在参照附图，尤其参照图1，机动车辆、特别是机动商业车辆(其可以是仅具有传统内燃机的车辆或具有混合柴油电动发动机2、4的车辆)具有底盘1，包括空气供送系统200和空气利用系统300的压缩空气系统100安装在所述底盘1上。根据一个优选实施例，商业车辆通过包括混合柴油电动发动机2、4和变速器3的传动系400来驱动。
空气利用系统300包括贡献于空气消耗的空气利用部件，比如空气制动系统12、空气悬架13、变速器3、门开启系统15、驾驶员座椅悬架16、气动增压系统14等。商业车辆的空气制动系统12优选地包括：主动行车制动器，其中，行车制动器通过增加行车制动器缸中的空气压力来启用，且行车制动器通过降低行车制动器缸中的压力来释放；和被动驻车制动器，其中，驻车制动器通过降低驻车弹簧制动器缸中的空气压力来启用，且驻车制动器通过将驻车弹簧制动器缸中的压力增加至等于驻车制动器释放压力的水平来释放。
车辆的传动系400也安装在底盘上，传动系400包括：内燃发动机2；和根据优选实施例的电机4，作为混合柴油电动发动机2、4的电动部分；以及变速器3。
空气供送系统200在图2中单独地示出。空气供送系统200包括：电能供送装置6，例如成一个或多个电池的形式；具有微型计算机的电子控制单元7，所述微型计算机控制驱动电机8，使其速度可变，驱动电机8驱动压缩机9，尤其是压缩机9的曲轴。压缩机9可以是旋转螺杆式空气压缩机，将压缩空气传送至空气处理单元10，所述空气处理单元10可包括用于空气再生的空气干燥器。空气干燥器10与空气系统蓄存器11连接，所述空气系统蓄存器11可包括一个或多个单独的空气蓄存器，特别是一个单独的空气蓄存器相应地用于空气利用系统300的每个空气循环，比如空气悬架空气循环、多个空气制动器循环、门开启空气循环等。
车辆传动系400不与压缩机9的曲轴联接，这意味着压缩机9不能由内燃机2直接驱动，或此处在混合发动机2、4驱动式车辆的情况下不能由混合发动机2、4的电机4直接驱动。而是，压缩机9独立于车辆传动系400操作，因为根据图2的空气供送系统200是独立式系统。
空气系统压缩机9由通过控制单元7控制的驱动电机8来驱动。用于启用控制单元7以及压缩机9的驱动电机8的电能由电能供送装置6传送。特别是成电池形式的电能供送装置6在此由独立式发电机5充电，所述发电机5优选由内燃机2机械地驱动且与内燃机2联接，如从图1可见。
替代性地，发电机5也可由混合发动机2、4的电机4来驱动。在另一方面，空气供送系统200的电能供送装置6可由压缩机的驱动电机8充电(在该驱动电机8以其发电机模式操作时)。
在需要的情况下，压缩机9可与辅助系统协作，比如用于润滑压缩机9的运动部件的润滑系统17以及用于在操作时冷却压缩机9的冷却系统18。因此，冷却系统18充当用于冷却压缩机9的装置，且由控制器7控制成：当压缩机9的温度超过临界温度时优选被启用。
电能供送装置6、控制器7和驱动电机8通过电能供送网络19连接，以用于传导电流。另外，控制器7和驱动电机8之间存在信号线路(图2中不可见)，以用于传递控制信号。该电能供送网络19也形成空气供送系统200的一部分。
另外，驱动电机8的控制器7接收来自多个传感器的电信号，其中：
-传感器20，其用于产生表示车辆的混合发动机2、4的加速器踏板21的启用状态的信号
-传感器22，其用于产生表示车辆的空气制动系统12的制动踏板23的启用状态的信号，
-速度传感器24，其用于产生表示车辆速度的信号，
-温度传感器25，其用于产生表示电能供送装置6的温度的信号，
-温度传感器26，其用于产生表示表示驱动电机8的温度的信号，
-湿度传感器27，其用于产生表示通过压缩机压缩的并被传送至空气处理单元10的空气的湿度的信号，
-电流传感器28，其用于产生表示存在于电能网络19中的电流的、且还表示压缩机9的负载的信号，
-电流传感器29和/或电压传感器30，其用于产生表示电能供送装置6的状态的信号，
-压力传感器31，其用于产生表示空气系统蓄存器11中的压力的信号，
-环境温度传感器32，其用于产生表示环境的温度的信号，
-速度传感器33，其用于产生表示驱动电机8的旋转速度的信号。
上述传感器通过电信号线路与控制器7连接，如图2所示，以便向控制器7供送相应的信号。
另外，驱动电机8的控制器7具有内部时钟，从而可产生并评价处理表示空气压缩机9的运行时间的信号。
优选地，上述信号中的至少一个以及数据被传送至压缩机的驱动电机8的控制器7，以待用作控制压缩机9的驱动电机8的速度的基础。换言之，对驱动电机8的速度的确定或计算基于那些信号中的至少一个来进行。
并且，压缩空气系统100的总空气消耗水平可确定驱动电机8的速度，以瞄定车辆1的电能供送装置6的低功率消耗，同时保持压缩空气系统100的需求压力。贡献于压缩空气系统100的空气消耗的部件是空气利用系统300的部件，比如空气制动系统12、空气悬架13、变速器3、门开启系统15、驾驶员座椅空气悬架16、气动增压系统14、空气处理单元10。但是泄漏或再生过程也可影响压缩空气系统100的空气消耗。
在下文中，提出了用于操作压缩空气系统100、特别是空气供送系统200的多种模式。
1.空气消耗模式
对压缩空气系统100的空气消耗的监察基于压缩空气系统100的质量平衡。车辆的压缩空气系统100的空气消耗计算如下：
其中，
是压缩空气系统的总空气消耗，
是通过压缩机9传送的空气流率，
是压缩空气系统的压力梯度，
w是空气消耗和压缩机传送量之间的因数，
Vsystem是压缩空气系统100的总容积，
Rair是空气的单位气体常数，
Tamb是环境温度。
压缩机流率图是已知的。为了覆盖车辆的压缩空气系统100的消耗，压缩机9的驱动电机8的要求速度也可基于流率图来计算。最终，驱动电机8的速度可根据压缩空气系统100的空气消耗和压力水平来计算。
空气消耗和压缩机传送量之间的因数w用于保证压缩机传送将高于空气消耗，从而抵得上空气系统中上升的压力水平。
所计算的压缩机速度仅用于临界切入压力水平和正常切入压力水平之间的压力区域。如果压缩空气系统100中的压力水平高于切入压力水平，将设置对应于最低单位功率消耗的压缩机速度(最小能量消耗压缩机速度)。如果压缩空气系统100中的压力水平低于临界切入压力，将设置最大压缩机速度。参见图15。
2.启动填充模式
当启动商业车辆时，空气蓄存器11中的压力水平通常低于设定最小压力水平，特别是低于被动驻车制动器的驻车制动器释放压力。如果此时，电池充电水平高于预定值，启动填充模式也可在内燃机2停止的情况下启用。启动填充模式在图3中示出。
驱动电机8的速度由控制器7控制成：如果空气蓄存器11中的压力水平低于设定压力限值，且如果电能供送装置6的能量状态达到或超过设定能量状态限值，驱动电机8就以其最大速度操作，直至空气蓄存器11中的压力水平达到设定截止压力水平。
替代性地，如果空气蓄存器11中的压力水平低于设定压力限值，且如果电能供送装置6的能量状态或充电状态低于设定能量状态限值或充电限值，驱动电机8就以处于零速度和它的最大速度之间的设定速度操作，直至空气蓄存器11中的压力水平达到截止压力水平。
3.最大功率模式
在空气系统蓄存器11中的压力水平低的情况下，如果内燃机2正在操作，压缩机9的驱动电机8被控制成以其最大速度操作，以便覆盖高的空气消耗。最大功率模式在图4中示出。
如果空气系统压力水平低于设定截止压力水平，且电池和功率级6状态尚可，压缩机9的驱动电机8就启动以被控制成以其最大速度工作，直至空气系统蓄存器中的压力水平达到设定截止压力水平。
4.最佳功率模式
在空气消耗低的情况下，压缩机9的驱动电机8被控制成：以考虑最大效率的计算的旋转速度被驱动，以便最小化电能供送装置6的功率消耗、燃料消耗以及延长电池寿命。最佳功率模式在图5中示出。
驱动电机8的速度由控制器7控制成：如果空气系统蓄存器11中的压力低于设定压力限值，驱动电机8就被控制成以被计算成能覆盖实际空气消耗的速度来操作，直至空气蓄存器11中的压力水平达到设定或预定截止压力水平。
5.超限模式
在发动机制动模式中，当发动机用于产生制动效果时，例如用于减速制动，如果电池水平高于预定值，压缩机9的驱动电机8就启动。在该情况下，空气系统蓄存器11可过填充成高于设定截止压力水平，以便将更多能量存储于气动系统中。超限模式在图6中示出。
如果空气系统蓄存器11中的压力低于设定截止压力，且如果车辆的驱动发动机2以发动机制动模式操作，例如以减速模式操作，压缩机9的驱动电机8就启动且被控制成以计算的速度操作，直至空气系统蓄存器中的压力达到超限模式的、高于正常截止压力水平的截止压力水平，以便将更多能量存储于压缩空气系统100中。
6.紧急模式
紧急模式覆盖压缩机9的和/或驱动电机8的和/或电能供送装置6的故障情况。如果发生或检测到这些故障中的至少一个，压缩机9的驱动电机8就将停止。紧急模式在图7中示出。
如果电能供送装置6的功率或充电状态低于设定能量状态或充电限值，或如果驱动电机8的温度超过设定临界温度限值，或如果压缩机9的驱动电机8的实际速度不等于要求的速度，压缩机9的驱动电机8就将停止。
7.压缩机制动模式
当压缩机9关闭或卸载时，驱动电机8以发电机模式操作或切换至发电机模式，以便在驱动电机8和联接的压缩机9的速度下降过程中充电电能供送装置6。由此而获得的电能通过电能供送网络19从驱动电机8传送至电能供送装置6。该过程在图8中示出。
如果压缩机9切换成卸载且压缩机9的驱动电机8的实际速度高于对驱动电机8的实际速度需求(其在该情况下是零)，驱动电机8就以发电机模式操作或切换至发电机模式，以便充电电能供送装置6，直至达到电能供送装置6的设定或预定充电水平。
8.超越模式
如果驾驶员例如以踩下加速器踏板21的形式开始高加速度要求，且车辆的电动机4也启用，在空气系统蓄存器11中的压力水平高于设定压力值的情况下，压缩机9的驱动电机8就考虑到电能的高需求而关闭或减慢，以便减少电能供送装置6的降级(degradation)。该过程在图9中示出。
如果发动机2的加速器踏板21被踩下，且电能供送装置6的充电状态超过设定充电限值，且电能的消耗高于消耗限值，压缩机9的驱动电机8就被控制成以低于最大速度的计算速度来操作，直至空气系统蓄存器11中的压力达到设定截止压力水平。表示电能或能量的消耗的参数优选是在电消耗电路中传导的电流。
9.冷操作模式
如果环境温度低于设定环境温度，在空气系统蓄存器11中的压力水平也高于设定压力限值的情况下就应用压缩机9的驱动电机8的减小的速度，以便保存电能供送装置6的电能。该过程在图10中示出。
如果环境温度低于设定环境温度，压缩机9的驱动电机8就启动且被控制成以设定的计算速度来操作，直至空气系统蓄存器11中的压力水平达到截止压力水平。
10.负载降低模式
由温度传感器26测得的驱动电机8的温度和/或由温度传感器25测得的电能供送装置6的温度分别超过相应的设定温度限值，就减小压缩机9的驱动电机8的速度。该过程在图11中示出。
如果驱动电机8的温度高于设定温度限值，就计算压缩机9的驱动电机8的减小的第一速度ncalc1，以减小驱动电机8的负载，驱动电机8于是被控制成以该第一计算速度ncalc1来操作。如果附加地由温度传感器25测得的电能供送装置6的温度高于设定温度限值，则压缩机9的驱动电机8的第一计算速度ncalc1将被重新计算成低于第一计算速度ncalc1的第二计算速度ncalc2。压缩机9的驱动电机8被控制成以该第二计算速度ncalc2来运行，直至空气系统蓄存器11中的压力达到设定截止压力水平。
11.更新模式
在压缩机9的驱动电机8停止预定或设定时间段的情况下，压缩机9的驱动电机8重新启动，以建立润滑更新活动。该过程在图12中示出。
如果压缩机9的驱动电机8在长于设定或预定时间段的时间段处于卸载模式，驱动电机8就启动且被控制成以设定或计算速度运行或操作，直至空气系统蓄存器11中的压力达到截止压力水平。
12.中间再生模式
如果空气处理单元10中和/或空气系统蓄存器11中的湿度水平超过预定或设定湿度水平，如果驱动电机8处于负载模式且已经开始再生阶段来降低空气处理单元10中或空气系统蓄存器11中的湿度水平，压缩机9的驱动电机8就停止。该模式在图13中示出。
如果空气处理单元10中和/或空气系统蓄存器11中的湿度水平高于预定或设定湿度水平限值，压缩机9的驱动电机8就停止。
13.防冻模式
如果环境温度低于设定或预定环境温度水平，且压缩机9的驱动电机8在预定或设定时间段期间停止，压缩机9的驱动电机就启动，以便通过由压缩机9传送暖空气进入排放管路而防止排放管路结冰。该模式在图14中示出。
如果环境温度低于设定或预定温度，驱动电机8就被控制成启动并以设定或计算速度操作，直至空气系统蓄存器11中的压力水平达到截止压力水平。
这样的话，即使在车辆的驱动发动机2、4怠速的情况下也实现了离开发动机的压缩机驱动，以便实现压缩机的高速度操作。因此，可使压缩机9制造得较小。另外，降低了功率消耗，使得能够使用较小的电池并实现更长的电池寿命。
14.压缩机工况模式
在压缩机工况模式中，压缩机9的加载时间表被限制。基于压力水平信号和加载时间限值，计算需要的压缩机速度。在工况控制模式中，等于截止压力水平和实际压力水平之间的压力差的空气量必须通过压缩机被供送至压缩空气系统。空气量(质量流率)计算如下：
其中，
是压缩机的空气传送量，
PCUTOFF是截止压力水平，
psystem是实际系统压力水平，
tONLOAD_LIMIT是加载阶段的时间限值，
tONLOAD_ELAPSED是加载阶段的经过时间，
Vsystem是压缩空气系统的总容积，
Rair是空气的单位气体常数，
Iamb是环境温度，
基于压缩机流率图来计算压缩机速度需求。
15.噪音管理
如果车辆速度低于预定水平，应降低车辆的噪音。在该情况下，如果压力水平不低于临界水平，压缩机就将关停。
如果压力水平高于空气系统中的临界压力水平，压缩机速度就基于预定函数而正比于车辆速度。
16.临界压缩机速度避免
可限定临界压缩机速度窗口，其值在压缩机速度时被考虑。这些压缩机速度窗口将被避免，以减少噪音、振动和不平顺性。
附图标记列表
1 车辆
2 内燃机
3 变速器
4 电机
5 发电机
6 电能供送装置
7 控制器
8 驱动电机
9 空气系统压缩机
10 空气处理单元
11 空气系统蓄存器
12 空气制动系统
13 空气悬架系统
14 气动增压系统
15 门开启系统
16 驾驶员座椅空气悬架
17 用于压缩机的润滑系统
18 用于压缩机的冷却系统
19 电能供送网络
20 传感器
21 加速器踏板
22 传感器
23 制动踏板
24 速度传感器
25 温度传感器
26 温度传感器
27 湿度传感器
28 电流传感器
29 电流传感器
30 电压传感器
31 压力传感器
32 环境温度传感器
33 速度传感器
100 空气压缩系统
200 空气供送系统
300 空气利用系统
400 传动系

Claims (21)

1.一种用于机动车辆的压缩空气系统(100)，其具有空气供送系统(200)，所述压缩空气系统(100)包括：
-驱动电机(8)，其能够被控制成速度可变，
-空气压缩机(9)，其联接成能由驱动电机(8)驱动，
-电能供送装置(6)，其用于将电能供送至驱动电机(8)，
-至少一个空气蓄存器(11)，其与所述空气压缩机(9)连接，以便从所述空气压缩机(9)接收空气，
-空气利用系统(300)，其连接至所述至少一个空气蓄存器(11)，以便从所述至少一个空气蓄存器(11)接收空气，
-控制器(7)，其用于控制驱动电机(8)的速度，
其中，控制器(7)控制驱动电机(8)，以便根据以下信号中的至少一个信号来确定驱动电机(8)的速度：
-表示车辆的加速器踏板(21)的启用状态的信号，
-表示表示车辆速度的信号，
-表示电能供送装置(6)的温度的信号，
-表示驱动电机的温度(8)的信号，
-表示通过空气压缩机(9)压缩的空气的湿度水平的信号，
-表示空气压缩机(9)的负载的信号，
-表示空气压缩机(9)的运行时间的信号，
-表示电能供送装置(6)的状态的信号；
其特征在于，在空气蓄存器(11)的填充过程中，当空气蓄存器(11)中的压力水平超过处于最小水平和较高的截止压力水平之间的设定值时，控制器改变压缩机速度，从而降低每单位质量压缩空气的单位能量消耗。
2.根据权利要求1所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，在空气蓄存器(11)中的至少一个压力区间中，压缩机速度通过控制器(7)调节成：使得所传送的空气质量流量正比于
·截止压力水平和空气蓄存器(11)中的实际压力之间的差，与
·压缩机(9)的加载阶段的剩余时间之间的比。
3.根据前述权利要求中任一项所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，当空气蓄存器(11)中的压力高于最小水平时，控制器(7)根据预定函数将车辆速度的增加转换成压缩机速度的增加和/或将车辆速度的减小转换成压缩机速度的减小。
4.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，控制器(7)优化压缩机速度，以便避开压缩机速度的至少一个预设区间。
5.根据权利要求4所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，所述预设区间中的压缩机速度被控制器(7)禁用和/或在控制器(7)用来评价压缩机速度的评价函数中被处罚。
6.根据权利要求4所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，当控制器使压缩机速度从预设区间之外的第一侧上的第一值改变至预设区间之外的第二侧上的第二值时，压缩机被设定成以它的最大旋转速率跨过速度的预设区间。
7.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，电能供送装置(6)、控制器(7)和驱动电机(8)通过电能供送网络(19)连接，其中，控制器(7)控制驱动电机(8)，以便根据表示电能供送网络(19)的状态的信号来确定驱动电机(8)的速度。
8.根据权利要求7所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，表示电能供送网络(19)的状态的信号是电压和/或传导的电流。
9.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)的速度根据至少一个函数和/或至少一个查找表而确定，其中，上述信号中的至少一个是用于所述至少一个函数和/或所述至少一个查找表的输入变量。
10.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)的速度根据车辆的压缩空气系统(100)的空气消耗而确定。
11.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)的速度由控制器(7)控制成：
a)如果空气蓄存器(11)中的压力水平低于最小水平，且如果电能供送装置(6)的功率级达到或超过设定功率级限值，驱动电机(8)就以其最大速度操作，直至空气蓄存器(11)中的压力水平达到截止压力水平，或
b)如果空气蓄存器(11)中的压力水平低于设定压力限值，且如果电能供送装置(6)的功率级低于设定功率级限值，驱动电机(8)就以处于零速度和它的最大速度之间的速度操作，直至空气蓄存器(11)中的压力水平达到截止压力水平。
12.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)的速度由控制器(7)控制成：如果空气系统蓄存器(11)中的压力低于设定压力限值，驱动电机(8)就被控制成以被计算成能覆盖压缩空气系统(100)的实际空气消耗的速度来操作，直至空气蓄存器(11)中的压力水平达到设定的截止压力水平。
13.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)的速度由控制器(7)控制成：如果空气系统蓄存器(11)中的压力低于设定压力限值，驱动电机(8)就以被计算成能覆盖压缩空气系统的当前空气消耗的速度来操作，直至空气蓄存器(11)中的压力水平达到高于正常截止压力水平的截止压力水平，以便将更多能量存储在压缩空气系统中。
14.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)的速度由控制器(7)控制成：如果电能供送装置(6)的功率级低于设定功率级限值，或如果驱动电机的温度(8)超过临界温度限值，或驱动电机(8)的实际速度不等于要求的速度，驱动电机(8)就将停止。
15.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)由控制器(7)控制成：如果压缩机(9)切换成卸载且压缩机(9)的驱动电机(8)的实际速度高于零，驱动电机(8)就以发电机模式操作，以便对电能供送装置(6)进行充电，直至达到电能供送装置(6)的设定或预定充电水平。
16.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)由控制器(7)控制成：如果车辆的驱动发动机(2、4)的加速器踏板(21)被踩下、且电能供送装置(6)的充电状态超过设定充电限值、且电能的消耗高于设定消耗限值，压缩机(9)的驱动电机(8)就被控制成以低于它的最大速度的计算速度来操作，直至空气系统蓄存器(11)中的压力达到设定截止压力水平。
17.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)由控制器(7)控制成：如果环境温度低于设定环境温度，驱动电机(8)就被控制成以设定计算速度来操作，直至空气系统蓄存器(11)中的压力水平达到截止压力水平。
18.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)由控制器(7)控制成：如果驱动电机(8)的温度高于设定温度限值，就计算压缩机(9)的驱动电机(8)的减小的第一速度(ncalc1)，以减小驱动电机(8)的负载，驱动电机(8)于是被控制成以所计算的第一速度(ncalc1)来操作，且附加地如果电能供送装置(6)的温度高于设定温度限值，则驱动电机(8)的所计算的第一速度(ncalc1)被重新计算成低于所计算的第一速度(ncalc1)的所计算的第二速度(ncalc2)，且驱动电机(8)被控制成以所计算的第二速度(ncalc2)来操作，直至空气系统蓄存器(11)中的压力达到设定截止压力水平。
19.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)由控制器(7)控制成：如果驱动电机(8)在长于设定或预定时间段的时间段处于卸载模式，驱动电机(8)就启动且被控制成以设定或计算速度操作，直至空气系统蓄存器(11)中的压力达到截止压力水平。
20.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)由控制器(7)控制成：如果空气系统蓄存器(11)中的湿度水平高于预定或设定湿度水平限值，压缩机(9)的驱动电机(8)就停止。
21.根据权利要求1或2所述的用于机动车辆的压缩空气系统，其特征在于，驱动电机(8)由控制器(7)控制成：如果环境温度低于设定或预定温度，驱动电机(8)就被控制成启动并以设定或计算速度运行，直至空气系统蓄存器中的压力水平达到截止压力水平。
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