CN114423653A - 用于控制电动马达驱动的压缩机的转速的方法和适于执行该方法的控制单元 - Google Patents

用于控制电动马达驱动的压缩机的转速的方法和适于执行该方法的控制单元 Download PDF

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Abstract

一种用于控制电动马达驱动的空气压缩机(2)的转速(S)的方法，该空气压缩机向车辆(1)的气动操作系统(5)供应压缩空气，其特征在于如下初步步骤：a)为空气压缩机(2)的转速(S)的不同值(Si)确定空气压缩机(2)的效率(e)，空气压缩机(2)的效率(e)对应于由空气压缩机(2)产生的气动功率(P1)与给予空气压缩机(2)的功率(P0)之比；b)在所述不同值(Si)中确定一个或若干个特定值(S2、S4)，对于所述值，空气压缩机(2)的效率(e)高于阈值(emin)和/或相比较地高于为那些接近所述特定值(S2、S4)的值(S1、S3)所确定的那些效率；初步步骤a)和b)优选地仅实施一次；并且特征在于如下进一步的重复步骤：c)确定从空气压缩机(2)接收压缩空气的气动操作系统(5)的空气消耗速率；d)确定空气压缩机(2)的最小转速(Smin)以获得等于或基本等于所确定的空气消耗速率的空气压缩机(2)的空气产生速率；e)确定特定值或者特定值(S2、S4)之一是否大于所确定的最小转速(Smin)；f)如果没有特定值大于所确定的最小转速(Smin)，则基于所述最小转速(Smin)来控制空气压缩机(2)的转速(S)；g)如果仅一个特定值(S4)大于所确定的最小转速(Smin)，则基于所述仅一个特定值(S4)来控制空气压缩机(2)的转速(S)；h)如果多个特定值(S2、S4)大于所确定的最小转速(Smin)，则确定所述多个特定值(S2、S4)中具有最佳效率的特定值(S2)，并基于具有最佳效率的所述特定值(S2)来控制空气压缩机(2)的转速(S)。

Description

用于控制电动马达驱动的压缩机的转速的方法和适于执行该 方法的控制单元
技术领域
本发明涉及一种用于控制电动马达驱动的空气压缩机的转速的方法。
本发明可以应用于重型车辆，诸如卡车、公共汽车和建筑设备。虽然将关于卡车描述本发明，但是本发明不限于这种特定车辆，而是还可以用于其它车辆，诸如公共汽车、建筑设备和乘用车。本发明还可以用于其它运输工具，诸如舰船和船只。
背景技术
在重型车辆中，气动操作系统(诸如制动系统)由空气压缩机产生的压缩空气提供动力。
在传统卡车上，空气压缩机通常由内燃机驱动。在这种情况下，空气压缩机速度取决于内燃机的速度，这可能会导致压缩空气的产生不规律。由于压缩机是由内燃机驱动的，因此压缩机速度不能被控制，因而压缩机只能在效率低且能量浪费的速度下运行。
在混合动力或电动车辆中，由于空气压缩机由独立于推进车辆的马达的电动马达驱动，因此避免了这样的问题。
然而，这种电动马达驱动的空气压缩机在能量方面是非常消耗的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于控制电动马达驱动的空气压缩机的转速的方法，该方法允许节省大量能量。
所述目的通过根据权利要求1所述的方法实现。因而，该目的通过一种用于控制电动马达驱动的空气压缩机的转速的方法实现，所述空气压缩机向车辆的气动操作系统供应压缩空气，其特征在于如下初步步骤：
a)为空气压缩机的转速的不同值确定所述空气压缩机的效率，所述空气压缩机的效率对应于所述空气压缩机产生的气动功率与给予空气压缩机的功率之比；
b)在所述不同值中确定一个或若干个特定值，对于这些特定值，所述空气压缩机的效率高于阈值和/或相比较地高于为那些接近所述特定值的值所确定的那些效率；
所述初步步骤a)和b)优选地仅实施一次；并且
其特征在于如下进一步的重复步骤：
c)确定从所述空气压缩机接收压缩空气的所述气动操作系统的空气消耗速率；
d)确定所述空气压缩机的最小转速以获得等于或基本等于所确定的空气消耗速率的所述空气压缩机的空气产生速率；
e)确定特定值是否大于所确定的最小转速；
f)如果没有特定值大于所确定的最小转速，则基于所述最小转速来控制所述空气压缩机的转速；
g)如果仅一个特定值大于所确定的最小转速，则基于所述仅一个特定值来控制所述空气压缩机的转速；
h)如果多个特定值大于所确定的最小转速，则确定所述多个特定值中具有最佳效率的特定值，并基于具有最佳效率的所述特定值来控制所述空气压缩机的转速。
如此配置，本发明的方法允许以空气压缩机的可能达到的最高效率的其最佳效率速度驱动空气压缩机。
根据本发明的进一步方面，所述目的通过根据权利要求6所述的控制单元和根据权利要求7所述的车辆实现。
本发明的进一步优点和有利特征在以下描述和从属权利要求中公开。
附图说明
参考附图，下面是对作为示例引用的本发明的实施例的更详细描述。
在附图中：
图1是根据本发明的车辆的示意性侧视图，以及
图2是示出图1的车辆的空气压缩机的效率和空气压缩机的若干个转速的能量消耗的变化的图表。
具体实施方式
图1示出了呈卡车形式的车辆1的示意性侧视图。车辆1包括：电动马达4；气动操作系统5；空气压缩机2，该空气压缩机由电动马达4驱动，该空气压缩机2向气动操作系统5供应压缩空气；以及控制单元3，该控制单元3用于控制电动马达驱动的空气压缩机2的转速。
车辆1可以是包括至少一个电动马达4的电动车辆或混合动力车辆。车辆1可以包括一个或若干个电池来为电动马达4供电。
车辆1包括一个或若干个气动操作系统5，例如一个或若干个制动系统、驻车系统、空气悬架系统、用于附接的挂车或用于其它附件系统的系统。每个气动操作系统5被供以由空气压缩机2产生的压缩空气。
空气压缩机2例如是螺杆式压缩机或叶片式压缩机。空气压缩机2由电动马达4经由传动装置驱动。电动马达4不能是被布置成推进车辆1的同一电动马达。
控制单元3适于控制空气压缩机2的转速S。该控制例如可以在于控制传动装置(例如，轴)，该传动装置将来自电动马达4的扭矩传递到空气压缩机2。在另一实施例中，控制单元3还可以被配置成控制电动马达4的速度。
控制单元3可以被包括在车辆1的电子控制单元中，或者可以从车辆1的电子控制单元接收信号和数据。特别地，控制单元3可以接收与气动功率P1(对应于由空气压缩机2产生的压缩空气的量)，以及由电动马达4给予空气压缩机2的功率P0相关的数据。控制单元3还可以包括处理器和存储器。因而，控制单元3可适于在所述数据之间执行数学运算并将结果存储在其存储器中。
特别地，控制单元3可以确定空气压缩机2对于其若干个运行速度Si的工作性能。工作性能可以通过称为“效率”的参数e来确定，参数e对应于气动功率P1和功率P0之比：
e＝P1/PO。
通过将每个运行速度Si的效率e与阈值emin进行比较，控制单元3可以首先在所述运行速度Si中确定效率e高于所述阈值emin的最佳速度。其次，控制单元3可以在所述最佳速度中确定一个或若干个特定速度，该一个或若干个特定速度的效率e相比较地高于为那些接近所述一个或若干个特定速度的最佳速度所确定的那些效率e。因而，这些确定的特定速度可以被存储在控制单元3的存储器中。
在重复实施本发明的方法的进一步连续步骤之前，控制单元3可以有利地实施上述初步步骤，优选地仅实施一次。在这些初步步骤的实施期间，运行速度Si的数量可以变化，但优选地可以大于四个。在卡车的特定情况下，这些运行速度Si可以有利地大于500rpm并且低于5000rpm。
在下一步骤中，控制单元3确定从空气压缩机2接收压缩空气的气动操作系统5的空气消耗速率。该空气消耗速率可以例如通过测量来自接收由空气压缩机2产生的压缩空气的罐的出流率来确定。
在下一步骤中，控制单元3确定空气压缩机2的最小转速Smin以获得空气压缩机2的空气产生速率，该空气产生速率等于或基本上等于所确定的空气消耗速率。空气压缩机2的空气产生速率通常与空气压缩机2的转速S成比例，Smin可以通过计算或估计产生期望的空气产生速率的转速S来确定。
在下一步骤中，控制单元3确定在初步步骤期间所确定的特定速度中的一个或若干个速度是否大于所述最小转速Smin。如果没有特定速度大于Smin，则控制单元3可以基于所述最小转速Smin来控制空气压缩机2的转速S。如果仅一个特定速度大于Smin，则控制单元3可以在下一步骤中，基于所述仅一个特定速度来控制空气压缩机2的转速S。如果多个特定速度大于Smin，则控制单元3可以在所述多个特定速度中确定具有最佳效率的特定速度，并且可以在下一步骤中基于具有最佳效率的所述特定速度来控制空气压缩机2的转速S。
图2的图表示出了空气压缩机2在四种运行速度S1-S4(分别等于1000rpm(转每分钟)、1500rpm、2000rpm和2500rpm)下的工作性能。对于每种运行速度，控制单元3已经确定了空气压缩机2的效率e和工作一小时期间以及170L/min的空气消耗速率的能量消耗。结果在下表中提供。
运行速度 S1＝1000rpm S2＝1500rpm S3＝2000rpm S4＝2500rpm
效率e 0.6 0.7 0.65 0.67
能量消耗(MJ) 5200 4500 4800 4600
基于所述结果，控制单元3已经确定了两个特定速度，分别为S2和S4，它们的效率e高于0.6并且相比较地高于为速度S1和S3确定的效率e。在这些特定速度下，能量消耗也相比较地低于为速度S1和S3确定的能量消耗。这些特定速度S2和S4对应于能量节约最大的空气压缩机2的最佳运行速度。
因此，当控制单元3确定空气消耗速率设定了等于S1的最小运行速度Smin时，控制单元控制空气压缩机2的转速S以将其设定为效率e相比较地较高的特定值S2，因而，能量消耗相比较地低于为S1确定的能量消耗。
当控制单元3确定空气消耗速率设定了等于S3的最小运行速度Smin时，控制单元控制空气压缩机2的转速S以将其设定为效率e相比较地较高的特定值S4，因而，能量消耗相比较地低于为S3确定的能量消耗。
应理解，本发明不限于上述和附图所示的实施例；相反，本领域技术人员应认识到可以在所附权利要求的范围内做出许多改变和修改。

Claims (7)

1.一种用于控制电动马达驱动的空气压缩机(2)的转速(S)的方法，所述空气压缩机(2)向车辆(1)的气动操作系统(5)供应压缩空气，其特征在于如下初步步骤：
a)为所述空气压缩机(2)的转速(S)的不同值(Si)确定所述空气压缩机(2)的效率(e)，所述空气压缩机(2)的效率(e)对应于由所述空气压缩机(2)产生的气动功率(P1)与给予所述空气压缩机(2)的功率(P0)之比；
b)在所述不同值(Si)中确定一个或若干个特定值(S2、S4)，对于所述一个或若干个特定值(S2、S4)，所述空气压缩机(2)的效率(e)高于阈值(emin)和/或相比较地高于为那些接近所述特定值(S2、S4)的值(S1、S3)所确定的效率；
所述初步步骤a)和b)优选地仅实施一次；并且
其特征在于如下进一步的重复步骤：
c)确定从所述空气压缩机(2)接收压缩空气的所述气动操作系统(5)的空气消耗速率；
d)确定所述空气压缩机(2)的最小转速(Smin)以获得等于或基本等于所确定的空气消耗速率的所述空气压缩机(2)的空气产生速率；
e)确定特定值(S2、S4)是否大于所确定的最小转速(Smin)；
f)如果没有特定值大于所确定的最小转速(Smin)，则基于所述最小转速(Smin)来控制所述空气压缩机(2)的转速(S)；
g)如果仅一个特定值(S4)大于所确定的最小转速(Smin)，则基于所述仅一个特定值(S4)来控制所述空气压缩机(2)的转速(S)；
h)如果多个特定值(S2、S4)大于所确定的最小转速(Smin)，则确定所述多个特定值(S2、S4)中具有最佳效率的特定值(S2)，并基于具有最佳效率的所述特定值(S2)控制所述空气压缩机(2)的转速(S)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阈值(emin)等于0.6。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤a)中，为所述空气压缩机(2)的转速(S)的至少四个值(S1-S4)确定所述空气压缩机(2)的效率(e)。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述值(S1-S4)大于500rpm并且小于5000rpm。
5.根据上述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，在制动系统、空气调节系统、驻车系统、悬架系统中选择所述气动操作系统(5)。
6.一种用于控制电动马达驱动的空气压缩机(2)的转速(S)的控制单元(3)，所述控制单元(3)适于执行根据上述权利要求中的任一项所述的方法的步骤。
7.一种车辆(1)，包括：电动马达(4)；气动操作系统(5)；空气压缩机(2)，所述空气压缩机(2)由所述电动马达(4)驱动并向所述气动操作系统(5)供应压缩空气；以及根据权利要求6所述的控制单元(3)。
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