CN1826252A - 检测车辆电子压缩空气系统中压缩空气消耗回路中的缺陷或故障的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

为了检测车辆压缩空气系统中压缩空气消耗回路中的缺陷或故障，在压缩空气消耗回路(26到38)中测量压力，并在一电子控制单元(84)中评估该压力，该控制单元将压缩空气消耗回路短暂关闭、在关闭时间中测量压力值和/或确定压力梯度，并将压力值和/或确定的压力梯度与各自的一极限值比较，如果结果在极限值以下，确定故障回路并将确认为有故障的回路最终关闭。

Description

检测车辆电子压缩空气系统中压缩空气消耗回路中的缺陷或故障 的方法和装置
本发明涉及一种检测车辆电子压缩空气系统中压缩空气消耗回路中的缺陷或故障的方法和装置。
现有多回路保护阀，可将能量源分成数个互相独立的消耗回路，即使当回路发生故障、如管道破裂时，仍能在完好的回路中保持最低的压力。当脚制动回路因故障而使损失的空气量大于压缩机所能补充的量时，脚制动回路中的压力会下降，直到达到阀门的关闭压力时为止。尽管故障回路中的压力在继续下降，但在完好的回路中仍保持着关闭压力。当故障回路中的压力继续下降时，可用压缩机对仍然完好的回路进行充气，直到达到故障回路的打开压力时为止。这样就建立了一个动态平衡，虽然此时空气通过故障处仍在损失，但所输送的压缩空气还可供应仍完好的回路(以及二级消耗回路)。现有多回路保护阀的一个缺点是，制动系统中的最大压力与有缺陷的回路在破裂时的打开压力相等。另一个缺点是，压力立刻下降到缺陷回路的关闭压力。尤其突出的缺点是由于对缺陷回路的检测和关闭是在相对较晚的阶段，所以在发生回路故障时能量损失相对较大。
因此本发明的目的是提供一种方法和上述类型的装置，从而在较早的阶段检测到压缩空气消耗回路的缺陷或故障。
关于该方法，通过根据权利要求1的本发明可实现这一目标。用于实施该方法的装置在权利要求8中有所阐述。
本发明优点和有利的改进在所附的权利要求中有所说明。
根据本发明可得到较大的优点是，可在较早的阶段检测到压缩空气消耗回路的缺陷或故障，从而可将压缩空气消耗回路故障时的能量损失控制在最小程度。总的来说，可大大提高车辆的安全性。
下面将在附图的基础上对本发明进行更加详细的说明，在这些附图中示出了一个实际的例子，其中：
图1示出了所发明的装置(压缩空气系统)的方框图；
图2和3示出了更详细地解释检测一消耗回路中的缺陷或故障的图表。
在附图中，压力流体管用实线来表示，电气线路用虚线来表示。
如图所示，一具有压缩空气供应部分4和消耗部分6的压缩空气系统2。压缩空气供应部分4包括一压缩机7、一压缩机控制装置8和一空气干燥部分10。
消耗部分6上设有压缩空气分配管14、多个具有恢复弹簧的电动阀门16、18、20、22、24(较佳地为电磁阀)以及多个消耗回路26、28、30、32、34、36、38，这些消耗回路经电磁阀获得压缩空气。
一压缩空气供应管40从压缩机7通过一过滤器42、一空气干燥器44和一止回阀46而通到分配管14，分配管14有通向诸电磁阀的诸支管48、50、52、54、56。压缩空气管58、60、62、64、66从诸电磁阀通向消耗回路。管子62设有分支管62’和62”，它们通向回路30和32，在管子62”中置有止回阀68。在供应管52中串联有一限压器70。通向电磁阀22的管子54在限压器70的下游形成分支。管子64有分支管64’和64”，它们通向回路34和36。
压力传感器72、74、76、78、80、82监测诸消耗回路和分配管14中的压力，并将各个压力作为压力信号传给控制诸电磁阀的电子控制单元84。
消耗回路26、28可为例如脚制动回路。消耗回路30可为挂车制动回路，在该情况中，通常两根管子：一根供应管和一根通向挂车制动管。消耗回路32可为带有弹簧式储能器的手制动回路。消耗回路34和36可为二级消耗回路，比如驾驶室悬架、门控制器等，换句话说，即所有与制动回路无关的组件。消耗回路38可为一高压回路。
脚制动回路26、28设置有符合欧洲标准(EU Directive)98/12的压缩空气储存容器90、92。
本发明的压缩空气系统可省去回路30、32、34、36、尤其是空气悬挂回路38中的压缩空气存储容器。例如，只要脚制动回路26和28的制动功能或制动动作不被削弱，即可允许由脚制动回路(回路26和28)向其它消耗回路进行供气。
通过一管子40’，压缩机7由压缩机控制器8机械(气动)控制。压缩机控制器8包括一额定宽度较小的电磁阀94，该电磁阀可由电子控制单元84切换。如图所示，在断电的正常状态下通向大气，此时压缩机7启动。如要关闭压缩机7，例如当所有的消耗回路中都充满压缩空气时，控制单元84便切换电磁阀94的位置，使可压力驱动的压缩机通过管子40’而关闭。如果将电磁阀94切换到断电状态，例如当一消耗回路需要压缩空气时，再次将电磁阀94切换到图中所示的正常状态，由此，管子40’打开，压缩机7重又启动。
空气干燥部分10包括一具有较小额定宽度的电磁阀100，该电磁阀的进口102与分配管14连通，其出口104与气动控制的截流阀106相连，该截流阀与压缩机7的供应管40连通，用作空气干燥器的排气口。
当将电磁阀100切换到连通状态时，压缩机7不再向消耗回路供气，而是通过阀门106向大气排气。与此同时，干燥空气则由分配管14(与脚制动回路的存储容器90、92连接)经电磁阀100、节流阀108和止回阀110流经空气干燥器44，使其干燥剂再生，然后空气再经过滤器42和阀门106排入大气。
标号112表示一过压阀。
电磁阀16、18、20、22、24由控制单元84控制，消耗回路26到34的电磁阀16到22处于在断电的正常状态下打开，而高压回路的电磁阀24处于在断电的正常状态下关闭。也可使用诸导向控制换向电磁阀。回路中的压力由压力传感器72、74、76、78、80直接在电磁阀处监测。
如当一个消耗回路、例如回路30(挂车制动回路)中的压力下降时，脚制动回路26和28会供应压缩空气，限压器70会将二级消耗回路30到36中的压力调整到比脚制动回路中的压力(例如10.5bar)更低的水平，例如8.5bar(见以下内容)。高压回路38中的压力通常高于其它的消耗回路，例如为12.5bar。
将在图2和3的基础上对本发明的方法进行更详细的解释。
如上所述，消耗回路26到38中的压力可由压力传感器72到80测量；然而，在图1所示的这些压力传感器的位置上，这样的压力传感器并不能直接测量各个消耗回路中的压力，而是在通往消耗回路的压力供应管56到66的进口处，或者换句话说，在各个相关联的电磁阀16到24的出口处进行测量。
因此，只有在压力相等的状态下，由压力传感器72到80所记录的压力才与各个相关的消耗回路26到38相等；否则，当由于回路中的压缩空气消耗而通过压力管48到66正在进行再增压时、以及补充空气流过压力管时，它们是不等的。沿压力管产生动态压力差，该动态压力差使回路中的压力低于在电磁阀处所测得的压力，当消耗回路发生故障(例如，因管道破裂)时该压力差显得最大，换而言之，因破裂之故，在压力供应管58到64靠近回路的部分存在大气压，在压力传感器检测点测得的连接管14的压力因电磁管的压力下降而下降。
由于在发生这样的破裂时，空气流量很大(高达5000升/分钟)，气动连接的压力室也在排气，这意味着，例如连接管14中的压力也在急剧下降。
在此强力排气的情况下，单靠压力传感器72到80自身测量的压力值很难重建可对故障压缩空气回路进行确切检测的可靠的整体状态。
根据本发明，可通过确定在瞬时关闭排气时排气流量对回路的影响来检测有缺陷的压缩空气消耗回路。当有缺陷的回路中压力连续下降时，此时所有其它回路中既检测不到影响也没有发生压力上升，这是因为，作为没有通过缺陷回路的排气的结果，可以通过充入压缩空气存储容器中的空气来使压力再次上升。如在图2中示意性地示出。
在由于缺陷或制动动作而使压力下降(见图2中的线A)并下降到诸如点P的压力极限值以下，或者负压力梯度(压力下降比时间)下降到一极限值以下的消耗回路中，它们通常打开的电磁阀或所有这样的阀门同时由电子控制单元84关闭，且在关闭后的压力变化由控制单元跟踪。如果关闭后压力仍继续下降(如线B所示)，这表示的确存在缺陷，例如由于管子裂开或破损，这由电子控制单元84根据压力传感器的压力信号而检测到。然后，控制单元将与故障消耗回路相关联的电磁阀关闭，即将故障回路整个关闭，从而使完好的回路继续正常工作，不受故障回路的影响。
如在一没有压缩空气存储容器的完好回路中，被关闭的回路中的压力在关闭瞬时点P(线C)之后没有改变，或者在具有压缩空气存储容器的一完好回路中，压力甚至上升到比瞬时点P处更高的点上(线D)，虽然在一开始时仍会发生压力波动E，这仍表示这是一个完好回路。在此情况下，控制单元84不进行测量。
压力低于极限值也可能是由空气悬挂系统中的动态压力波动或消耗回路中的其它动态压力激增过压或动态压力变化所引起的，即使实际上没有故障，控制单元84也会将这种情况解释为故障情况。为了保证在这种情况下不将被错误确定为故障回路的消耗回路关闭，根据本发明的一个有利的改进，是以说是脉冲的方式连续施加数次瞬时关闭，在每次瞬时关闭之后是一短暂的观察时间，比如0.4秒。只有在进行了数次脉冲式关闭之后压力仍下降时才会将对应的消耗回路最终关闭。此后将对最终关闭的消耗回路继续进行监测，以确定其是否的确没有故障或不再有故障。
现在在图3的基础详细解释对制动回路26中的故障的检测。
如图3所示，在瞬时点120处，制动回路26因管道破损而发生故障，压力传感器72所测量到的压力值急速下降；结果，如前所述，在气动连通的制动回路28(见图3中的曲线74)，和连接管14中的压力(没有在图3中示出)也急剧下降。连接管14中的压力下降所引起的结果是使开启压缩机的电磁阀94在瞬时点121处启动。现已检测到回路26中的压力下降，在瞬时点122处将例如为0.2秒的试验脉冲传送给电磁阀16的控制入口，并在这一时间间段中将电磁阀关闭；由于压力降低得比回路28中的更大而首先怀疑在电磁阀16处有管道破损，因此确定电磁阀16。
这一关闭的结果是未受影响的制动回路28中压力传感器74处的压力瞬时上升，当故障回路26阻碍了排气后，压缩空气存储容器92可再次向完好的回路28提供空气。然而，对于故障回路26，由于由完好回路的再增压被阻碍，在阀门关闭的过程中压力传感器72处压力下降更快。在试验脉冲的过程中，回路30、36的压力传感器76、78处的压力没有变化；在整个排气操作过程中，因限压器70保证诸压力传感器会与分配管14脱离联结，因此这些回路中的压力在任何情况下都基本不发生变化。只有回路26在试验脉冲存在期间中压力下降得非常快，由此加强了对该回路发生故障的怀疑。为了确定这个结论是否正确，可以脉冲的方式将阀门16关闭数次来重复这一试验；在实际的例子中，在瞬时点123处进行了第二次也是最后一次这样的试验。回路26中的压力再次快速下降，最终确定回路26是故障回路，此后将其永久关闭。
为了向完好的制动回路26再次供应空气，在瞬时点124处将高压回路38的电磁阀24切换到打开状态，以便向完好的回路28以及，如果必要的话，向气动连通也是完好的回路30和36快速充气。为了确保充气以所希望的方式进行，高压回路38设有一压缩空气存储容器(未示出)。在这个快速充气过程中，高压回路中的压力下降可在压力传感器80处检得，如瞬时点124处的下降所示。在完成再充气后，从瞬时点125处开始将回路28关闭一段时间。此时间内，由运行中的压缩机对高压回路进行再充气。在完成了这一再充气后(未在图3中示出)，重新设置电磁阀94和18的控制信号。
除了以上述方法将压力快速下降、怀疑有故障的回路的电磁阀进行试验性关闭以外，还可以将数个或所有的电磁阀关闭；这样就可以得到类似的压力变化，特别是每一个这种类型的关闭都能阻止通过连接管14向故障回路进行再增压。
除了压力，还有可能监测其它的状态变量，比如压缩空气消耗回路的空气流量、空气质量和能量。

Claims (15)

1.一种检测车辆压缩空气系统中压缩空气消耗回路中的缺陷或故障的方法，其中对通向压缩空气消耗回路的诸管道中的压力进行连续监测和评估，其特征在于，具有以下步骤：
将至少一个压缩空气消耗回路瞬时关闭；
在至少一个压缩空气消耗回路关闭的过程中测量状态变量(压力、空气流量、空气质量、能量)的值和/或确定状态变量的梯度；
将这些值和/或梯度与各自的一极限值比较；
在关闭阶段和/或关闭阶段以后，当状态变量的值和/或状态变量的梯度下降到极限值以下时，确定一压缩空气消耗回路为有缺陷或有故障。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将确定为有缺陷或有故障的空气消耗回路最终或永久关闭。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，连续数次进行瞬时关闭(脉冲式关闭)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在短暂关闭阶段，对状态变量的所测量的值的和/或所确定的梯度的变化进行跟踪，以及，将状态变量的值或梯度即使在预定数量的短暂关闭之后仍在各个极限值以下的诸压缩空气消耗回路最终或永久关闭。
5.如以上权利要求中的一项所述的方法，其特征在于，在将故障压缩空气消耗回路或诸故障压缩空气消耗回路最终或永久关闭之后，对完好的诸压缩空气回路进行再充气。
6.如权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，在将诸故障压缩空气消耗回路最终关闭之后，再次取消对诸完好的压缩空气消耗回路的关闭。
7.如权利要求1、3或4所述的方法，其特征在于，极限值与在各个压缩空气消耗回路中所要调节的状态变量相对应。
8.一种检测压缩空气系统中压缩空气消耗回路中的缺陷或故障的装置，该压缩空气系统具有一设有一压缩机的压缩空气供应部分和一设有多个压缩空气消耗回路的消耗部分，这些压缩空气消耗回路通过诸电动阀得到压缩空气的供应，其中诸压缩空气消耗回路中的压力由诸传感器监测，这些传感器的电信号由一控制诸电动阀的电子控制单元评估，其特征在于，压缩空气消耗回路(26、28、30、32、34、36)的电动阀(16、18、20、22)中的至少一个可由控制单元(84)瞬时切换到关闭状态，以检测一压缩空气消耗回路中的缺陷或故障，其中控制单元将状态变量(压力、空气流量、空气质量、能量)的测定值和/或所确定的状态变量的梯度与一极限值比较，并将状态变量的值和/或梯度在极限值以下的压缩空气回路确定为有缺陷或故障压缩空气消耗回路。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，控制单元(84)将与被确定为有缺陷或故障的压缩空气消耗回路相联系的电动的电磁阀置于关闭状态，而将其它压缩空气消耗回路的电动的电磁阀重新切换到打开的正常位置。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，控制单元(84)将压缩空气消耗回路(26、28、30、32、34、36)的至少一个电动阀(16、18、20、22)连续数次短暂地切换到关闭位置。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，控制单元(84)在关闭阶段的过程中确定状态变量的值和/或梯度，并且在完成预定数量的关闭阶段后将状态变量的值或梯度在各个极限值以下的诸压缩空气消耗回路确定为有缺陷或故障的回路，并将它们最终或永久关闭。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，控制单元(84)将诸完好的压缩空气消耗回路的诸电动阀再次切换到打开的断电正常状态下。
13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于，在将诸电动阀切换到打开的正常状态后，对完好的诸压缩空气回路进行再充气。
14.如权利要求8或10所述的装置，其特征在于，极限值与在各个压缩空气消耗回路中所要调节的状态变量相对应。
15.如权利要求8到14中的一项所述的装置，其特征在于，诸电动阀为电磁阀。
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