DE10122567C1 - Verfahren zur Regelung des Speicherdruckes in einer geschlossenen Niveauregelanlage - Google Patents
Verfahren zur Regelung des Speicherdruckes in einer geschlossenen NiveauregelanlageInfo
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Abstract
Verfahren zur Regelung des Speicherdruckes des Druckluftspeichers 4 einer geschlossenen Niveauregelanlage für ein Kraftfahrzeug, die folgende Bestandteile enthält: DOLLAR A - einen Kompressor 6, DOLLAR A - einen Druckluftspeicher 4, der mit Luft aus der Atmosphäre befüllbar und der in die Atmosphäre entleerbar ist, DOLLAR A - mindestens eine Luftfeder 2a-2d, wobei die Luftfedern 2a-2d über den Kompressor 6 mit dem Druckluftspeicher 4 derart in Verbindung steht, dass Druckluft aus der Luftfeder 2a-2d in den Druckluftspeicher 4 und in die umgekehrte Richtung überführbar ist, DOLLAR A dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherdruck des Druckluftspeichers 4 indirekt über die Luftmenge in der Niveauregelanlage geregelt wird, indem diese bestimmt wird und DOLLAR A - der Druckluftspeicher 4 mit Luft aus der Atmosphäre aufgefüllt wird, wenn die Luftmenge unterhalb einer unteren Grenze liegt, DOLLAR A - der Druckluftspeicher 4 in die Atmosphäre entleert wird, wenn die Luftmenge oberhalb einer oberen Grenze liegt, wobei die Regelung derart vorgenommen wird, dass die Luftmenge nach dem Abfüllen bzw. Entleeren in einem Arbeitsbereich zwischen der unteren und der oberen Grenze liegt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung des Speicherdruckes des
Druckluftspeichers einer geschlossenen Niveauregelanlage für ein Kraftfahrzeug, die
folgende Bestandteile enthält:
- - einen Kompressor,
- - einen Druckluftspeicher, der mit Luft aus der Atmosphäre befüllbar und der in die Atmosphäre entleerbar ist,
- - mindestens eine Luftfeder, wobei die Luftfeder über den Kompressor mit dem Druckluftspeicher derart in Verbindung steht, dass Druckluft aus der Luftfeder in den Druckluftspeicher und in die umgekehrte Richtung überführbar ist.
Eine derartige Niveauregelanlage ist beispielsweise aus der DE 199 59 556 C1 bekannt
und ermöglicht es, den Fahrzeugaufbau eines Kraftfahrzeuges auf Normalniveau zu halten.
Dazu wird aus dem Druckluftspeicher Druckluft in die Luftfedern der Niveauregelanlage
überführt, um den Fahrzeugaufbau des Kraftfahrzeuges anzuheben oder es wird zur
Absenkung des Fahrzeugaufbaus Druckluft aus den Luftfedern über den Kompressor in
den Druckluftspeicher überführt, wenn sich der Fahrzeugaufbau nicht mehr in dem
vorgegebenen Normalniveau befindet. Der Speicherdruck des Druckluftspeichers muss
innerhalb eines bestimmten Bereiches liegen, wenn sich der Fahrzeugaufbau auf dem
vorgegebenen Normalniveau befindet, um einerseits ein schnelles Anheben des
Fahrzeugaufbaus und andererseits ein schnelles Absenken des Fahrzeugaufbaus zu
ermöglichen. Ist nämlich der Speicherdruck in dem Druckluftspeicher zu hoch, so ist zwar
ein schnelles Anheben des Fahrzeugaufbaus möglich, nicht jedoch ein schnelles Absenken
des Fahrzeugaufbaus, da die Druckluft in diesem Fall aus den Luftfedern gegen den hohen
Speicherdruck in den Druckluftspeicher überführt werden muss. Entsprechend gilt, dass
bei einem zu niedrigen Speicherdruck in dem Druckluftspeicher zwar ein schnelles
Absenken des Fahrzeugaufbaus möglich ist, nicht jedoch ein schnelles Anheben des
Fahrzeugaufbaus.
Der Speicherdruck des Druckluftspeichers variiert wegen unterschiedlicher
Beladungszustände und unterschiedlicher Niveaueinstellungen, die vom Fahrer oder durch
die Regelung der Niveauregelanlage vorgegeben werden (z. B. um einem Geländefahrzeug
mehr Bodenfreiheit zu verschaffen). Dies kann dazu führen, dass der Speicherdruck
aufgrund des momentanen Beladungszustandes und/oder der momentanen
Niveaueinstellung des Fahrzeugaufbaus außerhalb des gewünschten Bereiches liegt,
obwohl er innerhalb dieses Bereiches liegen würde, wenn sich der Fahrzeugaufbau in dem
vorgegebenen Normalzustand befände. Wird zu einem derartigen Zeitpunkt der
Speicherdruck bestimmt, so würde dies zu einem Auffüllen des Druckluftspeichers mit
Luft aus der Atmosphäre oder zu einem Entleeren des Druckluftspeichers in die
Atmosphäre führen, obwohl dies eigentlich nicht geschehen dürfte. Vielmehr sollen in dem
Druckluftspeicher durch Auffüllen oder Entleeren nur Leckageverluste oder
Speicherdruckschwankungen ausgeglichen werden, die aufgrund starker
Temperaturschwankungen zustande kommen. Das Problem könnte man dadurch lösen,
dass man den Speicherdruck nur dann bestimmt, wenn sich der Fahrzeugaufbau im
Normalniveau befindet, jedoch kommt dies häufig über einen langen Zeitraum nicht vor.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Regelung des
Speicherdruckes des Druckluftspeichers einer geschlossenen Niveauregelanlage zu
schaffen, durch das weitestgehend sichergestellt ist, dass sich der Speicherdruck in einem
bestimmten Bereich befindet und der Druckluftspeicher nicht unnötig mit Druckluft aus
der Atmosphäre aufgefüllt bzw. in diese entleert wird. Vorzugsweise soll sich der
Speicherdruck in einem bestimmten Zustand des Kraftfahrzeuges in einem bestimmten
Bereich befinden, um ein schnelles Anheben und Absenken des Fahrzeugaufbaus zu
gewährleisten.
Gemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 wird die Aufgabe dadurch
gelöst, dass der Speicherdruck des Druckluftspeichers indirekt über die Bestimmung der
Luftmenge in der Niveauregelanlage geregelt wird, indem
- - der Druckluftspeicher mit Luft aus der Atmosphäre aufgefüllt wird, wenn die Luftmenge unterhalb einer unteren Grenze liegt und
- - der Druckluftspeicher in die Atmosphäre entleert wird, wenn die Luftmenge oberhalb einer oberen Grenze liegt, wobei die Regelung derart vorgenommen wird, dass die Luftmenge nach dem Auffüllen oder Entleeren in einem Arbeitsbereich zwischen der unteren und der oberen Grenze liegt.
Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass die Luftmenge möglichst immer
in einem bestimmten Arbeitsbereich gehalten wird und infolgedessen der Speicherdruck in
einem bestimmten Zustand des Kraftfahrzeuges auch in einem bestimmten Bereich liegt.
Der Arbeitsbereich für die Luftmenge wird vorzugsweise so gewählt, dass in einem
bestimmten Normalzustand des Kraftfahrzeuges der Speicherdruck in einem Bereich liegt,
in dem einerseits ein schnelles Anheben und andererseits ein schnelles Absenken des
Fahrzeugaufbaus möglich ist.
Ein mit der Erfindung erzielter Vorteil ist insbesondere darin zu sehen, dass das Verfahren
zur Regelung des Speicherdruckes zu einem beliebigen Zeitpunkt und in einem beliebigen
Zustand des Kraftfahrzeuges durchgeführt werden kann, da bei dem Verfahren lediglich
(die vom momentanen Zustand des Kraftfahrzeuges unabhängige) Luftmenge in der
Niveauregelanlage bestimmt wird und überprüft wird, ob sich diese in einem bestimmten
Arbeitsbereich befindet. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, dass der
Speicherdruck durch Befüllen oder Entleeren des Druckluftspeichers nur noch dann
angeglichen wird, wenn sich aufgrund von Leckage bzw. großen
Temperaturschwankungen ergeben hat, dass die Luftmenge in der Niveauregelanlage
außerhalb des Arbeitsbereiches (und infolgedessen der Speicherdruck außerhalb des
gewünschten Bereiches) liegt. Der Kompressor wird zum Auffüllen des Druckluftspeichers
also nur dann betätigt, wenn dies unbedingt notwendig ist, so dass sich die
Kompressorlaufzeiten verkürzen und sich die Kompressorlebensdauer verlängert. Ein
weiterer Vorteil der Erfindung ist schließlich darin zu sehen, dass die Luftmenge in der
Niveauregelanlage auf einfache Art und Weise bestimmbar ist.
Zur Durchführung des Verfahrens kann die Luftmenge in sämtlichen Bestandteilen der
Niveauregelanlage, also in den Luftfedern, dem Druckluftspeicher, dem Kompressor, dem
Lufttrockner und den Druckluftleitungen bestimmt werden. Gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung nach Anspruch 2 wird die Luftmenge in der Niveauregelanlage jedoch aus
der Summe der Luftmengen in den Luftfedern und der Luftmenge in dem
Druckluftspeicher bestimmt. Hierbei wird davon ausgegangen, dass die Luftmenge in den
anderen Bestandteilen der Niveauregelanlage gegenüber den genannten Bestandteilen
vernachlässigt werden kann. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die
Luftmenge in den Luftfedern und in dem Druckluftspeicher mit Hilfe der Höhensensoren
der Niveauregelanlage und eines zentralen Drucksensors auf einfache Art und Weise
bestimmt werden kann (näheres s. Figurenbeschreibung).
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 3 wird der Druckluftspeicher
derart aufgefüllt oder entleert, dass die Luftmenge nach dem Auffüllen oder Entleeren
zumindest nahe der Mitte des Arbeitsbereiches liegt (vorzugsweise entspricht die
Luftmenge genau diesem Wert). Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass
die Luftmenge in dem Druckluftspeicher eine größtmögliche Schwankungsbreite hat,
bevor sie den Arbeitsbereich "verlässt" und die Luftmenge wieder nachgeregelt werden
muss.
Eine Weiterbildung des Verfahrens nach Anspruch 4 ist dadurch gekennzeichnet, dass
- - die Luftmenge in der Niveauregelanlage bestimmt wird,
- - die bestimmte Luftmenge von einer vorgegebenen Luftmenge, die innerhalb des Arbeitsbereiches liegt, abgezogen wird,
- - aus der Differenz eine Zeitspanne bestimmt wird, über die der Druckluftspeicher aufgefüllt oder entleert werden muss, um von der bestimmten Luftmenge zu der vorgegebenen Luftmenge zu kommen, und
- - der Druckluftspeicher über die bestimmte Zeitspanne aufgefüllt oder entleert wird.
Der mit der Weiterbildung erzielte Vorteil ist darin zu sehen, dass der Kompressor zum
Auffüllen des Druckluftspeichers nur einmal für die bestimmte Zeitspanne eingeschaltet zu
werden braucht, bzw. dass das Ablassventil, über das die Druckluft aus dem
Druckluftspeicher in die Atmosphäre strömt, nur einmal für die bestimmte Zeitspanne
geöffnet zu werden braucht. Ein Nachmessen, ob die Luftmenge nach einer
Kompressorlaufzeit bzw. einer Ablassventilöffnungszeit den gewünschten Wert erreicht
hat, und ein erneutes Einschalten des Kompressors bzw. Umschalten des Ablassventiles
erübrigt sich. Vorzugsweise wird zur Berechnung der Zeitspanne als vorgegebene
Luftmenge der mittlere Luftmengenwert des Arbeitsbereiches zugrunde gelegt, um
zusätzlich den im letzten Absatz genannten Vorteil zu erreichen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 5 wird der Arbeitsbereich so
gewählt, dass die Luftmenge in der Niveauregelanlage auch bei Temperaturschwankungen
im Laufe eines längeren Zeitraumes innerhalb des Arbeitsbereiches
liegt. Als Zeitraum kann beispielsweise die Länge eines Tages berücksichtigt werden. In
diesem Fall kann der Arbeitsbereich z. B. dadurch festgelegt werden, dass die mittlere
Luftmenge des Arbeitsbereiches bei 15°C eingenommen wird und die untere und obere
Grenze des Arbeitsbereiches bei 15°C +/- 20°C eingenommen werden. Die Luftmenge
verlässt dann in einem Temperaturbereich von -5°C bis 35°C den Arbeitsbereich nicht
(abhängig von der Jahreszeit oder der Region, in der das Kraftfahrzeug gebaut wird,
können auch andere Temperaturen festgelegt werden). Der Vorteil der Weiterbildung ist
darin zu sehen, dass die Luftmenge aufgrund von Temperaturschwankungen über den
genannten Zeitraum den Arbeitsbereich nicht verlässt und somit innerhalb des Zeitraumes
eine Nachregelung der Luftmenge aufgrund der Temperaturschwankungen nicht
notwendig ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 wird die Luftmenge in der
Niveauregelanlage bei Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges bestimmt. Ein Vorteil dieser
Weiterbildung ist darin zu sehen, dass die Luftmenge vor Fahrtantritt des Kraftfahrzeuges
noch ohne jegliche Gefährdung korrigiert werden kann. Ein weiterer Vorteil der
Weiterbildung ist darin zu sehen, dass im Stillstand des Kraftfahrzeuges die Luftmenge in
den Druckmittelkammern auf einfache Art und Weise genau gemessen werden kann, da
keine dynamischen Einflüsse auf das Kraftfahrzeug und auf die Druckmittelkammern
wirken.
Eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 7 ist dadurch gekennzeichnet, dass
- - jeweils über einen längeren Zeitraum der arithmetrische Mittelwert aus den während des Zeitraumes bestimmten Luftmengen gebildet wird,
- - ein so bestimmter Mittelwert mit mindestens einem zuvor entsprechend bestimmten Mittelwert verglichen wird, und
- - bei einem Sinken des Mittelwertes auf eine Leckage der Niveauregelanlage geschlossen wird.
Hierbei kann ein Zeitraum zugrunde gelegt werden, der zwischen 10 und 90 Tagen liegt.
Wenn der Zeitraum also 10 Tage beträgt, wird während 10 aufeinander folgender Tage der
arithmetische Mittelwert aus den in diesem Zeitraum gemessenen Luftmengen bestimmt
und mit einem oder mehreren zuvor bestimmten Mittelwerten verglichen, um auf eine
Leckage in der Niveauregelanlage zu schließen (Beispiel: es wird der Mittelwert im
Zeitraum vom 01.01. bis zum 10.01., vom 02.01. bis zum 11.01., vom 03.01. bis zum
12.01. usw. bestimmt; wenn der zuletzt bestimmte Mittelwert gegenüber einem oder
mehreren zuvor bestimmten Mittelwerten gesunken ist, wird auf eine Leckage in der
Niveauregelanlage geschlossen). Der Vorteil der Weiterbildung ist darin zu sehen, dass
durch die vorgenommene Mittelwertbildung - über einen längeren Zeitraum -
Temperaturschwankungen, die Einflüsse auf die Luftmengenbestimmung haben,
"geglättet" werden. Wenn auf eine Leckage in der Niveauregelanlage geschlossen wird,
kann dies dem Kraftfahrzeugfahrer z. B. angezeigt und/oder in einen Fehlerspeicher des
Kraftfahrzeuges eingeschrieben werden. Der Fehlerspeicher wird bei der nächsten
Inspektion des Kraftfahrzeuges ausgelesen und die Leckage der Niveauregelanlage kann
behoben werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 wird der Mittelwert des
Arbeitsbereiches ausgehend von einer bestimmten Umgebungstemperatur, einem
bestimmten Ladungszustand, eines bestimmten Normalniveaus des Fahrzeugaufbaus und
bestimmten Mindestregelzeiten für das Anheben oder Absenken des Fahrzeugaufbaus aus
dem Normalniveau in andere bestimmte Niveaus festgelegt. Der Arbeitsbereich für die
Luftmenge wird ausgehend von diesem Mittelwert festgelegt. Als Umgebungstemperatur,
Beladungszustand und Normalniveau werden hierbei Werte festgelegt, die das
Kraftfahrzeug häufig einnimmt. Der Vorteil dieser Weiterbildung ist darin zu sehen, dass
der Arbeitsbereich ausgehend von einem Normalzustand des Kraftfahrzeuges festgelegt
wird, und dass ein schnelles Anheben und Absenken des Fahrzeugaufbaus aus dem
Normalniveau in andere bestimmte Niveaus gewährleistet ist.
Ein Ausführungsbeispiel und weitere Vorteile der Erfindung werden im Zusammenhang
mit den nachfolgenden Figuren erläutert, darin zeigt:
Fig. 1 eine geschlossene Niveauregelanlage in schematischer Darstellung
Fig. 2 ein Diagramm.
Fig. 1 zeigt eine geschlossene Niveauregelanlage in schematischer Darstellung
(ausführliche Ausführungen zu dem Aufbau und der Funktionsweise dieser
Niveauregelanlage sind in der DE 199 59 556 C1 zu finden). Die Niveauregelanlage weist
Luftfedern 2a bis 2d und einen Druckluftspeicher 4 auf. Ferner enthält die
Niveauregelanlage einen Kompressor 6, der zumindest Druckluft von seinem Eingang 8 zu
seinem Ausgang 10 befördern kann. Die genannten Bestandteile sind über
Druckluftleitungen miteinander verbunden, in denen steuerbare Wegeventile 14, 18 und
24a-24d liegen. Im Folgenden wird anhand der Luftfeder 2a erläutert, wie Druckluft von
dem Druckluftspeicher 4 über den Kompressor 6 in die Luftfedern 2a bis 2d überführt
werden kann. Zunächst wird von der (nicht gezeigten) Steuereinheit der Niveauregelanlage
das steuerbare Wegeventil 24a angesteuert, so dass dieses von dem in der Fig. 1
gezeigten ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand übergeht. Danach wird von
der Steuereinheit der Kompressor 6 angesteuert, so dass dieser beginnt zu laufen. Aus dem
Druckluftspeicher 4 wird dann über das steuerbare Wegeventil 14, den Kompressor 6, das
steuerbare Wegeventil 18 und das steuerbare Wegeventil 24a Druckluft in die Luftfeder 2a
überführt. Ist genügend Druckluft in die Luftfeder 2a überführt worden (hat der
Fahrzeugaufbau im Bereich der Luftfeder 2a also das gewünschte Niveau eingenommen),
wird von der Steuereinheit wiederum der Kompressor 6 angesteuert, so dass dieser aufhört
zu laufen, und darüber hinaus das steuerbare Wegeventil 24a nicht mehr bestromt, so dass
er wieder in den ersten Schaltzustand übergeht. Die Luftfedern 2b bis 2d können auf
entsprechende Art und Weise mit Druckluft aus dem Druckluftspeicher 4 befüllt werden
(hierbei ist auch ein gleichzeitiges Auffüllen von mehreren Luftfedern 2a bis 2d möglich).
Im Folgenden wird anhand der Luftfeder 2a beispielhaft erläutert, wie Druckluft aus den
Luftfedern 2a bis 2d über den Kompressor 6 in den Druckluftspeicher 4 überführt werden
kann: Zunächst werden von der Steuereinheit der Niveauregelanlage die elektrisch
steuerbaren Wegeventile 14, 18 und 24a angesteuert, so dass diese von dem in der Fig. 1
gezeigten ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand übergehen. Danach wird von
der Steuereinheit der Kompressor 6 angesteuert, so dass dieser beginnt zu laufen. Aus der
Luftfeder 2a wird dann Druckluft über das Wegeventil 24a, das Wegeventil 14, den
Kompressor 6 und das Wegeventil 18 in den Druckluftspeicher 4 überführt. Wenn
genügend Druckluft aus der Luftfeder 2a in den Druckluftspeicher 4 abgelassen worden ist
(wenn der Fahrzeugaufbau im Bereich der Luftfeder 2a also das gewünschte Niveau
eingenommen hat), wird von der Steuereinheit der Kompressor 6 angesteuert, so dass
dieser aufhört zu laufen. Darüber hinaus werden die steuerbaren Wegeventile 14, 18 und
24a nicht mehr bestromt, so dass diese wieder in den ersten Schaltzustand übergehen. Auf
entsprechende Art und Weise können die Luftfedern 2b bis 2d in den Druckluftspeicher 4
entleert werden (hierbei ist auch ein gleichzeitiges Entleeren von mehreren Luftfedern 2a
bis 2d möglich).
Ein schnelles Anheben des Fahrzeugaufbaus aus einem vorgegebenen Normalniveau durch
Befüllen der Luftfedern 2a bis 2d mit Druckluft aus dem Druckluftspeicher 4 kann nur
gewährleistet werden, wenn der Speicherdruck in dem Druckluftspeicher 4 hoch genug ist.
Andererseits kann ein schnelles Absenken des Fahrzeugaufbaus aus einem zu hohen
Niveau in das Normalniveau durch Entlüften der Luftfedern 2a bis 2d in den
Druckluftspeicher 4 nur dadurch gewährleistet werden, dass der Speicherdruck in dem
Druckluftspeicher 4 nicht zu hoch ist. Um also einerseits ein Anheben des
Fahrzeugaufbaus und ein Absenken des Fahrzeugaufbaus mit einer gewissen
Mindestgeschwindigkeit zu gewährleisten, muss der Speicherdruck in dem
Druckluftspeicher 4 in einem bestimmten Bereich liegen, wenn das Fahrzeug den
Normalzustand einnimmt. Da sich das Kraftfahrzeug aufgrund unterschiedlicher
Beladungszustände und unterschiedlicher Niveaueinstellungen häufig außerhalb des
Normalzustandes befindet, lässt sich der Speicherdruck des Druckluftspeichers 4 im
Normalzustand des Kraftfahrzeuges nicht ohne Weiteres feststellen. Erfindungsgemäß
wird der Speicherdruck des Druckluftspeichers 4 deshalb indirekt über die Luftmenge in
der Niveauregelanlage geregelt, indem diese Luftmenge bestimmt wird und -
gegebenenfalls durch Auffüllen des Druckluftspeichers 4 mit Luft aus der Atmosphäre
bzw. durch Entleeren des Druckluftspeichers 4 in die Atmosphäre - in einem bestimmten
Arbeitsbereich gehalten wird (dieser Arbeitsbereich wird so gewählt, dass im
Normalzusand des Kraftfahrzeuges der Speicherdruck in dem Druckluftspeicher 4 in dem
gewünschten Bereich liegt).
Wenn der Druckluftspeicher 4 mit Druckluft aus der Atmosphäre aufgefüllt werden soll,
werden von der Steuereinheit der Niveauregelanlage zunächst die steuerbaren Wegeventile
34 und 18 angesteuert, so dass diese von dem in der Fig. 1 gezeigten ersten Schaltzustand
in den zweiten Schaltzustand übergehen. Danach wird der Kompressor angesteuert, so dass
dieser beginnt zu laufen. Aus der Atmosphäre wird dann über das Wegeventil 34, den
Kompressor 6 und das Wegeventil 18 Luft in den Druckluftspeicher 4 überführt. Soll keine
Luft mehr aus der Atmosphäre in den Druckluftspeicher 4 überführt werden, so werden die
steuerbaren Wegeventile 34 und 18 von der Steuereinheit nicht mehr bestromt, so dass
diese wieder in den ersten Schaltzustand übergehen. Darüber hinaus wird der Kompressor
6 nicht mehr angesteuert, so dass dieser aufhört zu laufen.
Zum Ablassen von Druckluft aus dem Druckluftspeicher 4 wird von der Steuereinheit der
Niveauregelanlage das steuerbare Wegeventil 34 angesteuert, so dass dieses von dem in
der Fig. 1 gezeigten ersten Grundzustand in den zweiten Schaltzustand übergeht. Der
Druckluftspeicher 4 kann dann über die Wegeventile 14 und 34 in die Atmosphäre entleert
werden. Soll der Druckluftspeicher 4 nicht weiter entleert werden, so wird das steuerbare
Wegeventil 34 von der Steuereinheit der Niveauregelanlage nicht weiter bestromt, so dass
es wieder in den ersten gezeigten Schaltzustand übergeht.
Im Folgenden wird erläutert, wie die Luftmenge L in der Niveauregelanlage bestimmt
wird, wobei sich gezeigt hat, dass es für die Durchführung des Verfahrens genügt, wenn
die Luftmenge in dem Druckluftspeicher 4 und in den Luftfedern 2a bis 2d bestimmt wird.
Diese Luftmenge L berechnet sich wie folgt:
L = p1V1 + p2V2 + p3V3 + p4V4 + pSVS;
in p1 bis p4: Druck in den Luftfedern 2a bis 2d;
V1 bis V4: Volumen der Luftfedern 2a bis 2d;
pS: Druck im Druckluftspeicher 4;
VS: Volumen des Druckluftspeichers 4.
V1 bis V4: Volumen der Luftfedern 2a bis 2d;
pS: Druck im Druckluftspeicher 4;
VS: Volumen des Druckluftspeichers 4.
Anhand der Luftfeder 2a wird erläutert, wie mit dem Drucksensor der Druck pi in den
Luftfedern 2a-2d bestimmt werden kann: Zunächst wird von der Steuereinheit das
steuerbare Wegeventil 18 angesteuert, so dass es von dem in der Fig. 1 gezeigten ersten
Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand übergeht. Die Luftfedern 2a bis 2d sind dann
von dem Kompressor 6 und dem Druckluftspeicher 4 vollständig getrennt. Danach wird
von der Steuereinheit der Niveauregelanlage das steuerbare Wegeventil 24a angesteuert, so
dass dieses von dem in der Fig. 1 gezeigten ersten Schaltzustand in den zweiten
Schaltzustand übergeht. An dem Drucksensor 30 liegt dann der Druck in der Luftfeder 2a
an, so dass er gemessen und an die Steuereinheit der Niveauregelanlage weitergegeben
werden kann. Soll der Druck nicht weiter gemessen werden, so werden die Wegeventile 18
und 24a von der Steuereinheit nicht mehr bestromt, so dass dieses wieder in den in der
Fig. 1 gezeigten ersten Schaltzustand übergehen. Entsprechend kann der Druck in den
Luftfedern 2b bis 2d gemessen werden.
Zur Bestimmung des Volumens V1 in der Luftfeder 2a wird mit dem in der Luftfeder 2a
zugeordneten (nicht gezeigten) Höhensensor der Einfederungszustand der Luftfeder 2a
gemessen und an die Steuereinheit der Niveauregelanlage weitergegeben. In der
Steuereinheit ist hinterlegt, welches Volumen der Luftfeder 2a zu dem momentanen
Einfederungszustand dieser gehört, so dass aus dem übermittelten Signal des Höhensensors
das Volumen der Luftfeder 2a bestimmt werden kann. Auf entsprechende Art und Weise
wird das Volumen der Luftfedern 2b bis 2d festgestellt.
Zur Bestimmung des Druckes in dem Druckluftspeicher 4 nehmen die steuerbaren
Wegeventile 14 und 18 zunächst den in der Fig. 1 gezeigten ersten Schaltzustand ein. Der
Druckluftspeicher 4 ist dann über diese mit dem Drucksensor 30 verbunden, so dass dann
ein Druckausgleich zwischen dem Druckluftspeicher 4 und dem Drucksensor 30
stattfindet, wenn der Druck in dem Druckluftspeicher 4 größer ist als an dem Drucksensor
30. Danach werden die steuerbaren Wegeventile 14 und 18 von dem ersten gezeigten
Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand überführt. Der Drucksensor 30 ist dann über
das steuerbare Wegeventil 14, den Kompressor 6 und das steuerbare Wegeventil 18 mit
dem Druckluftspeicher 4 verbunden, so dass ein Druckausgleich zwischen dem
Drucksensor 30 und dem Druckluftbehälter 4 stattfindet, wenn der Druck am Drucksensor
30 größer ist als in dem Druckluftbehälter 4. Wenn die Wegeventile 14 und 18 vor der
Druckmessung also in beide Schaltzustände überführt werden, liegt am Drucksensor 30 auf
jeden Fall der statische Luftdruck im Druckluftspeicher 4 an und ist somit durch diesen
messbar. Der von dem Drucksensor 30 gemessene Druck wird an die Steuereinheit der
Niveauregelanlage weitergegeben.
Das Volumen Vs des Druckluftspeichers 4 ist in der Steuereinheit der Niveauregelanlage
gespeichert, so dass nunmehr alle zur Berechnung der Luftmenge L notwendigen Größen
in der Steuereinheit der Niveauregelanlage vorliegen.
Fig. 2 zeigt ein Diagramm, in dem die Regelgeschwindigkeit v über der Luftmenge L in
der Niveauregelanlage aufgetragen ist. Dem Diagramm ist eine erste Gerade 36 zu
entnehmen, die die Regelgeschwindigkeit v für das Anheben des Fahrzeugaufbaus aus
einem bestimmten Normalniveau in Abhängigkeit von der Luftmenge L widergibt. Wenn
die Luftmenge L gering ist, bedeutet dies, dass auch der Speicherdruck in dem
Druckluftspeicher 4 gering ist, so dass sich eine niedrige Regelgeschwindigkeit v ergibt. Je
größer die Luftmenge L ist, desto schneller kann ein Anheben des Fahrzeugaufbaus mit
Hilfe der Luft aus dem Druckluftspeicher 4 erfolgen.
Die Gerade 38 gibt die Regelgeschwindigkeit v für das Absenken des Fahrzeugaufbaus mit
einer vorgegebenen durchschnittlichen Beladung aus einem vorgegebenen Normalniveau
in Abhängigkeit von der Luftmenge L wieder. Je niedriger die Luftmenge L ist, desto
schneller kann Druckluft aus den Luftfedern 2a bis 2d zum Absenken des
Fahrzeugsaufbaus den Kompressor in den Druckluftspeicher 4 überführt werden und desto
schneller ist ein Absenken des Fahrzeugaufbaus möglich.
Die beiden Geraden 36 und 38 schneiden sich in einem Punkt, zu dem eine bestimmte
Luftmenge Lopt gehört. Für die Luftmengen L, die links von Lopt liegen, geht der
Absenkvorgang schneller vonstatten als der Anhebevorgang, und für diejenigen
Luftmengen, die rechts von Lopt liegen, geht das Anheben schneller vonstatten als das
Absenken. Die Kurve 42 fast die Geraden 36 und 38 zusammen, wobei auf der Kurve 42
nur die jeweils langsameren Regelgeschwindigkeiten festgehalten sind (d. h. links von dem
Scheitelpunkt 40, zu dem die Luftmenge Lopt gehört, werden von der Kurve 42 die
Regelgeschwindigkeiten L für das Anheben des Fahrzeugaufbaus wiedergegeben und
rechts von dem Scheitelpunkt 40 werden von der Kurve 42 die Regelgeschwindigkeiten L
für das Absenken des Fahrzeugaufbaus wiedergegeben).
Zieht man unterhalb des Scheitelpunktes 40 bei einer beliebig wählbaren Geschwindigkeit
vmin eine zur L-Achse parallele Gerade, so schneidet diese Gerade die Kurve 42 in 2
Punkten 44 und 46. Liegt die Luftmenge L in der Niveauregelanlage zwischen den durch
die Punkte 44 und 46 festgelegten Luftmengen Lmin und Lmax, so ist sichergestellt, dass das
Anheben und das Absenken des Fahrzeuges mit einer Regelgeschwindigkeit v vonstatten
geht, die gleichgroß oder größer ist als die Geschwindigkeit vmin ist. Die durch die Punkte
44 und 46 geführte Achse legt also ein geschlossenes Luftmengenintervall von Lmin bis
Lmax fest, und für jede Luftmenge L innerhalb dieses Intervalls wird die gewählte
Mindestregelgeschwindigkeit vmin für das Anheben und Absenken eingehalten bzw.
überschritten (das geschlossene Luftmengenintervall von Lmin bis Lmax wird im folgenden
Arbeitsbereich genannt). Für Luftmengen L außerhalb des Arbeitsbereiches unterschreitet
entweder die Regelgeschwindigkeit für das Anheben oder das Absenken die
Mindestregelgeschwindikgeit vmin.
Die Luftmenge L in der Niveauregelanlage wird geregelt, in dem diese bestimmt wird und
- - der Druckluftspeicher 4 mit Luft aus der Atmosphäre aufgefüllt wird, wenn die Luftmenge unterhalb der unteren Grenze Lmin liegt
- - der Druckluftspeicher 4 in die Atmosphäre entleert wird, wenn die Luftmenge oberhalb der oberen Grenze Lmax liegt, wobei die Regelung derart vorgenommen wird, dass die Luftmenge nach dem Auffüllen bzw. Entleeren in dem Arbeitsbereich liegt.
Für Luftmengen, die kleiner sind als die Luftmenge Lmin kann die
Mindestregelgeschwindigkeit vmin für das Anheben des Fahrzeugaufbaus nicht mehr
eingehalten werden. Ist die Luftmenge beispielsweise auf L1 unterhalb von Lmin
abgefallen, so beträgt die Regelgeschwindigkeit v für das Anheben des Fahrzeugaufbaus
v1, die kleiner ist als die Mindestregelgeschwindigkeit vmin. Wird bei der Bestimmung der
Luftmenge in der Niveauregelanlage festgestellt, dass die Luftmenge L in der
Niveauregelanlage nur noch L1 beträgt, also kleiner ist als Lmin, so wird der
Druckluftspeicher 4 (s. Fig. 1) solange mit Luft aus der Atmosphäre aufgefüllt, bis die
Luftmenge L wieder in dem Arbeitsbereich liegt.
Vorzugsweise wird das Auffüllen des Druckluftspeichers 4 solange vorgenommen, bis die
Luftmenge L in der Niveauregelanlage wieder die Luftmenge Lopt einnimmt, da diese
Luftmenge Lopt in der Mitte des Arbeitsbereiches liegt und somit die Luftmenge in der
Niveauregelanlage nach dem Auffüllen die maximale Schwankungsbreite hat, bis sie
wieder aus dem Arbeitsbereich herausfällt.
Die Zeitspanne, über die der Druckluftspeicher 4 aufgefüllt werden muss, kann
beispielsweise wie folgt festgelegt werden: Zunächst wird die Differenz Lopt - L1
bestimmt. Diese Differenz legt diejenige Luftmenge Lauf fest, die in die Niveauregelanlage
eingebracht werden muss, um von der Luftmenge L1 zu der Luftmenge Lopt zu kommen.
Danach wird mit Hilfe des Kompressors 6 der Niveauregelanlage solange Luft aus der
Atmosphäre in den Druckluftspeicher 4 überführt, bis die Luftmenge Lauf in den
Druckluftspeicher 4 überführt worden ist (bezüglich des Auffüllens des Druckluftspeichers
mit Hilfe des Kompressors 6 s. Fig. 1). Die erforderliche Zeitspanne kann aus einer in der
Steuereinheit der Niveauregelanlage hinterlegten Kennlinie bestimmt werden, die für alle
in der Niveauregelanlage denkbaren Luftmengen Lauf (Lauf ist maximal Lopt (wenn die
Niveauregelanlage nämlich vor dem Auffüllen leer war) und minimal O (wenn nämlich die
Luftmenge in der Niveauregelanlage Lopt entspricht)) den Zusammenhang zwischen der
durch den Kompressor jeweils zu fördernden Luftmenge Lauf und der Kompressorlaufzeit
wiedergibt.
Wird bei Bestimmung der Luftmenge in der Niveauregelanlage festgestellt, dass die
tatsächliche Luftmenge L2 in der Niveauregelanlage größer ist als die Luftmenge Lmax, so
bedeutet dies, dass das Absenken des Fahrzeugaufbaus mit einer Regelgeschwindigkeit v2
erfolgt, die kleiner ist als die Mindestregelgeschwindigkeit vmin. In diesem Fall wird
solange Druckluft aus dem Druckluftspeicher 4 abgelassen, bis die in der
Niveauregelanlage vorhandene Druckluft wieder in dem Arbeitsbereich liegt.
Vorzugsweise wird solange Druckluft aus dem Druckluftspeicher 4 abgelassen, bis die
tatsächliche Luftmenge L in der Niveauregelanlage der Luftmenge Lopt entspricht (zur
Begründung s. oben). Die Zeitspanne, über die Druckluft abgelassen werden muss, kann
hierbei wie folgt bestimmt werden: Zunächst wird die Differenz L2 - Lopt bestimmt. Diese
Differenz gibt diejenige Luftmenge Lab an, die aus der Niveauregelanlage abgelassen
werden muss, um von der Luftmenge L2 zu der Luftmenge Lopt zu kommen. Danach wird
solange Druckluft aus dem Druckluftspeicher 4 abgelassen bis die Luftmenge Lab
entwichen ist (wie dies geschieht, ist im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben). Die
erforderliche Zeitspanne kann aus einer in der Steuereinheit der Niveauregelanlage
hinterlegten Kennlinie festgestellt werden, die für alle in der Niveauregelanlage denkbaren
Luftmengen Lab den Zusammenhang zwischen der jeweils abzulassenden Luftmenge Lab
und die dafür benötigte Ablasszeit wiedergibt.
Durch das oben erläuterte Verfahren wird erreicht, dass die tatsächliche Luftmenge L in
der Niveauregelanlage auf die Luftmenge Lopt gebracht wird, nachdem die tatsächliche
Luftmenge in der Niveauregelanlage außerhalb des Arbeitsbereiches gelegen hat.
Liegt die tatsächliche Luftmenge L in dem Arbeitsbereich, so kann es vorkommen, dass
aufgrund von Temperaturschwankungen über eine bestimmte Zeitdauer diese Luftmenge L
variiert, ohne dass die Niveauregelanlage eine Leckage aufweist. Würde also durch diese
üblichen Temperaturschwankungen die Luftmenge L außerhalb des Arbeitsbereiches zu
liegen kommen, so würde dies zu Regelvorgängen in der Niveauregelanlage führen,
obwohl dies an sich nicht nötig ist. Um dem vorzubeugen, wird der Arbeitsbereich so groß
gewählt, dass die sich aufgrund der Temperaturschwankungen innerhalb einer festgelegten
Zeitdauer variierende Luftmenge L möglichst immer innerhalb des Arbeitsbereiches liegt.
Als Zeitraum für die Temperaturschwankungen kann beispielsweise die Dauer eines Tages
angenommen werden und für die Größe der Temperaturschwankung kann beispielsweise
ein Bereich von -20°C bis +20°C festgelegt werden.
2
a, . . .,
2
d Luftfeder
4
Druckluftspeicher
6
Kompressor
8
Eingang des Kompressors
10
Ausgang des Kompressors
14
steuerbares Wegeventil
18
steuerbares Wegeventil
24
a, . . .,
24
d steuerbare Wegeventile
30
Drucksensor
34
steuerbares Wegeventil
36
Gerade
38
Gerade
40
Scheitelpunkt
42
Kurve
44
Punkt
46
Punkt
Claims (8)
1. Verfahren zur Regelung des Speicherdruckes des Druckluftspeichers (4) einer
geschlossenen Niveauregelanlage für ein Kraftfahrzeug, die folgende Bestandteile
enthält:
einen Kompressor (6),
einen Druckluftspeicher (4), der mit Luft aus der Atmosphäre befüllbar und der in die Atmosphäre entleerbar ist,
mindestens eine Luftfeder (2a-2d), wobei die Luftfeder (2a-2d) über den Kompressor (6) mit dem Druckluftspeicher (4) derart in Verbindung steht, dass Druckluft aus der Luftfeder (2a-2d) in den Druckluftspeicher (4) und in die umgekehrte Richtung überführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherdruck des Druckluftspeichers (4) indirekt über die Bestimmung der Luftmenge in der Niveauregelanlage geregelt wird, indem
der Druckluftspeicher (4) mit Luft aus der Atmosphäre aufgefüllt wird, wenn die Luftmenge unterhalb einer unteren Grenze liegt, und
der Druckluftspeicher (4) in die Atmosphäre entleert wird, wenn die Luftmenge oberhalb einer oberen Grenze liegt, wobei die Regelung derart vorgenommen wird, dass die Luftmenge nach dem Auffüllen oder Entleeren in einem Arbeitsbereich zwischen der unteren und der oberen Grenze liegt.
einen Kompressor (6),
einen Druckluftspeicher (4), der mit Luft aus der Atmosphäre befüllbar und der in die Atmosphäre entleerbar ist,
mindestens eine Luftfeder (2a-2d), wobei die Luftfeder (2a-2d) über den Kompressor (6) mit dem Druckluftspeicher (4) derart in Verbindung steht, dass Druckluft aus der Luftfeder (2a-2d) in den Druckluftspeicher (4) und in die umgekehrte Richtung überführbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Speicherdruck des Druckluftspeichers (4) indirekt über die Bestimmung der Luftmenge in der Niveauregelanlage geregelt wird, indem
der Druckluftspeicher (4) mit Luft aus der Atmosphäre aufgefüllt wird, wenn die Luftmenge unterhalb einer unteren Grenze liegt, und
der Druckluftspeicher (4) in die Atmosphäre entleert wird, wenn die Luftmenge oberhalb einer oberen Grenze liegt, wobei die Regelung derart vorgenommen wird, dass die Luftmenge nach dem Auffüllen oder Entleeren in einem Arbeitsbereich zwischen der unteren und der oberen Grenze liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftmenge in der
Niveauregelanlage aus der Summe der Luftmengen in den Luftfedern (2a-2d) und der
Luftmenge in dem Druckluftspeicher (4) bestimmt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der
Druckluftspeicher (4) derart aufgefüllt oder entleert wird, dass die Luftmenge nach
dem Auffüllen oder Entleeren zumindest nahe der Mitte des Arbeitsbereiches liegt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass
die Luftmenge in der Niveauregelanlage bestimmt wird,
die bestimmte Luftmenge von einer vorgegebenen Luftmenge, die innerhalb des Arbeitsbereiches liegt, abgezogen wird,
aus der Differenz eine Zeitspanne bestimmt wird, über die der Druckluftspeicher (4) aufgefüllt oder entleert werden muß, um von der bestimmten Luftmenge zu der vorgegebenen Luftmenge zu kommen, und
der Druckluftspeicher (4) über die bestimmte Zeitspanne aufgefüllt oder entleert wird.
die Luftmenge in der Niveauregelanlage bestimmt wird,
die bestimmte Luftmenge von einer vorgegebenen Luftmenge, die innerhalb des Arbeitsbereiches liegt, abgezogen wird,
aus der Differenz eine Zeitspanne bestimmt wird, über die der Druckluftspeicher (4) aufgefüllt oder entleert werden muß, um von der bestimmten Luftmenge zu der vorgegebenen Luftmenge zu kommen, und
der Druckluftspeicher (4) über die bestimmte Zeitspanne aufgefüllt oder entleert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der
Arbeitsbereich so gewählt wird, dass die Luftmenge in der Niveauregelanlage auch bei
Temperaturschwankungen im Laufe eines längeren Zeitraumes innerhalb des
Arbeitsbereiches liegt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
Luftmenge in der Niveauregelanlage bei Inbetriebnahme des Kraftfahrzeuges bestimmt
wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
jeweils über einen langen Zeitraum der Mittelwert aus den während des Zeitraumes bestimmten Luftmengen gebildet wird,
ein so bestimmter Mittelwert mit mindestens einem zuvor entsprechend bestimmten Mittelwert verglichen wird, und
bei einem Sinken des Mittelwertes auf eine Undichtigkeit der Niveauregelanlage geschlossen wird.
jeweils über einen langen Zeitraum der Mittelwert aus den während des Zeitraumes bestimmten Luftmengen gebildet wird,
ein so bestimmter Mittelwert mit mindestens einem zuvor entsprechend bestimmten Mittelwert verglichen wird, und
bei einem Sinken des Mittelwertes auf eine Undichtigkeit der Niveauregelanlage geschlossen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der
Mittelwert des Arbeitsbereiches ausgehend von einer bestimmten
Umgebungstemperatur, einem bestimmten Beladungszustandes, eines bestimmten
Normalniveaus des Fahrzeugaufbaus und bestimmten Mindestregelzeiten für das
Anheben oder Absenken des Fahrzeugaufbaus aus dem Normalniveau in andere
bestimmte Niveaus festgelegt wird.
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