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Die
Erfindung betrifft eine Antriebssteuervorrichtung für einen
Kompressor, der zur Erzeugung von Druckluft für ein Druckluftsystem eines
Kraftfahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, dient und der über den
Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs antreibbar ist.
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Eine
derartige Antriebssteuervorrichtung ist aus der
DE 102 07 803 A1 bekannt.
Zwischen dem Kompressor und dem Druckluftsystem ist ein Druckregler
vorgesehen, der die Druckseite des Kompressors entweder mit dem
Druckluftsystem verbindet oder die Druckseite des Kompressors über die
Umgebung entlüftet.
Besteht Druckluftbedarf im Druckluftsystem kann der Kompressor zur
Förderung
von Druckluft mit dem Druckluftsystem verbunden werden. Ist hingegen
der Druck der Druckluft im Druckluftsystem ausreichend groß, so dass
keine weitere Förderung
von Druckluft in das Druckluftsystem erforderlich ist, verbindet
der Druckregler die Druckseite des Kompressors mit der Umgebung,
wodurch der Kompressor in eine Art Leerlaufzustand umgeschaltet
wird. Zusätzlich
zum Druck der Druckluft im Druckluftsystem kann der Druckregler
auch abhängig von
der Beladung des Kraftfahrzeugs geregelt oder gesteuert werden.
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Ausgehend
von einer bekannten Antriebssteuervorrichtung ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, die Antriebssteuervorrichtung zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch die Antriebssteuervorrichtung gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Es ist eine ansteuerbare Kopplungseinrichtung vorgesehen, die zwischen
einer die Antriebsverbindung von Antriebsmotor und Kompressor herstellenden Schließstellung
und einer die Antriebsverbindung von Antriebsmotor und Kompressor
trennenden Offenstellung umschaltbar ist. Mit Hilfe dieser ansteuerbaren
Kopplungseinrichtung besteht die Möglichkeit, die Antriebsverbindung
zwischen dem Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs und dem Kompressor
nur dann herzustellen, wenn dem Druckluftsystem Druckluft über den
Kompressor zugeführt
werden soll. Besteht im Druckluftsystem kein Bedarf an der Zufuhr
von Druckluft über
den Kompressor, kann die Antriebsverbindung durch das Umschalten
der Kopplungseinrichtung in ihre Offenstellung getrennt werden,
so dass der Kompressor nicht über
den Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs angetrieben werden muss. Auf diese
Weise lässt
sich eine Einsparung an Energie und mithin auch Kraftstoff realisieren.
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Vorteilhafte
Ausführungen
der Antriebssteuervorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Vorteilhafterweise
ist eine Zustandserfassungseinrichtung vorhanden, die zumindest
eine den aktuellen Betriebs- oder Fahrzustand des Kraftfahrzeugs
charakterisierende Zustandsgröße erfasst.
Die Zustandserfassungseinrichtung kann hierfür Sensoren aufweisen, die die
wenigstens eine Zustandsgröße messen.
Zusätzlich
oder alternativ können
in der Zustandserfassungseinrichtung auch eine oder mehrere Zustandsgrößen aus
den erfassten Messgrößen ermittelt
oder berechnet werden. Die Zustandserfassungseinrichtung ermöglicht die
Weiterverwendung der wenigstens einen Zustandsgröße bei der Ansteuerung der
Kopplungseinrichtung.
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Beispielsweise
kann die wenigstens eine Zustandsgröße die angeforderte und/oder
erforderliche und/oder aktuell abgegebene Motorleistung des Antriebsmotors
des Kraftfahrzeugs beschreiben. Dabei ist es beispielsweise möglich, das
aktuell abgegebene Motormoment des Antriebsmotors und/oder die Stellung
des Fahrpedals des Kraftfahrzeugs zu messen bzw. aus Messgrößen zu bestimmen.
Insbesondere kann die Zustandsgröße zur Beschreibung
der erforderlichen Motorleistung eine die Längsneigung der Fahrbahn angebende
Längsneigungsgröße enthalten. Über die
Längsneigung
der Fahrbahn kann auf die erforderliche Motorleistung geschlossen
werden: Fährt
das Fahrzeug bergauf, so ist die erforderliche Motorleistung größer als
beim Fahren auf einer steigungslosen Fahrbahn, fährt das Fahrzeug bergab, so
ist die erforderliche Motorleistung kleiner als beim Fahren auf
einer gefällelosen
Fahrbahn. Zur Erfassung der Längsneigung
kann die Zustandserfassungseinrichtung beispielsweise einen entsprechenden
Längsneigungssensor
bzw. Beschleunigungssensor aufweisen. Mithin kann die Zustandsgröße die angeforderte
und/oder erforderliche und/oder aktuell abgegebene Motorleistung
des Antriebsmotors direkt angeben oder mittelbar anhand von Umgebungsdaten
und/oder Stellungen von Fahrzeug-Bedienelementen beschreiben.
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Es
ist außerdem
von Vorteil, wenn eine Steuereinheit vorgesehen ist, die die wenigstens
eine Zustandsgröße auswertet
und die Kopplungseinrichtung in Abhängigkeit vom Auswerteergebnis
ansteuert. Dadurch wird der aktuelle Betriebs- oder Fahrzustand
des Kraftfahrzeugs bei der Ansteuerung der Kopplungseinrichtung
berücksichtigt.
Auf diese Weise besteht die Möglichkeit,
die Leistung des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs nur insbesondere
dann für
das Antreiben des Kompressors zu verwenden, wenn der Antriebsmotor
aufgrund des aktuellen Betriebs- oder Fahrzustands des Kraftfahrzeugs
Leistungsreserven hat. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn
das Kraftfahrzeug in einem Gefälle
fährt und
sich der Antriebsmotor im Schubbetrieb befindet, um das Kraftfahrzeug
zu verzögern.
In dieser Situation ist ein besonders wirtschaftliches und Kraftstoff sparendes
Antreiben des Kompressors möglich.
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Bei
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Antriebssteuervorrichtung
wird die Kopplungseinrichtung in ihre Offenstellung umgeschaltet, wenn
der Druck im Druckluftsystem größer ist
als ein Minimaldruckwert und die angeforderte und/oder erforderliche
und/oder aktuell abgegebene Motorleistung des Antriebsmotors des
Kraftfahrzeugs größer ist
als ein oberer Zustandsschwellenwert. In diesem Fall ist im Druckluftsystem
noch ein ausreichender Druck der bevorrateten Druckluft vorhanden,
so dass das Antreiben des Kompressors zum Zuführen von Druckluft in das Druckluftsystem
nicht zwingend erforderlich ist. Gleichzeitig ist die angeforderte
bzw. erforderliche bzw. aktuell abgegebene Motorleistung des Antriebsmotors
größer als
ein oberer Zustandsschwellenwert, so dass der Antriebsmotor für das Antreiben
des Kraftfahrzeugs eine relativ hohe Leistung zur Verfügung stellen
muss. Dies ist beispielsweise beim Beschleunigen des Kraftfahrzeugs
oder beim Befahren einer Steigung der Fall. In dieser Situation wird
die Antriebsverbindung zwischen dem Antriebsmotor und dem Kompressor
durch das Umschalten der Kopplungseinrichtung in die Offenstellung
aufgetrennt, so dass der Antriebsmotor nicht auch noch Leistung
für das
Antreiben des Kompressors zur Verfügung stellen muss.
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Es
ist ferner möglich,
die Kopplungseinrichtung in ihre Schließstellung umzuschalten, wenn
der Druck im Druckluftsys tem kleiner ist als ein Maximaldruckwert
und die angeforderte und/oder erforderliche und/oder aktuell abgegebene
Motorleistung des Antriebsmotors des Kraftfahrzeugs kleiner ist
als ein unterer Zustandsschwellenwert. In dieser Situation ist es
möglich,
dem Druckluftsystem weitere Druckluft zuzuführen, da der Druck der bevorrateten
Druckluft unterhalb des maximal möglichen Maximaldruckwertes
liegt. Wenn dann die angeforderte bzw. erforderliche bzw. aktuell
abgegebene Motorleistung des Antriebsmotors kleiner ist als ein
unterer Zustandsschwellenwert, verfügt der Antriebsmotor über ausreichende
Leistungsreserven, um zusätzlich
zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auch den Kompressor anzutreiben.
Dann wird die Kopplungseinrichtung in die Schließstellung umgeschaltet. In
diesem Betriebs- bzw. Fahrzustand des Kraftfahrzeugs ist das Antreiben
des Kompressors wirtschaftlicher und Kraftstoff sparender als in
einem Betriebs- bzw. Fahrzustand mit hoher Last, in dem vom Antriebsmotor
größere Antriebsleistungen
gefordert sind. Das Umschalten der Kopplungseinrichtung in die Schließstellung
kann beispielsweise dann erfolgen, wenn das Kraftfahrzeug im Gefälle bergab
fährt und
der Antriebsmotor keine oder nur eine geringe Motorleistung zum
Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen muss.
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Im
Folgenden werden eine Ausführungsform der
Antriebssteuervorrichtung und ein mit der Antriebssteuervorrichtung
durchführbares
Verfahren zur Antriebssteuerung eines Kompressors anhand der beigefügten Zeichnung
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
Blockschaltbild ähnliche
Darstellung eines Ausführungsbeispiels
einer Antriebssteuervorrichtung und
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2 ein
Flussdiagramm einer Ausführungsvariante
eines Verfahrens zur Antriebssteuerung für einen Kompressor.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel
einer Antriebssteuervorrichtung 5 für einen Kompressor 6 für ein Druckluftsystem 7 eines
nicht näher
dargestellten Kraftfahrzeugs und beispielsgemäß eines Nutzfahrzeugs in einem
Blockschaltbild dargestellt. Das Druckluftsystem 7 weist
beispielsweise ein Druckluftbremssystem auf. Grundsätzlich kann
das Druckluftsystem 7 auch andere oder weitere mit Druckluft
betriebene Systeme des Kraftfahrzeugs umfassen. Beispielsweise werden
bei Omnibussen die Fahrzeugtüren über Druckluft
geöffnet
und geschlossen.
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Das
Druckluftsystem 7 umfasst auch einen oder mehrere Druckluftspeicher 16,
die über
den Kompressor 6 mit Druckluft befüllt werden können. Hierfür ist die
Druckseite des Kompressors 6 über eine Zufuhrleitung 8 mit
dem Druckluftsystem 7 verbunden. Die Ansaugseite 9 des
Kompressors 6 saugt Luft aus der Fahrzeugumgebung an.
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Der
Druck p der Druckluft im Druckluftsystem 7 wird an zumindest
einer Stelle des Druckluftsystems 7 und beispielsgemäß im Druckluftspeicher 16 über einen
Drucksensor 10 erfasst. Der vom Drucksensor 10 gemessene
Druckwert p wird an eine Steuereinheit 11 übermittelt.
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Zum
Antreiben des Kompressors 6 ist dieser über eine Antriebsanordnung 12,
beispielsweise eine Antriebswelle, mit dem Antriebsmotor 13 des
Kraftfahrzeugs verbunden. Es versteht sich, dass die Antriebsanordnung 12 zusätzlich oder
alternativ zur Antriebswelle auch Getriebestufen oder flexible Antriebsmittel
wie Keil- oder Zahnriemen aufweisen kann. In 1 ist die
Antriebsanordnung 12 schematisch in Form einer Antriebswelle
dargestellt.
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In
der Antriebsanordnung 12 zwischen dem Antriebsmotor 13 des
Kraftfahrzeugs und dem Kompressor 6 ist eine ansteuerbare
Kopplungseinrichtung 14 zwischengeschaltet, wodurch die
Antriebsanordnung 12 in einen antriebsseitigen Teil 12a zwischen
dem Antriebsmotor 13 und der Kopplungseinrichtung 14 und
einen antriebsseitigen Teil 12b zwischen der Kopplungseinrichtung 14 und
dem Kompressor 6 unterteilt ist. Die Kopplungseinrichtung 14 ist
durch eine entsprechende Ansteuerung zwischen zwei Schaltstellungen
umschaltbar. In ihrer Schließstellung
stellt die Kopplungseinrichtung 14 die Antriebsverbindung
zwischen Antriebsmotor 13 und Kompressor 6 her,
während
sie in ihrer Offenstellung die Antriebsverbindung zwischen Antriebsmotor 13 und
Kompressor 6 auftrennt. Bei einer bevorzugten Ausführungsform
kann die Kopplungseinrichtung 14 beispielsweise als über ein
elektrisches Schaltsignal s umschaltbare Kupplung ausgeführt sein.
Die Kopplungseinrichtung 14 wird von der Steuereinheit 11 durch
das Schaltsignal s angesteuert. Das Schaltsignal s dient zum Umschalten
der Kopplungseinrichtung 14 in eine der beiden Schaltstellungen.
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Zusätzlich zum
Druck p im Druckluftspeicher 16 des Druckluftsystems 7 wird
der Steuereinheit 11 wenigstens eine Zustandsgröße z übermittelt,
die den aktuellen Betriebs- oder Fahrzustand des Kraftfahrzeugs
charakterisiert. Die Zustandsgröße z wird von
einer Zustandserfassungseinrichtung 15 erfasst. Die Zustandserfassungseinrichtung 15 kann
dabei die im Kraftfahrzeug ohnehin vorhandene Sensorik umfassen,
wie z. B. Raddrehzahlsensoren, ein Sensor zur Erfassung der Fahrpedalstellung
oder Motorsensoren, die zur Ermittlung der Motorleistung dienen.
Beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
umfasst die Zustandserfassungseinrichtung 15 einen Neigungs-
oder Beschleu nigungssensor, über
den die Längsneigung
der Fahrbahn erfasst werden kann. Eine die Längsneigung beschreibende Zustandsgröße z wird
an die Steuereinheit 11 übermittelt. Aus der Längsneigung
der Fahrbahn kann auf die erforderliche Motorleistung des Antriebsmotors 13 des
Kraftfahrzeugs geschlossen werden. Beim Befahren einer Steigung
ist die für
den Antrieb des Kraftfahrzeugs erforderliche Motorleistung umso
größer, je
größer die
Steigung ist. Umgekehrt ist die erforderliche Motorleistung zum
Antreiben des Kraftfahrzeugs umso geringer, je größer das
Gefälle
der Fahrbahn ist, wobei sich der Antriebsmotor 13 des Kraftfahrzeugs beim
Fahren im Gefälle
auch im Schubbetrieb befinden kann. Hierbei kann die Hangabtriebskraft
des Kraftfahrzeugs über
den Schubbetrieb des Antriebsmotors 13 zum Antreiben des
Kompressors 6 genutzt werden.
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Durch
die Zustandserfassungseinrichtung 15 können auch weitere Größen gemessen,
ermittelt bzw. berechnet werden, die die angeforderte und/oder erforderliche
und/oder aktuell abgegebene Motorleistung des Antriebsmotors 13 beschreiben.
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Die
wenigstens eine Zustandsgröße z wird zur
Auswertung an die Steuereinheit 11 übermittelt. Die Steuereinheit 11 steuert
die Kopplungseinrichtung 14 über das Schaltsignal s abhängig vom
Auswerteergebnis an. Die Kopplungseinrichtung 14 wird dabei
zwischen der Schließstellung
und der Offenstellung mit dem Ziel umgeschaltet, dem Druckluftsystem 7 Druckluft
zuzuführen,
wenn dies zur Erhöhung
des Drucks p der Druckluft im Druckluftsystem 7 notwendig
ist oder wenn das Zuführen
von zusätzlicher
Druckluft zur Steigerung des Drucks p der Druckluft im Druckluftsystem 7 aufgrund
der Auswertung der Zustandsgröße z wirtschaftlich – insbesondere
unter möglichst
geringem Kraftstoffverbrauch – möglich ist.
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Ein
Beispiel für
ein von der Antriebssteuervorrichtung 5 durchgeführtes Verfahren
wird anhand von 2 im Folgenden erläutert. Beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel
beschreibt die Zustandsgröße z die
erforderliche Motorleistung des Antriebsmotors 13 anhand
der in der Erfassungseinrichtung 15 ermittelten Längsneigung
der Fahrbahn.
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In
einem ersten Schritt S1 wird der vom Drucksensor 10 im
Druckluftspeicher des Druckluftsystems 7 herrschende Druck
p mit einem Minimaldruckwert pmin verglichen. Ist der aktuelle Druck
p kleiner als der Minimaldruckwert pmin, wird in einem zweiten Schritt
S2 die Kopplungseinrichtung 14 in die Schließstellung
umgeschaltet, so dass der Kompressor 6 über die Antriebsanordnung 12 mit
dem Antriebsmotor 13 antriebsverbunden ist und dem Druckluftsystem 7 zur
Bevorratung und Erhöhung
des aktuellen Drucks p im Druckluftspeicher 16 Druckluft über die
Zufuhrleitung 8 zuführt.
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Wird
hingegen im ersten Schritt S1 festgestellt, dass der vom Drucksensor 10 gemessene
aktuelle Druck p größer oder
gleich dem Minimaldruckwert pmin ist, wird in einem dritten Schritt
S3 der aktuelle Wert der wenigstens eine Zustandsgröße z durch
die Steuereinheit 11 eingelesen.
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In
einem auf den dritten Schritt S3 folgenden vierten Schritt S4 wird
die aktuelle Zustandsgröße z und
beispielsgemäß die aktuelle
Längsneigung
der Fahrbahn mit einem oberen Zustandsschwellenwert zso verglichen.
Ist die Zustandsgröße größer als
der obere Zustandsschwellenwert zso, wird zu einem fünften Schritt
S5 verzweigt und die Kopplungseinrichtung 14 durch die
Steuereinheit 11 in die Offenstellung umgeschaltet. Beim
bevorzugten Ausführungsbeispiel
erfolgt die Verzweigung vom vierten Schritt S4 zum fünften Schritt
S5 demnach dann, wenn die Längsneigung
der Fahrbahn größer ist
als der obere Zustandsschwellenwert, der hier einem Steigungsschwellenwert
entspricht. In diesem Fall wird angenommen, dass der Antriebsmotor 13 für den Antrieb
des Fahrzeugs während
der Bergauffahrt eine große
Motorleistung aufbringen muss. Daher wird der Kompressor 6 durch
das Umschalten der Kopplungseinrichtung 14 in ihre Offenstellung
antriebsmäßig vom
Antriebsmotor 13 entkoppelt.
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Wenn
die Zustandsgröße z kleiner
oder gleich dem oberen Zustandsschwellenwert zso ist, wird aus dem
vierten Schritt S4 zu einem sechsten Schritt S6 verzweigt, in dem
die Zustandsgröße z mit einem
unteren Zustandsschwellenwert zsu verglichen wird. Ist die Zustandsgröße z größer oder
gleich dem unteren Zustandsschwellenwert zsu, wird daraus geschlossen,
dass die angeforderte und/oder erforderliche und/oder aktuell abgegebene
Motorleistung des Antriebsmotors 13 nicht ausreichend klein ist,
um den Kompressor 6 ausreichend wirtschaftlich antreiben
zu können.
In diesem Fall wird aus dem sechsten Schritt S6 zum fünften Schritt
S5 verzweigt und die Kopplungseinrichtung 14 in die Offenstellung umgeschaltet.
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Wird
hingegen im sechsten Schritt S6 festgestellt, dass die Zustandsgröße z kleiner
ist als der untere Zustandsschwellenwert zsu, der hier einem Gefälleschwellenwert
entspricht. Trifft dies zu, ist die angeforderte bzw. erforderliche
bzw. aktuell abgegebene Motorleistung des Antriebsmotors 13 klein
genug, um den Kompressor 6 wirtschaftlich antreiben zu können. Dies
ist beim bevorzugten Ausführungsbeispiel
dann der Fall, wenn die von der Zustandsgröße z beschriebene Längsneigung
der Fahrbahn ein ausreichend großes Gefälle aufweist, so dass der Antriebsmotor 13 nur
eine sehr geringe Antriebsleistung zum Antreiben des Kraftfahrzeugs
aufbringen muss oder sogar zur Verzögerung des Kraftfahrzeugs im Schubbetrieb
betrieben wird. Dann erfolgt im anschließenden siebten Schritt S7 die Überprüfung, ob der
durch den Drucksensor 10 gemessene Druck p im Druckluftspeicher 16 des
Druckluftsystems 7 bereits den Maximaldruckwert pmax erreicht
hat. Trifft dies zu, wird aus dem siebten Schritt S7 zum fünften Schritt
S5 verzweigt und die Kopplungseinrichtung 14 in die Offenstellung
umgeschaltet. Anderenfalls, wenn der Druck p im Druckluftspeicher 16 kleiner
ist als der Maximaldruckwert, wird aus dem siebten Schritt S7 zum
zweiten Schritt S2 verzweigt und die Kopplungseinrichtung 14 über die
Steuereinheit 11 in die Schließstellung umgeschaltet.
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Dieses
anhand von 2 beschriebene Verfahren wird
während
der Fahrt des Fahrzeugs zyklisch wiederholt. Bei dem beispielsgemäß beschriebenen
Verfahren wurde zur Ermittlung der erforderlichen Motorleistung
des Antriebsmotors 13 eine die Längsneigung der Fahrbahn angebende
Zustandsgröße z ausgewertet
und mit dem oberen Zustandsschwellenwert zso und dem unteren Zustandsschwellenwert
zsu verglichen. Es versteht sich, dass zusätzlich oder alternativ auch
andere Zustandsgrößen verwendet
werden können,
die die angeforderte und/oder erforderliche und/oder aktuell abgegebene Motorleistung
des Antriebsmotors 13 des Kraftfahrzeugs beschreiben. Bei
modernen Fahrzeugen können
solche Motorleistungsdaten auf einem Fahrzeugbussystem vorhanden
sein und von der Steuereinheit 11 eingelesen und bewertet
werden.
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In
Abwandlung zu der beschriebenen Ausführungsform können die
vorgegebenen Zustandsschwellenwerte zso, zsu auch gleich groß gewählt werden.
Der sechste Schritt S6 kann dabei entfallen, da er dann redundant
ist zum vierten Schritt S4.
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Ferner
ist es möglich,
die beiden Zustandsschwellenwerte zso, zsu nicht fest, sondern Parameter
abhängig
vorzugeben. Bei spielsweise können
die Zustandsschwellenwerte zso, zsu vom Beladungszustand bzw. Gewicht
des Kraftfahrzeugs abhängen.