DE102012223163A1

DE102012223163A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kompressors

Info

Publication number: DE102012223163A1
Application number: DE201210223163
Authority: DE
Inventors: Marek Engelhardt; Günter Rehra
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2012-12-14
Publication date: 2014-06-18

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kompressors beschrieben, bei dem dessen Verfügbarkeit über ein mathematisches Modell zur Abschätzung der Kompressortemperatur gesteuert wird, wobei gemäß diesem Modell diverse Kenngrößen zur Ermittlung der Kompressortemperatur ausgewertet werden. Gemäß diesem Modell wird als Kenngröße die Drehzahl des Kompressormotors ausgewertet. Hierdurch kann die Verfügbarkeit des Kompressors besonders genau gesteuert werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kompressors, bei dem dessen Verfügbarkeit über ein mathematisches Modell (Temperaturmodell) zur Abschätzung der Kompressortemperatur gesteuert wird, wobei gemäß diesem Modell diverse Kenngrößen zur Ermittlung der Kompressortemperatur ausgewertet werden.
Solche Verfahren zum Betreiben von Kompressoren bzw. zur Steuerung von Kompressoren sind bekannt und sollen im Wesentlichen eine durch Überlastung entstehende Überhitzung der Geräte vermeiden. Wird ein bestimmter Temperaturschwellenwert des Kompressors überschritten, wird dieser abgeschaltet. Erreicht die Kompressortemperatur einen unteren Temperaturschwellenwert, ist der Kompressor wieder verfügbar.
Bei diesen bekannten Verfahren wird die Kompressortemperatur nicht direkt gemessen, sondern über ein mathematisches Modell bzw. Temperaturmodell abgeschätzt. Gemäß diesem Modell werden diverse Kenngrößen erfasst, um hieraus die Kompressortemperatur zu ermitteln.
Solche Kompressoren finden in Kraftfahrzeugen Verwendung, insbesondere als Teil einer Druckversorgungsanlage eines Luftfedersystems. Ein elektrisch angetriebener Kompressor stellt dabei die Hauptkomponente der Luftversorgung eines elektronisch geregelten Luftfedersystems in einem Kraftfahrzeug dar. Seine Hauptfunktion ist es, komprimierte Luft zwischen einem Luftspeicher und den Luftfedern in beiden Förderrichtungen zu verschieben. Des Weiteren wird der Kompressor eingesetzt, um zusätzliche Luft aus der Umgebung in den Speicher oder in die Luftfedern zu fördern, wenn die Systemluftmenge zu gering ist.
Während dieses Kompressorbetriebes entsteht Wärme, die die Lebensdauer sensibler Bauteile, wie beispielsweise der Manschette oder der Bürstenbrücke des Motors, stark reduzieren kann. Aus diesem Grund muss der Betrieb des Kompressors durch ein Steuergerät überwacht werden.
Die DE 196 21 946 C1 offenbart hierzu eine Luftfederung mit einem im Normalbetrieb bedarfsabhängig und intermittierend arbeitenden Kompressor, der von einer Schätztemperatur einund ausgeschaltet wird, wobei die Schätztemperatur als augenblicklich vorhandene Betriebstemperatur berechnet wird. Übersteigt die berechnete Schätztemperatur einen Schwellenwert, wird der Kompressor abgeschaltet. Hierdurch benötigt man keinerlei Temperatursensoren für die Überwachung des Kompressors und damit auch keine zusätzlichen Signaleingänge für die Steuerung.
Bei einem weiteren Verfahren zum Betreiben eines Kompressors nach dem Stand der Technik wird die Verfügbarkeit des Kompressors ebenfalls über ein mathematisches Modell zur Abschätzung der Kompressortemperatur (Temperaturmodell) gesteuert. Hierbei werden im Temperaturmodell im Wesentlichen die Kompressorumgebungstemperatur, die Druckverhältnisse und die Kompressorspannung (als gemessene Bordnetzspannung) zur Ermittlung der Kompressortemperatur ausgewertet. Die Kompressorspannung soll dabei den Einfluss der Drehzahl des Kompressors auf dessen Erwärmung ersetzen, da die Drehzahl des Kompressors hierbei nicht gemessen wird und zur Berechnung der Kompressortemperatur nicht zur Verfügung steht. Mit guter Abschätzung gilt ein linearer Zusammenhang zwischen Kompressorspannung und Kompressordrehzahl, wobei immer der ungünstigste Fall in Betracht gezogen werden muss. Nicht jeder Kompressor verdichtet mit der gleichen Drehzahl bei Anliegen einer Kompressorspannung von beispielsweise 12 V.
Diese Vorgehensweise hat jedoch verschiedene Nachteile. Von den auszuwertenden Eingangsgrößen ist die Kompressorspannung im Fahrzeug nur mit relativ großem versuchstechnischen Aufwand verwertbar. Zum einen kann die Kompressorspannung nicht direkt am Kompressor gemessen werden. Nur die Bordnetzspannung kann durch das Steuergerät gemessen werden. Abhängig vom Verbauort des Steuergerätes und des Kompressors weicht jedoch die gemessene Spannung am Steuergerät von der Kompressorspannung mehr oder weniger ab. In jedem Projekt bzw. für jede Fahrzeugvariante müssen daher Spannungsmessungen durchgeführt werden, um die Spannungsdifferenz, die schließlich zur Bestimmung der Kompressorspannung dient, fahrzeugspezifisch ermitteln zu können. Dabei ist auch hier der ungünstigste Fall anzunehmen. Es muss die kleinste Spannungsdifferenz gewählt werden, um mit der berechneten Kompressortemperatur immer oberhalb der wahren Kompressortemperatur zu bleiben. Der Versuchsaufwand ist dabei ein nicht unbedeutender Nachteil.
Zum anderen kann die Vermessung des Fahrzeuges nur dann sinnvoll durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug bereits einen seriennahen Zustand hat. Prototypenfahrzeuge weisen meistens nicht den serienmäßig geplanten Kabelbaum auf, der für die Messungen notwendig ist. Falls in der laufenden Serie eines Projektes der Kabelbaum oder der Verbauort von Steuergerät und/oder Kompressor geändert wird, muss die Vermessung des Fahrzeuges neu durchgeführt werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit dem die Verfügbarkeit des Kompressors besonders genau gesteuert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art dadurch gelöst, dass gemäß diesem Modell als Kenngröße die Drehzahl des Kompressormotors ausgewertet wird.
Durch das erfindungsgemäß durchgeführte Ermitteln der Motordrehzahl ist eine genauere Berechnung der Kompressortemperatur und damit eine genauere Steuerung der Verfügbarkeit des Kompressors möglich, da die Kompressordrehzahl einen maßgeblichen Einfluss auf die Erwärmung des Kompressors hat. Das Einlesen der Bordnetzspannung, die nur indirekt den Einfluss der Drehzahl auf die Kompressortemperatur widerspiegelt, ist dann nicht mehr erforderlich. Da sich mithilfe der Kompressordrehzahl die Kompressortemperatur exakter bestimmen lässt, ist eine Steigerung der Kompressorverfügbarkeit, insbesondere für das Luftversorgungssystem eines Fahrzeuges, erreichbar.
Zudem kann der Entwicklungsaufwand für die Parametrierung des Temperaturmodells deutlich verringert werden, da keine Spannungsdifferenzen zwischen Steuergerät und Kompressor ermittelt werden müssen. Hierdurch kann die Anzahl der Versuche am Fahrzeug minimiert werden.
Durch Verwenden der erfindungsgemäß ermittelten Drehzahl des Kompressormotors als Kenngröße für das mathematische Modell (Temperaturmodell) Zur Abschätzung der Kompressortemperatur lässt sich die Kompressortemperatur genauer als beim Stand der Technik ermitteln. Es müssen auch keine Sicherheiten, die beim Ermitteln der Kompressorspannung betrachtet werden, im Temperaturmodell weiterhin berücksichtigt werden. Zudem muss das Temperaturmodell nur einmal entwickelt werden und kann ohne aufwendige Fahrzeugmessungen in jedem Projekt eingesetzt werden.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl des Kompressormotors aus der direkt gemessenen Motorspannung am Kompressor abgeleitet. Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl des Kompressormotors aus dem gemessenen Motorstrom abgeleitet. Bei noch einer weiteren Ausführungsform wird aus der gemessenen Kompressorspannung und dem gemessenen Kompressorstrom die elektrische Leistung des Kompressormotors ermittelt und hieraus die Drehzahl des Kompressormotors abgeleitet.
Bei einer anderen Ausführungsform wird die Drehzahl des Kompressormotors aus der über einen Drehzahlsensor gemessenen Motordrehzahl abgeleitet.
Die vorstehend genannten Verfahrensvarianten können getrennt voneinander oder gemeinsam durchgeführt werden.
Durch Messen des Motorstromes am Kompressor kann gut auf die Temperatur der Bürstenbrücke geschlossen werden. Der Kompressor muss daher nur in wenigen Fällen ausgeschaltet werden, um eine Überhitzung der Bürstenbrücke zu verhindern. Dies ist von besonderer Bedeutung, da sich die Bürstenbrücke in manchen Fällen stärker als die Manschette des Kompressormotors erwärmt, so dass die Bürstenbrückentemperatur maßgeblich für den thermischen Schutz des Kompressormotors ist.
Durch die Verwendung der Drehzahl des Kompressormotors als neue Kenngröße im Temperaturmodell lassen sich weitere Vorteile erreichen.
Falls der Motor des Fahrzeuges nicht im Betrieb ist und eine Niveauregelung notwendig sein sollte, kann der Kompressor mit geringer Drehzahl betrieben werden. Untersuchungen haben gezeigt, dass ein langsam rotierender Verdichter akustisch unauffälliger ist als ein Verdichter, der direkt von der Fahrzeugbatterie versorgt wird. Bisher darf der Kompressor im Stand ohne Motorlauf aus akustischen Gründen u.U. nicht verwendet werden.
Durch die Ermittlung der Drehzahl des Verdichters lässt sich beim Füllen des Speichers des Luftversorgungssystems eine Volumenstromkennlinie ermitteln. Diese Volumenstromkennlinie kann zur Abschätzung der Druckverhältnisse in den Druckfedern und im Speicher sowie zu Diagnosezwecken verwendet werden. Zusätzlich kann die Druckabschätzung in der Steuergerätesoftware durch Verwenden dieser Kennlinie genauer arbeiten.
Weitere Vorteile, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erreicht werden können, bestehen darin, dass der experimentelle Aufwand am Fahrzeug deutlich sinkt bzw. wegfällt. In Bezug auf den Drehzahleinfluss des Kompressors auf dessen Erwärmung ist keine projektabhängige Parametrierung des Temperaturmodells mehr notwendig. Sicherheitsreserven bei der Entwicklung des Temperaturmodells können verkleinert werden, da die Drehzahl des Kompressors einen genaueren Hinweis auf dessen Erwärmung gibt als die ungenaue Verarbeitung der Bordnetzspannung. Fahrzeuguntersuchungen bei Änderungen am Kabelbaum etc. müssen nicht durchgeführt werden. Durch Messen des Kompressorstromes kann die Bürstenbrückentemperatur besonders gut berechnet werden. Durch die genauere Steuerung des Kompressors lässt sich die Akustik verbessern. Die Steuerung hat zur Folge, dass der Motor im Bereich des maximalen Wirkungsgrades betrieben werden kann. Auch die Niveauregelgeschwindigkeit kann durch die Drehzahlsteuerung optimiert werden (besonders kurz vor Erreichen der Regelsolllagen).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19621946 C1 [0006]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kompressors, bei dem dessen Verfügbarkeit über ein mathematisches Modell (Temperaturmodell) zur Abschätzung der Kompressortemperatur gesteuert wird, wobei gemäß diesem Modell diverse Kenngrößen zur Ermittlung der Kompressortemperatur ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, dass gemäß diesem Modell als Kenngröße die Drehzahl des Kompressormotors ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Kompressormotors aus der direkt gemessenen Motorspannung am Kompressor abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Kompressormotors aus dem gemessenen Motorstrom abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aus der gemessenen Kompressorspannung und dem gemessenen Kompressorstrom die elektrische Leistung des Kompressormotors ermittelt und hieraus die Drehzahl des Kompressormotors abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Kompressormotors aus der über einen Drehzahlsensor gemessenen Motordrehzahl abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als weitere Kenngrößen die Kompressorumgebungstemperatur und/oder die Druckverhältnisse ausgewertet werden.