DE102021201458B3 - Verfahren zum Betreiben einer Luftfederungsanlage mit einer Trocknerregenerationsfunktion - Google Patents

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Dierk Hein
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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer elektronisch regelbaren Luftfederungsanlage (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Luftfederungseinrichtung (3) mit einer Vielzahl an Luftfedern (13), wobei durch die Luftfederungseinrichtung (3) eine Niveaulage des Kraftfahrzeugs durch Zu- und Abfuhr von Druckluft veränderlich ist, und eine Druckluftversorgungseinheit (2) mit einem elektromotorisch angetriebenen Kompressor (4) und einem Trockner (6), wobei die Druckluftversorgungseinheit (2) die Druckluft durch Ansaugung von Umgebungsluft bereitstellt, wobei eine Niveauregelfunktion (NRF) durchführbar ist, bei welcher zunächst die Niveaulage des Kraftfahrzeugs durch Zufuhr von Druckluft in die Luftfederungseinrichtung (3) auf eine erste Niveaulage angehoben wird und anschließend durch Abfuhr von Druckluft aus der Luftfederungseinrichtung (3) auf eine zweite Niveaulage abgelassen wird, wobei bei einer ersten Bedingung (B1) überprüft wird, ob ein ermitteltes Luftmengenverhältnis kleiner ist als ein erster vorbestimmter Luftmengengrenzwert, oder es wird bei einer zweiten Bedingung (B2) überprüft, ob ein Sättigungsgrad des Trockners (6) größer ist als ein Sättigungsgrenzwert, und wenn die erste oder die zweite Bedingung (B1; B2) erfüllt ist, dann wird die Niveauregelfunktion (NRF) aktiviert.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektronisch regelbaren Luftfederungsanlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Luftfederungsanlage für ein Kraftfahrzeug, welche mit einem derartigen Verfahren betrieben werden kann.
  • Elektronisch regelbare Luftfederungsanlagen zur Niveauregelung eines Personenkraftwagens sind seit längerem bekannt. Die Hauptkomponenten der Luftfederungsanlage sind verstellbare Luftfedern, welche den Fahrzeugaufbau abfedern und eine Luftversorgungseinrichtung, welche dafür Druckluft bereitstellt. Diese beiden Komponenten sind über pneumatische Leitungen miteinander verbunden. Zudem sind verschiedenste Sensoren, wie Höhen- und Drucksensoren und ein Steuergerät, welches als Regelungs- und Auswerteeinrichtung funktionsfähig ist, vorgesehen. In den pneumatischen Leitungen sind verschiedenste elektromagnetische Schaltventile vorgesehen, welche von dem Steuergerät angesteuert werden. Es versteht sich, dass die Sensoren und die Schaltventile über elektrische Leitungen mit dem Steuergerät verbunden sind.
  • Die Luftfederungsanlage ermöglicht es den Fahrzeugaufbau aktiv in seiner Höhe/Niveau gegenüber einer Fahrzeugachse bzw. der Fahrbahn zu verändern. Je nach Anforderung werden durch Schalten bestimmter Ventile die Luftfedern befüllt oder entleert, um eine Verstellung des Fahrzeugniveaus vorzunehmen. So kann bspw. nach dem Beladen des Fahrzeugs ein Niveauausgleich durchgeführt werden oder es kann während der Fahrt das Fahrzeug abgesenkt werden, um Kraftstoff einzusparen.
  • Die Druckluftversorgungseinrichtung für solch eine elektronisch geregelte Luftfederungsanlage umfasst im Wesentlichen einen Kompressor, welcher über einen Motor angetrieben wird und eine Trocknereinheit, sowie mehrere Schaltventile. Für den Betrieb der Luftfederungsanlage saugt der Kompressor Luft aus der Atmosphäre an, verdichtet diese und führt sie den Verbrauchern der Luftfederungsanlage zu.
  • Die angesaugte Umgebungsluft enthält allerdings Wasser bzw. Feuchtigkeit, was zum Einfrieren einzelner Komponenten, z.B. den Schaltventilen, führen kann. Um dies zu verhindern wird der Taupunkt der angesaugten Luft durch den Trockner abgesenkt. D.h. die Luft wird durch ein Trockenmittel/Adsorptionsmittel, bspw. Silikagel, getrocknet bzw. entfeuchtet. Die angesaugte Luft gibt somit die Feuchtigkeit an das Trockenmittel ab und wird anschließend in die Luftfedern oder in einen Druckspeicher geführt.
  • Die Aufgabe des Trockners besteht also in der Trocknung der in die Luftfederungsanlage angesaugten Luft. Ab einem gewissen Punkt ist der Trockner als gesättigt anzusehen, weil das Adsorptionsmittel bereits eine große Menge an Feuchtigkeit aufgenommen hat und daher seine Trocknungsfunktion nur noch bedingt erfüllen kann. Deshalb muss der Trockner regelmäßig regeneriert werden, damit eine sichere Trockenfunktion gewährleistet wird.
  • Durch Desorption erfolgt die Regeneration des Trockners. D.h. die im Adsorptionsmittel enthaltene Feuchtigkeit bzw. Wasser wird mittels durchströmender Luft aufgenommen und an die Umgebung abgegeben. Dafür wird trockene Druckluft aus der Luftfederungsanlage genommen. Bspw. strömt bei einem Absenkvorgang die Druckluft aus den Luftfedern durch den Trockner, um diesen zu Regenerieren. Hierbei strömt die Druckluft aus den Luftfedern im Gegenstrom oder im Gleichstrom durch den Trockner und wird über ein Ablassventil an die Umgebung abgelassen.
  • Zusammengefasst wird der Trockner nach dem Druckwechselprinzip betrieben. Zunächst wird Luft aus der Umgebung bzw. Atmosphäre vom Kompressor angesaugt und durch den Trockner in die Luftfedern oder den Druckspeicher überführt. Dabei wird der angesaugten Luft die Feuchtigkeit durch das Trockenmittel entzogen. Bei einem Niveauwechsel oder Beladungsausgleich wird die Systemluft aus den Luftfedern oder dem Druckspeicher zunächst mittels einer Drossel auf den Umgebungsdruck entspannt und dann im Gegenstrom oder im Gleichstrom durch das Trockenmittel geführt. Beim Ablassen dieser Systemluft in die Umgebung/Atmosphäre geht die Feuchtigkeit aus dem Trockenmittel in die den Trockner durchströmende Luft über, wodurch das Trockenmittel Feuchtigkeit verliert und der Trockner regeneriert wird.
  • Leckagen in der Luftfederungsanlage bewirken allerdings, dass für die Regeneration des Trockners immer weniger Systemluft zur Verfügung steht als die Menge an Luft, welche aus der Umgebung in das System geförderte wurde. Unterschreitet der Anteil der abgelassenen Regenerationsluftmenge einen Grenzwert zur in das System geförderten Luftmenge, führt das zu einer Ansammlung der Feuchtigkeit in dem Trockenmittel. Als Folge dessen besteht immer die Gefahr eines Durchbruchs von Wasser in die Anlage. D.h. die im Trockenmittel gespeicherte Menge an Wasser tritt in Teilen oder vollständig aus dem Trockner aus und in die Komponenten der Luftfederungsanlage ein. Somit sammelt sich Wasser bspw. an den Schaltventilen an, welche darauf besonders anfällig reagieren. Bei niedrigen Temperaturen können die Schaltventile einfrieren und sind dann nicht mehr funktionsfähig.
  • Um dies zu verhindern wird eine Niveauregelfunktion durchgeführt, bei welcher die Niveaulage des Kraftfahrzeugs über ein Zielniveau hinweg angehoben wird und anschließend sich die Niveaulage auf das Zielniveau absenkt. Dies wird dadurch erreicht, dass der Kompressor mehr Luft aus der Umgebung ansaugt als eigentlich für das Aufregeln auf das Zielniveau benötigt wäre und damit mehr Luft in die Anlage fördert. Beim Ablassen auf das Zielniveau strömt die Druckluft aus den Luftfedern durch den Trockner und verhindert dadurch, dass sich Wasser in dem Trockenmittel anreichert.
  • Diese Funktion hat allerdings den Nachteil, dass der Kompressor übermäßig belastet wird. Um die Niveaulage über das Zielniveau hinweg zu erhöhen, muss der Kompressor mehr Arbeit aufwenden als eigentlich notwendig wäre. Es darf aber auf gar keinen Fall Feuchtigkeit an die Schaltventile gelangen. Daher wird diese Niveauregelfunktion bei jeder Niveauverstellung bzw. bei jedem Beladungsausgleich prinzipiell immer durchgeführt. D.h. diese Funktion wird auch dann durchgeführt, wenn keine Leckage vorliegt oder der Trockner einen niedrigen ungefährlichen Sättigungsgrad aufweist. Diese ständige zusätzliche Förderleistung wirkt sich aber nachteilig auf die Lebensdauer des Kompressors aus. Der Kompressor muss dann überdimensioniert konzipiert werden und mit robusteren Komponenten ausgestattet werden, um die verlängerte Lebensdauer zu überstehen. Dies führt wiederum zu einem größeren und kostenintensivieren Kompressor.
  • Aus dem Dokument DE 10 2009 003 396 A1 ist ein Verfahren zum Steuern der Regenerationszyklen für einen Trockner einer geschlossenen Niveauregelanlage für Fahrzeuge bekannt. Bei diesem Verfahren werden beim Befüllen der Niveauregelanlage die Druckluftmenge, sowie die Umgebungstemperatur und/oder die Feuchtigkeit gemessen. Es wird immer so viel Druckluft durch den Trockner geleitet, dass dieser unter der Annahme einer höchst möglichen Umgebungstemperatur und/oder Feuchtigkeit als gesättigt angesehen wird. Somit steht für die Regeneration des Trockners immer eine ausreichende Luftmenge in der Niveauregelanlage zur Verfügung.
  • Aufgabe der Erfindung ist ein verbessertes Verfahren zur Niveauregulierung einer Luftfederungsanlage bereitzustellen, bei welchem die Regeneration des Trockners bedarfsgerecht durchgeführt wird.
  • Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
  • Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bereiten einer elektronisch regelbaren Luftfederungsanlage für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, umfassend eine Luftfederungseinrichtung mit einer Vielzahl an Luftfedern, wobei durch die Luftfederungseinrichtung eine Niveaulage des Kraftfahrzeugs durch Zu- und Abfuhr von Druckluft veränderlich ist, und eine Druckluftversorgungseinheit mit einem elektromotorisch angetriebenen Kompressor und einem Trockner, wobei die Druckluftversorgungseinheit die Druckluft durch Ansaugung von Umgebungsluft bereitstellt, wobei eine Niveauregelfunktion durchführbar ist, bei welcher zunächst die Niveaulage des Kraftfahrzeugs durch Zufuhr von Druckluft in die Luftfederungseinrichtung auf eine erste Niveaulage angehoben wird und anschließend durch Abfuhr von Druckluft aus der Luftfederungseinrichtung auf eine zweite Niveaulage abgelassen wird, wobei bei einer ersten Bedingung überprüft wird, ob ein ermitteltes Luftmengenverhältnis kleiner ist als ein erster vorbestimmter Luftmengengrenzwert, oder es wird bei einer zweiten Bedingung überprüft, ob ein Sättigungsgrad des Trockners größer ist als ein Sättigungsgrenzwert, und wenn die erste oder die zweite Bedingung erfüllt ist, dann wird die Niveauregelfunktion aktiviert.
  • Die Erfindung macht sich zu eigen, dass die Niveauregelfunktion mittels welcher der Fahrzeugaufbau gegenüber der Fahrbahn bzw. gegenüber dem luftgefederten Fahrzeugchassis zunächst auf eine Niveaulage angehoben wird, welche über der eigentlichen Zielniveaulage liegt und anschließend auf die Zielniveaulage abgelassen wird, erst dann ausgeführt wird, wenn zumindest eine Bedingung erfüllt ist. D.h. bei der angegebenen Niveauregelfunktion ist die erste Niveaulage eine Zielniveaulage und die zweite Niveaulage ist eine Niveaulage, welche über der Zielniveaulage liegt.
  • Diese Niveauregelfunktion hat zur Folge, dass der Kompressor mehr Luft in die Luftfedern fördert, als es eigentlich für das Erreichen der Zielniveaulage notwendig wäre. Diese zusätzlich angesaugte Druckluft führt beim direkt darauffolgenden Absenken auf die Zielniveaulage dazu, dass der Trockner mit dieser zusätzlich angesaugten Druckluft im Gegenstrom durchströmt wird und dabei regeneriert wird.
  • Wenn keine der Bedingungen erfüllt ist, dann werden Höhenveränderungen des Fahrzeugaufbaus ohne die Niveauregelfunktion mit Überschreitung der Zielniveaulage durchgeführt. Dadurch wird der Kompressor nicht übermäßig lange betrieben, weil für die normale Höhenveränderungen keine zusätzliche Druckluft benötigt wird. Ohne eine Abfrage der Bedingungen würde die Luftfederungsanlage bei jeder Höhenveränderungen über die eigentliche Zielniveaulage hinausregeln und damit den Kompressor unnötig belasten. Das zielgerichtete Durchführen der Niveauregelfunktion mit einem Überschreiten der Zielniveaulage führt dazu, dass die Anzahl der zusätzlichen, nicht benötigten Niveauregelungen auf eine überhöhte Niveaulage stark reduziert werden oder sogar ganz vermieden werden. Dies schont den Kompressor, weil dieser nicht unnötig beansprucht wird, wodurch seine Lebensdauer verlängert ist.
  • Die Befüllung der Luftfederungsreinrichtung zum Anheben des Fahrzeugs auf die erste Niveaulage kann wie folgt erfolgen. Vorzugsweise wird die Niveaulage des Kraftfahrzeugs durch Zufuhr von Druckluft mittels der Druckluftversorgungseinrichtung in die Luftfederungseinrichtung auf die erste Niveaulage angehoben. Vorzugweise umfasst die Luftfederungsanlage einen Druckspeicher. Verfügt die Luftfederungsanlage über einen Druckspeicher dann kann bevorzugt die Niveaulage des Kraftfahrzeugs auch durch Zufuhr von Druckluft aus dem Druckspeicher in die Luftfederungseinrichtung auf die erste Niveaulage angehoben werden.
  • Zur Regeneration des Trockners wird vorzugsweise durch Abfuhr von Druckluft aus der Luftfederungseinrichtung durch den Trockner in die Umgebung die Niveaulage des Kraftfahrzeugs auf die zweite Niveaulage abgelassen. Die ausströmende Druckluft nimmt dabei Wasser/Feuchtigkeit aus dem Trockner auf und führt diese aus dem System raus in die Umgebung. Dadurch wird die Sättigung des Trockners reduziert.
  • Als eine Niveaulage des Kraftfahrzeugs wird die Höhe des Fahrzeugaufbaus gegenüber der Fahrbahn verstanden. Diese Höhe oder dieses Niveau ist durch Betreiben der Luftfedern der Luftfederungsanlage veränderlich. Hierfür wird Druckluft in die Luftfedern gefördert oder aus diesen herausgelassen. Eine Veränderung der Luftmenge in den Luftfedern führt dazu, dass sich der Fahrzeugaufbau in seiner Lage gegenüber dem Fahrzeugachsen verändert.
  • Als erste Bedingung werden die geförderten und abgelassenen Luftmengen verglichen. Es wird geschaut, ob der Quotient aus der Ablassluftmenge zur Förderluftmenge kleiner ist als der erste vorbestimmte Luftmengengrenzwert. Ist dies der Fall, gilt die erste Bedingung als erfüllt. Ein geeigneter vorbestimmter Luftmengengrenzwert kann spezifisch für einen jeden Trocknertyp festgelegt werden.
  • Bei der zweiten Bedingung wird der Sättigungsgrad des Trockners mit dem vorbestimmten Sättigungsgrenzwert verglichen. Es wird geschaut, ob der Sättigungsgrad größer ist als der Sättigungsgrenzwert. Ist dies der Fall, gilt die zweite Bedingung als erfüllt. Als Sättigungsgrad wird verstanden, wieviel Wasser in dem Trockenmittel gebunden ist. Bei einer maximalen Sättigung ist die Wassermenge so hoch, dass das Trockenmittel kein weiteres Wasser mehr aufnehmen kann. Es droht ein Durchbrechen von Wasser in die Luftfederungsanlage. Auch der vorbestimmte Sättigungsgrenzwert wird auf einen jeden Trocknertyp spezifisch festgelegt.
  • Bevorzugt wird das Luftmengenverhältnis aus einer Ablassluftmenge zu einer Förderluftmenge ermittelt. Dafür wird vorzugsweise die Ablassluftmenge aus der Menge an Druckluft ermittelt, welche durch den Trockner in die Umgebung abgelassen wurde. Die Förderluftmenge wird vorzugsweise aus der Menge an Druckluft ermittelt wird, welche mittels der Druckluftversorgungseinrichtung aus der Umgebung in die Luftfederungsanlage gefördert wurde.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform wird der Sättigungsgrad des Trockners aus einer in die Luftfederungsanlage geförderten Wassermenge abzüglich einer aus der Luftfederungsanlage abgelassenen Wassermenge berechnet. Vorzugsweise wird die geförderte Wassermenge zumindest auf Basis einer gemessenen Umgebungstemperatur oder einer gemessenen Umgebungsluftfeuchtigkeit ermittelt.
  • Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird für die Niveauregelfunktion die Niveaulage des Kraftfahrzeugs durch einen Höhenstandsensor ermittelt.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird bei einer dritten Bedingung überprüft, ob das ermittelte Luftmengenverhältnis größer ist als ein zweiter vorbestimmter Luftmengengrenzwert, und wenn die dritte Bedingung erfüllt ist, dann wird die Niveauregelfunktion deaktiviert. Es ist nur sinnvoll die Niveauregelfunktion wieder auszuschalten, wenn der Trockner in einen unkritischen Bereich liegt.
  • Die Luftfederungsanlage ist durch ein Steuergerät elektronisch regelbar, welches zur Ansteuerung der Stelleinrichtung, der Ablassventile und des Kompressors dient.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Figuren.
  • Es zeigen:
    • 1 ein Pneumatikschaltbild einer Luftfederungsanlage, und
    • 2 ein Ablaufdiagramm zum Starten einer Niveauregelfunktion mit Überschreiten einer Zielniveaulage,
    • 3 ein Ablaufdiagramm zum Stoppen dieser Niveauregelfunktion,
    • 4 eine beispielhafte Kennlinie für einen Volumenstrom beim Fördern,
    • 5 eine beispielhafte Kennlinie für einen Volumenstrom beim Ablassen, und
    • 6 ein Sättigungskurve für Wasserdampf in Luft.
  • Die 1 zeigt ein Pneumatikschaltbild einer elektronisch regelbaren Luftfederungsanlage 1 eines Kraftfahrzeugs, welche im offenen Luftversorgungsbetrieb arbeitet. D.h. für eine Veränderung einer Niveaulage des Kraftfahrzeugs mittels Luftfederungsanlage 1 wird für jede Niveauregelung Luft aus der Umgebung angesaugt oder es wird Druckluft aus Luftfederungsanlage 1 in die Umgebung abgelassen.
  • Luftfederungsanlage 1 umfasst dafür eine Druckluftversorgungseinheit 2 und eine Luftfederungseinrichtung 3, welche über eine Verbindungsleitung 11 mit einem Umschaltventil 12 verbunden sind. Zusätzlich kann ein nicht gezeigter Druckspeicher zu der Luftfederungsanlage 1 gehören. Dieser würde mit einem Druckluftpfad zwischen der Luftfederungseinrichtung 3 und dem Umschaltventil 12 abzweigen. Hier bietet es sich dann auch an das Umschaltventil 12 durch eine Umschaltventileinrichtung mit vier 2/2-Wegeventilen zu ersetzen.
  • Luftfederungseinrichtung 3 umfasst vier Luftfedern 13, welche jeweils einem Rad des Kraftfahrzeugs zugeordnet sind und vorgeschaltete Luftfederventile 14. Zur Vereinfachung sind jeweils nur eine Luftfeder und nur ein Luftfederventil mit dem entsprechenden Bezugszeichen versehen worden. Durch Öffnen von Luftfederventile 14 kann Druckluft in die jeweilige Luftfeder 13 überströmen oder aus dieser abströmen. Des Weiteren ist ein Drucksensor 15 an der Verbindungsleitung 11 zwischen Umschaltventil 12 und Luftfederventilen 14 vorgesehen. Mit Drucksensor 15 wird der Luftdruck in den Luftfedern 13 bestimmt.
  • Druckluftversorgungseinheit 2 umfasst einen Kompressor 4, welcher von einem Elektromotor 5 angetrieben wird. Kompressor 4 ist in dem gezeigten Beispiel als ein Doppelkolbenkompressor ausgebildet. Weiterhin umfasst Druckluftversorgungseinheit 2 einen Trockner 6 und eine Drossel-Rückschlagventileinrichtung 7. Um Druckluft in Luftfederungsanlage 1 zu fördern ist ein Einlasspfad 8 vorgesehen, welcher zur Eingangsseite des Kompressors 4 führt. Über einen Ablasspfad 9 mit einem Ablassventil 10 wird Druckluft aus Luftfederungsanlage 1 in die Atmosphäre abgelassen. Ablasspfad 9 zweigt von einem Druckluftpfad zwischen Kompressor 4 und Trockner 6 ab und führt nach außen in die Umgebung von Druckluftversorgungseinheit 2.
  • Ebenfalls zur Luftfederungsanlage 1 gehörend, aber nicht gezeigt, ist eine Steuereinheit (ECU), welche zur Ansteuerung der verschiedenen Komponenten von Luftfederungsanlage 1 vorgesehen ist. Durch die Steuereinheit werden Niveauregelfunktion zur Veränderung der Niveaulage des Kraftfahrzeugs durchführt. Hauptsächlich wird mit der Steuereinheit der Kompressor 4 und die Vielzahl an elektromagnetischen Schaltventilen angesteuert. Durch Betreiben des Kompressors 4 und das Öffnen bestimmter Ventile, kann Druckluft in eine bestimmte Luftfeder 13 gefördert werden oder aus dieser auch wieder abgelassen werden. Diese Vorgänge führen zur Veränderung der Niveaulage an jeder Ecke bzw. an jedem Rad des Kraftfahrzeugs.
  • Um bspw. Druckluft für Luftfederungsanlage 1 bereitzustellen, saugt Kompressor 4 Luft aus der Umgebung über Einlasspfad 8 an, verdichtet diese und führt sie über Trockner 6, Verbindungleitung 11 mit geöffnetem Umschaltventil 12 der Luftfederungseinrichtung 3 zu. Dies wird als Verdichtungsvorgang bezeichnet.
  • Während des Verdichtungsvorgangs wird der in der Luft enthaltene Wasserdampf durch Trockner 6 adsorbiert. Dies erfolgt durch ein Adsorptionsmittel, welches im Trockner 6 gelagert ist, bspw. Silikagel. Ab einer gewissen Menge an im Adsorptionsmittel gebundenem Wasser ist Trockner 6 als gesättigt anzusehen. Bei einer vollständigen Sättigung kann Trockner 6 kein weiteres Wasser mehr aufnehmen. Es besteht dann die Gefahr, dass bei einem weiterem Verdichtungsvorgang Wasser aus Trockner 6 in die Luftfederungseinrichtung 3 durchbricht und bspw. Luftfederventile 14 beschädigt. Aus diesem Grund muss das im Trockner 6 enthaltene Wasser wieder abgeführt werden. Dies erfolgt in der Regel dadurch, dass Druckluft durch Trockner 6 in Gegenstromrichtung (d.h. entgegen der Verdichtungsrichtung) geleitet wird und über Ablasspfad 9 in die Atmosphäre/Umgebung entweicht. Die Druckluft entweicht bei geöffneten Luftfederventilen 14 aus Luftfedern 13 bei geöffnetem Umschaltventil 12 über Verbindungsleitung 11, Drossel-Rückschlagventileinrichtung 7, Trockner 6 und Ablasspfad 9 mit geöffnetem Ablassventil 10 in die Umgebung. Solch ein Ablassvorgang wird auch Regenerationsvorgang genannt. Für solch einen Regenerationsvorgang wird sich der trockenen Druckluft von Luftfedereinrichtung 3 bedient. Falls vorhanden, kann die Druckluft auch aus dem Druckspeicher verwendet werden. Dabei nimmt die durch Trockner 6 strömende Druckluft das Wasser aus dem Adsorptionsmittel auf und gibt dieses als Wasserdampf an die Umgebung ab. Dadurch wird der Sättigungsgrad des Trockners 6 reduziert.
  • In dem Ablaufdiagramm der 2 wird ein beispielsgemäßes Verfahren gezeigt, mittels welchem eine für die Trocknerregeneration vorteilhafte Niveauregelfunktion NRF nur bei Erfüllen bestimmter Bedingungen aktiviert wird.
  • Diese Niveauregelfunktion, auch „Overshoot“ genannt, umfasst eine Niveauregulierung des Fahrzeugsaufbaus in zwei Stufen. Wenn eine Aufforderung vorliegt die aktuelle Niveaulage des Kraftfahrzeugs auf eine Zielniveaulage anzuheben, dann wird die Niveaulage um einen gewissen Höhenbetrag (bspw. 10 mm) über die Zielniveaulage hinweg angehoben und anschließend auf die Zielniveaulage abgesenkt. Es wird ein bewusstes Überschreiten der Zielniveaulage vorgenommen. Beim Anheben auf die Zielniveaulage bzw. auf eine Niveaulage oberhalb der Zielniveaulage, muss der Kompressor solange betrieben werden, bis ausreichend Druckluft für die überhöhte Niveaulage in alle Luftfedern gefördert wurde. Das Anheben des Kraftfahrzeugs auf eine überhöhte Niveaulage hat aber zur Folge, dass mehr Druckluft in die Luftfedern überführt wird, als für das Anheben auf die Zielniveaulage notwendig gewesen wäre. Das anschließende Absenken auf die Zielniveaulage ist mit einem Ablassen von Druckluft aus den Luftfedern verbunden. Diese Druckluft strömt durch den Trockner und regeneriert diesen. Somit hat die Niveauregelfunktion NRF mit einem Überschreiten der Zielniveaulage den Vorteil der Trocknerregeneration.
  • Dieser Vorteil liegt darin, dass bei einem Ablassvorgang mehr Wasser abgeführt wird als bei einem Fördervorgang von dem Trockner aufgenommen wird. D.h. die gleiche Menge an Druckluft nimmt beim Ablassen mehr Wasser auf als die gleiche Menge an Druckluft beim Fördern an den Trockner abgibt. Dies liegt zum einen an der Gestaltung der Trocknerkartusche und der besonderen Durchführung von Druckluft durch die Trocknerkartusche. Zum anderen liegt es aber auch daran, dass die Druckluft mittels der Drossel entspannt wird und mit einer reduzierten Geschwindigkeit den Trockner passiert. Dadurch kann die gleiche Menge an Druckluft mehr Wasserdampf aufnehmen und an die Umgebung abgeben. D.h. die Menge an Wasserdampf, welche mit der durch den Kompressor angesaugten Druckluft für die Höhendifferenz von der Zielniveaulage auf die überhöhte Niveaulage in den Trockner eingebracht wurde, ist geringer als die Menge an Wasserdampf, welche mit der Druckluft beim Absenken von der überhöhten Niveaulage auf die Zielniveaulage abgeführt wird. Auf diese Art und Weise wirkt sich die Niveauregelfunktion vorteilhaft auf die Regeneration des Trockners aus. Dadurch fällt der Sättigungsgrad des Trockners bei jeder Niveauregulierung mit Überschreiten der Zielniveaulage teilweise ab.
  • Als Aufforderung für eine Niveauregulierung kommt bspw. eine Beladungsänderung in Betracht, bei welcher das Kraftfahrzeug nach einer Beladung durch Passagiere oder Gepäck wieder auf eine Normallage angehoben werden muss.
  • Weil bei jeder Niveauregulierung ein Überschreiten der Zielniveaulage eine längere Laufzeit des Kompressors als eigentlich notwendig erfordert, werden beispielsgemäß zwei Bedingungen aufgestellt. Nur wenn eine der beiden Bedingungen erfüllt ist, soll die Niveauregelfunktion NRF mit Überschreiten der Zielniveaulage aktiviert werden. Damit soll verhindert werden, dass bei jeder Niveauregulierung ein Überschreiten der Zielniveaulage erfolgt, um den Kompressor nicht unnötig zu belasten. Nur wenn es die in dem Trockner enthaltene Menge an Wasser notwendig macht, soll die Niveauregelfunktion NRF durchgeführt werden, um dann den Wassergehalt in dem Trockner zu reduzieren.
  • Bei einer ersten Bedingung B1 wird geprüft, ob ein Luftmengenverhältnis einen Luftmengengrenzwert unterschreitet. Bei einer zweiten Bedingung B2 wird geprüft, ob ein Sättigungsgrad des Trockners einen Sättigungsgrenzwert überschreitet. Die für die Überprüfungen notwendigen Messwerte und Berechnungen werden bei jedem Fördervorgang FV und bei jedem Ablassvorgang AV ermittelt.
  • Der Fördervorgang FV beginnt mit dem Start der Kompressorförderung. Damit ist der unter 1 beschriebene Verdichtungsvorgang gemeint. Während solch eines Fördervorgangs FV wird in einem ersten Messvorgang M1 die Umgebungstemperatur ermittelt. Vorzugsweise erfolgt dies durch einen Fahrzeugtemperatursensor. Aus der ermittelten Umgebungstemperatur wird in einer ersten Berechnung BR1 der Wasserdampf in der Umgebungsluft bestimmt. Dabei wird der Wassergehalt in der Umgebungsluft immer unter der Annahme bestimmt, dass die angesaugte Luft bei einer bestimmten Temperatur einen maximal möglichen Gehalt an Wasserdampf aufweist. Es liegen Tabellen vor, welche zu jeder Temperatur den maximalen Wasseranteil in der Luft aufzeigen. Diese Annahme dient der Sicherheit, um die Wassermenge in dem Trockner unter den schlechtesten Bedingungen zu bestimmen.
  • In einem zweiten Messvorgang M2 wird die Förderzeit des Kompressors erfasst und mit dem Drucksensor der Gegendruck am Kompressor ermittelt. Mit Gegendruck ist der Druck am Kompressorausgang gemeint, gegen welchen der Kompressor arbeiten muss, um die verdichtete Luft zu fördern. Aus diesen Werten lässt sich in einer zweiten Berechnung BR2 eine Fördermenge F_Sum ermitteln. Damit wird die vom Kompressor gefördert Menge an Druckluft über mehrere Fördervorgänge bestimmt, welche bei den einzelnen Verdichtungsvorgängen zum Anheben des Kraftfahrzeugs benötigt wurde. Es werden also die einzelnen Mengen an Druckluft über mehrere Verdichtungs- bzw. Fördervorgänge hinweg zu der Förderluftmenge F_Sum addiert.
  • Aus dem ermittelten Wasserdampfgehalt der angesaugten Luft in der ersten Berechnung BR1 und der berechneten Förderluftmenge F_Sum aus der zweiten Berechnung BR2, wird in einer dritten Berechnung BR3 die geförderte Wassermenge ermittelt. Dabei wird die in die Anlage geförderte Wassermenge durch Multiplikation der Förderluftmenge mit dem Wasserdampfgehalt der ansaugten Luft errechnet. Somit lässt sich aus der Umgebungstemperatur und der Förderluftmenge F_Sum der Wassergehalt in dem Trockner abschätzen.
  • Allerdings wird der Wassergehalt in dem Trockner durch Ablassen von Druckluft reduziert. Aus diesem Grund werden auch beim Start eines Ablassvorgangs AV Messungen und Berechnungen durchgeführt. So wird bei jedem Ablassvorgang AV in einem dritten Messvorgang M3 die Ablasszeit erfasst und mit dem Drucksensor der Vordruck am Kompressoreingang gemessen. Aus diesen Messwerten lässt sich in einer vierten Berechnung BR4 die Ablassmenge A_Sum bestimmten. Damit ist die Menge an Druckluft gemeint, welche aus den Luftfedern durch den Trockner in die Umgebung abgelassen wurde. Auch in diesem Fall wird die Ablassluftmenge A_Sum über einen oder mehrere Ablassvorgänge AV hinweg aufaddiert.
  • In einer fünften Berechnung BR5 wird nun die Ablassluftmenge A_sum mit der Förderluftmenge F_sum verglichen werden. D.h. die abgelassene Luftmenge wird in ein Verhältnis zu der geförderten Luftmenge gesetzt. Es wird ein Quotient aus der Ablassluftmenge A_Sum zu der Förderluftmenge F_Sum berechnet. Mit diesem Quotienten wird ermittelt wieviel Menge an Druckluft nach einem Ablassvorgang noch in der Luftfederungsanlage vorhanden ist. Dies ist zugleich eine indirekte Schätzung darüber, welche Menge an Wasser in dem Trockner gebunden ist.
  • Die Ablassluftmenge A_sum wird aber auch in einer sechsten Berechnung BR6 verwendet, um die abgelassene Wassermenge A_Wasser zu bestimmen, welche beim Durchströmen durch den Trockner mitgenommen und abgeführt wurde. Bei der Bestimmung der aus der Anlage abgelassenen Wassermenge A_Wasser wird davon ausgegangen, dass die trockene Druckluft bei jedem Ablassen nahezu 100% Wasserdampf aufnimmt.
  • Nachdem diese Berechnungen von der Steuereinheit durchgeführt wurden, kann mit der Überprüfung der Bedingungen für die Niveauregelfunktion NRF begonnen werden. Bei der ersten Bedingung B1 wird geprüft, ob das Verhältnis aus Ablassluftmenge A_Sum zur Förderluftmenge F_Sum bzw. der Quotient daraus kleiner als ein vorbestimmter erster Grenzwert. Als erster Grenzwert wird ein Luftmengengrenzwert, d.h. der Anteil der abgelassen Luftmenge zu der geförderten Luftmenge, von 50% bis 80% herangezogen. Liegt der Quotient bspw. bei 0,5 wurde von der gesamten Förderluftmenge nur die Hälfte abgelassen. In diesem Fall ist von einem hohen Wassergehalt in dem Trockner ausgesehen. Solch ein Verhältnis kann sich ergeben, wenn aufgrund von Leckage mehr Druckluft in die Anlage gefördert wird als abgelassen wurde. Jeglicher Druckluftverlust durch eine Leckage trägt nicht zur Regeneration des Trockners bei. Dies macht dann die oben beschriebene Niveauregelfunktion NRF erforderlich, welche zu einer Regeneration des Trockners führt. Ist also die erste Bedingung B1 erfüllt und liegt eine Aufforderung zur Niveauregulierung des Kraftfahrzeugs vor, erst dann wird die Niveauregelfunktion NRF mit einem Überschreiten der Zielniveaulage vorgenommen.
  • Der mögliche Wassergehalt in dem Trockner lässt sich aber auch auf eine andere Art bestimmten. Die geförderte Wassermenge F_Wasser aus der dritten Berechnung BR3 und die abgelassene Wassermenge A_Wasser aus der fünften Berechnung BR5 werden der zweiten Bedingung B2 zugrunde gelegt. So wird in der zweiten Bedingung B2 überprüft, ob eine Differenz aus der geförderten Wassermenge F_Wasser abzüglich der abgelassenen Wassermenge A_Wasser größer ist als ein zweiter Grenzwert. Die Differenz aus der geförderten Wassermenge F_Wasser abzüglich der abgelassenen Wassermenge A_Wasser wird auch Sättigungsgrad des Trockners genannt. Der Sättigungsgrad gibt an, welcher Wassergehalt bzw. welche Menge an Wasser in dem Trockner enthalten ist und wird in g/m3 angegeben. Übersteigt der Sättigungsgrad einen Sättigungsgrenzwert, dann droht die Gefahr eines übersättigten Trockners. Aus diesem Grund soll beim Überschreiten eines vorbestimmten Sättigungsgrenzwerts in einem Bereich von 2g bis 3g die Niveauregelfunktion NRF mit einem Überschreiten der Zielniveaulage durchgeführt werden. Dadurch soll insbesondere bei einer kritischen Sättigung für eine direkte Regeneration des Trockners gesorgt werden. Solange der Sättigungsgrad oberhalb des Sättigungsgrenzwert liegt, wird bei jeder Niveauregulierung ein Überschreiten der Zielniveaulage vorgenommen, damit durch das Ablassen von Druckluft der Trockner immer regeneriert wird. Liegt der Sättigungsgrad dann wieder unterhalb des Sättigungsgrenzwerts, ist eine ständige Niveauregulierung mit Überschreiten der Zielniveaulage nicht mehr erforderlich.
  • Ist also weder die erste Bedingung B1 noch die zweite Bedingung B2 erfüllt, besteht keine Notwendigkeit für die Niveauregelfunktion NRF mit einem Überschreiten der Zielniveaulage. Bei Aufforderung zur Niveauregulierung bzw. einem Anheben des Kraftfahrzeugs, kann eine reguläre Niveauregelung vorgenommen werden, bei welcher die angestrebte Zielniveaulage direkt und ohne Überschreiten erreicht wird. Dies verkürzt die Förderzeit und schont den Kompressor. Wenn die erste Bedingung B1 nicht erfüllt ist, startet die Schleife mit dem ersten und zweiten Messvorgang M1, M2 wieder. Ist die zweite Bedingung B2 nicht erfüllt, startet die Schleife mit dem dritten Messvorgang M3.
  • Wurde die Niveauregelfunktion NRF aktiviert, sollte diese auch irgendwann wieder deaktiviert werden. So ist in der 3 ein Ablaufdiagramm gezeigt, welches beim Erfüllen einer dritten Bedingung B3 die Niveauregelfunktion NRF wieder zurücknimmt. Dieser liegen die oben beschriebenen Messwerte und Berechnung zu den Luftmengen zugrunde. Beim Fördervorgang FV wird wie bereits beschrieben in dem zweiten Messvorgang M2 die Förderzeit erfasst und der Gegendruck gemessen. Daraus ergibt sich in der zweiten Berechnung BR2 die Förderluftmenge F_Sum. Beim Ablassvorgang AV wird wie bereits beschrieben in dem dritten Messvorgang M3 die Ablasszeit erfasst und der Vordruck gemessen. Daraus wird die Ablassluftmenge A_Sum in der vierten Berechnung BR4 bestimmt. In der fünften Berechnung BR5 wird das Verhältnis von der Ablassluftmenge zu der Förderluftmenge bestimmt. Sodann wird bei der dritten Bedingung B3 überprüft, ob der Quotient aus Ablassluftmenge zur Förderluftmenge größer ist als ein dritter Grenzwert. Dieser dritte Grenzwert ist auch ein Luftmengengrenzwert, unterscheidet sich aber von dem ersten Grenzwert der ersten Bedingung B1. Der Luftmengengrenzwert der dritten Bedingung B3 liegt in einem Bereich von 70% bis 100%. Überschreitet das errechnete Luftmengenverhältnis diesen Grenzwert, kann die Niveauregelfunktion mit Überschreiten der Zielniveaulage deaktiviert werden. Ist die dritte Bedingung B3 nicht erfüllt, wird wieder mit dem zweiten und dem dritten Messvorgang M2, M3 in der Steuereinheit begonnen.
  • Die 4 zeigt in einem Diagramm die Kompressorförderleistung bzw. den Volumenstrom in nl/min über den Gegendruck in bar. Diese Wertetabelle ist für die Förderung von Luft aus der Umgebung in dem Steuergerät hinterlegt. Über den Drucksensor kann der Gegendruck ermittelt werden. Das Steuergerät kann sodann für jeden Zeitabschnitt eine geförderte Luftmenge aus diesem Diagramm ableiten und über die Zeit bzw. über mehrere Fördervorgänge hinweg die gesamte Förderluftmenge F_sum bestimmen.
  • In der 5 ist eine Ablasskennlinie gezeigt. Der Volumenstrom beim Ablassen in nl/min ist gegenüber dem Vordruck in bar aufgetragen. Das Ablassen von Druckluft aus den Luftfedern erfolgt über geöffnete Luftfederventile durch den Trockner und über die Ablassleitung mit geöffnetem Ablassventil. Die Menge an dabei ausströmender Druckluft wird durch die Drossel in der Drossel-Rückschlagventileinrichtung begrenzt. Für die Drossel kann ebenfalls eine Kennlinie für den Volumenstrom gegenüber dem Vordruck in dem Steuergerät abgelegt werden. Durch den Drucksensor wird der Vordruck ermittelt und das Steuergerät bestimmt daraus für jeden Zeitabschnitt eine abgelassene Luftmenge. Über die Zeit bzw. über mehrere Ablassvorgänge hinweg wird dann die gesamte Ablassluftmenge A_sum berechnet.
  • Zur Ermittlung der geförderten Wassermenge wird die Sättigungskurve aus 6 herangezogen. Dort ist der in der Luft enthaltene Wasserdampf in g/m3 über die Temperatur in °C angegeben. Diese Sättigungsmenge von Wasserdampf in der Luft ist als Kennlinie in dem Steuergerät hinterlegt. Die Temperatur der angesaugten Umgebungsluft wird über einen Fahrzeugtemperatursensor erfasst. Damit kann der maximale Wassergehalt in der Luft bei einer bestimmten Temperatur abgelesen werden. Die in die Luftfederungsanlage geförderte Wassermenge wird aus der Förderluftmenge F_sum multipliziert mit dem Wasserdampfgehalt der aus der Umgebung angesaugten Luft berechnet. Dabei wird als schlimmster Fall immer von 100% vorhandener Luftfeuchtigkeit ausgegangen, damit der Trockner unter den schlecht möglichsten Bedingungen als gesättigt angesehen wird. Im Fahrzeugbetrieb wird die Luftfeuchtigkeit meist unter 100% liegen, sodass die tatsächliche Wassermenge in dem Trockner geringer ist, als errechnet. Vorzugsweise wird die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft direkt mit einem Luftfeuchtigkeitssensor gemessen. Dessen Messwerte führen zu einer genaueren Bestimmung der im Trockner enthaltenen Wassermenge.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Luftfederungsanlage
    2
    Druckluftversorgungseinheit
    3
    Luftfederungseinrichtung
    4
    Kompressor
    5
    Elektromotor
    6
    Trockner
    7
    Drossel-Rückschlagventileinrichtung
    8
    Einlasspfad
    9
    Auslasspfad
    10
    Ablassventil
    11
    Verbindungsleitung
    12
    Umschaltventil
    13
    Luftfedern
    14
    Luftfederventile
    15
    Drucksensor
    AV
    Ablassvorgang
    B1
    erste Bedingung
    B2
    zweite Bedingung
    BR1
    erste Berechnung
    BR2
    zweite Berechnung
    BR3
    dritte Berechnung
    BR4
    vierte Berechnung
    BR5
    fünfte Berechnung
    BR6
    sechste Berechnung
    FV
    Fördervorgang
    M1
    erster Messvorgang
    M2
    zweiter Messvorgang
    M3
    dritter Messvorgang
    NRF
    Niveauregelvorgang

Claims (9)

  1. Verfahren zum Betreiben einer elektronisch regelbaren Luftfederungsanlage (1) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Luftfederungseinrichtung (3) mit einer Vielzahl an Luftfedern (13), wobei durch die Luftfederungseinrichtung (3) eine Niveaulage des Kraftfahrzeugs durch Zu- und Abfuhr von Druckluft veränderlich ist, und eine Druckluftversorgungseinheit (2) mit einem elektromotorisch angetriebenen Kompressor (4) und einem Trockner (6), wobei die Druckluftversorgungseinheit (2) die Druckluft durch Ansaugung von Umgebungsluft bereitstellt, wobei eine Niveauregelfunktion (NRF) durchführbar ist, bei welcher zunächst die Niveaulage des Kraftfahrzeugs durch Zufuhr von Druckluft in die Luftfederungseinrichtung (3) auf eine erste Niveaulage angehoben wird und anschließend durch Abfuhr von Druckluft aus der Luftfederungseinrichtung (3) auf eine zweite Niveaulage abgelassen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer ersten Bedingung (B1) überprüft wird, ob ein ermitteltes Luftmengenverhältnis kleiner ist als ein erster vorbestimmter Luftmengengrenzwert, oder es wird bei einer zweiten Bedingung (B2) überprüft, ob ein Sättigungsgrad des Trockners (6) größer ist als ein Sättigungsgrenzwert, und wenn die erste oder die zweite Bedingung (B1; B2) erfüllt ist, dann wird die Niveauregelfunktion (NRF) aktiviert.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftmengenverhältnis aus einer Ablassluftmenge zu einer Förderluftmenge ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ablassluftmenge aus der Menge an Druckluft ermittelt wird, welche durch den Trockner (6) in die Umgebung abgelassen wurde.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Förderluftmenge aus der Menge an Druckluft ermittelt wird, welche mittels der Druckluftversorgungseinrichtung (2) aus der Umgebung in die Luftfederungsanlage (1) gefördert wurde.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Sättigungsgrad des Trockners (6) aus einer in die Luftfederungsanlage (1) geförderten Wassermenge abzüglich einer aus der Luftfederungsanlage (1) abgelassenen Wassermenge berechnet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die geförderte Wassermenge zumindest auf Basis einer gemessenen Umgebungstemperatur oder einer gemessenen Umgebungsluftfeuchtigkeit ermittelt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Niveauregelfunktion (NRF) die Niveaulage des Kraftfahrzeugs durch einen Höhenstandsensor ermittelt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer dritten Bedingung (B3) überprüft wird, ob das ermittelte Luftmengenverhältnis größer ist als ein zweiter vorbestimmter Luftmengengrenzwert, und wenn die dritte Bedingung (B3) erfüllt ist, dann wird die Niveauregelfunktion (NRF) deaktiviert.
  9. Luftfederungsanlage (1) für ein Kraftfahrzeug, welche mit einem Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche betrieben wird.
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