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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Verifizierung der Topologie einer elektro-pneumatischen Anlage und insbesondere ein Verfahren zur Verifizierung der Anschlusstopologie in einer elektro-pneumatischen Anlage eines Nutzfahrzeugs. Weiterhin betrifft die vorliegende -Offenbarung eine Prüfvorrichtung zur Verifizierung der Topologie einer elektro-pneumatischen Anlage.
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Stand der Technik
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An Druckluftbremsanlagen von Nutzfahrzeugen sind durch gesetzliche Vorschriften besondere Anforderungen gestellt. Beispielhaft sei hier auf die EG-Richtlinie 98/12 verwiesen.
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Damit die typisch von einer größeren elektro-pneumatischen Anlage eines Nutzfahrzeugs umfasste Druckluftbremsanlage die erwähnten gesetzlichen Anforderungen erfüllen kann, sind deren Teilfunktionen in voneinander abgegrenzte Druckluftkreise aufgeteilt. Diese Druckluftkreise sind im normalen Betriebszustand pneumatisch miteinander verbunden. Falls in einem Druckluftkreis der Druck stark absinkt, wird dieser durch ein Mehrkreisschutzventil von den weiteren Druckluftkreisen getrennt, deren Funktionsfähigkeit dadurch zumindest vorübergehend erhalten bleibt. Insbesondere kann auf diese Art ein Ausfall der gesamten Druckluftbremsanlage vermieden werden, wenn nach einem Defekt in einem Druckluftkreis, beispielsweise durch Abreißen einer pneumatischen Schlauchleitung, die gesamte Fördermenge des zentralen Kompressors über den schadhaften Druckluftkreis konsumiert wird. Weitere Einzelheiten zur Funktion des Überströmventils bietet die Druckschrift
EP 8 010 7581 A , auf die zur eventuellen Vervollständigung oder Ergänzung der vorliegenden Offenbarung Bezug genommen wird, mit dem Hinweis, dass dort manche Begriffe möglicherweise eine vom vorliegenden Gebrauch abweichende Bedeutung haben könnten.
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Damit das Mehrkreisschutzventil die vorgesehene Funktion voll erfüllt, müssen die Druckluftkreise in der vorgesehenen Weise damit verbunden sein. Abstrakt gesprochen muss also die Topologie der Druckluftkreise dem im Mehrkreisschutzventil realisierten Schutzkonzept entsprechen. Dementsprechend ist bei der Fahrzeugmontage oder nach der Durchführung von Reparaturen an dessen elektropneumatischer Anlage der korrekte Anschluss der pneumatischen Komponenten an die Druckluftkreise und der Druckluftkreise an das Mehrkreisschutzventil sicherzustellen.
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Eine fehlerhafte Montage von Verbindungen zwischen Druckluftkreisen und dem Mehrkreisschutzventil wirken sich im Normalbetrieb oftmals nicht aus und werden daher eventuell nicht erkannt. Der Montagefehler kann allerdings bei Ausfall eines Kreises, beispielsweise durch ein Abreißen einer Leitung, die Sicherungsfunktion des Überströmventils schwerwiegend beeinträchtigen oder komplett aufheben. In der Folge davon kann es zum Versagen der Bremse kommen.
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Daher wurden in der Praxis verschiedene Prüfverfahren entwickelt, um die Übereinstimmung der tatsächlichen pneumatischen Verschaltung, also der pneumatischen Topologie, mit dem vorgegebenen pneumatischen Schaltplan zu verifizieren.
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Eines dieser Verfahren wird nachfolgend kurz beschrieben. Hierbei werden Prüfschläuche mit darin -integrierten Manometern an die im pneumatischen System des Nutzfahrzeuges vorhandenen Prüfanschlüsse, welche sich hinter den pneumatischen Ausgängen des Vierkreisschutzventils befinden, angeschlossen. Über diese Prüfschläuche werden die einzelnen Druckluftkreise unterhalb des jeweiligen Schließdrucks eines Druckluftkreises gezielt befüllt und entleert. Durch die Auswertung der Druckverhältnisse kann eine richtige Kreiszuordnung und der korrekte Anschluss der pneumatischen Komponenten geprüft werden. Zwar kann das Befüllen, Entleeren und die Auswertung der Druckverhältnisse automatisiert über eine Bremskreisprüfanlage erfolgen. Wegen der Einzelheiten wird hierzu auf die Druckschrift
DE 10 2017 000 818 A1 Bezug genommen. Unbeachtlich dieser Rationalisierung bleibt die Erfordernis bestehen, je nach Fahrzeugausstattung bis zu zehn Prüfschläuche an den Prüfanschlüssen hinter dem Vierkreisschutzventil des Nutzfahrzeugs manuell zu montieren und zu entfernen. Neben einem hohen Aufwand für die manuellen Tätigkeiten besteht auch die Gefahr, dass die Prüfschläuche nicht in der vorgesehenen Weise angeschlossen werden und die nachfolgende Prüfung dadurch ein falsches Ergebnis liefert. Zudem ist diese Art der Prüfung bedingt durch das mehrfache Füllen und Leeren der einzelnen Druckluftkreise sehr zeitaufwändig. Vor diesem Hintergrund kann ein Bedarf nach einer weiteren Rationalisierung des Prüfverfahrens gesehen werden, mit der insbesondere der Aufwand für die Montage der Prüfschläuche reduziert wird. Das Prüfverfahren kann in Ausgestaltungen die vorhandenen Sensoren und Aktuatoren des zu prüfenden Systems nutzen. Das kann in bestimmten Anwendungen erlauben, den Aufwand für die Bereitstellung der Prüfgeräte zu verringern.
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Lösungsprinzipien und grundlegende erzielbare Fortschritte
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Unter einem ersten Aspekt stellt das in Anspruch 1 definierte Prüfverfahren der Fachwelt eine grundlegende Lösung für den erwähnten Bedarf zur Verfügung. Ausgestaltungen und Weiterbildungen davon sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Unter einem zweiten Aspekt stellt die in Anspruch 6 definierte Prüfvorrichtung der Fachwelt eine grundlegende Lösung für den erwähnten Bedarf zur Verfügung. Wiederum sind zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die vorangehend aufgezeigten Lösungsprinzipien werden nachfolgend anhand einer exemplarischen Ausführungsform erläutert, wobei auf die angefügten Zeichnungen Bezug genommen wird. Darin zeigen:
- 1 eine schematische Illustration eines Zusammenbaus einer Prüfvorrichtung gemäß einigen vorangehend aufgezeigten Lösungsprinzipien mit einer exemplarischen pneumatisch-mechatronischen -Anlage;
- 2 eine schematische Illustration eines exemplarischen Ausführungsplans eines Prüfverfahrens gemäß einigen vorangehend aufgezeigten Lösungsprinzipien; und
- 3 eine schematische Illustration des Druckverlaufs für eine besondere Ausgestaltung eines Prüfverfahrens gemäß eines vorangehend aufgezeigten Lösungsprinzips;
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Exemplarische Ausführungsform
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1 zeigt eine Situation, in der eine exemplarische elektro-pneumatische Anlage 1 mit einer Prüfvorrichtung 2 verbunden ist. Die exemplarisch dargestellte elektro-pneumatische Anlage 1 kann als eine reduzierte Situation einer Mehrkreisbremsanlage verstanden werden, die lediglich zwei Druckluftkreise und eine beschränkte Auswahl von mechatronischen und pneumatischen Funktionselementen enthält.
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Die exemplarische pneumatisch-mechatronische Anlage 1 umfasst eine pneumatische Schaltung mit einem ersten und einem zweiten Druckluftkreis A bzw. B. Der erste und der zweite Druckluftkreis A, B sind über ein Mehrkreisschutzventil 4 mit einem Kompressor 5 verbunden. Der Kompressor 5 ist dazu eingerichtet, die Druckluftkreise A, B während des Normalbetriebs der pneumatisch-mechatronischen Anlage 1 mit Druckluft zu versorgen.
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Das Mehrkreisschutzventil 4 umfasst ein Rückschlagventil 7 sowie ein erstes Überströmventil 8 und ein zweites Überströmventil 9. Das Rückschlagventil 7 ist dazu eingerichtet, Druckluft lediglich vom Kompressor 5 in die Druckluftkreise A bzw. B hinüber treten zu lassen, eine Rückströmung jedoch zu unterbinden. Die Überströmventile 8 und 9 sind beide exemplarisch gleichermaßen dazu eingerichtet, den jeweils dahinter, in der Zeichnung rechts verlaufend, liegenden pneumatischen Strang A bzw. B zu isolieren, falls der vor dem betreffenden Überströmventil 8 bzw. 9 liegende Druck unter einen vorgegebenen Mindestdruck abfällt.
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Ferner umfasst die exemplarische pneumatisch-mechatronische Anlage 1 pneumatisch-mechatronische Funktionselemente, nämlich einen exemplarischen steuerbaren Druckluftverbraucher 14 und zwei exemplarische Drucksensoren 13, 15, sowie optional einen Druckluftspeicher 12. Der exemplarisch steuerbare Druckluftverbraucher 14 kann als eine Verallgemeinerung eines elektrisch steuerbaren pneumatischen Aktuators oder eines anderweitig steuerbaren Organs angesehen werden, dessen Betrieb mit einem betriebszustandsabhängigen Verbrauch von Druckluft einhergeht. In einer elektropneumatischen Anlage eines Nutzfahrzeugs kann der steuerbare Druckluftverbraucher 14 beispielsweise ein Bremsaktuator oder ein Schaltaktuator am Getriebe sein.
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Schließlich umfasst die exemplarische pneumatisch-mechatronische Anlage 1 ein Steuergerät 3. Das Steuergerät 3 ist exemplarisch über elektrische Leitungen mit drei ausgewählten pneumatisch-mechatronischen Funktionselementen 13, 14,15 verbunden. In der exemplarischen Situation ist das Steuergerät 3 über eine erste elektrische Leitung mit dem Drucksensor 13 und dem Druckluftverbraucher 14 des Druckluftkreises A verbunden.
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In der exemplarischen Situation ist die erste elektrische Leitung eine Busleitung, die eine Kommunikation mit mehreren pneumatisch-mechatronischen Funktionselementen erlaubt. In der exemplarischen Situation ist das Steuergerät 3 ferner über eine zweite elektrische Leitung mit dem Drucksensor 15 des Druckluftkreises B verbunden. Auch diese Leitung kann eine Busleitung sein.
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Über die erste und zweite elektrische Leitung kann Steuergerät 3 in der exemplarischen Situation mit den Drucksensoren 13, 15 der Druckluftkreise A, B elektrische Signale austauschen. Insbesondere kann das Steuergerät 3 von jedem der Drucksensoren 13, 15 ein Zustandssignal empfangen, in dem ein Zustand des Drucksensors 13 bzw. 15 codiert ist. Dieser Zustand umfasst in der exemplarischen Situation den am betreffenden Drucksensor 13, 15 anliegenden pneumatischen Druck. In weiteren Ausgestaltungen kann der Zustand auch andere Eigenschaften des Drucksensors 13, 15 beschreiben, wie bspw. die Temperatur oder einen Fehlerzustand. Darauf soll hier allerdings nicht abgehoben werden.
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Über die erste elektrische Leitung kann Steuergerät 3 in der exemplarischen Situation ferner mit dem Druckluftverbraucher 14 des Druckluftkreises A elektrische Signale austauschen. Insbesondere kann das Steuergerät 3 in der exemplarischen Situation den Druckluftverbraucher 14 durch die elektrischen Signale ansteuern. Vorliegend soll die Ansteuerung als den Verbrauchszustand betreffend verstanden werden. Beispielsweise kann der Druckluftverbraucher 14 ein Bremsaktuator sein, der eine steuerbare Betätigungskraft auf ein mechanisches Anschlussglied abgibt. In diesem Beispiel kann die Ansteuerung den Verbrauch des Bremsaktuators dadurch beeinflussen, dass die steuerbare Betätigungskraft so verändert wird, dass sich dabei ein Luftverbrauch ergibt.
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2 zeigt einen Ablaufplan für ein exemplarisches Prüfverfahren, das mit dem Zusammenbau gemäß 1 durchführbar ist. Insbesondere können die illustrierten Schritte 19-23 exemplarisch durch die Rechnereinheit 17 der Prüfvorrichtung 2 gesteuert werden. Dazu kann die Rechnereinheit 17 über eine Datenleitung mit dem Steuergerät 3 verbunden sein. Ferner kann die Rechnereinheit 17 mit der Fremdluftversorgungseinrichtung 18 verbunden sein.
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In einem ersten Schritt 19 wird die elektro-pneumatische Anlage 1 mit Druckluft beaufschlagt. Dies kann entweder über einen Kompressor 5, welcher Teil der elektro-pneumatischen Anlage ist, oder eine Fremdluftversorgungseinrichtung 18 die an einem Anschluss 6 des elektropneumatischen Systems 1 angeschlossen ist, erfolgen. In der exemplarischen Situation der 1 wird die Rechnereinrichtung 17 der Prüfvorrichtung 2 die integrierte Fremdluftversorgungseinrichtung 18 entsprechend ansteuern.
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In einem zweiten Schritt 20 erfasst zunächst das Steuergerät 3 verschiedene Zustände in der elektropneumatischen Anlage 1. Darunter ist vorliegend auch der Zustand eines oder mehrerer Drucksensoren 13, 15. Weitere Zustände können bei Bedarf zusätzlich erfasst werden in Druckschaltern oder externen Drucksensoren, welche über Prüfanschlüsse am pneumatischen System angebunden sind. Das Steuergerät 3 überträgt hier beispielhaft den erfassten Zustand des Drucksensors 13 im ersten Druckluftkreis 10 an die Rechnereinrichtung 17 der Prüfvorrichtung 2. Die Prüfvorrichtung 2 vergleicht den empfangenen Zustand mit einem Sollwert und beendet bei dessen Erreichen das Befüllen, in der exemplarischen Situation durch eine entsprechende Ansteuerung der Fremdluftversorgungseinrichtung 18.
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In einem dritten Schritt 21 empfängt das Steuergerät 3 der elektro-pneumatischen Anlage 1 von der Prüfvorrichtung 2 ein Testsignal. Das Steuergerät 3 ist exemplarisch dazu eingerichtet, aufgrund des eingehenden Testsignals den Druckluftverbraucher 14 anzusteuern. Das bewirkt einen gezielten Druckluftverbrauch und führt zu Druckänderungen in der elektro-pneumatischen Anlage 1.
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In einem vierten Schritt 22 liest die Prüfvorrichtung 2 die Systemzustände der elektropneumatischen Anlage 1 erneut mittels des Steuergeräts 3 aus. Bedingt durch die Kreistrennung in verschiedene Druckluftkreise 10, 11 mit Hilfe des ersten und zweiten Überströmventils 8, 9, müssen sich durch den Druckluftverbrauch in Schritt 21 bei korrekt montierter Topologie des elektro-pneumatischen Systems bestimmte Systemzustände, wiedergegeben zum Beispiel durch die Werte des Drucksensors 15 einstellen.
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In einem fünften Schritt 23 werden die in den Schritten 20 und 22 ermittelten Zustände des Drucksensors 15 auf eine ausreichend exakte Korrelation mit dem durch den Druckluftverbraucher 14 hervorgerufenen Druckluftverbrauch überprüft. Bei ausreichend deutlicher Korrelation wird exemplarisch ein Verifizierungssignal durch die Rechnereinheit 1 ausgegeben.
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Dieses Verifizierungssignal bedeutet das Nichtvorliegen von Hinweisen auf einen eventuellen Montage- oder Funktionsfehler. Weicht die Korrelation von dem vorgegebenen Toleranzbereich ab, wird kein Verifizierungssignal ausgegeben und die elektro-pneumatische Anlage 1 muss als möglicherweise fehlerhaft weiteren Überprüfungen unterzogen werden.
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3 zeigt ein Diagramm mit Verlaufskurven von Druckwerten, die sich in der Durchführung des Prüfverfahrens gemäß 2 und einer Ausgestaltung davon ergeben können.
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Vor der Betätigung des Druckluftverbrauchers 14 liegt in beiden Druckluftkreisen 10, 11 der volle Fülldruck an. Durch das Ansteuern des Druckluftverbrauchers 14 ergibt sich ein Verbrauch. Da oberhalb des Schaltdrucks der Überströmventile 8, 9 die Druckluftkreise 10 und 11 verbunden sind, sinken die an den Drucksensoren 13, 15 herrschenden Drücke in beiden Druckluftkreisen A, B gleichmäßig. In dieser Phase ist unter anderem eine Eichung oder ein Abgleich der Drucksensoren 13, 15 zusätzlich möglich.
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Im Diagramm der 3 ist in der Kurve B1 schematisch der Druckverlauf im zweiten Druckluftkreis 11 verdeutlicht. Bis zum Erreichen des Schließdruckes des zweiten Überströmventils 9 sinkt dort der Druck. Danach bleibt der Druck im zweiten Druckluftkreis 11 auch bei weiterer Ansteuerung des Druckluftverbrauchers 14 in der idealisierten Darstellung konstant. In der Praxis kann sich der Druck im Rahmen von Toleranzen geringfügig verändern.
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Demgegenüber sinkt gemäß der Kurve A1 der Druck im ersten Druckluftkreis 10 auch nach dem Erreichen des Schließdruckes der Überströmventile 8, 9 bei fortgesetzter Ansteuerung des Druckluftverbrauchers 14 weiter. Vorliegend ist vereinfachend unterstellt, dass das erste und zweite Überströmventil 8, 9 auf denselben Schaltdruck eingestellt sind. Somit darf erwartet werden, dass die stromabwärts des jeweiligen Überströmventils 8, 9 liegenden Abschnitte des ersten bzw. zweiten Druckluftkreises 10 bzw. 11 nach Unterschreiten des gemeinsamen Schaltdrucks zu isolierten Volumen innerhalb der elektro-pneumatischen Anlage 1 werden.
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Der Vergleich der Druckverläufe B, A1 verifiziert als ersten topologischen Aspekt der unterliegenden elektrischen und pneumatischen Schaltung, dass die Drucksensoren 13, 15 tatsächlich in unterschiedlichen Druckluftkreisen liegen. Insoweit gibt das Diagramm keinen Hinweis auf einen Montagefehler an den elektrischen und pneumatischen Verbindungen.
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Der Vergleich der Druckverläufe B, A1 zeigt als zweiten topologischen Aspekt der unterliegenden elektrischen und pneumatischen Schaltung, dass der Druckluftverbraucher 14 nach dem Schließen des ersten Überströmventils 8 im selben isolierten Volumen liegt, wie der Drucksensor 13. Auch insoweit gibt das Diagramm keinen Hinweis auf einen Montagefehler. Ferner zeigen die Druckverläufe B, A1 die korrekte Funktion der Überströmventile 8, 9 und somit den korrekten Anschluß der Druckluftkreise 10 und 11 an das Vierkreisschutzventil 4.
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Zusätzlich kann als weiterer Aspekt das Vorhandensein und/oder der richtige Anschluss eines spezifikationsgemäßen Druckluftspeichers 12 im ersten Druckluftkreis 10 verifiziert werden. Die Verifizierung beruht darauf, dass der Verbrauch des Druckluftverbrauchers 14 bekannt oder als spezifikationsgemäß unterstellt wird. Durch eine gegebenenfalls wiederholte Betätigung des Druckluftverbrauchers 14, die im Diagramm nach rechts aufgetragen ist, kann der Druck p in der Anlage zunächst bis zum Grenzdruck pc des ersten Überströmventils 8 im selben Druckluftkreis 10 abgesenkt werden.
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In der exemplarischen Situation sinkt der Druck bereits nach zwei Betätigungen unter den Grenzdruck pc des Überströmventils 8 ab. In der Praxis kann dieser Wert typisch größer sein. Nach dem Schließen des Überströmventils 8 ist der erste Druckluftkreis 10 ein isoliertes Volumen, das ohne Wechselwirkung mit dem Rest der elektro-pneumatischen Anlage untersucht werden kann. Dazu werden weitere Betätigungen des Druckluftverbrauchers 14 initiiert, in der exemplarischen Situation die dritte, vierte und fünfte Betätigung. Die sich daraus ergebenden Druckabfälle haben aus naheliegenden Gründen eine starke Abhängigkeit vom Volumen des ersten Druckluftkreises 10. Zu diesem Volumen soll der Druckluftspeicher 12 spezifikationsgemäß einen wesentlichen Teil beitragen. Nur für dieses spezifizierte Volumen des ersten Druckluftkreises 10 und für den spezifizierten Druckluftverbrauch des Druckluftverbrauchers 14 wird sich der erwartete Druckabfall A1 einstellen.
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In einer beispielhaften Situation, in der der Druckluftspeicher 12 nicht vorhanden oder falsch montiert ist, wird der Druck mit jeder Betätigung deutlicher als spezifikationsgemäß abfallen, wie dies in der Kurve A2 verdeutlicht ist. In einer einfachen Auslegung darf die korrekte Funktion des Druckluftspeichers 12 als verifiziert gelten, wenn innerhalb von Toleranzen der Druckverlauf A1 beobachtbar ist. Messwerte auf der Kurve A2 geben hingegen Hinweise auf eine insoweit eventuell vorliegende Abweichung in der Anlage.
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In elektro-pneumatischen Anlagen von Kraftfahrzeugen können mehr als zwei Druckluftkreise zentral versorgt und über zugeordnete Überströmventile geschützt sein. Oftmals werden in solchen Situationen die Schaltdrücke der Überströmventile nicht durchweg identisch sein, um den Mindestfunktionsdruck und/oder die Reihenfolge des technischen Vorrangs bestimmter Druckluftkreise zu berücksichtigen.
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In Ausgestaltungen der erläuterten Verfahren kann dieser Umstand zu einer differentiellen Diagnose der Druckluftkreise genutzt werden. Beispielsweise kann das Verhalten der Anlage in einem Druckbereich untersucht werden, der die Schaltdrücke von mehreren, unterschiedlich schaltenden Überströmventilen überstreicht. Dabei ergeben sich Messwerte für geschachtelte Teilvolumen der Anlage, die beispielsweise mit denen aus einer Referenzmessung an einer als spezifikationsgemäß aufgebaut geltenden Referenzanlage verglichen werden können. Durch die mit abnehmendem Luftdruck sukzessiv fortschreitende Isolation von Druckluftkreisen kann eine Eingrenzung der Ursache bei der Suche nach Abweichungen in der geprüften Anlage erleichtert werden.
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Liste der Bezugszeichen
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- 1
- Elektro-pneumatische Anlage
- 2
- Prüfvorrichtung
- 3
- Steuergerät
- 4
- Mehrkreisschutzventil
- 5
- Kompressor
- 6
- Anschluss für Fremdluftzufuhr
- 7
- Rückschlagventil
- 8
- Erstes Überströmventil
- 9
- Zweites Überströmventil
- 10
- Erster Druckluftkreis A
- 11
- Zweiter Druckluftkreis B
- 12
- Druckluftspeicher
- 13
- Erster Drucksensor
- 14
- Druckluftverbraucher
- 15
- Zweiter Drucksensor
- 17
- Rechnereinrichtung
- 18
- Fremdluftversorgungseinrichtung
- 19-23
- Verfahrensschritte
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 80107581 A [0003]
- DE 102017000818 A1 [0007]
