DE19812234C2 - Luftfederungsanlage für Fahrzeuge - Google Patents

Luftfederungsanlage für Fahrzeuge

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DE19812234C2 DE19812234A DE19812234A DE19812234C2 DE 19812234 C2 DE19812234 C2 DE 19812234C2 DE 19812234 A DE19812234 A DE 19812234A DE 19812234 A DE19812234 A DE 19812234A DE 19812234 C2 DE19812234 C2 DE 19812234C2
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Description

Die Erfindung betrifft eine Luftfederungsanlage für Fahrzeu­ ge, insbesondere Kraftfahrzeuge, mit den Merkmalen des Ober­ begriffes des Anspruches 1. Eine derartige Luftfederungsanla­ ge ist beispielsweise aus der DE 196 21 946 C1 bekannt.
Luftfederungsanlagen für Kraftfahrzeuge, wie z. B. Lastkraft­ wagen und deren Anhänger sowie Omnibusse, sind grundsätzlich bekannt und werden serienmäßig eingesetzt. Sie dienen der Fe­ derung des Fahrzeuges und werden außerdem zur Niveauregulie­ rung des Fahrzeuges verwendet. Bei manchen Ausführungsformen von derartigen Luftfederungsanlagen ist druckseitig des Kom­ pressors ein pneumatischer Druckspeicher vorgesehen, der vom Kompressor ständig auf einem Ladedruck gehalten wird, der deutlich oberhalb der Betriebsdrücke der Luftfederelemente bzw. Luftfederbälge liegt. Bei einer solchen Luftfederungsan­ lage arbeitet der Kompressor in der Regel nur dann, wenn der Druckspeicher nachgeladen werden muß, wobei die Leistung des Kompressors unterhalb einer bei einer Bedarfsspitze der Luft­ federungsanlage liegenden Spitzenleistung liegen kann, weil durch den Druckspeicher immer ein hinreichender Druckvorrat sichergestellt wird.
Bei der Verwendung von elektrisch angetriebenen Kompressoren besteht die Problematik, daß sich der Kompressor während des Betriebes stark erwärmt, was bei einem länger anhaltenden Be­ trieb zu einer Überlastung und Beschädigung des Kompressors und somit zu einem Ausfall der Luftfederungsanlage führen kann. Um eine derartige Überlastung des Kompressors zu ver­ hindern, wird für jeden Kompressortyp eine vorbestimmte maxi­ male Einschaltdauer vorgegeben, deren Einhaltung von einem elektronischen Steuergerät der Luftfederungsanlage überwacht wird.
Beim Kompressorbetrieb wird dabei eine relative Einschaltdau­ er von einer absoluten Einschaltdauer unterschieden. Die re­ lative Einschaltdauer gibt den Anteil einer Einschaltzeit an einer Betriebsperiode an, wobei sich diese Betriebsperiode aus der Einschaltzeit und einer Ausschaltzeit zusammensetzt, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einschaltzeiten ein­ gehalten werden muß. Beispielsweise bedeutet eine relative Einschaltdauer EDrel von 20%, daß auf eine Einschaltzeit von z. B. 10 Sekunden erst eine Ausschaltzeit von 40 Sekunden fol­ gen muß, bevor der Kompressor erneut eingeschaltet werden darf. Im vorgenannten Beispiel ergibt sich die Betriebsperio­ de als Summe der Einschaltzeit (10 Sekunden) und Ausschalt­ zeit (40 Sekunden) zu 50 Sekunden.
Im Unterschied dazu bestimmt die absolute Einschaltdauer die maximale Einschaltzeit, die der Kompressor ohne Unterbrechung (Ausschaltzeit) maximal in Betrieb sein darf.
Aus der DE 43 33 591 A1 ist ein Steuergerät zum bedarfsge­ rechten Ein- und Ausschalten eines elektrisch angetriebenen Luftkompressors bekannt, das die thermische Belastung des Luftkompressors entsprechend einer Belastungskennlinie durch das Verhältnis von Einschaltzeit zur Summe von Einschaltzeit und Ausschaltzeit bestimmt. Beim bekannten Steuergerät werden zur Bestimmung der für die thermischen Belastung relevanten Gesamteinschaltzeit Differenzwerte summiert, die aus den Ein­ zel-Einschaltzeiten abzüglich der den jeweils nachfolgenden Ausschaltzeiten gemäß der Belastungskennlinie entsprechenden Einschaltzeitäquivalente gebildet sind. Wenn dann die rele­ vante Gesamteinschaltzeit einen vorgegebenen Grenzwert über­ schreitet, bewirkt das Steuergerät für eine vorgebbare Zeit ein Abschalten des Kompressors, um diesen vor Überlastung und ggf. Zerstörung zu schützen.
Die Geschwindigkeit, mit der sich der Kompressor während sei­ nes Betriebes erhitzt, hängt von verschiedenen Randbedingun­ gen ab, wie z. B. Einbaulage des Kompressors am Fahrzeug, Lufttemperatur, Geschwindigkeit einer den Kompressor beauf­ schlagenden Luftströmung. Die aus diesen Randbedingungen re­ sultierenden Betriebsbedingungen für den Kompressor können dabei die Erwärmung des Kompressors verzögern oder beschleu­ nigen.
Die im Steuergerät bekannter Luftfederungsanlagen voreinge­ stellten Werte für die relative Einschaltdauer und die abso­ lute Einschaltdauer sind dabei auf ungünstige Betriebsbedin­ gungen für den Kompressor ausgelegt, um zu kurze Ausschalt­ zeiten und somit eine Überhitzung des Kompressor-Aggregates während ungünstiger Betriebsbedingungen zu vermeiden. Bei dieser Auslegung mit relativ langen Ausschaltzeiten kann je­ doch die Leistungsfähigkeit des Kompressors während der Mehr­ zahl aller Betriebszustände, d. h. wenn normale oder sogar günstige Betriebsbedingungen herrschen, nicht oder nur ge­ ringfügig ausgenutzt wird, wodurch folglich auch die Lei­ stungsfähigkeit der Luftfederungsanlage nicht voll ausgenutzt werden kann.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, die Leistungsfähigkeit einer Luftfederungsanlage der eingangs genannten Art mit Hilfe einfacher technischer Maßnahmen zu verbessern.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch eine Luftfederungs­ anlage mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Ein­ chaltdauer (relativ bzw. absolut) des Kompressor variabel zu gestalten, wobei die jeweils aktuelle Einschaltdauer an die aktuell für den Kompressor herrschenden Betriebsbedingungen angepaßt ist. Als Parameter, in dessen Abhängigkeit die Ein­ schaltdauer des Kompressors variiert wird, dienen hierbei die Wärmeübertragungsbedingungen, die zwischen dem Kompressor und der diesen umgebenden Luft herrschen.
Die zwischen dem Kompressor und der diesen umgebenden Luft herrschenden Wärmeübertragungsbedingungen können in hohem Ma­ ße von der Lufttemperatur und der Luftströmungsgeschwindig­ keit abhängen, die in Kompressorumgebung herrschen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftfede­ rungsanlage kann daher das Steuergerät die Einschaltdauer des Kompressors in Abhängigkeit der in Kompressorumgebung herr­ schenden Lufttemperatur und Luftströmungsgeschwindigkeit va­ riieren. Vorzugsweise soll sich die Einschaltdauer zum einen verkürzen, wenn die Lufttemperatur zunimmt und/oder die Luft­ strömungsgeschwindigkeit abnimmt, und sich andererseits verlängern, wenn die Lufttemperatur abnimmt und/oder die Luft­ strömungsgeschwindkeit zunimmt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Luftfederunganlage kann das Steuergerät die in Kompressorum­ gebung herrschende Lufttemperatur anhand der aktuellen Fahr­ zeugaußenlufttemperatur und/oder der aktuellen Fahrzeugmotor­ ansauglufttemperatur bestimmen. Diese Temperaturen werden vorzugsweise durch eine geeignete Sensorik detektiert, wobei damit korrelierende Signalwerte generiert werden, die das Steuergerät zur Bestimmung der Lufttemperatur in Kompressor­ nähe verarbeitet. Demnach wird die Lufttemperatur in Kompres­ sorumgebung nicht direkt in dieser Kompressorumgebung gemes­ sen, sondern indirekt mit Hilfe einer entsprechenden Modell­ betrachtung anhand der Fahrzeugaußenlufttemperatur bzw. der Fahrzeugmotoransauglufttemperatur ermittelt. Auf diese Weise kann insbesondere auf eine bereits am Fahrzeug vorhandene Sensorik zurückgegriffen werden, mit der die genannten Tempe­ raturen ohnehin bestimmt werden. Vorzugsweise arbeitet das Steuergerät mit einer bereits am Fahrzeug vorhandenen elek­ tronischen Motorsteuerung zusammen oder ist in diese inte­ griert, so daß beispielsweise die entsprechenden Signallei­ tungen der Sensorik gleichfalls mitbenutzt werden können und lediglich die bereits in der Motorsteuerung vorliegenden Wer­ te für die vorgenannten Temperaturen entsprechend verarbeitet werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform nach der Erfindung kann das Steuergerät die in Kompressorumgebung herrschende Luftströmungsgeschwindigkeit anhand der aktuellen Fahrzeugge­ schwindigkeit bestimmen, wobei vorzugsweise wiederum auf eine bereits am Fahrzeug vorhandene Sensorik und Motorsteuerung zurückgegriffen werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Luftfederungsanlage ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung.
Fig. 1 zeigt eine Teildarstellung einer Luftfederungsanlage in Form eines Blockschaltbildes.
Eine nicht näher dargestellte Luftfederungsanlage besitzt ei­ nen Kompressor 1, der durch einen Elektromotor 2 angetrieben wird. Dieser Motor 2 wird automatisch, parameterabhängig durch ein vorzugsweise rechnergestütztes Steuergerät 3 ein- bzw. ausgeschaltet, das auch die Stellorgane von nicht näher dargestellten Ventilen 4 der Luftfederungsanlage betätigt.
Eingangsseitig ist die Steuerschaltung 3 mit Gebern 5 verbun­ den, die beispielsweise die Vertikalabstände zwischen einem Fahrzeugaufbau und Fahrzeugrädern und damit das Aufbauniveau erfassen, so daß das Steuergerät durch einen entsprechenden Soll-Istwert-Vergleich ein gewünschtes Niveau einzustellen bzw. einzuhalten vermag, indem der Elektromotor 2 und damit der Kompressor 1 bedarfsgerecht ein- bzw. ausgeschaltet und die Ventile 4 in entsprechender Weise betätigt werden.
Außerdem ist das Steuergerät 3 eingangsseitig an einen ersten Temperatursensor 6 angeschlossen, mit dem die Fahrzeugaußen­ lufttemperatur TAT detektiert und ein entsprechendes Signal SAT generiert und dem Steuergerät 3 zugeleitet wird. Außerdem ist an das Steuergerät 3 eingangsseitig ein zweiter Temperatur­ sensor 7 angeschlossen, der die Fahrzeugmotoransauglufttempe­ ratur TFT detektiert und einen damit korrelierenden Signalwert SFT generiert und diesen dem Steuergerät 3 zur Verfügung stellt. Des weiteren ist eingangsseitig an das Steuergerät 3 ein Signalgeber 8 angeschlossen, der einen mit der Fahrzeug­ geschwindigkeit GFG korrelierenden Signalwert SFG generiert und an das Steuergerät 3 weitergibt.
Anhand bestimmter Denkmodelle besteht nun die Möglichkeit, daß das Steuergerät 3 aus den ihm zur Verfügung gestellten Signalwerten SAT und SFT, die mit der Fahrzeugaußentemperatur TAT bzw. mit der Fahrzeugmotoransauglufttemperatur TFT korre­ lieren, einen Signalwert SLT zu berechnen, der mit der Luft­ temperatur TLT in Kompressornähe korreliert. Ebenso kann mit entsprechenden Denkmodellen aus dem mit der Fahrzeuggeschwin­ digkeit GFG korrelierenden Signalwert FFG ein Signalwert SLG errechnet werden, der mit der Luftströmungsgeschwindigkeit GLG in Kompressorumgebung korreliert. Derartigen Denkmodellen können beispielsweise lineare Zusammenhänge zugrundeliegen. Der Einfluß der (Fahrzeug) Außenlufttemperatur TAT auf die Lufttemperatur TLT in Kompressornähe kann beispielsweise etwa wie folgt dargestellt werden:
EFAT = KAT - TAT.SAT,
wobei:
EFAT = Einflußfaktor der Außenlufttemperatur,
KAT = Konstante der Geradengleichung für den Einfluß der Außenlufttemperatur,
TAT = Außenlufttemperatur und
SAT = Steigung der Geradengleichung für den Einfluß der Außenlufttemperatur.
Bei einem bestimmten Fahrzeugtyp und einem bestimmten Kom­ pressortyp hat sich ein Wert für die Konstante KAT = 1,5 und für Steigung SAT = 0,025 bewährt.
Für den Einfluß der Fahrzeugmotoransauglufttemperatur TFT auf die Lufttemperatur TLT in Kompressorumgebung gilt beispiels­ weise etwa folgender Zusammenhang:
EFFT = KFT - TFT.SFT,
wobei:
EFFT = Einflußfaktor der Fahrzeugmotoansauglufttemperatur,
KFT = Konstante der Geradengleichung für den Einfluß der Fahrzeugmotoransauglufttemperatur,
TFT = Fahrzeugmotoransauglufttemperatur und
SFT = Steigung der Geradengleichung für den Einfluß der Fahrzeugmotoransauglufttemperatur.
Für vorgenannten Fahrzeug-Typ und Kompressor-Typ haben sich für die Konstante und die Steigung der Gleichung für den Ein­ fluß der Fahrzeugmotoransaugtemperatur folgende Werte be­ währt: KFT = 1,75 und SFT = 0,0125.
Schließlich wird zur Berücksichtigung des Einflusses der Fahrzeuggeschwindigkeit GFG auf die Luftströmungsgeschwindig­ keit GLG etwa folgende Gleichung zugrundegelegt:
EFFG = KFG + GFG.SFG,
wobei:
EFFG = Einflußfaktor der Fahrgeschwindigkeit,
KFG = Konstante der Geradengleichung für den Einfluß der Fahrzeuggeschwindigkeit,
GFG = Fahrzeuggeschwindigkeit und
SFG = Steigung der Geradengleichung für den Einfluß der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Die für vorgenannten Kompressor-Typ und Fahrzeug-Typ bevor­ zugten Werte für die Geradensteigung und die Geradenkonstante lauten wie folgt: KFG = 0,5 und SFG = 0,01.
Die relative bzw. absolute Einschaltdauer ED wird vom Steuer­ gerät 3 nun in Analogie zu folgender Gleichung ermittelt:
wobei:
ED = berechnete Einschaltdauer,
EDBasis = Basis-Einschaltdauer bei vorbestimmten Betriebspara­ metern des Fahrzeuges,
EFAT = Einflußfaktor der Außenlufttemperatur TAT,
EFFT = Einflußfaktor der Fahrzeugmotoransauglufttemperatur TFT,
EFFG = Einflußfaktor der Fahrzeuggeschwindigkeit GFA,
aAT = Gewichtungsfaktor für den Einfluß der Außenlufttempe­ ratur TAT,
aFT = Gewichtungsfaktor für den Einfluß der Fahrzeugmotor­ ansauglufttemperatur TFT und
aFG = Gewichtungsfaktor für den Einfluß der Fahrzeugge­ schwindigkeit GFG.
Als Referenz- oder Ausgangsbetriebsparameter des Fahrzeuges bzw. als Umgebungsbedingungen des Kompressorbetriebes, bei denen die Basis-Einschaltdauer EDBasis festgelegt wird, kommen beispielsweise folgende Werte in Frage: GFG = 50 km/h bei TAT = 20°C und TFT = 60°C.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Luftfederungs­ anlage ist darin zu sehen, daß die Anpassung der Einschalt­ dauer (relativ bzw. absolut) des Kompressors 1 an die jeweils in Kompressorumgebung herrschenden Betriebsbedingungen, das sind - wie gezeigt - vorzugsweise die Lufttemperatur und die Luftströmungsgeschwindigkeit in Kompressornähe, anhand der Daten bzw. Signalwerte einer ohnehin am Fahrzeug bereits vor­ handenen Sensorik verwendet werden können. Außerdem kann das für die Verarbeitung dieser Signalwerte und zur Ausgabe der entsprechenden Einschaltdauer ED verwendete Steuergerät 3 in eine bereits am Fahrzeug vorhandene elektronische, rechnerge­ stützte Motorsteuerung integriert werden. Somit läßt sich die erfindungsgemäß ausgestaltete Luftfederunganlage preiswert und ohne Montageaufwand in Fahrzeugen implementieren, die be­ reits mit einer herkömmlichen Luftfederungsanlage ausgestat­ tet sind. Die erfindungsgemäße Luftfederungsanlage kann somit in besonders einfacher Weise nachgerüstet werden.

Claims (11)

1. Luftfederungsanlage für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahr­ zeuge, mit einem von einem Steuergerät bedarfsabhängig ein- und ausschaltbaren Kompressor, der bei Normalbetrieb der Luftfederungsanlage nur intermittierend, mit vorbestimmter Einschaltdauer zu arbeiten braucht, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (3) die Einschaltdauer (ED) des Kompres­ sors (1) in Abhängigkeit von Parametern variiert, von denen die zwischen dem Kompressor (1) und der diesen umgebenden Luft herrschenden Wärmeübertragungsbedingungen abhängen.
2. Luftfederungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Parameter, von denen die Wärmeübertragungsbedingungen abhängen, die Lufttemperatur (TLT) und die Luftströmungsge­ schwindigkeit (GLG) dienen, die in der Kompressorumgebung herrschen.
3. Luftfederungsanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Einschaltdauer (ED) des Kompressors (1) von der in der Kompressorumgebung herrschenden Lufttempe­ ratur (TLT) und Luftströmungsgeschwindigkeit (GLG) derart ge­ wählt ist, daß sich die Einschaltdauer (ED) verkürzt, wenn die Lufttemperatur (TLT) zunimmt und/oder die Luftströmungsgeschwindigkeit (GLG) abnimmt, und sich verlängert, wenn die Lufttemperatur (TLT) abnimmt und/oder die Luftströmungsge­ schwindigkeit (GLG) zunimmt.
4. Luftfederungsanlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (3) die in der Kompressorumgebung herr­ schende Lufttemperatur (TLT) anhand der aktuellen Fahrzeugau­ ßenlufttemperatur (TAT) und/oder der aktuellen Fahrzeugmotor­ ansauglufttemperatur (TFT) bestimmt.
5. Luftfederungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (3) die in der Kompressorumgebung herr­ schende Luftströmungsgeschwindigkeit (GLG) anhand der aktuel­ len Fahrzeuggeschwindigkeit (GFG) bestimmt.
6. Luftfederungsanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einschaltdauer (ED) einem in Analogie zu der Glei­ chung:
berechneten Wert entspricht, wobei:
ED = berechnete Einschaltdauer,
EDBasis = Basis-Einschaltdauer bei vorbestimmten Betriebspara­ metern des Fahrzeuges,
EFAT = Einflußfaktor der Außenlufttemperatur (TAT),
EFFT = Einflußfaktor der Fahrzeugmotoransauglufttemperatur (TFT),
EFFG = Einflußfaktor der Fahrzeuggeschwindigkeit (GFG),
aAT = Gewichtungsfaktor für den Einfluß der Außenlufttempe­ ratur (TAT),
aFT = Gewichtungsfaktor für den Einfluß der Fahrzeugmotor­ ansauglufttemperatur (TFT) und
aFG = Gewichtungsfaktor für den Einfluß der Fahrzeugge­ schwindigkeit (GFG).
7. Luftfederungsanlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der Einflußfaktor für die Außenlufttemperatur (EFAT), der Einflußfaktor für die Fahrzeugmotoransauglufttemperatur (EFFT) und der Einflußfaktor für die Fahrzeuggeschwindigkeit (EFFG) in Analogie zu den Gleichungen:
EFAT = KAT - TAT.SAT,
EFFT = KFT - TFT.SFT,
EFFG = KFG + GFG.SFG
berechneten Werten entsprechen, wobei
TAT = aktuelle (Fahrzeug)Außentemperatur,
TFT = aktuelle Fahrzeugmotoransauglufttemperatur,
GFG = aktuelle Fahrzeuggeschwindigkeit,
K = Konstante der jeweiligen Gleichung und
S = Steigung der jeweiligen Gleichung.
8. Luftfederungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konstanten (K) und die Steigungen (S) der Gleichungen folgende Werte aufweisen:
KAT = 1,5 SAT = 0,025
KFT = 1,75 SFT = 0,0125
KFG = 0,55 SFG = 0,01
9. Luftfederungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltdauer (ED) als absolute Einschaltdauer dient, welche die maximale Einschaltzeit angibt, die der Kom­ pressor (1) ohne Betriebsunterbrechung eingeschaltet sein darf.
10. Luftfederungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einschaltdauer (ED) als relative Einschaltdauer dient, welche den Anteil der Einschaltzeit an einer Betrieb­ speriode angibt, die sich aus Einschaltzeit und aus einer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Einschaltzeiten vorhande­ nen Ausschaltzeit zusammensetzt.
11. Luftfederungsanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (3) der Luftfederungsanlage in eine elektronische Motorsteuerung für den Fahrzeugmotor integriert ist.
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