DE60025199T2

DE60025199T2 - Fahrzeugbremssysteme

Info

Publication number: DE60025199T2
Application number: DE60025199T
Authority: DE
Inventors: Richard Ian Huddersfield BATES
Original assignee: Wabco Automotive UK Ltd
Current assignee: Wabco Automotive UK Ltd
Priority date: 1999-06-02
Filing date: 2000-06-02
Publication date: 2006-08-24
Anticipated expiration: 2020-06-03
Also published as: EP1183172A1; KR20020021114A; BR0011124B1; US7344201B1; EP1183172B2; DE60025199T3; BR0011124A; JP2003501311A; CN1188309C; WO2000074990A1; CN1353654A; EP1183172B1; ATE314235T1; GB9912681D0; DE60025199D1; KR100589976B1

Description

Diese Erfindung betrifft Kraftfahrzeug-Druckluftbremssysteme, und insbesondere eine elektronische Steuerung des Luftkompressors für den Einsatz bei derartigen Systemen.
Ein typisches Druckluftbremssystem besteht aus einem Kompressor, einem Vorratsbehälter für Druckluft, einem vom Fahrer betätigten Bedarfsventil sowie einer Mehrzahl von Druckluftreglern für die Radbremsen des Fahrzeugs. Das System weist üblicherweise einen Trockner für Kompressor-Auslassluft sowie Steuermittel zum Auskoppeln des Kompressors bei Höchstdruck im Vorratsbehälter und geschlossenem Bedarfsventil auf. Ein Kompressor wird üblicherweise dadurch ausgekoppelt, dass der Auslass vorübergehend auf Atmosphäre gelegt wird, so dass der Kompressor freiläuft. Alternativ kann der Kompressor eine Kupplung aufweisen, die mit seiner Antriebsquelle, üblicherweise dem Fahrzeugmotor, kuppelbar ist.
Kompressoren absorbieren erhebliche Energie, und dementsprechend ist es wünschenswert, die Dauer ihrer Zuschaltung zu minimieren, wobei jedoch gewährleistet sein muss, dass ein ausreichendes Druckluftvolumen zur Bedarfsdeckung zur Verfügung steht. Dies erfolgt auf konventionelle Weise zum Teil durch Minimierung des ungenutzten Volumens auf der Hochdruckseite des Bedarfsventils.
Es gibt Kompressorsteuersysteme, bei denen die Kompressorsteuerung auf einen oder mehrere erfasste(n) Betriebszustand bzw. -zustände des Fahrzeugs anspricht. Diese Steuersysteme arbeiten zwischen voreingestellten oberen und unteren Druckluftbremssystemdrücken.
Es ist daher ein Steuersystem erforderlich, mit dem sich die Zuschaltzeit des Kompressors gemäß zu erwartendem Bedarf und dem Fahrzeugbetriebszustand in Echtzeit besser bestimmen lässt.
Gemäß einer ersten Ausführungsform wird ein elektronisches Steuersystem für den Kompressor eines Fahrzeug-Druckluftbremssystems bereitgestellt, mit einem oder mehreren Eingangswerten, die einen Fahrzeug-Betriebszustand angeben, sowie einem Ausgangswert zur Bestimmung, ob ein Kompressor zugeschaltet oder ausgekoppelt ist, wobei das System ferner Sollmittel zur Echtzeitberechnung eines Solldrucks für einen dem Kompressor nachgeschalteten Vorratsbehälter aufweist, wobei besagter Ausgangswert auf die Sollmittel anspricht, wobei der Solldruck bei gedrosselter Kraftstoffzufuhr höher als bei ungedrosselter Kraftstoffzufuhr ist.
Der Vorteil dieser Erfindung besteht darin, dass sich der Solldruck in Echtzeit auf Fahrzeugbetriebszustände abgestimmt variieren lässt. Zum Beispiel kann der Solldruck bei gedrosselter Kraftstoffzufuhr höher als bei ungedrosselter Kraftstoffzufuhr sein. Der Solldruck kann direkt vom zu erwartenden Bedarf des Fahrzeugbremssystems abhängig sein, oder er kann indirekt mit einem zugehörigen Faktor, beispielsweise der Temperatur der vom Kompressor zugeführten Luft, in Relation stehen.
Eingangswerte des Steuersystems können eine oder mehrere der folgenden Variablen umfassen: Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Drosselklappenöffnung des Fahrzeugs, Luftdruck in einem Vorratsbehälter des Bremssystems, Lufttemperatur am Auslass des Luftkompressors, Trockenheit des Trockenmittels eines dem Kompressor nachgeschalteten Lufttrockners, relative Feuchtigkeit der Umgebungsluft, Trockenheit der Luft hinter dem Lufttrockner etc.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Steuersystem einen ersten Eingangswert, der die Motordrehzahl des Fahrzeugs angibt, einen zweiten Eingangswert, der die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt, einen dritten Eingangswert, der die Drosselklappenöffnung des Fahrzeugs angibt, und einen vierten Eingangswert, der den Luftdruck in einem dem Kompressor nachgeschalteten Vorratsbehälter angibt, wobei der Solldruck bei gedrosselter Kraftstoffzufuhr höher als bei ungedrosselter Kraftstoffzufuhr ist.
Der in dieser Schrift verwendete Begriff „Drossel" bezieht sich auf das Fahrzeuggaspedal oder auf andere zur Steuerung der Kraftstoffzufuhr an den Fahrzeugmotor verwendete Mittel.
Ein derartiges System erfordert einen höheren Solldruck bei gedrosselter Kraftstoffzufuhr, wenn sich das Fahrzeug vermutlich gerade im Leerlauf befindet oder seine Fahrt verlangsamt. Unter solchen Umständen erfolgt die Sperrung der Kraftstoffzufuhr normalerweise dadurch, dass der Fahrer vom Gaspedal geht, und entsprechend die Bewegungsenergie des Fahrzeugs den Motor und somit den Kompressor antreibt. Die Energie zum Antrieb des Kompressors in diesem Modus steht „kostenlos" zur Verfügung, zumindest in dem Sinne, als dass dafür kein Kraftstoff verbrannt wird. Eine weitere Verlangsamung des Fahrzeugs findet infolge der Zuschaltung des Kompressors statt; dies kann sich jedoch dann als nützlich erweisen, wenn der Modus der gedrosselten Kraftstoffzufuhr mit gleichzeitiger bzw. nachfolgender Bremsung einhergeht. Um während des Modus der gedrosselten Kraftstoffzufuhr maximalen Nutzen zu erzielen, kann der Solldruck im Druckluftvorratsbehälter über den normalen Pegel erhöht werden, und infolgedessen lässt sich die Zuschaltzeit des Kompressors während Modi mit ungedrosselter Kraftstoffzufuhr verringern.
Die Erfindung ermöglicht eine geringe, aber bedeutsame Verringerung des Kraftstoffverbrauchs eines Fahrzeugs und erfordert dabei lediglich eine geringfügige Umrüstung bestehender elektronischer Steuersysteme.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform überschreitet der höhere Solldruck den normalen Solldruck um 8–10%. Das System kann auch einen dritten, noch höheren Solldruck aufweisen, um Hochdruckerfordernisse zugehöriger Luftsysteme wie Luftfederung zu erfüllen.
Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der höhere Solldruck während eines Bremsmodus (Modus mit gedrosselter Kraftstoffzufuhr) vorliegt, und wenn es sich dabei um die letzte Bremsung vor dem Ausschalten des Motors handelt, dann verfügt der Vorratsbehälter über eine zusätzliche Luftladung, um ein letztes Absaugen bzw. Entleeren des üblichen Lufttrockners zu erzielen. Dies ist deshalb besonders nützlich, da das Luftdruckbremssystem dadurch am Ende des Arbeitstags in einem trockenen und sauberen Zustand hinterlassen wird. Auch ist das Fahrzeugluftsystem zu Beginn des nächsten Arbeitstags sauber und trocken.
Vorzugsweise ist eine unabhängige Steuerung von Kompressor und Absaug-Ventil vorgesehen. Dadurch wird sichergestellt, dass die den Kompressor und das Absaug-Ventil bzw. den Vorratsbehälter verbindende Luftleitung nicht bei jeder Betätigung des Absaug-Ventils entleert wird. Falls diese Luftleitung entleert wird, wie es bislang der Fall war, ist natürlich klar, dass der Kompressor nach Zuschaltung über eine längere Zeitdauer hinweg betrieben werden muss.
Umgekehrt kann auch der normale Solldruck verringert werden. Ist beispielsweise der Ausstoß vom Kompressor sehr heiß, beispielsweise aufgrund von heißen Umgebungsbedingungen und erheblichem Luftbedarf (und daher erheblicher Zuschaltzeit des Kompressors), dann erreicht die Druckluft möglicherweise die Temperatur, bei der Trockenmittel im üblichen Lufttrockner Schaden nehmen kann. Unter solchen Umständen kann eine Verringerung des normalen Solldrucks erwünscht sein, was die Zuschaltzeit des Kompressor verkürzt und ein Abkühlen des Kompressors ermöglicht.
Das Steuersystem umfasst vorzugsweise eine Prioritätsvergabe, um sicherzustellen, dass niedrigere Solldrücke nicht während Bedingungen auferzwungen werden, für die ein maximales Luftvolumen benötigt wird, zum Beispiel während einer Notbremsung.
Gemäß einer zweiten Ausführungsform wird ein Steuersystem für den Kompressor eines Fahrzeugdruck-Druckluftbremssystems zur Verfügung gestellt, wobei der Kompressor bei einem vorbestimmten Solldruck ausgekoppelt werden kann, wobei das Steuersystem einen Eingangswert hat, der die Drosselklappenstellung des Fahrzeugs angibt, und dazu ausgelegt ist, den Solldruck in Echtzeit bei einer Drosselklappenöffnung von Null zu erhöhen.
Gemäß einer dritten Ausführungsform wird ein Steuersystem für den Kompressor eines Fahrzeug-Druckluftbremssystems zur Verfügung gestellt, mit einem ersten Eingangswert, der die Motordrehzahl des Fahrzeugs angibt, einem zweiten Eingangswert, der die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt, einem dritten Eingangswert, der die Drosselklappenöffnung des Fahrzeugs angibt, einem vierten Eingangswert, der den Luftdruck in einem dem Kompressor nachgeschalteten Vorratsbehälter angibt, sowie einem Ausgangswert zur Bestimmung, ob der Kompressor zugeschaltet oder ausgekoppelt ist, wobei das System ferner Mittel zur Echtzeitberechnung eines Solldrucks für besagten Behälter aufweist, wobei der Solldruck bei gedrosselter Kraftstoffzufuhr höher als bei ungedrosselter Kraftstoffzufuhr ist.
Gemäß einer vierten Ausführungsform wird ein Verfahren zur Steuerung eines Kompressors eines Fahrzeug-Druckluftbremssystems mit folgenden Schritten zur Verfügung gestellt:
Bereitstellen eines Steuersystems für den Kompressor mit einem oder mehreren Eingangswert(en), die einen Fahrzeug-Betriebszustand angeben,
Bereitstellen eines Ausgangswerts vom Steuersystem, um den Kompressor in Abhängigkeit von besagtem Fahrzeug-Betriebszustand entweder zuzuschalten oder auszukoppeln,
Bereitstellen von Sollmitteln zur Berechnung eines Solldrucks für einen dem Kompressor nachgeschalteten Vorratsbehälter, wobei der Ausgangswert des Steuersystems auf die Sollmittel anspricht, und wobei der Solldruck bei gedrosselter Kraftstoffzufuhr höher als bei ungedrosselter Kraftstoffzufuhr ist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfassen besagte Eingangswerte einen ersten Eingangswert, der die Motordrehzahl des Fahrzeugs angibt, einen zweiten Eingangswert, der die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt, einen dritten Eingangswert, der die Drosselklappenöffnung des Fahrzeugs angibt, sowie einen vierten Eingangswert, der den Luftdruck im Vorratsbehälter angibt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform, welche lediglich als Beispiel in der beigefügten Zeichnung dargestellt ist. Diese zeigt typische Solldrücke für einen Kompressor bezogen auf Fahrzeugbetriebszustände.
In der Zeichnung sind auf der X-Achse Fahrzeugbetriebszustände angegeben, wohingegen der Y-Achse der jeweilige Druck zu entnehmen ist. Dabei ist der Solldruck durch den schmalen durchgezogenen Streifen dargestellt. Wie es der Zeichnung zu entnehmen ist, ist der Leerlaufzustand des Kompressors als durchgezogener Strich dargestellt, eine punktierte Linie bezeichnet das Entleeren, und eine gestrichelte Linie stellt das Pumpen des Kompressors dar.
Bei einem typischen Fahrzeug-Druckluftbremssystem wird der Kompressorausgang über ein Rückschlagventil und einen Lufttrockner an einen Vorratsbehälter geführt. Periodisch wird trockene Luft aus dem Vorratsbehälter über den Lufttrockner (der üblicherweise ein Bett aus Trockenmittelmaterial aufweist) zurück geleitet, um den Großteil der Feuchtigkeit. daraus zu entfernen. Dieses Entleeren kann beispielsweise mit einem Zeitschalter gesteuert werden, und erfolgt, nachdem der Kompressor für eine vorbestimmte Zeitdauer zugeschaltet war. Das Entleeren erfolgt üblicherweise nicht während des Fahrzeugbremsmodus, da das System dem Druckluftbedarf höhere Priorität einräumt als der Luftqualität; Bremsungen sind jedoch üblicherweise nur kurz.
Es wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, in der vom Fahrzeug zunächst der angehaltene Zustand dargestellt ist; der Motor läuft nicht. Der Restdruck im System ist gering und der Kompressor befindet sich im Leerlauf (steht in der Tat still). Ein Solldruck ist dargestellt, jedoch von unbedeutendem Wert.
Als nächstes wird der Motor angelassen und befindet sich im Leerlauf. Der Sollwert für den Druck wird sofort auf den normalen Pegel gesetzt; bei dieser Ausführungsform geringfügig über 9 bar. Wie die Zeichnung zeigt, pumpt der Kompressor in zwei Stufen mit einer zwischengeschalteten zeitlich getakteten Entleerung; je nach Bedarf kann der Kompressor aber auch in mehr oder weniger Stufen pumpen. Andere Steuersysteme verhindern ein Fahren des Fahrzeugs, bis ein sicherer Betriebsdruck erreicht ist.
Bei Erreichen des Sollwerts wird der Kompressor ausgekoppelt; dabei kommt es möglicherweise zu einem Abfall des Systemdrucks oder auch nicht, in Abhängigkeit von Leckverlusten oder der Nutzung von Luft in Systemen wie Luftfederung oder Scheibenwischerbetrieb.
Der Sollwert für den Druck weist die übliche Hysterese auf, um ein kontinuierliches Umschalten des Kompressors zwischen zugeschaltetem und ausgekoppelten Zustand zu verhindern, und dies wird durch die Breite des den Solldruck darstellenden Streifens angezeigt.
Während des Fahrmodus wird der Kompressor je nach Bedarf zugeschaltet, und Entleerungen erfolgen ebenfalls nach Bedarf. Der Sollwert für den Druck kann leicht schwanken, wie es in den Betriebszuständen von Leerlauf und Fahrt zu sehen ist, um Entleerungen zu ermöglichen.
Als nächstes wird im Schubbetrieb der dargestellte Solldruck auf fast 10 bar erhöht. Der höhere Solldruck wird gemäß Systemanforderungen eingestellt, und kann über oder unter 10 bar liegen. Bei diesem Modus wird kein Kraftstoff zum Antrieb des Kompressors verbraucht. Pumpen und Entleeren finden auf die zuvor erläuterte Weise statt. Selbiges findet im Bremsmodus statt, außer dass ein Entleeren vermieden wird.
Im nächsten Leerlaufmodus geht der Sollwert des Drucks wieder auf den normalen Pegel zurück. Der Kompressor wird erst dann wieder zugeschaltet, wenn der Druck im Vorratsbehälter auf das Untere des Streifens für den normalen Pegel absinkt. In diesem Stadium ist ein Entleerungszyklus nach dem Bremsen angezeigt – dies ist ein normales Ereignis, das vom Steuersystem initiiert wird, um das Fehlen einer Entleerung während der eigentlichen Bremsung zu kompensieren.
Der geringere Sollwert für den Druck würde auch im Fall einer weiteren Periode im Fahrmodus auftreten.
Als nächstes ist ein ECAS-Ereignis dargestellt. Dieses tritt ein, wenn ein zugehöriges Luftsystem, zum Beispiel eine Fahrzeugluftfederung, einen hohen, über dem normalen Betriebspegel liegenden Druck benötigt. Der Kompressor versucht, den neuen Sollwert zu erreichen; wie es jedoch dargestellt ist, liegen Luftverbrauch und Luftzufuhr dicht beieinander, und somit wird nur eine leichte Druckerhöhung erreicht, bevor das ECAS-Ereignis beendet ist.
Als nächstes ist ein weiterer Leerlaufmodus dargestellt, und beginnt mit einem Entleerungszyklus aufgrund von verminderter Entleerung während des ECAS-Ereignisses.
Schließlich werden Fahrzeug und Motor angehalten. Der Solldruck geht auf ein unbedeutendes Minimum zurück, das von der Steuersoftware ausgewählt wird. Der hohe Restdruck ermöglicht ein letztes Entleeren im abgeschalteten Zustand, um das inaktive System sauber und trocken zu hinterlassen. Im System verbleibt ein Restdruck, was zur Verhinderung des Eindringens von ungereinigter und ungetrockneter Luft dient.
Diese Beschreibung zeigt eine Anzahl von typischen Fahrereignissen auf, wobei kein Anspruch auf Vollständigkeit erhoben wird. Das wichtige Merkmal ist der höhere Solldruck bei Betriebszuständen mit gedrosselter Kraftstoffzufuhr.

Claims

Steuersystem für den Kompressor eines Fahrzeug-Druckluftbremssystems, mit einem oder mehreren Eingangswerten, die einen Fahrzeug-Betriebszustand angeben, sowie einem Ausgangswert zur Bestimmung, ob ein Kompressor zugeschaltet oder ausgekoppelt ist, wobei das System ferner Sollmittel zur Berechnung eines Solldrucks für einen dem Kompressor nachgeschalteten Vorratsbehälter aufweist, wobei besagter Ausgangswert auf die Sollmittel anspricht, dadurch gekennzeichnet, dass der Solldruck bei gedrosselter Kraftstoffzufuhr höher als bei ungedrosselter Kraftstoffzufuhr ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangswert des Steuersystems die Drosselklappenstellung des Fahrzeugs ist.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der höhere Solldruck den normalen Solldruck um 8 % bis 10 % übersteigt.
Steuersystem nach Anspruch 3 und des weiteren umfassend einen dritten, noch höheren Solldruck.
Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangswert des Steuersystems die Temperatur am Kompressorausgang ist.
Steuersystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Reaktion auf erhöhte Temperatur am Kompressorausgang der Solldruck verringert wird.
Steuersystem für den Kompressor eines Fahrzeug-Druckluftbremssystems, wobei der Kompressor bei einem vorbestimmten Solldruck ausgekoppelt werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem einen Eingangswert hat, der die Drosselklappenstellung des Fahrzeugs angibt und dazu ausgelegt ist, den Solldruck bei einer Drosselklappenöffnung von Null zu erhöhen.
Steuersystem für den Kompressor eines Fahrzeug-Druckluftbremssystems, mit einem ersten Eingangswert, der die Motordrehzahl des Fahrzeugs angibt, einem zweiten Eingangswert, der die Fahrzeuggeschwindigkeit angibt, einem dritten Eingangswert, der die Drosselklappenöffnung des Fahrzeugs angibt, einem vierten Eingangswert, der den Luftdruck in einem dem Kompressor nachgeschalteten Vorratsbehälter angibt, sowie einem Ausgangswert zur Bestimmung, ob ein Kompressor zugeschaltet oder ausgekoppelt ist, wobei das System ferner Mittel zur Berechnung eines Solldrucks für besagten Behälter aufweist, wobei der Solldruck bei gedrosselter Kraftstoffzufuhr höher als bei ungedrosselter Kraftstoffzufuhr ist.
Steuersystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der höhere Solldruck den normalen Solldruck um 8 % bis 10 % übersteigt.
Steuersystem nach Anspruch 9 und des weiteren umfassend einen dritten, noch höheren Solldruck.
Steuersystem nach einem der voranstehenden Ansprüche und das dazu ausgelegt ist, eine unabhängige Steuerung des Kompressors und eines Entleerventils für diesen zu ermöglichen.
Verfahren zur Steuerung eines Kompressors eines Fahrzeug-Druckluftbremssystems, mit folgenden Schritten: Bereitstellen eines Steuersystems für den Kompressor mit einem oder mehreren Eingangswerten, die einen Fahrzeug-Betriebszustand angeben, Bereitstellen eines Ausgangswerts des Steuersystems, um den Kompressor in Abhängigkeit von besagtem Fahrzeug-Betriebszustand entweder zuzuschalten oder auszukoppeln, Bereitstellen von Sollmitteln zur Echtzeitberechnung eines Solldrucks für einen dem Kompressor nachgeschalteten Vorratsbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangswert des Steuersystems auf die Sollmittel anspricht, und dass der Solldruck bei gedrosselter Kraftstoffzufuhr höher als bei ungedrosselter Kraftstoffzufuhr ist.