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Technischer
Bereich
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Die
Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Automobilindustrie im
weiten Sinne und insbesondere auf den Sektor der Nutzfahrzeuge,
bei deren Bremsen pneumatische Einrichtungen verwendet werden. Genauer
gesagt zielt die Erfindung auf ein Verfahren zur Steuerung des Luftkompressors
ab, der durch den Motor des Fahrzeugs angetrieben wird und den oder
die Druckluftspeicher speist. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt insbesondere
eine Optimierung der Erzeugung von Druckluft, insbesondere in Abhängigkeit
von den verschiedenen Funktionsweisen des Fahrzeugs.
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Stand der
Technik
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Im
Allgemeinen besitzen Lastkraftwagen oder allgemeiner Nutzfahrzeuge
ein Bremssystem, das pneumatische Energie verwendet. So treibt der Motor
einen ihm zugeordneten Luftkompressor an, der einem oder mehreren
Lagerungsspeichern eine unter Druck stehende Luftmenge zuführt. Diese Druckluftspeicher
speisen ihrerseits den Bremskreis sowie andere spezifische Kreise,
die bestimmte Funktionen gewährleisten.
Unter diesen Funktionen können
die pneumatischen Federungsvorrichtungen sowie Servo- und Hilfssysteme
für das
Getriebe oder das Kupplungssystem genannt werden.
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Im
Allgemeinen wird die Steuerung des Kompressors durch zum Kompressor
gehörige
mechanische Einrichtungen durchgeführt. Genauer gesagt liefert
der Kompressor Druckluft an ein Regelungs- und Verteilermodul mit
mechanisch-pneumatischen Einrichtungen, die in die Anordnung des
pneumatischen Kreises des Kompressors eingreifen. So ist dieses
Regelungsmodul so ausgelegt, dass der Kompressor aufhört, Druckluft
zu liefern, wenn der Druck im Speicher einen vorbestimmten Schwellenwert
erreicht, der "Abschaltdruck" genannt wird. In der
Praxis kann diese Abschaltung dadurch erreicht werden, dass der
Ausstrom des Kompressors an die Atmosphäre abgegeben wird. Bei technisch
ausgereifteren Systemen wird das Abschalten dadurch erreicht, dass
der Einlass und der Auslass des Kompressors miteinander verbunden
werden. Umgekehrt beginnt der Kompressor, wieder Druckluft zuzuführen, wenn
der Druck im Speicher einen niedrigen Schwellenwert erreicht, der "Einschaltdruck" genannt wird. In
diesem Fall gewährleistet
das Regelungs- und Verteilermodul die Verbindung zwischen dem Auslass
des Kompressors und den Speichern. Die Einschalt- und die Ausschalt-Schwellenwerte sind insgesamt
durch die Bauweise des Regelungs- und Verteilermoduls und im Besonderen
durch die Regelung verschiedener Ventile, Federn, Klappen und anderer
Querschnittsverhältnisse
festgelegt.
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Es
wurden bereits perfektioniertere Systeme vorgeschlagen, insbesondere
das in der WO 98/07588 beschriebene. Genauer gesagt berücksichtigt
der in dieser Druckschrift beschriebene Mechanismus verschiedene
Fahrzeugfunktionsparameter, um die Drucklufterzeugung auf optimale
Weise zu gewährleisten.
Wenn das Fahrzeug nämlich
im Betriebszustand der Motorbremse läuft, ist der Kraftstoffverbrauch
gleich Null und es ist dann vorteilhaft, einen Teil des Motorbremsmoments
zu verwenden, um die Drucklufterzeugung zu gewährleisten. Der an den Kompressor
angelegte Drucksollwert und genauer gesagt der Abschaltschwellenwert
ist nämlich höher, wenn
das Motordrehmoment negativ ist, was einer Motorbremsphase entspricht.
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So
wird die Lufterzeugung in den Phasen erhöht, in denen die Energie zum
Antreiben des Kompressors keinen Kraftstoffverbrauch hervorruft.
Diese zusätzliche
Lufterzeugung erweist sich als vorteilhaft, um ein mechanisches,
die Motorbremse ergänzendes
Bremsen zu gewährleisten.
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Umgekehrt
wird, wenn der Motor ein positives Drehmoment ausübt, der
Drucksollwert auf einem niedrigeren Niveau festgelegt, um den Kraftstoffverbrauch
zu begrenzen. Der Drucksollwert wird so festgelegt, dass eine Ducklufterzeugung
gewährleistet
ist, die ausreicht, um insbesondere die Bremsfunktionen korrekt
zu gewährleisten.
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Unter
den Systemen, die außer
den Bremsen mit Hilfe von pneumatischer Energie funktionieren, können die
pneumatischen Federungssysteme genannt werden. Das pneumatische
Federungssystem funktioniert auf zwei unterschiedliche Weisen, je nachdem,
ob die Geschwindigkeit hoch oder niedrig ist. So kann das pneumatische
Federungssystem, wenn die Geschwindigkeit niedrig ist, eine Regelung der
Chassishöhe
gewährleisten.
Diese Regelungsfunktion erfordert ein relativ hohes Druckniveau,
um zufriedenstellende Reaktionszeiten zu erhalten. Die Regelung
der Chassishöhe
wird nicht bei hoher Geschwindigkeit durchgeführt, so dass das bei hoher Geschwindigkeit
erforderliche Druckniveau geringer ist als das bei niedriger Geschwindigkeit
erforderliche Druckniveau.
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Es
ist das Ziel der Erfindung, diese verschiedenen Funktionsweisen
zu berücksichtigen,
um die Optimierung des an den Kompressor gelieferten Drucksollwerts
zu gewährleisten.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren zur Steuerung eines
Kompressors, der durch den Motor eines Fahrzeugs angetrieben wird
und mindestens einen Druckluftspeicher speist. Der Kompressor kann
in Abhängigkeit
vom Vergleich des Druckwerts in dem oder den Speichern mit verschiedenen
vorbestimmten Einschaltdruck-Schwellenwerten und Abschaltdruck-Schwellenwerten
aktiviert oder deaktiviert werden. Diese vorbestimmten Schwellenwerte
können
insbesondere vom Vorzeichen des Motordrehmoments abhängig sein.
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Erfindungsgemäß gibt es
in dem Bereich, in dem das Drehmoment positiv ist, mehrere Einschaltdruck-
und Abschaltdruck-Schwellenwerte und diese werden abhängig von
der Messung oder Schätzung der
Fahrzeuggeschwindigkeit bestimmt. Anders ausgedrückt variiert, wenn das Fahrzeug
fährt,
der von dem Kompressor gelieferte Druck mit der Fahrzeuggeschwindigkeit.
Der Sollwert, d.h. die Einschalt- und Abschalt-Schwellenwerte des
Kompressors sind verschieden, je nachdem, ob das Fahrzeug eine geringe oder
eine hohe Geschwindigkeit hat. So wird der vom Kompressor abgegebene
Luftdruck innerhalb von Wertbereichen reguliert, die abhängig von
der Geschwindigkeit und vom Motordrehmoment verschieden sind.
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In
der Praxis können
die Druckschwellenwerte durch den Vergleich der Fahrzeuggeschwindigkeit
mit einem vorbestimmten Geschwindigkeitsschwellenwert bestimmt werden.
Anders ausgedrückt,
wenn das Fahrzeug eine Geschwindigkeit hat, die niedriger als ein
vorbestimmter Schwellenwert ist, werden der Drucksollwertbereich,
d.h. die Einschalt- und Ausschalt-Schwellenwerte des Kompressors auf ein
erstes Wertpaar festgelegt. Umgekehrt werden, wenn das Fahrzeug
mit einer Geschwindigkeit fährt,
die höher
als der vorbestimmte Geschwindigkeits-Schwellenwert ist, die Einschalt- und
Abschalt-Schwellenwerte dann auf ein anderes Wertpaar festgelegt.
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In
der Praxis werden die Druckschwellenwerte auf höhere Werte festgelegt, wenn
die Fahrzeuggeschwindigkeit unter dem vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellenwert
liegt. Anders ausgedrückt
ist der von dem Kompressor gelieferte Druck höher, wenn das Fahrzeug eine
geringe Geschwindigkeit hat, was eine Versorgung des Druckspeichers erlaubt,
die ausreicht, um ein optimales Funktionieren der verschiedenen
Systeme zu gewährleisten, insbesondere
der pneumatischen Federungssysteme, die die Steuerung der Chassishöhe gewährleisten.
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Außerdem ist
der Energieverbrauch des Kompressors bei geringer Geschwindigkeit
höher, also
in einem Bereich, in dem der Verbrennungsmotor nicht mit Höchstdrehzahl
läuft,
damit dieser zusätzliche
Verbrauch das Funktionieren des Fahrzeugs nicht beeinträchtigt.
Auf diese Weise wird der Druck in einem möglichst hohen Wertbereich geregelt,
um maximal von der Möglichkeit
zu profitieren, einen Teil der Energie des Verbrennungsmotors zu verwenden,
ohne die Zugleistung zu beeinträchtigen, und
dadurch eine maximale pneumatische Energiereserve zu erhalten. Umgekehrt
wird der Druck bei hoher Geschwindigkeit in einem Bereich niedriger Werte
geregelt, so dass der Verbrauch des Kompressors leicht verringert
wird und die für
die Zugfunktion verfügbare
Leistung nicht zu stark reduziert.
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In
der Praxis kann der Geschwindigkeits-Schwellenwert, der es erlaubt,
die beiden Funktionsweisen des Kompressors zu unterscheiden, vorteilhafterweise
so gewählt
werden, dass er der Geschwindigkeits-Schwellenwert ist, über dem
die spezifische Funktion der Steuerung der Chassishöhe des pneumatischen
Federungssystems gehemmt wird.
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Vorteilhafterweise
kann in der Praxis der obere Druckschwellenwert, der bestimmt wird,
wenn das Drehmoment positiv ist und die Geschwindigkeit unter dem
vorbestimmten Geschwindigkeits-Schwellenwert liegt, mit dem oberen
Druckschwellenwert identisch sein, der bestimmt wird, wenn das Drehmoment
negativ ist. Anders ausgedrückt
kann der Abschalt-Schwellenwert des Kompressors in den Phasen, in
denen bei der Motorbremsung Energie gewonnen wird, und in Zugphasen
bei geringer Geschwindigkeit der gleiche sein.
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Die
Erfindung bezieht sich also auch auf eine Vorrichtung zur Regelung
eines Kompressors, der durch den Motor eines Fahrzeugs angetrieben
wird und einen oder mehrere Druckluftspeicher speist.
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Eine
derartige Vorrichtung weist
- – Einrichtungen
zum Aktivieren oder Deaktivieren des Kompressors in Abhängigkeit
vom Vergleich des Druckwerts in dem oder den Speichern mit vorbestimmten
Schwellenwerten,
- – Einrichtungen
zur Messung des Drucks in dem oder den Speichern,
- – Einrichtungen
zur Messung oder Beurteilung des Vorzeichens des Motordrehmoments
und
- – Einrichtungen
zum Verändern
der vorbestimmten Druckschwellenwerte auf.
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Erfindungsgemäß weist
die Vorrichtung darüber
hinaus auch Einrichtungen zur Beurteilung oder Schätzung der
Geschwindigkeit des Fahrzeugs und Einrichtungen zum Verändern der
vorbestimmten Druckschwellenwerte in dem Bereich auf, in dem das Motordrehmoment
positiv ist.
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In
der Praxis werden die verschiedenen vorbestimmten Druckschwellenwerte über ein
Softwareprogramm reguliert. Eine elektronische Steuerungseinheit
gewährleistet
die Regelung und die Steuerung des Kompressors und erhält die Informationen zur
Fahrzeuggeschwindigkeit und zum Motordrehmoment, um die Regelung
der Schwellenwerte auf erfindungsgemäße Weise zu gewährleisten.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Die
Art und Weise der Umsetzung der Erfindung sowie die sich aus ihr
ergebenden Vorteile werden aus der folgenden Beschreibung der Ausführungsform
besser ersichtlich, die mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erstellt wurde,
in denen
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1 ein
Schema ist, das die verschiedenen an dem erfindungsgemäßen Verfahren
beteiligten Elemente veranschaulicht,
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2 ein
Diagramm ist, das die Entwicklung der Geschwindigkeit und des von
dem Kompressor gelieferten Drucks in der Zeit als Funktion der verschiedenen
Funktionsphasen zeigt.
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Art der Ausführung der
Erfindung
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1 veranschaulicht
ein spezielles, aber nicht begrenzendes Ausführungsbeispiel, bei dem das
erfindungsgemäße Verfahren
umgesetzt wird. So ist in 1 der Kompressor
(1) zu erkennen, der die Druckluft einem Regelungs- und
Verteilermodul (9) zuführt,
auf dem die Trocknerkartusche (2) montiert ist. Dieser
Kompressor (1) wird vom Motor (3) angetrieben.
Das Zusammenwirken zwischen dem Regelungsmodul (9) und
dem Kompressor (1) ist durch den Pfeil (13) dargestellt.
Die Ausgestaltung des mit dem Kompressor verbundenen pneumatischen
Kreises und insbesondere die Wirkung auf den Ausstrom des Kompressors
wird durch verschiedene, insbesondere pneumatische oder elektrische Steuerungseinrichtungen
durchgeführt.
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Das
Regelungs- und Verteilermodul (9) liefert über die
Kanäle
(4) Druckluft an einen oder mehrere Speicher (5),
deren Anzahl je nach Fahrzeug variieren kann, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen. Diese Speicher (5) sind mit verschiedenen, schematisch
dargestellten Kreisen verbunden. Es kann sich um den Bremskreis
(6) sowie um den Versorgungskreis für das pneumatische Federungssystem
(7) handeln oder auch um die Versorgung des Anhängers mit
Druckluft. Die Speicher können
auch andere pneumatische Kreise (8) versorgen, die verschiedene
Funktionen gewährleisten,
zu denen die Feststell- oder Handbremse sowie verschiedene mit dem
Getriebe oder der Kupplung verbundene Servosysteme zählen.
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Zu
den mit Hilfe von pneumatischer Energie funktionierenden Systemen
können
auch Abtriebs- oder Nebenabtriebssysteme genannt werden, oder auch
das Differentialsperrensystem zwischen den Rädern oder zwischen den Achsbrücken, oder
auf das Verteilergetriebe bezogene Systeme. Diese Liste ist natürlich nicht
erschöpfend.
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Erfindungsgemäß wird die
Steuerung des Kompressors (1) über eine elektronische Steuerungseinheit
(10) gewährleistet,
die ein eigenes gesondertes Element bilden kann, das nur die Steuerung
und Funktion des Kompressors gewährleistet, die
aber auch in ein umfassenderes System integriert sein kann, dass
die elektronische Steuerung anderer Funktionen im Fahrzeug gewährleistet.
Bei der dargestellten Ausführungsform
ist die elektronische Steuerungseinheit an das Regelungs- und Verteilermodul
(9) angeflanscht. Dennoch kann die elektronische Steuerungseinheit
auch räumlich
vom Modul (9) entfernt sein.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
weist diese elektronische Steuerungseinheit mehrere elektrische
Ausgänge
(11) auf, die an den Kompressor (1) elektrische
Signale abgeben. Diese beiden elektrischen Ausgänge erlauben ein Informieren
des Kompressors über
die den Abschalt- und Einschalt-Schwellenwerten des Kompressors
entsprechenden Druckschwellen wertniveaus. Es können aber auch andere Arten
der Kommunikation zwischen dem Kompressor und der Befehlssteuerungseinheit
(10) vorgesehen werden. So können die den verschiedenen
Funktionsweisen entsprechenden Druckschwellenwerte innerhalb des
Kompressors durch mechanische bauliche Formate programmiert sein.
Die Befehlssteuerungseinheit kann den Kompressor über die
gegenwärtige
Regulierungsweise informieren, indem sie also eine Information binärer Art
zwischen der Steuerungseinheit (10) und dem Kompressor
(1) übergehen
lässt.
Die Kommunikation zwischen der elektronischen Steuerungseinheit
und dem Regelungsmodul (9) ist nicht auf den Austausch von
Signalen elektrischer Art begrenzt, sondern die Erfindung deckt
auch Varianten ab, die pneumatische oder andere Signale verwenden.
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Bei
der gezeigten Ausführungsform
weist das Fahrzeug einen Datenbus (12) auf, durch den verschiedene
Informationen übergehen,
die zwischen den im Fahrzeug vorhandenen Befehlssteuerungseinheiten
ausgetauscht werden. So können
Informationen bezüglich
der Geschwindigkeit sowie des Vorzeichens des Drehmoments des Motors
(3) durch diesen Bus (12) an die die Regelung
des Kompressors (1) gewährleistende
Befehlssteuerungseinheit (10) verschickt werden.
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Die
Speicher (5) sind so ausgelegt, dass sie bis zu stabilisierten
Drucken in der Größenordnung von
12,5 bar arbeiten. Der Bedarf an pneumatischer Energie der verschiedenen
Druckluft verbrauchenden Elemente ist variabel. So funktioniert
der das Bremsen der verschiedenen Achsen des Anhängers gewährleistende Kreis im Allgemeinen
bei einem Druck in der Größenordnung
von maximal 8,5 bar. Das pneumatische Federungssystem (7)
funktioniert mit einem maximalen Druck in der Größenordnung von 12,5 bar. Dieser
Druck ist für
das Funktionieren des Federungssystems hinsichtlich der Gewährleistung
einer Steuerung der Chassishöhe
erforderlich, das auch "Anhebe-
und Absenksystem" des
Chassis genannt wird.
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Diese
Funktion wird insbesondere bei Manövern zum Ankoppeln des Anhängers und
zur Auslieferung benötigt.
Diese Funktion der Steuerung der Chassishöhe ist gehemmt, wenn das Fahrzeug
fährt und
seine Geschwindigkeit höher
als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, üblicherweise im Bereich von
10 km/h. Über
dieser Geschwindigkeit gewährleistet
das pneumatische Federungssystem nur eine Niveauregulierung in einem
geringen Bereich und ein Luftdruck von unter 10 bar ist dann ausreichend.
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Bei
den anderen pneumatische Energie verwendenden Systemen funktionieren
die verschiedenen Einrichtungen im Allgemeinen bei Maximaldrucken
in der Größenordnung
von 8,5 bar. Die Versorgung mit Druckluft für den Anhänger erfolgt ebenfalls bei
einem Druck in der Größenordnung
von 8,5 bar.
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Das
Funktionieren des erfindungsgemäßen Kompressors
ist mit Hilfe von 2 zu verstehen, die die Entwicklung
der verschiedenen an den Kompressor angelegten Soll-Schwellenwerte
als Funktion der Funktionsphasen darstellt.
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So
befindet sich beim Starten des Motors, was dem Zeitpunkt t0 entspricht, der Speicher (5) auf Atmosphärendruck
und der Überdruck
ist gleich 0 bar. Da das Fahrzeug steht und das Motordrehmoment
positiv ist, wird der Kompressor so gesteuert, dass die Druckschwellenwerte
relativ hoch sind. Genauer gesagt wird der Kompressor so angetrieben, dass
der Druck bis auf den oberen Abschaltwert (DH) ansteigen
kann, der in der Nähe
von 12,5 bar liegt. Sobald der Druck den Wert (DH)
erreicht, wird der Kompressor abgeschaltet.
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Nach
diesem Abschalten schließt
sich automatisch eine Regenerationsphase der Trocknerkartusche (2)
an. Diese Regeneration verbraucht eine bestimmte Menge an Druckluft,
was sich durch eine leichte Verringerung des Drucks zeigt. Abhängig von dem
Luftverbrauch der verschiedenen Systeme (6, 7, 8)
nimmt der Druck weiterhin leicht ab. Sobald der Druck den unteren
Schwellenwert erreicht, der dem Abschaltdruck entspricht, wird der
Kompressor wieder aktiviert, so dass die Kompression wieder steigt.
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Diese
Funktionsweise "bei
geringer Geschwindigkeit" setzt
sich nach dem Starten des Fahrzeugs fort, was dem Zeitpunkt T1 entspricht, und dies solange die Geschwindigkeit
unter dem vorbestimmten Schwellenwert V0 bleibt.
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Zum
Zeitpunkt t2, wenn die Geschwindigkeit den
Schwellenwert V0 überschreitet, werden die Druckschwellenwerte
dann automatisch auf niedrigere Werte (DB,
CB) geändert,
was einem Funktionieren im Modus "hohe Geschwindigkeit" entspricht. Der Druck wird dann auf
zu dem vorstehend genannten Modus analoge Weise in dem zwischen
den beiden Werten DB und CB definierten
Bereich geregelt.
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Anschließend, zum
Zeitpunkt t3, wird das Motordrehmoment negativ,
was einer Phase des Bremsens mit der Motorbremse entspricht. Die
Menge an eingespritztem Kraftstoff ist Null. Die elektronische Kontrolleinheit
(10) analysiert diese Informationen und verändert dementsprechend
die Druckregelungs-Schwellenwerte, um den Kompressor im Modus "Energiegewinnung" funktionieren zu
lassen. Der neue Drucksollwert wird auf einen Wert DH festgelegt, der
dem Abschalt-Schwellenwert für
den vorstehend beschriebenen Modus "geringe Geschwindigkeit" entspricht. Dieser
Drucksollwert könnte
jedoch auch auf einen anderen Wert festgelegt werden, ohne vom Rahmen
der Erfindung abzuweichen. So wird, wenn der Druck diesen oberen
Wert DH erreicht, der Kompressor während der
Phase der Regeneration der Trocknerkartusche (2) abgeschaltet.
Der Kompressor wird dann reaktiviert, damit der Druck den oberen Schwellenwert
DH erreicht und dies solange sich das System
im Modus "Energiegewinnung" befindet.
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Der
Druck wird dann in dem Luftspeicher auf einem maximalen Niveau gehalten,
ohne dass der Motor Kraftstoff verbraucht. Es ist zu bemerken, dass vorteilhafterweise
die vom Kompressor verbrauchte Energie zur Verlangsamung des Fahrzeugs
beiträgt. In
dieser Phase der Motorbremse können
die verschiedenen pneumatischen Systeme (6, 7, 8)
Druckluft verbrauchen, was den Druck in den Speichern (5) sinken
lässt.
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Zum
Zeitpunkt t4 wird das Motordrehmoment wieder
positiv. Wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit über dem vorbestimmten Schwellenwert
V0 liegt, funktioniert der Kompressor nach
dem vorstehend beschriebenen Modus, der "hohe Geschwindigkeit" genannt wurde.
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Vom
Zeitpunkt t5 an, wenn sich das Fahrzeug in
der Motorbremsung befindet, bis zum Anhalten, wird der Kompressor
im vorstehend beschriebenen Modus "Energiegewinnung" geregelt. Das Fallen der Geschwindigkeit
unter den vorbestimmten Schwellenwert V0 ist
ohne Wirkung, da das Drehmoment negativ bleibt.
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Aus
dem Vorstehenden ergibt sich, dass das erfindungsgemäße Regelungsverfahren
zahlreiche Vorteile aufweist und insbesondere:
- • Es erlaubt
eine Reduzierung des mit der Herstellung von pneumatischer Energie
verbundenen Kraftstoffverbrauchs und zwar durch eine Optimierung
der Phasen, während
derer der Kompressor beansprucht wird.
- • Es
erlaubt eine Verbesserung der Funktionen der Speicherung und der
Verteilung von Druckluft an die verschiedenen im Fahrzeug vorhandenen Verbrauchseinrichtungen.
- • Es
garantiert ausreichende Druckluftniveaus für diese Verbrauchseinrichtungen.
- • Es
erlaubt eine Erhöhung
der Lebensdauer der am Druckluftsteuerungssystem beteiligten Bestandteile
und insbesondere der Trocknerkartusche.