WO2008148436A1 - Diagnose von leckagen an druckluftsystemen, insbesondere in nutzfahrzeugen - Google Patents

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WO2008148436A1
WO2008148436A1 PCT/EP2008/002359 EP2008002359W WO2008148436A1 WO 2008148436 A1 WO2008148436 A1 WO 2008148436A1 EP 2008002359 W EP2008002359 W EP 2008002359W WO 2008148436 A1 WO2008148436 A1 WO 2008148436A1
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WO
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compressed air
pressure
leakage
circuits
circuit
Prior art date
Application number
PCT/EP2008/002359
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French (fr)
Inventor
Michael Kokes
Arthur Schmidt
Arno Von Querfurth
Original Assignee
Daimler Ag
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Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
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    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
    • G01M3/02—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum
    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18—Safety devices; Monitoring
    • B60T17/22—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices
    • B60T17/221—Procedure or apparatus for checking or keeping in a correct functioning condition of brake systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M3/00—Investigating fluid-tightness of structures
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    • G01M3/26—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors
    • G01M3/28—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds
    • G01M3/2807—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes
    • G01M3/2815—Investigating fluid-tightness of structures by using fluid or vacuum by measuring rate of loss or gain of fluid, e.g. by pressure-responsive devices, by flow detectors for pipes, cables or tubes; for pipe joints or seals; for valves ; for welds for pipes using pressure measurements

Definitions

  • the invention relates to a leak detection on compressed air systems, especially in commercial vehicles.
  • the diagnosis is made on the parked vehicle with the ignition switched off.
  • the switching behavior of a multi-circuit protection valve and the specific decay behavior of individual compressed air circuits is mapped into a model.
  • the system pressures are checked with predetermined sampling rates and by means of calculations deviations from the expected model behavior are determined. Taking into account the temporal switching behavior and taking into account the volume of the various pressure vessels, a localization of the leakage can be made to a single compressed air circuit. With additional filter operations, proper system-related compressed air losses are eliminated to avoid misdiagnosis.
  • DE 10300737 Al uses the level control of a motor vehicle air spring assembly to determine leaks in the associated compressed air systems.
  • a height distance value of the level control is determined at regular intervals and it is determined in principle a rate of descent. If the rate of descent exceeds a limit value considered to be indicative, leakage is inferred.
  • the rate of descent can in this case be made individually for each vehicle wheel and in this way a localization of the leakage can be made.
  • the necessary model calculations are carried out in a control unit of the level control.
  • DE 10135361 B4 a further leak test of a pneumatic level control is presented.
  • controllable valves With controllable valves, individual compressed air circuits are connected to a compressor or a pressure vessel and a defined pressure increase is introduced into the compressed air circuit. The pressure rise is detected by a pressure sensor and the time span is recorded until a predetermined pressure threshold is exceeded. If the system is dense, the pressure threshold should be reached in a given time. If this setpoint time interval is exceeded until the pressure threshold value is reached during the pressure test, a leakage of the relevant pressure circuit is concluded.
  • Diagnostic systems of the aforementioned type have the advantage that they are easy to implement and the computational leakage detection and thus the diagnosis based on simple evaluations. However, this simplicity also has some shortcomings, making these systems unsuitable for stationary vehicle diagnostic applications with the compressor unit shut down.
  • pressure gradients are inherent in the system without there being any leakage. The risk of misdiagnosis would therefore be high in the aforementioned diagnostic systems when the compressor unit is switched off.
  • pressure gradients in the compressed air system for example due to temperature fluctuations, eg due to the lack of air compression, occur.
  • the compressor unit is not tight, so that escapes through the compressor unit air from the compressed air system to Intervene closing valves and secure a further pressure loss.
  • the solution succeeds mainly in that in a compressed air system with multiple compressed air circuits, which are completed by separate valves or with a multi-circuit valve on reaching the closing pressures set by the valves of the compressor circuit, with a measured value recording pressure monitoring and temperature monitoring for each compressed air circuit is performed and with a decision logic, the behavior patterns of the closing valves or the multi-circuit protection valve be evaluated to locate a leak on the compressed air circuit concerned.
  • coupled compressed air circuits For example, e.g. the compressed air circuit of the brake circuit, in which the parking brake is coupled to the compressed air circuit of the parking brake, to prevent the parking brake can be released in the event of a pressure loss in one of the two compressed air circuits.
  • the error localization can initially be restricted to the two coupled circuits in a first diagnostic step. In a further diagnostic step, however, a further restriction of the leakage localization can be carried out via the known type of coupling of the circuits.
  • either the switching states of the closing valves or the switching states of the multi-circuit protection valve can be evaluated and in a temporal relation to the with or the decision is made to evaluate the established coupling between the compressed air circuits with a decision logic in order to decide in which compressed air circuit the observed leakage is to be located.
  • a decision logic in order to decide in which compressed air circuit the observed leakage is to be located.
  • the behavior patterns in coupled circles are:
  • the behavior patterns of the system are determined in an advantageous embodiment of the invention by the switching behavior of a multi-circuit valve, via which the individual compressed air circuits are connected together to the compressor circuit.
  • the individual compressed air circuits are secured with Emzelventilen against pressure loss when the compressor is switched off.
  • the compressed air system with its structural conditions, such as in particular the size of the individual Vorratsbehalter per compressed air circuit, mapped with a model formation. From the values for vessel volume, pressure and temperature, the model can be used to calculate and determine the size of any leakage that may occur.
  • the main advantages to be achieved by the invention result from the reliable testing of the compressed air system within the service life of the vehicle. With inadmissibly high pressure loss the driver can be warned accordingly. Workshop stays can be shortened, since a localization of the leak has already occurred on the affected compressed air circuit. Consequential damage, which could result from an increased continuous load of the compressor as a result of leakage, can be avoided. Above all, the reliability of the brake system is ensured and improved by regular review of the compressed air system.
  • Fig. 1 is a per se known air brake of a
  • FIG. 2 Em block diagram for illustrating a
  • FIG. 3 A calculation of the pneumatic time constants of the compressed air system with an applied fault made with the invention;
  • FIG. 4 shows a behavior pattern for the localization of a
  • Leakage in the compressed air circuit K2; 6 shows a behavior pattern for the localization of a
  • Leakage in the compressed air circuit K4; 8 is a flow chart of an extended embodiment of the diagnostic method according to the invention.
  • the compressed air system of a commercial vehicle is very complex with different tasks and functions.
  • a schematic representation of such a known system is shown in Fig. 1.
  • a multi-circuit protection valve 4 is supplied with compressed air with a compressor 1 via a pressure regulator 2 and an air dryer 3.
  • the multi-circuit protection valve distributes the air demanded by the compressor to the various compressed air circuits.
  • Fig. 1 three compressed air circuits are shown.
  • 4 compressed air circuits are present today in a commercial vehicle.
  • the number of compressed air circuits is of minor importance.
  • Each compressed air circuit can over have their own pressure vessel 5,6,7, but does not have to. It can also be stored in a Druckmaschinebehalter more compressed air circuits.
  • the various brake circuits of the commercial vehicle are operated with the various compressed air circuits.
  • a parking brake 8 a service brake 9 and an automatic brake force regulator 10 are present in a commercial vehicle.
  • the service brake is divided into at least two separate brake circuits, - front brakes 11 and rear brakes 12 - on.
  • the parking brake is designed as a separate brake circuit.
  • the brake force controller adjusts the braking force as a function of the load state.
  • Fig. 1 are compressed air circuits for pneumatic ancillaries and for the air suspension of the commercial vehicle.
  • Such separate compressed air circuits are common in commercial vehicles, so that usually at least four separate compressed air circuits are installed in a commercial vehicle.
  • the compressed air circuit for the brake circuit, in which the parking brake is located is coupled with the compressed air circuit of the parking brake for safety reasons, in order to prevent loosening of the parking brake in case of pressure loss.
  • the coupling depends on the constructive and functional relationships of the compressed air system.
  • the compressed air circuit numbered with Kl is always coupled to the compressed air circuit numbered K3.
  • Fig. 1 is the
  • Rear axle brake circuit coupled with the parking brake.
  • the coupling is always set up so that the compressed air circuit K3 follows the compressed air circuit Kl in its pressure level.
  • FIG. 2 A possible application example of the invention in a per se known compressed air system of a commercial vehicle is shown in Fig. 2 as a block diagram.
  • One Multi-circuit protection valve 4 distributes the volume of air delivered by the compressor to several compressed air circuits. Preferably, 4 compressed air circuits are supplied. Shown in FIG. 2 are three compressed air circuits, each with its own compressed air tank 5, 6, 7.
  • a measuring sensor system for pressure and temperature is now set up in each compressed air circuit and evaluated with a measured value acquisition and processing.
  • the measured value detection is implemented in a control unit ECU of the commercial vehicle.
  • the sensors for pressure and temperature are connected to the measured value acquisition via data lines, eg via a data bus used in the vehicle, which is often a CAN bus.
  • the pressure measuring module is equipped with analog galvanically isolated measuring inputs for voltage and current as well as with independently adjustable sensor supply.
  • the measurement data is output via a CAN protocol and is configured using the supplied software.
  • the sampling rate is adjustable, for example, between 1 and 1000 Hz.
  • a measuring module with galvanically isolated measuring inputs is also used.
  • the temperature sensors e.g. Thermocouples are connected to the inputs.
  • the output of the measured data takes place via a CAN protocol and can also be configured by software.
  • the sampling rate is adjustable, for example, from 1 to 10 Hz.
  • the control of the valves in the multi-circuit protection valve also takes place as a function of the system pressures achieved by a control unit.
  • the same control unit can be used here or another control unit that is appropriately networked in the electrical system.
  • the diagnostic method according to the invention can be used be implemented and performed in a control unit in the network of a commercial vehicle.
  • FIG. 1 A flow chart for a diagnostic method according to the invention supplemented by alternative process steps is shown in FIG.
  • a measured value recording takes place, which acquires the current values for pressure and temperature of the compressed air in the circuits for each compressed air circuit to be detected and forwards them to the measuring modules and the downstream process steps for further processing.
  • This alternative process step was included in the diagnostic procedure in order to be able to sense both integral pressure losses of the entire system as well as individual pressure losses of individual subcircuits, depending on the future possibly expected safety regulations.
  • a localization of a leakage to a single compressed air circuit can take place if the closing pressures of the individual compressed air circuits were respectively undershot in a further process step and thus the compressed air circuits were at least closed and separated by the protective valves. Nevertheless, of course, as already stated above, there may still be couplings between compressed air circuits, eg between the service brake and the parking brake.
  • a calculated temperature compensation is performed.
  • the temperature compensation may be necessary in order to be able to convert the pressure conditions and the possible volume flows due to leakages to standard pressure and thus to standard conditions. In addition, it can be prevented with the temperature compensation that due to temperature fluctuations occurring pressure changes are mistakenly diagnosed as air loss and thus as leakage.
  • the temperature compensation takes place mathematically with an algorithm which converts with a suitable gas equation from the recorded pressure and temperature value pairs, the air in the compressed air circuits to standard conditions or at least to compensated and thus comparable pressures. Has proved useful here for the medium air and for the inventive method, the gas law of Gay Lussac. Thereafter, a temperature normalized or temperature-compensated pressure results:
  • the pneumatic time constants for the various compressed air circuits are calculated from the recorded measured values, if appropriate after temperature compensation.
  • the decay constants are the pressure gradients or, preferably, the exponential decay constants.
  • the pressure drop in each compressed air system with a sufficiently small leakage, can be described by a decreasing e-function:
  • ⁇ is the decay constant of the system.
  • thermodynamic conditions Two important factors play a decisive role here: the thermodynamic conditions and the sampling time. If there is too much leakage, the system can no longer be approximated with an exponential function. Such large leaks are usually not a diagnostic problem, as they are obvious. For the sampling time when the vehicle is stationary, a compromise must be found. The longer the sampling time, the better the system monitoring. However, the energy consumption for the measuring sensors and the control devices involved in the evaluation must be kept as low as possible in a commercial vehicle at a standstill. It has been found that with a sampling time of the order of 10 minutes at an initial pressure of 10 bar sufficiently good results can be achieved and leakages can be reliably determined.
  • a positive diagnostic result is present. This is done by checking whether specified limit values or threshold values have been exceeded.
  • the decay constants determined for each compressed air circuit can be compared with a borderline decay constant to be determined for each circle, or the calculated volumetric flows can be compared with borderline volumetric flows.
  • a positive diagnostic result can be recognized if the determined decay constant is less than the tolerable reference value.
  • a positive diagnostic result can be identified if the calculated volumetric flows are greater than the tolerable comparative values.
  • the limit value overshoot ie the leakage, is located in a further process step by evaluating behavior patterns of the compressed air system.
  • the evaluation of the behavior patterns is realized with a decision logic that is implemented in one of the control devices of the commercial vehicle. Behavioral patterns of a four-circuit compressed air system, as used in commercial vehicles today, are disclosed below with reference to FIGS. 4, 5, 6, 7 and used by the decision logic for locating a leak. For others Compressed air systems, of course, other behavior patterns can occur, which must then be evaluated according to other characteristic patterns to locate a leak.
  • Fig. 4 shows a behavior pattern in a leakage in circle K1.
  • Circles K1 and K3 are coupled together, where K1 is the leading circle and the pressure in circle K3 follows the pressure in circle K1.
  • Kl is a circle of the service brake and circle K3 is the compressed air circuit of the parking brake.
  • the system was filled with air up to the compressor shut-off pressure. The pressure in the system initially decreases continuously. Balancing processes take place above the closing pressures in the individual compressed air circuits. First, circuit K4 reaches its closing pressure and remains almost constant at the closing pressure. Then circle K2 reaches its closing pressure and also remains. The two circles Kl and K3 do not stop at their closing pressures. Due to legal regulations, the pressure in circle K3 must decrease with in order to prevent a loose parking brake in case of leakage in the brake circuit Kl.
  • Fig. 5 shows a behavior pattern in a leakage in circle K2.
  • the system was filled with air up to the compressor shut-off pressure. The pressure in the system initially decreases continuously. Below the closing pressures of the individual circles, only the pressure in circle K2 decreases.
  • FIG. 6 shows a behavior pattern for a leak in circle K3.
  • the system was filled with air up to the compressor shut-off pressure. The pressure initially decreases continuously above the closing pressures.
  • the circles Kl, K2 and K4 stop when they reach their closing pressures. Only in circle K3 does the pressure continue to decrease as a result of the leakage.
  • FIG Compressor shut-off pressure filled with air.
  • the circles Kl, K2, K3 reach their closing pressures and remain at the corresponding pressure level. Only the pressure in circle 4 continues to decrease.
  • the recorded measurement data must be filtered in such a way that the useful information is retained, but the interference is removed.
  • FIG. 3 illustrates the effect of a temporary disturbance on the pneumatic decay constant of the individual pressure circuits. Placed are the Pressure and the decay constant over time.
  • the reference numerals 30, 31,32 the achievement of the closing pressures of the individual compressed air circuits is shown.
  • the pressure curve is shown at an integral location of the compressed air system, for example in the multi-circuit protection valve before the compressed air is distributed to the individual circuits.
  • Each time a compressed air circuit reaches its closing pressure this manifests itself in an integral measured value recording in a change in the pneumatic cooldown.
  • the change results from the uncoupling of a Vorratsbehalters due to the completion of a pressure circuit. This results in the step function of the decay constant shown in the lower diagram.
  • a preferred logic for a computational large-size filter is, for example, the following:
  • the recorded or calculated values are saved. Then first five successive and stored values are taken and the minimum is formed from the five values. The minimum is multiplied by a tolerance, e.g. is set at 30%. All values that are now above the tolerance are filtered out. The filtering out of the disturbance variables is realized by multiplying all values that are below the tolerance limit by 1, while all values that are above the tolerance are multiplied by 0. Thus, only the valid values are available. Subsequently, the mean value is formed over the valid values and stored and possibly output.
  • a tolerance e.g. is set at 30%. All values that are now above the tolerance are filtered out.
  • the filtering out of the disturbance variables is realized by multiplying all values that are below the tolerance limit by 1, while all values that are above the tolerance are multiplied by 0.
  • the mean value is formed over the valid values and stored and possibly output.
  • the filter operation can be continued indefinitely. The same procedure is then followed with the next five values following in time. All new values that pass through the filter are filtered by the same procedure. By this method disturbances can be reliably filtered out.
  • the filter can process as input sizes any sizes. That as required, the filter can be applied to the original readings of the pressure sensors or to the derived values of the current flow calculation or the actual values of the decay constant.
  • the sampling time is limited to the 10 minutes discussed above.
  • the number of used values in the filter must be based on the sampling time. The shorter the sampling time, the more values are needed.
  • For the Inventive diagnostic methods have preserved the aforementioned five values for a sampling time of 10 minutes. If it can be assumed that a fault does not last longer than 10 minutes and does not repeat itself afterwards, faults will be reliably filtered out at the latest after the second value. If these assumptions do not apply during operation of the vehicle, the sampling time must be increased until it is ensured that regular disturbances are sufficiently short compared to the sampling time.
  • the whole diagnostic procedure disclosed here can be repeated.
  • the diagnostic method can be cyclically repeated by repeating it at certain time intervals when the vehicle is stationary.
  • the diagnostic method can be cyclically repeated by repeating it at certain time intervals when the vehicle is stationary.
  • the diagnostic method can be cyclically repeated by repeating it at certain time intervals when the vehicle is stationary.
  • the compressed air system for the sampling time of e.g. 10 minutes are scanned and carried out a diagnosis.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Leckage Erkennung an Druckluftsystemen, insbesondere in Nutzfahrzeugen. Die Diagnose wird am stehenden und stillgelegten Fahrzeug durchgeführt. Für die Erkennung von unerlaubten Leckagen im Druckluftsystem des Fahrzeugs wird das Schaltverhalten eines Mehrkreisschutzventils und das spezifische Abklingverhalten einzelner Druckluftkreise in ein Modell abgebildet. Mit einer Drucküberwachung werden die Systemdrucke mit vorgegebenen Abtastraten überprüft und mittels Berechnungen Abweichungen vom zu erwartenden Modelverhalten festgestellt. Unter Berücksichtigung des zeitlichen Schaltverhaltens und unter Berücksichtigung der Volumen der diversen Druckbehälter kann eine Lokalisierung der Leckage auf einen einzelnen Druckluftkreis vorgenommen werden. Mit zusätzlichen Filteroperationen werden ordnungsgemäße, systembedingte Druckluftverluste herausgefiltert, um Fehldiagnosen möglichst zu vermeiden.

Description

Diagnose von Leckagen an Druckluftsystemen, insbesondere in
Nutzfahrzeugen
Die Erfindung betrifft eine Leckage Erkennung an Druckluftsystemen, insbesondere in Nutzfahrzeugen. Die Diagnose wird am abgestellten Fahrzeug bei ausgeschalteter Zündung durchgeführt. Für die Erkennung von unerlaubten Leckagen im Druckluftsystem des Fahrzeugs wird das Schaltverhalten eines Mehrkreisschutzventils und das spezifische Abklingverhalten einzelner Druckluftkreise in ein Modell abgebildet. Mit einer Druckuberwachung werden die Systemdrucke mit vorgegebenen Abtastraten überprüft und mittels Berechnungen Abweichungen vom zu erwartenden Modelverhalten festgestellt. Unter Berücksichtigung des zeitlichen Schaltverhaltens und unter Berücksichtigung der Volumen der diversen Druckbehalter kann eine Lokalisierung der Leckage auf einen einzelnen Druckluftkreis vorgenommen werden. Mit zusätzlichen Filteroperationen werden ordnungsgemäße, systembedingte Druckluftverluste herausgeflltert, um Fehldiagnosen möglichst zu vermeiden.
Nutzfahrzeuge sind ein Wirtschaftsgut und stellen das wichtigste Uberlandbeforderungsmittel für Guter aller Art dar. Ist ein Fahrzeug wegen Reparaturbedarfs nicht einsatzfahig, entstehen für die Firmen hohe Verluste. Daher hat die Zuverlässigkeit der Systeme oberste Priorität. Aufgrund des kontinuierlich steigenden Verkehrsaufkommens ist es zudem unabdingbar, die Sicherheit aller Fahrzeuge im Straßenverkehr stetig zu verbessern. Sicherheit und Zuverlässigkeit steigern nicht zuletzt auch die Kundenzufriedenheit .
Für Werkstätten ist es momentan sehr problematisch, kleinere Leckagen in Druckluftsystemen von Nutzfahrzeugen zu detektieren und zu lokalisieren, weil das austretende Medium nicht sichtbar und zudem geruchsneutral ist. Kleinere Leckagen sind selbst bei absoluter Ruhe nicht oder kaum hörbar. Die Voraussetzung der Ruhe ist zudem in einer Werkstatt meist nicht gegeben. Abhilfe für dieses Problem schafft derzeit nur eine Seifenwasserlösung mit der alle Leitungen besprüht werden und danach durch Sichtkontrolle auf mögliche Leckagen überprüft werden. Um wenigstens den defekten Druckluftkreis bestimmen zu können, werden heute teilweise Manometer an Prüfanschlüsse der verschiedenen Kreise über Nacht angeschlossen und der Druckverlust bestimmt. Eine zeitraubende Lösung.
Selbsttätig arbeitende Onboard Leckage Erkennungen sind mit dem zunehmenden Vernetzungsgrad der Fahrzeuge und mit den zunehmenden Rechenkapazitäten in den Steuergeräten der Fahrzeuge ebenfalls vorgeschlagen worden.
In der DE 10300737 Al nutzt man die Niveauregelung einer Kraftfahrzeug Luftfederanordnung um Leckagen im zugehörigen Druckluftsystemen zu bestimmen. Bei stillstehendem Fahrzeug wird in regelmäßigen Zeitabständen ein Höhen Abstandswert der Niveauregulierung ermittelt und daraus im Prinzip eine Absinkgeschwindigkeit ermittelt. Übersteigt die Absinkgeschwindigkeit einen als indikativ angesehenen Grenzwert, wird auf eine Leckage geschlossen. Die Absinkgeschwindigkeit kann hierbei für jedes Fahrzeugrad einzeln vorgenommen werden und auf diese Weise eine Lokalisation der Leckage vorgenommen werden. Die notwendigen Modellberechnungen werden in einem Steuergerät der Niveauregulierung vorgenommen. In der DE 10135361 B4 wird eine weitere Dichtheitsprüfung einer pneumatischen Niveauregulierung vorgestellt. Mit ansteuerbaren Ventilen werden einzelne Druckluftkreise mit einem Kompressor oder einem Druckbehälter verbunden und in den Druckluftkreis eine definierte Druckerhöhung eingebracht. Der Druckanstieg wird mit einem Drucksensor erfasst und es wird die Zeitspanne erfasst bis ein vorgegebener Druckschwellwert überstiegen wird. Bei dichtem System sollte der Druckschwellwert in einer vorgegebenen Zeit erreicht werden. Wird diese Sollzeitspanne bis zum Erreichen des Druckschwellwertes bei der Druckprüfung überschritten, wird auf eine Leckage des betreffenden Druckkreises geschlossen.
Rechnergestützt arbeitende Diagnosesysteme für Druckluftsysteme in Fahrzeugen sind also bereits bekannt. Diese Verfahren arbeiten mit Messwerterfassungen die den Druck aufnehmen und bestimmen einen Druckgradienten. Übersteigt der Druckgradient einen als kritisch angesehenen Grenzwert wird mittels Schwellwertvergleich auf eine Leckage im Druckluftsystem geschlossen.
Diagnosesysteme der vorgenannten Art haben den Vorteil, dass sie einfach zu realisieren sind und die rechnerische Leckage Erkennung und mithin die Diagnose auf einfachen Auswertungen basiert. Allerdings hat diese Einfachheit auch einige Schwachstellen, was diese Systeme für Diagnoseanwendungen am stehenden Fahrzeug mit abgeschalteter Kompressoreinheit ungeeignet macht. Bei abgeschalteter Kompressoreinheit sind nämlich Druckgradienten systemimmanent ohne dass eine Leckage vorliegt. Die Gefahr einer Fehldiagnose wäre deshalb bei den vorgenannten Diagnosesystemen bei abgeschalteter Kompressoreinheit hoch. Beim stehenden Fahrzeug mit abgeschalteter Kompressoreinheit kommt es z.B. schon alleine durch Temperaturschwankungen z.B. in Folge der fehlenden Luftkompression zu Druckgradienten im Druckluftsystem. Auch ist die Kompressoreinheit nicht dicht, so dass über die Kompressoreinheit Luft aus dem Druckluftsystem entweicht bis Schließventile eingreifen und einen weiteren Druckverlust absichern. Ordnungsgemäße Luftentnahmen wie sie auch am stehenden Nutzfahrzeug regelmäßig vorkommen, z.B. durch An- oder Abkoppeln eines druckluftgebremsten Anhangers oder durch regelmäßig vorgenommenes Entwässern der Druckluftanlage fuhren zu Druckgradienten und zu Leckagen, die allerdings nicht auf einem Defekt beruhen. Solche kurzzeitigen ordnungsgemäßen Druckentnahmen können von den vorgenannten Diagnosesystemen nicht zutreffend eingeschätzt werden.
Ausgehend von dem vorgesagten ist es Aufgabe der hier offenbarten Erfindung ein Druckluftsystem, insbesondere in einem Nutzfahrzeug, wahrend der Standzeiten zu überwachen ohne dass Temperaturschwankungen oder ordnungsgemäße Störungen zu einer Fehlermeldung fuhren.
Weitere Ziele der hier offenbarten Erfindung sind, einen Defekt, sprich eine Leckage, im Druckluftsystem möglichst in einem Teilsystem lokalisieren zu können, und wenn möglich auch die Große des festgestellten Lecks angeben zu können.
Die Losung gelingt mit einem Druckluftsystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung und in den abhangigen Ansprüchen offenbart.
Die Losung gelingt hauptsächlich, indem bei einem Druckluftsystem mit mehreren Druckluftkreisen, die jeweils über getrennte Ventile oder mit einem Mehrkreisventil bei Erreichen der mit den Ventilen eingestellten Schließdrucken von dem Kompressorkreis abgeschlossen werden, mit einer Messwertaufnahme eine Druckuberwachung und eine Temperaturuberwachung für jeden Druckluftkreis durchgeführt wird und mit einer Entscheidungslogik die Verhaltensmuster der Schließventile oder des Mehrkreisschutzventils ausgewertet werden, um eine Leckage auf dem betreffenden Druckluftkreis zu lokalisieren.
Die Verhaltensmuster ergeben:
- bei entkoppelten Druckluftkreisen ist die Leckage in dem Kreis, in dem der aktuelle mit der Messwertaufnahme ermittelte Druckverlauf nicht mit dem nach der konstruktiven und damit charakteristischen Abklingkonstante zu erwartenden Druckverlauf übereinstimmt.
Nach Erreichen der ventilspezifischen Schließdrucke in den einzelnen Druckluftkreisen dürfen in voneinander getrennten Druckluftkreisen mit dem rechnerischen Modell nur noch die konstruktiven Abklingkonstanten beobachtet werden. In demjenigen Druckluftkreis, in dem der Druckverlauf starker abnimmt als entsprechend der Abklingkonstante zu erwarten wäre, kann auf eine Leckage geschlossen werden.
Besonderheiten ergeben sich bei gekoppelten Druckluftkreisen. So ist z.B. der Druckluftkreis des Bremskreises, in dem sich auch die Feststellbremse befindet mit dem Druckluftkreis der Feststellbremse gekoppelt, um zu verhindern, dass sich bei einem Druckverlust in einem der beiden Druckluftkreise die Feststellbremse losen kann. Weitere Druckluftkreise im Fahrzeug für die Achsfederung, für die Fahrerhausdampfung oder für die pneumatischen Hilfsaggregate sind dagegen üblicher weise als von einander getrennte Druckluftkreise ausgebildet. Bei gekoppelten Druckluftkreisen kann in einem ersten Diagnoseschritt die Fehlerlokalisierung zunächst nur auf die beiden gekoppelten Kreise eingeschränkt werden. In einem weiteren Diagnoseschritt kann jedoch über die bekannte Art der Kopplung der Kreise eine weitere Einschränkung der Leckage Lokalisierung durchgeführt werden.
Hierzu können entweder die Schaltzustande der Schließventile oder die Schaltzustande des Mehrkreisschutzventils ausgewertet werden und in einen zeitlichen Bezug zu dem mit der Messwertaufnahme aufgezeichneten Druckverlauf gebracht werden oder aber es wird mit einer Entscheidungslogik die eingerichtete Kopplung zwischen den Druckluftkreisen ausgewertet, um zu entscheiden in welchen Druckluftkreis die beobachtete Leckage zu lokalisieren ist. Bei gekoppelten Druckluftkreisen gibt es im Beispiel der Nutzfahrzeuge stets einen fuhrenden Kreis und einen dem fuhrenden Kreis folgenden Kreis. Dies kann entweder über die Schaltzustande der entsprechenden Ventile ausgewertet werden oder über die Druckverlaufe selbst. Die Entscheidungslogik muss dann jeweils folgende Falle unterscheiden und die zugehörigen Verhaltensmuster heranziehen.
Die Verhaltensmuster bei gekoppelten Kreisen sind:
- Liegt die Leckage im fuhrenden Kreis muss der folgende Kreis mit gleichem Druckverlauf mit einem definierten Zeitverzug folgen.
- Liegt die Leckage im folgenden Kreis, darf nur in diesem Kreis ein Druckverlauf zu beobachten sein. Der fuhrende Kreis bleibt auf dem Schließdruck stehen.
- Gibt es in beiden Kreisen eine Leckage muss die Druckabnahme im folgenden Kreis starker sein als im fuhrenden Kreis .
Die Verwendung der Abklingkonstanten nach Erreichen der Schließdrucke in den einzelnen Druckluftsystemen hat den Vorteil das zeitlich beschrankt auftretende Druckentnahmen keinen Einfluss auf die Abklingkonstante vor und nach der Druckentnahme haben. Damit können ordnungsgemäße Luftentnahmen von tatsachlichen Leckagen unterschieden werden. Luftentnahmen können somit durch die Messwertaufnahme mitprotokolliert werden oder auch durch konstruktive oder durch rechnerische Filter aus den beobachteten Druckverlaufen herausgenommen werden. Mit beiden Verfahren können Fehldiagnosen aufgrund von Luftentnahmen vermieden werden.
Die Verhaltensmuster des Systems bestimmen sich in einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung durch das Schaltverhalten eines Mehrkreisventils, über das die einzelnen Druckluftkreise gemeinsam an den Kompressorkreis angeschlossen sind.
In einer weniger vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung sind die einzelnen Druckluftkreise mit Emzelventilen gegen Druckverlust bei abgeschaltetem Kompressor abgesichert.
In einer vorteilhaften Ausfuhrungsform der Erfindung wird mit einer Modeilbildung das Druckluftsystem mit seinen konstruktiven Gegebenheiten, wie insbesondere der Große der einzelnen Vorratsbehalter per Druckluftkreis, abgebildet. Mit dem Modell lasst sich aus den Werten für Behaltervolumen, Druck und Temperatur eine eventuell auftretende Leckage auch der Große nach berechnen und bestimmen.
Die mit der Erfindung hauptsächlich zu erzielenden Vorteile ergeben sich aus der zuverlässigen Prüfung des Druckluftsystems innerhalb der Standzeit des Fahrzeugs. Bei unzulässig hohem Druckverlust kann der Fahrer entsprechend gewarnt werden. Werkstattaufenthalte lassen sich verkurzen, da bereits eine Lokalisierung der Leckage auf den betroffenen Druckluftkreis erfolgt ist. Folgeschaden, die sich aus einer erhöhten Dauerbelastung des Verdichters infolge einer Leckage ergeben konnten, können vermieden werden. Vor allen Dingen wird die Betriebssicherheit der Bremsanlage durch regelmäßige Überprüfung des Druckluftsystems gewährleistet und verbessert .
Im Folgen wird ohne Beschrankung der Allgemeinheit der technischen Lehre die Erfindung anhand von graphischen Darstellungen von Ausfuhrungsbeispielen naher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 Eine an sich bekannte Druckluftbremslage eines
Nutzfahrzeugs, wie sie im Stand der Technik im
Einsatz ist; Fig. 2 Em Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer
Applikationsmoglichkeit der Erfindung in ein
Druckluftsystem eines Nutzfahrzeuges; Fig. 3 Eine mit der Erfindung vorgenommene Berechnung der pneumatischen Zeitkonstanten des Druckluftsystems mit applizierter Störung; Fig. 4 Ein Verhaltensmuster für die Lokalisierung einer
Leckage im Druckluftkreis Kl; Fig. 5 Ein Verhaltensmuster für die Lokalisierung einer
Leckage im Druckluftkreis K2; Fig. 6 Ein Verhaltensmuster für die Lokalisierung einer
Leckage im Druckluftkreis K3; Fig. 7 Em Verhaltensmuster für die Lokalisierung einer
Leckage im Druckluftkreis K4 ; Fig. 8 Ein Flussdiagramm einer erweiterten Ausfuhrungsform des erfindungsgemaßen Diagnoseverfahrens .
Die Druckluftanlage eines Nutzfahrzeugs ist mit unterschiedlichen Aufgabenbereichen und Funktionen sehr komplex. Eine schematische Darstellung einer solchen an sich bekannten Anlage ist in Fig. 1 dargestellt. Üblicherweise wird mit einem Kompressor 1 über einem Druckregler 2 und einen Lufttrockner 3 ein Mehrkreisschutzventil 4 mit Druckluft beschickt. Mit dem Mehrkreisschutzventil wird die vom Kompressor geforderte Luft auf die verschiedenen Druckluftkreise verteilt. In Fig. 1 sind drei Druckluftkreise dargestellt. In der Regel sind heute in einem Nutzfahrzeug 4 Druckluftkreise vorhanden. Für die weiter unten noch zu behandelnde Erfindung ist die Anzahl der Druckluftkreise von untergeordneter Bedeutung. Jeder Druckluftkreis kann über einen eigenen Druckbehalter 5,6,7 verfugen, muss aber nicht. Es können auch aus einem Druckluftbehalter mehrere Druckluftkreise bevorratet werden. Mit den verschiednen Druckluftkreisen werden insbesondere die verschiedenen Bremskreise des Nutzfahrzeuges bedient. Üblicherweise sind in einem Nutzfahrzeug eine Feststellbremse 8, eine Betriebsbremse 9 und ein Automatischer Bremskraftregler 10 vorhanden. Die Betriebsbremse teilt sich in mindestens zwei getrennte Bremskreise, - Vorderradbremsen 11 und Hinterradbremsen 12 -, auf. Die Feststellbremse ist als getrennter Bremskreis ausgebildet. Der Bremskraftregler stellt in Abhängigkeit vom Beladungszustand die Bremskraft ein. Nicht dargestellt in Fig. 1 sind Druckluftkreise für pneumatische Nebenaggregate und für die Luftfederung des Nutzfahrzeugs. Solche getrennten Druckluftkreise sind in Nutzfahrzeugen üblich, so dass in der Regel mindestens vier getrennte Druckluftkreise in einem Nutzfahrzeug verbaut sind.
Der Druckluftkreis für den Bremskreis, in dem sich auch die Feststellbremse befindet, ist aus Sicherheitsgründen mit dem Druckluftkreis der Feststellbremse gekoppelt, um bei Druckverlust eine Losen der Feststellbremse zu verhindern. Die Kopplung hangt hier natürlich von den konstruktiven und Funktionalen Zusammenhangen des Druckluftsystems ab. In den hier offenbarten Ausfuhrungsbeispielen ist stets der mit Kl nummerierte Druckluftkreis mit dem mit K3 nummerierten Druckluftkreis gekoppelt. In Fig. 1 ist der
Hinterachsbremskreis mit der Feststellbremse gekoppelt. Die Kopplung ist stets so eingerichtet, dass der Druckluftkreis K3 dem Druckluftkreis Kl in seinem Druckniveau folgt.
Die Erfindung setzt nun auf dem in Fig. 1 exemplarisch skizzierten Stand der Technik auf.
Ein mögliches Applikationsbeispiel der Erfindung in ein an sich bekanntes Druckluftsystem eines Nutzfahrzeuges ist in Fig. 2 als Blockschaltbild dargestellt. Ein Mehrkreisschutzventil 4 verteilt die vom Kompressor geförderte Luftmenge auf mehrere Druckluftkreise. Vorzugsweise werden 4 Druckluftkreise versorgt. Dargestellt sind in Figur 2 drei Druckluftkreise mit jeweils eigenen Druckluftbehälter 5,6,7. Erfindungsgemäß wird nun in jedem Druckluftkreis eine Meßsensorik für Druck und Temperatur eingerichtet und mit einer Messwerterfassung und -Verarbeitung ausgewertet. Die Messwerterfassung ist in einem Steuergerät ECU des Nutzfahrzeugs implementiert. Die Anbindung der Sensoren für Druck und Temperatur an die Messwerterfassung erfolgt über Datenleitungen, z.B. über einen im Fahrzeug eingesetzten Datenbus, der oft ein CAN Bus ist.
Das Messmodul zur Druckaufnahme ist mit analogen galvanisch getrennten Messeingängen für Spannung und Strom sowie mit voneinander unabhängig einstellbarer Sensorversorgung ausgestattet. Die Ausgabe der Messdaten erfolgt über ein CAN- Protokoll und wird mittels der mitgelieferten Software konfiguriert. Die Abtastrate ist beispielsweise zwischen 1 und 1000 Hz einstellbar.
Zur Temperaturaufnahme wird ebenfalls ein Messmodul mit galvanisch getrennten Messeingängen verwendet. Die Temperaturfühler, z.B. Thermoelemente, werden an den Eingängen angeschlossen. Wie bei der Druckaufnahme findet die Ausgabe der Messdaten über ein CAN-Protokoll statt und kann ebenfalls per Software konfiguriert werden. Die Abtastrate ist beispielsweise von 1 bis 10 Hz einstellbar.
Die Ansteuerung der Ventile im Mehrkreisschutzventil erfolgt ebenfalls in Abhängigkeit der erreichten Systemdrücke durch ein Steuergerät. Es kann hier dasselbe Steuergerät eingesetzt werden oder ein anderes Steuergerät das im Bordnetz entsprechend vernetzt ist. Mit einer Messwerterfassung und einer Kommunikationsstruktur, wie sie exemplarisch in Figur 2 dargestellt ist, kann das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren in ein Steuergerät im Netzverbund eines Nutzfahrzeugs implementiert werden und durchgeführt werden.
Ein Flussdiagramm für ein um alternative Prozessschritte ergänztes erfindungsgemaßes Diagnoseverfahren ist in Figur 8 dargestellt .
In einem ersten Prozessschritt erfolgt eine Messwertaufnahme, die für jeden zu erfassenden Druckluftkreis die aktuellen Werte für Druck und Temperatur der komprimierten Luft in den Kreisen erfasst und an die Messmodule und die nachgeschalteten Prozessschritte zu weiteren Verarbeitung weiterleitet .
Alternativ kann sofort nach Abschalten des Nutzfahrzeugs mit einem alternativen fakultativen Prozessschritt noch vor Erreichen des ersten Schließdrucks eines Schutzventils der Druckluftanlage eine integrale Vorsensierung eines möglichen erhöhten Druckverlusts durchgeführt werden. Vor Erreichen der Schließdrucke sind die einzelnen Druckluftkreise noch nicht abgeschlossen, so dass sie nicht voneinander separiert sind. Außerdem findet in diesem Systemzustand nach ausgeschaltetem Kompressor bis zum Erreichen der Schließdrucke ein regulärer systembedingter Druckabbau statt. Ein übermäßiger Druckabbau wurde sich allerdings in einem vorzeitigen Erreichen des ersten Schließdrucks eines Schutzventils bemerkbar machen und kann daher festgestellt werden. Eine Lokalisation ist allerdings erst möglich, wenn die Druckluftkreise nach Erreichen ihrer jeweiligen Schließdrucke von den Schutzventilen abgeschlossen wurden. Dieser alternative Prozessschritt wurde in das Diagnoseverfahren aufgenommen, um je nach den zukunftig vielleicht zu erwartenden gesetzlichen Sicherheitsbestimmungen sowohl integrale Druckverluste des Gesamtsystems als auch individuelle Druckverluste einzelner Teilkreise sensieren zu können. Eine Lokalisierung einer Leckage auf einen einzelnen Druckluftkreis kann erfolgen, wenn in einem weiteren Prozessschritt die Schließdrücke der einzelnen Druckluftkreise jeweils unterschritten wurden und somit die Druckluftkreise zumindest durch die Schutzventile abgeschlossen und separiert wurden. Trotzdem können natürlich wie oben bereits ausgeführt noch Kopplungen zwischen Druckluftkreisen, z.B. zwischen Betriebsbremse und Feststellbremse vorhanden sein.
In einem weiteren alternativen und fakultativen Prozessschritt wird eine rechnerische Temperaturkompensation durchgeführt. Die Temperaturkompensation kann notwendig sein, um die Druckverhältnisse und die möglichen Volumenströme aufgrund von Leckagen auf Normdruck und damit auf Normbedingungen umrechnen zu können. Außerdem kann mit der Temperaturkompensation verhindert werden, dass auf Grund von Temperaturschwankungen auftretende Druckänderungen irrtümlich als Luftverlust und damit als Leckage diagnostiziert werden. Die Temperaturkompensation erfolgt rechnerisch mit einem Algorithmus, der mit einer geeigneten Gasgleichung aus den aufgenommen Druck- und Temperaturwertepaaren, die in den Druckluftkreisen befindliche Luft auf Normbedingungen oder zumindest auf kompensierte und damit vergleichbare Drücke umrechnet. Bewährt hat sich hierbei für das Medium Luft und für das erfindungsgemäße Verfahren das Gas Gesetz von Gay Lussac. Danach ergibt sich ein temperaturnormierter oder temperaturkompensierter Druck zu:
pMess pNT _ r_ pMess _ = => pNT = — Tn
TMess Tn TMess
Das Ergebnis ist ein temperaturnormierter oder kompensierter Druck pNT, der nun im Vergleich der Drücke und damit auch der Luftmassen auf der Basis eines konstanten Volumens und der Normtemperatur bzw. Kompensationstemperatur Tn ermöglicht. Dies wird für jeden Druckluftkreis durchgeführt. Das Luftvolumen ist durch die Volumen der Vorratsbehalter und der Druckleitungen konstant.
In einem weiteren Prozessschritt werden aus den aufgenommenen Messwerten, - gegebenenfalls nach erfolgter Temperaturkompensation -, die pneumatischen Zeitkonstanten für die verschiedenen Druckluftkreise berechnet. Von besonderem Interesse sind hier die Abklingkonstanten. Als einen Druckabfall anzeigende Abklingkonstanten können die Druckgradienten oder bevorzugter Weise die exponentiellen Abklingkonstanten herangezogen werden. Der Druckabfall in jedem Druckluftsystem mit hinreichend kleiner Leckage, lasst sich anhand einer abfallenden e-Funktion beschreiben:
p(t) = pθ-e"r
wobei dann τ die Abklingkonstante des Systems ist.
Aus der Abklinkkonstante lasst sich in einem weiteren Prozessschritt in guter Näherung auch die Leckagegroße berechnen. Es gilt:
dV _p-C dt τ
wobei p der aktuelle Systemdruck, C die Große des Vorratsvolumen und dV/dt der abfließende Volumenstrom ist.
Hierbei spielen zwei wichtige Faktoren eine entscheidende Rolle: die thermodynamischen Gegebenheiten und die Abtastzeit. Bei zu großer Leckage kann das System nicht mehr mit einer Exponentialfunktion angenähert werden. Derart große Leckagen sind aber in der Regel auch kein Diagnoseproblem, da sie offensichtlich sind. Für die Abtastzeit bei stillstehendem Fahrzeug muss ein Kompromiss gefunden werden. Je langer die Abtastzeit umso besser die Systemuberwachung. Allerdings muss der Energieverbrauch für die Meßsensorik und die an der Auswertung beteiligten Steuergerate bei einem Nutzfahrzeug im Stillstand möglichst niedrig gehalten werden. Es hat sich gezeigt, dass mit einer Abtastzeit in der Größenordnung von 10 Minuten bei einem Anfangsdruck von 10 bar hinreichend gute Ergebnisse erzielt werden und Leckagen zuverlässig bestimmt werden können.
Aus den bestimmten Abklingkonstanten und aus den berechneten Volumenstromen kann in einem weiteren Prozessschritt entschieden werden, ob ein positiver Diagnosebefund vorliegt. Dies erfolgt durch Überprüfung ob vorgegebene Grenzwerte oder Schwellwerte überschritten wurden. Hier können entweder die für jeden Druckluftkreis bestimmten Abklingkonstanten mit einer für jeden Kreis festzulegenden grenzwertigen Abklingkonstante verglichen werden oder es werden die berechneten Volumenstrome mit grenzwertigen Volumenstromen verglichen. Im ersten Fall ist auf ein positives Diagnoseergebnis zu erkennen, wenn die bestimmte Abklingkonstante kleiner als der tolerierbare Vergleichswert ist. Im zweiten Fall ist auf ein positives Diagnoseergebnis zu erkennen, wenn die berechneten Volumenstrome großer ausfallen, als die tolerierbaren Vergleichswerte .
Wurde eine nicht tolerierbare Leckage festgestellt, wird in einem weiteren Prozessschritt die Grenzwertuberschreitung, sprich die Leckage, durch Auswertung von Verhaltensmustern des Druckluftsystems lokalisiert.
Das Auswerten der Verhaltensmuster wird mit einer Entscheidungslogik realisiert, die in einem der Steuergerate des Nutzfahrzeugs implementiert wird. Verhaltensmuster eines Vierkreisdruckluftsystems, wie es heutzutage in Nutzfahrzeugen zum Einsatz kommt, werden im Folgenden anhand der Figuren 4,5,6,7 offenbart und von der Entscheidungslogik für die Lokalisierung einer Leckage herangezogen. Bei anderen Druckluftsystemen können selbstverständlich andere Verhaltensmuster auftreten, die dann entsprechend nach anderen charakteristischen Mustern ausgewertet werden müssen, um eine Leckage zu lokalisieren.
Fig. 4 zeigt ein Verhaltensmuster bei einer Leckage in Kreis Kl. Kreis Kl und K3 sind miteinander gekoppelt, wobei Kl der fuhrende Kreis ist und der Druck in Kreis K3 dem Druck in Kreis Kl folgt. Kl ist ein Kreis der Betriebsbremse und Kreis K3 ist der Druckluftkreis der Feststellbremse. Das System wurde bis zum Kompressorabschaltdruck mit Luft aufgefüllt. Der Druck im System nimmt zunächst kontinuierlich ab. Oberhalb der Schließdrucke in den einzelnen Druckluftkreisen finden Ausgleichsvorgange statt. Als erstes erreicht Kreis K4 seinen Schließdruck und verharrt nahezu konstant auf dem Schließdruck. Dann erreicht Kreis K2 seinen Schließdruck und verharrt ebenfalls. Die beiden Kreise Kl und K3 bleiben nicht auf ihren Schließdrucken stehen. Aufgrund von gesetzlichen Bestimmungen muss der Druck in Kreis K3 mit abnehmen, um ein Losen der Feststellbremse bei einer Leckage im Bremskreis Kl zu verhindern.
Fig. 5 zeigt ein Verhaltensmuster bei einer Leckage in Kreis K2. Das System wurde bis zum Kompressorabschaltdruck mit Luft befullt. Der Druck im System nimmt zunächst kontinuierlich ab. Unterhalb der Schließdrucke der einzelnen Kreise nimmt nur noch der Druck in Kreis K2 ab.
Figur 6 zeigt ein Verhaltensmuster bei einer Leckage in Kreis K3. Das System wurde bis zum Kompressorabschaltdruck mit Luft aufgefüllt. Der Druck nimmt oberhalb der Schließdrucke wieder zunächst kontinuierlich ab. Die Kreise Kl, K2 und K4 bleiben bei Erreichen ihrer Schließdrucke stehen. Nur in Kreis K3 nimmt der Druck in Folge der Leckage weiterhin ab.
Ein letztes Verhaltensmuster mit einer Leckage in Kreis K4 zeigt Figur 7. Das System wurde bis zum Kompressorabschaltdruck mit Luft befullt. Oberhalb der Schlxeßdrucke nimmt der Druck im System kontinuierlich ab. Die Kreise Kl, K2, K3 erreichen ihre Schließdrucke und bleiben auf dem entsprechenden Druckniveau stehen. Nur der Druck in Kreis 4 nimmt weiterhin ab.
In allen vier Kreisen wird nach dem Erreichen der Schließdrucke naturlich ein langsamer Druckabfall analog einer abfallenden Exponentialfunktion beobachtet.
Die pneumatische Zeitkonstante bzw. der daraus errechnete Volumenstrom sind nur im Idealfall störungsfrei. Im Regelfall können verschiedene Störungen wahrend der Messung auftreten:
- Temperaturanderungen, die eine Druckanderung verursachen, ohne dass Luftmasse aus dem System entweicht .
- Normaler Luftmassenverlust. Z.B. durch die Bewegungen des Fahrerhauses oder durch die Betätigung der Bremsanlage .
- Vom Fahrer beabsichtigter Luftmassenverlust durch Luftablassen an den Prufanschlussen oder durch Verwendung von druckluftbetriebenen Geraten.
Diese Störungen können ein verfälschtes Diagnoseergebnis liefern. Die aufgenommenen Messdaten müssen so gefiltert werden, dass die Nutzinformationen erhalten bleiben, die Störungen aber entfernt werden.
Störungen, die durch Temperaturanderungen hervorgerufen werden, können mit einer Temperaturkompensation behandelt werden. Dieser Sachverhalt wurde weiter oben schon erörtert. Für die anderen oben aufgeführten Störungen wird ein Filter vorgeschlagen, der im Zusammenhang mit Figur 3 naher erläutert wird. In Figur 3 ist die Auswirkung einer temporaren Störung auf die pneumatische Abklingkonstante der einzelnen Druckkreise veranschaulicht. Aufgetragen sind der Druck und die Abklingkonstante über der Zeit. Mit den Bezugsziffern 30, 31,32 ist das Erreichen der Schließdrucke der einzelnen Druckluftkreise dargestellt. In der oberen Diagrammhalfte ist der Druckverlauf an einer integralen Stelle des Druckluftsystems dargestellt, beispielsweise im Mehrkreisschutzventil bevor die Druckluft auf die einzelnen Kreise aufgeteilt wird. Jedes mal wenn ein Druckluftkreis seinen Schließdruck erreicht, äußert sich das bei einer integralen Messwertaufnahme in einer Änderung der pneumatischen Abklingzeit. Die Änderung ergibt sich durch das Abkoppeln eines Vorratsbehalters in Folge des Abschließens eines Druckkreises. Es ergibt sich dann die im unteren Diagramm dargestellte Treppenfunktion der Abklingkonstante.
Eine Störung durch eine zeitlich beschrankte Luftentnahme aus dem System wirkt sich im Druckverlauf durch einen plötzlichen, steileren Druckabfall aus, der sich nach dem Ende der Luftentnahme wieder auf die Druckabnahme entsprechend der Abklingkonstante des betreffenden Druckluftsystems beruhigt.
Auf die aus den Messwerten berechnete aktuelle Abklingkonstante wird sich eine Luftmassenentnahme als kurzzeitige Absenkung der Abklingkonstante aus. Vor- und nach der Störung muss sich für die berechnete aktuelle Abklingkonstante wieder der gleiche Wert ergeben. Die Auswirkungen einer Störung auf Druckverlauf und berechnete aktuelle Abklingkonstante sind in der Fig. 3 mit der Bezugsziffer 33 eingetragen.
Für eine rechnerische Filterung der Störgrößen können beide Zeitreihen herangezogen werden. Bevorzugt wird hier die rechnerische Filterung des Druckverlaufs. Also eine Filterung der originär aufgenommenen Messwerte. Eine Filterung von Störungen aus der abgeleiteten Große der berechneten aktuellen Abklingkonstante wird als weniger bevorzugte Alternative offenbart. Eine bevorzugte Logik für einen rechnerischen Storgroßen- filter ist z.B. die folgende:
Die aufgenommenen oder berechneten Werte werden abgespeichert. Dann werden zunächst fünf zeitlich aufeinander folgende und abgespeicherte Werte genommen und aus den fünf Werten das Minimum gebildet. Das Minimum wird mit einer Toleranz multipliziert, die z.B. mit 30% angesetzt ist. Alle Werte, die sich nun oberhalb der Toleranz befinden werden herausgefiltert. Das Herausfiltern der Störgrößen wird realisiert, indem alle Werte, die sich unterhalb der Toleranzgrenze befinden mit 1 multipliziert werden, wahrend alle Werte, die sich oberhalb der Toleranz befinden mit 0 multipliziert werden. Somit sind nur noch die gültigen Werte vorhanden. Anschließend wird der Mittelwert über die gültigen Werte gebildet und abgespeichert und eventuell ausgegeben.
Bei Bedarf kann mit der Filteroperation zeitlich unbeschrankt fortgesetzt werden. Mit den zeitlich folgenden nächsten fünf Werten wird dann ebenso verfahren. Alle neuen Werte, die den Filter durchlaufen, werden nach demselben Verfahren gefiltert. Durch dieses Verfahren können Störungen zuverlässig ausgefiltert werde. Der Filter kann hierbei als Eingangsgroßen beliebige Großen verarbeiten. D.h. je nach Bedarf kann der Filter auf die Originalmesswerte der Drucksensoren oder auch auf die abgeleiteten Werte der aktuellen Volumenstromberechnung oder der aktuellen werte der Abklingkonstante angewandt werden.
Im Falle eines Diagnosesystems für die Druckluftanlage eines Nutzfahrzeugs wird in der Regel mit einer zeitlich begrenzten Abtastzeit gearbeitet, um die Energieressourcen des stillstehenden Fahrzeugs zu schonen. Zum Beispiel wird die Abtastzeit auf die weiter oben schon diskutierten 10 Minuten eingeschränkt. Die Anzahl der verwendeten Werte im Filter muss sich nach der Abtastzeit richten. Je kurzer die Abtastzeit, desto mehr Werte werden dafür benotigt. Für das erfmdungsgemaße Diagnoseverfahren haben sich bei einer Abtastzeit von 10 Minuten die zuvor erwähnten fünf Werte bewahrt. Wenn man davon ausgehen kann, dass eine Störung nicht langer als 10 Minuten dauert und sie sich nicht im Anschluss wiederholt, werden Störungen spätestens nach dem zweiten Wert zuverlässig herausgefiltert . Sollten diese Annahmen im Betrieb des Fahrzeugs nicht zutreffen, muss die Abtastzeit erhöht werden, bis sichergestellt ist, dass regulären Störungen gegenüber der Abtastzeit hinreichend kurz sind.
Naturlich kann das ganze hier offenbarte Diagnoseverfahren wiederholt werden. Insbesondere kann das Diagnoseverfahren zyklisch wiederholt werden, indem es bei stillstehendem Fahrzeug in gewissen Zeitabstanden wiederholt wird. So kann z.B. mit einem Zeitgeber alle 2 Stunden, alle 4 Stunden oder auch alle 24 Stunden das Druckluftsystem für die Abtastzeit von z.B. 10 Minuten abgetastet werden und eine Diagnose durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung von Leckagen in Druckluftsystemen, insbesondere in Druckluftsystemen in Nutzfahrzeugen, bei dem:
- mit einer Messwertaufnahme in einem oder mehreren Druckluftkreisen Werte für Druck und alternativ auch für Temperatur aufgenommen werden und daraus eine oder mehrere pneumatische Zeitkonstanten des Druckluftsystems bestimmt werden, die geeignet sind, einen aktuellen Druckabfall im System anzugeben,
- mit einer Entscheidungslogik durch Grenzwertvergleich des aktuellen Druckabfalls mit vorgegebenen Werten auf eine Leckage geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass mit einer Entscheidungslogik durch Auswerten von Verhaltensmustern des Druckluftsystems eine festgestellte Leckage naher lokalisiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als pneumatische Zeitkonstanten Druckgradienten oder exponentielle Abklingkonstanten berechnet werden.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Verhaltensmuster des Druckluftsystems Druckverlaufe oder ein Schaltverhalten von Ventilen des Systems ausgewertet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckmesswerte einer Temperaturkompensation unterzogen werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Maß für die Größe der Leckage bestimmt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß für die Größe der Leckage aus der exponentiellen Abklingkonstante und dem Speichervolumen des betreffenden Druckluftkreises oder der betreffenden Druckluftkreise bestimmt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass vor Beginn der Lokalisation der Leckage die Schließdrücke der einzelnen Druckkreise unterschritten sein müssen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass vor Erreichen der Schließdrücke des Druckluftsystems eine vorgeschaltete Druckverlustbestimmung durchgeführt wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Störgrößenfilter mit einer hardwaremäßig oder softwaremäßig ausgebildeten Logik zeitlich beschränkte Luftmassenentnahmen aus den Messwerten oder den daraus abgeleiteten Werten herausfiltert.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Abtastzeit der Messwertaufnahme für Druck oder Temperatur jeweils einstellbar ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es zyklisch wiederholt wird.
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