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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Förderstroms
von Druckluft in einer Druckluftanlage eines Kraftfahrzeugs. Weiterhin
betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Druckluftanlage,
welches über einen Kompressor mit einem Förderstrom
von Druckluft versorgt wird.
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STAND DER TECHNIK
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Üblicherweise
wird der Druckluftbedarf in einer Druckluftanlage eines Kraftfahrzeugs
gedeckt durch einen Kompressor. Der Kompressor wird für bekannte
Lösungen über das Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs
angetrieben, welches vorrangig dem Vortrieb des Kraftfahrzeugs dient,
und/oder über ein separates Antriebsaggregat, welches beispielsweise ein
Elektromotor sein kann, der aus einer Batterie des Kraftfahrzeugs
gespeist ist. Der Betrieb des Kompressors ist derart anzupassen,
dass in der Druckluftanlage ausreichendes Volumen an Druckluft mit
einem ausreichenden Druck vorhanden ist, um das Kraftfahrzeug und
in diesem vorhandene Verbraucherkreise zu betreiben. Andererseits
ist der Förderbetrieb des Kompressors so gering wie möglich
zu halten, beispielsweise hinsichtlich des ausgangsseitigen Drucks
des Kompressors und/oder des Förderstroms der Druckluft,
da zum Betrieb des Kompressors elektrische oder mechanische Leistung verbraucht
wird, welche letztlich die Leistungsbilanz des Kraftfahrzeugs verschlechtert.
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Gemäß dem
Stand der Technik findet zur Steuerung oder Regelung (im Folgenden
"Steuerung") des Förderstroms grundsätzlich
- – eine "Loader-Unloader"-Steuerung
Einsatz, bei der der Kompressor immer läuft, aber ausgelöst durch
ein Überschreiten eines oberen Grenzwertes durch den Druck
in der Druckluftanlage die Druckluft des Kompressors in die Umgebung
abgeleitet wird (Leerlaufphase), und ausgelöst durch ein
Unterschreiten eines unteren Grenzwertes durch den Druck in der
Druckluftanlage die Druckluft des Kompressors der Druckluftanlage
zugeführt wird, bis der obere Grenzwert wieder erreicht ist
(Lastphase)
oder
- – eine "Governor"-Regelung Einsatz, in der der Kompressor
beispielsweise mit einem Überschreiten des oberen Grenzwertes
des Druckes in der Druckluftanlage deaktiviert wird und wieder aktiviert
wird, wenn der Druck in der Druckluftanlage einen unteren Grenzwert
unterschreitet:
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EP 1 394 415 A2 schlägt
den Antrieb des Kompressors über eine Motoreinheit unter
Zwischenschaltung eines stufenlosen Getriebes vor. Die Druckschrift
nennt zwei grundsätzlich unterschiedliche Antriebsmöglichkeiten
für den Kompressor, nämlich einerseits die Anordnung
einer Trennkupplung zwischen der Motoreinheit und dem Kompressor,
so dass der Kompressor selektiv durch öffnen und Schließen
der Kupplung zu- und abschaltbar ist, sowie den Betrieb des Kompressors
mit Lastphasen, in denen Verbraucher mit Druckluft versorgt werden, und
Leerlaufphasen, in welchen der Kompressor zwar läuft, aber
Druckluft in die Umgebung fördert. Eine Ansteuerung des
stufenlosen Getriebes erfolgt über ein pneumatisches oder
elektrisches Steuersignal, welches beispielsweise einer zentralen
Steuereinheit des Kraftfahrzeugs entstammen kann. Die Druckschrift
beschreibt die Problematik, dass luftbedarfsgesteuerte Kompressoranordnungen
lediglich zu 5 bis 10% der Zeit im Lastbetrieb betrieben werden,
während ein Leerlaufbetrieb in den restlichen 90 bis 95%
der Zeit erfolgt. Dies ist auf den überwiegenden Fernverkehrsbetrieb
auf der Autobahn mit einem geringen Druckluftverbrauch zurückzuführen.
Wegen der immer noch beträchtlichen Leistungsaufnahme in der
Leerlaufphase und den genannten langen Leerlaufphasen kann der Energieverbrauch
im Leerlaufbetrieb insgesamt größer sein als im
Lastbetrieb. Dieser Nachteil kann dadurch verstärkt werden,
dass die Verdichtereinheit für den Normalbetrieb oft überdimensioniert
ist, um innerhalb kürzester Zeit einen hohen Druck im Druckluftsystem
zu erzeugen. Ein derart erhöhter Druck im Druckluftsystem
ist beispielsweise zum Befüllen des Druckluftsystems bei
leeren Druckluftbehältern, für die Betätigung
von Liftachsen usw. erforderlich. Zur Abhilfe schlägt die
Druckschrift vor, den hohen Anteil des Energieverbrauchs im überwiegenden
Leerlaufbetrieb des Kompressors dadurch erheblich zu reduzieren,
dass die Drehzahl des Kompressors durch einen Steuereingriff in
das Getriebe herabgesetzt wird. Neben der Energieersparnis soll
hierdurch der Verschleiß des Kompressors gemindert werden.
Ein Druckluftbedarf wird durch einen Sensor erfasst, der einen vorhandenen Druck
misst. Eine Steuereinheit signalisiert einen Druckluftbedarf, wenn
der erfasste Druck unter einen unteren Grenzwert absinkt.
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DE 10 2004 045 123
B3 offenbart eine Druckluftanlage, bei der zwischen Verbraucher,
beispielsweise Bremszylinder, Hebebühne und Zusatzeinrichtungen
und Kompressor, ein erster Vorratsbehälter angeordnet ist,
welcher zur Grundversorgung des oder der Verbraucher dient. Parallel
speist der Kompressor über einen doppelt wirkenden pneumatischen
Druckluft-Zylinder einen zweiten Vorratsbehälter, dessen
Druckniveau in Folge des doppelt wirkenden pneumatischen Druckluft-Zylinders
oberhalb des Druckniveaus des ersten Vorratsbehälters liegt. Bei
Sonderaktionen, beispielsweise bei einem erforderlichen schnellen
Anheben des Fahrzeugs oder beim Start des Fahrzeugs nach längerer
Standzeit, wird zusätzlich zu der Druckluft aus dem ersten
Vorratsbehälter Druckluft aus dem zweiten Vorratsbehälter
für den oder die Verbraucher zur Verfügung gestellt.
So soll auch nach längeren Standzeiten des Fahrzeugs immer
ein ausreichender Druckluftvorrat zur Verfügung stehen.
Der zweite Vorratsbehälter soll sehr gut abgedichtet sein,
so dass das Risiko einer Leckage auf ein Minimum reduziert wird.
Ferner soll ein Schnellstart des Fahrzeugs bzw. die schnelle Aktivierung
der einzelnen Aggregate jederzeit möglich sein. Eine Ansteuerung
der einzelnen Aggregate erfolgt über eine nicht näher
dargestellte und beschriebene Steuereinrichtung. Der parallele Leitungszweig mit
dem doppelt wirkenden pneumatischen Druckluft-Zylinder und dem zweiten
Vorratsbehälter kann nachträglich in einen bestehenden
Druckluftkreislauf einer Kompressoranlage integriert werden.
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EP 0 335 086 B1 betrifft
ein mit einer Brennkraftmaschine ausgestattetes Kraftfahrzeug, bei
dem Antriebsaggregate, die zum Betrieb von Nebenverbrauchern oder
zur Ladung von Speichern dieser Nebenverbraucher dienen, bedarfsweise
zuschaltbar sind. Da bei Talfahrten und Schubzuständen
des Kraftfahrzeugs ein erhöhtes Leistungsangebot mit kinetischer
Energie des Fahrzeugs zur Verfügung steht, welche in der
Regel unwirtschaftlich über Bremsen in Verlustleistung
umgesetzt wird, erfolgt gemäß dieser Druckschrift
bei einem erkannten Wechsel von einem Zugbetrieb in einen Schubbetrieb
eine gezielte Zuschaltung der Antriebsaggregate in den Antriebsstrang,
wonach der Betrieb des Nebenverbrauchers im Sinne einer geregelten
Ladung eines Speichers des Nebenverbrauchers steuerbar ist. Zur
Erkennung eines Schubbetriebs kann die Stellung des Fahr- bzw. Gaspedals
herangezogen werden, wozu im einfachsten Fall ein einfacher Schalter
eingesetzt wird, welcher bei einer Gas- oder Fahrpedalstellung von
Null betätigt wird. Zur Verbesserung der Erkennung eines
Zug- oder Schubbetriebes wird der Einsatz einer elektronische Steuereinrichtung
vorgeschlagen, die mit Betriebszustandsignalen versorgt wird. Eine
Erkennung eines Schubbetriebs erfolgt dann über Betriebssignale
bzgl. der Stellung des Gaspedals, der Drosselklappe, einer Raddrehzahl
und/oder einer Motordrehzahl. Weiterhin offenbart die Druckschrift
die zeitversetzte Zuschaltung einzelner Antriebsaggregate. Die Zuschaltung
der Antriebsaggregate erfolgt nach einer Prioritätenwahlschaltung
aufgrund von Versorgungsnotwendigkeiten und Sicherheitserfordernissen
sowie abhängig von einem durch Vergleich vorgegebener Soll-Werte
mit ermittelten Ist-Werten signalisierten Ladebedarf der Speicher.
Die Prioritätenwahlschaltung soll dafür Sorge
tragen, dass in einem auftretenden Schubbetrieb zunächst
ein Speicher aufgeladen wird, welcher einem Nebenverbraucher zugeordnet ist,
der hinsichtlich der für den Fahrbetrieb gegebenen Bedeutung
höher eingestuft ist als ein Speicher eines anderen Nebenverbrauchers.
Für die einzelnen Speicher sind obere und untere Grenzwerte
vorgegeben. Unterschreitet ein Ist-Wert des Speichers den unteren
Grenzwert, kann das Erfordernis eines Ladens des Speichers erkannt
werden, während ein Überschreiten des oberen Grenzwerts
die Beendigung des Ladevorgangs indiziert. Bei den versorgten Zusatzaggregaten
handelt es sich um einen Kühlmittelkreislauf, einen Druckmittelspeicher
für eine Lenkhilfanlage, eine Batterie einer elektrischen
Anlage des Kraftfahrzeugs zur Zuschaltung eines Generators, einen
Hochdruckspeicher für eine Bremsenergierückgewinnung,
einen Druckluftspeicher für eine Fahrzeugbremsanlage, einen
Druckluftspeicher für eine druckluftbetätigte
Arbeitseinrichtung wie einen Türöffnungs- und
-schließmechanismus eines Omnibusses und einen Druckluftspeicher
für eine Zusatzluftversorgungsanlage für bestimmte
Aggregate des Kraftfahrzeugs. Die Druckschrift offenbart weiterhin den
Antrieb des Lüfters über ein stufenlos oder stufig übersetzendes
Getriebe, insbesondere eine zwischen Null- und Maximalförderleistung
verstellbare Hydrostat-Maschine. Auch für den Antrieb eines Kompressors
für eine Fahrzeugbremsanlage wird der Einsatz eines drehzahlregelbaren,
stufenlosen oder stufig übersetzenden Getriebes vorgeschlagen. Über
einen Regeleingriff einer Funktionssteuerschaltung kann für
derartige Getriebe während eines Schubbetriebs eine größere Übersetzung
der Bewegung von dem Achsantriebsstrang zu dem Kompressor genutzt
werden als im Zugbetrieb. Weitere Hinweise auf die geeignete Regelung
der Übersetzung der angesprochenen Getriebe enthält
die Druckschrift nicht.
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EP 1 183 172 B1 beschäftigt
sich mit einer Anpassung des oberen Grenzwerts für den
Druck in einem stromabwärts des Kompressors angeordneten Vorratsbehälter,
mit dessen Überschreitung die Tätigkeit des Kompressors
beendet oder umgeschaltet wird auf eine Leerlaufphase. Vorgeschlagen
wird eine Vergrößerung des oberen Grenzwerts bei
einem Wechsel von einem Zug zu einem Schubbetrieb. Ebenfalls angepasst
werden kann der obere Grenzwert in Abhängigkeit von einer
Stellung einer Drosselklappe, der Temperatur der geförderten
Luft oder einer antizipierten Bremsbetätigung. Zur Ermittlung eines
geeigneten Kriteriums zur Beeinflussung des oberen Grenzwerts wird
einer Steuereinheit die Drehzahl der Brennkraftmaschine, ein Öffnungswinkel
der Drosselklappe, ein Behälterdruck, eine Temperatur der
Druckluft ausgangsseitig des Kompressors, eine Feuchte des Trocknungsmittels,
eine Feuchte der Umgebungsluft zugeführt. Steigt die Temperatur
der Druckluft ausgangsseitig des Kompressors, wird dies als Indiz
angesehen, dass der Kompressor heißläuft. Dieser
Erkenntnis wird durch Verringerung des oberen Grenzwerts Rechnung
getragen. Die Erhöhung des oberen Grenzwerts mit einem
Wechsel vom Zug- zum Schubbetrieb beträgt 8 bis 10%. Im
Fall einer einsetzenden Notbremsung soll eine Umstellung auf eine
maximale Förderleistung des Kompressors erfolgen. Ebenfalls
angesprochen ist die Erhöhung des oberen Grenzwerts im
Fall eines ECAS-Events, also in dem Fall, dass eine Druckluftfederung
des Kraftfahrzeugs einen vergrößerten Druck erfordert.
Für den Fall, dass es sich bei einem Bremsvorgang um eine
finale Bremsung vor einer Abschaltung der Brennkraftmaschine handelt, wird
ein Druckluftbehälter maximal aufgeladen, um anschließend
eine Entlüftung zu ermöglichen, um am Ende des
Arbeitstags ein Druckluftbremssystem in trockenem und sauberem Zustand
zurückzulassen.
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WO 2006/004493 A1 offenbart
eine Loader-/Unloader-Steuerung mit einem oberen Grenzwert für
den Ausgangsdruck des Kompressors, mit dessen Überschreiten
ein Fördern des Kompressors in die Umgebung eingeleitet
wird, und einem unteren Grenzwert, mit dessen Unterschreiten eine
Umschaltung derart erfolgt, dass eine weitere Befüllung
von Verbrauchserkreisen stromabwärts des Kompressors erfolgt.
Ergänzend erfolgt ein Wechsel in den Betriebsbereich "Unloading"
bei großen Drehzahlen des Kompressors, die bedeuten, dass der
Kompressor heiß laufen kann, was wiederum zur Folge hat, dass
es zu einer verstärkten Absonderung von Ölnebel
in das Druckluftsystem kommen würde. Durch Ableiten derart
kontaminierter Druckluft kann ein Verschleiß und eine Karbonisierung
des Kompressors sowie die Menge aggressiven Öls in dem
Druckluftsystem verringert werden. Ein weiteres Kriterium für ein
Umsteuern in die Leerlaufphase stellt eine Änderung einer
Drehzahl des Kompressors dar. Beispielsweise kann eine Leerlaufphase
angesteuert werden, wenn die Brennkraftmaschine eine Drehzahl oberhalb
2500 U/min besitzt. Schließlich schlägt die Druckschrift
als drittes Kriterium für ein Umschalten in die Leerlaufphase
ein Überschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts durch
das Antriebsmoment der Brennkraftmaschine vor.
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WO 2006/071170 A1 offenbart
eine Steuerung, für welche das Druckniveau der Druckluft
in einem "normalen" Betriebsbereich zwischen einem unteren Grenzwert
und einem oberen Grenzwert gehalten wird. In "besonderen" Betriebszuständen
soll das Druckniveau der Druckluft auf einen höheren Wert angehoben
werden. Die besonderen Betriebszustände werden aufgrund
eines Mittels zur Identifikation einer Position des Kraftfahrzeugs
bestimmt, welche mit einem erhöhten Druckluftverbrauch
verbunden ist oder für die dieser zumindest erwartet wird.
Zur Veränderung des Druckniveaus steuert das Mittel zur Positionsidentifikation
den Betrieb des Kompressors, ohne dass die Druckschrift nähere
Hinweise gibt, wie dieses konkret bewerkstelligt wird. Das Mittel
zur Positionsidentifikation kann Kartendaten oder Kartenmaterial,
eine Topologie der Straße, eine Erkennung eines Fahrmusters,
Verkehrsinformationen von externen Quellen, Sensoren die sich auf
dem Fahrzeug befinden und/oder spezielle Signale von externen Quellen
verarbeiten. Diese Verarbeitung erfolgt in einem elektronischen
Verarbeitungssystem. Bewegt sich beispielsweise ein Bus auf einer
regelmäßigen festen Route, können vorbestimmte
Positionen anhand von Erfahrungswerten ausgewählt werden,
für die ein "besonderer" Betriebszustand gegeben ist oder
erwartet wird. Beispiele für solche Orte, an denen ein
erhöhter Druckluftverbrauch auftritt, sind nach unten geneigte
Fahrwegbereiche, der Eintritt in den Stadtbereich, die Annäherung
an einen Parkort, an dem ein Koppeln und/oder Lösen eines
Anhängers erfolgt, oder ein spezifischer Ort, an dem das Fahrwerk
des Fahrzeugs verändert wird durch Anheben oder Absenken.
Ebenfalls Einsatz finden kann ein drahtloser Positionsindikator.
Für das Beispiel des Busses können die vorbestimmten
Positionen Stopps sein, an denen eine große Druckluftmenge erforderlich
ist, um das Fahrzeug für den Ausstieg von Passagieren abzusenken
oder wieder anzuheben vor der Fortsetzung der Fahrt. Weiterhin schlägt die
Druckschrift vor, ein globales Navigationssystem einzusetzen, welches
Karteninformationen, Informationen bezüglich der Topologie,
steile Straßen, vorhersehbares Verkehrsauf kommen und/oder
eine Einwohnerdichte bereitstellt. Schließlich kann ein
Sensor zur Ermittlung des Gewichts des Fahrzeugs Einsatz finden,
da ein leeres Kraftfahrzeug einen geringeren Druckluftbedarf besitzt
als ein beladendes Kraftfahrzeug.
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WO 2006/106891 A1 offenbart
eine Druckluftanlage eines Kraftfahrzeugs, bei welcher eine Veränderung
der Förderbedingungen des Kompressors über einen
veränderbaren Hub des Kolbens des Kompressors möglich
ist, ohne dass dieser Druckschrift detaillierte Angaben zu entnehmen
sind, in welchen Betriebsbedingungen eines Kraftfahrzeugs eines
Veränderung der Förderbedingungen durch eine Verstellung
des Hubs erfolgen soll. Entsprechendes gilt für
DE 32 43 165 A1 .
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EP 1 394 415 A2 beschreibt
die Zwischenschaltung eines stufenlosen Getriebes zwischen eine Brennkraftmaschine
und einen als Kolbenverdichter ausgebildeten Kompressor. Durch geeignete
Ansteuerung des stufenlosen Getriebes kann in einem Leerlaufbetrieb
des Kompressors die Drehzahl des Kompressors herabgesetzt werden.
Die Druckluftanlage besitzt Mittel zur Luftbedarfssteuerung über
eine Beeinflussung der Drehzahl des einstellbaren stufenlosen Getriebes.
Hierzu ist eine elektronische Steuereinheit vorgesehen. Der Steuereinheit
wird ein Drucksignal zugeführt. Sinkt der Druck unterhalb
einen vorbestimmten unteren Grenzwert, erzeugt die Steuereinheit
ein Signal zur Erhöhung des Übersetzungsverhältnisses
des stufenlos veränderbaren Getriebes, so dass die Antriebsdrehzahl
des Kompressors unter Last ansteigt, wodurch ein über den
Drucksensor signalisierten Druckluftbedarf gedeckt werden soll.
Bei Erreichen eines oberen Schwellwerts im Drucksystem wird dem
Getriebe ein entsprechendes Signal übermittelt, so dass
das Übersetzungsverhältnis sich wieder dergestalt
zu ändern hat, dass die Ausgangsdrehzahl des Getriebes
und damit die Eingangsdrehzahl des Kompressors verringert wird und der
Kompressor den Leerlaufbetrieb beginnt.
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DE 102 52 975 A1 offenbart
eine Druckluftanlage, in welcher ein Kompressor über ein
Getriebe von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Der Kompressor
fördert Druckluft bis zu einem Druck von 8,5 bar in einen
Vorratsbehälter, welcher mehreren Niederdruckverbrauchern
zugeordnet ist. Auf maximal 8,5 bar vorkomprimierte Druckluft wird
in einem abzweigenden zusätzlichen Druckluftkreis durch
einen Zusatzverdichter bis zu einem Druckluftniveau von 12,5 bar
verdichtet, wobei der Zusatzverdichter von einem Elektromotor über
ein Getriebe angetrieben wird. Die derart auf ein höheres
Druckniveau gebrachte Druckluft wird Hochdruckverbrauchern zugeführt.
Während der Zusatzverdichter durch An- und Ausschalten
des Elektro motors durch eine Steuereinheit selektiv betrieben werden
kann, ist der Kompressor zwischen einem Leerlaufbetrieb und einem Lastbetrieb
hin- und herschaltbar. In einer Notfunktion wird der Zusatzverdichter
bei Ausfall des Kompressors in Betrieb genommen.
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Gemäß
DE 102 52 975 A1 sind
ein von der Brennkraftmaschine über ein Getriebe angetriebener Kompressor
und ein von einem Elektromotor über ein Getriebe angetriebener
Zusatzverdichter parallelgeschaltet, wobei der Kompressor einen
Grund-Druckluftbedarf decken soll, während der Zusatzverdichter bedarfsgerecht
zugeschaltet wird, um Bedarfsspitzen zu decken. Zur Ansteuerung
zumindest des Elektromotors ist eine Steuereinheit vorgesehen, welche vorzugsweise
in die herkömmliche elektronische Luftaufbereitungseinheit
des Nutzfahrzeugs (EAC = "Elektronic Air Control") integriert ist.
Die Auffüllung eines leeren Vorratsbehälters kann
ausschließlich unter Verwendung des von dem Elektromotor
betriebenen Zusatzverdichters erfolgen. Damit kann eine Förderung
von Druckluft selbst bei Stillstand der Brennkraftmaschine über
die Fahrzeugbatterie erfolgen. Hierdurch wird das Auffüllen
des Druckbehälters zur Inbetriebnahme eines Nutzfahrzeugs
unter minimaler Geräuschentwicklung vollzogen, was vor
allem bei in Wohngebieten über Nacht abgestellten Nutzfahrzeugen
wünschenswert ist. Das Auffüllen des leeren Druckbehälters
kann dabei zeitgesteuert über die Steuereinheit vorgenommen
werden, beispielsweise am Morgen kurz vor der üblichen
Zeit des Beginns des Arbeitstages. Der Zusatzverdichter wird über
eine festgelegte Zeitdauer in Betrieb genommen, so dass ein nach
Ablauf dieser Zeitdauer ausreichendes Druckniveau im Vorratsbehälter
erzeugt ist, welches eine sofortige Abfahrt des Nutzfahrzeugs ermöglicht,
ohne dass der Zusatzverdichter noch eine weitere Zeitdauer benötigt,
um weitere Druckluft zu erzeugen.
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Auch
die Kompressorregelung gemäß
DE 103 59 739 A1 geht aus
von einer Deaktivierung der Förderung des Kompressors mit
einem Überschreiten eines oberen Grenzwerts des Drucks
in einem Druckluftsystem eines Nutzfahrzeuges sowie einer Aktivierung
des Förderbetriebs des Kompressors in das Druckluftsystem
mit Unterschreiten eines unteres Grenzwerts des Drucks. Allerdings
erfolgt die Aktivierung und Deaktivierung des Kompressors nicht unmittelbar
mit dem Unter- oder Überschreiten des Grenzwerts. Vielmehr
wird zunächst ein Drainageventil des Druckluftsystems geöffnet.
Mit Erreichen des Grenzwerts wird gezielt eine Förderung
von Druckluft über den Drainageanschluss in die Umgebung
angesteuert. Hierdurch soll Kondensat, welches sich stromabwärts
des Kompressors in dem Druckluftsystem abgelagert hat, in die Umgebung ausgeblasen
werden, so dass dieses Kondensat für einen nachfolgenden Förderbetrieb
nicht weiter in das Druckluftsystem gefördert wird. Erfolgt
ein derartiges "Freiblasen" mit dem Überschreiten des oberen Grenzwerts,
soll dieses der Beseitigung von Kondensat dienen, welches sich während
des Förderbetriebs des Kompressors zum Auffüllen
des Druckluftsystems gebildet hat. Hingegen wird ein derartiges
"Freiblasen" mit einem Unterschreiten des unteren Grenzwerts genutzt,
um Kondensat zu beseitigen, welches sich nach einem letzten Auffüllen
des Druckluftsystems gebildet hat, beispielsweise auch während
Stillstandszeiten des Druckluftsystems bzw. des Nutzfahrzeugs. Eine
auf einem entsprechenden "Freiblasen" des Druckluftsystems basierende
Ausführungsform ist in
WO
00/19101 offenbart.
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DE 42 19 101 A1 beschreibt
die Umschaltung von einem Förderbetrieb des Kompressors
zum Befüllen eines Druckluftsystems in einen Regenerationsbetrieb
mit Überschreiten eines Grenzwerts des Drucks für
ca. 10 Sekunden, wobei in dem Regenerationsbetrieb eine umgekehrte
Durchströmung eines dem Kompressor nachgeschalteten Lufttrockners
erfolgt mit einem Austritt der Druckluft in die Umgebung.
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Weiterer
Stand der Technik ist aus den Druckschriften
US 4,632,639 und
WO 1998/07588 bekannt.
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Schließlich
offenbaren die Druckschriften
US 4,655.693 sowie
DE 10 2005 013 027
A1 Kompressorsteuerungen für gattungsfremde Technologiefelder,
nämlich solche für stationäre Kompressoren
sowie für einen Kompressor für eine Servolenkung.
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren
zur Steuerung des Luftstroms in einer Druckluftanlage eines Kraftfahrzeugs sowie
ein Kraftfahrzeug mit einer Druckluftanlage vorzuschlagen, bei welchem
eine verbesserte Anpassung des Förderbetriebs eines Kompressors
an die Druckluftbedingungen und weitere Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen
des Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
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LÖSUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit
einem Verfahren zur Steuerung des Luftstroms in einer Druckluftanlage
eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs 1 gelöst. Eine kumulative oder alternative Lösung
ergibt sich entsprechend den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs 2. Eine weitere alternative oder kumulative Lösung
ist durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs 3 gegeben. Eine weitere alternative oder kumulative
Lösung ist durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs 4 gegeben. Weitere erfindungsgemäße
Ausgestaltungen dieser Verfahren ergeben sich entsprechend den abhängigen
Patentansprüchen 5 bis 20.
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Alternative
oder kumulative Lösungen der der Erfindung zugrunde liegenden
Aufgabe sind durch ein Kraftfahrzeug gemäß einem
der unabhängigen Patentansprüche 21 bis 24 gegeben.
Weitere Ausgestaltungen erfindungsgemäßer Kraftfahrzeuge ergeben
sich entsprechend den abhängigen Patentansprüchen
25 bis 40.
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BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung basiert zunächst auf der Erkenntnis,
dass der eingangs erläuterte Stand der Technik grundsätzlich
von dem Ansatz ausgeht, dass bei ausreichendem Druck in einem Druckluftsystem
dieses sich selber überlassen wird, bis der Druck in dem
Druckluftsystem unter einen kritischen Grenzwert fällt,
womit die Notwendigkeit einer Förderung des Kompressors
erkannt wird. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass
nicht erst mit der Erkennung eines derartigen "kritischen Zustands"
eines Drucks unterhalb eines unteren Grenzwertes eine Art "Notfallsteuerung"
einsetzen soll, sondern vielmehr eine intelligente Steuerung erfolgen
soll, die an einen unmittelbaren aktuellen oder zukünftigen
Bedarf gekoppelt werden soll.
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Der
eingangs erläuterte Stand der Technik beruht für
die angesprochene Zweipunkt-Regelung mit einem oberen und einem
unteren Grenzwert maßgeblich auf der Annahme, mit Über-
bzw. Unterschreiten eines Grenzwerts eine Druckluftförderung in
einem vorgegebenen Ausmaß zu aktivieren oder deaktivieren,
was durch eine Loader-/Unloader-Regelung oder eine Governor-Regelung
möglich ist. Für eine selektive Aktivierung des
Kompressors ist die Drehzahl des Kompressors üblicherweise
abhängig von der Drehzahl des Antriebsaggregats. Hingegen wird
erfindungsgemäß vorgeschlagen, den Förderstrom
des Kompressors unabhängig von dem Antriebszustand des
Antriebsaggregats, insbesondere unabhängig von der Drehzahl
des Antriebsaggregats oder unabhängig von dem Abtriebsmoment
des Antriebsaggregats, zu steuern, so dass über die Steuerung
des Förderstroms eine weiter verbesserte Anpassung des
Förderbetriebs des Kompressors an einen jeweiligen Bedarf
ermöglicht ist.
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Kurz
zusammengefasst kann erfindungsgemäß somit eine
Steuerung des Luftstroms erfolgen, die mit dem Schlagwort "Air-on-demand"
zusammengefasst werden kann.
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Andererseits
geht der Stand der Technik von dem Ansatz aus, dass in einem ersten
theoretischen Idealfall ein unendlich großer Behälter
zur Verfügung gestellt wird, welcher für den Betrieb
des Kraftfahrzeugs hinreichende Druckluft zur Verfügung
stellt. Da ein Kraftfahrzeug im Realfall nur endliche Druckluftbehälter
mit sich führen kann, ist ein derartiger Behälter
immer wieder neu zu befüllen, wobei die Befüllungsintervalle
abhängig sind von der Größe des Behälters
und dem Druckluftbedarf des Kraftfahrzeugs im Betrieb desselben.
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Für
einen theoretischen Idealfall für ein Verfahren und ein
Kraftfahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung hingegen ist
ein Kompressor vorgesehen, welcher unmittelbar die Verbraucher des
Druckluftsystems speist in einem Ausmaß, welches einen
Druckluftbehälter vollständig entbehrlich macht.
Für den von dem genannten Idealfall abweichenden Realfall
entsprechend der Erfindung ist hingegen unter Umständen
ein Druckluftbehälter vorgesehen, wobei allerdings ein
Druckluftbehälter kleiner ausgebildet sein kann, die Druckluftschwankungen
in dem Druckluftbehälter durch die erfindungsgemäßen Steuerungsverfahren
kleiner gehalten werden können und/oder ein intermittierender
Betrieb eines Kompressors vermieden werden kann durch einen ständigen
oder länger andauernden Betrieb des Kompressors mit unterschiedlichen
Förderbedingungen und Förderströmen.
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Konkretere
Ausgestaltungen der Erfindung, die sich einem Teil oder sämtlichen
der vorgenannten Aspekte widmen können, sind durch die
folgenden Ansätze gegeben:
Für einen ersten
Vorschlag wird in einem erfindungsgemäßen Verfahren
der Förderstrom der Druckluft, der von dem Kompressor erzeugt
wird, verändert. Hierbei erfolgt eine Steuerung des Förderstroms
der Druckluft in Abhängigkeit von einem aktuellen, geschätzten
oder erwarteten Luftverbrauch des Druckluftsystems. Erfindungsgemäß wird
dieser Luftverbrauch nicht anhand eines Drucks beispielsweise in einem
Druckluftbehälter ermittelt, der nur mittelbare Folge eines
Luftverbrauchs an anderer Stelle ist. Vielmehr wird der Luftverbrauch
auf Grundlage eines Betriebssignals ermittelt, welches zumindest
einem Verbraucherkreis zugeordnet ist. Ein derartiges Betriebssignal
kann vielfältig ausgebildet sein. Lediglich exemplarisch
wird auf folgende Beispiele eines auswertbaren Betriebssignals hingewiesen:
- a) Zunächst kann das Betriebssignal
aus einer Vorgabe eines Fahrers resultieren. Gibt der Fahrer beispielsweise
an, dass
– ein Niveau einer Luftfederung oder einer
Liftachse verändert werden soll,
– eine druckluftbetätigte
Bremsung, insbesondere einer Betriebsbremse oder einer Feststellbremse, erfolgen
soll,
– ein Anhänger-Druckluftsystem ergänzt
werden muss oder
– Anhängersysteme zum Einsatz
kommen,
kann dies als Indiz gewertet werden, dass eine Entnahme
von Druckluft erfolgt, die wiederum indiziert, dass ergänzende
Druckluft von dem Kompressor erzeugt werden muss, so dass ein Förderstrom
der Druckluft vergrößert werden kann. Derartige
Eingaben des Fahrers können durch unmittelbare Anforderung,
beispielsweise zum Heben und Senken einer Luftfederungsanlage, einer
Liftachse oder einer Feststellbremse oder Betriebsbremse erfolgen.
Hierbei kann der Wunsch des Fahrers unmittelbar pneumatisch umgesetzt werden
oder elektropneumatisch über ein elektrisches Betätigungselement,
welches von einer Steuer- oder Regeleinrichtung umgesetzt wird in ein
pneumatisches Signal.
- b) Weiterhin ist eine Betätigung eines Verbrauchers
auch infolge einer elektrischen, elektropneumatischen oder pneumatischen
Steuer- oder Regelungseinrichtung möglich, ohne dass der Fahrer
diese unmittelbar anfordert. Dies kann beispielsweise
– die
Tätigkeit eines Niveauregelventils sein,
– die
Betätigung einer Feststell- oder Betriebsbremse für
die Erkennung einer Noffallsituation, beispielsweise eines Abrisses
eines Anhängers,
– ein ABS- oder EBS-Bremseingriff,
der infolge der wiederholten Aktivierung und Deaktivierung einer
Bremse oder einer Veränderung des Bremsdrucks mit einem
erhöhten Druckluftbedarf verbunden ist.
- c) Unabhängig von dem auslösenden Ereignis
für die Entstehung des Betriebssignals, also unabhängig
davon, ob ein Fahrer eine Betriebsart des Verbraucherkreises direkt
vorgibt, dieser automatisiert durch eine Steuer- oder Regelungseinrichtung
herbeigeführt wird oder sich dieser aus Betriebsbedingungen
oder Umgebungsbedingungen ergibt, kann erfindungsgemäß auch
ein Zustandssignal einer pneumatischen Komponente des Druckluftsystems,
welches der Betriebsart des Verbraucherkreises zugeordnet ist, ausgewertet werden.
Beispielsweise kann ein Schaltzustand eines pneumatischen Ventils
in mindestens einem Verbraucherkreis verwendet werden, um ein Betriebssignal
für den Verbraucherkreis abzuleiten.
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Erfindungsgemäß erfolgt
somit voreilend oder zeitnah an eine Veränderung eines
Betriebs eines Verbraucherkreises eine Beeinflussung des Förderstroms
der Druckluft, die von dem Kompressor erzeugt wird, um eine Anpassung
an einen aktuellen, geschätzten oder erwarteten Luftverbrauch
herbeizuführen.
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Für
ein Verfahren zur Steuerung des Luftstroms in einer Druckluftanlage
eines Kraftfahrzeugs entsprechend einem zweiten Vorschlag der Erfindung
wird der Förderstrom der Druckluft, der von dem Kompressor
erzeugt wird, verringert, wenn eine Anforderung eines vergrößerten
Abtriebsmoments des Antriebsaggregats vorliegt oder erwartet wird. Beispielsweise
kann das Antriebsaggregat ein Abtriebsmoment für den Antriebsstrang
des Kraftfahrzeugs, letztendlich zur Beschleunigung oder Aufrechterhaltung
der Bewegung des Kraftfahrzeugs, sowie Antriebsmomente für
Zusatzverbraucher, beispielsweise den Kompressor der Druckluftanlage, eine Ölpumpe,
einen Klimakompressor, einen Nockenwellentrieb, eine Einspritzpumpe,
eine Lenkhilfpumpe u. ä., bereitstellen. Der Ausgestaltung
der Erfindung gemäß dem zweiten Vorschlag liegt
die Erkenntnis zugrunde, dass sich das Gesamtabtriebsmoment des
Antriebsaggregats aus der Summe mehrerer Abtriebsmomente ergibt.
Verändert sich zumindest eines der genannten Antriebsmomente,
führt dieses zu einer erhöhten Leistungsanforderung
an das Antriebsaggregat. Diese kann per se unerwünscht
sein, damit das Antriebsaggregat möglichst unter konstanten
Bedingungen betrieben wird. Selbst wenn dies nicht der Fall ist,
kann es sein, dass die ergänzende Anforderung eines Antriebsmoments
zu einem unerwünschten Betriebsbereich des Antriebsaggregats,
beispielsweise mit verschlechterten Abgasbedingungen und/oder einem
erhöhten Kraftstoffverbrauch, führt. Schließlich
kann eine Erhöhung des Antriebsmoments dazu führen,
dass das maximale Gesamtantriebsmoment des Antriebsaggregats überschritten
wird, so dass die Leistungsanforderung nicht erfüllt werden
kann, was dazu führen kann, dass für den Betrieb
des Kraftfahrzeugs, des Antriebsstrangs und/oder der Zusatzaggregate
nicht ausreichende Antriebsleistung vorliegt. Diesen Überlegungen
wird dadurch Rechnung getragen, dass für den Fall, dass
eine Anforderung für ein vergrößertes Antriebsmoment
vorliegt oder erwartet wird, das Antriebsmoment, welches von dem
Kompressor von dem Antriebsaggregat abgefordert wird, verringert wird,
so dass die Auswirkung der Anforderung des vergrößerten
Antriebsmoments für einen anderweitigen Verbraucher nicht
so stark ins Gewicht fällt. Die Verringerung des Antriebsmoments
für den Kompressor wird dadurch erzeugt, dass der Förderstrom der
Druckluft, der von dem Kompressor erzeugt wird, verringert wird.
Um lediglich einige Beispiele zu nennen, kann der antizipierte oder
vorliegende Wunsch des Fahrers, das Kraftfahrzeug zu beschleunigen,
erfindungsgemäß benutzt werden, um zu indizieren, dass
das Antriebsmoment des Kompressors verringert wird, so dass aus
dem Gesamtantriebsmoment des Antriebsaggregats ein erhöhtes
Antriebsmoment für den Betrieb des Antriebsstrangs zur
Verfügung steht. Hierbei kann beispielsweise eine erhöhte
Leistungsanforderung anhand einer Stellung eines Pedals des Kraftfahrzeugs
oder einer Drosselklappe der Brennkraftmaschine erkannt werden.
Ebenfalls möglich ist, dass ein Schaltsignal eines Getriebes
des Kraftfahrzeugs ausgewertet wird, wobei beispielweise für
ein Herunterschalten oder einer "Kick-down" eine erhöhte
Leistungsanforderung vermutet werden kann. Ebenfalls denkbar ist,
dass ein vorliegendes Höhensignal, beispielsweise aus einer
Straßen- oder Karteninformation oder einem Navigationssystem oder
einem GPS-Signal, indiziert, dass ein Kraft- oder Nutzfahrzeug eine
Steigung überwinden muss, für die zur Aufrechterhaltung
oder Erhöhung der Geschwindigkeit des Kraft- oder Nutzfahrzeugs
eine erhöhte Leistungsanforderung des Antriebsstrangs gegeben
ist oder zu erwarten ist. Ein entsprechendes Signal kann aus einem
Abstandssignal zu einem vorausfahrenden Fahrzeug gewonnen werden,
woraus beispielsweise auf einen zukünftigen Überholvorgang
geschlossen werden kann. Allerdings kann die erfindungsgemäße
Maßnahme ebenfalls Einsatz finden, wenn ein erhöhter
Leistungsbedarf für den Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs
nicht gegeben ist oder erwartet wird: Wird erkannt, dass die Antriebsleistung eines
Zusatzaggregats erhöht wird, kann dies ebenfalls zu einer
Verringerung der Antriebsleistung des Kompressors verwendet werden.
Lediglich als Beispiel soll hier genannt werden, dass nach Maßgabe
des Fahrers eine Aktivierung eines Klimakompressors erfolgt, welcher
zusätzliche Leistung von dem Antriebsaggregat abnimmt.
Diesem kann durch Verringerung der Leistung des Kompressors zur
Förderung der Druckluft zumindest temporär entgegengewirkt
werden.
-
Für
einen dritten Vorschlag der Erfindung wird der Förderstrom
der Druckluft, der von dem Kompressor erzeugt wird, von einem ersten
Förderstrom auf einen zweiten Förderstrom angepasst,
wobei die genannten Förderströme beide ungleich
0 sind. Eine Anpassung kann hierbei in einzelnen Stufen oder stufenlos
erfolgen. Die genannte Anpassung erfolgt in Abhängigkeit
von einem Druck und/oder einer Temperatur der Druckluft, die zumindest
einem Verbraucherkreis zugeführt wird. Während
gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik
in Abhängigkeit des Drucks oder der Temperatur lediglich der
Förderbetrieb des Kompressors in einer Art digitalen Regelung
aktiviert und deaktiviert wird, also eine Zufuhr zu den Verbrauerkreisen
erfolgt oder nicht, kann erfindungsgemäß ein feinfühliges
Einstellen an den durch den Druck oder die Temperatur ausgelösten
Bedarf erfolgen.
-
Für
die Abhängigkeit einer erforderlichen Anpassung des Förderstroms
an den ausgangsseitigen Druck oder die ausgangsseitige Temperatur
der Druckluft gibt es vielfältige zu berücksichtigende
Abhängigkeiten:
-
- – Zunächst steigen das Antriebsmoment
und die Antriebsleistung des Kompressors abhängig von dem
ausgangsseitigen Druck des Kompressors, so dass mit zunehmendem
ausgangsseitigen Druck der Anteil der Ausgangsleistung und des Abtriebsmoments
des Antriebsaggregats, welcher auf den Kompressor entfällt,
ansteigt, was unerwünscht ist. Somit kann durch Verringerung des
zweiten Förderstroms mit einer Vergrößerung des
Drucks das Antriebsmoment für den Kompressor beispielsweise
auf einem konstanten Wert gehalten werden, so dass das Gesamtantriebsmoment
des Antriebsaggregats konstant bleibt oder weniger variiert und
das für weitere Aggregate und den Antriebsstrang vorhandene
Antriebsmoment in verringertem Ausmaß variiert.
- – Die Übertragung des Antriebsmoments des Kompressors
erfolgt über mechanische Verbindungselemente, wie beispielsweise
eine Getriebestufe, einen Keilriemen oder eine Kupplung. Die erläuterte
Erhöhung des Antriebsmoments mit einer Erhöhung
des ausgangsseitigen Drucks des Kompressors könnte zur
Folge haben, dass die Beanspruchung der mechanischen Antriebskomponenten
des Kompressors ansteigt, so dass eine Auslegung dieser Antriebskomponenten
Spitzen des Antriebsmoments für besonders große
Drücke ausgangsseitig des Kompressors Rechnung tragen muss.
Entsprechendes gilt für elektrisch angetriebenen Kompressoren,
für die die elektrischen Komponenten auf für derartige
maximale Antriebsmomente erforderliche Ströme und Spannungen
ausgelegt sein müssen. Durch die erfindungsgemäße
Maßnahme kann das Antriebsmoment begrenzt werden, wodurch
eine smartere Auslegung ermöglicht ist.
- – Weiterhin kann es für derartige erhöhte
Antriebsmomente für den Kompressor zu einer erhöhten
Erwärmung des Kompressors erfolgen, die unerwünscht
ist.
-
Für
einen vierten Vorschlag der Erfindung wird zunächst ein
Zeitpunkt oder Zeitraum ermittelt, in dem ein verringerter oder
kein Druckluftbedarf besteht. Wird das Vorliegen eines derartigen
Zeitraums detektiert, so wird automatisiert der Förderstrom
der Druckluft, der von dem Kompressor gefördert wird, vergrößert.
Dieser vergrößerte Förderstrom der Druckluft
wird über ein Drainageventil in die Umgebung abgeleitet,
so dass pneumatische Elemente, die zwischen Kompressor und Drainageventil
zwischengeschaltet sind, "freigeblasen" werden in die Umgebung.
Hierdurch kann Kondensat der Druckluft, Öl des Kompressors
und/oder können Partikel mit Verunreinigungen aus den pneumatischen
Elementen zwischen Kompressor und Drainageventil beseitigt werden.
Während für den eingangs genannten Stand der Technik
lediglich der übliche Förderstrom des Kompressors
für ein derartiges "Freiblasen" genutzt wird, wird erfindungsgemäß ein
vergrößerter Förderstrom der Druckluft
verwendet, wodurch der Effekt des Freiblasens verbessert werden
kann und effizienter gestaltet werden kann und/oder der erforderliche
Zeitraum für ein derartiges "Freiblasen" verkürzt
wird. Andererseits erfolgt für das Öffnen eines Drainageventils
eine unter Umständen plötzliche Verringerung des
Drucks, gegen welchen der Kompressor fördern muss, was
für eine Erhöhung des Förderstroms sprechen
kann. Andererseits kann in einem derartigen Fall durch die Veränderung
der Antriebsbedingungen des Kompressors einem plötzlichen, unter
Umständen drastischen Einfall des Antriebsmoments des Kompressors
durch den ausgangsseitigen Druckabfall entgegengewirkt werden. Geeignete
Maßnahmen sind hier beispielsweise eine Veränderung
der Antriebsübersetzung an der Eingangsseite des Kompressors
oder eine verstärkte Beaufschlagung eines elektrisch angetriebenen
Kompressors.
-
In
weiterer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt der Antrieb des beispielsweise mechanisch angetriebenen
oder elektrisch angetriebenen Kompressors unter Zwischenschaltung
eines Getriebes, welches stufenlos verstellbar ausgebildet sein
kann oder mehrere Getriebestufen aufweisen kann mit unterschiedlichen
diskreten Übersetzungsverhältnissen. Für
diese Ausgestaltung kann die Steuerung des Förderstroms
des Kompressors ausschließlich oder ergänzend über eine
Veränderung der Übersetzung des Getriebes, also
eine stufige oder stufenlose Änderung der Übersetzung,
erfolgen. Hierbei kann eine Erhöhung des Förderstroms
durch eine Vergrößerung der Übersetzung
des Getriebes, also eine Veränderung des Antriebs des Kompressors
ins Schnelle, erreicht werden.
-
Für
den Fall, dass der Antrieb des Kompressors über ein elektrisches
Antriebsaggregat erfolgt, kann alternativ oder ergänzend
eine Steuerung des Förderstroms des Kompressors über
die Veränderung der elektrischen Antriebsbedingungen, insbesondere
durch eine Veränderung der Antriebsdrehzahl des elektrischen
Antriebsaggregats, erfolgen.
-
Ebenfalls
möglich ist eine Steuerung des Förderstroms durch
Einsatz eines Kompressors mit verstellbarem Hub, wobei über
eine geeignete Regeleinrichtung eine Verstellung des Hubs je nach
Notwendigkeit erfolgen kann. Beispielsweise kann eine Verstellung
- – des Hubs oder
- – des Verdichtungsverhältnisses des Kompressors über
eine Zuschaltung eines ergänzenden Volumens im Arbeitsraum
des Kompressors
erfolgen.
-
In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung findet in dem Kraftfahrzeug
ein Prädiktor Einsatz, welcher einen zukünftigen
Luftverbrauch oder eine Anforderung eines vergrößerten
Antriebsmoments zumindest näherungsweise ermittelt. Vorzugsweise
besitzt ein derartiger Prädiktor eine elektronische Einrichtung
wie eine CPU,
- – welcher Betriebssignale
des Kraftfahrzeugs, insbesondere von Zusatzaggregaten oder pneumatischen,
elektropneumatischen oder elektrischen Komponenten des Druckluftsystems,
und/oder Umgebungssignale zugeführt werden,
- – in welcher Erfahrungswerte, Kennlinien, funktionale
Abhängigkeiten oder Werte oder Signale aus der Vergangenheit
abgespeichert sein können und/oder
- – in der aus den genannten erfassten und/oder den gespeicherten
Werten Indikatoren für einen zukünftigen Luftverbrauch
oder eine Anforderung eines vergrößerten Antriebsmoments
ermittelt werden können.
-
In
weiterer Ausgestaltung berücksichtigt der Prädiktor
Informationen hinsichtlich des Fahrwegs, die beispielsweise aus
vorangegangenen Fahrten des Kraftfahrzeugs resultieren können
oder aus Karteninformation, einem Navigationssystem oder einem GPS-System.
Liegen dem Prädiktor beispielsweise Informationen vor,
dass das Fahrzeug sich auf einer geneigten Fahrbahn befindet oder
sich einer geneigten Strecke der Fahrbahn annähert, kann
dies als Indiz gewertet werden, dass sich zukünftig das
erforderliche Antriebsmoment für den Antriebsstrang ändert.
Entsprechend kann sich eine veränderte Anforderung eines
Antriebsmoments ergeben, wenn dem Prädiktor signalisiert
wird, dass sich ein veränderter Kurvenradius des Fahrwegs
ergibt, so dass beispielsweise aus einer Kurve heraus beschleunigt werden
kann, oder wenn dem Prädiktor signalisiert wird, dass mit
der Auffahrt auf eine Autobahn eine Beschleunigung des Kraftfahrzeugs
wahrscheinlich ist, so dass es vorteilhaft sein kann, den Förderstrom des
Kompressors zu verringern. Andererseits kann umgekehrt, beispielsweise
für die Annäherung an eine Kurve oder eine Ausfahrt
von einer Autobahn, ggf. verbunden mit einem Betätigungssignal
des Fahrzeugblinkers, signalisiert werden, dass eine zukünftige
Betriebsbremsung erforderlich ist, die mit einem erhöhten
Druckluftbedarf verbunden ist.
-
In
weiterer Ausgestaltung kann der Prädiktor Informationen,
beispielsweise von einem Navigationssystem oder über eine
Erfassung der Umgebung, verwenden, die eine Annäherung
an einen städtischen Bereich berücksichtigen.
Hierbei kann mit der Annäherung an den städtischen
Bereich indiziert werden, dass in Bälde ein Abstellen des
Kraftfahrzeugs erfolgen könnte, so dass für das
Abstellen des Kraftfahrzeugs erforderliche Maßnahmen, wie
ein vollständiges Auffüllen der Druckluftanlage,
durchgeführt werden können. Andererseits ist für
eine Fahrt mit konstanter Geschwindigkeit auf einer Landstraße oder
Autobahn ein geringer Druckluftbedarf gegeben, während
für einen Stadtverkehr ein erhöhter Druckluftbedarf
gegeben ist, der durch wiederholte Brems- und Beschleunigungsvorgänge,
Kurvenfahrt mit erforderlichen Eingriffen in die Luftfederungsanlage
und ähnlichem verbunden ist. Schließlich kann
bereits rechtzeitig Druckluft bereitgestellt werden für
einen Be- und Entladevorgang eines Nutzfahrzeugs mit einer erforderlichen
Betätigung einer Liftachse und erforderlichen Regelvorgängen
für die Luftfederungsanlage infolge einer Veränderung
des Beladungsgewichts des Nutzfahrzeugs.
-
Für
den Fall, dass das Kraftfahrzeug ein Personenbeförderungsmittel
oder Bus ist, ist es vorteilhaft, wenn der Prädiktor Informationen
berücksichtigt, die mit dem Wunsch des Fahrers oder eines
Passagiers zum Öffnen einer Tür, zum Stopp des
Busses, beispielsweise an einer Haltestelle, oder zum Absenken einer
Fahrzeugseite zur Ermöglichung eines vereinfachten Aussteigens
des Passagiers verbunden sind. Diese Informationen können
unmittelbar durch manuelle Vorgabe des Fahrers oder Passagiers,
beispielsweise mit einem geeigneten Betätigungsknopf in
dem Bus, erzeugt werden oder automatisiert durch eine geeignete
Steuer- oder Regelungseinrichtung wie eine CPU, in der insbesondere über
ein Positionserfassungssystem des Busses oder ein Navigationssystem
eine Annäherung an eine Bushaltestelle indiziert werden
kann.
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Für
den Fall, dass das Kraftfahrzeug eine Fahrroute wiederholt zurücklegt
und/oder ein oder mehrere Fahrziele wiederholt erreicht oder durchfährt,
kann der Prädiktor bei einer Folgefahrt Erfahrungswerte
von dem vorangegangenen Zurücklegen der Fahrroute oder
des vorangegangenen Erreichens oder Durchfahrens eines Fahrziels
berücksichtigen. Diese Erfahrungswerte können
vielfältig sein. Beispielsweise kann der Prädiktor
vorhersehen anhand der Erfahrungswerte, ob ein Fahrer an einer bereits
zuvor durchfahrenen Stelle beschleunigen oder abbremsen wird oder
ein Eingriff in die Luftfederungsanlage erforderlich ist. Auch ein
möglicher Stopp kann anhand von Erfahrungswerten durch
den Prädiktor detektiert oder vorhergesehen werden, so dass
bereits rechtzeitig der Förderstrom des Kompressors an
die zu erledigenden Aufgaben in den Verbraucherkreisen angepasst
werden kann.
-
Für
einen weiteren Vorschlag werden in dem Prädiktor oder in
einer zugeordneten Baueinheit Daten aus der Vergangenheit gespeichert,
die dann bei wiederholtem Zurücklegen der Fahrroute oder
wiederholtem Erreichen des Fahrziels berücksichtigt werden
können.
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Für
einen weiteren Vorschlag der Erfindung wird der Förderstrom
der Druckluft erhöht in Betriebsbereichen, in denen die
Last des Antriebsaggregats gering ist, insbesondere ein für
den Antrieb des Antriebsstrangs erforderliches Antriebsmoment gering ist.
Dies ist beispielsweise der Fall für einen Schubbetrieb
des Kraftfahrzeugs oder einen Leerlaufbetrieb. Ein Schubbetrieb kann
bspw. detektiert werden anhand der Pedalsignale des Fahrers, dem
Geschwindigkeitssignal des Kraftfahrzeugs, einer Information über
das Höhenprofil des Fahrwegs, einer Erfassung des Moments
im Antriebsstrang, wobei eine Verringerung des Moments oder eine
Umkehr der Richtung des Moments im Antriebsstrang einen einsetzenden
Schubbetrieb indiziert, oder kann als Signal von der Motorsteuerung
signalisiert werden. Ebenfalls möglich ist die Erkennung
einer geringen Last des Antriebsaggregats anhand der Detektierung eines
Leerlaufbetriebs des Kraftfahrzeugs, was beispielsweise mit der
Erfassung einer Leerlaufdrehzahl des Antriebsaggregats, einer geöffneten
Kupplung oder ähnlichem erkannt werden kann.
-
Entsprechend
einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahren wird
der Förderstrom der Druckluft automatisch erhöht
in Betriebsbereichen, in denen eine Bremsung des Kraftfahrzeugs
erfolgt. Dieser Ausgestaltung liegt einerseits die Erkenntnis zugrunde,
dass während einer Bremsung ohnehin überschüssige
Energie vorhanden ist, so dass ein vergrößertes
Antriebsmoment für den Betrieb des Kompressors genutzt
werden kann. Andererseits erfordert die Bremsung, insbesondere bei
einem ABS- oder EBS-Regeleingriff, einen vergrößerten
Druckluftbedarf, der durch die erfindungsgemäße
Maßnahme bereitgestellt werden kann.
-
Eine
besonders gute Anpassung an die Gegebenheiten ist dann gegeben,
wenn die Anpassung des Förderstroms in Abhängigkeit
des Ausmaßes der Bremsbetätigung erfolgt. Hierbei
kann die gewählte Abhängigkeit beliebig sein.
Beispielsweise kann für eine sanfte Bremsung ohne ABS-
oder EBS-Eingriff ein erster Förderstrom von dem Kompressor
bereitgestellt werden, während eine erhöhte Bremsbetätigung,
die einen ABS-Eingriff wahrscheinlicher macht, einen erhöhten
Förderstrom mit sich zieht. Ebenfalls kann eine proportionale
Beeinflussung des Förderstroms entsprechend dem Ausmaß der
Bremsbetätigung erfolgen, so dass das Antriebsmoment, welches
dem Antriebsaggregat entnommen wird, proportional der Bremsbetätigung
ansteigt.
-
Für
eine weitere Ausführungsform der Erfindung wird der Förderstrom
vergrößert, wenn die Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs
sinkt, das Kraftfahrzeug ruht und/oder indiziert ist, dass das Kraftfahrzeug
abgestellt wird. Hiermit kann rechtzeitig die Druckluftanlage aufgefüllt
werden bevor das Fahrzeug abgestellt wird, eine Feststellbremse
betätigt werden muss und/oder einem Betätigen
der Luftfederungsanlage zur Niveauänderung oder einer Liftachse
im Zuge einer Be- und Entladung Rechnung getragen werden muss.
-
Für
den Fall, dass der Kompressor über ein elektrisches Antriebsaggregat
angetrieben wird, dessen Drehzahl unabhängig von der Drehzahl
des Antriebsaggregats für das Kraftfahrzeug veränderbar
ist und welches zumindest in Teilbetriebsbereichen aus einer Batterie
gespeist wird, ist es vorteilhaft, dass eine Veränderung
des Förderstroms in Abhängigkeit des Ladungszustands
der Batterie erfolgt. Ist die Batterie in großem Ausmaß aufgeladen,
kann unter Umständen ein größerer Förderstrom
von dem Kompressor erzeugt werden, ohne dass die Leistungsversorgung
durch die Batterie gefährdet ist, während für eine
Verringerung des Ladungszustands der Batterie lediglich moderate
Volumenströme erzeugt werden, die einerseits eine hinreichende
Druckluftversorgung bereitstellen sollen und andererseits eine Druckluftversorgung
für eine verbleibende Restzeit zuverlässig gewährleisten.
-
Weiterhin
schlägt die Erfindung vor, den Förderstrom automatisch
zu erhöhen in zeitlicher Umgebung des Starts des Antriebsaggregats.
Wird beispielsweise erkannt, dass sich ein Fahrer dem Kraftfahrzeug
annähert, eine Tür des Kraftfahrzeugs öffnet,
eine Fahrerkabine betritt, einen Schalter betätigt, den
Gurt anlegt, ein Sitzerkennungssensor sensiert, dass sich der Fahrer
auf einen Sitz setzt, die Zündung aktiviert wird oder ein
Arbeitstag beginnt, beispielsweise zeitgesteuert um 7 Uhr morgens,
so kann bereits mit dem Befüllen der Druckluftanlage mit
einem erhöhten Förderstrom begonnen werden, was durch
einen Antrieb eines elektrischen Kompressors aus einer Batterie
erfolgen kann. Dies hat zur Folge, dass das Fahrzeug eher betriebsbereit
ist, wofür beispielsweise die Verbraucherkreise wie der
Betriebsbremskreis und der Feststellbremskreis hinreichend befüllt
sein müssen. Entsprechend kann mit dem Start des Antriebsaggregats
selbst zunächst der Förderstrom erhöht
werden, damit ein schnelles Befüllen der Druckluftanlage
erfolgt. Sind unter Umständen die Vorratsbehälter
der Druckluftanlage entleert, trägt die Erhöhung
des Förderstroms einem verringerten Druck ausgangsseitig
des Kompressors Rechnung, so dass mit einer erhöhten Drehzahl
eines elektrischen Kompressors oder einem Eingriff in die Übersetzung
eines Getriebes eingangsseitig des Kompressors die Förderung
des Kompressors verstärkt werden kann.
-
Entsprechend
einem weiteren Vorschlag der Erfindung liegt in dem Kraftfahrzeug
a priori eine Charakteristik vor oder wird in dem Kraftfahrzeug
im Betrieb desselben eine Charakteristik ermittelt. Eine derartige
Charakteristik beschreibt die Drehzahl oder einen Drehzahlbereich,
für die oder den der Wirkungsgrad des Kompressors groß ist
oder optimal ist, als Funktion des ausgangsseitigen Drucks des Kompressors.
Weiterhin wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Ausgangsdruck des Kompressors erfasst. Der Förderstrom
der Druckluft, den der Kompressor erzeugt, wird angepasst unter
Berücksichtigung des erfassten Ausgangsdrucks und der vorhandenen
oder ermittelten Charakteristik. Eine Anpassung erfolgt derart,
dass die Drehzahl so verändert wird, dass für
den jeweils vorherrschenden ausgangsseitigen Druck ein besonders
guter Wirkungsgrad des Kompressors gegeben ist.
-
Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen,
der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibungseinleitung
genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer
Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ
oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend
von erfindungsgemäßen Ausführungsformen
erzielt werden müssen. Weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere
den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer
Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu
entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen
der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche
ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen
der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt.
Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen
dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese
Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche
kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen
aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen
der Erfindung entfallen.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
-
Im
Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter
bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert
und beschrieben.
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1 zeigt
ein als Brennkraftmaschine ausgebildetes Antriebsaggregat mit Steuereinrichtung, Nebenverbrauchern
und Antriebsstrang sowie Abtrieb zu einem Kompressor in schematischer
Darstellung.
-
2 zeigt
ein hybrides Antriebsaggregat, welches in Wechselwirkung steht mit
einer Batterie, und eine Steuereinrichtung, Nebenverbraucher und einen
Antriebsstrang mit alternativer Übertragung der Antriebsleistung
auf mechanischem oder elektrischem Weg in schematischer Darstellung.
-
3 zeigt
Bestandteile einer erfindungsgemäßen Druckluftanlage
in schematischer Darstellung.
-
FIGURENBESCHREIBUNG
-
1 zeigt
ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Antriebsaggregat 2,
welches als Brennkraftmaschine 3, insbesondere als Diesel-
oder Ottomaschine, ausgebildet ist. Eine Steuerung des Betriebs
des Antriebsaggregats 2 erfolgt über eine Steuereinheit 4,
die über eine Leitung 5 mit dem Antriebsaggregat 2 in
Signalverbindung steht. In der vorliegenden Anmeldung wird der Begriff
"Steuer-" oder "Steuerung" sowohl für eine Steuerung als
auch für eine Regelung verwendet. Der Steuereinheit 4 werden über
die Leitung 5 Betriebssignale des Antriebsaggregats 2 zugeführt. Über
eine mechanische Antriebsverbindung 6 treibt das Antriebsaggregat 2 Nebenverbraucher 7 an.
Bei den Nebenverbrauchern handelt es sich beispielsweise um eine
Lenkhilfpumpe, eine Ölpumpe, einen Klimakompressor und ähnliches.
Ein Großteil der Antriebsleistung des Antriebsaggregats 2 wird über
eine mechanische Antriebsverbindung 8 in einen Antriebsstrang 9 eingespeist,
der beispielsweise über eine Kupplung, ein Getriebe und
mindestens ein Differential verfügt. Über Leitungen 10, 11 kann
die Steuereinheit 4 auf die Nebenverbraucher 7 sowie den
Antriebsstrang 9 zur Veränderung der Betriebsbedingungen
einwirken, wobei über die Leitungen 10, 11 der
Steuereinheit 4 auch Betriebsgrößen der Nebenverbraucher 7 und
des Antriebsstrangs 9 zugeführt werden können. Über
eine weitere Antriebsverbindung 12 treibt das Antriebsaggregat 2 einen Kompressor 13 einer
Druckluftanlage 14 an.
-
In 2 ist
ein Kraftfahrzeug 1 mit einer alternativen Leistungserzeugung
und -übertragung zu der Antriebsverbindung 12 zu
dem Kompressor 13 dargestellt: Hier ist das Antriebsaggregat 2 als
Hybridantrieb 15 ausgebildet, in dem Leistung sowohl mittels
einer Brennkraftmaschine 3 als auch mittels eines elektrischen
Antriebsaggregats erzeugt wird. Hierzu bezieht das elektrische Antriebsaggregat
des Hybridantriebs über eine Leitung 16 elektrische
Leistung von einer Batterie 17, in die das elektrische
Antriebsaggregat des Hybridantriebs 15 für eine
Ansteuerung eines generatorischen Betriebs auch elektrische Leistung
einspeisen kann. Die Batterie 17 verfügt über
einen Sensor 18, welcher den Ladezustand der Batterie 17 erfasst
und über eine Leitung 19 in Kommunikation mit
der Steuereinheit 4 steht. Die Batterie 17 speist
weiterhin über eine Leitung 20 ein weiteres elektrisches
Antriebsaggregat 21, dessen Abtriebsleistung über
eine Antriebsverbindung 12 zu dem Kompressor 13 übertragen
wird. Die Steuereinheit steuert über die Leitung 5 den
Betrieb des Hybridantriebs 15 und steuert über
eine Leitung 22 das elektrische Antriebsaggregat 21 so
an, dass sich für die Antriebsverbindung 12 eine
geeignete Drehzahl und ein Antriebsmoment ergibt.
-
Ohne
dass dies in den 1 und 2 dargestellt
ist, können auch die Nebenverbraucher 7 anstelle
der mechanischen Antriebsverbindung 6 unter Zwischenschaltung
eines elektrischen Antriebsaggregats, welches über die
Batterie 17 mit elektrischer Energie versorgt wird, angetrieben
werden. Während für den Hybridantrieb 15 das
elektrische Antriebsaggregat des Hybridantriebs 15 auch über
die Antriebsverbindung 8 Leistung in den Antriebsstrang 9 einspeist,
ist es ebenfalls möglich, dass das Antriebsaggregat 2 als
Brennkraftmaschine ausgebildet ist und die Brennkraftmaschine über
einen Generator elektrische Leistung erzeugt, die für eine
Batterie 17 und/oder ein elektrisches Antriebsaggregat 21 zur Speisung
der Antriebsverbindung 12 verwendet wird.
-
Gemäß 3 führt
die Antriebsverbindung 12 zu einem Getriebe 23,
welches ausgangsseitig mit dem Kompressor 13 antriebsfest
verbunden ist. Bei dem Getriebe 23 kann es sich um ein
Getriebe mit mehreren diskreten Getriebestufen mit unterschiedlichen
diskreten Übersetzungen beliebiger Bauart handeln. Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Getriebe 23 allerdings um ein stufenlos
verstellbares Getriebe beliebiger Bauart, wie diese beispielsweise in
der englischsprachigen Literatur als CVT-Getriebe oder Continuously
Variable Transmission bezeichnet werden. Lediglich beispielhaft
wird auf die mögliche Ausgestaltung als Toroidgetriebe,
Umschlingungsgetriebe jeweils mit einem Variator zur stufenlosen
Veränderung der Wirkradien der miteinander in Wirkverbindung
stehenden Getriebeelemente hingewiesen. Weitere mögliche
Bauformen sind Dreiwellengetriebe oder Planetengetriebe, in welchen
es zu einer Überlagerung der Bewegung der Antriebsverbindung 12,
der Ausgangsbewegung zu dem Kompressor 13 und eines dritten
Getriebeelements, welches separat unter Variation der Drehzahl,
beispielsweise über einen Elektromotor, antreibbar ist,
kommt. Das Getriebe 23 steht über eine Leitung 24 in
Kommunikation mit der Steuereinheit 4, über die
insbesondere eine wirksame Übersetzung des Getriebes 23 veränderbar
ist.
-
Dem
Getriebe 23 ist der Kompressor 13 nachgeordnet,
welcher in beliebiger, an sich bekannter Bauweise ausgebildet sein
kann. Über eine Leitung 25 können der
Steuereinheit 4 Betriebsgrößen des Kompressors
wie eine Drehzahl, ein eingangs- oder ausgangsseitiger Druck des
Kompressors 13 oder eine Temperatur zugeführt
werden. Andererseits kann über die Leitung 25 die
Steuereinheit 4 steuernd auf den Kompressor 13 einwirken,
beispielsweise zur Verstellung eines Hubs des Kompressors 13.
Für den Fall, dass kein mechanischer Antrieb des Kompressors 13 erfolgen
soll, können die Antriebsverbindung 12 und das
Getriebe 23 abweichend zu 3 entfallen.
In einem derartigen Fall kann ein Kompressor 13 mit einem
integralen elektrischen Antriebsaggregat ausgebildet sein, welches über
die Leitung 20 in Wirkverbindung mit der Batterie 17 steht
und mit Leistung versorgt wird, während die Antriebsbedingungen
eines derartigen Kompressors 13 über die Leitung 25 durch
die Steuereinheit 4 vorgegeben werden können.
-
Der
Kompressor 13 verdichtet Luft aus der Umgebung oder anderweitig
vorverdichtete Luft aus einem Behälter. Die Druckluft wird über
eine Ausgangsleitung 26 einem in an sich bekannter Weise ausgebildeten
Lufttrockner 27 zugeführt. Betriebssignale des
Lufttrockners 27, insbesondere eine Temperatur, ein Druck,
eine Feuchtigkeit eines Trocknungsmittels, können der Steuereinheit 4 über
eine Leitung 28 zugeführt werden. Nach der Trocknung
der Druckluft in dem Lufttrockner 27 wird diese über
mindestens eine Verzweigung 29 mehreren Verbraucherkreisen 30, 31, 32 zugeführt.
Bei den Verbraucherkreisen 30–32 handelt
es sich beispielsweise um einen Betriebsbremskreis I, II, einen
Nebenverbraucherkreis, einen Luftfederkreis, einen Feststellbremskreis
und ähnliches. Über Leitungen 33, 34, 45 ist eine
Kommunikation zwischen der Steuereinheit und den Verbraucherkreisen 30 bis 32 ermöglicht.
Hierbei werden der Steuereinheit 4 über die Leitungen 33 bis 35 die
jeweiligen Betriebsgrößen der Verbraucherkreise,
beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit, einen Luftmengenstrom,
eine Temperatur der Druckluft, ein Druck in dem Verbraucherkreis,
ein Öffnungs- oder Schließzustand eines Ventils
in dem Verbraucherkreis und ähnliches, zugeführt.
Andererseits ist über die Leitungen 33, 35 eine
Ansteuerung der Verbrauchkreise 30 bis 32 durch
die Steuereinheit 4 ermöglicht. Die Ausgestaltung
der Verbraucherkreise 30, 32 mit geeigneten pneumatischen,
elektropneumatischen oder elektrischen Bauelementen ist aus dem
Stand der Technik hinreichend bekannt. Die Verbraucherkreise 30 bis 32 können
hierbei die vielfältig beschriebenen pneumatischen Komponenten
beinhalten wie jeweils einen Druckluftbehälter, Überströmventile,
Drucksicherungsventile und ein für mehrere Verbraucherkreise 30 bis 32 verantwortliches
Mehrkreisschutzventil. Den Verbraucherkreisen 30 bis 32 sind
jeweils eine Messeinrichtung 36 zur Erfassung eines Drucks
der dem Verbraucherkreis zugeführten Druckluft sowie eine
Messeinrichtung 37 zur Erfassung der Temperatur der Druckluft,
die dem Verbraucherkreis zugeführt wird, vorgeordnet, wobei die
Messeinrichtungen 36, 37 auch in die Verbraucherkreise 30 bis 32 selbst
integriert sein können. Die Messsignale der Messeinrichtungen 36, 37 sind über Leitungen 38, 39 der
Steuereinheit 4 zugeführt, wobei zur Vereinfachung
in 3 lediglich die Leitungen 38, 39 für
die dem Verbraucherkreis 30 vorgeordneten Messeinrichtungen 36, 37 dargestellt
sind. In die Druckluftanlage 14 kann stromabwärts
des Kompressors 13 an beliebiger Stelle in Drainageventil 40 integriert
sein, welches in 3 beispielhaft der Verzweigung 29 vorgeordnet
ist, aber auch beispielsweise in mindestens einem der Verbraucherkreise 30 bis 32 angeordnet
sein kann. Für einen Förderbetrieb des Kompressors 13 und
geöffnetes Drainageventil wird die von dem Kompressor geförderte
Druckluft über das Drainageventil 40 in die Umgebung
abgeleitet, wodurch ein Freiblasen der zwischen dem Kompressor 13 und
dem Drainageventil 40 zwischengeschalteten pneumatischen
Bauelemente ermöglicht wird. Das Drainageventil 40 steht über
eine Leitung 41 in Kommunikation mit der Steuereinheit 4,
so dass die Steuereinheit in geeigneten Betriebsphasen die Öffnung
des Drainageventils 40 und dessen Schließung bewirken
kann.
-
Die
Steuereinheit 4 ist insbesondere mit einer CPU ausgebildet.
Die Steuereinheit 4 besitzt einen Prädiktor 42.
Aufgabe des Prädiktors 42 ist es, einen zukünftigen
Luftverbrauch in mindestens einem der Verbraucher 30 bis 32 und/oder
eine Anforderung eines vergrößerten Antriebsmoments
zumindest näherungsweise zu ermittein. Hierzu wertet der Prädiktor
Betriebsgrößen, Fahrersignale oder Umgebungsgrößen
des Kraftfahrzeugs aus. Bei den Betriebsgrößen
kann es sich um sämtlich über die Leitungen 5, 10, 11, 19, 22, 24, 25, 28, 33, 34, 35, 38, 39, 41 übermittelten
Betriebsgrößen handeln. Umgebungssignale 43,
die dem Prädiktor 42 zugeführt werden,
können beispielsweise einem Navigationssystem, einem GPS-System,
Kartenmaterial und ähnlichem entstammen und beinhalten
beispielsweise Informationen über eine aktuelle oder zukünftige
Steigung des Fahrwegs und/oder eine aktuelle oder zukünftige
Krümmung oder einen Kurvenverlauf des Fahrwegs. Auch kann
ein Umgebungssignal 43 einen Druck und/oder eine Temperatur
der Umgebung beinhalten, auf Grundlage welcher sich geänderte Anforderungen
an den Betrieb des Kompressors ergeben können. Die Umgebungssignale 43 können weiterhin
eine Information dahingehend enthalten, ob sich das Fahrzeug einem
städtischen Bereich annähert. Bei dem Prädiktor 42 zugeführten
Fahrersignalen 44 kann es sich beispielsweise um Leistungsanforderungssignale,
wie beispielsweise ein Betätigungssignal oder ein Stellwinkel
eines Bremspedals oder Gaspedals, handeln. Für den Fall,
dass es sich bei dem Kraftfahrzeug um einen Bus oder um ein Personentransportfahrzeug
handelt, kann dem Prädiktor 42 ein weiteres Signal 45 zugeführt
werden, welches Aufschluss darüber gibt, ob ein Wunsch
eines Fahrers oder eines Passagiers für einen Stopp des
Busses vorliegt, eine Anforderung für eine Öffnung
einer Tür des Kraftfahrzeugs gegeben ist und/oder eine
Fahrzeugseite des Busses abgesenkt werden soll.
-
Weiterhin
kann die Steuereinheit 4 eine Speichereinheit 46 beinhalten.
In der Speichereinheit 46 können Kenngrößen,
Kennfelder, Parameter abgespeichert werden. Weiterhin ist es möglich,
in der Speichereinheit 46 Daten von einer vorangegangenen
Fahrt abzuspeichern, insbesondere in Korrelation mit einem Ort,
an welchem sich das Kraftfahrzeug befindet und die Aufschluss darüber
gibt, an welchen Orten ein erhöhter Druckluftbedarf bestanden
hat und/oder eine erhöhte Leistungsanforderung gegeben
war. Weiterhin kann in der Speichereinheit 46 abgelegt
sein, wo typischerweise ein Abstellen des Fahrzeugs erfolgt und/oder
eine Be- und Entladetätigkeit des Fahrzeugs vorgenommen
wird. Für den Fall, dass auf der Basis der genannten Informationen der
Prädiktor 42 feststellt, dass ein erhöhter
Bedarf an Druckluft besteht, kann der Prädiktor mit der
Steuereinheit 4
- – über
die Leitungen 24 auf das Getriebe 23 zur Vergrößerung
der Übersetzung einwirken, so dass der Förderstrom
der Druckluft erhöht wird,
- – ggf. über die Leitung 22 auf das
elektrische Antriebsaggregat zur Erhöhung der Antriebsdrehzahl
unabhängig von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine einwirken
und/oder
- – ggf. über die Leitung 25 zur Vergrößerung
eines Hubs des Kompressors 13 einwirken.
-
In
der Steuereinheit 4 ist weiterhin eine Charakteristik 47 abgelegt,
welche den Wirkungsgrad des Kompressors in Abhängigkeit
von Betriebsgrößen der Druckluftanlage und des
Antriebsstrangs beinhaltet und beispielsweise angibt, für
welchen Druckgradienten zwischen der Ausgangsseite des Kompressors
und der Eingangsseite des Kompressors welche Drehzahl des Kompressors
oder welche anderweitigen Betriebsbedingungen des Kompressors auf
einen optimalen Wirkungsgrad führen. In 3 ist
eine derartige Charakteristik 47 symbolartig dargestellt,
in der die sich ergebende optimale Drehzahl des Kompressors 13 als
Funktion des genannten Druckgradienten dargestellt ist. Für
eine vorgegebenen Drehzahl des Antriebsaggregats 2 kann
durch Einwirkung der Steuereinheit 4 über die
Leitung 24 das Übersetzungsverhältnis
des Getriebes 23 oder über die Leitung 22 die
Drehzahl des Antriebsaggregates 21 derart verändert
werden, dass sich die aus der Charakteristik 47 ergebende
optimale Drehzahl des Kompressors ergibt. Die Charakteristik 47 kann in
Form einer Tabelle, eines Kennfelds, einer mehrparametrigen Abhängigkeit
oder einer beliebigen funktionalen Abhängigkeit in der
Steuereinheit 4 abgelegt werden, wobei eine von dem Getriebe 23 durch
Verstellung herbeizuführende Drehzahl nicht lediglich von
dem genannten Druckgradienten abhängig sein muss, sondern
vielmehr von beliebigen anderweitigen Betriebsgrößen
alternativ oder ergänzend abhängig sein kann.
-
Weiterhin
beinhaltet die Steuereinheit 4 eine Erfassungseinrichtung 48,
die zur Abschätzung eines aktuellen, geschätzten
oder erwarteten Druckluftbedarfs auf Grundlage eines Betriebssignals,
welches zumindest einem Verbraucherkreis zugeordnet ist, zur Detektion
einer Anforderung eines vergrößerten Antriebsmoments
dienen kann.
-
Ebenfalls
kann in der Steuereinheit 4 eine Detektionseinrichtung 49 vorgesehen
sein, über die ein Zeitpunkt oder ein Zeitraum ermittelt
werden kann, in dem ein verringerter oder kein Druckluftbedarf besteht.
Dies kann beispielsweise für eine Fahrt auf einer Autobahn
mit konstanter Geschwindigkeit der Fall sein. Weiterhin kann dies
der Fall sein für einen kurzen oder längeren Stopp
des Fahrzeugs, beispielsweise an einer Ampel. Auch kann ein derartiger Zeitpunkt
detektiert werden, wenn sich das Antriebsaggregat 2 in
einem Lehrlaufbetrieb befindet, beispielsweise mit geöffneter
Kupplung.
-
Über
eine ergänzende Einrichtung 50 kann eine Prüfung
dahingehend erfolgen, ob eine zukünftige Bremsung zu erwarten
ist, beispielsweise infolge eines sich verringernden Abstands zu
einem vorausfahrenden Fahrzeug, infolge der Annäherung
an einen städtischen Bereich, infolge der Annäherung
an einen aus vorangegangenen Fahrten bekannten Stopp des Kraftfahrzeugs,
infolge einer Annäherung an eine Kurve oder ähnlichem.
Ergänzend kann die Einrichtung 50 die Stärke
einer zukünftigen Bremsung oder einer aktuellen Bremsung
ermitteln. Ergänzend möglich ist, dass über
die Einrichtung 50 eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs,
insbesondere eine sinkende Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs, ein
ruhendes Kraftfahrzeug oder ein Abstellen des Kraftfahrzeugs erkannt
wird. Weiterhin kann die Einrichtung 50 Informationen verarbeiten,
die darauf hindeuten, dass ein Start des Antriebsaggregats unmittelbar
bevorsteht oder ein Start des Antriebsaggregats erfolgt.
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In
der Beschreibungseinleitung und der vorangegangenen Figurenbeschreibung
sind unterschiedliche alternative oder kumulative Möglichkeiten
für eine Ermittlung der Notwendigkeit oder der vorteilhaften
Reduzierung oder Erhöhung des Förderstroms der
Druckluft, der von dem Kompressor erzeugt wird, beschrieben. Diese
Veränderung des Förderstroms der Druckluft kann
herbeigeführt werden durch Einwirken der Steuereinheit
auf das elektrische Antriebsaggregat 21, das Getriebe 23 und/oder
den Kompressor 13.
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Sämtliche
eingangs beschriebenen Ausgestaltungsformen des Stands der Technik
sind ergänzend mit den für die Erfindung offenbarten
Merkmalen einsetzbar.
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Zur
Vereinfachung ist in den Figuren lediglich eine einzige Steuereinheit 4 dargestellt,
welche für die Verarbeitung sämtlicher Signale
verantwortlich ist sowie die Ansteuerung der einzelnen Bauelemente. Es
versteht sich, dass diese eine Steuereinheit 4 aufgeteilt
sein kann in mehrere dezentrale Steuereinheiten, die lediglich einzelne
Signale verarbeiten und/oder lediglich für die Ansteuerung
einzelner Bauelemente verantwortlich sind und auf geeignete Weise
miteinander kommunizieren können über unmittelbare
Verbindungsleitungen oder einen CAN-Bus, der auch mit weiteren Steuereinheiten,
die hier nicht näher beschrieben sind, kommunizieren kann,
wie beispielsweise der Motor-Steuereinheit, einer Steuereinheit
für eine Luftfederungsanlage, eine ABS- oder EBS-Steuereinheit
und ähnliches. Die in den Figuren dargestellten Leitungen
sind üblicherweise als Vielfachleitungen ausgebildet, die
einerseits Steuersignale in eine Richtung übertragen können
und Signale wie Betriebsgrößen oder Zustandsgrößen
in eine andere Signalrichtung übertragen können.
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Nicht
angesprochen ist bei der Figurenbeschreibung eine mögliche
ergänzende Steuerung der Druckluftversorgung und des Betriebs
des Kompressors mit einer Governor-Regelung oder einer Loader-/Unloader-Regelung,
die ergänzend zu den beschriebenen erfindungsgemäßen
Maßnahmen Einsatz finden kann. Selbstverständlich
ist auch ein zeitweiser Regenerationsbetrieb für die Druckluftanlage 14 möglich,
in welchem der Lufttrockner 27 durch geeignete Verschaltung
der beteiligten pneumatischen Bauelemente in einer umgekehrten Richtung
durchströmt werden kann und in dem Feuchtigkeit des Trocknungsmittels
des Lufttrockners 27 in die Umgebung abgeleitet wird.
-
Eine
Anpassung des Förderstroms an einen erhöhten Druckluftbedarf
kann bestehen in einer Erhöhung eines Volumenstroms oder
eines Massenstroms, wobei diese insbesondere durch einer Vergrößerung
der Drehzahl eines elektrischen Antriebsaggregates für
den Kompressor, eine Vergrößerung der Übersetzung
eines Getriebes und/oder Vergrößerung eines Hubs
des Kompressors herbeigeführt wird.
-
- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Antriebsaggregat
- 3
- Brennkraftmaschine
- 4
- Steuereinheit
- 5
- Leitung
- 6
- Antriebsverbindung
- 7
- Nebenverbraucher
- 8
- Antriebsverbindung
- 9
- Antriebsstrang
- 10
- Leitung
- 11
- Leitung
- 12
- Antriebsverbindung
- 13
- Kompressor
- 14
- Druckluftanlage
- 15
- Hybridantrieb
- 16
- Leitung
- 17
- Batterie
- 18
- Sensor
- 19
- Leitung
- 20
- Leitung
- 21
- elektr.
Antriebsaggregat
- 22
- Leitung
- 23
- Getriebe
- 24
- Leitung
- 25
- Leitung
- 26
- Ausgangsleitung
- 27
- Lufttrockner
- 28
- Leitung
- 29
- Verzweigung
- 30
- Verbraucherkreis
- 31
- Verbraucherkreis
- 32
- Verbraucherkreis
- 33
- Leitung
- 34
- Leitung
- 35
- Leitung
- 36
- Messeinrichtung
- 37
- Messeinrichtung
- 38
- Leitung
- 39
- Leitung
- 40
- Drainageventil
- 41
- Leitung
- 42
- Prädiktor
- 43
- Umgebungssignale
- 44
- Fahrersignal
- 45
- Signal
- 46
- Speichereinheit
- 47
- Charakteristik
- 48
- Erfassungseinrichtung
- 49
- Detektionseinrichtung
- 50
- Einrichtung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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