本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車、特別是用于商業(yè)道路車輛的壓縮空氣系統(tǒng)，其具有空氣供應(yīng)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

上述類型的電驅(qū)動(dòng)式壓縮機(jī)例如從us2009/0254246al獲知。如之所述，內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)dc發(fā)電機(jī)以對(duì)電池進(jìn)行充電，所述電池連接至壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。壓縮機(jī)通過(guò)空氣處理單元與空氣蓄存器連接?？諝庀到y(tǒng)控制器控制壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

如果空氣系統(tǒng)蓄存器中的空氣壓力小于設(shè)定最小值，空氣系統(tǒng)控制器就啟動(dòng)電機(jī)和空氣壓縮機(jī)以對(duì)空氣蓄存器進(jìn)行填充，從而在較高速度下運(yùn)行電機(jī)。當(dāng)空氣蓄存器中的壓力增加時(shí)，電機(jī)速度保持恒定或斜坡下降。當(dāng)空氣蓄存器中的壓力增加到設(shè)定最大值時(shí)，空氣系統(tǒng)控制器設(shè)置驅(qū)動(dòng)電機(jī)和壓縮機(jī)以關(guān)停，從而停止空氣填充操作。

此外，空氣制動(dòng)系統(tǒng)的操作停止驅(qū)動(dòng)電機(jī)和壓縮機(jī)的動(dòng)作，以在空氣制動(dòng)系統(tǒng)排出空氣使車輛停止時(shí)節(jié)省能量。

并且，壓縮機(jī)的溫度可被考慮，以控制壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度。

因此，壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度可根據(jù)空氣系統(tǒng)蓄存器中的壓力和車輛的某些操作參數(shù)而變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是降低壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率消耗，從而節(jié)省燃料并減少排放。

該目的通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的特征來(lái)解決。

本發(fā)明涉及一種用于機(jī)動(dòng)車輛的壓縮空氣系統(tǒng)，其具有空氣供送系統(tǒng)，包括：

-驅(qū)動(dòng)電機(jī)，其能夠被控制成速度可變，

-空氣壓縮機(jī)，其聯(lián)接成能由驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，

-電能供送裝置，其用于將電能供送至驅(qū)動(dòng)電機(jī)，

-至少一個(gè)空氣蓄存器，其與所述空氣壓縮機(jī)連接，以便從所述空氣壓縮機(jī)接收空氣，

-空氣利用系統(tǒng)，其連接至所述至少一個(gè)空氣蓄存器，以便從所述至少一個(gè)空氣蓄存器接收空氣，

-控制器，其用于控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度.

控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以便根據(jù)以下信號(hào)中的至少一個(gè)信號(hào)來(lái)確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度：

-表示車輛的加速器踏板的啟用狀態(tài)的信號(hào)，

-表示表示車輛速度的信號(hào)，

-表示電能供送裝置的溫度的信號(hào)，

-表示驅(qū)動(dòng)電機(jī)的溫度的信號(hào)，

-表示通過(guò)空氣壓縮機(jī)壓縮的空氣的濕度水平的信號(hào)，

-表示空氣壓縮機(jī)的負(fù)載的信號(hào)，

-表示空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行時(shí)間的信號(hào)，

-表示電能供送裝置的狀態(tài)的信號(hào)；

換句話說(shuō)，對(duì)用于驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度的確定取決于表示車輛狀態(tài)的信號(hào)(比如車輛的控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)的信號(hào)、加速器踏板信號(hào)、制動(dòng)踏板信號(hào)、車輛速度信號(hào)、電能供送裝置的溫度信號(hào)或功率級(jí)、電機(jī)的溫度信號(hào))，取決于表示壓縮空氣系統(tǒng)的狀態(tài)的信號(hào)(壓力水平、濕度水平、壓縮機(jī)工況(duty)，壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間等)，取決于表示電能供送裝置的狀態(tài)(充電狀態(tài)、功能狀態(tài)、可用性狀態(tài))以及電能網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)(電流、電壓)的信號(hào)。

本發(fā)明的特征在于，在空氣蓄存器11的填充過(guò)程中，當(dāng)空氣蓄存器11中的壓力水平超過(guò)處于最小水平和較高的截止壓力水平之間的設(shè)定值(圖17中的附圖標(biāo)記pcutin)時(shí)，控制器改變壓縮機(jī)速度，從而降低每單位質(zhì)量壓縮空氣的單位能量消耗。

最小水平(圖17中的附圖標(biāo)記pcutin_critical)被理解成是指：低于該水平時(shí)，對(duì)任何延長(zhǎng)的時(shí)間段就不能保持為保證空氣利用系統(tǒng)300的、尤其空氣制動(dòng)系統(tǒng)12的可靠操作所需的壓力。

截止壓力水平(圖17中的附圖標(biāo)記pcutoff)被理解成是指：在該壓力水平，空氣蓄存器11所容納的能量大小預(yù)期保持延長(zhǎng)的時(shí)間段。該水平低于空氣蓄存器11的設(shè)計(jì)限值。該壓力水平可在超限操作過(guò)程中被超過(guò)，直至壓力達(dá)到第二截止壓力水平(圖17中的附圖標(biāo)記pcutoff_overrun)，以便將過(guò)量能量存儲(chǔ)在系統(tǒng)中，以供空氣利用系統(tǒng)300以后使用。

因此，四種不同的壓力區(qū)間被限定用于空氣蓄存器11：

1.如果壓力低于最小水平pcutin_critical，壓縮機(jī)優(yōu)選地以最大可能的速度工作，從而壓力盡可能快地升回到高于最小水平。

2.如果壓力處于最小水平pcutin_critical與設(shè)定值pcutin之間，壓縮機(jī)的速度就由控制器根據(jù)所提及并要求保護(hù)的信號(hào)來(lái)確定。該系統(tǒng)可優(yōu)選地以空氣消耗模式操作，從而從壓縮空氣系統(tǒng)100消耗的空氣量被再次填充到其中。該系統(tǒng)也可以以壓縮機(jī)工況模式操作，以便在時(shí)間框架tonload_limit內(nèi)實(shí)現(xiàn)到截止壓力水平pcutoff的完全再填充，在此過(guò)程中壓縮機(jī)可持續(xù)地操作。

3.如果壓力水平處于設(shè)定值pcutin與截止壓力水平pcutoff之間，壓縮機(jī)速度就被改變，從而降低每單位質(zhì)量壓縮空氣的單位能量消耗。優(yōu)選地，壓縮機(jī)以它的最低單位功率消耗工作點(diǎn)工作。該工作點(diǎn)可被改變，以適應(yīng)加載時(shí)間限值tonload_limit。

4.如果壓力水平高于截止壓力水平pcutoff，在正常操作過(guò)程中壓縮機(jī)停止。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)用作發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)且發(fā)動(dòng)機(jī)和交流發(fā)電機(jī)的組合產(chǎn)生過(guò)量電能時(shí)，該過(guò)量電能的量可能大于車輛電池在其當(dāng)前充電狀態(tài)下的可用存儲(chǔ)能力。在該情況下，該能量可由壓縮機(jī)使用并以壓縮空氣的形式存儲(chǔ)在空氣蓄存器11中，以備空氣利用系統(tǒng)300以后使用。為此，根據(jù)車輛電池的當(dāng)前充電狀態(tài)，壓縮機(jī)可以以它的最大可能速度或以最佳速度操作。

在設(shè)定值pcutin和截止壓力水平pcutoff之間引入新的較低單位功率消耗方案具有多種有益的效果：

·當(dāng)高空氣消耗的區(qū)段讓位于低空氣消耗的區(qū)段時(shí)，將空氣蓄存器11重填充至期望截止水平的任務(wù)以較低量的電能來(lái)完成。電能由于接有良好但效率有限的交流發(fā)電機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的低效率而在燃料方面是昂貴的。

·壓縮機(jī)將頻繁度較低地關(guān)停和再次啟動(dòng)。

在從完全停用的狀態(tài)啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)引出最大的電流，且因而經(jīng)受最大的磨損；這也是大多數(shù)電機(jī)故障發(fā)生在此時(shí)的原因。因此，延長(zhǎng)了壓縮機(jī)壽命。

·空氣蓄存器11的容量被最佳地用于消弭空氣消耗上的變化，從而壓縮機(jī)的速度頻繁度較低地變化。

在本發(fā)明的一個(gè)特別有益的實(shí)施例中，在空氣蓄存器11中的至少一個(gè)壓力區(qū)間中，壓縮機(jī)速度通過(guò)控制器7調(diào)節(jié)成：使得所傳送的空氣質(zhì)量流量正比于

1.截止壓力水平和空氣蓄存器11中的實(shí)際壓力之間的差，與

2.壓縮機(jī)的加載階段的剩余時(shí)間

之間的比。

該操作模式(“壓縮機(jī)工況模式”)在不受干擾的情況下將在當(dāng)前壓縮機(jī)工況過(guò)程的時(shí)間限值內(nèi)使空氣蓄存器11達(dá)到截止壓力水平pcutoff。

在本發(fā)明的另一特別有益的實(shí)施例中，當(dāng)空氣蓄存器11中的壓力高于最小水平pcutin_critical時(shí)，控制器(7)根據(jù)預(yù)定函數(shù)將車輛速度的增加轉(zhuǎn)換成壓縮機(jī)速度的增加和/或?qū)④囕v速度的減小轉(zhuǎn)換成壓縮機(jī)速度的減小。例如，壓縮機(jī)速度可正比于車輛速度，和/或?qū)④囕v減慢成低于預(yù)定速度可導(dǎo)致壓縮機(jī)關(guān)停。其基本原理是，當(dāng)車輛變慢時(shí)，它的運(yùn)動(dòng)以及發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生較少噪音，從而壓縮機(jī)噪音可蓋過(guò)那些其他噪音源而容易地被聽到；附加地，使車輛從較低的速度制動(dòng)至停止需要較少的空氣。同樣地，當(dāng)車輛速度增加時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)和所述運(yùn)動(dòng)變得更響，從而壓縮機(jī)噪音可在這種聲響中被掩蓋；同時(shí)，需求更多空氣的制動(dòng)事件變得更可能發(fā)生。

在本發(fā)明的另一特別有益的實(shí)施例中，控制器7優(yōu)化壓縮機(jī)速度，以便避開壓縮機(jī)速度的至少一個(gè)預(yù)設(shè)區(qū)間。這種區(qū)間例如可置于壓縮機(jī)的共振頻率附近。該區(qū)間中的速度可由控制器7禁止，從而控制器從不將壓縮機(jī)速度設(shè)成該區(qū)間內(nèi)的值。于是可通過(guò)堅(jiān)固“壁壘”而禁止進(jìn)入該區(qū)間。

壓縮機(jī)也可在它用于評(píng)價(jià)壓縮機(jī)速度的評(píng)價(jià)函數(shù)中處罰那些速度，從而建立阻礙壓縮機(jī)速度進(jìn)入預(yù)設(shè)區(qū)間的強(qiáng)力的、但未必不可逾越的“排斥力”。這適應(yīng)以下情況：預(yù)設(shè)區(qū)間內(nèi)的壓縮機(jī)速度是有害的，但是與由于其他原因而完全更不利的該區(qū)間外速度相比有害度較低?？刂破骼缈刹捎媚：刂?fuzzycontrol)來(lái)選擇壓縮機(jī)速度，使用正模糊規(guī)則(positivefuzzyrules)將優(yōu)評(píng)價(jià)分配給壓縮機(jī)速度值，并用負(fù)模糊規(guī)則(negativefuzzyrules)來(lái)標(biāo)示不期望的區(qū)間。

優(yōu)選地，當(dāng)控制器使壓縮機(jī)速度從預(yù)設(shè)區(qū)間之外的第一側(cè)上的第一值改變至預(yù)設(shè)區(qū)間之外的第二側(cè)上的第二值時(shí)，壓縮機(jī)被設(shè)定成以它的最大旋轉(zhuǎn)速率跨過(guò)速度的預(yù)設(shè)區(qū)間。這避免了壓縮機(jī)速度僅被限制于預(yù)設(shè)區(qū)間的一側(cè)，同時(shí)最小化了壓縮機(jī)以不期望的速度操作的時(shí)間量。

預(yù)設(shè)區(qū)間可通過(guò)清除(sweep)壓縮機(jī)速度和度量共振表征(例如，噪音或振動(dòng))而手動(dòng)地設(shè)置，但也可自動(dòng)地設(shè)置。

對(duì)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度的計(jì)算優(yōu)選根據(jù)函數(shù)近似和/或?qū)τ诳諝饬髀实牟檎冶砗碗S壓縮機(jī)速度和背壓而變化的壓縮機(jī)功率消耗圖，所述功率消耗圖通過(guò)測(cè)量和或車輛測(cè)試或理論分析來(lái)確定。

這樣，可降低壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率消耗。

優(yōu)選地，電能供送裝置、控制器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)電能供送網(wǎng)絡(luò)連接，其中，控制器控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)，以便根據(jù)表示電能供送網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)的信號(hào)來(lái)確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度。這種信號(hào)優(yōu)選是電壓和/或傳導(dǎo)的電流。

根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度根據(jù)至少一個(gè)函數(shù)和/或至少一個(gè)查找表而確定，其中，上述信號(hào)中的至少一個(gè)是用于所述至少一個(gè)函數(shù)和/或所述至少一個(gè)查找表的輸入變量。

另外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度可根據(jù)車輛的壓縮空氣系統(tǒng)的空氣消耗而確定。

根據(jù)另一方面，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度由控制器控制成：如果空氣蓄存器中的壓力水平低于最小水平，且如果電能供送裝置的功率級(jí)達(dá)到或超過(guò)設(shè)定功率級(jí)限值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)就以其最大速度操作，直至空氣蓄存器中的壓力水平達(dá)到截止壓力水平；或如果空氣蓄存器中的壓力水平低于設(shè)定壓力限值，且如果電能供送裝置的功率級(jí)低于設(shè)定功率級(jí)限值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)就以處于零速度和它的最大速度之間的速度操作，直至空氣蓄存器中的壓力水平達(dá)到截止壓力水平。

優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度可由控制器控制成：如果空氣系統(tǒng)蓄存器中的壓力低于設(shè)定壓力限值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)就被控制成以被計(jì)算成能覆蓋壓縮空氣系統(tǒng)的實(shí)際空氣消耗的速度來(lái)操作，直至空氣蓄存器中的壓力水平達(dá)到設(shè)定的截止壓力水平。

根據(jù)另一實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度由控制器控制成：如果空氣系統(tǒng)蓄存器中的壓力低于設(shè)定壓力限值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)就以被計(jì)算成能覆蓋壓縮空氣系統(tǒng)的當(dāng)前空氣消耗的速度來(lái)操作，直至空氣蓄存器中的壓力水平達(dá)到一截止壓力水平，該截止壓力水平高于正常截止壓力水平，以便將更多能量存儲(chǔ)在壓縮空氣系統(tǒng)中。

另外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)的速度可由控制器控制成：如果電能供送裝置的功率級(jí)低于設(shè)定功率級(jí)限值，或如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)的溫度超過(guò)臨界溫度限值，或驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)際速度不等于要求的速度，驅(qū)動(dòng)電機(jī)就將停止。

優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由控制器控制成：如果壓縮機(jī)切換成卸載且壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的實(shí)際速度高于零，驅(qū)動(dòng)電機(jī)就以發(fā)電機(jī)模式操作，以便對(duì)電能供送裝置進(jìn)行充電，直至達(dá)到電能供送裝置的設(shè)定或預(yù)定充電水平。

根據(jù)另一方面，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由控制器控制成：如果車輛的驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)的加速器踏板被踩下、且電能供送裝置的充電狀態(tài)超過(guò)設(shè)定充電限值、且電能的消耗高于設(shè)定消耗限值，壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)就被控制成以低于它的最大速度的計(jì)算速度來(lái)操作，直至空氣系統(tǒng)蓄存器中的壓力達(dá)到設(shè)定截止壓力水平。

另外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可由控制器控制成：如果環(huán)境溫度低于設(shè)定環(huán)境溫度，驅(qū)動(dòng)電機(jī)就被控制成以設(shè)定計(jì)算速度來(lái)操作，直至空氣系統(tǒng)蓄存器中的壓力水平達(dá)到截止壓力水平。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由控制器控制成：如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)的溫度高于設(shè)定溫度限值，就計(jì)算壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的減小的第一速度，以減小驅(qū)動(dòng)電機(jī)的負(fù)載，驅(qū)動(dòng)電機(jī)于是被控制成以該第一計(jì)算速度來(lái)操作，且附加地如果電能供送裝置的溫度高于設(shè)定溫度限值，則驅(qū)動(dòng)電機(jī)的第一計(jì)算速度被重新計(jì)算成低于第一計(jì)算速度的第二計(jì)算速度，且驅(qū)動(dòng)電機(jī)被控制成以該第二計(jì)算速度來(lái)操作，直至空氣系統(tǒng)蓄存器中的壓力達(dá)到設(shè)定截止壓力水平。

另外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)可由控制器控制成：如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)在長(zhǎng)于設(shè)定或預(yù)定時(shí)間段的時(shí)間段處于卸載模式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)就啟動(dòng)且被控制成以設(shè)定或計(jì)算速度操作，直至空氣系統(tǒng)蓄存器中的壓力達(dá)到截止壓力水平。

根據(jù)另一實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由控制器控制成：如果空氣系統(tǒng)蓄存器中的濕度水平高于預(yù)定或設(shè)定濕度水平限值，壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)就停止。

優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)電機(jī)由控制器控制成：如果環(huán)境溫度低于設(shè)定或預(yù)定溫度，驅(qū)動(dòng)電機(jī)就被控制成啟動(dòng)并以設(shè)定或計(jì)算速度運(yùn)行，直至空氣系統(tǒng)蓄存器中的壓力水平達(dá)到截止壓力水平。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參考以下連同附圖閱讀的示例性實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明將最佳地理解本發(fā)明，在附圖中：

圖1是根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例具有壓縮空氣系統(tǒng)的商業(yè)車輛的車輛底盤的示意圖；

圖2是壓縮空氣系統(tǒng)的空氣供送系統(tǒng)的示意圖；

圖3是示出啟動(dòng)填充模式的流程圖；

圖4是示出最大功率模式的流程圖；

圖5是示出最佳功率模式的流程圖；

圖6是示出超限模式的流程圖；

圖7是示出緊急模式的流程圖；

圖8是示出壓縮機(jī)制動(dòng)模式的流程圖；

圖9是示出超越模式的流程圖；

圖10是示出冷操作模式的流程圖；

圖11是示出負(fù)載降低模式的流程圖；

圖12是示出更新模式的流程圖；

圖13是示出中間再生模式的流程圖；

圖14是示出防凍模式的流程圖。

圖15是示出臨界速度避免模式的流程圖。

圖16是示出噪音管理模式的流程圖。

圖17示出了四種不同的蓄存器壓力方案的操作。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在參照附圖，尤其參照?qǐng)Dl，機(jī)動(dòng)車輛、特別是機(jī)動(dòng)商業(yè)車輛(其可以是僅具有傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)的車輛或具有混合柴油電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)2、4的車輛)具有底盤1，包括空氣供送系統(tǒng)200和空氣利用系統(tǒng)300的壓縮空氣系統(tǒng)100安裝在所述底盤1上。根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，商業(yè)車輛通過(guò)包括混合柴油電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)2、4和變速器3的傳動(dòng)系400來(lái)驅(qū)動(dòng)。

空氣利用系統(tǒng)300包括貢獻(xiàn)于空氣消耗的空氣利用部件，比如空氣制動(dòng)系統(tǒng)12、空氣懸架13、變速器3、門開啟系統(tǒng)15、駕駛員座椅懸架16、氣動(dòng)增壓系統(tǒng)14等。商業(yè)車輛的空氣制動(dòng)系統(tǒng)12優(yōu)選地包括：主動(dòng)行車制動(dòng)器，其中，行車制動(dòng)器通過(guò)增加行車制動(dòng)器缸中的空氣壓力來(lái)啟用，且行車制動(dòng)器通過(guò)降低行車制動(dòng)器缸中的壓力來(lái)釋放；和被動(dòng)駐車制動(dòng)器，其中，駐車制動(dòng)器通過(guò)降低駐車彈簧制動(dòng)器缸中的空氣壓力來(lái)啟用，且駐車制動(dòng)器通過(guò)將駐車彈簧制動(dòng)器缸中的壓力增加至等于駐車制動(dòng)器釋放壓力的水平來(lái)釋放。

車輛的傳動(dòng)系400也安裝在底盤上，傳動(dòng)系400包括：內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)2；和根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例的電機(jī)4，作為混合柴油電動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)2、4的電動(dòng)部分；以及變速器3。

空氣供送系統(tǒng)200在圖2中單獨(dú)地示出。空氣供送系統(tǒng)200包括：電能供送裝置6，例如成一個(gè)或多個(gè)電池的形式；具有微型計(jì)算機(jī)的電子控制單元7，所述微型計(jì)算機(jī)控制驅(qū)動(dòng)電機(jī)8，使其速度可變，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)9，尤其是壓縮機(jī)9的曲軸。壓縮機(jī)9可以是旋轉(zhuǎn)螺桿式空氣壓縮機(jī)，將壓縮空氣傳送至空氣處理單元10，所述空氣處理單元10可包括用于空氣再生的空氣干燥器?？諝飧稍锲?0與空氣系統(tǒng)蓄存器11連接，所述空氣系統(tǒng)蓄存器11可包括一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)的空氣蓄存器，特別是一個(gè)單獨(dú)的空氣蓄存器相應(yīng)地用于空氣利用系統(tǒng)300的每個(gè)空氣循環(huán)，比如空氣懸架空氣循環(huán)、多個(gè)空氣制動(dòng)器循環(huán)、門開啟空氣循環(huán)等。

車輛傳動(dòng)系400不與壓縮機(jī)9的曲軸聯(lián)接，這意味著壓縮機(jī)9不能由內(nèi)燃機(jī)2直接驅(qū)動(dòng)，或此處在混合發(fā)動(dòng)機(jī)2、4驅(qū)動(dòng)式車輛的情況下不能由混合發(fā)動(dòng)機(jī)2、4的電機(jī)4直接驅(qū)動(dòng)。而是，壓縮機(jī)9獨(dú)立于車輛傳動(dòng)系400操作，因?yàn)楦鶕?jù)圖2的空氣供送系統(tǒng)200是獨(dú)立式系統(tǒng)。

空氣系統(tǒng)壓縮機(jī)9由通過(guò)控制單元7控制的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8來(lái)驅(qū)動(dòng)。用于啟用控制單元7以及壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的電能由電能供送裝置6傳送。特別是成電池形式的電能供送裝置6在此由獨(dú)立式發(fā)電機(jī)5充電，所述發(fā)電機(jī)5優(yōu)選由內(nèi)燃機(jī)2機(jī)械地驅(qū)動(dòng)且與內(nèi)燃機(jī)2聯(lián)接，如從圖1可見。

替代性地，發(fā)電機(jī)5也可由混合發(fā)動(dòng)機(jī)2、4的電機(jī)4來(lái)驅(qū)動(dòng)。在另一方面，空氣供送系統(tǒng)200的電能供送裝置6可由壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8充電(在該驅(qū)動(dòng)電機(jī)8以其發(fā)電機(jī)模式操作時(shí))。

在需要的情況下，壓縮機(jī)9可與輔助系統(tǒng)協(xié)作，比如用于潤(rùn)滑壓縮機(jī)9的運(yùn)動(dòng)部件的潤(rùn)滑系統(tǒng)17以及用于在操作時(shí)冷卻壓縮機(jī)9的冷卻系統(tǒng)18。因此，冷卻系統(tǒng)18充當(dāng)用于冷卻壓縮機(jī)9的裝置，且由控制器7控制成：當(dāng)壓縮機(jī)9的溫度超過(guò)臨界溫度時(shí)優(yōu)選被啟用。

電能供送裝置6、控制器7和驅(qū)動(dòng)電機(jī)8通過(guò)電能供送網(wǎng)絡(luò)19連接，以用于傳導(dǎo)電流。另外，控制器7和驅(qū)動(dòng)電機(jī)8之間存在信號(hào)線路(圖2中不可見)，以用于傳遞控制信號(hào)。該電能供送網(wǎng)絡(luò)19也形成空氣供送系統(tǒng)200的一部分。

另外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的控制器7接收來(lái)自多個(gè)傳感器的電信號(hào)，其中：

-傳感器20，其用于產(chǎn)生表示車輛的混合發(fā)動(dòng)機(jī)2、4的加速器踏板21的啟用狀態(tài)的信號(hào)

-傳感器22，其用于產(chǎn)生表示車輛的空氣制動(dòng)系統(tǒng)12的制動(dòng)踏板23的啟用狀態(tài)的信號(hào)，

-速度傳感器24，其用于產(chǎn)生表示車輛速度的信號(hào)，

-溫度傳感器25，其用于產(chǎn)生表示電能供送裝置6的溫度的信號(hào)，

-溫度傳感器26，其用于產(chǎn)生表示表示驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的溫度的信號(hào)，

-濕度傳感器27，其用于產(chǎn)生表示通過(guò)壓縮機(jī)壓縮的并被傳送至空氣處理單元10的空氣的濕度的信號(hào)，

-電流傳感器28，其用于產(chǎn)生表示存在于電能網(wǎng)絡(luò)19中的電流的、且還表示壓縮機(jī)9的負(fù)載的信號(hào)，

-電流傳感器29和/或電壓傳感器30，其用于產(chǎn)生表示電能供送裝置6的狀態(tài)的信號(hào)，

-壓力傳感器31，其用于產(chǎn)生表示空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力的信號(hào)，

-環(huán)境溫度傳感器32，其用于產(chǎn)生表示環(huán)境的溫度的信號(hào)，

-速度傳感器33，其用于產(chǎn)生表示驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的旋轉(zhuǎn)速度的信號(hào)。

上述傳感器通過(guò)電信號(hào)線路與控制器7連接，如圖2所示，以便向控制器7供送相應(yīng)的信號(hào)。

另外，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的控制器7具有內(nèi)部時(shí)鐘，從而可產(chǎn)生并評(píng)價(jià)處理表示空氣壓縮機(jī)9的運(yùn)行時(shí)間的信號(hào)。

優(yōu)選地，上述信號(hào)中的至少一個(gè)以及數(shù)據(jù)被傳送至壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的控制器7，以待用作控制壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的速度的基礎(chǔ)。換言之，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的速度的確定或計(jì)算基于那些信號(hào)中的至少一個(gè)來(lái)進(jìn)行。

并且，壓縮空氣系統(tǒng)100的總空氣消耗水平可確定驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的速度，以瞄定車輛1的電能供送裝置6的低功率消耗，同時(shí)保持壓縮空氣系統(tǒng)100的需求壓力。貢獻(xiàn)于壓縮空氣系統(tǒng)100的空氣消耗的部件是空氣利用系統(tǒng)300的部件，比如空氣制動(dòng)系統(tǒng)12、空氣懸架13、變速器3、門開啟系統(tǒng)15、駕駛員座椅空氣懸架16、氣動(dòng)增壓系統(tǒng)14、空氣處理單元10。但是泄漏或再生過(guò)程也可影響壓縮空氣系統(tǒng)100的空氣消耗。

在下文中，提出了用于操作壓縮空氣系統(tǒng)100、特別是空氣供送系統(tǒng)200的多種模式。

1.空氣消耗模式

對(duì)壓縮空氣系統(tǒng)100的空氣消耗的監(jiān)察基于壓縮空氣系統(tǒng)100的質(zhì)量平衡。車輛的壓縮空氣系統(tǒng)100的空氣消耗計(jì)算如下：

其中，

是壓縮空氣系統(tǒng)的總空氣消耗，

是通過(guò)壓縮機(jī)9傳送的空氣流率，

是壓縮空氣系統(tǒng)的壓力梯度，

w是空氣消耗和壓縮機(jī)傳送量之間的因數(shù)，

vsystem是壓縮空氣系統(tǒng)100的總?cè)莘e，

rair是空氣的單位氣體常數(shù)，

tamb是環(huán)境溫度。

壓縮機(jī)流率圖是已知的。為了覆蓋車輛的壓縮空氣系統(tǒng)100的消耗，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的要求速度也可基于流率圖來(lái)計(jì)算。最終，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的速度可根據(jù)壓縮空氣系統(tǒng)100的空氣消耗和壓力水平來(lái)計(jì)算。

空氣消耗和壓縮機(jī)傳送量之間的因數(shù)w用于保證壓縮機(jī)傳送將高于空氣消耗，從而抵得上空氣系統(tǒng)中上升的壓力水平。

所計(jì)算的壓縮機(jī)速度僅用于臨界切入壓力水平和正常切入壓力水平之間的壓力區(qū)域。如果壓縮空氣系統(tǒng)100中的壓力水平高于切入壓力水平，將設(shè)置對(duì)應(yīng)于最低單位功率消耗的壓縮機(jī)速度(最小能量消耗壓縮機(jī)速度)。如果壓縮空氣系統(tǒng)100中的壓力水平低于臨界切入壓力，將設(shè)置最大壓縮機(jī)速度。參見圖15。

2.啟動(dòng)填充模式

當(dāng)啟動(dòng)商業(yè)車輛時(shí)，空氣蓄存器11中的壓力水平通常低于設(shè)定最小壓力水平，特別是低于被動(dòng)駐車制動(dòng)器的駐車制動(dòng)器釋放壓力。如果此時(shí)，電池充電水平高于預(yù)定值，啟動(dòng)填充模式也可在內(nèi)燃機(jī)2停止的情況下啟用。啟動(dòng)填充模式在圖3中示出。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的速度由控制器7控制成：如果空氣蓄存器11中的壓力水平低于設(shè)定壓力限值，且如果電能供送裝置6的能量狀態(tài)達(dá)到或超過(guò)設(shè)定能量狀態(tài)限值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就以其最大速度操作，直至空氣蓄存器11中的壓力水平達(dá)到設(shè)定截止壓力水平。

替代性地，如果空氣蓄存器11中的壓力水平低于設(shè)定壓力限值，且如果電能供送裝置6的能量狀態(tài)或充電狀態(tài)低于設(shè)定能量狀態(tài)限值或充電限值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就以處于零速度和它的最大速度之間的設(shè)定速度操作，直至空氣蓄存器11中的壓力水平達(dá)到截止壓力水平。

3.最大功率模式

在空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力水平低的情況下，如果內(nèi)燃機(jī)2正在操作，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8被控制成以其最大速度操作，以便覆蓋高的空氣消耗。最大功率模式在圖4中示出。

如果空氣系統(tǒng)壓力水平低于設(shè)定截止壓力水平，且電池和功率級(jí)6狀態(tài)尚可，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就啟動(dòng)以被控制成以其最大速度工作，直至空氣系統(tǒng)蓄存器中的壓力水平達(dá)到設(shè)定截止壓力水平。

4.最佳功率模式

在空氣消耗低的情況下，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8被控制成：以考慮最大效率的計(jì)算的旋轉(zhuǎn)速度被驅(qū)動(dòng)，以便最小化電能供送裝置6的功率消耗、燃料消耗以及延長(zhǎng)電池壽命。最佳功率模式在圖5中示出。

驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的速度由控制器7控制成：如果空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力低于設(shè)定壓力限值，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就被控制成以被計(jì)算成能覆蓋實(shí)際空氣消耗的速度來(lái)操作，直至空氣蓄存器11中的壓力水平達(dá)到設(shè)定或預(yù)定截止壓力水平。

5.超限模式

在發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)模式中，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)用于產(chǎn)生制動(dòng)效果時(shí)，例如用于減速制動(dòng)，如果電池水平高于預(yù)定值，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就啟動(dòng)。在該情況下，空氣系統(tǒng)蓄存器11可過(guò)填充成高于設(shè)定截止壓力水平，以便將更多能量存儲(chǔ)于氣動(dòng)系統(tǒng)中。超限模式在圖6中示出。

如果空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力低于設(shè)定截止壓力，且如果車輛的驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)2以發(fā)動(dòng)機(jī)制動(dòng)模式操作，例如以減速模式操作，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就啟動(dòng)且被控制成以計(jì)算的速度操作，直至空氣系統(tǒng)蓄存器中的壓力達(dá)到超限模式的、高于正常截止壓力水平的截止壓力水平，以便將更多能量存儲(chǔ)于壓縮空氣系統(tǒng)100中。

6.緊急模式

緊急模式覆蓋壓縮機(jī)9的和/或驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的和/或電能供送裝置6的故障情況。如果發(fā)生或檢測(cè)到這些故障中的至少一個(gè)，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就將停止。緊急模式在圖7中示出。

如果電能供送裝置6的功率或充電狀態(tài)低于設(shè)定能量狀態(tài)或充電限值，或如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的溫度超過(guò)設(shè)定臨界溫度限值，或如果壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的實(shí)際速度不等于要求的速度，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就將停止。

7.壓縮機(jī)制動(dòng)模式

當(dāng)壓縮機(jī)9關(guān)閉或卸載時(shí)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8以發(fā)電機(jī)模式操作或切換至發(fā)電機(jī)模式，以便在驅(qū)動(dòng)電機(jī)8和聯(lián)接的壓縮機(jī)9的速度下降過(guò)程中充電電能供送裝置6。由此而獲得的電能通過(guò)電能供送網(wǎng)絡(luò)19從驅(qū)動(dòng)電機(jī)8傳送至電能供送裝置6。該過(guò)程在圖8中示出。

如果壓縮機(jī)9切換成卸載且壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的實(shí)際速度高于對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的實(shí)際速度需求(其在該情況下是零)，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就以發(fā)電機(jī)模式操作或切換至發(fā)電機(jī)模式，以便充電電能供送裝置6，直至達(dá)到電能供送裝置6的設(shè)定或預(yù)定充電水平。

8.超越模式

如果駕駛員例如以踩下加速器踏板21的形式開始高加速度要求，且車輛的電動(dòng)機(jī)4也啟用，在空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力水平高于設(shè)定壓力值的情況下，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就考慮到電能的高需求而關(guān)閉或減慢，以便減少電能供送裝置6的降級(jí)(degradation)。該過(guò)程在圖9中示出。

如果發(fā)動(dòng)機(jī)2的加速器踏板21被踩下，且電能供送裝置6的充電狀態(tài)超過(guò)設(shè)定充電限值，且電能的消耗高于消耗限值，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就被控制成以低于最大速度的計(jì)算速度來(lái)操作，直至空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力達(dá)到設(shè)定截止壓力水平。表示電能或能量的消耗的參數(shù)優(yōu)選是在電消耗電路中傳導(dǎo)的電流。

9.冷操作模式

如果環(huán)境溫度低于設(shè)定環(huán)境溫度，在空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力水平也高于設(shè)定壓力限值的情況下就應(yīng)用壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的減小的速度，以便保存電能供送裝置6的電能。該過(guò)程在圖10中示出。

如果環(huán)境溫度低于設(shè)定環(huán)境溫度，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就啟動(dòng)且被控制成以設(shè)定的計(jì)算速度來(lái)操作，直至空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力水平達(dá)到截止壓力水平。

10.負(fù)載降低模式

由溫度傳感器26測(cè)得的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的溫度和/或由溫度傳感器25測(cè)得的電能供送裝置6的溫度分別超過(guò)相應(yīng)的設(shè)定溫度限值，就減小壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的速度。該過(guò)程在圖11中示出。

如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的溫度高于設(shè)定溫度限值，就計(jì)算壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的減小的第一速度ncalc1，以減小驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的負(fù)載，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8于是被控制成以該第一計(jì)算速度ncalc1來(lái)操作。如果附加地由溫度傳感器25測(cè)得的電能供送裝置6的溫度高于設(shè)定溫度限值，則壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8的第一計(jì)算速度ncalc1將被重新計(jì)算成低于第一計(jì)算速度ncalc1的第二計(jì)算速度ncalc2。壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8被控制成以該第二計(jì)算速度ncalc2來(lái)運(yùn)行，直至空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力達(dá)到設(shè)定截止壓力水平。

11.更新模式

在壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8停止預(yù)定或設(shè)定時(shí)間段的情況下，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8重新啟動(dòng)，以建立潤(rùn)滑更新活動(dòng)。該過(guò)程在圖12中示出。

如果壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8在長(zhǎng)于設(shè)定或預(yù)定時(shí)間段的時(shí)間段處于卸載模式，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就啟動(dòng)且被控制成以設(shè)定或計(jì)算速度運(yùn)行或操作，直至空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力達(dá)到截止壓力水平。

12.中間再生模式

如果空氣處理單元10中和/或空氣系統(tǒng)蓄存器11中的濕度水平超過(guò)預(yù)定或設(shè)定濕度水平，如果驅(qū)動(dòng)電機(jī)8處于負(fù)載模式且已經(jīng)開始再生階段來(lái)降低空氣處理單元10中或空氣系統(tǒng)蓄存器11中的濕度水平，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就停止。該模式在圖13中示出。

如果空氣處理單元10中和/或空氣系統(tǒng)蓄存器11中的濕度水平高于預(yù)定或設(shè)定濕度水平限值，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就停止。

13.防凍模式

如果環(huán)境溫度低于設(shè)定或預(yù)定環(huán)境溫度水平，且壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)8在預(yù)定或設(shè)定時(shí)間段期間停止，壓縮機(jī)9的驅(qū)動(dòng)電機(jī)就啟動(dòng)，以便通過(guò)由壓縮機(jī)9傳送暖空氣進(jìn)入排放管路而防止排放管路結(jié)冰。該模式在圖14中示出。

如果環(huán)境溫度低于設(shè)定或預(yù)定溫度，驅(qū)動(dòng)電機(jī)8就被控制成啟動(dòng)并以設(shè)定或計(jì)算速度操作，直至空氣系統(tǒng)蓄存器11中的壓力水平達(dá)到截止壓力水平。

這樣的話，即使在車輛的驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)2、4怠速的情況下也實(shí)現(xiàn)了離開發(fā)動(dòng)機(jī)的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)，以便實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)的高速度操作。因此，可使壓縮機(jī)9制造得較小。另外，降低了功率消耗，使得能夠使用較小的電池并實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的電池壽命。

14.壓縮機(jī)工況模式

在壓縮機(jī)工況模式中，壓縮機(jī)9的加載時(shí)間表被限制?；趬毫λ叫盘?hào)和加載時(shí)間限值，計(jì)算需要的壓縮機(jī)速度。在工況控制模式中，等于截止壓力水平和實(shí)際壓力水平之間的壓力差的空氣量必須通過(guò)壓縮機(jī)被供送至壓縮空氣系統(tǒng)?？諝饬?質(zhì)量流率)計(jì)算如下：

其中，

是壓縮機(jī)的空氣傳送量，

pcutoff是截止壓力水平，

psystem是實(shí)際系統(tǒng)壓力水平，

tonload_limit是加載階段的時(shí)間限值，

tonload_elapsed是加載階段的經(jīng)過(guò)時(shí)間，

vsystem是壓縮空氣系統(tǒng)的總?cè)莘e，

rair是空氣的單位氣體常數(shù)，

tamb是環(huán)境溫度，

基于壓縮機(jī)流率圖來(lái)計(jì)算壓縮機(jī)速度需求。

15.噪音管理

如果車輛速度低于預(yù)定水平，應(yīng)降低車輛的噪音。在該情況下，如果壓力水平不低于臨界水平，壓縮機(jī)就將關(guān)停。

如果壓力水平高于空氣系統(tǒng)中的臨界壓力水平，壓縮機(jī)速度就基于預(yù)定函數(shù)而正比于車輛速度。

16.臨界壓縮機(jī)速度避免

可限定臨界壓縮機(jī)速度窗口，其值在壓縮機(jī)速度時(shí)被考慮。這些壓縮機(jī)速度窗口將被避免，以減少噪音、振動(dòng)和不平順性。

附圖標(biāo)記列表

1車輛

2內(nèi)燃機(jī)

3變速器

4電機(jī)

5發(fā)電機(jī)

6電能供送裝置

7控制器

8驅(qū)動(dòng)電機(jī)

9空氣系統(tǒng)壓縮機(jī)

10空氣處理單元

11空氣系統(tǒng)蓄存器

12空氣制動(dòng)系統(tǒng)

13空氣懸架系統(tǒng)

14氣動(dòng)增壓系統(tǒng)

15門開啟系統(tǒng)

16駕駛員座椅空氣懸架

17用于壓縮機(jī)的潤(rùn)滑系統(tǒng)

18用于壓縮機(jī)的冷卻系統(tǒng)

19電能供送網(wǎng)絡(luò)

20傳感器

21加速器踏板

22傳感器

23制動(dòng)踏板

24速度傳感器

25溫度傳感器

26溫度傳感器

27濕度傳感器

28電流傳感器

29電流傳感器

30電壓傳感器

31壓力傳感器

32環(huán)境溫度傳感器

33速度傳感器

100空氣壓縮系統(tǒng)

200空氣供送系統(tǒng)

300空氣利用系統(tǒng)

400傳動(dòng)系