压缩空气系统、配备有压缩空气系统的商用车辆和压缩空气系统的操作方法与流程

本发明涉及一种压缩空气系统、一种配备有压缩空气系统的商用车辆以及一种压缩空气系统的操作方法。

背景技术：

1、压缩空气系统在商用车辆中以多种方式用于不同的应用。例如，诸如商用车辆的制动系统等安全关键性系统由压力储罐提供的气压驱动。另外，还可以通过向车桥供应压缩空气来实现其他技术功能。例如，这使得在商用车辆的操作过程中能够调节连接到该车桥的轮胎内的气压。各个应用通常包含在单独的模块中，并在这些模块内受到控制，因此虽然这些应用彼此部分独立地运行，但每个应用都需要自己的数据处理单元和诸如阀或管路等气动控制单元。

2、结果，目前商用车辆中必须安装大量的数据处理单元，以实现各种功能。这一方面会导致通信开销增加和相关故障增多，另一方面会导致成本上升。

技术实现思路

1、因此，本发明的目的是减少数据处理单元的数量并提高商用车辆的成本效益。

2、本发明通过具有权利要求1所述特征的压缩空气系统、具有权利要求17所述特征的商用车辆以及具有权利要求18所述特征的方法来解决上述问题。

3、根据本发明的一个方面，提供了一种压缩空气系统，其特别用于商用车辆，所述压缩空气系统包括：控制单元、压力处理单元、第一压力传感器、第二压力传感器和可切换阀，所述可切换阀特别是电动或磁性的可切换阀，其中，所述可切换阀被构造为将压缩空气入口与所述压力处理单元连接，其中，所述压力处理单元连接到压缩空气出口，其中，所述控制单元被构造为与所述压力传感器和/或所述可切换阀通信，其中，所述控制单元被构造为连接到所述可切换阀，以便控制所述可切换阀，其中，所述第一压力传感器被布置在所述压缩空气系统上，并被设计为确定所述压缩空气入口处的压力，并且其中，所述第二压力传感器被布置在所述压缩空气系统上，并被设计为确定所述压缩空气出口处的压力。

4、由于本发明利用来自电子制动系统的已知压力信息来控制压缩空气出口处的压缩空气供应，随后通过附加的压力传感器进行补充，因此与现有技术相比，本发明具有显著优势。另外，为此所需的信号可由本就是电子制动系统一部分的控制单元进行处理。这具有的优点在于，多个功能可以集成在单个控制单元上，从而减少数据处理元件的数量。

5、压缩空气系统可以是商用车辆的一部分。压缩空气系统可以包括承压管路(压力管路)、连接器以及被设计为提供压力连接的接头。压缩空气系统可以限定一个容积。这使得压缩空气系统能够与周围环境隔离开。此外，压缩空气系统可被构造为输送流体，并且特别是在压缩空气系统内的流体与周围大气压力之间提供压差。优选地，在商用车辆的正常使用期间，流体处于气态。本发明限定的商用车辆特别可以是车辆总重额定值超过3.5吨、优选地超过7.5吨、更优选地超过15吨、最优选地超过18吨的车辆。该商用车辆可以是挂车，特别是半挂车，和/或被牵引车辆。该商用车辆特别可以是适合道路行驶和/或受道路约束的车辆。控制单元可以是类似计算机的单元，其被设计为获取、处理和输出数据。控制单元可以包括用于存储数据的存储器。控制单元可以通信和/或交换数据，特别是经由通信接口进行。在一个优选实施例中，控制单元被构造为既驱动致动器又监控和评估测量值的控制系统。通信接口可以实现无线和/或有线数据交换。这使得控制单元能够与各种设备和接口通信，从而提高灵活性。压力处理单元可被构造为改变压缩空气系统中输送的流体的能量含量。这可以导致能量通过流体传输和/或传递。压力处理单元可被构造为改变压缩空气系统中输送的流体的压力和/或流速。这使得能量能够以对商用车辆特别有利和可用的形式存储在流体中。在此上下文中，“改变”可以是指增大或减小。压力处理单元可被构造为与控制单元进行通信。第一压力传感器可被构造为测量静压。补充地或替代地，第一压力传感器也可被构造为测量流体的流速。这使得能够计算流体压力和/或确定附加测量变量。第一压力传感器可被构造为特别是与控制单元通信。第二压力传感器可以具有与第一压力传感器相同的功能特性；特别地，其可以是第一压力传感器。可切换阀可以包括入口和/或出口压力管路，并且特别是可以布置在入口和/或出口压力管路之间。可切换阀可被构造为至少部分地连接入口和出口压力管路。此外，可切换阀可以改变至少一条入口压力管路和至少一条出口压力管路之间的连接状态，即，打开或关闭该连接。换句话说，可切换阀可以控制属于其中一条入口压力管路的入口区域的一部分和/或属于其中一条出口压力管路的出口区域的一部分。这使得例如可以对流体流进行节流。此外，可切换阀可以包括机械移动阀门的致动器。这使得阀门的控制变得特别简单。该致动器可以是电动操作的。可切换阀可被构造为特别是与控制单元通信。通信可以包括接收数据和/或传输数据和/或交换数据。控制单元可以经由物理连接与可切换阀连接，并经由该物理连接进行通信。补充地或替代地，控制单元也可以与可切换阀进行无线通信。可切换阀可以接收并执行来自控制单元的控制指令。阀门的其中一条供给压力管路可以是压缩空气入口。阀门的其中一条出口压力管路可以是压缩空气出口。压力处理单元可以布置和/或位于可切换阀的下游。可切换阀可被构造为控制流向压力处理单元的流体流。控制单元可被构造为接收来自第一压力传感器和/或第二压力传感器的数据。该数据可以包括电气信号。第一压力传感器可以位于供给压力管路中，特别是在压缩空气入口处，并且特别可以形成供给压力管路的一部分。这使得第一压力传感器能够检测可切换阀上游存在的压力。第二压力传感器可以位于出口压力管路中，特别是在压缩空气出口处，并且特别可以形成出口压力管路的一部分。这使得第二压力传感器能够检测可切换阀下游存在的压力。第一压力传感器和第二压力传感器特别可以是相同类型的。这减少了传感器型号的种类，并且简化了压缩空气系统的维护，从而提高了成本效益。

6、优选地，控制单元可以是电子控制和/或监控单元(ecu：electronic controlunit)，或者更优选地，是ecu的子部件。换句话说，控制单元可被构造为响应于输入的电气信号和/或数据，传输输出的电气信号和/或数据。此外，输出的信号和/或数据可由控制单元生成。这具有的优点在于，控制单元可以对致动器进行智能控制。此外，控制单元可被构造为调节压缩空气系统内的物理条件，特别是气压。这可以有利地扩展商用车辆的功能。

7、优选地，至少一个气动消耗器能够连接到和/或被连接到压缩空气出口。气动消耗器可以包括能够连接到和/或被连接到压缩空气出口的腔室。这使得流体能够流入该消耗器。消耗器可以是车桥。补充地或替代地，该消耗器或其他消耗器也可以是轮胎和/或制动系统。可以设想的是，该消耗器或其他消耗器还可以是空气弹簧。结果，压缩空气系统可以为商用车辆提供广泛且可扩展的功能。

8、优选地，可由第一压力传感器确定的压缩空气入口处的压力基本上对应于压缩空气系统的供气压力，且/或可由第二压力传感器确定的压缩空气出口处的压力基本上对应于车桥压力。换句话说，第一压力传感器可被布置为检测供气压力罐和/或压力源的供气压力。第一压力传感器可以位于供气压力罐内，且/或被构造为压力源的一部分。这可以具有的优点在于，第一压力传感器可以与不同的组件，特别是附加组件相关联。第二压力传感器优选地被设计和布置为检测车桥，特别是商用车辆车桥的车桥压力。第二压力传感器可以位于车桥内，且/或构成车桥的一部分。还可以设想的是，第二压力传感器或附加压力传感器被布置在车轮中，该车轮与车桥处于流体连通状态或可与该车桥实现流体连通。这能够高效地获取或利用数据和/或信号，该数据和/或信号提供了与轮胎或轮胎充气系统中压缩空气状况有关的直接信息。

9、优选地，压力处理单元可以包括增压单元。压力处理单元可被构造为改变流体，特别是气态流体的势能。换句话说，增压单元可以利用自身来提高流体的压力。这使得能够达到所需的操作压力，该操作压力特别是由控制单元指定的。压力处理单元可以优选地包括压缩空气出口和/或泄压阀。因此，压力处理单元可被构造为释放压力，特别是通过将该压力释放到环境中。

10、优选地，增压单元可以是泵、压力计、压力摇杆(pressure rocker)、蠕动泵、涡轮增压器、径流式压缩机和/或轴流式压缩机。相应增压系统的选择取决于对所需压缩空气量的需求、增压单元至少要提供的压差以及车辆上可用于驱动增压单元的能源。例如，活塞泵特别容易实现，并且能在相对较低的空气质量流量下可靠地提供较大的压差。另一方面，涡轮增压器和类似的具有连续流道的压缩机虽然可以提供更大的空气质量流量，但在可实现的压差方面却受到限制。

11、优选地，增压单元可以包括一个或两个双活塞或双作用气缸和/或双作用活塞。这使得增压单元能够被设计得特别紧凑，并能特别有利地集成到压缩空气系统中。被设计为双活塞泵的增压单元可以提供特别均匀的增压，并具有较高的压力梯度和较大的流体体积。

12、优选地，增压单元可以包括电源接口，增压所需的能量通过该电源接口输入或能够输入到增压单元。该电源接口可以包括被构造用于供电的连接器，并且可以连接到商用车辆的车载电源。

13、优选地，增压单元可以提供压力增加倍数在1.05至2.6倍的范围内，优选在1.1至2.0倍的范围内，更优选在1.2至1.8倍的范围内的压力。压力变化可以涉及压力的升高或降低，这分别发生在相对于压力处理单元的上游或下游。第一优选增压范围涵盖了特别宽的范围，从而能够为各种气动消耗器供气。在第二范围内，可以避免单个气动消耗器过载。第三范围代表了为商用车辆车桥和/或其上安装的车轮充气的特别有利的压力比。还可以设想的是，在特定操作状态下，增压单元不提供任何压力变化。换句话说，增压单元在特定状态下可以不运转。

14、优选地，压力处理单元可以包括旁路，特别是位于可切换阀和压缩空气出口之间的压力管路。这使得流体能够至少部分地(在特定应用中甚至可以完全地)、在不进行增压的情况下从可切换阀流向压缩空气出口。

15、优选地，旁路可以与增压单元并联布置或构造。旁路的并联布置可被设计为流体力学上的并联连接或旁通。旁路可被构造为使得仅部分流动的流体流过增压单元。如果压缩空气入口处的压力足够大，也可以设想流体完全流过位于可切换阀和压缩空气出口之间的旁路。特别是当第一压缩空气传感器达到足够的阈值时，控制单元可以驱动可切换阀，使得压缩空气入口处的气压通过旁路与压缩空气出口处的气压一致。这可以导致增压单元被完全旁通，或者流体在增压单元未启动的情况下流过该单元。因此，可以节省能源。在另一实施例中，压力处理单元仅包含旁路；这种解决方案在商用车辆中尤为有利，其中压缩空气供应中的压力已经可靠地足够高，并且不需要通过增压单元进行额外增压。在这种情况下，可以有利地省去增压单元，从而节省安装空间和成本。

16、优选地，旁路可以包括背压阀。背压阀有利地布置在旁路中，使得存在沿着从可切换阀到压缩空气出口的路径的流动方向。背压阀的互补截止方向可被构造为相反方向。这可以防止任何流体或气压通过旁路从压缩空气出口逸出，并回流到压缩空气入口。结果，例如即使压缩空气供应被切断，也可以维持车桥或轮胎的充气状态。

17、优选地，可切换阀可以是二位二通阀。换句话说，该可切换阀可以具有两个端口，这两个端口分别用作供给压力管路和排出压力管路。此外，该可切换阀可以在两个切换位置之间移动，其中第一切换位置完全阻断通过阀门的流体流，而第二切换位置完全导通通过阀门的流体流。还可以设想的是，在第一切换位置和第二切换位置之间存在一定数量的中间位置，这些中间位置彼此之间的间距更小。这使得通过可切换阀的流体流可以分级地，或者(在位置之间的间距极小的情况下)连续地受到控制。

18、优选地，该可切换阀可以是二位三通阀或二位四通阀。相应地，该可切换阀也可以具有三个或四个端口。可以设想的是，该可切换阀具有两条，或者特别是三条入口压力管路，以及两条或一条出口压力管路。这可以具有的优点在于，多个压力源可以连接，并可在可切换阀内进行组合或合并。因此，可以利用施加于可切换阀的最高流体压力，并通过该可切换阀将其至少部分地(特别是全部)传输至压缩空气出口。

19、优选地，压缩空气系统可以包括壳体。该壳体可以包围压缩空气系统，特别是部分地包围该压缩空气系统。结果，压缩空气系统(特别是其部分部件)可以以特别有利的方式作为一体式单元集成到商用车辆中。这具有的优点在于，针对配备有相同压缩空气系统的不同商用车辆提供了一种简单的模块化解决方案。

20、优选地，该壳体可以包括金属材料，特别是由铝制成。这可以提高壳体抵抗外力的能力。替代地，壳体优选地由塑料制成，塑料比金属成本更低，同时还能减轻重量。对于这两种材料，还可以设想将壳体设计为商用车辆的一部分，特别是将其集成到车辆的几何结构中。这可以具有多重功能的优点：一方面，保护压缩空气系统，另一方面，构成商用车辆的加强和/或承重结构。

21、优选地，增压单元和其中一个压力传感器可被设计为一体式单元。换句话说，增压单元和其中一个压力传感器(特别是第二压力传感器)可以彼此接触。还可以设想的是，增压单元和至少一个压力传感器(特别是第二压力传感器)并排布置，并经由中间元件在结构上相互连接。这可以具有的优点在于，所构成的单元可以容易地集成到压缩空气系统中并进行更换。由此产生的易于操作性也可以有助于该单元在压缩空气系统中的后续加装。

22、优选地，包括增压单元和其中一个压力传感器的该单元可以布置在壳体的外侧。这可以特别有利地提高对所构成的单元的可接近性。还可以设想的是，这有助于对增压单元进行必要的维护和/或维修工作。

23、优选地，第一压力传感器和/或第二压力传感器可以分别经由电缆连接到控制单元。这使得压力传感器与控制单元之间能够进行特别可靠的通信。此外，有线通信由于无需使用昂贵的无线信号发射器和接收器，因此提供了一种简单且经济高效的数据和/或信号的交换方式。

24、优选地，第一压力传感器和/或第二压力传感器可以布置在控制单元的电路板上。换句话说，在本实施例中，第一压力传感器和/或第二压力传感器可以是控制单元的一部分。这使得包含第一和/或第二压力传感器的控制单元的设计特别简单且经济高效。由于控制单元与第一和/或第二压力传感器之间没有电缆，因此可以减少数据传输错误。

25、优选地，压缩空气系统可以包括轮胎充气系统和电子制动系统。轮胎充气系统可被构造为商用车辆的独立系统。这使得轮胎充气系统能够独立运行。这同样适用于电子制动系统，该电子制动系统也可被构造为商用车辆的独立系统。可以设想的是，轮胎充气系统和/或电子制动系统是压缩空气系统的一部分，或者至少部分地构成压缩空气系统。这可以具有的优点在于，系统的各个部件可以冗余使用。换句话说，单个部件可以在各个系统之间共享，从而减少商用车辆的零部件的数量。例如，单个控制单元可以执行轮胎充气系统和电子制动系统两者的通信和数据处理任务，由此该控制单元可以是压缩空气系统的一部分。

26、优选地，增压单元和第二压力传感器可以是轮胎充气系统的一部分，其中，轮胎充气系统和电子制动系统两者都连接到控制单元，使得控制单元能够基于轮胎充气系统和电子制动系统的请求来控制可切换阀和压力处理单元。控制单元可以与轮胎充气系统和电子制动系统两者进行通信。换句话说，控制单元至少接收来自轮胎充气系统和/或电子制动系统的数据和/或信号。此外，控制单元可以基于这些数据和/或信号控制可切换阀。此外，控制单元还可以基于这些数据和/或信号控制增压单元。这可以提供根据需求向压缩空气系统供应流体压力的优点，其中该需求由轮胎充气系统和/或电子制动系统确定。可以驱动可切换阀，使得向电子制动系统的供气优先于向轮胎充气系统的供气。换句话说，轮胎充气系统可以用作电子制动系统的额外压力源。这可以提高商用车辆的道路安全性，因为轮胎充气系统可以用作制动系统的紧急压缩空气源。此外，还能够在轮胎充气系统和电子制动系统之间交换流体，特别是交换加压流体。换句话说，控制单元可以确定两个系统对流体和/或流体压力的需求，并根据需要在各系统之间分配流体和/或流体压力。补充地，还可以提供和分配来自压力源(特别是附加压力源)的流体和/或流体压力。

27、优选地，可切换阀可以基于来自两个独立系统，特别是轮胎充气系统和电子制动系统的数据和/或信号进行控制。换句话说，可以存在一种用于可切换阀的切换策略，该切换策略接收多个彼此独立的控制变量。这可以实现对可切换阀的智能控制，从而可以维持轮胎充气系统和电子制动系统两者的功能。特别地，轮胎充气系统和制动系统可被视为共享共用部件或者共用数据或信号的独立系统，但这些共用数据或信号并不对应于轮胎充气系统或电子制动系统的全部数据或信号。特别地，切换策略还可被设计为使得轮胎充气系统相对于电子制动系统具有优先权。这使得在安全关键状态下或发生故障时，可以优先为制动系统提供气压。还可以设想的是，可以基于其他控制变量(即数据和/或信号)对可切换阀进行策略性控制。

28、根据本发明的另一方面，提供了一种商用车辆，其包括压缩空气系统，其中，压缩空气入口有利地能够连接到或被连接到商用车辆的压力储罐，该压力储罐特别包括空气弹簧和/或压缩空气罐，并且/或者其中，压缩空气出口有利地能够连接到或被连接到商用车辆的车桥和/或轮胎的压力腔。本发明限定的轮胎压力腔可以是由轮胎包围的体积，该体积在操作期间必须维持一定的气压，以便确保轮胎在道路上正常滚动。本发明限定的商用车辆特别可以是车辆总重额定值超过3.5吨、优选地超过7.5吨、更优选地超过15吨、最优选地超过18吨的车辆。压缩空气系统可被构造为商用车辆的一部分，和/或至少部分地构成商用车辆。压缩空气系统可以将不同的压缩空气源、压力储罐和压缩空气消耗器相互连接。例如，空气弹簧和压缩空气罐可以经由压缩空气系统相互连接。特别地，车桥的压力腔可以与商用车辆的至少一个车轮流体连通，从而使车桥的压力腔也可以与压缩空气系统流体连通。在本发明的上下文中，流体连通特别是指流体(优选为压力高于环境压力的空气)相互交换的可能性。特别地，这种流体连通可以理解为涉及能量交换，其中将流体(特别是空气)用作能量载体。换句话说，商用车辆的压缩空气系统可被设计为使得其能够在压力储罐和气动消耗器(例如一个或多个轮胎)之间交换能量。这使得压缩空气系统能够对一个或多个轮胎内的能量水平(特别是胎压)进行调节，以使其保持恒定。

29、优选地，该商用车辆可以是商用挂车，特别是半挂车。此外，该商用车辆可以是被牵引车辆。换句话说，该商用车辆可被构造为由牵引车牵引(特别是移动)，因此该商用车辆不具备用于移动的自身驱动系统。该商用车辆特别可以是适合道路行驶和/或受道路约束的车辆。

30、根据本发明的另一方面，提供了一种压缩空气系统的操作方法，该方法包括以下步骤：确定压缩空气出口处的压力；通过控制单元将所确定的压力与目标压力进行比较；通过控制单元控制可切换阀；如果所确定的压力和/或压缩空气入口处的压力低于目标压力，则启动轮胎充气系统的增压单元。通过布置在压缩空气出口处的第二压力传感器，可以检测此处存在的压力，特别是检测气压。第二压力传感器可以与控制单元通信并传输数据，特别是传输测量值。另外，第一压力传感器可以布置在压缩空气入口处，并与控制单元通信。控制单元包括存储有设定压力的存储器；该设定压力的相应值由车辆用户指定，或通过商用车辆的控制单元或其他数据处理系统传输到存储器，并至少临时存储在该存储器中。控制单元可以将传输值(包括来自第二压力传感器和/或第一压力传感器的气压)与目标压力进行比较。控制单元可以基于传输值与目标压力之间的差值来控制可切换阀。换句话说，从控制单元向可切换阀发出的控制指令可以取决于传输值和/或目标压力。这使得控制单元可以提供压缩空气系统的控制行为。此外，控制单元还可以根据需要控制增压单元。换句话说，增压单元的控制取决于传输值和设定压力。特别地，控制单元可以控制增压单元，使得由第二压力传感器传输的气压与设定压力大致匹配。“大致”可以包括典型测量公差范围内的偏差。

31、各个实施例和特征可以与其他实施例和特征组合，以形成新的实施例。这些实施例和特征的构造和优点同样适用于新的实施例。此外，与所述装置相关的构造和优点同样适用于其他装置和/或方法，反之亦然。