制動墊預測系統的製作方法

2023-09-22 16:29:35

專利名稱：制動墊預測系統的製作方法
制動對頁測系統
相關申請交叉引用
本申請要求申請號為No.60/908357，申請日為2007年3月27日，發明名 稱為"Brake Pad Prognosis System"("制動墊預測系統〕的美國臨時專利申請的優 先權。
駄領域
本發明總的涉及到一種用於隨著，制動墊因使用受磨損而估計制動墊厚 度的系統和方法，更特別ilfe^及到一種利用傳SWi合(fiision)和制動建豐I^ 隨著糊制動墊因艦魏損而估計制動墊厚度的系統和方法。
背景駄
通常，制動墊根據其使用狀況，如城市、高速路、農村等可使用20000 到80000難，平均約為50000難。隨著{頓所受的磨損，制動墊的厚度逐 漸降低。當制動墊的厚艦夠小時，IW刮器將i媒與制動器轉子產生接觸。 該機械刮器產生讓人煩惱的高頻噪音，從而不友好iW^需要更換制動墊。盡 管該噪音^，駕駛員制動墊磨損，但是沒有進一步給，駕駛員警示，或 Ji^^判斷襯墊厚度，僅^f慟墊已經磨損到很薄的程度。因此，例如當要 i悄J綠旅行時，就無法腸出制動墊不能堅持誠這一旅程。
現有技術中已知提側專^M定製動墊磨損時的厚度。例如，已知傳麟 包括以某些厚度7K平延伸穿過制動墊的一條或多條導線，這樣當導線中斷後，
傳li^就可以提供一種制動墊M^了某個量的指示。然而，這種傳SH通常價 格昂貴，且不能在制動l^N^內鄉驗的厚度指示。

發明內容
根據本發明的教導，本發明公開了一種用於在 1行時隨著制動墊磨損 而提供對制動墊厚度的估計的系統和方法。該方^(OT了傳麟融合(如果使
用了傳麟的話)和駕駛員制動建模來預測制動墊壽命。還f頓了一種採用不
同輸入的算法，例如制動墊摩擦材料屬性、制動墊Jt4P速率、制動墊溫度、車 輛質量、道路等級、M分布、制動壓力、制動倉遣、制動功率等等，^i古
計。該系統和方法利用總功減去損失，如氣動牽引阻力、引織慟種或串慟功 率(帝慟,乘以鄉並除以滾動阻力)來計算制動功以確定製動器轉子和襯
墊溫度。然後該系統和方^ffl制動ms來確定製動墊磨損，其中為每次制 動事件累積該磨損。制動對專^1可被包括以掛共一個或多*慟墊厚度指示， 所述估計可根據這些指示被修正。
參考下面的說明書、所附權利要求並結合附圖，本發明的其它特徵^^變得 非常明顯。


圖i所示為根據本發明的一個實施例的用於估itf慟墊厚度的系統的方框
圖2所示為根據本發明的一個實施例的用於確定偉慟墊厚度斑呈的流程圖3所示為根據本發明的一個實施例的用於確定傳自已經;KJI^yt示 摩擦墊厚度的信號的過程的流程圖；和
圖4所示為如何從本發明的制動墊厚度估itMf呈向糊駕駛員通知制動墊 厚度的 圖。
具體實施例方式
下面對本發明實 式的用於4頓傳麟融合和制動器建模*^地估計 制動墊厚度的系統和方法的討論實質上僅是示例性的，而不以任何方式限制本 發明皿應用或iOT。
本發明提出使用傳 1融合、駕駛員制動信息和駕駛員制動^ 預測或 估計，制動墊厚度，並向 駕駛員以例如剩餘IS數^lj餘制動墊厚度的
百分比來提f辯lj賴慟墊絲的指示。本發明的制動墊厚度估計敏呈可與制動 對專麟結合f頓以確定製動墊厚度估計是否準確。特別地，隨辭慟墊磨損， 傳感器導線可能斷掉而提供了剩辦慟墊厚度的指示，這可以與與對估計向比 較，以便ewai古iti十算。在下面將詳細討論的是，本發明的制動墊厚度估計算 對，不同的參數和傳li^信號，側古計，包括但不限於，制動墊摩擦材料
屬性、制動敏辨卩速率、制動墊鵬、糊質量、纖等級、動力制動分配比、 糊錢分布、所施制動壓力、制動肯,。
圖1所示為根據本發明的一個實施例的用於預測制動墊厚度的制動墊厚度 估計系統10的方框圖。該系統10包括制動鵬制器12和傳動系控制器14。系 統10還包括翻與M融合鵬器16和制動纏損估計^hS器18。絲統10 還可包括本領域已知的^"合適鄉的制動對專麟20,當制動墊磨損制動墊 內導線斷掉後^^制動墊厚度^^信號。
制動鵬偉幡12包織慟墊^S估計鵬器26、 Ife^傳繊28、制動壓 力鵬器30和制動功率i憤鵬器32。另外，制動鵬制器12包括提供制動 系統動力學的，器34、掛共制動，速率的,器36、,來自防抱死系統 (ABS)、牽引控制系統(TCS)、電控系統(ECS)和ACC的信號的，器38。 ^b^器26—38中進行的全部駄部^H十算目m，上可用柳自本領, 術人員來說是已知的。
傳動系控制器14包括^^質量估計鵬器40、鰣等級估計鵬器42和 纖不平度估計鵬器44。附加的信號可用於估計帝慟墊厚度，例如^^裡程 表46、 GPS信號48、地圖信息50、，車載信息服務52和周圍溫度傳感器54。
這些M器和設皿供的所有信號通常在，上nmr用，本領域M人員可以
輕易使用。
制動墊^M古計艦器26估it^慟墊鵬。根據制動墊材料，制動墊的磨 損將取決於制動墊溫度。當不使用制動墊時，其，速率有助於確定製動墊溫 度，制動墊的7糊速率還有賴於糊設計、車速、輪魏、周圍、鵬、海拔高 度等。當糊運動時，律慟墊周圍的空氣流動將確定庫慟墊從前次制動3if呈中
糊f賄多快。制動墊M還可由傳iimi!)量。然而，這些傳 1通常價格昂
貴，因此，通常更需要估i悄慟墊、驗的算法。
偉慟肯瞳艦器30估it^慟器中的肯遣耗散。這^i十算鵬了各種輸入， 例如停止距離、停止時間、律慟墊M^等等。制動l^tS器30可棚制動系統 的主缸壓力、，重量分布和成比例的制動壓力在M^^上的動力制動分配 比來確定製動壓力。動力制動分配比基於，Si分布，並且是已知的計算方 法。
^H質量估計^^器40估計，質量，通常基於引擎,，並且,本領 域技術人員是已知的，。車輛質量可根據乘客數量、卡車負載、燃料容fi^ 變化。另外，在估計鵬器42中結合估計^l質量來估i"Hi^等級在本領域中 是已知的。
1器16可根據下面的等式(1)來i憤偉慟肖遣。制動育遣是律慟器對
車輛鵬做的功，是總功減去滾動阻力、氣動阻力、引W慟和纖等級。制
動功可用^JH十算由制動器耗散的功率，這裡功率等於功/時間。在制動事件期間， 該功率可在設定的時間間隔內計算，例如每lOrns。
=全M (F/ -")—五歸,.一一 —&。& - (1)
在等式(1)中，M是糊質量，E線w^是使糊在平緩坡道上行艦需 要的育遣，這是一個已知的值，￡。^是在一定道路等級下使$^行^^需的能 量，這也是一個已知的值，是弓摩自身衝共的制動育遣，這也是一個已知
的值，^是糊在制動開始時的鵬以及^是^^在制動終止時的M。在一 個可選實施例中，可f頓^IWi度而不是^il度V，並且^WI度可由 縱向加iES傳raii共。
制動事件耗散的制動功率也可由功率-力x速度(po^r = /orce ve/0 ' y )
來估計，制動力(BrakingForce)可由下式計算
5ra^/wgForce : / 旭5w .area - (2)
其中p是制動墊的摩擦係數，它是制動墊M的函數，"卿是制動墊的表面積。
可,，制動功率(BrakingPower)還可以如下計算 份油'"g/Wer =-r呵"e--re/oc砂 (3 )
計算用於糊前後輪的賺，並且該,是制動壓力和動力制動分配比的函數。 i o〃/"g/toft"j是^^的滾動半徑，ve/oc/itv是^iijgo
施加的制動力的積分可輸A5lj—,力的物理熱M中以確定對制動M 度的估計。制動墊測力計可用來獲得作為鍵的函數的制動,擦係數。它們
也可TO於確定在^h墊,下預計的磨損量。
停止，所需要的力可作如下估計
Force = waM.acce/eratow (力=質量><力031^) (4) 從制動器控律l藤12可用的前後鄉慟比信,辯啲轉角信息可用於確定在各 軸和轉角處的功率分布。從傳動系控制器14處可得到^^質量估計，並且也在 這些等式中使用該車輛質量估計。根據制動育遣或制動功率，可確定作為比值 的制動墊溫度，並且從根據制動墊溫度，可得出確定作為比，式的制動墊磨 損，所根據的參麵常來自從估計鵬器18中的彭旬表中查出。本領域^^人 員將容易理解如何提供一査嫁，該查找縫於制動能量和律慟墊驗之間的
關係來填充，並且基於上述的計算和制動墊屬性，供制動墊,和制動墊磨
損。每次算法計算出制動墊的磨損，就隨時間將其加到前次的磨損計算，並從 糊的裡程M其進行難以確定^f慟墊剩餘的裡程數。
制動魏損估計雌器18禾傭i^可用信息的組合來估計制動墊厚度。可
為不同的應用和不同的，校準信息的比例。在^fi上記錄自上次制動墊改變 之後對制動墊材料的損失量以及，B^行駛的裡程的估計。當前估計可以存 儲在糊上的對蟲的模塊中。如果在模塊之一上發生故障而需要更換，這用於 存儲信息。剩餘的糊裡程可艦以下多種方式確定，比如駕駛員制動特性、 線性內插、裡程^i旬表和制動墊厚度《古i十。
如果系統10包繊慟對專麟20，夷，麼 ^來自傳繊20的制動墊實際
厚度的信號可用於逐^tfe減小制動墊厚度的估計與^31fiJ絲慟墊厚度和絲 的實際厚度之間招可的差異。傳麟20可如此體使f雜特定的制動墊厚度處 —根或多根導線斷開。如剁專麟制動接觸所確定的估計值和實際厚度之間存 在顯著的差異，則這將用於逐步調整估計值，使得當制動墊接近更換期或下一 次傳繊測量時，齡系統的精確度就會儘可能的提高。這將涉及以一個不同 於觀察到的速率來增加或斷氏對制動魏ij^^的估計，使得制動墊絲終止 將別精確確定。
儘管上面討論的制動制專S^頓了導線中斷総出制動墊厚度的指示， 在本發明的範圍內也可f頓其它鄉的傳繊。例如，可用間銜專繊或感測 機構來推M慟墊厚度。魏的例賴括例如在電子-機械或線控制動系統中發 測定液面傳繊或測量制動器辨甘位移。
圖2所示為上面討論的用於估計制動墊厚度的算法執行的,圖60。在方 框62中，算法麟了各種^ilft號，例如律慟壓力、輪織、 M、縱向 力口繊、動力制動分配比、施加的制動力等等。在方框64中，算法從傳動系控 帝幡14獲得系統估計值，例如糊質量、纖等級、引難慟量、滾動阻力等 等。在方框66中，算法從制動鵬律幡12獲得系統估計值，例如帶J^r鵬。
算法接著在灘68中禾,如等式(1)來根據制動育^fti十算制動功。可以 為糊上多^慟塾中的任何一，慟l^十算制動能量，棘為針糊糊
計算一次制動能量。
另外或可,，在方框70中可OT如等式(2)、 (3)來根據希慟功率確定 制動功。 計算中，制動功由例如等式(2)繊的制動功率和壓力確定。為
計算制動能量確定車輛質量時有時會發生錯誤，並且在制動功率估計中摩擦系
數可能會包含聽。因此，^3t將兩個對功的計算結合在^fe就可以更準確 地確定製動功。
然後該算法在灘72和灘74中以如上所述的方式確定製動墊、鵬。為 每次制動割彌定希慟IW損，並在方框76中將它加鶴計牡以確^ij餘的 制動墊厚度。該算法可4鯛如方框78的糊車載信息服務來將該繊輸微車 輛駕駛員c
圖3是漱呈圖80，示出了用於根據本發明的一個實施伊鵬制動對專 ^信 息和審慟墊磨損確定相結合的雖。該算法在^^判斷框82中確定是否雜制 動對專麟，如果沒有律慟對專麟，那麼在灘84中只鵬偉慟墊厚度估計 ^!^制動墊厚度i情。如果在菱形判斷框82中判斷雜制動掛專麟，貝U該 算法在菱形判斷框86中確定製動墊傳麟是否鄉一個以上制動墊厚度的指 示，也就是說，是否有用於指就慟墊厚度的一根以上的導線斷開。如在菱形 判斷框86中制動魏繊只^^了制動墊厚度的單^Ht號指示，則當傳li^ 線斷開時，該算法在方框88修正估計。
如果在菱辯U斷框86中制動對專^^包括了一個以上的導線JI^器，貝lj該 算法在菱形判斷框90中確定第一導線是否已經斷開。如果在，判斷框90中 第一導線未斷開，則該算法僅利用謝古計值在灘84中確定製動墊厚度。如果 在^^判斷框90中第一導線已斷開，貝瞎法在方框92中利用來自傳繊的已 知的偉慟墊厚度來修正估計，並在減小在估計值與^1某個距離的剩辦慟墊 厚^t間的差異。然後該算法在，判斷框94中確定第二導線J^已經斷開， 如棘斷開，貝瞎法筋框84中鵬修正後的偉慟對古計。如果在菱形判斷框 94中第二導線已斷開，則算法在方框96中以與，94相同的方^fH古計， 並為棚餘的制動M^消除差異。
圖4所示為本發明的用於將估計的制動墊厚度$|/，知給 5駕駛員的流 程圖100。該算法在判斷方框102中基於J^^le確定判,慟墊磨損離是 否大於第一預定閾值。如果在判斷方框102中制動墊的厚棘超嗨"^跪閾 值，則該算法在灘104中通知向糊駕駛員通知當前估計的制動墊厚度。可 以用任何合適的方^ffl知，駕駛員，並且基於制動墊當前的磨損通知向ffi 駕駛員通知當前與制動墊何時需要更換IW關的剩餘裡程數。如果在判斷方框
102中制動墊的磨損己^iil勝^f頁定閾值,貝愼法在方框106中通知向糊駕 駛員通知當前的制動墊厚度。另外，算法還可基於迄今的糊操作利用艦線 性內插值以裡程的形式告知向車輛駕駛員通知與制動墊的剩餘壽命有關的曰 期，可以減小消除估計的制動墊^^之間的差異，並且指示輔駕駛員此時不 需要採取措施。在一個非限制的實施例中，大約90%的制動墊磨掉後穿過第一 閾值。
然後該算法在菱形判斷灘108處確定製動墊的磨損是否將律慟墊的厚度 降到第二預定閾值。如果沒有，貝腿回到方框106以向糊駕駛員通知當前的 制動墊厚度。如果在菱形判斷方框108處確定製動墊磨損己經到鄉二閾值， 則該算法在方框110向糊駕駛員通知當前的帝慟墊厚度，並在方框106中執 行相同操作。
然後該算法在菱形判斷方框112處確定製動墊的磨損是否已鄉敏到第三預
定閾值。如果沒有，貝腿回到方框110以向糊駕駛員通知當前的制動墊厚度。
如果在菱形判斷灘112處確定製動墊磨損已會5^達第三 跪閾值，則該算法
在灘114向^^駕駛員通知當前的制動墊厚度，並告知^ffi駕駛員在制動墊
需要更換之前剩餘的裡程數。另外，該算法可以告訴糊駕駛員需要檢測制動 墊。
然後該算法在菱形判斷^ti 116處確定製動墊的磨損離是否已鄉5iif條
四閾值。如果沒有，貝腿回到灘114以向糊駕駛員通知當前的制動墊厚度。 如果在菱形判斷灘116處確定製動墊磨損已經到鄉四閾值，則該算法在方 框118向輔駕駛員通知當前的制動墊厚度，並顯示需要更換制動墊。
上面討論所揭示和說明的僅是針對本發明示意性的實施例。本領域M人 員^^認識到im&討論、附圖和權禾腰求中可以做出各種不同的變形、修正
和e^^、，而不背離所附權利要求所限定的精神和做範圍。
權利要求
1、一種用於確定車輛制動墊厚度的方法，所述方法包括提供車輛參數；使用這些車輛參數來確定製動功；使用制動功來確定製動墊溫度；使用制動墊溫度來確定製動墊磨損；以及累積制動墊磨損以提供對制動墊厚度的估計。
2、 如權利要求1所述的方法，其中鄉糊參數包括衛共制動 擦 材料、制動墊7襯卩速率、車輛質量、纖等級、動力制動分配比、車輛重量分 布、糊繊、輪魏和制動壓力。
3、 如權利要求2所述的方法，其中提供 參數包括, §裡程表 讀數、GPS健、地圖錢和周圍鵬。
4、 如權利要求1所述的方法，其中確定製動功包括從總功中減去阻力值。
5、 如權利要求4所述的方法，其中確定製動功時使用了下面的等式-份a一五"ergy =會A/(F/ - 2) — —&。* —五一，其中份^'"扭膨gv定義了制動功，M是^l質量，￡她一_是^ §^ 平緩坡道上行^^f需要的會遣，％。血是在—定it^級下使^行^0f需的能 量，是糊引擎衝共的制動肯瞳，^是^S制動事件開始時的繊以及 ^是^t制動事件終止時的M。
6、 如權利要求1所述的方法，其中確定翁慟功包括按照制動壓力乘以 制動墊面積乘以制動墊摩擦系lfe^確定製動力。
7、 如權利要求1戶滿的方法，其中確定律慟功包括按照,乘以艦 並除以，的滾動半^^確定製動功率。
8、 如權利要求1所述的方法，其中^f頓偉慟功來確定製動墊鵬，並 且4頓制動墊Mjg^確定製動磨損包括4頓彭條。
9、 如權利要求1所述的方法，其中還包括提供制動墊傳麟，該制動對專^^一個或多4^慟墊厚銜Jc平上確定製動墊厚度。
10、 如權利要求9所述的方法，其中還包括減小在估計的制動墊厚度與 ^!fij斜慟墊厚度的實際厚度之間的差異。
11、 如權利要求9所述的方法，其中0f^傳^Jif共一個以上的制動墊 厚度線。
12、 如權利要求1所述的方法，其中還包括4頓車載信息服務來向糊 駕駛員通知制動墊厚度估計。
13、 —種用於確定糊制動墊厚度的方法，所述方飽括 提供^il參數，這些糊參數包括制動鵬擦材料、制動l^卩速率、車輛質量、道路等級、動力制動分配比、 重量分布、車輛逸度、輪,和制 動壓力；艦這些^^參f^確定製動功，其中制動功至少以兩種方式來確定，包 括基於制動育遣確定偉慟功和基於制動功率確定帝慟功； 4頓制動功來確定製動墊、鵬； ^ffi制動墊M^確定製動墊磨損； 累積制動墊磨損以鄉對制動墊厚度的估計；提供制動1^[專繊，該制動劐專ii^一個或多4^慟墊厚船J^平上確定製動墊厚度；以及減小在估計的制動墊厚度與^iflj斜慟墊厚度的實際制動墊厚度之間的 差異。
14、 如權利要求13所述的方法，其中, #|1^包括衝共$^裡程 表讀數、GPS位置、地圖位置和周圍溫度。
15、 如權利要求13所述的方法，其中確定製動功包括從總功中減去阻力值。
16、 如權利要求13所述的方法，其中確定製動功包括按照帶勵壓力乘以 制動墊面積乘以制動 擦系絲確定製動力。
17、 如權利要求13所述的方法，其中確定製動功包括按照,乘以3IS 並除以車輪的滾動^^確定製動功率。
18、 如權利要求13所述的方法，其中i^制動功來確定製動墊,，並 且鵬制動墊^^確定製動磨損包括艦飾表。
19、 如權利要求13戶腿的方法，其中^M傳^IM共一個以上的希慟墊厚度指示。
20、 如權利要求13所述的方法，其中還包括4頓車載信息服務來向 駕駛員通知制動墊厚度估計。
全文摘要
一種估計制動墊厚度的方法。該方法使用了傳感器融合(如果使用了傳感器的話)和駕駛員制動建模來預測制動墊壽命。還使用了一種採用不同輸入的算法，例如制動墊摩擦材料屬性、制動墊冷卻速率、制動墊溫度、車輛質量、道路等級、重量分布、制動壓力、制動能量、制動功率等等來提供估計。該系統和方法利用總功減去損失，如氣動牽引阻力、引擎制動和/或制動功率(制動轉矩乘以速度並除以滾動阻力)來計算制動功以確定製動器轉子和襯墊溫度。然後該系統和方法使用制動器溫度來確定製動墊磨損，其中為每次制動事件累積該磨損。制動墊傳感器可被包括以提供一個或多個制動墊厚度指示，所述估計可根據這些指示被修正。
文檔編號F16D66/02GK101349313SQ20081009638
公開日2009年1月21日 申請日期2008年3月27日 優先權日2007年3月27日
發明者C·-H·殷, J·P·小懷特, M·A·薩爾曼, M·N·霍韋爾, M·T·裡夫, P·阿馬蒂亞庫爾, Y·-K·錢 申請人:通用汽車環球科技運作公司