CN1042511C - 用于估算车辆制动系统效率的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于估算车辆制动系统效率的方法和装置，包括确定发动机扭矩、加速度、减速度和制动器踏板，从发动机扭矩和加速度来计算车辆负载；通过比较确定的减速度和由计算的车辆负载和确定的制动器压力推算出的减速度计算制动系统效率。累加和估算制动系统效率值，根据从上次维护以来的时间和行驶里程更准确地确定何时需要对制动系统进行维护。

Description

用于估算车辆制动系统效率的方法和装置

本发明涉及用于估算车辆制动系统效率的装置和方法。

本发明申请与包含在参考登录号为EAT0112PUS，题为“用于确定需要车辆制动系统维护的装置和方法”的美国专利申请中的有关内容相结合，后一申请与本申请有共同的发明人和受让人，并同时提交美国专利局。该参考专利申请的有关内容是用于参考而对支持本权利书或充分公开本发明方面并非是实质性的。

对于估算制动系统的效率已有不同的系统。一种一般的“薄记”方法是保存车辆从上次维修制动系统以来所经过的时间和行驶的英里数记录，当制动效率下到一临界值或引起其它问题和/或附加费用值以前进行这种维护。

这种薄记法的优点是简单而便宜，但是在相同时间周期内可驾驶车辆的条件往往差异极大，例如，拥挤与不拥挤，有斜坡的与平坦的地形，高温与低温和气候潮湿与干燥，这些极端情况对制动器的劣化速率和类型有很大影响。结果，薄记法不能保持精确，它的缺点包括，在较好的情况下，进行多余的检查和过早的定期维护，在较坏的情况下，定期的维护太迟了。

制动器磨擦衬片磨损并不总是呈线性速率磨损，但它确实需要一定时间才磨损。但是，制动系统的某些其它零部件由于关键部件的疲劳和损伤引起的破裂和泄露很快从全功能状态变到失灵状态。如果一个失灵部件只引起部分制动系统失灵，则司机有时不会注意到产生的制动效率的降低。在此期间，引起其它损坏，并使还完好的制动器磨擦衬片可能比在所有制动器在同等效率下磨损得更快。

确定制动系统效率的薄记方法有一定有效性，但是它没有提供以下详述的本发明的改进方法和装置的优点。

美国专利4,520,663公开了车辆装有传感器的公路测试车辆制动器测试装置，以测量车轮速度和温度、车辆减速度、制动器衬片压力等。该系统包括显示各种参数值的数字显示器和选择性地显示重要参数的特定条线图。

本发明的一个目的是提供一种用于精确估算制动系统的总效率的改进的方法和装置，使得维护在不必要情况下不进行，而在需要时才进行。

为实现上述和其它目的，该装置包括发动机控制部件等装置，发动机控制部件有在车辆加速期间确定发动机扭矩和产生表示该扭矩的扭矩信号的能力。还包括如自动制动系统(ABS)等控制部件的装置，用于在加速期间确定车辆加速度并产生表示该加速度信号。

如压力转换器或传感器之类的装置在使用制动器使车辆减速时测量制动器踏板压力。该压力传感器连接到自动制动系统的控制部件上，该部件产生表示该踏板压力的制动器压力信号。在车辆被减速时，该制动系统控制部件确定车辆的减速度，并产生表示该减速度的减速度信号。该制动系统控制部件含有带有处理器和存储器的计算装置。

用于精确估算制动系统效率的方法包括加速车辆从发动机控制部件获得发动机扭矩的测量值和从自动制动系统控制部件获得车辆加速度的测量值。从发动机扭矩和车辆加速度计算车辆负载。

在使用其制动器使车辆减速时，获得制动器踏板压力和车辆减速度的测量值，从车辆负载、制动器踏板压力和车辆减速度，通过比较确定的减速度和由计算的车辆负载和确定的制动器踏板压力所推算的减速度，来计算制动系统效率的估算值。

从以下结合附图、对执行本发明的最佳实施方式的详细描述中，可使本发明的这一目的和其它目的看得更加清楚。

参考以下的详细说明及附图，可获得对本发明的更全面的理解和许多其它优点，所有附图中相同的标号表示相同的部件。

图1是本发明主要零部件的方框示意图；及

图2是说明本发明流程图。

如图1所示，其总体标号为10，用于估算制动系统效率的装置的第一实施例包括确定发动机扭矩的装置、确定制动器踏板压力的装置。最好确定发动机扭矩装置包括发动机控制部件12，确定车辆加速度的装置包括自动制动系统(ABS)控制部件14，用于确定制动器踏板压力的装置包括制动器踏板压力转换器、或传感器16。每个发动机控制部件12和制动器踏板压力传感器16有一个连接到自动制动系统控制部件14的输出口。自动制动系统控制部件14包括带有处理器20和存储器22的计算装置18。

应注意，上述零部件都有与本发明有关的功能以外的功能，这些功能可能需要与图1所示不同或附加的特殊互连。

该装置的第二实施例包括连接到自动制动系统控制部件14的输出接口24，和第三实施例包括也连接到自动制动系统控制部件14的指示器26。输出接口24，指示器26与自动制动系统控制部件14之间的连接由图1中的虚线示出。

使用估算制动系统效率的装置10的方法在图2中概略出，并可参考图1和2来理解。在使用中，装备有发动机、制动器踏板的车辆(未示出)和估算制动系统效率的装置10在28处被加速。通过发动机控制部件12从考虑已知发动机摩擦特性的每冲程发动机耗油量和发动机速度以确定发动机(制动器)扭矩30。表示发动机扭矩的扭矩信号由发动机控制部件12产生。

由自动制动系统控制部件14通过计算车轮不打滑时与车辆速度相同的车轮速度的导数而确定车辆加速度(32)。在大多数条件下，方向盘不能被锁定并基本上反映精确的车辆速度。假设车辆速度从最大起始速度以0.5倍重力加速度减速(大致为重型卡车的最大减速率)或假设最大车轮速度不高于其它轮速百分之二十。表示车轮加速度的加速度信号由自动制动系统控制部件14产生。使用一个运算功能，计算装置18在其处理器20中处理扭矩数据和加速度信号的常驻数据，计算车辆总负载34，并在计算装置的存储器22中贮存计算结果。

在向制动器踏板施加一个力时(36)，制动器使车辆减速。制动器踏板压力传感器16测量加在制动器踏板上的压力的大小(38)，并将该数据传送到自动制动系统控制部件14，该控制部件产生表示制动器踏板压力的制动器踏板压力信号。由自动制动系统控制部件14通过计算车轮速度的导数确定车辆的减速度(40)，并由此产生表示车辆减速度的减速度信号。

使用一个运算功能，计算装置18在其处理器20内处理数据车辆负载和制动器压力和减速度信号中的数据：之后计算装置18通过比较已确定的减速由计算的车辆负载和确定的制动器踏板压力所推算的减速度而计算车辆制动系统效率(42)。如果已确定的减速度在预期减速度范围内，计算装置18便产生一个有效制动信号，而如果确定的减速度不在该范围内，则产生无效制动信号。确定的和计算的数据贮存在存储器器22中。

以下提供确定制动效率的更详细的解释。在车辆减速或停车时，必须消耗一定量的能量。这一消耗量由下式表示： $E_k=\frac{1}{2}M{V}_0^2-\frac{1}{2}M{V}_1^2$

其中：

E_K是消耗的能量，

V₀是初始速度，

V₁是最终速度，和

M是车辆的质量。

由在给定制动器压力的两个能量之间减速所需的时间量来确定效率值(在下式中为e)。

在实际中，该式作为积分算法处理。对于例如10毫秒循环时间的一个固定时间，可计算被踏板压力相除的车辆的能量的减小并与以前累值取平均。求平均值处理用于确定长期趋势。这将减轻由在斜坡，逆风、顺风和相似的情况下制动引起的影响。由下式表示一种典型的求平均值方法，实际上是一个指数滤波器。

最高累加值被保留用于参考，当前累加值与最高记录之比值指示制动器劣化量。在最初装配车辆时，将效率设定为100％。随着制动器的磨损，效率和最大值都增加；该比值对实际时期保持100％。最终，制动器磨损和缺乏调整使制动器效率降低。

如上述，在确定制动系统效率的装置10的第二实施中，自动制动系统控制部件14如图1中虚线所示也连接到输出接口24。输出接口24为存储在计算装置18的存储器22中数据提供外部存取，使车辆维护以估算车辆制动系统效率，来确定进行制动系统维护的必要性。

发动机扭矩、车辆加速度、车辆负载、制动器踏板压力和车辆减速度数据也可与制动系统效率数据一起存储，也可复制或转存到别处或用于进行报告、维护日程、预计维护费用及其它。如果管理机构接受这些数据，它还可以用于路边检查。输出接口24可以为任何一种已知设备。最简单的一种是一插座，计算装置18的数据信号与其联通的外部插头可插在其上，以使数据信号同外部计算机或数据存储器无线联通。

同样如上所述，在确定制动系统效率的装置10的第二实施例中，自动制动系统控制部件14如图1中虚线所示连接到一指示器26。在自动制动系统效率降低到低于某一预定值时，它将给维护人员提供一指示。该指示器26可为任何一种已知的光或声设备。

在已详细描述了实现本发明的最佳实施方式的同时，本领域的技术人员在不脱离所附权利要求限定的范围内，可实现各种不同的设计和实施例。

Claims (16)

1．一种估算轮式车辆制动系统效率的装置(10)，其包括一发动机、一制动器踏板、和有一般操作制动模式下和可自动操作制动模式下的液压致动的各制动器；所述的车辆还包括在车辆减速过程中、在一般操作制动模式下、用来确定制动器踏板压力、并产生表示该模式的一制动压力信号的装置；和用来确定车辆加速度和减速度、并产生表示该模式的加速度和减速度信号的装置，其特征在于：

确定发动机扭矩和产生表示该扭矩信号的装置，以及

计算装置(18)，根据表示所述的扭矩信号和所述的加速度信号的数据来计算车辆负载，和根据表示所述的制动压力信号和所述的减速度信号数据，通过将所述确定的减速度与由计算出的车辆负载而推算的一减速度进行比较，计算制动系统效率，如果所述的确定减速度在一推算减速度的预定范围内，则所述的计算装置产生一有效的制动信号，如果所述的确定减速度不在所述范围内，则所述的计算装置产生一无效的制动信号。

2．根据权利要求1所述的估算轮式车辆制动系统效率的装置，其中一自动制动系统控制部件(14)包括所述的计算装置(18)，其特征在于计算装置(18)有一处理器(20)，其用来计算车辆负载和制动效率；和有一存储器(22)，其用来累加发动机扭矩、车辆加速度、制动器踏板压力和车辆减速度以及包括车辆负载和制动效率计算结果的测量值。

3．根据权利要求2所述的估算轮式车辆制动系统效率的装置，其特征在于：一输出接口(24)连到所述的自动制动系统控制部件上，用于提供对存储器(22)的累加数据的外部查询口，来查询发动机扭矩、车辆加速度、制动器踏板压力和车辆减速度以及包括车辆负载和制动效率计算结果的测量值。

4．根据权利要求2所述的估算轮式车辆制动系统效率的装置，还包括一连接到自动控制部件(14)的一指示器(26)，且响应所述的无效制动信号，在制动系统效率低于一预定值时，用来提供一即时指示。

5．根据权利要求2所述的估算轮式车辆制动系统效率的装置，其特征在于所述的用于装置确定发动机扭矩的装置包括一发动机控制部件(12)，其根据已知的发动机摩擦特性和发动机转速从发动机每冲程耗油量来推导出发动机扭矩测量值。

6．根据权利要求5所述的估算轮式车辆制动系统效率的装置，其特征在于所述的确定车辆加速度和减速度的装置包括一自动制动系统控制部件(14)，当所述制动器操纵在自动操作制动模式下，其控制车辆减速度；当所述制动器操纵在一般操作制动模式下，其通过计算车轮速度的导数来导出车辆加速度和减速度测量值。

7．根据权利要求6所述的估算轮式车辆制动系统效率的装置，其特征在于所述的用于确定制动器踏板压力的装置(16)包括所述的自动制动系统部件(14)，且还包括一制动器踏板压力传感器，其用来检测作用在所述制动器踏板的压力值且将该数据传送到所述的自动制动系统部件。

8．一种用于估算在带有发动机和制动器踏板的车辆中的制动系统效率方法，其包括加速车辆(28)和确定车辆加速度(34)，由施加在制动器踏上的作用力(36)来减速车辆(32)，且确定车辆减速度(40)和制动器踏压力(38)，其特征在于：

在车辆加速过程中确定发动机扭矩(30)；

根据所述的发动机扭矩和所述的车辆加速度(34)计算车辆负载；及

通过将所述确定的减速度与由所述计算的车辆负载和所述确定的制动器踏压力而推算的一减速度进行比较，来计算制动系统效率(42)。

9．根据权利要求8所述的方法，其特征在于它还包括：

将确定一减速度范围内，其范围是确定的减速度被限定在可接受的范围内；

如果所述确定的减速度在所述范围内，则产生一有效制动信号；及

如果所述确定的减速度不在所述范围内，则产生一无效制动信号。

10．根据权利要求9所述的方法，其特征在于

累加制动系统效率的计算结果；和

将制动系统效率的连续计算结果与所述的累加计算结果进行比较，来跟踪劣化的制动系统效率。

11．根据权利要求9所述的方法，其特征在于

所述的车辆还包括一指示器(26)，所述的方法还包括响应一无效制动信号的产生来启动所述指示器(26)。

12．一种用于估算在带有发动机、制动器踏板、和发动机控制部件(12)、和自动制动系统控制部件(14)的车辆中的制动系统效率的系统(10)，所述的系统还包括用于确定车辆加速度、减速度、及制动器踏压力的各装置，其特征在于：

在车辆加速过程中确定发动机扭矩的各装置；和

根据表示所述的发动机扭矩和所述的车辆加速度来计算车辆负载、通过将所述确定的减速度与由计算出的车辆负载及所述的制动器踏压力而推算的减速度进行比较，来计算制动系统效率的装置(20)。

13．根据权利要求12所述的系统，其特征在于它还包括：如果所述确定减速度在一预定范围内，产生一有效制动信号的各装置则产生所述的有效制动信号；及

如果所述确定减速度不在所述的预定范围内，产生一无效制动信号的各装置则产生所述的无效制动信号。

14．根据权利要求13所述的系统，其特征在于：

累加计算结果的各装置(22)累加制动系统效率的计算结果，和比较连续计算结果的各装置将制动系统效率的连续计算结果与所述的累加计算结果进行比较，来跟踪劣化的制动系统效率。

15．根据权利要求14所述的系统，其特征在于还包括：用于将累加制动系统效率的计算结果的各装置与外部装置进行电连接接口的装置(24)。

16．根据权利要求14所述的系统，其特征在于还包括：当所述计算的制动系统效率低于一预定级时用于指示的指示器(26)。

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