CN108350961A - 用于重型车辆的制动装置和用于预防重型车辆的制动器过热的方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于重型车辆的制动装置(1),所述制动装置包括:多个制动器,每个制动器包括至少一个制动片(2)或制动蹄,所述制动片或制动蹄表现为支承件(3)和作用于与所述重型车辆的车轮相关联的制动盘或制动鼓上的摩擦块(4),至少一个温度传感器(5),所述至少一个温度传感器设置在所述摩擦块(4)与所述支承件(3)之间;以及安全装置,所述安全装置用于预防所述制动器过热,所述安全装置包括警报发出机构(10)以及与所述传感器(5)和所述发出机构(10)通信的控制机构(11,12),所述控制机构(11,12)包括存储器(14)和比较器(14),所述存储器至少包含第一阈值温度,所述比较器被配置为当在至少一个制动片(2)或制动蹄中检测到的温度高于所述第一阈值温度并且在至少另一个制动片(2)或制动蹄中检测到的温度低于所述第一阈值温度时验证所述警报的发出。
Description
技术领域
本发明涉及用于重型车辆的制动装置以及用于预防行进中重型车辆的制动器过热的方法
背景技术
现有的在重型车辆(例如,铰接式车辆)的背景中,尤为严峻的问题是关于所谓的“热跑(hot runner)”现象,这是在行进时,尤其是在需要制动系统的情况下可能会发生的最危险最频繁的制动系统失效模式之一。此现象表现为制动钳失灵,其中制动钳紧锁制动盘,导致出现不期望的持续制动状况,由于制动盘与制动片不断摩擦而产生过热,这会对制动系统造成严重损坏以及出现爆胎。
在WO2014/170726A1中,已知一种车辆制动系统,其包括制动元件,特别是传感式制动片。该制动片的特别之处在于至少集成压电陶瓷传感器,该传感器在高温下运行并被设计用于在经受机械应力的作用下发出电信号。如此构造的制动片能够在不需要外部能源的情况下以简单且经济的方式检测所述制动片与制动盘之间的界面处可能出现的机械应力的存在情况及强度。此类制动片最终允许了检查制动情况的可能性,以便消除诸如振动和噪音等现象并未以便报告异常的运行状况。
然而,WO2014/170726A1所述的制动装置不适于对“热跑”现象进行检测和预防。
因此,本发明所提出的技术课题是提供一种用于重型车辆的制动装置以及一种用于预防重型车辆在行进时制动器过热的方法,该方法将允许消除已知领域的技术缺陷
发明内容
在此技术课题的背景下,本发明的目的在于提供一种简单且可靠的系统,用以预防“热跑”现象。
本发明的另一目的在于提高重型车辆的行车安全性。
根据本发明的技术课题以及这些或其它目的通过提供用于重型车辆的制动装置来实现,所述制动装置包括:多个制动器,每个制动器包括至少一个制动片或制动蹄,所述制动片或制动蹄表现为支承件和作用于与重型车辆的车轮相关联的制动盘或制动鼓上的摩擦块,特征在于其包括至少一个温度传感器,该温度传感器设置在所述摩擦块与所述支承件之间;以及安全装置,该安全装置用于预防制动器过热,所述安全装置包括警报的发出机构以及与所述至少一个传感器和所述发出机构通信的控制机构,所述控制机构包括存储器和比较器,所述存储器至少包含第一阈值温度,所述比较器被配置为当在至少一个制动片或制动蹄中检测到的温度高于所述第一阈值温度并且在至少另一个制动片或制动蹄中检测到的温度低于所述第一阈值温度时验证所述警报的发出。
有利的是,从制动器的非旋转部分获得温度基准,并且除了极其具有代表性的制动器工作温度之外,不会具有在诸如盘式制动器或鼓式制动器等旋转体上获取测量结果时常见的局限性,这类旋转体会使得测量过程复杂而昂贵。
在本发明的优选实施方案中,所述比较器被配置为实时比较在制动片或制动蹄中检测到的温度。
在本发明的优选实施方案中,所述比较器被配置为当在至少一个制动片中检测到的温度高于所述第一阈值温度并且在大多数制动片中检测到的温度低于所述第一阈值温度时验证所述警报的发出。
在本发明的优选实施方案中,所述存储器至少包含低于所述第一阈值温度的第二阈值温度,所述控制机构被配置为当在至少一个制动片或制动蹄中检测到的温度包含在所述第一阈值温度与所述第二阈值温度之间时控制预警的发出。
在本发明的优选实施方案中,所述发出机构被配置用于发出听觉和/或声音警报。
在本发明的优选实施方案中,所述控制机构包括:外围电子控制单元,每个外围电子控制单元位于相应的制动器处;以及中央电子控制单元,该中央电子控制单元与所述外围控制单元和所述发出机构通信。
在本发明的优选实施方案中,所述控制机构包括中央电子控制单元,该中央电子控制单元与所述至少一个传感器和所述发出机构通信。
在本发明的优选实施方案中,所述控制机构连接到车辆的CAN总线(控制器局域网)。
在本发明的优选实施方案中,制动片包括至少一个辅助传感器,所述至少一个辅助传感器设置在所述摩擦块与所述支承件之间并且与所述控制机构通信,所述至少一个辅助传感器包括至少一个压力传感器和/或一个剪应力传感器。
压力传感器和剪应力传感器为压电陶瓷传感器,它们的区别在于施加于其中的偏置的方向不同。
在本发明的优选实施方案中,所述比较器被配置为仅当在预定的测量时间间隔中温度信号与所述至少一个辅助传感器发出的信号之间存在预定相关性的情况下验证所述警报的发出。
在本发明的优选实施方案中,每个传感器被电绝缘保护层覆盖。
在本发明的优选实施方案中,所述控制机构包括供电器,该供电器被配置用于吸收车辆的运动产生的能量。
本发明还揭示了一种用于预防重型车辆上的制动器过热的方法,其中每个制动器包括至少一个制动片或制动蹄,所述制动片或制动蹄表现为支承件和作用于与重型车辆的车轮相关联的制动盘或制动鼓上的摩擦块,至少一个温度传感器设置在所述摩擦块与所述支承件之间,其特征在于:
-实时获取在制动片或制动蹄中检测到的温度;
-实时比较在制动片或制动蹄中检测到的温度;
-如果在至少一个制动片或制动蹄中检测到的温度高于所述阈值温度并且在至少另一个制动片或制动蹄中检测到的温度低于所述阈值温度,验证所述警报的发出;并且
-在验证的情况下,生成听觉和/或视觉警报。
因此,本发明揭示了一种安全系统,该安全系统能够通过向司机提供及时警告来预防“热跑”现象的初始阶段,以便预防与所述现象相关的危险。
附图说明
图1是通过对根据本发明的用于重型车辆的制动装置以及用于预防重型车辆上的制动器过热的方法的优选而非排他性实施方案的描述,本发明的其它特征和优点将变得更加显而易见,这些实施方案在附图中以非限制性示例的方式示出,其中:
图1示出了制动装置的框图;
图2示出了制动片的示意图;
参考上述附图,示出了用于诸如铰接式车辆等重型车辆的制动装置,其整体如参考标号1所示。
具体实施方式
下文将介绍的制动装置1包括多个制动器,每个制动器包括卡钳,该卡钳配备有2个可以在盘式制动器上启用的制动片。
该制动装置可另选地包括具有制动蹄而非制动片的制动器,所述制动蹄可以在鼓式制动器而非盘式制动器上启用。
每个制动片2具有:由例如金属板形成的支承件3;摩擦材料块4,其由支承件3支撑并作用于重型车辆车轮的相关联盘式制动器上;以及插置在支承件3与摩擦块4之间的一个或多个传感器5,6。
传感器5,6被安装到电绝缘电路7上,所述电绝缘电路被设计用于获取由传感器5,6发出的待实时或稍后进行处理的电信号。
电路7优选地通过耐热性丝网印刷技术(玻璃陶瓷)集成到支承件3中。
制动片2的最小构造被设想为仅包括一个温度传感器5,但设想优选包括至少两个温度传感器5,例如PT1000传感器;以及一个或多个辅助传感器6,例如一个或两个压电陶瓷压力传感器和/或一个或两个压电陶瓷剪应力传感器。
传感器5,6和电路7被覆盖在保护性电绝缘材料9中,优选陶瓷。
制动片2部件必须设计为可在至少600℃及以上的温度下使用。
制动装置1有利地包括安全装置,以预防制动器过热。
安全装置包括警报发出机构10,以及与传感器5,6和发出机构10通信的控制机构11,12。
控制机构11,12包括:存储器13,该存储器至少包含第一阈值温度;以及比较器14,该比较器被配置为当在至少一个制动片2中检测到的温度超过第一阈值温度并且在至少一个其它制动片2以及优选大多数制动片2中检测到的温度低于第一阈值温度时验证警报。
比较器14被配置用于实时比较在制动片2中检测到的温度,并且根据比较结果,立即执行对警报发出的验证或其它过程。
在验证的情况下,控制机构11,12立即激活发出机构10,以便发出第一警报信号。
发出机构10被配置用于发出在车辆内可注意到的听觉和/或声音警报。
例如,发出机构10可包括在车辆的仪表盘上的专用LED和/或蜂鸣器。
另选地或除此之外,发出机构10可以通过车辆司机的智能手机的用户界面表示,其中无线通信硬件或软件与控制机构11,12安装在一起,以便生成警报。
利用该实施方案,司机可迅速察觉制动装置的运行故障,然后可及时采取必要的预防措施,以便在发生重大事故前消除所述故障。
优选地,存储器13还至少包含低于第一阈值温度的第二阈值温度。
控制机构11,12还被配置为当在至少一个制动片中检测到的温度介于第一阈值温度与第二阈值温度之间时激活预警发出。
控制机构11,12包括:外围电子单元,该外围电子单元包括11个单元,每个单元位于相应的制动器处;以及中央电子控制单元12。
制动片2的外围控制单元11和传感器5,6通过通信接口8,19进行通信。
界面8包括例如电路7的电连接器,该电连接器被设计用于将电信号发送到制动片2外部,以对其进行进一步处理。
中央控制单元12和外围控制单元11通过通信接口15,16进行通信。
中央控制单元12和发出机构10通过通信接口17,18进行通信。
通信接口8和19、15和16、17和18可以是线缆连接或无线连接。
每个外围控制单元11包括存储器13、处理器20和供电器21。
每个外围控制单元11还包括:A/D数字化平台22,该平台将来自传感器5,6的模拟信号转换成数字信号;以及数字信号调节平台23。
每个外围控制单元11的处理器20被设计用于处理输入数字信号,以便生成将发送至中央控制单元12的警报或预警。
中央控制单元12被设计用于验证激活信号,以便将其转换成发出机构激活信号10。
中央控制单元12还被设计用于将预警激活信号自动转换成发出机构10激活信号。
中央控制单元12可用于集中从外围控制单元11接收的信息,并将所述信息传输至车辆的CAN总线,以与车载的电子系统进行通信。
中央控制单元12具有:存储器24,该存储器用于存储从外围控制单元11接收的信息;以及供电器29。
当然,这只是控制机构11,12的多种可能构造中的一个示例。另一个可能的构造要求:存在单个外围控制单元11,该外围控制单元用于处理所有制动器的传感器5,6,或者由中央控制单元12集成所有功能,包括外围控制单元11的功能。
因此,最终可包括多个外围控制单元11,每个外围控制单元均位于车辆的相应车轮处,或者管理所有车轮的单个外围控制单元11位于距所述车轮最近距离处。
此外,作为中央控制单元12的补充或替代,车轮CAN总线也可连接至外围控制单元11。
在任何情况下,CAN总线的连接可通过无线电链路实现,诸如蓝牙、Wi-Fi或其它基于RF技术的无线电协议和标准。
供电器21,29优选地被配置用于以将振动能、动能和热能转换成电能的形式吸收车辆运动产生的能量。
优选地,连接至传感器5,6的电子设备也通过从车辆运动吸收的能量转换而成的电能来供电。
下面我们将示出一种用于检测“热跑”的方法。
该方法基于安装在制动片2上的传感器5,6。
关于所测得的温度,盘式制动器与安装有温度传感器5的制动片2上的温度分布状况之间存在密切的相关性。
已知制动盘温度(以及因此制动片的温度)对“热跑”的产生起着决定性影响,该值的相对增加是“热跑”现象的典型副作用。
出现“热跑”异状时,制动盘温度以及因此制动片2的温度往往会异常升高,并且飞快达到限值(甚至超过600℃)。
所以,对温度进行监测以便检测“热跑”成为合理选择。然而,为了避免错误警报,采用用于区分“热跑”与以下原因导致的正常温升的更高级策略是有用的:长时间使用相关制动系统,例如当长时间穿行在山路上时,尤其是下坡时,这会涉及非常高的制动系统温度,但制动系统内没有任何实际异状。
为此,还使用了附属压力传感器6或剪应力传感器,并结合基于数据时间流(优选实时)以及温度与压力数据或制动力矩数据之间的相关性的分析。
详细地说,合理定义时段T(例如,等于10分钟的时长),使得该时段足够长以便在此时段T内进行的分析所确认的现象不会与通常持续时间远不足一分钟的正常制动过程的这些常见现象相混淆。
另一方面,该时段T必须足够短,以允许尽早地检测出“热跑”,以限制或消除与所述“热跑”相关的损坏。
警报激活逻辑基于两个逻辑服务函数H(t)和G(t)的定义。在时段T内,这些函数定义如下:
如果P<P阈值,H(t)=-1
其它情况下,H(t)=1
如果T<T阈值1,G(t)=-1
其它情况下,G(t)=1
其中:
P为制动器压力,由压力传感器6(或由车载的其它传感器)测得。代替压力P,也可使用逻辑相同、阈值相似的力矩τ。
T是温度传感器5所测得的温度。
作为指示,P阈值通常为约10巴,而T阈值1通常为500或600℃,即非常高的温度水平。
通过以下积分I来计算时段T内这两个函数之间的相关性:
可获得取决于这两个函数G(t)和H(t)的相关性的条件。实际上,在正常工作条件下(没有出现“热跑”时),预期这两个函数将具有很高的相关性,这意味着,从数值方面看,积分I等于或非常接近于1。当车轮处出现“热跑”时,积分I始终小于1。实际上,在时段T期间没有进行制动时,I=-1。因此,出现“热跑”时,可通过设置对于I而言足够低的适当阈值来定义条件,以作为在出现“热跑”时用于生成警报激活信号的阈值。以合理的方式,阈值可设置为:
I阈值<0
在时段T期间,I阈值<0为真,则确定出现“热跑”。这将意味着,在时段T内50%以上的时间里,制动片的温度与压力之间没有相关性。
为了避免发生错误警报,也可应用模糊逻辑,以便确定出现“热跑”事件的中间概率水平。此外,该逻辑包括交叉检查各个制动片的等级I。实际上,如果所有或大多数制动片超出I阈值,那么更有可能出现“热跑”。
因此,警报的激活算法如下:
1.如果检测到至少一个制动片2的T>T阈值1,则生成预警激活信号,该预警激活信号自动转换成用于激活发出机构10的信号,该发出机构将发出预警2.如果检测到至少一个制动片2的T>T阈值1并且I<0,则生成警报激活信号,指示出现“热跑”
3.如果大多数制动片2没有检测到警报激活信号,则验证警报激活信号,并将其转换成用于激活发出机构10的信号,该发出机构发出警报,指示出现“热跑”
另选的“热跑”检测逻辑仅需要使用温度。在此类情况下,检查时段T期间制动片2的温度之间的相关性。
在这种情况下,警报激活算法如下:
设立第二阈值温度T阈值2<T阈值1。
1.如果检测到至少一个制动片2的T>T阈值2且<T阈值1,则生成预警激活信号,该预警激活信号自动转换成用于激活发出机构10的信号,该发出机构发出预警
2.如果检测到至少一个制动片2的T>T阈值1,则生成警报激活信号,指示出现“热跑”
3.如果大多数制动片2没有检测到警报激活信号,则验证警报激活信号,并将其转换成用于激活发出机构10的信号,该发出机构发出警报,指示出现“热跑”
由此设想的制动装置易于进行各种修改和变型,这些修改和变型均落在本发明概念的范围内;而且,所有部件均可以用技术上等效的元件来替换。
Claims (14)
1.一种用于重型车辆的制动装置(1),包括:多个制动器,每个制动器包括至少一个制动片或制动蹄(2),所述制动片或制动蹄表现为支承件(3)和作用于与所述重型车辆的车轮相关联的制动盘或制动鼓上的摩擦块(4),其特征在于其包括至少一个温度传感器(5),所述温度传感器设置在所述摩擦块(4)与所述支承件(3)之间;以及安全装置,所述安全装置用于预防所述制动器过热,所述安全装置包括警报发出机构(10)以及与所述至少一个传感器(5)和所述发出机构(10)通信的控制机构(11,12),所述控制机构(11,12)包括存储器(13)和比较器(14),所述存储器至少包含第一阈值温度,所述比较器被配置为当在至少一个制动片(2)或制动蹄中检测到的温度高于所述第一阈值温度并且在至少另一个制动片(2)或制动蹄中检测到的温度低于所述第一阈值温度时验证所述警报的发出。
2.根据权利要求1所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述至少一个传感器(5)安装在电绝缘电路(7)上,所述电绝缘电路集成在所述支承件(3)上。
3.根据权利要求1所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述比较器(14)被配置用于实时比较在所述制动片(2)或制动蹄中检测到的所述温度。
4.根据权利要求1所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述比较器(14)被配置为当在至少一个制动片(2)或制动蹄中检测到的温度高于所述第一阈值温度并且在大多数所述制动片(2)或制动蹄中检测到的所述温度低于所述阈值温度时验证所述警报的发出。
5.根据权利要求1所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述存储器(13)至少包含低于所述第一阈值温度的第二阈值温度,所述控制机构(11,12)被配置为当在至少一个制动片(2)或制动蹄中检测到的温度包含在所述第一阈值温度与所述第二阈值温度之间时控制预警的发出。
6.根据权利要求1所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述发出机构(10)被配置用于发出声学和/或声音警报。
7.根据权利要求1所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述控制机构(11,12)包括:外围电子控制单元(11),每个外围电子控制单元位于相关制动器处;以及中央电子控制单元(12),所述中央电子控制单元与所述外围控制单元(11)和所述发出机构(10)通信。
8.根据权利要求1所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述控制机构(11,12)包括中央电子控制单元,所述中央电子控制单元与所述至少一个传感器(5)和所述发出机构(10)通信。
9.根据权利要求1所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述控制机构(11,12)连接到所述车辆的CAN总线(控制器局域网)。
10.根据权利要求1所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述制动片(2)或制动蹄包括至少一个辅助传感器(6),所述至少一个辅助传感器设置在所述摩擦块(4)与所述支承件(3)之间并且与所述控制机构(11,12)通信,所述至少一个辅助传感器(6)包括至少一个压电陶瓷压力传感器和/或压电陶瓷剪应力传感器。
11.根据前述权利要求所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述比较器(14)被配置为仅当在预定的测量时间间隔中所述温度信号与所述至少一个辅助传感器(6)发出的所述信号之间存在预定相关性的情况下验证所述警报的发出。
12.根据前述权利要求所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于每个传感器(5,6)被电绝缘保护层(9)覆盖。
13.根据权利要求1所述的用于重型车辆的制动装置(1),其特征在于所述控制机构(11,12)包括供电器,所述供电器被配置用于吸收所述车辆运动产生的能量。
14.一种用于预防重型车辆中的制动器过热的方法,其中每个制动器包括至少一个制动片(2)或制动蹄,所述制动片或制动蹄表现为支承件(3)和作用于与所述重型车辆的车轮相关联的制动盘或制动鼓上的摩擦块(4),至少一个温度传感器(5)设置在所述摩擦块(4)与所述支承件(3)之间,其特征在于:
-实时获取在所述制动片(2)或制动蹄中检测到的温度;
-实时比较在所述制动片(2)或制动蹄中检测到的所述温度;
-如果在至少一个制动片(2)或制动蹄中检测到的所述温度高于所述阈值温度并且在至少另一个制动片或制动蹄中检测到的所述温度低于所述阈值温度,验证所述警报的发出;并且
-在验证的情况下,生成听觉和/或视觉警报。
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