CN110654366A - 用于估计制动系统中的制动液的含水量的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于估计制动系统(200)中的制动液的含水量的方法，该制动系统包括制动钳(202a‑d)和制动液容器(204)，该制动钳和该容器各自包括被构造成检测制动液的含水量的传感器(208，210a‑d)，该方法包括：将制动系统设置(100)在受控环境中；在预定时间段内，使制动系统暴露(102)于受控的温度和湿度，使得制动液中的含水量的增加加快；确定(104)制动液容器和每个制动钳中的制动液的作为时间的函数的含水量；以及基于确定的作为时间的函数的含水量，建立(106)描述制动钳中的制动液的含水量与制动液容器中的制动液中的含水量之间的关系的模型。

Description

用于估计制动系统中的制动液的含水量的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于估计车辆的制动系统中的制动液的含水量的方法和系统。具体地，本发明涉及制动钳中的制动液的含水量的估计。

背景技术

确保车辆的制动系统中的制动液不含过多水是重要的。升高的含水量会增加冷冻温度并降低沸点，这可能导致制动液在寒冷条件下冻结并且在正常运行条件下开始沸腾。制动液的冷冻和沸腾都可能导致制动效果降低和/或制动系统的损坏。因此，必须确保制动液的含水量保持低于预定阈值水平。

制动液是天然吸湿的，这意味着它很容易从周围环境吸水。制动液的含水量部分受环境温度结合空气湿度的影响。然而，由于车辆运行所处的平均温度和湿度在不同位置将是不同的，因此难以估计制动液中的水的长期积聚。例如，在沿海地区运行的车辆在制动液中积聚水的速度可能比在空气干燥的内陆位置的车辆快许多倍。

为了能够估计什么时候需要检修制动液，必须以某种方式测量制动液的含水量，由于涉及到多个变量影响制动液的性能，因此理论计算是不可行的。然而，使用已知方法确定每个制动钳中的制动液的含水量既复杂又昂贵，因而难以在量产车辆(productionvehicle)中工业化。

因此，需要一种用于确定车辆制动系统的制动液中含水量的改进装置。

发明内容

鉴于现有技术的上述和其它缺点，本发明的目的是提供一种用于估计制动系统中的制动液的含水量的改进方法和系统。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于估计制动系统中的制动液的含水量的方法，该制动系统包括多个制动钳和制动液容器，多个制动钳中的每一个和制动液容器包括传感器，该传感器被构造成检测指示制动液的含水量的参数。该方法包括：将制动系统设置在受控环境中；在预定时间段内，使制动系统暴露于受控的空气温度和空气湿度达预定时间段，使得与车辆正常运行状态期间的含水量的增加相比，制动液中的含水量的增加加快；在预定时间段期间，确定制动液容器和每个制动钳中的制动液的作为时间的函数的含水量；以及基于确定的作为时间的函数的含水量，建立描述制动钳中的制动液的含水量与制动液容器的制动液中的含水量之间的关系的模型。

制动系统可以在此被视为测试系统，其中每个制动钳配备有传感器，并且其中传感器可以以在使用状态车辆中不可能的方式设置。

在本文中，受控环境是指其中设置有制动系统并且空气温度和空气湿度可以被高精度地控制的封闭容器、空间或室。为了实现与车辆正常运行条件期间相比制动液中的含水量的增加加快，空气温度和/或空气湿度被控制为高于车辆正常运行状态期间的预期空气温度和空气湿度。因此，通过增加制动液中的水积聚的速率，即制动液中的含水量的增加的速率，减少了建立模型所需的总时间。在靠近海洋的赤道地区，诸如在南亚和东南亚发现具有最高空气湿度并且同时具有高温的地理位置。因此，希望受控环境至少模拟在那些区域中发现的条件，并且还优选地超过该温度和湿度水平以减少达到临界含水量从而建立模型的时间。

本发明基于实现了：通过在受控环境下监测制动系统中的水的积聚，从而可以获得描述制动钳中的含水量作为制动液容器中的制动液的含水量的函数的精确模型。因此，在量产车辆中不需要在每个制动钳中的传感器。此外，该模型可以应用于车辆运行的所有环境。通过使用所描述的模型，可以提高车辆中的制动系统的可靠性和安全性，并且还可以增加更换制动液所需的维修间隔的长度。

根据本发明的一个实施方式，该方法可以有利地进一步包括，在预定时间段期间根据预定循环重复地增加和降低空气温度和空气湿度。制动液中的含水量的增加主要来自两个来源。首先，水可以通过制动软管中的渗透以渗透的方式进入制动系统。其次，水也可以经由储液器的盖子在制动液储液器处进入制动系统。通过橡胶材料的渗透速率取决于温度和空气湿度两者，因此升高的空气温度和空气湿度将增加制动钳附近的制动液中的水积聚的速率。应该注意的是，制动系统中没有制动液的自然循环，并且可以假设在制动钳处或附近进入制动液的水保持在那里并且仅非常缓慢地均匀地分布在制动液中。在制动系统储液器处进入制动系统的水主要由于系统的“呼吸”而发生，其中，当制动液的温度增加和降低时，制动液膨胀和收缩以迫使空气进入和流出制动液容器。然后，制动液将吸收进入制动液容器的空气中的湿气。因此，通过其中温度反复升高和降低的所述循环，制动液容器中的制动液中的含水量将增加。由于水进入制动系统的机制不同，制动钳中的含水量可能与制动液容器中的含水量不同，因此，确定制动钳与制动液容器中的含水量之间的关系变得重要。

根据本发明的一个实施方式，建立模型包括，建立描述多个制动钳中的每一个的含水量作为制动液容器的制动液中的含水量的函数的模型。由此，可以确定各个制动钳中的含水量。制动钳中的水积聚的速率可以基于许多参数而变化，诸如将制动钳连接到制动液容器的制动管或制动软管长度。因此，估计所用的连接类型，对于制动液容器位于车辆前部附近的制动系统，可以假设后制动钳具有较高速率的水积聚，并且由于与前制动钳相比到制动液容器的连接更长，因此达到更高的含水量。无论如何，可以假设制动系统的部件以足够高的精度制成，使得制造公差不会影响水积聚的速率。

根据本发明的一个实施方式，最高空气温度优选地是在60至100℃的范围内的温度。已经发现，所述温度范围内的最高温度充分增加了水积聚的速率，以减少建立模型的总时间，同时温度没有过高以至于显著地改变或损坏制动系统的部件。

根据本发明的一个实施方式，最大空气湿度可以是在80至100％的范围内的湿度，并且预定时间段可以是在50至100天的范围内。已经发现，对于示例性制动系统，上述条件足以在预定时间段内达到约2-4％的含水量，2-4％是常用的制动液中的水的上限。在含水量约为2-4％时，制动液的湿沸点可能与制动系统中出现的运行温度一致。制动液的湿沸点被定义为制动液在给定含水量的沸点。然而，优选采用安全裕度，使得制动系统的临界沸腾温度仅在含水量显著高于所讨论的2-4％的范围的情况下达到，同时所述范围内的含水量用于指示制动液需要更换。此外，特定制动液在给定含水量下的沸点根据所用制动液的类型而不同。因此，可以假设建立的模型对于特定类型的制动液或具有类似性能的制动液系列是有效的。

制动系统的临界温度可以被认为是制动液在车辆运行期间预期达到的最高温度。制动液通常在重型和/或长时间制动期间(例如在长斜坡期间)达到其最高温度，除非故障制动器导致制动液达到过高的温度。

还应注意，上述温度、湿度和时间范围描述了适用于特定制动系统以达到所选制动液中的临界含水量的优选示例，即达到至少一个制动器中的临界含水量。本领域技术人员容易认识到，也可以通过使用所述范围之外的值来建立描述制动液的作为时间的函数的含水量的模型。

根据本发明的一个实施方式，建立模型包括，建立描述多个制动钳中的每一个中的制动液的含水量作为制动液容器中的制动液的含水量的函数的模型。因此，通过监测制动系统中的每个制动钳中的水积聚，可以看出不同制动钳之间的水积聚的速率是否存在差异。

根据本发明的一个实施方式，确定制动液的含水量包括测量制动液的导电率、密度、粘度和/或折射。所有上述物理参数都指示制动液的含水量，并且可以假设各个参数与制动液的含水量之间的关系是已知的。在测试环境中，可以选择最适合于特定制动系统和制动液的传感器类型。待测量的性能的选择也可以取决于传感器可用性和传感器构型。

根据本发明的一个实施方式，该方法还可以包括，在车辆中的包括多个制动钳和制动液容器的制动系统中，制动液容器包括被构造成检测指示制动液中的含水量的参数的传感器，确定制动液容器中的含水量并基于建立的模型来估计制动钳中的含水量。因此，可以通过测量制动液容器中的制动液的含水量，然后通过使用建立的模型来确定制动钳的制动液含水量，从而确定车辆的制动钳中的制动液的含水量。由此，可以确定含水量是否处于或接近临界水平以及制动液是否需要更换。如前所述，含水量可以自然增加，但制动液的含水量增加也可以指示制动系统中的故障。

当在车辆的制动系统中采用所描述的方法时，可以优选但不要求使用与建立模型所用的相同的传感器类型来确定制动液容器中的制动液的含水量。然而，由于实际限制，可能无法在车辆中使用与在测试环境中相同类型的传感器，并且使用不同的传感器类型仍然可以实现足够的精度。作为含水量的函数的制动液的密度和粘度的变化通常相对较小并且因此可能难以在车辆中测量，而导电率和折射的变化可更容易地检测到。

根据本发明的一个实施方式，该方法可以进一步包括，针对制动液容器中的制动液的给定含水量，根据预定模型来估计假设具有最高含水量的制动钳的含水量。由此，评估假设含水量最接近临界含水量的制动钳，以确定制动液是否需要更换。

根据本发明的一个实施方式，该方法还可以包括，估计在制动钳和制动液容器之间具有最长流体连接的制动钳的含水量。如果不知道哪个制动钳具有最高的含水量，例如，如果在建立的模型中不同制动钳之间的含水量差异不显著，则可以优选使用在制动液容器和制动钳之间具有最长流体连接的制动钳，因为制动钳中的含水量的增加与流体连接的长度相关。

根据本发明的一个实施方式，该方法还可以包括，估计在驾驶员侧的相反侧上的后轮处的制动钳的含水量。许多道路都建有从道路中心到边缘的斜坡，以便水从道路上流走，从而避免水聚集在道路上。这意味着最靠近道路边缘的车轮，即在驾驶员侧的相反侧上的车轮将平均暴露于比内轮更多的水，并且溅到制动系统的部件上的水可能影响制动液中的水的积聚。此外，可以假设在大多数情况下，可经由汽车前部的发动机罩接近制动液容器，这意味着从制动液容器到后制动钳的距离比到前制动钳的距离长。因此，如果没有特定原因来估计任何给定制动钳中的含水量，则可以假设在驾驶员侧的相反侧上的后轮处的制动钳具有最高含水量。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于车辆的制动系统，其包括：多个制动钳；制动液容器，该制动液容器包括被构造为检测指示制动液容器中的制动液的含水量的参数的传感器；控制单元，该控制单元被构造为基于检测到的参数来确定制动液容器中的制动液的含水量，并使用描述制动钳中的制动液的含水量与制动液容器的制动液中的含水量之间的关系的预定模型，基于确定的制动液容器中的制动液的含水量来估计制动钳中的制动液的含水量。

本发明第二方面的附加效果和特征在很大程度上类似于上面结合本发明第一方面所描述的那些。

当研究所附权利要求和以下描述时，本发明的其它特征和优点将变得明显。本领域技术人员应认识到，在不脱离本发明的范围的情况下，可以组合本发明的不同特征以创建除了下面描述的实施方式之外的其它实施方式。

附图说明

现在将参考示出本发明的示例性实施方式的附图更详细地描述本发明的这些和其它方面，其中：

图1是概述根据本发明的方法的一般特征的流程图。

图2示意性地示出了根据本发明的一个实施方式的制动系统。

图3示意性地示出了根据本发明实施方式的模型。

图4A至图4B示意性地示出了根据本发明实施方式的示例性循环；以及

图5示意性地示出了包括根据本发明实施方式的制动系统的车辆。

具体实施方式

在本详细描述中，主要参考车辆的示例性制动系统来描述根据本发明的系统和方法的各种实施方式。此外，在本公开中，制动系统被描述为包括四个制动钳的制动系统，如在轿车中通常的那样。然而，所描述的方法同样适用于包括更少或更多制动钳的制动系统。

图1是概述根据本发明实施方式的方法的一般特征的流程图，并且将进一步参考图2描述该方法，图2示意性地示出了根据本发明实施方式的制动系统200。

图2中示出的简化制动系统200包括四个制动钳202a-d以及制动液容器204，轿车的每个车轮有一个制动钳，制动液容器204通常设置在轿车的发动机室中。制动液容器的盖子206包括小开口或出口(未示出)，以允许制动系统100的制动液在受热时膨胀而不会增加制动系统的压力。当制动液冷却并收缩时，该开口还允许湿空气进入制动液容器中，从而导致制动液中的含水量增加。

在所描述的系统200中，多个制动钳202a-d中的每一个包括传感器210a-d，传感器210a-d被构造成检测指示制动液的含水量的参数。该参数可以例如是导电率，因为可以认为已知制动液中的导电率和含水量之间的关系是已知的。制动液容器204还包括用于确定容器204中的制动液的含水量的传感器208。容器204中的传感器208可以与制动钳中的传感器210a-d是相同类型的，但也可以使用不同类型的传感器。在测试环境中，例如可以通过使用不同类型的传感器并比较结果来验证确定的含水量是准确的。

该方法包括将制动系统设置100在受控环境中。受控环境也可以被称为环境室或气候室，其中可以高精度地控制温度和空气湿度。

当制动系统200放置在受控环境中时，其暴露102于受控的空气温度和空气湿度达预定时间段，使得与车辆正常运行状态期间的含水量的增加相比，制动液中的含水量的增加加快。

在制动系统200位于受控环境期间，使用所描述的传感器重复确定104制动液容器204和每个制动钳202a-d中的制动液的含水量，以描述作为时间的函数的含水量。

因此，基于示出制动液中的水积聚的、所确定的作为时间的函数的含水量，建立106描述制动钳202a-d中的制动液的含水量与制动液容器204中的制动液的含水量之间的关系的模型。

图3示意性地示出了制动钳202a-d中的制动液的含水量与制动液容器204中的制动液中的含水量之间的示例性线性关系300a-d。在图3中，线300a-b代表前制动钳202a-b并且线300c-d代表后制动钳202c-d。在所示的示例中，与前制动钳202a-b相比，后制动钳202c-d中的含水量更高。此外，可以看出，对于制动液容器204中约3％的含水量，前制动钳202a-b中的含水量约为5％，后制动钳202c-d中的含水量约为6％。

当已经执行了所描述的方法时，对于用于测试装置中的特定制动系统和制动液，每个制动钳202a-d中的制动液的含水量与制动液容器204中的制动液的含水量之间的关系是已知的。因此，需要对所使用的每个特定制动系统执行所描述的方法，因为制动软管等的长度的变化可能导致不同的结果。

图4A至图4B示出了控制空气温度和湿度的增加和降低的示例性循环，以用于使制动系统呼吸，并且与车辆正常运行条件期间相比增加制动系统200中的水积聚的速率。在图4A中，将90℃的温度和90％的相对空气湿度保持16小时，然后以3℃/小时的温度下降至20℃和95％的空气湿度。将温度保持在20℃1小时，然后将温度升至90℃。

在图4B中，将70℃的温度和95％的相对空气湿度保持7小时，然后以3℃/小时的温度下降至30℃和80％的空气湿度。将温度保持在30℃持续1小时，然后将温度升至70℃并重复该循环。所描述的循环重复达到制动液中的所选临界含水量所需的次数。应该注意的是，所描述的循环仅仅代表说明性示例，并且该循环可以以几乎无穷无尽的方式变化，同时仍然遵循所描述的方法。

图5示意性地示出了包括根据本发明实施方式的制动系统200的车辆500。制动系统200还包括控制单元212，控制单元212被构造成基于检测到的参数确定制动液容器204中的制动液的含水量，并使用描述制动钳中的制动液的含水量与制动液容器204的制动液中的含水量之间的关系的预定模型，基于确定的制动液容器204中的制动液的含水量来估计制动钳中的制动液的含水量。

因此，推导出的模型可以用于仅包括一个传感器的车辆500中。所描述的车辆中的制动系统200被认为在制动液容器204中包括导电率传感器208，因为使用常规的导电率传感器能够相对容易地检测导电率的变化，并且合适的传感器是容易获得的。

控制单元212可包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或另一可编程设备。控制单元212还可以或替代地包括专用集成电路、可编程门阵列或可编程阵列逻辑、可编程逻辑设备或数字信号处理器。在控制单元包括可编程设备(例如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器)的情况下，处理器还可包括控制可编程设备的操作的计算机可执行代码。此外，控制单元212可以以专用车辆ECU(电子控制单元)的形式实施，或者控制单元的功能可以在通用ECU中实现。

在车辆中，可能需要指定用于制动系统中的制动液的类型。优选地，所用制动液的类型由制造商限定并且在车辆的使用寿命期间不改变，从而确保模型可靠。然而，也可以为车辆提供关于不同制动液的模型，以便可以在车辆的控制设置中限定制动液类型的变化。

进一步参考图5，控制单元212可以被构造成，针对制动液容器中的制动液的给定含水量，根据图3中示出的预定模型来估计含水量最高的制动钳的含水量。

控制单元212还可以被构造成，估计在制动钳和制动液容器204之间具有最长流体连接的制动钳的含水量，这取决于制动液容器的放置以及制动液管和制动液软管的布线。

控制单元还可以被构造为，估计车辆500在驾驶员侧的相反侧上的后轮(即，右手侧行驶车辆的右后轮)处的制动钳202d的含水量。

尽管已经参考本发明的具体示例性实施方式描述了本发明，但是对于本领域技术人员而言，许多不同的改变、修改等将变得明显。而且，应该注意，可以以各种方式省略、互换或设置方法和系统的部分，而仍然能够执行本发明的功能。

另外，通过研究附图、公开内容和所附权利要求，本领域技术人员在实践所要求保护的发明时可以理解和实现对所公开实施方式的变型。在权利要求中，词语“包括”不排除其它要素或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。在相互不同的从属权利要求中陈述某些措施的仅有事实并不表示这些措施的组合不能用于获益。

Claims (15)

1.一种用于估计制动系统(200)中的制动液的含水量的方法，所述制动系统包括多个制动钳(202a-d)和制动液容器(204)，所述多个制动钳中的每一个和所述制动液容器包括被构造成检测指示所述制动液的所述含水量的参数的传感器(208，210a-d)，所述方法包括：

将所述制动系统设置(100)在受控环境中；

在预定时间段内，使所述制动系统暴露(102)于受控的空气温度和空气湿度达预定时间段，使得与车辆正常运行状态期间的含水量的增加相比，所述制动液中的含水量的增加加快；

在所述预定时间段期间，确定(104)所述制动液容器和每个制动钳中的制动液的作为时间的函数的含水量；以及

基于确定的作为时间的函数的含水量，建立(106)描述制动钳中的制动液的含水量与所述制动液容器中的制动液中的含水量之间的关系的模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述预定时间段期间根据预定循环反复增加和降低所述空气温度和所述空气湿度。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，最高空气温度在60至100℃的范围内。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，最大空气湿度在80至100％的范围内。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预定时间段在50至100天的范围内。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，建立模型包括，建立描述所述多个制动钳中的每一个的制动液的含水量作为所述制动液容器中的制动液的含水量的函数的模型。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述制动液的所述含水量包括测量所述制动液的导电率、密度、粘度和/或折射。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，在车辆的包括多个制动钳和制动液容器的制动系统中，所述制动液容器包括被构造成检测指示所述制动液的含水量的参数的传感器，确定所述制动液容器中的含水量，并根据建立的模型来估计制动钳中的含水量。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：针对所述制动液容器中的制动液的给定含水量，根据预定模型来估计假设具有最高含水量的制动钳的含水量。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，估计在所述制动钳和所述制动液容器之间具有最长流体连接的制动钳的含水量。

11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括，估计所述车辆在驾驶员侧的相反侧上的后轮处的制动钳的含水量。

12.一种用于车辆(500)的制动系统(200)，所述制动系统包括：

多个制动钳(202a-d)；

制动液容器(204)，所述制动液容器包括被构造成检测指示所述制动液容器中的制动液的含水量的参数的传感器(208)；以及

控制单元(212)，所述控制单元被构造为基于检测到的参数确定所述制动液容器中的制动液的含水量，并使用描述制动钳中的制动液的含水量与所述制动液容器的制动液中的含水量之间的关系的预定模型，基于确定的所述制动液容器中的制动液的含水量来估计制动钳中的制动液的含水量。

13.根据权利要求12所述的制动系统，其特征在于，所述控制单元还被构造为，针对所述制动液容器中的制动液的给定含水量，根据所述预定模型来确定具有最高含水量的制动钳的含水量。

14.根据权利要求12所述的制动系统，其特征在于，所述控制单元还被构造为，估计在所述制动钳和所述制动液容器之间具有最长流体连接的制动钳的含水量。

15.根据权利要求12所述的制动系统，其特征在于，所述控制单元还被构造为，估计所述车辆在驾驶员侧的相反侧上的后轮处的制动钳的含水量。

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