CN110654367B - 用于确定制动液中的含水量的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的制动系统，其包括：制动卡钳；连接到制动管的制动液容器；将制动管连接到制动卡钳的制动软管；折射计，该折射计设置在制动卡钳附近并且被构造成测量制动卡钳处的制动液的折射；温度传感器，该温度传感器设置在折射计附近并且被构造为测量制动卡钳附近的制动液的温度；以及控制单元，该控制单元被构造为基于测量的折射和测量的温度来确定制动液的含水量。

Description

用于确定制动液中的含水量的系统和方法

技术领域

本发明涉及一种用于确定车辆的制动系统中的制动液的含水量的系统。具体地，本发明涉及制动卡钳中的制动液的含水量的确定。

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状态下冻结并且在正常运行状态下开始沸腾。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到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地区运行的车辆快许多倍。

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。此外，由于制动液的温度在制动卡钳处最高，所以制动卡钳处的制动液最有可能沸腾。因此，期望确定制动卡钳中的制动液的含水量。然而，使用已知方法确定制动卡钳中的制动液的含水量既复杂又昂贵，因此难以在量产车辆中工业化。

因此，需要用于确定车辆的制动系统的制动液中的含水量的改进方法。

发明内容

鉴于现有技术的上述及其它缺点，本发明的目的是提供一种用于确定制动系统中的制动液的含水量的改进的系统和方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于车辆的制动系统，其包括：制动卡钳；连接到制动管的制动液容器；将制动管连接到制动卡钳的制动软管；折射计，该折射计设置在制动卡钳附近并且被构造为测量制动卡钳处的制动液的折射；温度传感器，该温度传感器设置在折射计附近并且被构造为测量制动卡钳处的制动液的温度；以及控制单元，该控制单元被构造为基于测量的折射和测量的温度来确定制动液的含水量。

折射计可以被视为传感器单元，其包括被设置成与制动液接触的至少一个界面，以便给制动液提供光并测量制动液的折射。包括折射计的传感器单元可以包括其自己的读出电路，或者它可以连接到外部模块，诸如控制单元，以用于控制折射测量。

折射计设置在制动卡钳附近应该被解释为，意味着折射计位于与特定制动卡钳相关的制动系统的一部分中，诸如制动管或制动软管，而不是在居中定位的制动液容器或类似物中。

本发明基于实现了：通过使用折射计和温度传感器，可以以高精度在制动系统内原位测量制动系统中的制动液的含水量。制动液的折射属性是温度相关的，并且通过获知温度，可以基于制动液在给定温度下的折射与含水量之间的已知关系，针对不同运行状态准确地确定制动液中的含水量。因此，可以更准确地确定更换制动液的检修间隔，并且不需要将车辆带到车间以确定是否需要更换制动液。此外，小尺寸的折射计提供了可以在哪里定位折射计的灵活性，从而允许在制动系统内靠近制动卡钳原位进行测量。因此，折射计的确切位置可以基于什么适合特定制动系统来确定。与基于制动液的导电性的许多已知测量方法相比，使用折射计的另一个优点是导电性可能由于制动管和制动卡钳的腐蚀而改变，但折射不存在这种情况。这意味着制动液的导电性的逐渐变化不一定直接归因于含水量的变化。因此，所描述的制动系统提供了与已知系统相比的许多优点。此外，折射计可以制成机械坚固的，以承受车辆制动系统所暴露的环境。

根据本发明的一个实施方式，折射计设置在将制动软管连接到制动卡钳的连接器中。这样，该连接器可以特别适于容纳折射计传感器单元和温度传感器。此外，有利的是测量尽可能靠近制动卡钳的含水量，因为制动卡钳将是最为暴露于热量的部件。这意味着制动液的温度将在制动卡钳处最高，因此制动液的沸腾最有可能发生在制动卡钳中。因此，即使制动液的含水量可能原则上在制动系统的其它部分中更高，沸腾的风险也随着与制动卡钳的距离的增加而降低。制动卡钳中通常还有密封件，水可以通过该密封件进入制动系统。

根据本发明的一个实施方式，折射计可以设置在制动软管的与制动卡钳相邻的部分中。水可以通过制动软管中的渗透作用以渗透的方式进入制动系统中，即通过制动软管的壁进入制动系统中。通过制动软管的橡胶材料的渗透速率取决于温度和空气湿度，并且升高的空气温度和空气湿度将因此增加制动卡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卡钳处或制动卡钳附近进入制动液的水保持在那里，且仅仅在整个制动系统的制动液中非常缓慢地变成均匀分布。因此，与制动系统的一些其它部分相比，可以假设制动软管中的含水量更高，并且确定含水量高的点的含水量是有益的，因为该含水量会影响制动系统的性能，并且含水量最高的制动液可能最容易冻结。

根据本发明的一个实施方式，折射计可以有利地设置在制动卡钳内。因此，传感器将被很好地保护以免暴露于环境，并且制动卡钳也将是制动系统中制动液达到最高温度的位置。

根据本发明的一个实施方式，折射计可以设置在制动管中。将折射计设置在制动管中可以降低加工成本并且还给在哪里放置折射计提供了很大的灵活性。因此，折射计和任何相关的电路或布线可以放置在沿着制动管的最方便的位置。

根据本发明的一个实施方式，折射计可以设置在制动管和制动软管之间的连接部中。因此，不需要改动制动系统的现有部件，因为折射计可以适于装配在制动管和制动软管之间并在它们之间形成界面。

根据本发明的一个实施方式，温度传感器可以有利地与折射计一起设置在集成传感器模块中。因此，可以在测量折射的确切位置处测量温度，从而以高精度确定含水量。当然，也可以将温度传感器与折射计分开放置，只要可以假设折射计处的制动液的温度与温度传感器测量的温度基本相同即可。

根据本发明的一个实施方式，折射计被构造成以±0.1％或更高的精度确定制动液的含水量。已经发现，在含水量约为2-4％时，制动液的湿沸点可能与示例性制动系统中出现的运行温度一致。制动液的湿沸点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上述2-4％的范围时达到，而所描述的范围内的含水量用于指示需要更换制动液。此外，特定制动液在给定含水量的沸点可根据所用制动液的类型而不同。因此，至少±0.1％的分辨率足以准确地估计制动液何时需要更换。

根据本发明的一个实施方式，制动系统还可以包括光纤，该光纤设置成将折射计光学地联接到制动液。通过使用光纤来接近制动液，可以在制动系统中可能难以放置传感器的位置处测量折射。光纤可以例如集成在包括折射计并且可选地还包括温度传感器的传感器单元中。

根据本发明的一个实施方式，光纤设置成使得光纤的端部位于制动管、制动软管或制动卡钳内。这允许折射计自身放置在方便的位置处，该位置不一定直接位于制动管、制动软管或制动卡钳处。

还提供了一种包括根据上述实施方式中的任一个的制动系统的车辆。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于监测制动卡钳中的制动液的含水量的方法。该方法包括：确定制动卡钳处的制动液的温度；使用设置在制动卡钳附近的折射计测量制动卡钳处的制动液的折射；以及基于制动液在给定温度下的折射与含水量之间的已知关系，确定制动卡钳处的制动液的含水量。

本发明第二方面的效果和优点很大程度上类似于上面关于本发明第一方面所讨论的那些。

根据本发明的一个实施方式，该方法还包括：在第一温度下获取第一折射值；在经过至少预定时间段之后，在第一温度下获取第二折射值；以及确定第一折射值与第二折射值之间的差是否超过预定阈值。因此，通过在不同时间但在相同温度下测量含水量，可以看出含水量是否以与预期含水量增加不一致的方式变化。预定时间段可以例如是24h。如果制动系统的一部分破裂并吸入过量的水，则含水量可能例如急剧增加。含水量的变化高于预定阈值也可以指示测量是否出现问题。折射计可能例如是有缺陷的，这将通过所描述的方法发现。

根据本发明的一个实施方式，该方法可以进一步包括连续监测制动液的含水量并确定含水量的变化率。连续监测在本文中应该解释为，意味着在车辆运行期间重复测量含水量。例如，可以在每次车辆起动时、每次制动液达到某一温度时、每天的同一时间等测量含水量。通过确定和监测含水量的变化率，如果变化率以预期之外的方式改变，则能够发现偏差(aberration)。

根据本发明的一个实施方式，该方法可以进一步包括将制动液中的含水量的变化率与预定变化率进行比较，并且如果确定的变化率高于预定变化率则发出警报。对于已知的制动系统，含水量在正常运行期间的预期变化率可以是已知的，例如，预期变化率来自实验室环境中的测试或来自配备有相同类型的制动系统的其它车辆的数据。因此，可以将含水量的测量的变化率与预期变化率进行比较。

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描述的那些。

当研究随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示意性示出了根据本发明实施方式的制动系统；

图2A至图2D示意性示出了根据本发明实施方式的制动系统的细节；

图3示意性示出了包括根据本发明实施方式的制动系统的车辆；

图4是概述根据本发明实施方式的方法的一般步骤的流程图；以及

图5示意性示出了根据本发明实施方式的制动系统的特征。

具体实施方式

在本详细描述中，将参考用于车辆的制动系统来描述根据本发明的制动系统和方法的各种实施方式。

图1示意性示出了根据本发明的实施方式的制动系统100。制动系统100包括：制动卡钳102；连接到制动管106的制动液容器104；将制动管106连接到制动卡钳102的制动软管108；折射计110，折射计110设置在制动卡钳102附近并且被构造成测量制动卡钳102处的制动液的折射；温度传感器112，温度传感器112设置在折射计110附近并且被构造成测量制动卡钳102附近的制动液的温度。应当注意，这些附图是示意性的，并且在实践中，制动管沿着到制动卡钳102的更复杂的路线。此外，制动液容器104和制动卡钳102之间的连接可以包括制动管和制动软管的任何组合，这取决于对于特定车辆而言什么是合适的。在本文中，认为制动软管108是柔性的并且由橡胶材料或类似材料等制成，并且认为制动管106是刚性的并且例如由金属或塑料制成。制动管106也可以称为制动管道。然而，本发明决不限于制动管和制动软管的任何特定组合。所描述的系统的各种实施方式适用于包括制动液的其中需要测量制动液的含水量的任何制动系统。

制动系统100还包括控制单元114，控制单元114被构造成基于测量的折射和测量的温度来确定制动液的含水量。

控制单元114可以包括微处理器、微控制器、可编程数字信号处理器或其它可编程设备。控制单元114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、可编程逻辑器件或数字信号处理器。在控制单元114包括诸如上述微处理器、微控制器或可编程数字信号处理器的可编程设备的情况下，处理器还可包括控制可编程设备的运行的计算机可执行代码。此外，控制单元114可以是制动系统使用的专用控制单元114，或者控制单元114的所描述的功能可以集成在通用控制单元中，诸如所谓的ECU(电子控制单元)。控制单元114还可以充当折射计和/或温度传感器的电源。

图2A示意性示出了折射计110和温度传感器112，其设置在将制动软管108连接到制动卡钳102的连接器202中。折射计110和温度传感器112可以有利地设置在单个传感器单元中，但这不是必须的。如图2A所示，折射计110和温度传感器112通过线缆204连接到控制单元114。线缆204可以是光纤光缆、电信号线缆或其组合，这取决于折射计110和温度传感器112的构型，例如取决于是否存在任何相关电路与传感器集成设置在一起。折射计110和温度传感器112的尺寸可以在几毫米到大约几厘米的范围内，这取决于传感器模块的内容物。应当注意，附图未按比例绘制，并且为了清楚起见，可以夸大各种特征(诸如折射计110或连接器202)的所示尺寸。

图2B示出了制动系统100，其中折射计110设置在制动软管108的与制动卡钳102相邻的部分中。折射计110在此被示为设置在连接到制动软管108的T形联接器206中。在使用T形联接器206的情况下，可以通过将光纤放置在T形联接器206中，从而在T形联接器206处直接测量折射。还可以通过使光纤延伸到制动软管108中来测量与T形联接器206相距一定距离处的折射，例如在朝向制动卡钳102的方向上，以便能够测量尽可能靠近制动卡钳102的折射。

图2C示出了制动系统100，其中折射计110设置在制动管106和制动软管108之间的连接器208中，图2D示出了制动系统100，其中折射计110设置在制动卡钳102内。

在典型的道路车辆中，制动软管108可以具有约0.5m的长度。靠近制动卡钳的连接器当然是优选的，但是由于含水量的积聚相当缓慢和渗透反应的平衡，可以认为制动软管中和靠近制动软管的含水量与制动卡钳102中的含水量相同。

图3示出了包括根据本发明实施方式的制动系统100的车辆300。折射计110原则上可以放置在车辆300的四个制动卡钳中的任何一个处。然而，可以认为在驾驶员侧的相反侧上的后轮具有最高的含水量，因此折射计110可以放置在那里。许多道路都建有从道路的中心到边缘的斜坡，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比内轮暴露于更多的水，并且溅到制动系统的部件上的水可能影响水在制动液中的积聚。

图4是概述根据本发明实施方式的方法的一般步骤的流程图。该方法包括确定400制动卡钳102附近的制动液的温度；使用折射计110测量402制动卡钳102附近的制动液的折射；以及基于制动液在给定温度下的折射与含水量之间的已知关系，确定404制动卡钳102附近的制动液的含水量。

图5还示出了关于不同含水量的作为温度的函数的制动液的折射一般示例。因此，通过获知关于不同运行温度的折射与含水量之间的关系，可以针对车辆的各种运行状态确定含水量。对于给定制动液来说，由于在针对正常运行状态所预期的制动液的温度范围内的足够数量的温度，可以认为该制动液的所示关系是已知的。

制动液中的水的积聚通常相当缓慢。根据车辆在世界上的哪里运行，并且基于气候条件，在车辆的正常运行期间，含水量可能需要几年才达到临界水平。因此，含水量的任何突然变化都可以归因于制动系统的失效或者归因于故障的折射计或温度传感器。

该方法还可以包括在第一温度下获取第一折射值；在经过至少预定时间段之后，在第一温度下获取第二折射值；以及确定第一折射值与第二折射值之间的差是否超过预定阈值。

此外，该方法可以包括连续地监测制动液的含水量并确定含水量的变化率。

此外，该方法可以包括将变化率与预定变化率进行比较，并且如果确定的变化率高于预定变化率则发出警报。

此外，该方法可以包括将制动液的温度与由车辆的温度传感器测量的外部温度进行比较。如果车辆处于制动液的温度预计与环境温度相同的运行状态，即当车辆已经静止了一段时间时，两个温度之间的差可以指示温度传感器有故障。如果车辆温度传感器的功能可以通过其它方式确定，则差可以指示用于测量制动液的温度的温度传感器有故障。

此外，重复观察到的(即，连续几天观察到的)环境温度与制动液温度之间的变化的差可以指示制动液温度传感器中的异常漂移。

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，应该注意的是，制动系统的部件可以以各种方式省略、互换或布置，而制动系统仍然能够执行本发明的功能。

另外，通过研究附图、公开内容和随附权利要求，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”不排除其它元件或步骤，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 (10)

1.一种用于车辆的制动系统，所述制动系统包括：

制动卡钳；

连接到制动管的制动液容器；

将所述制动管连接到所述制动卡钳的制动软管；

折射计，所述折射计设置在将所述制动软管连接到所述制动卡钳或连接到所述制动管的连接器中并且被构造为测量所述制动卡钳处的制动液的折射；

温度传感器，所述温度传感器设置在所述折射计附近并且被构造为测量所述制动卡钳附近的制动液的温度；以及

控制单元，所述控制单元被构造为基于测量的折射和测量的温度来确定所述制动液的含水量。

2.根据权利要求1所述的制动系统，其特征在于，所述温度传感器与所述折射计一起设置在集成传感器模块中。

3.根据权利要求1或2所述的制动系统，其特征在于，所述折射计被构造成以±0.1％或更高的精度确定所述制动液的所述含水量。

4.根据权利要求1所述的制动系统，其特征在于，所述制动系统还包括光纤，所述光纤被设置成将所述折射计光学地联接到所述制动液。

5.根据权利要求4所述的制动系统，其特征在于，所述光纤被设置成使得所述光纤的端部位于所述制动管、所述制动软管或所述制动卡钳内。

6.一种包括根据权利要求1所述的制动系统的车辆。

7.一种用于监测制动卡钳中的制动液的含水量的方法，所述方法包括：

确定制动卡钳附近的制动液的温度；

使用折射计测量所述制动卡钳附近的制动液的折射，所述折射计设置在将制动软管连接到所述制动卡钳或连接到制动管的连接器中；以及

基于所述制动液在给定温度下的折射和含水量之间的已知关系，确定所述制动卡钳附近的制动液的含水量。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

在第一温度下获取第一折射值；

在经过至少预定时间段之后，在所述第一温度下获取第二折射值；以及

确定所述第一折射值与所述第二折射值之间的差是否超过预定阈值。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括连续地监测所述制动液的所述含水量并确定所述含水量的变化率。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：将所述变化率与预定变化率进行比较，并且如果确定的变化率高于所述预定变化率则发出警报。

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