CN110962860A - 制动部件预测 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“制动部件预测”。公开了用于确定制动部件的剩余寿命期望值的示例性方法，该方法包括以下步骤：提供识别车辆运行状况的车辆参数；使用该车辆参数来将车辆制动器做的功确定为制动功；使用该制动功来确定制动转子温度；使用该制动转子温度来确定制动部件的疲劳损伤；积累该疲劳损伤以确定制动部件的累积疲劳损伤；以及将累积疲劳损伤与损伤限值进行比较，以提供对制动部件的剩余寿命期望值的估计。

Description

制动部件预测
背景技术
本发明整体涉及车辆领域，并且更具体地，涉及用于估计制动部件由于在使用中磨损所导致的剩余寿命的系统和方法。
制动转子是多种类型的机动车辆的制动系统的集成部件。盘式制动器是一种将机械能转换为热能的能量转换装置。盘式制动系统由非旋转摩擦材料和应用子系统、以及与车轮一起旋转的制动转子构成。为了使车辆停止或减速，摩擦材料子系统与制动转子的制动表面(转子颊板)接合，以通过摩擦而产生热量，从而将机械能转换成热能，由此减慢车轮的旋转。
一般来讲，制动系统的性能，尤其是制动转子的性能，在很大程度上取决于转子颊板的表面光洁度的状况。制动系统的正常运行过程涉及产生高水平的摩擦，这反过来在转子颊板表面上产生高温。暴露于腐蚀剂(诸如道路用盐和水)引起的环境影响会加剧转子的腐蚀。单独地或组合地，这些影响可导致踏板脉动或腐蚀的制动表面。
制动系统是针对制动转子的腐蚀和高温氧化的侵蚀性环境，该制动转子通常由铸铁制成。在正常的制动应用中，产生的氧化物可以优先剥落。氧化物剥落产生局部高点，该局部高点形成转子颊板表面的深槽或刻痕。这些表面特征可在制动期间产生踏板脉动。
此外，在一些车辆中，使用开放式车轮设计，使转子制动表面对于旁观者是可见的。由于对这种氧化的感知，对于制动系统的运行而言通常无关紧要的表面腐蚀会成为问题。
腐蚀导致转子的厚度随时间推移而减小，并且低于某些厚度水平，转子运行可能是次优的，例如车辆可能不会尽快停止。因此，希望确定并指示制动转子的状态，从而可以维修制动系统并及时更换转子。
发明内容
根据本公开的实施方案提供了许多优点。例如，根据本公开的实施方案使能够为每个制动事件实时确定制动转子疲劳和制动转子疲劳的累积以确定制动转子寿命期望值。
在一个方面，一种用于确定制动部件的剩余寿命期望值的方法包括以下步骤：提供识别车辆运行状况的车辆参数；使用该车辆参数来将车辆制动器做的功确定为制动功；使用制动功来确定制动转子温度；使用制动转子温度来确定制动部件的疲劳损伤；积累疲劳损伤以确定制动部件的累积疲劳损伤；以及将累积疲劳损伤与损伤限值进行比较，以提供对制动部件的剩余寿命期望值的估计。
在一些方面，制动部件是车辆制动转子，并且疲劳损伤是基于热能和机械能的损伤计算。在一些方面，该方法还包括：使用制动转子温度来确定基于能量的制动转子磨损；积累制动转子磨损以提供对车辆制动转子的厚度的估计；基于车辆制动转子的暴露时间来计算氧化制动转子磨损；通过将氧化制动转子磨损和基于能量的制动转子磨损求和来计算制动转子磨损；并且使用制动转子磨损来确定车辆制动转子的累积疲劳损伤。
在一些方面，通过将车辆制动转子的暴露时间缩放预定的氧化磨损参数来计算氧化制动转子磨损。
在一些方面，预定的氧化磨损参数特定于车辆制动转子的材料。
在一些方面，提供车辆参数包括提供制动转子摩擦材料、制动转子冷却速率、车辆质量、道路坡度、动态制动配比、车辆重量分布、车辆速度、车轮速度和制动压力。
在一些方面，确定制动功包括从车辆的制动器所做的总功减去阻力值，其中该阻力值是减小总功的力。
在一些方面，确定制动功包括将制动力确定为制动压力乘以制动转子面积乘以制动转子摩擦系数。
在一些方面，确定制动功包括将制动功率确定为由车辆产生的扭矩乘以车辆的速度除以车轮的滚动半径。
在一些方面，该方法还包括使用远程信息处理来通知制动部件的剩余寿命期望值估计。
在另一方面，一种用于确定制动部件的剩余寿命期望值的车辆制动系统包括制动部件和处理器。在一些方面，该处理器被配置为：接收识别车辆的运行状况的车辆参数；通过使用该车辆参数，将车辆的制动系统做的功确定为制动功；使用制动功来确定制动转子温度；使用制动转子温度来确定制动部件的疲劳损伤；通过积累疲劳损伤来确定制动部件的累积疲劳损伤；并且将累积疲劳损伤与损伤限值进行比较，以提供对制动部件的剩余寿命期望值的估计。
在一些方面，制动部件是车辆制动转子并且疲劳损伤是基于热能和机械能的损伤计算，并且处理器被进一步配置为：使用制动转子温度确定基于能量的制动转子磨损；积累制动转子磨损以提供对车辆制动转子厚度的估计；基于制动转子暴露时间计算氧化制动转子磨损；通过将氧化制动转子磨损和基于能量的制动转子磨损求和来计算制动转子磨损；并且使用制动转子磨损来确定车辆制动转子的累积疲劳损伤。
在一些方面，通过将制动转子的暴露时间缩放预定的氧化磨损参数来计算氧化制动转子磨损。
在一些方面，预定的氧化磨损参数特定于制动转子的材料。
在一些方面，车辆参数包括制动转子摩擦材料、制动转子冷却速率、车辆质量、道路坡度、动态制动配比、车辆重量分布、车辆速度、车轮速度和制动压力。
在一些方面，处理器被进一步配置为使用远程信息处理来通知制动部件的剩余寿命期望值估计。
在另一方面，一种计算机程序产品包括具有计算机可执行指令的非暂态计算机可读介质，并且该计算机可执行指令使处理单元确定制动部件的剩余寿命期望值。在一些方面，该指令包括以下步骤：基于识别车辆的运行状况的车辆参数来计算由车辆的制动系统做的功；基于制动系统做的功来确定制动转子温度；基于制动转子温度来确定制动部件的疲劳损伤；通过积累疲劳损伤来确定制动部件的累积疲劳损伤；并且将累积疲劳损伤与损伤限值进行比较，以提供对制动部件的剩余寿命期望值的估计。
在一些方面，制动部件是车辆制动转子，并且疲劳损伤是基于热能和机械能的损伤计算。在一些方面，确定制动部件的剩余寿命期望值还包括：使用制动转子温度来确定基于能量的制动转子磨损；积累制动转子磨损以提供对车辆制动转子的厚度的估计；基于车辆制动转子的暴露时间来确定氧化制动转子磨损；通过将氧化制动转子磨损和基于能量的制动转子磨损求和来计算制动转子磨损；并且使用制动转子磨损来确定车辆制动转子的累积疲劳损伤。
在一些方面，通过将车辆制动转子暴露的时间缩放预定的氧化磨损参数来计算氧化制动转子磨损，预定的氧化磨损参数特定于车辆制动转子的材料。
在一些方面，车辆参数包括制动转子摩擦材料、制动转子冷却速率、车辆质量、道路坡度、动态制动配比、车辆重量分布、车辆速度、车轮速度和制动压力。
在一些方面，该计算机可执行指令还使处理单元经由车辆的远程信息处理通知制动部件的剩余寿命期望值估计。
附图说明
将结合以下附图来描述本公开，其中类似的数字表示类似的元件。
图1示出了根据一个实施方案的车辆的盘式制动系统的示例性部件。
图2是根据一个或多个实施方案的制动部件寿命期望值估计系统的框图。
图3是根据一个或多个实施方案的模型和数据融合处理器的示例性框图。
图4是根据一个或多个实施方案的用于估计制动部件的预期寿命的示例性方法的流程图。
图5是根据一个或多个实施方案的用于向车辆操作者通知估计的制动部件寿命期望值的示例性方法的流程图。
结合附图，本公开的前述和其他特征将从以下具体实施方式和所附权利要求变得更加明显。应当理解，这些附图仅示出了根据本公开的若干实施方案，并且不应被视为限制其范围，本公开将通过使用附图以附加的特征和细节来描述。在附图或本文其他地方公开的任何尺寸仅用于举例说明的目的。
具体实施方式
本文描述了本公开的实施方案。然而，应该理解，所公开的实施方案仅仅是示例，并且其他实施方案可以采用各种另选形式。附图未必按比例绘制；一些特征可能会被放大或被最小化，以显示特定部件的详细信息。因此，本文所公开的特定结构和功能细节不应被解释为是限制性的，而是作为用于教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性依据。如本领域普通技术人员将理解的，参考任一附图示出和描述的各种特征可以与一个或多个其他附图中示出的特征组合以产生未明确示出或描述的实施方案。所示特征的组合提供了用于典型应用的代表性实施方案。然而，对于特定应用或具体实施，可能期望与本公开的教导内容一致的特征的各种组合和修改。
某些术语可以仅出于参考目的在以下描述中使用，因此不旨在限制。例如，诸如“上方”和“下方”的术语是指作为参考的附图中的方向。诸如“前”、“后”、“左”、“右”、“后”和“侧面”的术语描述了部件或元件的各部分在一致但任意的参照系内的取向和/或位置，该取向和/或位置通过参考描述所讨论的部件或元件的文字和相关附图来清楚说明。此外，诸如“第一”、“第二”、“第三”等术语可用于描述单独的部件。此类术语可以包括上面具体提到的词语、其衍生词和类似含义的词语。
车辆制动部件，诸如制动转子和制动钳，是基于使用情况经受疲劳损伤的应力密集型部件。例如但非限制地，赛车上使用的转子在硬赛道上使用后会表现出疲劳开裂。自主车辆经常经历重型使用，可能需要定期进行强制检查。此外，重型牵引车和商用车的转子/鼓可能由于高负载和密集工作而破裂。本文讨论的方法结合了转子磨损的热模型、疲劳损伤模型和客户使用负载数据来创建可以在车辆控制器中执行并且在一些实施方案中用于通知车辆操作者车辆制动部件(诸如，例如但非限制地，制动转子)的剩余寿命期望值的预测模型。
图1示出了根据一个或多个实施方案的车辆的盘式制动系统51的示例性部件。应当指出的是，在其他示例中，盘式制动系统51可以包括比此处示出的部件更多、更少和/或不同的部件。盘式制动系统51包括转子53和闸片55。在一个或多个示例中，转子53也称为盘。制动系统51还包括制动钳组件57。在一个或多个示例中，转子53具有接触闸片的表面(颊板)66、67。制动钳57通常固定到车辆并且围绕转子53的一个扇面配合。当车辆操作者接合车辆的制动踏板时，液压流体在连接到制动钳57的制动软管中被加压，并迫使闸片55的摩擦材料抵靠与车轮一起转动的转子53的两个表面66、67。闸片55和转动的转子53之间的摩擦接合用于减慢车轮并可能停止车轮。
应当指出的是，虽然可以使用实心转子，但是在较重或较高性能的车辆上使用的中到大型转子可以使用有孔转子。有孔转子包括位于接触制动闸片的转子表面66、67之间的径向冷却通道，这些冷却通道在转子转动下用作空气泵以使空气从转子中心循环到转子外部。转子的冷却出口的位置可以根据转子的类型而变化。
本文所述的技术方案有助于使用传感器信息、驾驶员制动信息和驾驶员制动模型来预测或估计制动转子厚度，该制动转子厚度是用于生成实时转子疲劳损伤计算和累积疲劳损伤计算的一个输入，并且提供对剩余制动转子寿命的指示，诸如剩余英里数或制动转子厚度百分比。如下面将详细讨论的，转子疲劳损伤算法和累积疲劳损伤算法使用各种参数和传感器信号来生成模型，包括但不限于制动转子材料特性、制动转子冷却速率、制动器温度、车辆质量、道路坡度、动态制动配比、车辆重量分配、应用的制动压力、制动能量、制动扭矩、疲劳损伤、冷却系数、累积转子损伤阈值等。
在一些实施方案中，本文讨论的疲劳和累积疲劳损伤计算包括2017年7月17日提交的标题为“BRAKE ROTOR PROGNOSIS(制动转子预测)”的美国专利申请15/651,475中公开的转子磨损模型，该申请据此全文以引用方式并入。另外，本文讨论的疲劳和累积疲劳损伤计算包括标题为“BRAKE PAD PROGNOSIS SYSTEM(制动片预测系统)”的美国专利7,694,555中公开的转子温度模型，该专利据此全文以引用方式并入。
图2是根据一个或多个实施方案的制动部件寿命期望值估计系统10的框图。系统10包括制动控制器12和传动系控制器14。另外，系统10包括模型和数据融合处理器16、制动转子磨损估计处理器18和制动部件寿命期望值估计处理器20。
制动控制器12包括制动转子温度估计处理器26、车轮速度传感器28、制动压力处理器30和制动功率计算处理器32。另外，制动控制器12包括提供制动系统动态的处理器34，提供制动冷却速率的处理器36，和提供来自防抱死制动系统(ABS)、牵引力控制系统(TCS)、电子控制系统(ECS)和主动转弯控制(ACC)的信号的处理器38。在处理器26至38中完成的所有或大多数计算当前可在车辆上提供和/或为本领域技术人员所熟知。
传动系控制器14包括车辆质量估计处理器40、道路坡度估计处理器42和道路不平度估计处理器44。其他信号可用于估计制动转子厚度，诸如车辆里程表46、全球定位系统(GPS)信号48、地图信息50、车辆远程信息处理器52和环境温度传感器54。由这些处理器和装置提供的所有信号通常也可以在车辆上提供，并且对于本领域技术人员来说是容易获得的。
制动转子温度估计处理器26估计制动转子53的温度。根据制动转子材料，制动转子磨损将取决于制动转子53的温度。制动转子的冷却速率有助于确定制动转子温度，并且该冷却速率取决于车辆设计、车辆速度、车轮速度、环境温度、海拔等。当车辆运行时，围绕制动转子53流动的空气将决定转子53以多快速度从前一制动事件冷却。在一个或多个示例中，使用传感器来测量制动转子温度。然而，这些传感器是昂贵的，因此，在一个或多个示例中使用估计制动转子温度的算法。
制动功率处理器30估计制动系统51中的制动能量耗散。该计算使用各种输入诸如制动距离、制动时间、制动转子温度等来确定制动压力。制动压力处理器30可以使用制动系统51的主缸压力、车辆中的重量分布和实现每个车轮上的成比例制动压力的动态制动配比。该动态制动配比基于车辆中的重量分布的位置，并且是已知的计算。
车辆质量估计处理器40通常基于引擎扭矩估计车辆质量，并且是本领域技术人员熟知的过程。车辆的质量可能由于乘客数量、行李箱中的负载、燃料容量等而改变。此外，本领域已知的是结合对车辆质量的估计来在处理器42中估计道路坡度。
处理器16可以使用下面的公式(1)计算制动能量。制动能量是制动器使车辆减速所做的功，是总功减去滚动阻力、空气阻力、引擎制动和道路坡度。制动功可用于计算制动器的功率耗散，其中功率等于功/时间。可以在制动事件期间以预定的时间间隔(例如，每10ms)来计算功率。
Figure BDA0002081510380000071
在公式(1)中，M是车辆的质量，ERR(RR＝滚动阻力)是车辆在缓坡上行驶所需的能量，这是已知值并且可以表示为车辆速度的函数，例如，ERR＝aV2+bV+C，其中“V”是车辆速度，“a”、“b”、“c”是预定的系数。此外，在公式(1)中，EG(G＝坡度)是车辆由于道路坡度而行驶所需的能量，它也是已知值，EE(E＝引擎)是由引擎本身提供的制动，它也是已知值，VI是制动事件开始时车辆的速度，VF是制动事件结束时车辆的速度。在一个另选实施方案中，可以使用车辆减速度来代替车辆速度V，并且车辆减速度可以由纵向加速度传感器提供。
由制动事件耗散的制动功率也可以估计为功率＝力×速度。制动力可以由处理器16计算为：
制动力＝压力.面积.μ 公式(2)
在公式(2)中，μ是制动转子53的摩擦系数，它是转子温度的函数，并且面积是制动转子53的表面积。
另选地，制动功率可以由处理器16计算为：
Figure BDA0002081510380000081
在公式(3)中，计算车辆前部和后部的扭矩，并且该扭矩是制动压力和动态制动配比的函数。该“滚动半径”是车轮的滚动半径，“速度”是车辆速度。
在一个或多个示例中，将施加的制动力的积分输入到用于一级动力学的物理热模型中，以确定对制动器温度的估计。制动转子测功机测试可用于获得作为温度的函数的制动闸片摩擦系数。该测试用于确定在不同转子温度下预期的磨损量，并且相应地配置热模型。
此外，制动车辆所需的力可由处理器16估计为：
力＝质量.加速度 公式(4)
前/后制动配比信息和可从制动控制器12获得的转弯信息用于确定每个轴和角上的功率分布。车辆质量估计可从传动系控制器14获得，并且也用于这些公式中。根据制动能量或制动功率，可以将制动转子温度确定为成比例的值，并且可以根据制动转子温度将制动转子磨损确定为成比例的值。例如，估计处理器18中的一个或多个查找表有利于确定成比例的值。基于上面讨论的计算和制动转子的特性，基于制动能量和制动转子温度以及制动转子温度和制动转子磨损之间的关系来填充查找表。每次系统10计算制动转子的磨损时，将其与前一次的磨损计算相加，然后可以从车辆里程外推以确定每个制动转子的剩余里程。另选地或除此之外，在一个或多个示例中，代替使用查找表，估计处理器18使用基于制动能量和制动转子温度以及制动转子温度和制动转子磨损之间的关系的预定计算公式动态地确定转子磨损。
处理器16使用上述可用信息的组合来估计转子53的氧化。例如，处理器16为转子53的材料使用氧化磨损模型，以基于上述可用信息的组合来确定转子53已经磨损了多少。例如，氧化磨损模型使用转子53的暴露时间和作为预定可配置值的氧化磨损参数。
在一个或多个示例中，氧化磨损参数基于转子53的类型，例如，转子53的材料、形状、尺寸和其他参数。氧化磨损参数表示氧化物渗透到转子材料中的速率。在一个或多个示例中，转子53的暴露时间是从制造车辆的时间开始和/或从转子53维修起来监控的。例如，处理器测量与每个制动事件相关联的时间，例如车辆操作者保持制动踏板向下以使车辆减速的时间量。积累测量的时间以提供转子53的暴露时间。另选地或除此之外，该暴露时间是从转子53安装在车辆上开始测量的时间。更换转子53时，重置该暴露时间。在一个或多个示例中，车辆子系统诸如车辆计算机记录自转子安装在车辆上以来的时间并且在请求时提供对该值的访问。
利用氧化磨损参数缩放暴露时间提供了转子53的腐蚀量(例如，以毫米或微米为单位)。另选地，在一个或多个示例中，处理器16使用查找表基于暴露时间来确定转子的腐蚀量，该查找表包括基于氧化磨损参数的腐蚀值。氧化磨损参数是转子的腐蚀速率。在一个或多个示例中，根据车辆位置调整氧化磨损参数，例如可从车辆10的全球定位系统(GPS)获得的车辆位置。例如，处理器16使用查找表来基于从GPS接收的位置坐标确定要使用的氧化磨损参数。该位置坐标可以用于识别地理区域，诸如城市、州等，然后使用与该地理区域相对应的氧化磨损参数来确定转子53的腐蚀。
在一些实施方案中，由磨损估计处理器18生成的磨损估计由处理器16用来确定制动部件疲劳损伤。在一些实施方案中，制动部件是制动转子。如本文中更详细地讨论，制动部件疲劳损伤是基于上述信息的组合对制动部件的疲劳损伤的实时计算。处理器16还确定累积制动部件疲劳损伤。制动部件寿命期望值估计处理器20将累积制动部件疲劳损伤与损伤限值进行比较，以估计制动部件的剩余寿命期望值，如本文更详细地讨论的。
图3示出了根据一个或多个实施方案的模型和数据融合处理器16的示例性框图。转子磨损估计处理器18使用上述可用信息的组合来估计制动转子53的厚度。处理器16使用转子温度模型310来确定转子53的温度。处理器16还使用转子能量来确定由转子53吸收的制动能量。基于转子温度和吸收的转子制动能量，处理器16根据基于能量的磨损模型320来确定转子53的腐蚀或磨损。处理器16使用由转子吸收的每单位能量的磨损体积基于模型320来确定转子53磨损了多少。例如，处理器16根据在确定的温度下吸收的每能量单位的磨损体积来确定转子53的基于能量的磨损。例如，处理器16使用本文所述的公式来计算在确定温度下的制动事件下由转子53吸收的能量单位。此外，通过将计算的基于能量的磨损乘以转子53的表面积来计算转子53的磨损体积。
另外，处理器16使用转子氧化磨损模型330来计算转子53的氧化磨损。例如，处理器16基于氧化磨损参数和转子53的暴露时间来计算转子53的氧化磨损。
处理器16以预定频率诸如10ms、20ms或任何其他预定频率来周期性地计算基于能量的磨损和氧化磨损。另选地或除此之外，处理器16在每次发生制动事件时计算磨损。
处理器16将计算的磨损转发到转子厚度估计处理器18。转子厚度估计处理器18在车辆运行时积累转子53随时间推移的磨损。转子厚度估计处理器18使用累积磨损来确定转子53的估计厚度。转子厚度估计处理器18还使用转子53的厚度来估计转子53的寿命，例如根据时间、英里或任何其他参数，例如，使用特定于转子53的腐蚀模型。
处理器16还使用转子疲劳模型340基于制动扭矩和速度/功率以及转子温度来计算转子损伤。例如，处理器16使用转子温度，以及基于热和机械的表面应力模型中的制动扭矩和旋转速度来确定转子的实时疲劳损伤。在一些实施方案中，针对单个制动事件的转子的疲劳损伤被建模为制动表面的热通量与制动时间的平方根的乘积与转子材料在该制动事件中达到的峰值温度下的强度的配合比。比例性是转子材料的相关热-机械特性(例如但非限制地，诸如杨氏模量、密度、热导率和泊松比)的函数。
由处理器16使用转子疲劳模型340计算的实时疲劳损伤由累积疲劳损伤模型350使用，以累积由制动器的每次单独应用引起的转子的疲劳损伤或将其求和。例如但非限制地，可以使用先前生成的有关转子的应力或应变与疲劳寿命行为的知识来计算转子在多个制动事件期间的累积损伤。在一些实施方案中，应力与疲劳寿命表征经由物理测试产生，并且由本领域技术人员已知的作为“S-N”曲线在对数标度数据上的拟合曲线的斜率来表征。在一些实施方案中，通过将自转子安装以来部件参与的所有制动事件的累积损伤与经验证的转子损伤水平或损伤限值进行比较，来估计疲劳寿命。在一些实施方案中，损伤限值或经验证的转子损伤水平通常涉及在现场经历剧烈使用的转子的预期寿命。在一些实施方案中，累积疲劳损伤模型结合由转子厚度估计处理器18确定的转子磨损，以改进对制动转子的累积疲劳损伤的计算。在此类实施方案中，将在转子表面处计算并且还在转子表面下方的离散水平处计算应力和对应的疲劳损伤。预测当转子层的累积损伤超过预定的最大阈值时制动转子发生故障的风险。在一些实施方案中，使用一维热-机械应力模型来计算应力。
处理器16以预定频率(例如10ms、20ms或任何其他预定频率)周期性地计算制动部件的实时疲劳损伤和累积疲劳损伤。另选地或除此之外，处理器16在每次发生制动事件时计算实时疲劳损伤和累积疲劳损伤。
处理器16将累积疲劳损伤估计转发给制动部件寿命期望值估计处理器20。制动部件寿命期望值估计处理器20在车辆运行时累积制动部件的累积疲劳损伤。将制动部件的累积的累积疲劳损伤与制动部件的损伤限值进行比较。在一些实施方案中，制动部件的损伤限值是通过制动部件的测试和验证确定的限值，在一些实施方案中，通过预定的安全系数来调整。
制动部件寿命期望值估计处理器20生成制动部件寿命期望值估计信号。在一些实施方案中，该寿命期望值估计信号单独使用或与磨损模型(诸如转子磨损模型320、330)组合使用，以生成改进的预期转子寿命估计。在一个实施方案中，寿命期望值估计处理器20估计车辆制动转子的预期寿命。在一些实施方案中，估计的预期寿命表示为制动部件的剩余寿命的百分比。
可以为不同的应用和不同的车辆校准该信息的配比。在车辆上记录对制动器材料磨损量的估计以及自转子上次改变以来车辆已经行驶的里程数。当前估计可以存储在车辆上的单独模块中。这用于在其中一个模块发生故障导致其被替换的情况下存储信息。可以以多种方式获得剩余车辆里程的估计，诸如从驾驶员制动特性、里程的线性内插或查找表和制动转子厚度估计。制动部件的剩余寿命或预期寿命的估计被记录在车辆上并且可以存储在车辆上的单独模块中，以用于将来计算制动部件的总磨损的估计。
如果系统10包括提供指示实际制动转子厚度的信号的制动转子传感器，则该信号用于逐渐消除制动转子厚度的估计与实际厚度(基于剩余转子厚度和转子53的寿命)之间的任何差异。例如，可以设置传感器，使得一根或多根导线在特定的转子厚度处断裂。如果估计值与实际厚度之间存在显著差异，如传感器导线断开接触时所确定的，那么这将用于逐渐调整估计值，使得当转子53接近更换周期或下一次传感器测量时，总系统准确度将尽可能高。例如，剩余转子寿命的估计以与观察到的速率不同的速率增加或减少，使得准确地确定转子53的寿命终点。
应当指出的是，尽管上面讨论的制动传感器采用断开以给出转子厚度的指示的线，但是在系统10的其他示例中，可以使用其他类型的制动传感器。例如，间接传感器或感测机构可用于推断制动转子厚度。合适的示例包括制动液液位传感器或测量制动钳的位移，诸如在机电或线控制动系统中。
图4示出了用于确定制动部件(诸如，例如但非限制地，车辆制动转子)的剩余寿命期望值的示例性方法的流程图。图4所示的方法可以与本文讨论的制动部件寿命期望值系统一起使用。该方法包括接收和收集各种车辆信号，诸如制动压力、车轮速度、车辆速度、纵向加速度、动态制动配比、施加的制动等，如410处所示。该方法还包括从传动系控制器14获得系统估计，诸如车辆质量、道路坡度、引擎制动量、滚动阻力、转子表面积等，如415处所示。该方法还包括从制动控制器12获得系统估计，诸如制动器温度，如420处所示。该方法还包括从制动能量计算制动功，如425处所示。例如，根据公式(1)计算制动能量。可以针对车辆上的多个制动转子中的任何一个制动转子计算制动能量，或者可以针对每个车轴进行一次计算。
除此之外或另选地，该方法包括使用来自例如公式(2)和(3)的制动功率来确定制动功，如430处所示。在该计算中，制动功由制动功率和压力确定，诸如由公式(2)提供。当确定用于制动能量计算的车辆质量时，有时会发生误差，并且摩擦系数值μ可能包括制动功率估计中的误差。因此，通过组合这两种功计算，可以提供更准确的制动功确定。
该方法还包括确定制动转子温度，如435处所示，以及以上述方式确定制动转子磨损，如440处所示。在440处确定制动转子磨损包括计算基于能量的磨损和氧化磨损，并且总转子磨损是这两种磨损计算的总和。针对每个制动事件确定制动转子磨损，并将其加到累计值，如445处所示，以确定剩余的制动转子厚度。
该方法还包括使用制动转子温度和车辆的运行状况以上述方式来确定制动转子的疲劳损伤，如450处所示。在450处确定制动转子的疲劳损伤包括至少部分地基于制动扭矩、制动速度/功率和转子温度来计算疲劳损伤。针对每个制动事件确定制动转子的疲劳损伤，并将其加到累积值，如455处所示，以确定累积疲劳损伤估计。如本文所讨论的，累积疲劳损伤估计是制动部件(诸如制动转子)的疲劳损伤的总和，并且在一些实施方案中还包括在440处确定的估计的制动转子磨损。
在455处确定的累积疲劳损伤估计用于在460处计算制动转子的剩余寿命期望值估计。制动部件(诸如制动转子)的剩余寿命期望值估计值如上所述通过将累积的累积疲劳损伤与部件的预定损伤限值进行比较来确定。
该方法包括使用例如车辆远程信息处理将估计的厚度信息发送给车辆操作者，如465处所示。除此之外或另选地，在465处，该方法包括使用例如车辆远程信息处理将估计的剩余寿命期望值发送给车辆操作者。
图5是根据一个或多个实施方案的用于向车辆操作者通知车辆制动部件的估计的剩余寿命期望值的示例性方法的流程图。在一些实施方案中，车辆制动部件是制动转子53。该方法包括确定车辆制动部件的剩余寿命期望值是否大于第一预定阈值，如505处所示。基于本文讨论的过程确定车辆制动部件的剩余寿命期望值。第一预定阈值是推荐更换制动部件时的预定值。例如，该更换阈值可以是一个比例值，诸如原始预期寿命的50％。应当指出的是，上述值是示例，并且不同的实施方案可以使用与上述值不同的阈值。
如果达到更换阈值，则通知车辆操作者更换车辆制动部件，如515处所示。例如，如果剩余寿命期望值尚未达到替换阈值，则该方法包括确定剩余寿命期望值是否已达到第二预定阈值，如510处所示。第二预定阈值可以是表示检查阈值的预定值。例如，该更换阈值可以是比例值，诸如原始预期寿命的75％。应当指出的是，上述值是示例，并且不同的实施方案可以使用与上述值不同的阈值。如果达到检查阈值，则指示车辆操作者检查车辆制动部件，如525处所示。
在一个或多个示例中，不管剩余寿命期望值与阈值之间的关系如何，车辆操作者都被告知当前估计的剩余寿命期望值，如530处所示。此外，该方法包括基于估计的制动部件磨损确定制动部件的寿命，如520处所示。例如，可以根据在达到更换阈值之前可以使用制动部件的估计英里数来测量制动部件的寿命。例如，该方法包括使用基于最新车辆操作的线性插值，以数英里通知车辆操作者制动部件的剩余寿命，如530处所示。因此该方法有利于以任何合适的方式通知车辆操作者，并且可以基于制动部件的当前磨损来告知车辆剩余的里程，以确定何时应该更换制动部件。
在一个或多个示例中，车辆是自主车辆，车辆操作者是处理器单元。在这种情况下，例如，处理器单元接收估计的转子厚度和/或剩余转子寿命估计和/或车辆制动部件的剩余寿命估计。基于此类输入，车辆操作者处理器单元自动地将车辆驱动到服务站。例如但非限制地，如果转子厚度低于检查阈值，则处理器单元将车辆驱动到服务站以进行转子检查。另选地或除此之外，如果转子厚度低于更换阈值，则处理器单元使车辆被驱动到服务站以进行转子更换。还可以响应于转子厚度比较来执行其他自动动作，诸如调度车辆的维修。
另选地或除此之外，转子厚度估计和/或车辆制动部件的剩余寿命期望值估计用于在一个或多个估计值低于预定值(诸如更换阈值)的情况下限制车辆运行。例如，限制车辆运行可以包括限制车辆的最大速度，限制由车辆的引擎产生的扭矩，或施加任何其他这样的限制以尽量保证车辆乘客的安全性。
应当指出的是，尽管到目前为止的示例描述了计算转子厚度并使用计算的厚度来确定转子的寿命，但是在一个或多个示例中，分析了装配在车辆中的所有转子的转子厚度。因此，车辆操作者被告知为安装在车辆上的每个转子所估计的转子厚度和转子寿命。另外，尽管本文讨论的许多示例描述了分析制动转子，但是在其他实施方案中，本文讨论的方法用于分析其他应力密集型制动部件。
本文所述的技术方案通过组合基于能量和氧化磨损的模型来促进预测盘式制动系统的转子磨损。这些技术方案预测在各种车辆使用中制动盘的磨损并生成电子制动盘磨损/制动盘剩余寿命信号。另外，本文所述的技术方案通过分析部件的实时疲劳损伤，积累由每个制动事件引起的疲劳损伤，并将累积的疲劳损伤与预定损伤限值进行比较，促进了预测一个或多个车辆制动部件的预期寿命。制动盘磨损和/或剩余寿命可以显示给车辆操作者和/或用在由车辆中的一个或多个电子控制单元(ECU)实现的各种控制算法中。
这些技术方案可以使车主免于由于车辆制动部件的过度磨损而导致的昂贵维修。这些技术方案可以进一步帮助车队(例如自主车辆车队)的所有者监控制动器寿命(与闸片磨损监控相结合)以计划何时维修车辆。
本发明的技术解决方案可以是任何可能的技术细节集成度的系统、方法和/或计算机程序产品。该计算机程序产品可以包括一种或多种计算机可读存储介质，这些存储介质上具有用于使处理器执行本发明的技术方案的各方面的计算机可读程序指令。
所述计算机可读存储介质可以是有形设备，其可以保留和存储供指令执行设备使用的指令。所述计算机可读存储介质可以是(例如但非限制地)电子存储设备、磁存储设备、光学存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或它们的任何合适的组合。所述计算机可读存储介质的更具体示例的非详尽列表包括以下内容：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或闪存存储器)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用光盘(DVD)、记忆棒和它们的任何合适的组合。如本文所用，计算机可读存储介质不应被解释为暂态信号本身，诸如无线电波或其他自由传播的电磁波，通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)或通过电线传输的电信号。
本文所述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备或经由网络(例如，互联网、局域网、广域网和/或无线网络)下载到外部计算机或外部存储设备。该网络可以包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配器卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令以存储在相应计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。
用于执行本发明的技术方案的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据，用于集成电路的配置数据，或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，这些编程语言包括诸如Smalltalk、C++等的面向对象编程语言，以及诸如“C”编程语言或类似编程语言的过程式编程语言。所述计算机可读程序指令可以完全在用户的计算机上，部分在用户的计算机上，作为独立的软件包，部分在用户的计算机上并且部分地在远程计算机上，或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情形中，远程计算机可以通过任何类型的网络(包括局域网(LAN)或广域网(WAN))连接到用户的计算机，或者可以连接到外部计算机(用于例如，使用互联网服务提供商，通过互联网)。在一些实施方案中，包括例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来将该电子电路个性化，以执行计算机可读程序指令，由此执行本发明的技术方案的各方面。
本文参考根据本发明技术方案的实施方案的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图图示和/或框图来描述所述技术方案的各方面。应当理解，流程图图示和/或框图的每个框以及流程图图示和/或框图中的框的组合可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得这些指令(经由计算机或其他可编程数据处理装置的处理器执行)创建用于实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的装置。这些计算机可读程序指令还可以存储在计算机可读存储介质中，该计算机可读存储介质可以指示计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式起作用，使得具有存储在其中的指令的计算机可读存储介质包括制品，该制品包括实现流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的各方面的指令。
所述计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得在所述计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤来产生计算机实现的过程，使得在所述计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的指令实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。
附图中的流程图和框图示出了根据本发明技术方案的各种实施方案的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可表示指令的包括用于实现指定逻辑功能的一个或多个可执行指令的模块、片段或部分。在一些另选具体实施中，框中提到的功能可以不按图中所示的顺序发生。例如，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者这些框有时可以以相反的顺序执行，具体取决于所涉及的功能。还应注意，框图和/或流程图图示中的每个框，以及框图和/或流程图图示中的框的组合可由执行指定功能或动作或者执行专用硬件和计算机指令的组合的基于专用硬件的系统来实现。
可以称第二动作是“响应于”第一动作，而不管第二动作是直接还是间接地来自第一动作。第二动作可以在比第一动作明显晚的时间发生，并且仍然响应于第一动作。类似地，即使在第一动作和第二动作之间发生中间动作，并且即使一个或多个中间动作直接导致第二动作被执行，也可以称第二动作响应于第一动作。例如，第二动作可以在第一动作设置标志的情况下响应于第一动作，并且每当设置标志时第三动作稍后启动第二动作。
为了阐明其使用和向公众通告，短语“<A>、<B>，......和<N>中的至少一个”或“<A>、<B>，......<N>中的至少一个，或它们的组合”或“<A>、<B>，......和/或<N>”应在最广泛的意义上解释，取代上文或下文中的任何其他隐含定义，除非明确声明相反，是指从包括A、B，......和N的组中选择的一个或多个元素。换句话讲，该短语是指元素A、B，......或N中的一个或多个的任何组合，包括任何单独的一个元素，或者这一个元素与一个或多个其他元素相组合，这些其他元素也可以组合包括未列出的其他元素。
还应理解，本文例示的执行指令的任何模块、单元、部件、服务器、计算机、终端或设备可以包括或以其他方式访问计算机可读介质，诸如存储介质、计算机存储介质或数据存储设备(可移除的和/或不可移除)，诸如例如磁盘、光盘或磁带。计算机存储介质可以包括以用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术实现的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。这些计算机存储介质可以是所述设备的一部分或者是所述设备可访问或可连接的。本文所述的任何应用或模块可以使用可由这样的计算机可读介质存储或以其他方式保持的计算机可读/可执行指令来实现。
虽然已经参考示例性实施方案描述了以上公开，但是本领域技术人员将理解，在不脱离其范围的情况下，可以进行各种改变并且可以用等同物替换其元件。此外，在不脱离本发明的实质范围的情况下，可以进行许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导内容。因此，预期本公开不限于所公开的特定实施方案，而是将包括落入其范围内的所有实施方案。

Claims (9)

1.一种用于确定制动部件的剩余寿命期望值的方法，所述方法包括：
提供识别车辆的运行状况的车辆参数；
使用所述车辆参数来将所述车辆的制动器做的功确定为制动功；
使用所述制动功来确定制动转子温度；
使用所述制动转子温度来确定所述制动部件的疲劳损伤；
积累所述疲劳损伤以确定所述制动部件的累积疲劳损伤；以及
将所述累积疲劳损伤与损伤限值进行比较，以提供所述制动部件的剩余寿命期望值的估计。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述制动部件是车辆制动转子，并且所述疲劳损伤是基于热能和机械能的损伤计算，并且所述方法还包括：
使用所述制动转子温度来确定基于能量的制动转子磨损；
积累所述制动转子磨损以提供所述车辆制动转子的厚度的估计；
基于所述车辆制动转子的暴露时间来计算氧化制动转子磨损；
通过将所述氧化制动转子磨损和所述基于能量的制动转子磨损求和来计算所述制动转子磨损；以及
使用所述制动转子磨损来确定所述车辆制动转子的所述累积疲劳损伤。
3.根据权利要求2所述的方法，其中通过将所述车辆制动转子的所述暴露时间缩放预定的氧化磨损参数来计算所述氧化制动转子磨损。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述预定氧化磨损参数特定于所述车辆制动转子的材料。
5.根据权利要求1所述的方法，其中提供车辆参数包括提供制动转子摩擦材料、制动转子冷却速率、车辆质量、道路坡度、动态制动配比、车辆重量分布、车辆速度、车轮速度和制动压力。
6.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述制动功包括从所述车辆的所述制动器做的总功减去阻力值，其中所述阻力值是减小所述总功的力。
7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述制动功包括将制动力确定为制动压力乘以制动转子面积乘以制动转子摩擦系数。
8.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述制动功包括将制动功率确定为由所述车辆产生的扭矩乘以所述车辆的速度除以车轮的滚动半径。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括使用远程信息处理来通知所述制动部件的所述剩余寿命期望值估计。
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