CN111094784B - 车辆制动器健康监测 - Google Patents

Abstract

公开了一种车辆制动器管理的方法和系统。在一个或更多个测试条件下执行车辆制动器测试，以输出制动器性能的测量结果。使用制动器性能的测量结果来生成对于预定使用条件的当前车辆制动器效能的值。将数学模型应用于所述当前车辆制动器效能的值，以预测随着车辆使用在制动器效能方面的下降。使用数学模型来确定所述预测的下降与车辆制动器效能的阈值相交的点，并且输出与所述相交的点相对应的车辆使用程度的指示。该方法和系统可以用于监测制动器性能是否符合法规和/或可以用于生成制动器测试/维护安排。

Description

车辆制动器健康监测

技术领域

本发明涉及用于监测、测试和/或维护车辆制动器的系统和方法，例如，用于如下目的：在车辆的制动器的整个使用寿命内将车辆的制动器的性能维持在车辆的制动器能够产生满足车辆减速法定要求所必需的制动力的水平上。

背景技术

为了改善制动器的性能，已经做了许多良好的工作，结果是，车辆操作员目前必须应对的唯一与制动器相关的主要问题是制动器的工作表面上低摩擦力膜的积累。这些膜(在行业中被称为“釉(glaze)”)由结合有从摩擦材料内移出的热塑性元素的环境污染物形成。因为它们可以严重地减小车辆的制动器可以产生的制动力，所以它们造成问题。

车辆的法定年度车辆适航测试包括制动器性能测试，但是因为在年度测试之间的时间段内车辆的制动器的性能可能会严重恶化，所以要求车辆操作员实施进一步的定期测试。这些定期测试可能需要每年实施四次或更多次，并且给车辆操作员带来负担。

目前道路车辆上使用的两种类型的制动系统是盘式制动器和鼓式制动器。盘式制动器具有固定的摩擦块和旋转的金属盘，而鼓式制动器具有固定的摩擦衬片和旋转的金属鼓。每种类型的制动器通过在固定构件与旋转构件的工作表面之间产生摩擦抓握力而进行操作，由此允许固定构件向旋转构件施加减速转矩。该减速转矩传递至轮胎，以在轮胎与道路表面之间的交界处产生车辆制动力。

车辆制动系统通常被设计为提供制动力，当制动器的工作表面处于良好状态时，制动力可以使任何载荷下的车辆以约6米每秒每秒(6米/秒²)减速。当车辆在使用中时，车辆的制动器的工作表面上的釉积累使制动系统可以产生的制动力逐渐减小。法定要求是制动系统必须能够使车辆以最小5米每秒每秒(5米/秒²)减速。因此，通常存在制动系统性能的安全操作范围，在该安全操作范围内，可以使车辆以6米/秒²到5米/秒²的速率减速。

目前，使制动器性能可以维持在该最小水平或者高于该最小水平的唯一方式是：当釉已经使制动系统的减速能力降低至5米/秒²时，更换制动器的工作表面上的摩擦材料，尽管在该阶段，可能已经使用了摩擦材料的不到其全部磨损寿命的一半。

从商业角度来看，注意到，在摩擦材料的最大可能工作寿命结束之前更换摩擦材料导致增加这些材料的销售。因而，迄今为止，有较少的商业动机来解决釉积累相关联的问题。

一个具体问题在于，目前的规定仅在测试车辆制动器时评估合规性，这意味着需要在上述的定期间隔进行测试。假定紧接车辆制动器测试之前更换了制动器摩擦材料(此时制动器将被认为是合规的)，则车辆操作员可能继续操作具有不安全制动器的车辆，而不受处罚。

此外，仅能对极少百分比的车辆进行由遵守车辆制动器测试要求的负责监管当局进行抽查。这样的抽查的结果揭示，相当大百分比的车辆操作员不完全合规。这意味着，车辆操作员目前允许具有如下制动器的车辆在道路上：这些制动器可能无法产生所需的制动力，特别是在紧急情况下。必须降低由于制动器性能削弱而造成的受伤或死亡风险。

本发明的目的是提供一种用于减轻以上确定的问题中的一个问题或更多个问题的系统。可以认为本发明的附加目的或可替代目的是改善可以评估/监测车辆制动器性能的方式。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种车辆制动器性能管理的方法，包括：执行车辆制动器测试，以输出当前车辆制动器效能的测量结果；将所述当前车辆制动器效能的测量结果插入到数学模型中，以预测随着车辆使用在制动器效能方面的下降；确定所述预测的下降与车辆制动器效能阈值相交的点；以及输出与所述相交的点相对应的车辆使用的指示。

该方法可以包括输出车辆的制动器测试安排，例如，在需要另外的制动器测试之前车辆使用的所安排的时间段/程度。

车辆使用可以包括车辆行驶距离和/或车辆使用的持续时间/时间段。

该方法可以包括当接近、满足或超过车辆使用程度时，输出警报。该方法可以包括当接近、满足或超过预测的或测量的使用程度时，输出警报。

可以将制动器效能的下降建模为曲线，例如使用数学模型。数学模型可以包括或者可以不包括曲线的数学定义。曲线可以包括圆或椭圆的一部分/弧。

可以基于多个车辆制动器测试结果来对制动器效能的下降进行建模。

可以使用各个车辆制动器测试结果来对数学模型例如数学模型中的一个或更多个参数进行更新。

对于各个车辆和/或各个车辆制动器测试结果，可以保存数学模型例如包括数学模型中的一个或更多个参数值的记录。可以保存限定制动器性能的预测的下降的等式例如包括等式中的一个或更多个参数值的记录。

可以为各个车辆维护车辆制动器测试结果记录。可以为多个车辆维护中央记录，并且基于多个不同位置处的车辆制动器测试结果对中央记录进行更新。

车辆使用的指示可以包括在车辆制动器效能阈值内的可接受车辆使用的指示。该方法可以包括追溯车辆制动器效能的历史下降和车辆使用的其中所述下降与车辆制动器效能阈值相交的过去的点或程度。

根据本发明的另一方面，提供了一种车辆制动器性能管理的系统，包括：一个或更多个车辆制动器测试系统，该车辆制动器测试系统设置成输出当前车辆制动器效能的测量结果；数据存储器，该数据存储器包括车辆标识符和各个车辆标识符的历史车辆制动器测试结果的记录，该数据存储器设置成用由车辆制动器测试系统进行的各个测试的测试结果进行更新；车辆制动器监测仪，该车辆制动器监测仪设置成接收车辆制动器测试结果并且根据数学模型处理测试结果，以预测随着车辆使用在制动效能方面的下降，其中车辆制动器监测仪确定所述预测的下降与车辆制动器效能阈值相交的点，并且输出与所述相交的点相对应的车辆使用的指示。

车辆制动器测试系统与数据存储器之间的通信可以在车辆制动器测试完成/执行时自动进行。

本发明的方法/系统的示例可以记录以下中的任一项、以下的任意组合或以下全部：

(a)相对较低的制动压力下的制动器性能(例如，大大低于峰值制动器性能)；

(b)在施加瞬时剪切力之前的峰值制动器性能(例如，通过从低制动压力下的制动器性能外推而计算)；

(c)在施加瞬时剪切力之后的峰值制动器性能；

(d)在每次施加之后制动器性能下降的预测速率；

(e)当施加瞬时制动器管路压力时制动力积累速率；

(f)在车辆的整个使用寿命内，车辆上的各个制动器的性能。

根据任何先前的权利要求所述的方法、系统或数据载体，其中车辆使用的指示包括在车辆制动器效能阈值内的可接受车辆使用的指示。

在本发明的一些示例中，可以安排和/或进行车辆制动器的摩擦材料的去釉操作。去釉操作可以包括车辆制动器测试的一部分，和/或可以使用车辆制动器测试台/系统进行。相应地，在此通过引用而将申请人的在先专利申请PCT/GB2017/052750(该专利申请涉及车辆制动器摩擦材料去釉和监测)并入在内。

本发明不要求对由车辆操作员进行的作为其例行/年度测试的一部分的制动器性能测试进行任何改动，制动器性能测试的目的是简单地测量制动器性能。此外，如果由于本发明的操作而实施的临时测试，可以用于至少部分地通过去除导致性能恶化的一部分釉或者全部的釉来恢复制动器性能。

本发明特别适用于商用车辆，诸如重型货物车辆。

附图说明

现在将参照随附附图来描述本发明的某些实施方式，在附图中：

图1以线3示出了当车辆在使用中时制动器效能下降的典型图示，并且通过线5和线6示出了制动器效能的安全操作范围4。

图2示出了不同车辆或不同车辆使用情况的制动器效能下降的不同图示。

图3示出了制动器效能下降的数学定义的示例。

图4示出了从车辆制动器测试结果推导的模型化的制动器效能的下降的示例。

图5以线12示出了维持在安全操作区域4的上部分13内的制动器效能。

图6以线14示出了通过应用釉去除过程(仅部分地去除在应用之间积聚的釉)而提高的制动器效能。

图7以线17示出了在应用釉去除过程之后制动器效能下降的预测速率。该图还示出了车辆行程18，在该车辆行程18处将需要另外的应用以将制动器效能保持在上部分13内，以及车辆行程19，在该车辆行程19处需要另外的应用以将制动器效能保持在安全操作范围内。

图8示出了车辆的制动器效能纪录的示例。

图9示意性地示出了与装配至车轴32的下拉固定装置31接合的施力器33的端部视图。

图10示出了安装在轴杆24上并且与车轴32接合的施力器33的侧视图。

图11示出，在制动器的安全操作范围4的放大部分内，当制动器管路压力接近6.5巴时，通过釉去除实现的制动力积累速率的增加。

具体实施方式

我们的研究已经发现：

·当车辆在使用中时，制动器的工作表面上的釉积累取决于多种因素，主要因素是制动模式和摩擦材料的釉阻力。

·如图1所示，制动器效能的下降为S曲线的形式。车辆行程的每公里下降速率初始较低，但是随着釉积累以3或更多的因数增加，直至制动器效能掉出安全操作区域的水平。一旦已知特定车辆的S曲线，就可以预测制动器效能下降的未来路径。

·可以使用数学算法或模型来预测制动器效能的下降，例如通过将下降拟合到图1所示类型的预定图表或数学表达式。例如，可以使用多项式来定义制动器效能下降。

·当前/测量的制动器效能可以作为模型的输入，并且可以通过从可用测试结果进行外推来对相关曲线进行数学性地建模，以预测未来的制动器效能水平。

·对S曲线的下部分进行建模不太重要，并且可以简化数学模型以预测曲线的上部分，以便评估制动器朝向不可接受的水平下降。

·用于预测制动器效能下降的数学模型可以适应釉去除操作，例如如图5至图7所示的，并且可以预测需要程序的下一次应用以维持制动器效能的车辆行程。

·可以在每次应用用于釉去除的瞬时剪切力之前以及之后测量制动器性能。可以使用软件来预测在釉去除应用之后制动器效能的下降路径。如果需要的话，可以在釉去除之后重新运行制动器效能下降的数学模型，并且可以提供在车辆的整个寿命内监测制动器效能的方法，无论是否实施了釉去除操作。

研究发现的实现

使用常规的辊式制动器测试仪，可以在进行测试的同时生成当前制动器性能的结果。在常规情况下，不知道车辆制动器性能的未来下降。如果在不同的时间点进行常规的车辆制动器测试，则可以相对于车辆行驶距离，回溯性地记录制动器性能结果。然而，目前没有方法预测未来下降或者明确车辆制动材料何时已经发生变化。此外，对于每次测试，可能不使用相同的制动器管路压力和/或制动器管路压力的增加速率，并且因此相对于制动下的车辆减速的法律要求，难以有意义地将测试结果相比较。

本文所述的方法处理车辆测试数据结果，即经测量的制动器性能数据，并且应用数学模型，以生成表示制动器在使用时间段内(例如制动器的整个使用寿命或使用寿命的一部分)的效能的连续下降路径。

在本示例中，使用辊式制动器测试仪来生成由车辆制动器对各个车轮实现的制动力的测量结果。在测试时，还将记录以下内容：由受测试的(一个或更多个)车轮所承载的重量；授权车轮/车辆承载的最大重量；以及在测试期间应用的制动器管路压力。制动器管路压力读数提供了测试期间应用至制动器的程度的测量。

根据本发明的示例，计算机处理器使用软件来处理该输入数据，以：

a)通过外推法计算制动器在预定制动器管路压力下可以提供的制动力，即，其中预定制动器管路压力值与在测试期间使用的制动器管路压力不同。外推法可以在假设制动力随制动器管路压力增加而可预测地增加的情况下进行。数学模型可以包括定义制动器管路压力与制动力之间关系的算法/表达式。在该示例中，进行计算以确定制动器管路压力为6.5巴时会提供的制动力。

b)计算如果车轮承载着授权该车轮承载的最大重量，在预定制动器管路压力下，由制动器可以实现的减速速率。在经测试条件下对制动器进行该计算，即以提供当前减速值。

c)根据数学模型，使用经计算的减速速率，生成衰减路径。数学模型还可以使用先前计算的减速速率的一个或更多个另外的值，例如，作为在较早的制动器测试事件处计算的较早衰减速率。

数学过程可以被概括为(i)将原始测试数据转换为车辆减速数据，以提供车辆制动器效能的值，以及(ii)在数学模型内使用经确定的减速数据，以生成或更新车辆制动器的制动器效能的衰减路径。

根据用于确定制动器效能随车辆使用下降的合适数学模型的定义而继续以下描述。

图1通过线3示出了当车辆在使用中时制动器效能下降的一种示例图示。数学表达式可以拟合曲线的精确形状。这将表示制动器摩擦材料及其使用方式的单个实例的制动器效能下降。

图1还示出了线5与线6之间的阴影区域4——安全操作范围，线5表示使车辆以6米/秒²减速所需的制动器效能，以及线6表示使车辆以5米/秒²减速所需的制动器效能。虽然在此线6具有车辆减速的特定阈值，但是将认识到，根据制动可接受性所需的预定水平，可以在本发明的范围内改变特定值。因而，可以确定制动器效能将恶化至不可接受水平的点，例如，线3与阴影区域4的下阈值相交处。

不同的车辆、摩擦材料和驾驶员行为(例如，多么积极地/频繁地使用制动器)均会影响曲线3的形状。因而，各个车辆会有其自身特定的下降曲线/路径。图2示出了三条这样的不同路径7、8、9的示例。然而，这些路径将具有相似的形状，并且因此可以使用通用方法共同地对所有路径进行建模。

曲线族可以通过改变数学表达式中的一个或更多个变量来表示不同的摩擦材料和/或车辆使用概况/情况，例如，根据制动系统的已知的或可预测的操作参数来适应制动下降中的某些变化。

转到图3，示出了数学模型的一种示例，该模型使用一个或更多个圆弧来确定制动器效能的下降路径。在图3的模型中，第一圆10用于限定下降的初始部分，例如高于阈值6，以及第二圆11用于限定下降的较后部分，例如低于阈值6。如图3所示，第一圆的中心位于减速速率相对车辆使用程度的曲线图的y轴上。

已经发现使用圆弧的概念在以下非常实用：

(i)所有衰减路径均可以由两个相接触的圆的部段来描述：半径为“r”的第一圆10，该第一圆的上止点位于(阈值+a)的制动器性能处，其中“a”是制动器效能超过阈值6的量(在该示例中为5米/秒²)；以及第二圆11，该第二圆在制动器效能的阈值水平处接触第一圆，并且半径为“kr”，其中“k”是接近1但不必恰好是1的数。

(ii)高于阈值6的所有路径均可以来自第一圆10；

(iii)低于阈值6的所有路径均可以来自第二圆11；

(iv)路径彼此不同之处仅在于它们具有不同的半径。

(v)即使没有任何车辆或车辆的制动器的现有知识，也可以仅从三个测试结果生成所有路径；或者如果其中一个测试结果提供了上止点性能的测量结果，则仅从两个测试结果生成所有路径；

(vi)如果制动器摩擦材料已经发生变化并且对于先前的制动器材料的制动器效能下降是可用的，则可以从1个测试结果生成对于当前制动器摩擦材料的下降路径。

虽然可以用这种方式对整个下降进行建模，但是对于大多数应用来说，下降路径的在与阈值6相交之前的初始部分是最重要的，因为应维持制动器的操作使得当在使用中时高于阈值。因而，在本发明的一些示例中，该模型可以仅包含由第一圆10限定的路径。

确定新车辆的制动器效能的衰减路径的过程可以如下。车辆的制动器上的初始摩擦材料将处于原始状态，并且因此各个制动器上的第一制动器测试将确定该制动器的上止点值。这与第二测试结果一起，将允许计算制动器的效能的初始衰减路径——从上止点值向下延伸至5米/秒²性能的路径。测试结果和衰减路径可以被记录为车辆制动器纪录。

此后，将在以后的每次制动器测试中计算衰减路径，并且将所计算的衰减路径保持在制动器的纪录中的适当位置，至少直到它被从相同摩擦材料的下一次测试结果计算的路径所代替。第三测试结果与第一测试结果和第二测试结果一起，将允许计算更准确的衰减路径，例如，作为容纳三个点的最佳拟合路径。从第四次测试起，将从该阶段可用的所有测试结果计算最佳拟合路径。在初始摩擦材料的最终测试中生成的路径将作为永久纪录被保留，并且将转交其副本以提供在任何车辆行驶距离处的初始摩擦材料的效能的测量结果。

以这种方式，该模型可以在每次制动器测试中提供连续且尽可能准确的下降路径的模型。

虽然在上面的示例中已经使用了圆弧，但是可以限定最好地表示制动器效能相对于车辆制动系统的使用程度(在该示例中，由车辆行驶距离表示)的路径或预测图的任何数学关系的数学表达式，其包括从实际测量测试结果推导的多个可用点。可以生成合适的多项式，以最佳地匹配可用数据。在其他示例中，可能的是可以使用衰减路径的直线限定。

在图4中，使用从制动器测试结果获得的可用点P1、P2和P3生成合适的曲线3A。

所得到的曲线3A因而表示制动器的摩擦材料的性能/效能的预期下降(例如，由于釉积累)。制动器效能将变得不可接受的点由点P4表示，即曲线3A与最小阈值线6相交的点。这也可以被描述为曲线3A离开可接受区域4的点。

因而，可以将当前制动器测试结果P3与经预测的阈值点P4之间的车辆使用程度计算为值D1，例如，通过从P4处的经预测的阈值行驶距离减去点P3处的车辆的当前行驶距离。

该信息可以用于生成输出信号，该输出信号指示在达到阈值之前车辆使用的剩余许可程度，或者该输出信号从在达到阈值之前车辆使用的剩余许可程度导出。该输出可以用于生成以下中的任一项或以下的任意组合：

-何时必须进行下一次车辆制动器测试的指示，例如，根据值D1，表示为其中必须进行下一次测试的界限。下一次测试可以被安排成与值D1一致，或者先于D1不久。

-何时必须进行车辆制动器测试/检查或维护操作的指示，例如，与D1一致，或者先于D1不久。

-何时必须更换车辆制动器摩擦材料的指示，例如，与D1一致，或者先于D1不久。

由于本公开的主要目的是帮助确保符合要求以保持制动器性能的最低可接受水平，所以可能不需要对整个S曲线形状进行建模，并且替代地只需要对S曲线的上部分进行预测，例如作为更简单的弧/曲线。因而，数学模型可以只对制动器效能的下降加速的区域内的曲线进行建模，例如在下降速率恒定或者减速的点(如图4中曲线的下半部所示)之前。

在一种示例中，可以根据点P1、P2与P3之间的三角关系来对曲线的相关部分进行建模，以限定通过这些点的部分/弧、或圆、或椭圆。该示例仅用于便于解释，并且将认识到，根据要建模的制动器性能下降的准确度水平，可以使用其他数学关系。

在该示例中使用三个点P1、P2和P3足以限定包含这些点的单个圆/椭圆。通过选择与三个点中的每个点等距(或者尽可能接近等距)的点，可以限定圆的中心，由此半径由从P1、P2或P3中的任何一者到等距点的距离表示。

如上所述，可能的是仅两个点可以用于生成预测的下降路径，例如，如果当将新的摩擦材料安装在车辆制动器上时进行第一次测试，使得第一点表示最大值，即路径的与y轴对齐的上止点。

在另一种示例中，如果制动器的摩擦材料已经更换并且该制动器的先前摩擦材料的历史制动器效能下降是可用的，则可以将先前记录的下降应用于新的材料。预计到，新的材料的单个测试结果可以用于限定新的下降路径的单个点。然后可以将先前的下降叠加到单个点上，以为当前摩擦材料提供新的预测的下降路径。已经发现，新的摩擦材料在同一车辆制动系统上的顺序衰减与先前的摩擦材料遵循非常相似的路径，并且因此即使在第一次制动器测试时该技术也能提供准确预测的下降路径。

在任何示例中，已经发现本文描述的技术提供了制动器效能随车辆使用而下降的高准确度近似，其可以预测制动器效能将变得不可接受/非法的点。

该技术的输出可以另外地/可代替地用于监视遵守最小制动器效能阈值的车辆操作员。例如，如果车辆操作员在图4所示的点P4之前没有进行并且记录后续制动器测试，而是代替地只在P5(即，在摩擦材料已经更换之后)进行测试，则在现有的常规方法下，制动器将被认为当前是安全的，并且无法证明不符合P3与P5之间的最小阈值。

然而，使用模型化的制动下降3A，其中装配了新的制动器摩擦材料并且在P6处立即进行测试，则测试结果可以用于推断摩擦材料已经被更换，因为与P3相比的性能未以预测的方式下降。即使没有记录新的制动材料测试，P5与P3的比较也会立即表明预期值与实际值之间的不一致。

此外，可以将车辆使用程度(即车辆行驶距离)与P4处的预测许可程度进行比较并确定两者之间的差D2。因而，该差可以被计算以回溯性地指示制动器性能低于最小阈值6的车辆使用程度D2。以这种方式，可以使用该模型预测性地或回溯性地来确定制动器效能的连续路径。

即使在装配新的制动器摩擦材料时未对制动器性能进行测试(例如，如果不道德的车辆操作员试图避免检测)，在以后的例行测试中(例如，在点P6处)对制动器的测试仍然可以用于推断车辆制动器低于最小阈值6的使用时间段。例如，在P4之前生成的曲线可以在x轴的方向上变换/平移，直到包括点P6为止。然后，可以回溯性地遵循该曲线，直到其具有最大阈值(例如，新的制动器摩擦材料的经纪录的制动器性能的最大值)。因而，可以回溯性地确定制动器摩擦材料已被何时更换(即P5与P6之间的车辆使用程度)，并且可以如上所述的确定D2的值。

虽然这提供了简单但可操作的建模技术的示例，但是存在可以考虑的许多其他细节。例如，除了精确的点P4，数学模型可以输出预测的制动器性能与最小阈值相交的范围或区域。在一种示例中，正态分布可以应用于P4周围的可能点，并且可以选择相关范围内的适当边界。在另一种示例中，不同的制动器使用情况可以表示为所确定的D1值的百分比公差，例如根据摩擦材料通过使用磨损的最佳情况和最坏情况。在又一种示例中，可以通过根据可用的制动器测试结果(P1、P2、P3)改变数学算法或者通过改变曲线族的参数化定义的参数值来确定最佳情况和最坏情况的不同曲线定义。

在另一种示例中，为简单起见，在许多方面优选可以将简单公差应用于预测点P4，例如，表示为与P4的百分比差异，该差异仍然可以被认为处于车辆制动器使用的正常模式内。

在这样的示例中，可以确定和/或纪录预测要与阈值相交的区域。

未来的制动器测试可以将测试结果与预测点P4或者下降路径3A的进行车辆测试的点处的值进行比较，以确定是否合规。落入许可公差内的不匹配程度可以接受，而超出许可公差的不匹配可能导致产生警报。

可以回溯性地确定类似的阈值/区域，例如，当如以上关于点P6所描述的对先前的制动器性能进行建模时。

使用上述方法旨在避免惩罚可能无意侵入可能不安全的临界使用区域的车辆操作员。代替地，车辆使用的不安全和/或可申斥时间段仅相对于位于所确定的点P4周围的公差区域之外的区域来确定。

当在已经生成下降路径的初始定义之后，在各个随后的车辆制动器测试中使用本文描述的方法时，将创建车辆制动器效能的曲线图上的新的点。可以将现有下降路径与新的点进行比较，以确定是否存在匹配(例如，在可接受的公差程度内)。

另外地或可替代地，可以更新现有的下降路径以容纳新的点。设想到，可以调整下降路径，使得其是使用来自测试结果的所有可用点的最佳拟合。以这种方式，下降路径被更新以表示使用可用测试数据的最佳估计的未来下降。这确保了建模过程的持续准确性。然而，已经发现，即使没有该更新过程，本文所描述的建模技术仍然可以提供制动器效能随持续的车辆使用而下降的准确预测。

在车辆制动器摩擦材料寿命结束时，已经进行多次临时制动器测试，并且因而记录大量其他点以及下降路径。因而，在摩擦材料的寿命结束时，将会有可用的制动器效能下降的完整历史。这可以针对车辆而记录，并且可以用于预示对于使用新的摩擦材料的车辆的制动器效能的未来建模。此外，多辆车辆的累积数据可以用于验证或更新未来的建模过程。可以识别和说明不同品牌/型号的车辆、制动器材料和/或车辆使用模式之间的趋势。

为了实现上述的安排/监测方法，将认识到，将维护车辆测试性能数据的中央数据库。该数据库中针对上述示例的条目将包括：至少车辆标识符(例如，常规车辆标识符/登记)、车辆在测试点处的已记录的行驶距离、制动器测试结果和/或从测试结果推导的经推导的制动器效能指示符。

处理结果以生成曲线3可以由被编程为如上所述的对制动器性能建模的制动器测试控制器/处理器来进行，或者可以由中央机构(例如，管理中央数据库的机构)来进行，并且将输出传送至制动器测试系统或直接传送给车辆操作员。可以使用常规通信技术和协议来将相关信息/警报传送给车辆操作员。此外，可以使用常规计算设备/资源来进行数学建模。

可以向车辆操作员输出、显示和/或传送经预测的车辆制动器性能的图形化输出或图表，例如图4-图8中的任何一者所示的类型。这可以提供随附信息的情况，例如安排的未来车辆制动器测试/维护事件或警报。

该系统提供了改善的制动器性能纪录，以及车辆操作员可以了解其义务的方法。该系统还提供了可以评估车辆操作员行为的方法，例如回溯性地方法。尽管本文已经描述了各种不同的数学建模过程，其中每种过程均可能提供不同程度的准确度，但是所有这些过程均比不允许预测和使用连续的制动器效能下降路径的常规方法要好。

具有釉去除工艺的实现

可以使用标准车辆制动器测试程序来使用上述技术。常规的制动器性能是经由辊式制动器测试仪使用如下程序测量的：在滚筒旋转时以每秒1巴或更低的速率缓慢施加制动器管路压力。该程序不提供在紧急情况下瞬时可用的制动力的测量结果。

已经发现，使用辊式制动器测试仪非常快速地(例如，瞬时地)施加剪切力可以提供一种测量制动器可以产生制动力的速度的方法。这可以通过测量制动力从触发水平上升至更高水平(诸如其到达峰值水平)所需的时间来实现。制动器可以产生制动力的速度非常重要，使得其应作为所有制动器测试的组成部分，因为：

(a)在紧急情况下任何值的唯一制动力是立即可用的；

(b)平衡的制动要求所有制动器一起同时起作用，并且这只有当它们能够以相似的速率产生制动力时才是可能的；

(c)其对检查问题的必要性提供了早期警告，诸如压力管路中的流动约束、阀故障以及松弛调整器调整不正确。

还已经发现，通过施加瞬时剪切力——不同于目前对于制动器测试所使用的缓慢施加剪切力——制动器的工作表面上的釉可能会磨损成颗粒，当制动器在车辆上在原位时，这些颗粒可以通过重力或气流而被去除。相比较，当进行常规制动器测试时，使用缓慢施加的制动力用于使摩擦材料升温并且使釉对磨损的敏感性降低。

通过每次施加剪切力可以去除的釉的量取决于多种因素，主要因素是剪切力的大小、当施加剪切力时剪切力积累速率、施加剪切力时的温度、施加剪切力时釉的厚度以及驱动辊的旋转速度。随着剪切力的大小、剪切力的积累速率和驱动辊的旋转速度的增加，该量将增加，并且将随着温度的增加和釉厚度的增加而减小。

图5和图6示出了通过使用釉去除工艺延长制动器的工作表面上的摩擦材料的安全工作寿命的监测/建模。如下面所述的，使用车辆制动器测试系统进行釉去除工艺。因而，可以在釉去除时生成车辆制动器性能测试结果。

图5以线12示出了当以单次应用釉去除过程可以去除积聚的釉的量时，通过应用釉去除过程而保持在安全操作区域4的上部分13内的轻度釉化摩擦材料的制动器性能。当制动器性能处于较高水平时，在釉形成的早期去除釉是有效的，因为当釉缓慢积累时并且因此当去除每单位量的釉为车辆提供最大的安全行驶距离时，将釉去除。

图6以线14示出了在每次制动器测试时，通过釉去除过程提高的制动器性能，该釉去除过程仅部分地去除自上一次釉去除过程以来(例如在测试之间)积聚的釉。尽管部分地去除不能防止制动器性能下降，但是通过将摩擦材料的安全工作寿命从点15延长至点16，可以显著降低车辆操作成本。

对于图5和图6中的每种情况，在釉去除之前可能已经进行了多次车辆制动器测试，并且因此制动器性能的下降可能先前已经被建模。因此，在车辆制动器测试结果提供当前制动器性能值的情况下，可以从当前制动器效能值开始，使用车辆制动器已经可用的模型/曲线来外推制动器效能的预测的下降。因而，即使去釉之后的当前制动器效能水平低于先前纪录的该车辆制动器材料的最大水平，仍然可以外推制动器性能的未来下降。

在制动器的摩擦材料上进行的去釉过程的计数可以与制动器测试结果一起被记录。去釉计数可以输入到数学模型中。例如，去釉过程的计数可以影响建模过程的输出是否安排制动器测试、去釉过程或制动器摩擦材料的更换、以及相关事件的相关联时间。

图7以线17示出了在应用釉去除过程之后制动器效能下降的预测速率。它为车辆操作员提供了关于以下的指引：车辆行程18，在该车辆行程18处将需要下一次应用来保持在上部分13内，以及车辆行程19，在该车辆行程19处将需要下一次应用来保持制动器效能在安全操作区域4内。使用该方法，可以为车辆安排下一次釉去除过程和/或测试，由此车辆行程18表示最佳的釉去除点，并且车辆行程19表示确保车辆安全的截止期限。通过保持车辆的此类数据的记录，可以在以后的时间回溯车辆操作员的历史行为和制动器性能历史。

图8示出了通过瞬时地施加剪切力而可能实现的车辆制动器纪录的一种示例。以线20，纪录了三轴车辆的六个制动器中的每个制动器在每次制动器测试之前以及之后的制动器效能，并且以线21，纪录了每次测试之间的时间内制动器效能的预测的下降。三个月测试数据的四十个条目将提供10年的车辆使用寿命内制动器效能的纪录。

虽然在以上示例中，将行驶的车辆距离用作制动器使用程度的度量，但是将认识到，如果需要，可以代替地使用其他度量，例如时间或车辆使用时间。对未来事件的安排可以取决于安排的日期，例如假设在相关时间段内正常车辆使用。假设车辆上机载有所需的传感器，则可以探索车辆/制动器使用的其他度量。

下面的描述是关于车辆制动器测试系统的一种示例进行的，在该示例中也还包括去釉过程——尽管在其他示例中不需要使用去釉过程。

在图9中，车轮22的轮胎34示出在辊式制动器测试仪的驱动辊23上的位置上。控制器40接收用于测试过程的传感器数据，包括在证明由驱动辊23使车轮2旋转的情况下使用车辆制动器时所经历的制动力的测量。

图10还示出了与装配至车轴32的下拉固定装置31接合的施力器33的端部视图。施力器33由外部构件28、内部构件27和下拉装置30组成。车轴32承载有制动机构38(图9中虚线所示)，该制动机构要经受釉去除过程，以从制动器的工作表面去除釉。

施力器33固定至轴杆24，并且可以在3个轴线上自由移动，以允许施力器，通过应用熟知的计算机控制的电动、液压或气动装置，而沿着轴杆移动；围绕轴杆旋转；并且通过施力器的内部构件27相对于施力器的外部构件28的轴向移动来调整施力器的长度。由此，施力器可以从其缩回位置29(由虚线所示)移动至接合装置30与下拉固定装置31安全接合的位置。

当已经实现安全接合时，内部构件27缩回到外部构件28中，由此向下拉装置30施加下拉力，以将车轮22上的负载以及因此驱动辊23与轮胎34之间的抓握力带至向制动机构的工作表面施加期望剪切力水平所需的水平。

图10示出了安装在轴杆24上并且与车轴32接合的两个施力器33。将有一个或更多个下拉固定装置31被装配到车辆的每个车轴上或者装配到车辆的每个车轴附近。

图11示出了，在安全操作范围4的放大部分内，随着制动器管路压力接近6.5巴(车辆上通常可获得的最大压力)，通过釉去除实现制动力积累速率的增加。示出制动力上升至点35，并且还示出了较低的制动力36，如果未应用釉去除将会获得该较低的制动力。制动力从36到35的增加37提供了通过去釉获得的制动器性能改善的测量，例如，与图5-图7所示的制动器性能的增加相对应。

去釉过程将在移动式或固定式的辊式制动器测试仪上进行，该测试仪具有运行多个模块的机器可读代码(例如，以一个或更多个软件应用程序或程序的形式)的计算机/控制器40。控制器可以选择性地运行以下中的任一者：标准制动器测试程序、以及去釉和测试组合程序。组合程序将向操作员输出指令，以便以瞬时的方式施加制动器管路压力来进行去釉。如下面进一步详细描述的，控制器可以监测和纪录该过程。在一些其他示例中，控制器可以控制该过程的一个或更多个操作变量。预设到，本发明的采用将初始依赖于使用现有的辊式制动器测试硬件，例如，使得控制器输出用于手动操作员实现的指令。

辊式制动器测试仪将访问(在测试仪存储器内、或者通过局域网或广域网连接至存储器)数据存储器，该数据存储器包含携带有要测试和/或去釉的制动器的车辆的所有相关细节，使得测试仪能够识别车辆并且对车辆纪录进行读操作/写操作。这些结果通常将被传送至中央数据存储器和监测设备，以便以本文描述的方式进行处理。然而，如果需要，控制器40可以同样地执行对相关数据的处理步骤以及对制动器性能曲线进行建模。

潜在优势

本发明可以在允许在测试之间在先地或回溯性地外推车辆制动器效能的测量结果方面非常有用。本发明可以允许关于制动器效能何时将变得不可接受的未来预测。这可以用于安排车辆的下一次制动器测试或车辆制动器摩擦材料的维护/更换。另外地或可替代地，如果车辆制动器已被更换并且被测试，导致当前制动器效能是可接受的，本发明可以允许识别车辆制动器效能是可接受的或是不可接受的历史车辆使用的窗口。

代替常规、例行制动器测试循环，本发明可以允许生成特定于关注车辆及其自身特定制动器测试结果集的动态车辆制动器测试安排。也就是说，测试或维护事件之间的车辆使用的许可程度可能因车辆而异，而不是所有车辆具有共同的预定/固定值。

本发明可以减少车辆操作员对频繁制动器测试的需要。对制动器性能下降的准确预测可以取消部分或全部中期测试的需要，并且代替地可以在预测到车辆制动器变得不符合要求之前不久安排合适的测试事件。

虽然不同车辆的下降路径可能不同，但是已经发现，单个车辆的后续路径与在前的曲线极其相似。因此，在确定车辆的第一曲线(和/或通过随后测试验证)之后，可以对以后的曲线使用相同的数学表达式或曲线形状。在进行去釉、更换制动器摩擦材料或进行其他制动器维护工作之后，所需的只是立即对制动器进行测试，以确定当前的最大制动器性能。然后，在前的曲线可以拟合到新的/当前的制动器效能的最大值(例如，通过去除在前的曲线的高于新的最大值的任何部分)。

因而，该曲线可以变换到当前的制动器效能，以根据现有模型来预测未来的下降。也就是说，车辆的路径是一致的，并且因此一组摩擦材料的路径可以安全地用于预测下一组和/或之后的后续组的路径。

如果需要，安全制动器效能区域的路径可以简单地建模为具有不同半径的圆的部段。一旦已经确定了任何特定车辆的制动器的相关半径，在较低的车辆行程增量下少至2或3次的测试可以确定制动器的长期性能。

使用本发明产生的结果：

(a)可以由摩擦材料制造商使用，以设计各类车辆的最佳材料配方。

(b)可以由车辆操作员使用，以确定每类车辆的最佳材料。本文所述的系统/方法还可以对于车辆操作员有用于帮助车辆操作员限定和选择在初始性能、性能下降的速率和容易釉去除方面最符合他们的需要的摩擦材料。

(c)可以由监管机构使用，以监测制动器合规性。

(d)可以减少所需的测试次数——当装配新的摩擦材料时进行一次测试，以及刚好在需要更换材料之前进行另外一次测试。

(e)可以与釉去除或其他制动器维护工作结合使用。

(f)可以允许实现最大限度地安全使用摩擦材料，不确定性较小，使得不需要比必要时间更早地去除摩擦材料。

本文公开的监测方法和系统可以有助于设计摩擦材料配方，该配方在短期内是耐釉的并且有望在更长期内是无釉的。目前，摩擦材料制造商没有商业动机来开发耐釉材料。为车辆操作员提供预测可用的各种摩擦材料的安全车辆行驶距离的现成方法可以激励摩擦材料供应商之间的竞争。

通过提供在测试之间制动器效能的连续测量结果而链接测试结果，将解决“恶意”操作员的问题。知晓任何车辆在任何时间段内未安全操作均会有永久纪录——交通专员(签发许可操作的人)；保险人以及警察和法院可获得的纪录——对于此类车辆操作员将是非常有说服力的威慑。

本发明的潜在益处可以超出对车辆制动器的立即安全关注和监测，并且可能另外地/可代替地为行业提供非常强大的工具来激励其他发明。

Claims (16)

1.一种车辆制动器性能管理的方法，包括：

在一个或更多个测试条件下使用辊式制动器测试仪执行车辆制动器测试以输出一个或更多个制动器性能的测量结果；

使用所述制动器性能的测量结果来生成对于预定使用条件的当前车辆制动器效能的值；

向所述当前车辆制动器效能的值应用数学模型，以对随着车辆使用而在制动器效能方面的下降进行预测；

经由所述数学模型对所述预测的下降与车辆制动器效能的阈值相交的点进行确定；以及

输出与所述相交的点相对应的车辆使用程度的指示。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或更多个测试条件包括车辆重量值和所施加的制动器管路压力值。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述预定使用条件包括最大许可车辆重量值和/或固定制动器管路压力并且其中生成当前车辆制动器效能的测量结果包括接收下述各者中的任一者、下述各者的任意组合或者所有下述各者中的一个或更多个值：

关于车辆的行驶距离；

由受测试的车轮所承载的重量；

受测试的车轮或车辆的最大许可重量；

在测试期间所应用的制动器管路压力；

在测试期间所实现的所述制动力。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述指示包括用于进行另外的车辆制动器测试的车辆使用值或界限，所述使用值被确定在所述相交的点处或者是在所述相交的点之前的预定量处。

5.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，包括回溯性地确定所述预测的下降已经在先前与所述阈值相交的点，和/或回溯性地确定所述制动器性能低于所述阈值时的车辆使用程度。

6.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，所述数学模型包括制动器效能下降的多项式定义，并且提供随着车辆使用而在制动器效能方面的下降的连续路径。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述制动器效能下降的所述多项式定义为一阶多项式或二阶多项式。

8.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，将所述在制动器效能方面的下降建模为圆或椭圆的圆周的一部分。

9.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，使用来自相应的多个不同的制动器测试的车辆制动器效能的多个测量结果来确定所述在制动器效能方面的下降，将所述下降通过所述数学模型定义为包括所述车辆制动器效能的所述多个测量结果的最佳拟合路径。

10.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，使用来自另外的制动器测试的车辆制动器效能的另外的测量结果来对所述数学模型和/或下降路径进行更新。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述数学模型是自适应的以及/或者自动地更新所述下降路径，以适应所接收到的车辆制动器效能的另外的测量结果。

12.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，应用所述数学模型包括应用先前记录的对于先前使用的制动器摩擦材料生成的在制动器效能方面的下降。

13.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，包括对在所述车辆制动器测试期间由所述车辆制动器产生的制动力的积累速率进行记录。

14.一种用于车辆制动器性能管理的系统，包括：

一个或更多个用于车辆的辊式制动器测试系统，所述辊式制动器测试系统设置成输出当前车辆制动器效能的测量结果；

数据存储器，所述数据存储器包括车辆标识符和对每个车辆标识符的历史车辆制动器测试结果的记录，所述数据存储器设置成通过由所述辊式制动器测试系统进行的每次测试的测试结果来进行更新；

车辆制动器监测仪，所述车辆制动器监测仪设置成接收所述车辆制动器测试结果，并且根据数学模型处理所述测试结果，以预测随着车辆使用而在制动器效能方面的下降，

其中，所述车辆制动器监测仪对所述预测的下降与车辆制动器效能阈值相交的点进行确定，并且输出与所述相交的点相对应的车辆使用的指示。

15.一种包括机器可读指令的数据载体，所述机器可读指令用于对车辆制动器监测系统控制器进行控制以进行下述各者：

从一个或更多个车辆辊式制动器测试系统接收车辆制动器测试结果和相关联的车辆标识符；

从数据存储器检索所接收到的所述车辆标识符的一个或更多个历史车辆制动器测试结果；

根据数学模型对所接收到的车辆制动器测试结果和所述一个或更多个历史车辆制动器测试结果进行处理，以预测随着车辆使用的制动器效能的下降；以及

确定所述预测的下降与车辆制动器效能阈值相交的点。

16.一种车辆辊式制动器测试仪，所述车辆辊式制动器测试仪包括控制器和根据权利要求15所述的数据载体。

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