CN117377603A - 用于估计车辆的被制动元件和制动元件之间的残余扭矩的方法和装置 - Google Patents

用于估计车辆的被制动元件和制动元件之间的残余扭矩的方法和装置 Download PDF

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CN117377603A CN202280037879.XA CN202280037879A CN117377603A CN 117377603 A CN117377603 A CN 117377603A CN 202280037879 A CN202280037879 A CN 202280037879A CN 117377603 A CN117377603 A CN 117377603A
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    • G01L5/28—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for testing brakes

Abstract

一种用于估计车辆的被制动元件和制动元件之间的残余扭矩的方法，其特征在于以下阶段：获取所述制动元件的温度值；确定在获取该温度值时所述制动器是否被启动；如果所述制动器在所述获取时间未被启动，则接受所获取的温度值；如果所获取的温度值被接受，则使用来自具有输入变量的N维向量的N维计算模型的输入来自动计算参考温度；其中所述变量的N维向量至少包括所述制动元件的所获取的温度；其中所述N维计算模型是该制动器的热行为的分析或实验表征；通过将所接受的所获取温度与所计算的参考温度进行比较来估计残余扭矩。

Description

用于估计车辆的被制动元件和制动元件之间的残余扭矩的方 法和装置
描述
本发明涉及用于检测车辆中的残余制动扭矩的装置和方法。
发明内容
众所周知，残余制动扭矩是车辆中所见的在车辆实际未制动时由于制动衬块和盘之间的意外相互作用而产生的具有相对较小值的制动扭矩。
这种非常常见的状况是由制动卡钳的异常操作引起的，该异常操作在制动之后在盘和衬块之间维持残余接触。
这种接触状况的持续尽管很小，但仍维持近恒定残余制动扭矩，该残余制动扭矩在长期内对燃料消耗和制动衬块磨损具有相当大的影响。
关于CO2排放的新的EU6 715/2007/EC标准对排放制定了显著更严格的限制，迫使车辆制造商寻求创新的解决方案来减少排放。
在这种情形下，越来越重要的是检查制动系统的任何未达最佳的性能并且限制和防止残余制动扭矩的任何增加，以便减少燃料消耗，并且因此减少所导致的车辆排放。
迄今为止，很少有用于测量残余制动扭矩的系统。
这种类型的测量通常可在实验室中在测力试验台上进行，一般用于在制动系统开发期间试验和评估残余制动扭矩。
用于车辆的等效车载系统在本申请人所拥有的WO2018019438A1中示出。
用于测量卡钳间隙的传感器可商购获得以用于重型车辆应用。
然而，这些传感器仅测量整个卡钳的总间隙(即，两个制动衬块的间隙总和)以及它们与盘的距离。
仅可用于卡车应用的这些已知传感器不能区分两个制动衬块，仅测量几何距离，并且不执行对残余前进的阻力的实际测量。
本发明所提出的任务是克服已知技术的上述限制。
考虑到该任务，本发明的目的在于设计一种可针对每个制动衬块估计由于制动衬块和盘之间的不期望的相互作用而导致的车辆中的残余制动扭矩的装置和方法。
本发明的目的还在于构思一种实现对残余制动扭矩的实时估计的装置和方法。
本发明的目的还在于构思一种实现对残余制动扭矩的估计的装置和方法，该装置和方法可检测制动衬块和盘之间的最小间隙，从而帮助减小制动延迟。
本发明的另一个重要目的是设计一种可以与车载安装和应用兼容的方式来估计残余制动扭矩的装置和方法。
本发明的另一个重要目的是设计一种可以与车载安装和应用兼容的方式来估计残余制动扭矩的装置和方法，[将连接构件和记录构件连接到遥控系统]。
该任务以及这些目的和其他目的通过使用估计车辆的制动元件与被制动元件之间的残余扭矩的方法来实现，该方法的特征在于以下阶段：
获取所述制动元件的温度值；
确定在获取该温度值时该制动器是否被启动；
如果所述制动器在所述获取时间未被启动，则接受所获取的温度值；
如果所获取的温度值被接受，则使用来自具有输入变量的N维向量的N维计算模型的输入来自动计算参考温度；其中所述变量的N维向量至少包括所述制动元件的所获取的温度；其中所述N维计算模型是该制动器的热行为的分析或实验表征；
通过将所接受的所获取温度与所计算的参考温度进行比较来估计残余扭矩。
本发明还揭示了一种用于估计车辆的残余制动扭矩的装置，该装置包括：
制动元件，该制动元件包括制动盘；
制动元件，该制动元件包括耐磨摩擦材料块和用于所述摩擦材料块的背支撑板；
至少一个温度传感器，该至少一个温度传感器被配置和定位为检测所述背支撑板的温度；
电子控制单元，该电子控制单元连接到所述温度传感器，其中所述电子控制单元实现表示制动器的热行为的分析或实验表征的N维计算模型，其中所述电子控制单元被编程为：
从所述温度传感器获取所述背支撑板的温度值；
确定在获取该温度值时该制动器是否被启动；
如果所述制动器在所述获取时间未被启动，则接受该温度值；
如果该温度值被接受，则通过提供变量的N维向量作为所述N维计算模型的输入来自动计算温度参考值，这些变量至少包括所述背支撑板的所获取的温度；
通过将所接受的所获取温度与所计算的参考温度进行比较来估计残余扭矩。
附图说明
出于说明的目的，在本文所附附图中示出了各种实施方案，并且该说明的范围决不应以任何方式被解释为限制性。
所公开的不同实施方案的各种特征可被组合以产生附加实施方案，所有这些实施方案被认为是该说明的一部分。
图1示出了车辆的适当地配备有用于估计残余扭矩的部件的拐角的示意图；
图2A示出了两种基于时间的数据获取策略，图2B示出了基于启动事件的数据获取策略；
图3A、图3B和图3C示出了残余扭矩估计方法的优选实施方案的第一配置；
图4A、图4B和图4C示出了残余扭矩估计方法的优选实施方案的第二配置；
图5A和图5B示出了残余扭矩估计方法的优选实施方案的第三配置；
图6A和图6B示出了残余扭矩估计方法的优选实施方案的第四配置；
图7示出了用于估计残余扭矩的比较例。
具体实施方式
以下具体实施方式参考了附图，这些附图形成具体实施方式的一部分。
在附图中，除非上下文另有规定，否则类似的参考标号通常标识类似的部件。
具体实施方式和附图中所述的优选执行形式并非旨在进行限制。
典型地示出了车辆的仅一个拐角的部件，这些部件的特征应当理解为适用于所有拐角。
在不脱离本文所呈现的主题的实质或范围的情况下，可使用其他实施方案，并且可作出其他改变。
如本文大体所述并且如附图所示，本说明的各方面可被布置、替换、组合、分开和设计成种种不同的配置，所有这些配置都在本说明中明确设想和呈现。
根据本发明，如图1中示意性示出的，车辆拐角1适当地配备有至少制动盘10、耐磨摩擦材料块20、背支撑板40、耐磨摩擦材料块20和背支撑板40之间的任选后层30以及温度传感器100，该温度传感器被配置和定位为获取背支撑板40的温度。
温度传感器100是集成到背支撑板40中的接触式温度传感器或者是非接触式温度传感器。
另外，温度传感器100可被配置和定位为检测背支撑板40的表面温度或背支撑板40的平均温度。
例如，温度传感器100可定位在面向耐磨摩擦材料块20的背支撑板40表面上。
温度传感器100可定位在背支撑板40上并且定位为与面向耐磨摩擦材料块20的背支撑板40表面齐平。
然而，如果要检测背支撑板40的表面温度，则该表面可以是面朝或背对耐磨摩擦材料块20的背支撑板40表面。
温度传感器100可以是单独部件或者可以是丝网印刷的，直接印刷到金属背支撑板上；可通过组合不同类型的传感器来实现不同布置；可使用多个温度传感器来进行分布式温度监测。
制动元件可以是与由盘10表示的制动元件配合的制动衬块，如图1中以举例方式所示，或者是与鼓配合的夹爪。
用于估计残余扭矩的装置包括连接到温度传感器100的电子控制单元(ECU)200。
根据本发明的用于估计车辆制动元件的残余扭矩的方法提供：温度传感器100获取背支撑板40上所检测到的温度、温度信号的生成以及温度信号到电子控制单元(ECU)200的传输。
有利地，电子控制单元(ECU)200还连接到车辆上的多个辅助传感器并从这些辅助传感器接收输入信号。
辅助传感器包括从车辆速度传感器50、环境温度传感器51和制动踏板启动传感器52中选择的一个或多个传感器。
车辆速度检测和环境温度(即制动设备正在操作所在的车辆拐角的温度)的记录用于改进算法的性能和分辨率。
此外，其他传感器可结合到制动衬块中并连接到电子控制单元(ECU)200。
嵌入制动衬块中的传感器可包括在剪切应变传感器53和压力传感器54之间选择的一个或多个传感器。
创新地且有利地，根据本发明，计算算法300监督电子控制单元(ECU)200的数据收集、控制和输出。
有利地，由辅助传感器检测到的变量的信号用于接受由温度传感器100获取的温度值，并且还与所获取且接受的温度值一起被配置到计算算法300的N维模型的N维阵列输入中。
N维模型生成参考温度。
通过将所获取且接受的温度与所计算的参考温度进行比较来估计残余扭矩。
N维计算模型是制动器的热行为的分析或实验表征。
例如，N维计算模型由制动器的热能存储方程表示，其中等于通过辐射、传导和对流损失的热能的热输出能量等于由制动器的制动元件和被制动元件之间的接触摩擦产生的传入热能。
因此，参考温度通过用N维输入阵列馈送方程来计算，该N维输入阵列还包括假定已经产生参考温度的制动元件和被制动元件之间的残余压力或残余制动至扭矩(brake-through-torque)值。
为了估计具有多个识别水平的残余扭矩，可利用不同的残余压力值或残余制动通扭矩值来重复计算，这些残余压力值或残余制动至扭矩值将对应于不同的参考温度值。
例如，图7示出了所获取的温度T随时间推移的趋势，以及针对参考温度计算的各种值Trd1、Trd2、Trd3和Trdn。
通过校准曲线，例如，每个Trd1、Trd2、Trd3和Trdn与对应残余扭矩值rd1、rd2、rd3和rdn相关联。
因此，在图示的情况下，使用所获取的温度T和所计算的基准温度值Trd1、Trd2、Trd3、Trdn之间的比较来估计rd2和rd3之间的残余扭矩值。
有利地，根据本发明，车辆的每个拐角可配备有一个或两个制动衬块，带有或不带有上述传感器。
有利地，根据本发明，残余扭矩计算可由用于监督和控制的单个电子控制单元(ECU)来估计，或者由专用于车辆的每个拐角的单独电子控制单元(ECU)来估计。
有利地，根据本发明，可实时估计残余扭矩计算。
由于信号阈值的校准的自评估，所有获取和控制算法独立于车辆类型和/或制动衬块和/或驾驶风格：因此，有利地，对于不同的应用不需要调谐操作。
数据捕获可基于两种不同的策略：基于时间的策略或基于事件的策略。
有利地，根据本发明，残余扭矩估计独立于数据获取策略。
图2A示出了基于时间的数据获取策略：制动元件温度的基于时间的获取是基于在至少一个时间间隔内建立的采样频率。在车辆的整个操作期间，数据获取与预设且恒定获取周期(通常20秒至60秒，优选地30秒)同步。
获取独立于制动踏板启动而发生；记录踏板的启动。
图2B示出了基于触发事件的数据捕获策略：制动元件温度的时间获取基于从制动事件的触发所确定的获取时刻起的至少一个固定时间间隔内的连续采样捕获逻辑。启动制动踏板将在后续时间窗口(通常10分钟至60分钟，优选地30分钟)内触发数据的获取。
时间窗口内的数据捕获以预设且恒定的获取周期(通常20秒至60秒，优选地30秒)发生。
在已经开放的时间窗口内对制动踏板的任何启动触发从制动踏板启动事件开始的后续时间窗口。
图3A、图3B和图3C中示出了根据本发明的残余扭矩估计方法的实施方案的第一优选配置。
图3A示意性地示出了系统的架构配置。
该架构包括至少一个温度传感器100、一个环境温度传感器51、一个速度传感器50、一个制动踏板启动传感器52以及一个电子控制单元(ECU)200，该ECU通过用算法300处理信号来提供对残余扭矩500的估计。
图3B示出了残留扭矩估计方法的第一逻辑流程。
由环境温度传感器51检测的车辆拐角中的环境温度检测用于制动衬块的背支撑板40的温度传感器100所检测到的温度的季节性校准。
对残余扭矩500的初始估计通过计算区段310和区段320获得，该计算区段评估所检测温度的时间的一阶导数，该区段基于制动状态对该一阶导数进行处理：这获得即时信息，特别是对于高水平残余扭矩的情况。
计算区段330基于从温度传感器100接收的如环境温度传感器51所校正的数据、计算区段320所处理的数据(如上所示)、制动踏板启动传感器信号52以及车辆速度传感器50所检测到的速度来执行非制动条件下的温度选择。
计算区段330通过使用低通滤波器对计算区段340中获取并接受的温度进行滤波，以消除高频峰值和分量。
计算区段330还使用传感器100所检测到的有组织的制动衬块温度数据、传感器51所检测到的环境温度、传感器50所检测到的车辆速度以及相对于传感器52所检测到的制动事件而检测到的时间的N维向量提供动力的N维模型351来生成使得能够通过计算区段350进行参考温度评估的可变标记。
N维模型351可另选地是：从制动期间盘和衬块之间交换的能量的分析描述导出的分析模型；或者从盘和衬块之间的一系列动态能量交换期间所收集的一组实验数据导出的实验模型。
因此，计算区段350通过馈送例如表示具有N维输入阵列的制动器的热平衡的方程来计算参考温度，该N维输入阵列还包括假定已经产生参考温度的制动元件和被制动元件之间的残余压力或残余制动至扭矩值。计算区段360接收并比较由计算区段340过滤的选定温度评估信号和来自计算区段350的参考温度信号，并且产生并处理用于残余扭矩估计500的信号。
然后将该信号与从计算区段320获得的信号进行比较。
图3C示出了残余扭矩估计方法的第二逻辑流程。
由于缺少计算区段310和320的启动，该第二逻辑流程与上述且图3B所示的第一逻辑流程不同：用于残余扭矩估计500的信号仅仅是从计算区段360获得的信号。
图4A、图4B和图4C示出了残余扭矩估计方法的优选实施方案的第二配置。
图4A示意性地示出了系统的架构配置。
该架构包括至少一个温度传感器100、一个环境温度传感器51、一个制动踏板启动传感器52以及一个电子控制单元(ECU)200，该ECU通过借助于算法300处理信号来提供对残余扭矩500的估计。
由于缺少来自车辆速度传感器50的速度数据获取，第二配置的架构与图3A所示的第一配置不同。
图4B示出了基于优选实施方案的第二配置的残余扭矩估计方法的第一逻辑流程。
由环境温度传感器51检测的车辆拐角中的环境温度检测用于制动衬块的背支撑板40的温度传感器100所检测到的温度的季节性校准。
对残余扭矩500的初始估计通过计算区段310和区段320获得，该计算区段评估所检测温度的时间的一阶导数，该区段基于制动状态对该一阶导数进行处理：这获得即时信息，特别是对于高水平残余扭矩的情况。
计算区段330基于从温度传感器100接收的如环境温度传感器51所校正的数据、计算区段320所处理的数据(如上所示)、制动踏板启动传感器信号52来执行非制动条件下的温度选择。
计算区段330通过使用低通滤波器对计算区段340中获取并接受的温度进行滤波，以消除高频峰值和分量。
计算区段330还使用传感器100所检测到的有组织的制动衬块温度数据、传感器51所检测到的环境温度以及相对于传感器52所检测到的制动事件而检测到的时间的N维向量提供动力的N维模型351来生成使得能够通过计算区段350进行参考温度评估的可变标记。
计算区段360接收并比较由计算区段340过滤的选定温度评估信号和来自计算区段350的参考温度信号，并且产生并处理用于残余扭矩估计500的信号。
然后将该信号与从计算区段320获得的信号进行比较。
图4C示出了基于优选实施方案的第二配置的残余扭矩估计方法的第二逻辑流程。
由于缺少计算区段310和320的启动，该第二逻辑流程与上述且图4B所示的第一逻辑流程不同：用于残余扭矩估计500的信号仅仅是从计算区段360获得的信号。
图5A和图5B示出了残余扭矩估计方法的优选实施方案的第三配置。
由于缺少来自传感器52的制动踏板启动数据获取，第三配置的架构与图3A所示的第一配置不同。
图5B示出了基于优选实施方案的第三配置的残余扭矩估计方法的第一逻辑流程。
由环境温度传感器51检测的车辆拐角中的环境温度检测用于制动衬块的背支撑板40的温度传感器100所检测到的温度的季节性校准。
对残余扭矩500的初始估计通过计算区段310和区段320获得，该计算区段评估所检测温度的时间的一阶导数，该区段基于制动状态对该一阶导数进行处理：这获得即时信息，特别是对于高水平残余扭矩的情况。
该实施方案的一个变型不包括计算区段310。
计算区段330基于从温度传感器100接收的如环境温度传感器51所校正的数据、计算区段320所处理的数据(如上所示)、来自车辆速度传感器50的信号来执行非制动条件下的温度选择。
计算区段330通过使用低通滤波器对计算区段340中获取并接受的温度进行滤波，以消除高频峰值和分量。
计算区段330还使用传感器100所检测到的有组织的制动衬块温度数据、传感器51所检测到的环境温度以及传感器50所检测到的车辆速度的N维向量提供动力的N维模型351来生成使得能够通过计算区段350进行参考温度评估的可变标记。
计算区段360接收并比较由计算区段340过滤的选定温度评估信号和来自计算区段350的参考温度信号，并且产生并处理用于残余扭矩估计500的信号。
然后将该信号与从计算区段320获得的信号进行比较。
图6A和图6B示出了残余扭矩估计方法的优选实施方案的第四配置。
图6A示意性地示出了系统的架构配置。
由于缺少来自传感器52的制动踏板启动数据获取和来自车辆速度传感器51的速度数据，第四配置的架构与图3A所示的第一配置不同。
图6B示出了基于优选实施方案的第四配置的残余扭矩估计方法的逻辑流程。
由环境温度传感器51检测的车辆拐角中的环境温度检测用于制动衬块的背支撑板40的温度传感器100所检测到的温度的季节性校准。
对残余扭矩500的初始估计通过计算区段310和区段320获得，该计算区段评估所检测温度的时间的一阶导数，该区段基于制动状态对该一阶导数进行处理：这获得即时信息，特别是对于高水平残余扭矩的情况。
该实施方案的一个变型不包括计算区段310。
计算区段330基于从温度传感器100接收的如环境温度传感器51所校正的数据、计算区段320所处理的数据(如上所示)来执行非制动条件下的温度选择。
计算区段330通过使用低通滤波器对计算区段340中获取并接受的温度进行滤波，以消除高频峰值和分量。
计算区段330还使用传感器100所检测到的有组织的制动衬块温度数据以及传感器51所检测到的环境温度的N维向量提供动力的N维模型351来生成使得能够通过计算区段350进行参考温度评估的可变标记。
计算区段360接收并比较由计算区段340过滤的选定温度评估信号和来自计算区段350的参考温度信号，并且产生并处理用于残余扭矩估计500的信号。
然后将该信号与从计算区段320获得的信号进行比较。
当然，用于估计车辆制动元件的残余扭矩的方法和装置的其他改变和变型也是可能的。
以这种方式构思的用于估计车辆制动元件的残余扭矩的方法可进行众多改变和变型，所有这些改变和变型都落入如权利要求所规定的本发明构思的范围内。
此外，每个细节都可替换为其他技术上等效的要素。
在实践中，可使用任何类型的材料和系统以适应需要和技术水平。

Claims (13)

1.一种用于估计车辆的被制动元件和制动元件之间的残余扭矩的方法，其特征在于以下阶段：
●获取所述制动元件的温度值；
●确定在获取所述温度值时所述制动器是否被启动；
●如果所述制动器在所述获取时间未被启动，则接受所获取的温度值；
●如果所获取的温度值被接受，则通过提供变量的N维向量作为N维计算模型的输入来自动计算温度参考值；
●其中所述变量的N维向量至少包括所述制动元件的所获取的温度；
●其中所述N维计算模型是所述制动器的热行为的分析或实验表征；
●通过将所接受的所获取温度与所计算的参考温度进行比较来估计残余扭矩。
2.根据权利要求1所述的用于估计车辆的制动元件的残余扭矩的方法，其特征在于以下事实：所述变量的N维向量至少包括所述车辆的速度。
3.根据权利要求1所述的用于估计车辆的制动元件的残余扭矩的方法，其特征在于以下事实：所述变量的N维向量还至少包括环境温度。
4.根据权利要求1所述的用于估计车辆的制动元件的残余扭矩的方法，其特征在于以下事实：所述变量的N维向量还至少包括温度获取的时刻和所述制动器被启动的最后时刻之间的时间延迟。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于估计车辆的制动元件的残余扭矩的方法，其特征在于以下事实：所述制动元件包括制动盘(10)，并且所述制动元件包括耐磨摩擦材料块(20)和用于所述摩擦材料块(20)的背支撑板(40)，并且其特征在于以下事实：所述制动元件的温度由至少一个温度传感器(100)获取，所述温度传感器被配置和定位为检测所述背支撑板(40)的温度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于估计车辆的制动元件的残余扭矩的方法，其特征在于：结合了所述制动元件的温度的时间获取逻辑，所述时间获取逻辑基于至少一个预设时间间隔内的采样频率。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于估计车辆的制动元件的残余扭矩的方法，其特征在于：结合了所述制动元件的温度的时间获取逻辑，所述时间获取逻辑基于从通过事件确定的获取时刻开始的至少一个预设时间间隔内的连续采样。
8.根据前述权利要求中任一项所述的用于估计车辆的制动元件的残余扭矩的方法，其特征在于以下事实：从车辆速度、所述制动元件的温度、所述制动元件的所述温度的时间变化或者制动踏板状态中选择的至少一个变量用于确定所述制动器在温度值获取的时刻是否被启动。
9.根据前述权利要求中任一项所述的用于估计车辆的制动元件的残余扭矩的方法，其特征在于以下事实：所述残余扭矩利用所述N维计算模型并且此外利用所获取的制动温度的时间变化来估计。
10.一种用于估计车辆的残余制动扭矩的装置，包括：
●制动元件，所述制动元件包括制动盘(10)，
●制动元件，所述制动元件包括耐磨摩擦材料块(20)和用于所述摩擦材料块(20)的背支撑板(40)，
●至少一个温度传感器(100)，所述至少一个温度传感器被配置和定位为检测所述背支撑板(40)的温度，
●电子控制单元(ECU)(200)，所述ECU连接到所述温度传感器(100)，所述电子控制单元(ECU)(200)呈现N维计算模型，所述N维计算模型表示所述制动器的热行为的分析或实验表征，所述电子控制单元(ECU)(200)被编程为：
●从所述温度传感器(100)获取所述背支撑板(40)的温度值；
●确定在获取所述温度值时所述制动器是否被启动；
●如果所述制动器在所述获取时间未被启动，则接受所述温度值；
●如果所述温度值被接受，则通过提供变量的N维向量作为所述N维计算模型的输入来自动计算温度参考值，所述变量至少包括所述背支撑板(40)的所获取的温度；
●通过将所接受的所获取温度与所计算的参考温度进行比较来估计残余扭矩。
11.根据前一权利要求所述的用于估计车辆的制动器的残余扭矩的装置，其特征在于以下事实：所述温度传感器(100)是集成到所述背支撑板(40)中的接触式温度传感器。
12.根据权利要求11所述的用于估计车辆的制动器的残余扭矩的装置，其特征在于以下事实：所述温度传感器(100)是非接触式温度传感器。
13.根据权利要求10至12中任一项所述的用于估计车辆的制动元件的残余扭矩的装置，其特征在于以下事实：所述温度传感器(100)被配置和定位为检测所述背支撑板(40)的表面或内部温度。
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