CN117460900A - 用于抽吸制动颗粒的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于控制制动颗粒抽吸系统的方法，所述抽吸系统包括负压源(1)；抽吸嘴(83)，所述抽吸嘴布置在摩擦界面附近或摩擦部分内部并且由气动管线连接到所述负压源；以及控制单元(6)，所述控制单元被配置成控制所述负压源以便：a‑根据当前制动激活信息控制制动抽吸序列(51)，以确保一旦激活制动就施加抽吸，b‑在制动序列之外建立清洁抽吸条件，c‑一旦所述清洁抽吸条件满足预定标准，就控制所述负压源以用于所述气动管线的清洁序列(52)达预定持续时间。

Description

用于抽吸制动颗粒的方法

技术领域

本发明涉及摩擦制动系统中的制动颗粒抽吸系统。此类摩擦制动系统可以装配到道路车辆或轨道车辆。此类摩擦制动系统也可以装配到基于固定转子的机器，例如风力涡轮机或工业机器。

背景技术

在此类系统中，如例如文件DE4240873中所描述，提供抽吸涡轮和颗粒收集过滤器。由于磨蚀产生的颗粒因此逐渐积聚在收集过滤器中。这导致过滤器和通向过滤器的气动管线逐渐堵塞。当使用摩擦垫时，可以在摩擦材料中设置抽吸槽，如申请人例如在文件FR3057040中所教示。

文件FR3088395提供一种适合于在制动期间优化涡轮控制并且指示过滤器的堵塞状态的控制解决方案。

然而，本发明人注意到，随着时间的推移，气动管线往往会变得堵塞，这是由于制动颗粒的小沉积物逐渐积聚在其中。

本发明的目标是提出一种用于将气动管线维持在令人满意的状态中的改进的解决方案。

发明内容

出于此目的，提出一种用于控制摩擦制动系统的制动颗粒抽吸系统的方法，所述抽吸系统包括：

至少一个负压源；至少一个抽吸嘴，所述至少一个抽吸嘴布置在摩擦界面附近或摩擦部分内部并且由至少一个气动管线连接到负压源；控制单元，所述控制单元被配置成控制负压源；以及供应当前制动激活信息的构件，

所述方法规定控制单元被配置成：

a-根据当前制动激活信息控制负压源(例如，涡轮的旋转)以用于制动抽吸序列，以确保一旦(且只要)激活制动就施加抽吸，

b-在制动序列之外建立至少一个清洁抽吸条件，

c-一旦至少一个清洁抽吸条件满足预定标准，就控制负压源(例如，涡轮的旋转)以用于至少一个气动管线的清洁序列达预定持续时间(TN)。

借助于这些布置，可以提供具有高气动流动的序列，这使得可以清洁气动管线。在行驶时，在此操作在车辆行驶速度超过阈值时执行的情况下，由于此操作而产生的任何啸声都由滚动噪声覆盖。出于维护原因或在诊断条件下，也可能需要清洁序列。

应注意，制动抽吸序列以低流速执行，而相反地，通过增加抽吸嘴处的气流限制横截面积，清洁序列以高流速执行。

术语“摩擦界面”表示[衬垫抵靠着盘]界面表面或[衬垫抵靠着轮辋]界面表面，并且覆盖所有摩擦制动配置。此外，“靠近”意味着抽吸发生在上述界面表面附近。

还应注意，如果使用摩擦垫，则在摩擦材料中制成的抽吸槽形成抽吸嘴，所述抽吸嘴随后布置在构成摩擦垫的摩擦部分内部。

在与所述方法相关的本发明的各种实施例中，可以另外单独地或组合地利用以下布置中的一个或多个。

根据一个选项，在步骤b-中，清洁抽吸条件的确定是考虑以下变量中的至少一个的逻辑/算法计算：

-车辆的当前速度，具体来说，高于第一速度阈值(V1)，

-自上次清洁序列以来经过的时间，

-自上次清洁序列以来行驶的距离，

-自上次清洁序列以来执行的动态制动动作的数目，

-维护模式(车库模式或诊断模式)的盛行。

使用此多参数、多标准条件，以便决定以尽可能最优化的方式触发清洁序列；换句话说，相对于将管线维持在良好状态的期望效率，将清洁序列的数目最小化。

动态制动应理解成意味着在车辆不处于零速度时执行的制动。

根据一个选项，可以假设在步骤c-中，将负压源(例如，涡轮的旋转)激活到最大功率。这最大限度地提高了高流动抽吸在去除可能已经沉积在管线内部的颗粒方面的效果。

根据一个选项，可以假设在3秒与15秒之间的范围内选择预定持续时间(TN)。此持续时间对于确保管线的适当清洁是足够和必要的。

根据一个选项，仅当车辆的当前速度大于第一速度阈值时，才在维护模式之外触发清洁序列。因此，车辆乘员或路人不太可能听到清洁序列，因为其声音水平由滚动噪音覆盖。

根据一个选项，响应于诊断装置在维护模式期间进行的请求而触发清洁序列(52)。因此，当更换制动片时，在管线断开且没有制动片的情况下，诊断工具可以用于生成在制动片区域没有气流限制的抽吸序列。

根据一个选项，负压源由通过电动机(11)驱动的涡轮形成，控制单元(6)被配置成控制电动机。这是一种灵活的使用解决方案，因为涡轮的速度可以根据抽吸要求进行调整。

根据一个选项，控制单元可以被配置成在清洁序列期间控制布置在气动回路上靠近抽吸嘴的通气电磁阀。这使得可以在清洁序列期间进一步增加气动管线内的气流。当激活所述通气电磁阀时，在摩擦界面侧不再存在任何气流限制区段。

本发明还涉及一种摩擦制动系统的制动颗粒抽吸系统，所述抽吸系统包括至少一个负压源(1)；至少一个抽吸嘴(83)，所述至少一个抽吸嘴布置在摩擦界面附近或摩擦部分内部并且由至少一个气动管线连接到负压源；控制单元(6)，所述控制单元被配置成控制负压源；以及供应当前制动激活信息的构件，所述抽吸系统被配置成实施如上文所述的方法。

根据一个选项，所述系统可以进一步包括用于收集所抽吸颗粒的至少一个过滤器(2)。

根据一个选项，所述系统包括集中式过滤器和集中式涡轮，所述集中式过滤器和集中式涡轮连接到四个或更多个抽吸嘴。在此配置中，气动管线具有一定长度，因此具有能够不时地清洁气动管线的优点。

根据一个选项，通气电磁阀(59)可以设置在气动回路上并且靠近抽吸嘴。此电磁阀允许在清洁序列期间基本上增加气动管线内的气流，所述电磁阀允许气动管道与抽吸嘴侧的大气(自由空气)连通。

附图说明

在阅读作为非限制性实例给出的本发明实施例的以下描述时，本发明的其它方面、目的和优点将变得显而易见。还将参考附图更好地理解本发明，在附图中：

-图1展示摩擦制动部件的实例的剖面图，

-图2展示在车轮或轮轴局部的制动颗粒抽吸系统的示意图，

-图3展示用于若干车轮或轮轴的集中式制动颗粒抽吸系统的示意图，

-图4展示制动颗粒抽吸系统的功能图，

-图5提供制动颗粒抽吸系统的组件的物理图示，

-图6展示示出系统的至少一个功能的时序图，

-图7展示在更长时间标度上的时序图，

-图8展示示出气动管线的功能图，

-图9展示示出具有通气电磁阀的气动管线的另一功能图，

-图10展示摩擦制动颗粒抽吸系统的示意图的变体。

具体实施方式

在各个图中，相同的参考标号表示相同或相似的元件。为了清楚地呈现，某些元件未必按比例表示。

一般布局

图1示意性地表示摩擦制动部件。在所说明的情况下，展示制动盘9，所述制动盘预期与车轮(或用于铁路设备的轮轴)一体式旋转。盘9围绕轴线A旋转。根据现有技术，卡钳7跨越盘放置并且安装在卡钳支架上。另外，卡钳包含活塞，所述活塞被配置成作用在摩擦垫上，以便将盘夹持在夹层中。摩擦垫安装在背板上。所有这些本身都是已知的，在此不进行详细描述。衬垫标记为19并且在某些视图中用虚线表示。

尽管已经展示盘式制动器的图，但本发明也适合于鼓式制动器，甚至适合于直接应用到轮辋的制动垫系统。

在摩擦衬垫的位置，提供用于捕获从其逸出的颗粒的装置8。更具体地说，可以为摩擦垫中的每一个提供抽吸嘴83。实例可以参见例如本申请人提交的文件FR3057040，其中在形成于摩擦材料中的凹槽中捕获颗粒。抽吸嘴可以由凹槽形成，所述凹槽自身连接到摩擦内衬的背板中的通孔并且与下游通道(通向过滤器)连通。

抽吸嘴83通过气动回路连接到负压源。气动回路可以包括第一管线3和第二管线30，如在图5中示意性地示出。当然，如果过滤器和涡轮相关联，则可以存在单个管线3。

一般来说，当颗粒离开衬垫与旋转部件(盘、鼓、轮辋等)之间的界面时，抽吸嘴可以位于颗粒的路径上。在此位置产生的负压或流动促成良好的捕获。

在其它配置中，可以提供罩盖，在此情况下，抽吸嘴由被所述罩盖覆盖的空间的出口形成。

因此，应理解，无论抽吸嘴83的配置如何，都可以应用本发明。

通常，对于盘式制动器配置，在盘的每一侧上都将存在抽吸嘴83，如图1中所示。

抽吸嘴(或取决于情况，多个抽吸嘴)通过此处称为第一管线3的流体管线连接到过滤器2，如在图2中例示。第一管线3可以采用管道的形式，但是这不排除以隧道的形式穿过一部分(例如卡钳的主体)的通道。第一管线可以在如图3中所示出的集中式过滤配置中具有或多或少广泛的长度，范围从几十厘米，例如50厘米，直到几米。

一般来说，抽吸嘴与过滤器2之间的流体连接可以包括一个或多个分支、T形或Y型连接器等。术语“气动回路”还可以用于指代流体管线/空气软管。

抽吸嘴与过滤器2之间的流体连接可以包括刚性部分和柔性管线部分。

抽吸嘴、过滤器和负压源之间可以存在不同配置：可以存在用于每一抽吸嘴(最大分散式配置)或甚至用于每一对抽吸嘴(图2)的一个过滤器，但也有可能具有用于多对抽吸嘴(图3)(称为集中式配置)的单个过滤器，或甚至用于整个车辆的单个过滤器。此选择可以由车辆的类型、过滤器在堵塞之前所需的使用寿命、车辆中安装的各种约束等决定。

在图2、6和7中，展示在负压下的配置，其中过滤器插入于第一管线3与负压源1之间，所述负压源将颗粒抽吸通过随后处于相对于外部环境压力的负压下的过滤器。然而，在图10中展示的配置中，负压源(此处为涡轮1)可以插入于第一管线3与过滤器之间，在此情况下，涡轮吸入颗粒，并且接着涡轮经由表示为3'的具有第二传感器23(可选的)的下游管线将颗粒吹入过滤器。在此情况下，过滤器2处于正压而不是负压。

在典型实施例中，过滤器2可以包括纸或某一其它类型的过滤介质，从而允许空气通过并截留来自抽吸嘴的流中所含的小颗粒。

术语‘过滤器’在此处应广义地理解：此术语包括离心过滤器解决方案(‘旋风’类型)、具有电磁截留技术的过滤器解决方案，以及具有静电截留技术的过滤器解决方案。术语‘过滤器’还包含其中颗粒被引向例如乘客舱空气过滤器等已经存在的过滤器或引向催化转换器的过滤器的解决方案。

颗粒过滤器2被配置成过滤来自抽吸嘴的空气，所述抽吸嘴包含具有纳米或微米或毫米尺寸的固体颗粒，这意味着它允许空气穿过过滤介质，而颗粒不穿过过滤介质并且被截留在其中。截留在过滤介质中的颗粒的数量随着时间的推移而增加；因此过滤器2通过积聚而起作用并且空气通过过滤介质逐渐变得更加困难。

随着时间的推移和一连串的制动动作，颗粒沉积在气动管线中。累积量随着时间和制动动作而增加。这种沉积物根据摩擦材料的性质和质量、根据遇到的气候条件等而变化。

在所说明的实例中，负压源1由通过电动机11驱动的抽吸涡轮10形成。

在所说明的实例中，具有其电动机的涡轮形成与过滤器分开的实体。在这些条件下，提供第二气动流体管线30以将涡轮连接到过滤器。

应注意，具有单个实体中的涡轮和过滤器的配置也是可能的。

根据一个可选布置，还可以提供压力传感器22，所述压力传感器被配置成测量第一管线3中存在的压力。在图2的示意图中，压力传感器22布置在第一管线3的路径上，在至少一个抽吸嘴与过滤器2之间。

然而，在替代且同等优选的配置中，压力传感器22布置成邻近过滤器2或与过滤器2集成，如图5中所示出。

控制单元

抽吸系统进一步包括被配置成控制涡轮的控制单元6。

控制单元6是能够生成控制信号以根据在零速度与最大可能速度之间的任何值控制驱动涡轮的电机的速度的电子单元。

根据一个实例，电动机11由DC电压供电；可以假设控制逻辑使用PWM信号(脉冲宽度调制)。所使用的DC电压可以取决于颗粒抽吸系统的应用领域，例如在常规机动车辆上为12伏特，在重型货车或工业车辆(例如卡车或公共汽车)上为24伏特，或在铁路设备(电车、火车)上为72伏特。

此处应注意，负压源可以代替抽吸涡轮机预先存在于车辆中，特别是在汽车领域的情况下，通过车辆发动机的运行，例如通过从进气口转向，或者在另一个实例中通过对出气流(例如废气)使用文丘里效应引起的负压源。对于铁路领域的情况，负压源可以来自所讨论的铁路车辆的气动制动装置或其它辅助装置。

根据一个配置，在低于环境压力20至100毫巴的范围内选择负压的目标值；换句话说，在绝对压力标度中，第一管线中的绝对压力设定点可以是抽吸系统附近存在的大气压力的90％至98％。传感器22可以用于控制涡轮的转速设定点，从而使涡轮仅旋转到必要的程度。

有利地，提供用于供应当前制动激活信息的构件60。

在某些道路车辆类型配置中，仅存在与制动踏板68相互作用的全有或全无二进制开关。此开关可以将信息67直接递送到抽吸系统的控制单元6，或另外经由控制制动功能的控制单元63，例如管理ABS功能的控制单元将信息67递送到抽吸系统的控制单元6。

根据另一配置，可以提供更丰富的模拟或数字信息，所述信息精确地反映制动踏板的当前位置，并且因此允许控制单元6一方面知晓制动强度，另一方面当用户或驾驶员作用于制动踏板时能够非常早地动作。在这种情况下，提供模拟或数字电位计69，所述模拟或数字电位计将大量信息66递送到抽吸系统的控制单元6。

应注意，如果道路车辆配备有包含自动驾驶或紧急制动功能的驾驶辅助，则可以在不实际踩下踏板的情况下启动制动；然后是一台计算机将信息组合在一起，并将信息发送到抽吸系统的控制单元6。

因此，控制单元6具有可供其支配的二进制或更详细的当前制动激活信息。

在例如铁路的另一情况下，当前制动激活信息可以来自控制上述摩擦制动的制动致动器。制动致动器可以是油门。此处，也可以在不作用于油门的情况下触发制动，在这种情况下，计算机将信息组合在一起并将信息发送到抽吸系统的控制单元6。

此外，控制单元6接收关于当前车辆速度的信息。此当前车辆速度信息可以由制动计算机63或由图4中表示为96的任何其它计算机提供。

可以通过有线连接或通过数据总线类型连接接收“车辆速度”信息。CAN或J1939总线可以用于道路车辆。

“车辆速度”信息定期接收，例如近乎实时地刷新。例如，可以预期每秒至少刷新10次。

在图4中，示出诊断布置4，所述诊断布置允许诊断工具与控制单元6通信。诊断布置4包括诊断工具41、永久性地在车辆上的插头43以及连接到诊断工具41的配合连接器42，所述配合连接器允许诊断工具临时地连接到车辆的计算机。诊断对话中的消息可以在必要时穿过通信网关44。

诊断工具41可以在“无线”模式中在没有导线的情况下连接。

控制单元6由车辆供应的DC电压供电。然而，不排除由电池供电。

操作

图6示出第一时间标度(通常几十分钟或几小时)的时序图，而图7示出几小时或几天的第二更长时间标度的时序图。

首先将注意到，一般来说，在驾驶时，一旦激活制动(在图6的顶部的时序图)，控制单元6就控制涡轮以用于制动抽吸序列51。

换句话说，根据当前制动激活信息实施制动抽吸序列51，以确保只要车辆正在移动，一旦激活制动并且只要激活制动就施加抽吸。

作为例外，如果车辆速度为零，则控制单元6可以阻止控制涡轮。

当行驶时，在图6中用5表示总共八个制动抽吸序列51的集合，并且在抽吸阶段期间行进气动管线3的一些颗粒可以沉积在其中。应注意，在时间T1、T2及之后触发的制动抽吸序列的持续时间是高度可变的：它们尤其取决于制动的激活持续时间。

有利地，根据此提议，计划独立于任何制动激活来执行清洁抽吸序列SeqN，所述清洁抽吸序列否则称为预期清洁气动管线3、30的清洁序列52。涡轮由控制单元6控制到最大可能功率。施加清洁命令达预定持续时间TN。在3秒与15秒之间的范围内选择TN。例如，可以选择TN＝5秒，或TN＝8秒，或甚至TN＝10秒。

下文将论述用于触发清洁序列的条件。

应注意，当没有将衬垫牢固地压在盘上时执行清洁序列。如图8中所示出，当不制动时，没有将衬垫19牢固地压在盘9上。实际上，当不制动时，存在宽度为E的小间隙(其尺寸在图8和9中有意地放大)。对于铁路制动的情况，此自由空间可能略微更重要。

在衬垫中形成的抽吸嘴的情况下，此间隙的存在形成用于空气的通道。因此，从气流视角来看，限制横截面比将衬垫牢固地压在盘上时更大。

实际上，当将衬垫牢固地压在盘上时，气流限制横截面积由衬垫中形成的凹槽确定，即使可能存在通风孔，这些凹槽也具有小尺寸。基本上在抵靠着盘牢固地施加衬垫时执行制动抽吸序列，因此由于小的气流限制横截面积，制动真空序列在低气流下执行。

相反地，由于存在上述间隙，当没有抵靠着盘牢固地施加衬垫时，在高气流下执行清洁序列。这有助于去除可能已经沉积在气动管线的内壁上的颗粒。清洁序列使得可以保持气动管线的内壁不受污染。因此，即使在几年和/或行驶几十万公里的长使用寿命之后，气动管线也不会受到显著阻碍。

确定清洁抽吸条件是考虑下文阐述的变量中的一个或多个逻辑/算法计算。

车辆的当前速度是主要变量。在行驶时，如果车辆速度VV低于第一速度阈值V1，则不触发清洁序列。可以选择V1＝70Km/h。或者，可以选择V1＝50Km/h。

另外，考虑自上次清洁序列以来行驶的距离。例如，在车辆自上次清洁序列以来已经行驶DD1＝50km之后触发清洁序列。换句话说，在清洁序列之后，控制单元6阻止在接下来的DD1公里期间命令新的清洁序列，DD1是预定阈值。不需要精确地知道行驶的距离DD。可以通过对车辆速度进行积分来获得行驶的距离。或者，行驶的距离可以从另一计算机，例如仪表盘接收。

考虑自上次清洁序列以来执行的动态制动动作的数目。例如，在对车辆执行N1个抽吸序列之后触发清洁序列。对于N1(例如N1＝100)，可以选择在50与200之间的值。

我们可以计算累积制动分数SCF，而不是简单的制动次数，其中对每个制动施加重量。制动越剧烈，重量就越大。可以从速度梯度推导出制动功率(速度随时间减小)。

对于触发清洁序列的标准，可以选择由逻辑：[SCF>SCF1或DD>DD1]和VV>VV1定义的标准。

考虑自上次清洁序列以来经过的时间。例如，在经过N2天之后触发清洁序列。对于N2，可以选择10与30天之间的值。

如图7中所示出，在速度高于V1时，在时间T21触发清洁序列。在给定上述标准可能相当长的特定时间之后，再次当车辆速度大于V1时，触发另一清洁序列T22。

也可以在维护阶段期间使用清洁序列。在这种情况下，响应于由诊断设备41进行的请求而触发清洁序列52。

此处，我们对衬垫更换操作感兴趣，例如在车库中的维护操作期间。

一般来说，车辆不移动并且发动机不运行。

控制单元6从诊断工具接收临时诊断请求，并且在由诊断请求指定的清洁序列期间将涡轮控制到其最大速度。持续时间可以是TN或更短。持续时间TN可以是诊断请求的参数。应注意，机械师可以从涡轮的旋转中获得听觉反馈以验证其正确操作。

如图9中所示出，可选地，可以提供通气电磁阀59，所述通气电磁阀流体地连接到气动回路并且靠近抽吸嘴。此电磁阀允许在清洁序列期间基本上增加气动管线内的气流。

控制单元6可以被配置成在清洁序列期间控制布置在气动回路上靠近抽吸嘴的通气电磁阀59。

在图4中，表示由控制单元6控制的通气电磁阀59的选项。

Claims (12)

1.一种用于控制摩擦制动系统的制动颗粒抽吸系统的方法，所述抽吸系统包括：

至少一个负压源(1)；至少一个抽吸嘴(83)，所述至少一个抽吸嘴布置在摩擦界面附近或摩擦部分内部并且由至少一个气动管线连接到所述负压源；控制单元(6)，所述控制单元被配置成控制所述负压源；以及供应当前制动激活信息的构件，

所述方法规定所述控制单元被配置成：

a-根据当前制动激活信息控制所述负压源以用于制动抽吸序列(51)，以确保一旦激活制动就施加抽吸，

b-在所述制动序列之外建立至少一个清洁抽吸条件，

c-一旦所述至少一个清洁抽吸条件满足预定标准，就控制所述负压源以用于所述至少一个气动管线的清洁序列(52)达预定持续时间(TN)，

所述方法规定在步骤b-中，所述清洁抽吸条件的确定是考虑以下变量中的至少一个的逻辑/算法计算：

-车辆的当前速度，具体来说，高于第一速度阈值(V1)，

-自上次清洁序列以来经过的时间，

-自所述上次清洁序列以来行驶的距离，

-自所述上次清洁序列以来执行的动态制动动作的数目，

-维护模式的盛行。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，仅当所述车辆的所述当前速度大于第一速度阈值(V1)时，才在维护模式之外触发所述清洁序列。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在步骤c-中，将所述负压源激活到最大功率。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，在3秒与15秒之间的范围内选择所述预定持续时间(TN)。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第一速度阈值(V1)大于50km/h并且优选地等于70km/h。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，响应于诊断装置在维护模式期间进行的请求而触发所述清洁序列(52)。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述负压源由通过电动机(11)驱动的涡轮形成，所述控制单元(6)被配置成控制所述电动机。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述控制单元(6)被配置成在所述清洁序列期间控制布置在气动回路上靠近所述抽吸嘴的通气电磁阀(59)。

9.一种摩擦制动系统的制动颗粒抽吸系统，所述抽吸系统包括：至少一个负压源(1)；至少一个抽吸嘴(83)，所述至少一个抽吸嘴布置在摩擦界面附近或摩擦部分内部并且由至少一个气动管线连接到所述负压源；控制单元(6)，所述控制单元被配置成控制所述负压源；以及供应当前制动激活信息的构件，所述抽吸系统被配置成实施根据前述权利要求中 任一项所述的方法。

10.根据权利要求9所述的系统，其进一步包括用于收集所抽吸颗粒的至少一个过滤器(2)。

11.根据权利要求9至10中任一项所述的系统，其特征在于，所述系统包括集中式过滤器和集中式涡轮，所述集中式过滤器和集中式涡轮连接到四个或更多个抽吸嘴。

12.根据权利要求9至11中任一项所述的系统，其特征在于，通气电磁阀(59)设置在所述气动回路上并且靠近所述抽吸嘴。