DE10045219A1

DE10045219A1 - Unit determining wear and temperature of brake lining using resistance-based sensors, compares total resistance with that of preceding braking event

Info

Publication number: DE10045219A1
Application number: DE2000145219
Authority: DE
Inventors: Bruno Ehrmaier
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2000-09-13
Publication date: 2002-03-28

Abstract

Measurement and evaluation is effected intermittently. After braking, the total resistance determined, is compared with the that preceding braking. Logical evaluation determines the fraction of total resistance variation attributable to wear and that attributable to the temperature rise caused by braking.

Description

Die Erfindung betrifft eine Ermittlungseinheit für den Verschleiß sowie die Temperatur an einem Bremsbelag einer Reibungs-Bremsanlage, insbeson dere einer Fahrzeug-Bremsanlage, wobei in einem elektrischen Kreis mehre re Verschleißermittlungs-Widerstände seriell oder parallel geschaltet sind, die bei Erreichen definierter Verschleißzustände hinzu- oder weggeschaltet werden, und wobei in diesem elektrischen Kreis ferner seriell ein Tempera turmess-Widerstand vorgesehen ist. Zum technischen Umfeld wird neben der US 5,637,794 auf die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 100 022 065 verwiesen.The invention relates to a determination unit for wear and the Temperature at a brake pad of a friction brake system, in particular one of a vehicle brake system, with several in an electrical circuit re wear detection resistors are connected in series or in parallel, those switched on or off when defined wear conditions are reached be, and in this electrical circuit also a tempera serially Turmess resistance is provided. In addition to the technical environment US 5,637,794 to the unpublished German patent application 100 022 065.

Eine mehrstufige Bremsverschleißanzeige ist grundsätzlich vorteilhaft, da hiermit Aussagen über den zeitlichen Verlauf des Bemsbelagverschleißes möglich sind. Ebenso ist es vorteilhaft, die aktuelle Temperatur im Bremsbe lag bzw. an den wesentlichen Elementen der Bremsanlage zumindest annä hernd zu kennen, da hiermit die Verschleißvoraussage verbessert werden kann, insbesondere jedoch Voraussagen bezüglich der Bremswirkung in Ab hängigkeit vom aufgebrachten Bremsdruck zwischen dem Bremsbelag und dem bewegten Element der Reibungs-Bremsanlage (insbesondere einer Bremsscheibe oder dgl.) möglich sind. A multi-stage brake wear indicator is basically advantageous because hereby statements about the time course of the brake lining wear possible are. It is also advantageous to check the current temperature in the brake area lay or at least approximately on the essential elements of the brake system knowing herd, since this improves the wear forecast can, but especially predictions regarding the braking effect in Ab dependence on the applied brake pressure between the brake pad and the moving element of the friction brake system (especially one Brake disc or the like) are possible.

Vom grundsätzlichen Aufbau her soll eine mehrstufige Bremsverschleißan zeige inklusive einer Temperatur-Ermittlungseinheit so einfach als möglich sein, weshalb üblicherweise lediglich zwei elektrische Anschlüsse vorgese hen sind, über welche ein Stromfluß über die in Reihe geschalteten Wider stände zur Ermittlung des Verschleißes einerseits sowie zur Ermittlung der Temperatur andererseits ermöglicht wird, so wie dies im eingangs zitierten Stand der Technik auch gezeigt ist. Dabei unterscheidet sich beim System nach der US 5,637,794 der Widerstandswert des Temperaturmess- Widerstandes erheblich von demjenigen der Verschleißermittlungs- Widerstände, so dass aus einer festgestellten Widerstandsänderung sicher darauf geschlossen werden kann, ob diese durch einen erfolgten Verschleiß oder durch eine Temperaturänderung hervorgerufen wurde. In einer alterna tiven Ausführungsform ist bei diesem bekannten Stand der Technik der Wi derstandsschaltung ein Kondensator parallel geschaltet, der es erlaubt, den Wert des Temperaturmess-Widerstandes und denjenigen der Verschleißer mittlungs-Widerstände jeweils separat abwechselnd zu messen.The basic structure is a multi-stage brake wear show including a temperature determination unit as simple as possible be, which is why usually only two electrical connections are provided hen, over which a current flow through the series connected contra on the one hand to determine the wear and to determine the Temperature, on the other hand, is made possible, as is stated in the introduction State of the art is also shown. The system differs according to US 5,637,794 the resistance value of the temperature measurement Resistance significantly different from that of the wear determination Resistors so that from a detected change in resistance safely it can be concluded whether this is due to wear or caused by a change in temperature. In an alterna tive embodiment is in this known prior art of the Wi derstandsschalt a capacitor connected in parallel, which allows the Value of the temperature measuring resistance and that of the wearers averaging resistances to be measured alternately.

Die soeben genannte bekannte Kondensatorschaltung ist jedoch mit Unge nauigkeiten verbunden und stellt darüber hinaus einen wünschenswerter weise zu vermeidenden Mehraufwand dar. Andererseits ist es oftmals auch nicht möglich, einzelne Widerstände mit derartig unterschiedlichen Werten vorzusehen, dass aus einer festgestellten Widerstandsänderung sicher dar auf geschlossen werden kann, ob diese durch einen erfolgten Verschleiß oder durch eine Temperaturänderung hervorgerufen wurde.However, the known capacitor circuit just mentioned is Unge Accuracies connected and also makes a more desirable wise to avoid additional effort. On the other hand, it is often not possible, individual resistors with such different values to provide that from a detected change in resistance can be concluded whether this is due to wear or caused by a change in temperature.

Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, an einer Ermittlungseinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 Maßnahmen aufzuzeigen, mit Hilfe derer auf einfache Weise aus einer Änderung des Gesamtwiderstands wertes auf die Ursache hierfür geschlossen werden kann. It is therefore the object of the present invention on a determination unit to show measures according to the preamble of claim 1 with Help those in a simple way by changing the total resistance worth the reason for this.

Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die Messung und Auswertung diskontinuierlich erfolgt, derart, dass der nach einem Bremsvorgang ermittelte Gesamt-Widerstandswert mit dem vor diesem Bremsvorgang vorliegenden Gesamt-Widerstandswert verglichen wird und durch logische Auswertung darauf geschlossen wird, ob ein Anteil der Ände rung des Gesamt-Widerstandswertes auf eine Änderung bei den Verschleiß ermittlungs-Widerständen zurückzuführen ist, woraus letztlich auf die durch den Bremsvorgang hervorgerufene Temperaturerhöhung geschlossen wer den kann. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.The solution to this problem is characterized in that the measurement and evaluation is carried out discontinuously, such that the after a Braking process determined total resistance value with the before this Braking operation is compared total resistance value and it is concluded by logical evaluation whether a portion of the changes the total resistance value to a change in wear determination resistance is ultimately due to which by the temperature increase caused by the braking process is closed that can. Advantageous further developments are the content of the subclaims.

Erfindungsgemäß erfolgt bei einem mehrstufigen sog. Bremsverschleißsen sor mit in Reihe geschaltetem Temperaturmesswiderstand die Auswertung der über eine (einzige) elektrische Leitung zu erhaltenden Signale bezüglich Temperatur einerseits und Verscheißzustand andererseits mittels intelligen ter Software und - zumindest im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung - über vernetzte Informationen aus dem umgebenden Daten netz, so insbesondere des Fahrzeuges. Wesentlich ist dabei, dass eine auf grund eines Bremsvorganges festgestellte Änderung des Gesamtwiderstan des auf ihre Ursache hin analysiert wird. Wesentlich ist somit weiterhin, dass während eines Bremsvorganges, also an einem Kraftfahrzeug solange, als der übliche Bremslichtschalter geschlossen ist, keine Widerstands-Messung erfolgt.According to the invention, in the case of a multi-stage so-called brake wear sensor with series-connected temperature measuring resistor the signals to be obtained via a (single) electrical line Temperature on the one hand and wear condition on the other hand by means of intelligent ter software and - at least as part of an advantageous further training of the invention - on networked information from the surrounding data network, especially the vehicle. It is essential that one on change in total resistance determined due to a braking operation which is analyzed for its cause. It is therefore still essential that during a braking operation, i.e. as long as on a motor vehicle the usual brake light switch is closed, no resistance measurement he follows.

Im Rahmen dieser besagten Analyse wird (bevorzugt) dann, wenn das Ge samtsystem aktiv ist, d. h. bspw. das Kraftfahrzeug betrieben wird, die Tem peratur des Bremsbelages mit Ausnahme von Bremsvorgängen quasi fort laufend beobachtet. Bedeutende Einflussfaktoren auf die Temperatur im Bremsbelag sind die Zeitdauer eines Bremsvorganges sowie der dabei auf tretende Bremsdruck, mit welchem der Bremsbelag gegen ein/das beweg te(s) Element der Bremsanlage, so insbesondere eine Bremsscheibe, gedrückt wird. Ferner wirkt sich die Zeitspanne zwischen zwei aufeinanderfol genden Bremsvorgängen auf den tatsächlichen Temperaturverlauf aus, so dass aus diesen Randbedingungen auch quasi eine Schätzung der aktuellen Temperatur erfolgen kann. Dieser sog. Schätzwert kann dann mit der auf grund eines Bremsvorganges festgestellten Gesamt-Widerstandsänderung abgeglichen werden, dahingehend, dass mit ausreichender Sicherheit fest stellbar ist, ob diese Gesamt-Widerstandsänderung nur durch eine Tempera turänderung oder auch durch eine Änderung an den Verschleißermittlungs- Widerständen hervorgerufen wurde.In the context of this analysis, it is (preferred) if the Ge entire system is active, d. H. For example, the motor vehicle is operated, the tem temperature of the brake pad with the exception of braking operations virtually on continuously observed. Significant factors influencing the temperature in the Brake pads are the duration of a braking process and the amount of time it takes brake pressure with which the brake pad moves against a / the te (s) element of the brake system, in particular a brake disc, pressed becomes. Furthermore, the time period between two successive effects braking processes based on the actual temperature profile, so that from these boundary conditions also an estimate of the current one Temperature can take place. This so-called estimate can then be based on the total resistance change detected due to braking be compared in such a way that with firm certainty it is adjustable whether this total change in resistance can only be achieved by tempera change of the door or also by a change in the wear determination Resistance was created.

Zur Verfolgung des Temperaturverlaufs bei aktivem Gesamtsystem, d. h. bspw. bei betriebenem Kraftfahrzeug kann dann zunächst die Zeitdauer von der letzten vorgenommenen Bremsung bis zur Wieder-Inbetriebnahme des Gesamtsystems mittels eines Zeitzählers oder aufgrund der Stillstandszeit, die aus Datum und Uhrzeit errechnet wird, bestimmt werden. Ggf. ist dann die Bremsbelag-Temperatur gleich der Umgebungstemperatur, welche eben falls als Randbedingung mit berücksichtigt werden kann. Auf diese Weise kann auch die Situation einer bereits heißen Bremse - resultierend aus ei nem nur kurzzeitigen Abstellen des Fahrzeuges - festgestellt und von der Ausgangssituation einer kalten Bremsanlage - nach längerem Fahr zeugstopp - unterscheidbar gemacht werden.To track the temperature profile when the entire system is active, i.e. H. For example, when the motor vehicle is operated, the duration of the last braking performed until the Entire system by means of a time counter or due to the downtime, which is calculated from the date and time. Possibly. is then the brake pad temperature is equal to the ambient temperature, which is just if can be taken into account as a boundary condition. In this way can also the situation of an already hot brake - resulting from egg only briefly parking the vehicle - determined and by the Starting situation of a cold brake system - after a long drive Witness stop - be made distinguishable.

Zur Initialisierung nach einer Inbetriebnahme des Gesamtsystems bzw. Fahrzeuges sollten ferner die wesentlichen zuletzt abgespeicherten Daten aktiviert werden. Hierzu zählt insbesondere der zuletzt abgespeicherte Wert für die Anzahl der noch vorhandenen (aktiven) Verschleißermittlungs-Wider stände, sowie - in einer bevorzugten Ausführungsform - die Plausibilisierung und Verifizierung der Bremsanlagentemperatur mittels der Umgebungstem peratur. For initialization after commissioning the entire system or The vehicle should also have the most important data last saved to be activated. This includes in particular the last saved value for the number of remaining (active) wear detection resistors stands, and - in a preferred embodiment - the plausibility check and verification of the brake system temperature using the ambient temperature temperature.

Wie bereits erläutert wurde, erfolgt die konkrete Auswertung aufgrund eines Vergleiches der Werte für den Gesamt-Widerstand vor einem Bremsvorgang sowie nach einem Bremsvorgang. Aufgrund des gemessenen Widerstands wertes und dem Vergleich mit dem vorhergehenden Widerstandswert kann dann entschieden werden, ob es sich hierbei um einen temperaturbedingten oder einen verschleißbedingten Widerstandssprung handelt. Noch weiter gesteigert werden kann die Genauigkeit dieser Entscheidung oder Abschät zung, wenn zusätzlich die sich beim vorangegangenen und/oder beim dar auffolgenden Bremsvorgang einstellende Änderung des Gesamt-Wider standswertes mit berücksichtigt wird, d. h. der vorangegangene und/oder nächstfolgende Widerstandsgradient herangezogen wird, um zu entschei den, ob es sich bei der festgestellten Widerstandsänderung nur um einen temperaturbedingten oder auch bzw. alleine um einen verschleißbedingten Widerstandssprung handelt.As already explained, the concrete evaluation is based on a Comparison of the values for the total resistance before braking as well as after braking. Because of the measured resistance value and the comparison with the previous resistance value then it can be decided whether this is a temperature-related or a wear-related jump in resistance. Further The accuracy of this decision or estimate can be increased tongue, if in addition to that in the previous and / or in the Subsequent braking process-changing change of the total resistance status value is taken into account, d. H. the previous one and / or next resistance gradient is used to decide whether the change in resistance found is only one temperature-related or wear alone Jump in resistance.

Bspw. können im Bremsbelag zueinander parallel geschaltet vier Verschleiß ermittlungs-Widerstände vorgesehen sein, die jeweils einen Widerstandswert in der Größenordnung von 250 Ω haben, was ungünstigerweise ebenfalls ein Widerstandswert eines gängigen Temperaturmess-Widerstandes sein kann. Wird nun im Verlauf eines Bremsvorganges ein Widerstandssprung in dieser Größenordnung von 250 Ω festgestellt, ohne dass durch diesen Bremsvor gang eine nennenswerte Temperaturerhöhung eingetreten sein dürfte, so erkennt die intelligente Software, dass eine Verschleißstufe erreicht wurde. Muss hingegen bspw. aufgrund eines extrem langen und intensiven Brems vorganges eine derart starke Erwärmung im Bremsbelag erfolgt sein, dass hieraus eine entsprechende Widerstandsänderung resultieren könnte, so wird diese erfindungsgemäß als solche interpretiert. For example. can wear four parallel to each other in the brake pad determination resistors can be provided, each having a resistance value have in the order of 250 Ω, which is also disadvantageously a Resistance value of a common temperature measuring resistor can be. If there is a sudden jump in resistance during the braking process Order of magnitude of 250 Ω was determined without this a significant temperature increase is likely to have occurred, so The intelligent software recognizes that a wear level has been reached. On the other hand, must, for example, due to an extremely long and intensive braking such a warming up in the brake pad has occurred that this could result in a corresponding change in resistance, so this is interpreted as such according to the invention.

Dabei sei darauf hingewiesen, dass die Darstellung im vorhergehenden Ab satz stark vereinfacht ist, denn zumeist wird sich bei einer verschleißbeding ten Widerstandsänderung gleichzeitig eine temperaturbedingte Wider standsänderung ergeben. Dies stellt jedoch in Kenntnis des Widerstands wertes eines Verschleißermittlungs-Widerstandes kein Problem dar, da eine entsprechende Subtraktion einfach möglich ist. Jedoch sollte hierzu der Wi derstandswertes der Verschleißermittlungs-Widerstände möglichst exakt be kannt sein, was wegen unvermeidbarer Serienstreuungen nicht immer abso lut gewährleistet sein kann. Aus diesem Grunde kann es empfehlenswert sein, den ersten aufgrund des Erreichens eines Verschleißzustandes sich ergebenden Sprung im Widerstandswert softwaremäßig als Referenzwert bzw. als Mustergradient für die weiteren Sprünge abzuspeichern. In anderen Worten ausgedrückt kann somit aus dem ersten festgestellten Verschleiß sprung im Gesamt-Widerstand der für diesen Bremsbelag spezifische Wi derstandswert der Verschleißermittlungs-Widerstände festgestellt und abge legt werden.It should be noted that the representation in the previous Ab sentence is greatly simplified, because it is usually due to wear th change in resistance simultaneously a temperature-related resistance change in position. However, this makes you aware of the resistance wear resistance is not a problem, because a appropriate subtraction is easily possible. However, the Wi the value of the wear detection resistors be as exact as possible be familiar with what is not always absurd due to unavoidable series spreads lut can be guaranteed. Because of this, it can be recommended be the first due to reaching a state of wear resulting jump in the resistance value by software as a reference value or to save as a pattern gradient for the further jumps. In other Words can thus be expressed from the first observed wear jump in total resistance the Wi specific for this brake pad the value of the wear resistance is determined and abge be placed.

Wie bereits erwähnt wurde, erfolgt die Auswertung des Widerstandswertes hinsichtlich des Temperatursignals mittels einer Plausibilisierung mit der Au ßentemperatur. Auf diesem Wege wird eine Referenz Außentemperatur mit der Bremsscheibentemperatur, allg. der Temperatur des bewegten Elemen tes der Bremse gewährleistet. Die auf diese Weise ermittelte Temperatur kann nun in der sog. Widerstandskurve des Temperaturmess-Widerstandes als Fixpunkt in dieser Kurve festgelegt und gespeichert werden. Der Tempe raturkoeffizient und damit die Steigung der sog. Temperaturkurve ergibt sich im wesentlichen aus der Spezifikation des Temperaturmess-Widerstandes bzw. kann auch anhand bestimmter Plausibilitäten ermittelt werden. As already mentioned, the resistance value is evaluated with regard to the temperature signal by means of a plausibility check with the Au ent temperature. In this way, a reference outside temperature with the brake disc temperature, generally the temperature of the moving element tes of the brake guaranteed. The temperature determined in this way can now in the so-called resistance curve of the temperature measuring resistance can be set and saved as a fixed point in this curve. The tempe rature coefficient and thus the slope of the so-called temperature curve results essentially from the specification of the temperature measuring resistor or can also be determined based on certain plausibility.

Soll - was eigentlich erwünscht ist - nicht nur die Temperatur im Bremsbe lag, sondern auch diejenige des bewegten Elementes der Bremse (also bei Fahrzeugen der Bremsscheibe oder dgl.) ermittelt werden, so kann eine Temperaturabbildungsfunktion vorgesehen sein, in welcher die Wechselwir kung zwischen der bspw. Scheibentemperatur und der Temperatur am Ein bauort der Bremsverschleißanzeige bzw. der genannten Widerstände festge legt ist. Diese semiempirische Abbildungsfunktion ist auch abhängig von der Zeit, nämlich aufgrund der sog. Temperaturhysterese zwischen der Schei bentemperatur und derjenigen der genannten Messwiderstände, ferner von der Bremsscheibentemperatur bzw. der absoluten Temperatur des bewegten Elementes der Bremsanlage selbst und darüber hinaus vom aktuellen Bremsbelagverschleiß sowie von geometrischen Randbedingungen. Die er mittelte Temperaturabbildungsfunktion kann als Kennlinie abgelegt oder während der Analyse aus den vorhandenen Parametern berechnet werden.Should - what is actually desired - not just the temperature in the brake system but also that of the moving element of the brake (i.e. at Vehicles of the brake disc or the like.) Can be determined, so a Temperature mapping function can be provided, in which the interaction kung between the disc temperature and the temperature at the on location of the brake wear indicator or the resistors mentioned festge sets is. This semi-empirical mapping function also depends on the Time, namely due to the so-called temperature hysteresis between the shit temperature and that of the measurement resistances mentioned, further from the brake disc temperature or the absolute temperature of the moving Element of the braking system itself and beyond that of the current one Brake pad wear and geometric constraints. Which he Average temperature mapping function can be stored as a characteristic or can be calculated from the existing parameters during the analysis.

Weiterhin kann eine Restlaufstärke des Bremsbelages aus einer Interpolati on der einzelnen Stützpunkte in einer sog. Verschleiß-Laufleistungskurve gewonnen werden, wobei durch Extrapolation dieser Kurve auf das Ende des Bremsbelages geschlossen werden kann, d. h. es kann aus dem festge stellten Verschleiß des Bremsbelages dessen Restlaufdauer extrapoliert werden, jedoch kann dies sowie eine Vielzahl weiterer Details durchaus ab weichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein, ohne den Inhalt der Pa tentansprüche zu verlassen.Furthermore, a residual mileage of the brake pad from an interpolation on the individual bases in a so-called wear-mileage curve be obtained by extrapolating this curve to the end the brake pad can be closed, d. H. it can from the festge provided wear of the brake pad extrapolated its remaining life However, this and a host of other details may well vary deviating from the above explanations, without the content of Pa leave claims.

Claims

1. Determination unit for the wear and the temperature on a brake lining of a friction brake system, in particular a vehicle brake system, with several wear detection resistors being connected in series or in parallel in an electrical circuit and being switched on or off when defined wear states are reached, and a temperature measuring resistor is also provided serially in this electrical circuit, characterized in that the measurement and evaluation is carried out discontinuously, such that the total resistance value determined after a braking operation is compared with the total resistance value before this braking operation is and by logical evaluation it is concluded whether a portion of the change in the total resistance value is due to a change in the wear resistance, which ultimately leads to the temperature increase caused by the braking process can.

2. determination unit according to claim 1, characterized in that the tempe rature of the brake pad with the exception of braking processes in the we considerable continuously is determined, in addition to the duration ei braking process and the brake pressure that occurs, with which the brake pad against a moving element of the brake position is pressed, in addition the time between two other braking processes are included in the evaluation.

3. determination unit according to claim 1 or 2, characterized in that in addition to the previous genes and / or during the subsequent braking process Change in the total resistance value and thus the previous one ne and / or the following resistance gradient is also taken into account becomes.

4. determination unit according to one of the preceding claims, characterized in that the ambient temperature in the off scores with.

5. determination unit according to one of the preceding claims, characterized in that from the first ver Wear jump in the total resistance of the spe for this brake pad specific resistance value of the wear detection resistors is placed and filed.

6. determination unit according to one of the preceding claims, characterized in that a temperature mapping function is provided by means of the temperature of the brake pad to the temperature of the moving element of the braking system is closed.

7. determination unit according to one of the preceding claims, characterized in that from the wear found Brake pad whose remaining life is extrapolated.