DE102015118982A1

DE102015118982A1 - Verfahren zum Schätzen eines Bremsklotzverschleißes und Fahrzeug mit einem Controller, der das Verfahren implementiert

Info

Publication number: DE102015118982A1
Application number: DE102015118982.8A
Authority: DE
Inventors: David B. Antanaitis; Mark T. Riefe
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-11-13
Filing date: 2015-11-05
Publication date: 2016-05-19
Anticipated expiration: 2035-11-06
Also published as: US20160138665A1; CN105599751A; US9416835B2; CN105599751B; DE102015118982B4

Abstract

Ein Verfahren zum Schätzen eines Bremsklotzverschleißes umfasst, dass eine erforderliche Bremsenergie, die von einem Bremssystem dissipiert werden muss, als Anteil einer kinetischen Gesamtenergie in Übereinstimmung mit einem Energiepartitionierungsmodell ermittelt wird. Die erforderliche Bremsenergie wird in Übereinstimmung mit einem Fahrzeugdynamikmodell auf Fahrzeugbremsmechanismen verteilt. Eine Rotortemperatur jedes Bremsenrotors kann in Übereinstimmung mit einem Rotortemperaturmodell ermittelt werden, das die erforderliche Bremsenergie und die Verteilung der erforderlichen Bremsenergie verwendet, und ein Bremsklotzverschleiß eines jeden Bremsklotzes wird in Übereinstimmung mit einem Bremsklotzverschleißmodell ermittelt, das die Rotortemperatur und die verteilte erforderliche Bremsenergie verwendet. Ein erstes Bremsklotzverschleißmodell wird bei ersten Betriebsbedingungen implementiert, und ein zweites Bremsklotzverschleißmodell bei zweiten Betriebsbedingungen. Der Bremsklotzverschleiß wird über eine Ausgabevorrichtung zur Bremsklotzverschleißanzeige angezeigt. Ein Fahrzeug weist einen Controller auf, der das Verfahren implementiert.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden Lehren enthalten allgemein ein Verfahren zum Schätzen eines Bremsklotzverschleißes und ein Fahrzeug mit einem Controller, der das Verfahren implementiert.
HINTERGRUND
Das Überwachen der Lebensdauer von Bremsklötzen wurde in Fahrzeugen auf verschiedene Weisen implementiert. Einige Fahrzeuge weisen mechanische Sensoren auf, die ein hörbares Geräusch bereitstellen, wenn der Bremsklotz ausreichend verschleißt, so dass der Sensor den Bremsenrotor kontaktiert. Einige Fahrzeuge weisen einen elektronischen Sensor auf, der ein einmaliges Signal bereitstellt, wenn ein Bremsklotzverschleiß einen vorbestimmten Verschleißbetrag erreicht, und er kann dies einem Fahrzeugbediener als prozentual verbleibende Bremsklotzlebensdauer in einem Fahrzeuginformationscenter anzeigen, das an dem Armaturenbrett oder dem Lenkrad zugänglich ist. Ein fortschrittlicherer Verschleißlebensdaueralgorithmus schätzt einen Bremsklotzverschleiß auf der Grundlage einer geschätzten Rotortemperatur, die mit typischen Fahrbedingungen korreliert ist, welche eine relativ geringe Bremsenergie benötigen.
Einige Fahrzeugbesitzer zeigen gelegentlich oder routinemäßig ein aggressives Bremsverhalten mit hoher Energie entweder auf öffentlichen Straßen oder bei Manövern auf Rennstrecken. Ein Rennstreckenbetrieb eines Fahrzeugs erfordert das Beachten eines Bremsklotzverschleißes, da Bremsklötze dazu tendieren können, bei Manövern mit relativ hoher Geschwindigkeit schneller zu verschleißen. Das visuelle Untersuchen von Bremsklötzen bei Rennstreckenveranstaltungen ist unangenehm, da es eine ”Boxenstopp”-Zeit verlängert.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Schätzen eines Bremsklotzverschleißes in einem Fahrzeug ist auch unter Bedingungen mit hoher Bremsenergie, etwa unter Rennstreckenbedingungen, genau. Bremsklotzverschleißraten verändern sich merklich bei Bedingungen mit hoher Bremsenergie, wenn neue Verschleißmechanismen des Bremsklotzes ausgelöst werden. Die Raten des Bremsklotzverschleißes sind empfindlich für Fahrzeugdynamiken bei Bedingungen mit hoher Bremsenergie, da eine spätere Gewichtsübertragung bei einem kombinierten Bremsen und Kurvenfahren Energie zu den weiter außen gelegenen Bremsen hin treiben wird. Bei der Verwendung hierin ist eine ”außen gelegene” Komponente allgemein weiter von einer Längsmittelachse des Fahrzeugs entfernt, während sich eine ”innen gelegene” Komponente allgemein näher bei der Längsmittelachse des Fahrzeugs befindet. Eine außen gelegene Richtung ist von der Längsmittelachse weg gerichtet, während eine innen gelegene Richtung zu der Längsmittelachse hin gerichtet ist. Faktoren wie etwa ein aerodynamischer Widerstand, ein Reifenwiderstand und ein Kraftmaschinenbremsen verändern sich bei Fahrbedingungen auf Rennstrecken mit hoher Energie viel deutlicher. Darüber hinaus kann das Verfahren optional verschiedene Modelle anwenden, um einem Bremsklotzverschleiß abhängig davon zu ermitteln, ob gerade ein Standardbremsen mit einer relativ geringen Energie oder ein Bremsen mit einer relativ hohen Energie stattfindet.
Das Verfahren kann umfassen, dass mit Hilfe eines elektronischen Controllers eine erforderliche Bremsenergie ermittelt wird, die von einem Bremssystem des Fahrzeugs als Anteil der gesamten kinetischen Energie des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit einem Energiepartitionierungsmodell dissipiert werden muss. Dann wird eine Verteilung der erforderlichen Bremsenergie ermittelt, wobei die erforderliche Bremsenergie auf mehrere Fahrzeugbremsmechanismen an dem Fahrzeug in Übereinstimmung mit einem Fahrzeugdynamikmodell verteilt wird. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass eine Rotortemperatur eines jeden Bremsenrotors in Übereinstimmung mit einem Rotortemperaturmodell ermittelt wird, das die erforderliche Bremsenergie und die Verteilung der erforderlichen Bremsenergie verwendet, und dass dann ein Bremsklotzverschleiß eines jeden Bremsklotzes in Übereinstimmung mit einem Bremsklotzverschleißmodell ermittelt wird, das die Rotortemperatur und die verteilte erforderliche Bremsenergie verwendet. Das Verfahren umfasst dann, dass der Bremsklotzverschleiß über eine Ausgabevorrichtung zur Bremsklotzverschleißanzeige angezeigt wird.
Das Energiepartitionierungsmodell, das Fahrzeugdynamikmodell, das Rotortemperaturmodell und das Bremsklotzverschleißmodell stellen Fahrzeugbedingungen dar, wenn die Rotortemperatur größer als eine vorbestimmte minimale Rotortemperatur ist, die Bremsgeschwindigkeit größer als eine vorbestimmte minimale Bremsgeschwindigkeit ist und die erforderliche Bremsenergie größer als eine vorbestimmte minimale Bremsenergie ist.
In einem Aspekt kann das Verfahren zwischen verschiedenen Bremsklotzverschleißmodellen in Abhängigkeit von verschiedenen Eingaben wie etwa der Rotortemperatur umschalten. Zum Beispiel kann das Verfahren umfassen, dass mit Hilfe eines elektronischen Controllers ein Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit einem ersten Bremsklotzverschleißmodell ermittelt wird, wenn eine geschätzte Bremsenrotortemperatur kleiner oder gleich einer vorbestimmten Rotortemperatur ist, und dass mit Hilfe des elektronischen Controllers ein Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit einem zweiten Bremsklotzverschleißmodell ermittelt wird, wenn die geschätzte Bremsenrotortemperatur größer als die vorbestimmte Rotortemperatur ist.
Ein Fahrzeug, das einen Controller aufweist, der das Verfahren implementiert, enthält eine Fahrzeugkarosserie, die mit drehbaren Rädern wirksam verbunden ist, um die Fahrzeugkarosserie zu bewegen, und ein Bremssystem, das ausgestaltet ist, um eine Rotation der Räder zu stoppen. Das Bremssystem enthält jeweilige Bremsmechanismen, die jeweils mit einem anderen der Räder wirksam verbunden sind. Jeder Bremsmechanismus weist einen Bremsenrotor auf, der zusammen mit dem Rad drehbar ist, und einen Bremsklotz, der während eines Bremsens des Rads in Kontakt mit dem Bremsenrotor platziert wird. Ein elektronischer Controller weist einen Prozessor auf, der einen gespeicherten Algorithmus ausführt, welcher eine Bremsenrotortemperatur ermittelt, und der dann einen Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit einem ersten Bremsklotzverschleißmodell ermittelt, wenn die Bremsenrotortemperatur kleiner oder gleich einer vorbestimmten Rotortemperatur ist, und der einen Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit einem zweiten Bremsklotzverschleißmodell ermittelt, wenn die geschätzte Bremsenrotortemperatur größer als die vorbestimmte Rotortemperatur ist. Der Bremsklotzverschleiß wird dann über eine Ausgabevorrichtung zur Bremsklotzverschleißanzeige angezeigt.
Das Verfahren reduziert die Häufigkeit von Bremseninspektionen bei Rennstreckenveranstaltungen, da man sich darauf verlassen kann, dass die vom Controller bereitgestellte Bremsklotzverschleißschätzung oder Restlebensdauerschätzung einen Bremsklotzverschleiß bei Bedingungen mit hoher Bremsenergie genau schätzt. Dies ermöglicht, dass beliebige visuelle Inspektionen der Bremsklötze auf eine anspruchsvollere Weise geplant werden können (d. h. in besserer Korrelation mit einem Bedarf für einen Bremsklotzwechsel) und dass sie kürzer dauern. Da eine schnelle Inspektion von nur dem gut sichtbaren außen gelegenen Abschnitt des Bremsklotzes ausgeführt werden kann, um eine Korrelation mit dem von dem Controller bereitgestellten Schätzwert zu überprüfen ist eine zeitraubende vollständige Zerlegung einer Bremsenecke wahrscheinlich unnötig. Darüber hinaus wird die Genauigkeit von alltäglichen Bremsklotzlebensdauerprognosen durch das Einbeziehen des Modells mit hoher Energie und der ”Umschalt”-Logik zwischen dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell und dem Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell verbessert, um ein extremeres Fahren auch auf öffentlichen Straßen zu berücksichtigen. Ein genauer Vorhersagealgorithmus vermeidet den Bedarf für teure kapazitätsbasierte Messaufnehmer, die eine physikalische Messung des Bremsklotzverschleißes bereitstellen können, und er verbessert die diskreten (nicht kontinuierlichen) Bremsklotzverschleißlebensdauervorhersagen, die von elektronischen Verschleißsensoren bereitgestellt werden.
Die vorstehenden Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren ergeben sich leicht aus der folgenden genauen Beschreibung der besten Arten, um die vorliegenden Lehren auszuführen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Systems zum Schätzen eines Bremsklotzverschleißes an dem Fahrzeug von 1.
3 ist eine schematische Darstellung eines Umschaltmodells, das in dem System von 2 enthalten ist.
4 ist eine schematische Darstellung eines Bremsklotzes mit Anzeigen, die mit vorbestimmten Verschleißbeträgen korreliert sind.
GENAUE BESCHREIBUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen, bei denen gleiche Bezugszeichen gleiche Komponenten in den mehreren Ansichten bezeichnen, zeigt 1 ein Fahrzeug 10, das eine Fahrzeugkarosserie 12 aufweist, die mit drehbaren Rädern 14A, 14B, 14C, 14D wirksam verbunden ist, um die Fahrzeugkarosserie 12 zu bewegen, wenn sie von einer Kraftmaschine E über ein Getriebe T angetrieben werden. In einem Beispiel ohne Einschränkung ist das Fahrzeug 10 ein Fahrzeug mit Vorderradantrieb. Ein Differential D1 verbindet die Vorderräder 14A, 14B auf wirksame Weise und ein Differential D2 verbindet die Hinterräder 14C, 14D über Halbwellen, wie bekannt ist, auf wirksame Weise. Es sind Reifen 15 gezeigt, die an den Rädern 14A, 14B, 14C, 14D montiert sind. Das Fahrzeug 10 enthält ein Bremssystem 16, das ausgestaltet ist, um eine Rotation der Räder 14A, 14B, 14C, 14D zu stoppen. Das Bremssystem 16 enthält eine Fluiddruckquelle BP in Verbindung mit jeweiligen Bremsmechanismen 18A, 18B, 18C, 18D, die jeweils mit einem jeweiligen Rad 14A, 14B, 14C, 14D wirksam verbunden sind. Die Bremsmechanismen 18A, 18B, 18C, 18D weisen jeweils einen Bremsenrotor 20 auf, der mit dem jeweiligen Rad 14A, 14B, 14C, 14D drehbar ist, und jeweilige Bremsklötze 22, die bei einem Bremsen mit entgegengesetzten Seiten des Bremsenrotors 20 in Kontakt platziert werden.
Ein elektronischer Controller C weist einen Prozessor 24 auf, der einen gespeicherten Algorithmus 26 zum Ermitteln eines Bremsklotzverschleißes ausführt und folglich eine Restlebensdauer der Bremsklötze 22 vorhersagt, indem er einen Verschleiß auch dann genau modelliert, wenn das Fahrzeug 10 bei einem relativ extremen Fahren betrieben wird, etwa bei Bremsbedingungen mit relativ hoher Bremsenergie. Zudem ermittelt der Algorithmus 26, ob vorbestimmte Bedingungen mit hoher Bremsenergie existieren und er schaltet von einem Standard-Bremsklotzverschleißmodell, das bei einem typischeren Fahren mit zugehörigen Bedingungen mit niedrigerer Bremsenergie genauer ist, automatisch auf ein Bremsklotzverschleißmodell mit hoher Energie um, das hier als Rennstreckenmodell bezeichnet wird.
Mit Bezug auf 2 umfasst ein System 30 zum Schätzen eines Bremsklotzverschleißes am Fahrzeug 10 verschiedene Fahrzeugsensoren 32, und es umfasst den Controller C, der Eingabesignale von den Sensoren 32 empfängt, so dass der Prozessor 24 den gespeicherten Algorithmus 26 ausführen kann, der als verschiedene Module repräsentiert ist, die jeweils Aspekte des Fahrzeugbetriebs auf der Grundlage der Sensoreingaben modellieren, um ein Verschleißsignal in einer Ausgabevorrichtung 35 zur Bremsklotzverschleißanzeige zu erzeugen, etwa eine Bedieneranzeigevorrichtung oder ein Audiosignal. Obwohl nur vier Sensoren 32 dargestellt sind, können in dem System 30 viel mehr Sensoren enthalten sein. Die Sensoren 32 können Raddrehzahlsensoren, Bremsdrucksensoren und andere Sensoren umfassen und die Eingabe von den Sensoren 32 kann einen Bremsdruck, Raddrehzahlen, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Längsbeschleunigung, ein dynamisches Proportionieren der Bremsen und das Anwenden der Bremsen umfassen. Verschiedene Systeme 34, welche Fahrzeugsysteme und Fremdsysteme umfassen, etwa Telematiksysteme, globale Positionierungssysteme und Karteninformationen, können Eingabesignale bereitstellen. Auf der Grundlage der Eingabe von den Sensoren 32 und den Systemen 34 kann der Controller C eine Fahrzeugmasse, eine Straßenneigung, einen Betrag des Kraftmaschinenbremsens, eine Bremsenergie, einen Rollwiderstand, geeignete Rotorkühlungskoeffizienten, eine Quer- und Längsbeschleunigung und andere Fahrzeugbetriebseigenschaften schätzen oder berechnen, wie hier beschrieben wird.
Es ist festzustellen, dass der elektronische Controller C als eine einzelne oder eine verteilte Steuerungsvorrichtung ausgestaltet sein kann, die mit der Kraftmaschine E, dem Getriebe T, dem Bremssystem 16 und verschiedenen Fahrzeugkomponenten, welche Sensoren umfassen, elektrisch verbunden oder auf andere Weise in eine fest verdrahtete oder drahtlose Kommunikation versetzt ist, um elektrische Signale zur korrekten Ausführung des Algorithmus 26 zu übertragen und zu empfangen.
Der elektronische Controller C enthält ein oder mehrere Steuerungsmodule mit einem oder mehreren Prozessoren 24 und einem konkreten, nicht vorübergehenden Speicher, z. B. einem Festwertspeicher (ROM), sei er optisch, magnetisch, ein Flash-Speicher oder anderes. Der elektronische Controller C kann außerdem ausreichende Mengen an Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), elektrisch löschbarem programmierbarem Festwertspeicher (EEPROM) und dergleichen sowie einen Hochgeschwindigkeits-Taktgeber, Analog/Digital-(A/D-) und Digital/Analog-(D/A-)Schaltungen und Eingabe/Ausgabe-Schaltungen und Vorrichtungen (I/O) sowie geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen enthalten.
Der elektronische Controller C kann eine Hostmaschine oder ein verteiltes System sein, z. B. ein Computer, etwa ein digitaler Computer oder ein Mikrocomputer, der als Fahrzeugsteuerungsmodul und/oder als Proportional-Integral-Derivativ-Reglervorrichtung (PID-Reglervorrichtung) mit einem Prozessor und als Speicher mit einem konkreten nicht vorübergehenden computerlesbaren Speicher wie etwa einem Festwertspeicher (ROM) oder einem Flash-Speicher wirkt. Daher kann der Controller C sämtliche Software, Hardware, Speicher, Algorithmen, Verbindungen, Sensoren usw. enthalten, die notwendig sind, um das Fahrzeug 10 zu überwachen und um das System 30 zu steuern. Folglich kann ein oder können mehrere Steuerungsverfahren, die von dem Controller C ausgeführt werden, als Software oder Firmware ausgeführt sein, die mit dem Controller C verbunden ist. Es ist festzustellen, dass der Controller C außerdem eine beliebige Vorrichtung enthalten kann, die in der Lage ist, Daten von verschiedenen Sensoren zu analysieren, Daten zu vergleichen und Entscheidungen zu treffen, die benötigt werden, um einen Bremsklotzverschleiß zu überwachen und den Fahrzeugbediener auf die Bremsklotzlebensdauer hinzuweisen. Darüber hinaus kann der elektronische Controller C in anderen Ausführungsformen so ausgestaltet sein, dass er einen Bremsencontroller, einen Antriebsstrangcontroller und andere Controller an Bord oder außerhalb des Fahrzeugs 10 enthält.
Der Algorithmus 26 beginnt mit dem Ermitteln einer Rotortemperatur gemäß einem Rotortemperatur-Standardmodell 36. Das Rotortemperatur-Standardmodell 36 verwendet eine Berechnung der Bremsenergie 38 und einen ersten Satz von Kühlungskoeffizienten 40 für ein thermisches Temperaturmodell der Bremsklötze 22. Die berechnete Bremsenergie 38 und die Kühlungskoeffizienten 40 sind für Fahrzeugbetriebsbedingungen mit einem Bremsen mit relativ geringer Energie, das typisch für Standardfahrbedingungen ist, wie hier weiter beschrieben wird, angemessen (d. h. im Wesentlichen genau). Folglich verwendet das erste Rotortemperaturmodell 36 eine berechnete Bremsenergie 38 und eine Gleichung für eine Wärmeübertragung von jedem Rotor 20 weg, die Kühlungskoeffizienten 40 verwendet, die so gewählt sind, dass sie mit den Standardfahrbedingungen korrelieren.
Die Kühlrate der Rotoren 20, wenn diese nicht verwendet werden, trägt zur Ermittlung der Bremsklotztemperatur bei und sie hängt von der Masse des Rotors 20, von der Fahrzeugkonstruktion, von der Fahrzeuggeschwindigkeit, von der Radgeschwindigkeit, von der Umgebungstemperatur, von der Höhe usw. ab. Wenn sich das Fahrzeug 10 bewegt, wird die Luft, die um jeden Rotor 20 herum strömt, festlegen, wie schnell er von dem vorherigen Bremsereignis aus gekühlt wird. Die Kühlungskoeffizienten 40, die in dem Modell mit konzentrierter Kapazität des Temperaturabfalls (Gleichung 1) verwendet werden, sind so gewählt, dass sie mit relativen Standard-Fahrbedingungen mit einer Rotortemperatur unter einer vorbestimmten Rotortemperatur, mit einer Fahrzeuggeschwindigkeit unter einer vorbestimmten Fahrzeuggeschwindigkeit und mit einer Bremsenergie unter einer vorbestimmten Bremsenergie korrelieren. Wie hier weiter erörtert wird, werden niedrigere Kühlungskoeffizienten verwendet, wenn diese Fahrbedingungen nicht erfüllt sind (d. h. bei Fahrbedingungen mit hoher Energie, für welche ein Rennstrecken-Rotortemperaturmodell verwendet wird, um die Rotortemperatur zu schätzen).
Das Modell mit konzentrierter Kapazität zum Kühlen eines Bremsenrotors ist wie folgt:
wobei P_d ein Bremsenrestwiderstand ist, ρ die Dichte des Rotormaterials ist, V das Volumen des Rotormaterials ist und c die spezifische Wärmekapazität des Rotormaterials ist. Der Term b ist der ”Kühlungskoeffizient” und er ist gleich: hA / pVc (3) wobei h der Konvektions-Wärmeübertragungskoeffizient ist und A die Arbeitsoberfläche ist (der konvektiven Kühlungsluftströmung ausgesetzt). Kühlungskoeffizienten werden in Fahrzeugtests gemessen, indem die Kühlungsrate der Bremsenrotoren aufgezeichnet wird und das Modell mit konzentrierter Kapazität an die aufgezeichneten Daten angepasst wird. Kühlungskoeffizienten verändern sich in etwa linear mit der Fahrzeuggeschwindigkeit. Kühlungskoeffizienten können bei diskreten Geschwindigkeiten gemessen werden und dann kann ein lineares Modell an die Daten angepasst werden, um Kühlungskoeffizienten bei einer beliebigen Geschwindigkeit zu ermitteln. Typische Werte von Kühlungskoeffizienten werden aufgrund der Konstruktion von Bremsenrotoren und der Fahrzeugumgebung variieren. Eine beispielhafte Beziehung zwischen Kühlungskoeffizienten und Fahrzeuggeschwindigkeit könnte sein: b = 0,00033 V + 0,0033 (4) wobei V die Vorwärtsgeschwindigkeit des Fahrzeugs in Kilometer pro Stunde ist.
Die in dem Rotortemperaturmodell 36 verwendete berechnete Bremsenergie 38 ist eine Schätzung der Bremsenergiedissipierung in den Bremsmechanismen 18A, 18B, 18C und 18D. Die Berechnung verwendet verschiedene Eingaben, etwa eine Stoppdistanz, eine Stoppzeit, die Bremsklotztemperatur usw. Der Hauptzylinderdruck des Bremssystems 16, die Gewichtsverteilung im Fahrzeug 10 und die dynamische Bremsenproportionierung für den proportionalen Bremsdruck an jedem Rad 14A–14D können verwendet werden, um den Bremsendruck zu ermitteln. Die dynamische Bremsenproportionierung beruht darauf, wo das Gewicht in dem Fahrzeug 10 verteilt ist, und ist eine bekannte Berechnung. Die Fahrzeugmasse kann auf der Grundlage des Kraftmaschinendrehmoments geschätzt werden, und dies ist ein Prozess, der dem Fachmann gut bekannt ist. Die Masse des Fahrzeugs 10 kann sich als Folge der Anzahl der Passagiere, einer Last im Kofferraum, der Kraftstoffkapazität usw. verändern. Ferner kennt der Fachmann verschiedene Wege zum Schätzen der Straßenneigung in Kombination mit der Schätzung der Fahrzeugmasse.
Der Prozessor 24 kann die Bremsenergie 38 zur Verwendung in dem Rotortemperatur-Standardmodell 36 durch die nachstehende Gleichung (5) berechnen. Die Bremsenergie 38 ist die Arbeit, die von den Bremsmechanismen 18A–18D geleistet wird, um das Fahrzeug 10 zu verlangsamen, und sie ist die Gesamtarbeit minus dem Rollwiderstand, dem aerodynamischen Widerstand, dem Bremsen der Kraftmaschine und der Straßenneigung. Die Bremsenarbeit kann verwendet werden, um die Leistung zu berechnen, die von den Bremsmechanismen 18A, 18B, 18C und 18D dissipiert wird, wobei Leistung gleich Arbeit pro Zeiteinheit ist. Die Leistung kann bei vorbestimmten Zeitintervallen während des Bremsereignisses berechnet werden, zum Beispiel alle 10 Millisekunden. Braking Energy = 1 / 2M(V 2 / 1 – V 2 / F) – E_{Rolling Resistance} – E_Grade – E_Engine (5)
In Gleichung (5) ist M die Masse des Fahrzeugs; E_{Rolling Resistance} die Energie, die benötigt wird, um das Fahrzeug 10 auf einer flachen Neigung rollen zu lassen, was ein bekannter Wert ist; E_Grade ist die Energie, die benötigt wird, um das Fahrzeug 10 als Folge der Neigung der Straße rollen zu lassen, was ebenfalls ein bekannter Wert ist; E_Engine ist das Bremsen, das von der Kraftmaschine E selbst bereitgestellt wird, und es ist ebenfalls ein bekannter Wert; V₁ ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 beim Beginn des Bremsereignisses; und V_F ist die Geschwindigkeit des Fahrzeugs 10 am Ende des Bremsereignisses. In einer alternativen Ausführungsform kann die Verzögerung des Fahrzeugs 10 anstelle der Fahrzeuggeschwindigkeit V verwendet werden und diese kann von einem Längsbeschleunigungssensor bereitgestellt werden.
Die Bremsgesamtleistung, die von jedem Bremsklotz 22 während des Bremsereignisses dissipiert wird, kann auch als das Produkt aus einer Bremskraft und der Fahrzeuggeschwindigkeit geschätzt werden. Die Bremskraft kann berechnet werden als: Braking Force = pressure × area × μ (6)
Wobei μ der Reibungskoeffizient des Bremsklotzes 22 ist, welcher eine Funktion der Bremsklotztemperatur ist, und area die Oberfläche des Bremsklotzes 22 ist. Alternativ kann die Bremskraft berechnet werden als: Bremskraft = ( Drehmoment / Rollradius) × Geschwindigkeit (7)
Das Drehmoment wird sowohl für die Vorderräder als auch für die Hinterräder des Fahrzeugs 10 gerechnet und es ist eine Funktion des Bremsdrucks und der dynamischen Bremsproportionierung. Der Rollradius ist der Rollradius des Rads 14A, 14B, 14C oder 14D und die Geschwindigkeit ist die Fahrzeuggeschwindigkeit.
Nachdem eine geschätzte Rotortemperatur unter Verwendung des Rotortemperatur-Standardmodells 36 bereitgestellt wurde, geht der Algorithmus 26 dann zu einem Umschaltmodell 42 weiter, welches ermittelt, ob das erste Bremsklotzverschleißmodell (d. h. das Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58) oder ein zweites Bremsklotzverschleißmodell (d. h. ein Hochenergie-Bremsklotzverschleißmodell, das als das Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82 bezeichnet wird) verwendet werden wird. Das Umschaltmodell 42 führt die Ermittlung zumindest teilweise auf der Grundlage einer geschätzten Rotortemperatur 44, einer Bremsgeschwindigkeit 46 und der berechneten Bremsenergie 38 durch. Die geschätzte Rotortemperatur 44 stammt anfänglich von dem Rotortemperatur-Standardmodell 36 von der vorstehenden Gleichung (1) oder es kann von dem Rennstrecken-Rotortemperaturmodell 80 stammen, nachdem der Algorithmus 36 diese Schätzung durchlaufen hat. Die Bremsgeschwindigkeit ist das gleiche wie die Radgeschwindigkeit und sie kann von Radsensoren erhalten werden oder auf der Grundlage von Sensorsignalen einem Kraftmaschinendrehzahlsensor oder einem Getriebeausgabedrehzahlsensor berechnet werden. Die berechnete Bremsenergie 38 kann so sein, wie es in der vorstehenden Gleichung (5) beschrieben ist.
Mit Bezug auf 3 berücksichtigt das Umschaltmodell 42 insbesondere die geschätzte Rotortemperatur 44, eine geschätzte Bremsgeschwindigkeit 46 und die Bremsenergie 38. Das Umschaltmodell 42 wird nur unter bestimmten Bedingungen fortfahren, um die Rotortemperatur in Übereinstimmung mit dem Rennstrecken-Temperaturmodell 80 zu schätzen. Das Rennstrecken-Temperaturmodell 80 wird erstens verwendet werden, wenn ermittelt wird, dass eine vorbestimmte minimale Rotortemperatur RT_MIN oder eine vorbestimmte minimale Bremsgeschwindigkeit BS_MIN eine vorbestimmte Anzahl von Malen innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne überschritten worden sind. In Block 50 des Umschaltmodells 42 wird die geschätzte Rotortemperatur 44 mit der vorbestimmten minimalen Rotortemperatur X verglichen. Wenn die geschätzte Rotortemperatur 44 größer als die vorbestimmte minimale Rotortemperatur X ist, dann geht das Umschaltmodell 42 zu einem Ereigniszähler 52 weiter und fügt ein Ereignis zu der Liste von Ereignissen hinzu, die von dem Ereigniszähler 52 geführt wird. Wenn die geschätzte Rotortemperatur kleiner oder gleich der vorbestimmten minimalen Rotortemperatur X ist, dann wird der Zählwert des Ereigniszählers 52 nicht erhöht und das Umschaltmodell 42 geht zu Block 54 weiter, um zu ermitteln, ob ein Fahrzeugbediener den Rennstreckenmodus (d. h. das Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82) gewählt hat, etwa durch Drücken eines Bedienereingabeknopfs 55, der in 1 gezeigt ist, durch Bereitstellen eines hörbaren Befehls, oder ein anderweitiges Bereitstellen eines Signals, das eine Auswahl des Rennstreckenmodus anzeigt. Wenn festgestellt wird, dass der Rennstreckenmodus gewählt worden ist, dann geht das Umschaltmodell 42 zu Block 56 weiter, wie mit Bezug auf 2 weiter beschrieben ist. Andernfalls geht das Umschaltmodell 42 zu Block 58 weiter, um den Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58 zu ermitteln, was hier weiter erörtert wird, sofern in Block 54 nicht ermittelt wurde, dass der Fahrzeugbediener das Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82 gewählt hat. Das Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58 wird hier auch als ein erstes Bremsklotzverschleißmodell oder als ein alternatives Bremsklotzverschleißmodell bezeichnet, und das Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82 wird hier auch als ein zweites Bremsklotzverschleißmodell oder als Hochenergie-Bremsklotzverschleißmodell bezeichnet.
Analog wird in Block 60 des Umschaltmodells 42 die Bremsgeschwindigkeit 46 mit der vorbestimmten minimalen Bremsgeschwindigkeit Y verglichen. Wenn die Bremsgeschwindigkeit 46 größer als die vorbestimmte minimale Bremsgeschwindigkeit Y ist, dann geht das Umschaltmodell 42 zu dem Ereigniszähler 52 weiter und fügt ein Ereignis zu der Liste von Ereignissen hinzu, die von dem Ereigniszähler 52 geführt wird. Wenn die Bremsgeschwindigkeit 60 kleiner oder gleich der vorbestimmten minimalen Bremsgeschwindigkeit Y ist, dann wird der Zählwert des Ereigniszählers 52 nicht erhöht und das Umschaltmodell 42 geht zu Block 54 weiter, um zu ermitteln, ob ein Fahrzeugbediener den Rennstreckenmodus gewählt hat, und wenn dem so ist, dann geht das Umschaltmodell 42 zu Block 56 weiter, wie mit Bezug auf 2 weiter beschrieben ist. Andernfalls geht das Umschaltmodell 42 zu Block 58 weiter, um den Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58 zu ermitteln.
Wenn das Umschaltmodell 42 zu Block 52 weitergeht und ein Ereignis zu dem Zähler hinzufügt, dann geht das Umschaltmodell 42 zu Block 62 weiter, um zu ermitteln, ob die Frequenz des Erhöhens des Zählwerts des Ereigniszählers 52 größer als eine vorbestimmte Schwellenwertfrequenz ist. Die Frequenz des Erhöhens des Zählwerts ist eine Anzeige der Frequenz eines aggressiven Bremsens durch den Bediener des Fahrzeugs 10, was durch die Ermittlungen der relativ hohen Rotortemperatur 44 und der relativ hohen Bremsgeschwindigkeit 46 der Blöcke 50 und 60 deutlich sichtbar wird. Wenn die Schwellenwertfrequenz überschritten wird, dann ist das Modellieren des Bremsklotzverschleißes in Übereinstimmung mit dem Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82 geeignet und das Umschaltmodell 42 geht zu Block 56 von 2 weiter. Andernfalls geht das Umschaltmodell 42 zu dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58 weiter, sofern bei Block 54 nicht ermittelt wurde, dass der Fahrzeugbediener das Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell gewählt hat, wobei sich das Umschaltmodell 42 in diesem Fall zu Block 56 bewegt.
Das Umschaltmodell 42 bewertet außerdem die Bremsenergie 38 als einen separaten potentiellen Indikator für das Geeignetsein des Rennstrecken-Bremsklotzverschieißmodells 82 oder des Standard-Bremsklotzverschleißmodells 58. In Block 64 ermittelt das Umschaltmodell 42, ob die Bremsenergie 38 eine vorbestimmte minimale Bremsenergie überschreitet. Wenn dies zutrifft, geht das Umschaltmodell 42 zu Block 66 weiter, um zu ermitteln, wie lange die Bremsenergie 38 größer als die vorbestimmte minimale Bremsenergie Z bleibt. Wenn bei Block 68 ermittelt wird, dass die vorbestimmte minimale Bremsenergie Z länger als eine vorbestimmte minimale Zeitspanne lang überschritten wurde, dann geht das Umschaltmodell 42 zu Block 56 von 3, um den Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit dem Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82 zu ermitteln. Andernfalls ermittelt das Umschaltmodell 42 den Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58, sofern in Block 54 nicht ermittelt wurde, dass der Fahrzeugbediener das Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell gewählt hat.
Wieder mit Bezug auf 2 wird, wenn das Umschaltmodell 42 zu dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58 weitergegangen ist, der Bremsklotzverschleiß dann in Übereinstimmung mit einer mathematischen Beziehung des Bremsklotzverschleißes zu einer Rotortemperatur ermittelt, die bei Betriebsbedingungen mit relativ niedriger Bremsenergie am genauesten ist (d. h. während eines normalen Betriebsmodus, nicht bei einem Fahren auf einer Rennstrecke oder bei anderen ähnlichen Fahrmanövern mit hoher Energie). Bei dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58 gibt der Algorithmus 26 die angewendete Bremskraft in ein physikalisches Temperaturmodell für Dynamiken erster Ordnung ein, um einen Schätzwert für die Rotortemperatur zu ermitteln. Bremsklotz-Prüfstandtests können verwendet werden, um den Bremsklotzreibungskoeffizienten als Funktion der Rotortemperatur und den Betrag des Verschleißes zu erhalten, der bei jeder Bremsklotztemperatur erwartet wird.
Bei dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58 kann die Kraft, die zum Stoppen des Fahrzeugs erforderlich ist, geschätzt werden als: Kraft = Masse × Beschleunigung (8)
Die Vorderbremsen/Hinterbremsen-Proportionierungsinformationen und die Kurvenfahrinformationen, die aus dem Controller C zur Verfügung stehen, können verwendet werden, um die Kraftverteilung an jeder Achse und Ecke zu ermitteln. Die Schätzung der Fahrzeugmasse ist aus dem Controller C verfügbar und sie wird in diesen Gleichungen ebenfalls verwendet. Aus der Bremsenergie oder der Bremskraft kann die Bremsklotztemperatur als ein proportionaler Wert ermittelt werden und aus der Bremsklotztemperatur kann der Bremsklotzverschleiß als ein proportionaler Wert ermittelt werden, typischerweise aus einer Nachschlagetabelle im Prozessor 24. Der Fachmann auf dem Gebiet wird leicht verstehen, wie eine Nachschlagetabelle bereitgestellt werden kann, die auf der Grundlage der Beziehung zwischen der Bremsenergie und der Bremsklotztemperatur und zwischen der Bremsklotztemperatur und dem Bremsklotzverschleiß auf der Grundlage der vorstehend erörterten Berechnungen und der Eigenschaften des Bremsklotzes 22 gefüllt wurde. Jedes Mal, wenn der Algorithmus 26 den Verschleiß des Bremsklotzes 22 berechnet, wird dieser zu den vorherigen Berechnungen des Verschleißes über die Zeit addiert und er kann dann aus der Fahrleistung des Fahrzeugs extrapoliert werden, um die verbleibende Fahrleistung für jeden Bremsklotz 22 zu ermitteln.
Wenn das Umschaltmodell 42 alternativ zu Block 56 weitergeht, wie mit Bezug auf 3 erörtert wurde, dann schätzt der Algorithmus 26 den Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit dem Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82. Die Schätzung beginnt in Block 56, bei dem eine von dem Fahrzeugbremssystem 16 zu dissipierende erforderliche Bremsenergie als Anteil der kinetischen Gesamtenergie des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit einem Energiepartitionierungsmoqdell ermittelt wird, das auch als ein Bremsensystem/Straßenlast-Energiepartitionierungsmodell 56 bezeichnet wird. Mit anderen Worten wird die zu bremsende Fahrzeugenergie zwischen dem Bremssystem 16 und anderen Systemen, welche die Energie dissipieren können, aufgeteilt. Das Bremsensystem/Straßenlast-Energiepartitionierungsmodell 56 modelliert den aerodynamischen Widerstand, Reifenverluste und Antriebsstrang-Bremsverluste auf der Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Querbeschleunigung und der Gangwahl. Es werden verschiedene Fahrzeugbetriebsbedingungen berücksichtigt, etwa die Getriebeübersetzung 70, die Fahrzeuggeschwindigkeit 72 und die Bremsenergie 38. Wie hier erörtert wird, korreliert die Getriebeübersetzung 70 mit dem Energiebetrag, der durch Kraftmaschinenbremsen dissipiert werden kann. Die Fahrzeuggeschwindigkeit 72 wird verwendet, um den Energiebetrag zu ermitteln, der durch den aerodynamischen Widerstand an dem Fahrzeug 10 dissipiert wird. Zuerst wird die aerodynamische Kraft auf das Fahrzeug 10 wie folgt ermittelt: Aero Force = 1 / 2C_d × p × A × V² (9) wobei C_d der aerodynamische Widerstandskoeffizient ist, ρ die Luftdichte ist, A die Querschnittsfläche des Fahrzeugs ist und V die Fahrzeuggeschwindigkeit ist. Der aerodynamische Widerstandskoeffizient C_d, die Luftdichte ρ und die Fahrzeugquerschnittsfläche A können Konstante sein, die im Prozessor 24 gespeichert sind. Alternativ kann die Luftdichte ρ in Übereinstimmung mit einer erfassten Lufttemperatur variiert werden.
Die Antriebsstrangkraft wird dann in Übereinstimmung mit der Formel ermittelt: Antriebsstrangkraft = Übersetzung_Getriebe × Übersetzung_Achse × Drehmoment_{Kraftmaschine im Motorbetrieb} × R_Reifen (10) wobei Übersetzung_Getriebe die Getriebeübersetzung ist, die aus einer Nachschlagetabelle von Übersetzungen in Übereinstimmung mit der aktuellen Übersetzung 70 ermittelt wird; Übersetzung_Achse die Antriebsachsenübersetzung ist, die ebenfalls aus einer gespeicherten Nachschlagetabelle ermittelt wird; Drehmomentkraftmaschine im Motorbetrieb das Drehmoment der Kraftmaschine im Motorbetrieb ist, das aus einer gespeicherten Nachschlagetabelle mit Kraftmaschinendrehzahlen und Drosselklappenpositionen ermittelt wird; und R_Reifen der Radius jedes Reifens 15 ist.
Als Nächstes wird die Reifenkraft in Übereinstimmung mit der Formel ermittelt: Reifenkraft = K(V) × Schlupfwinkel (11) wobei K ein empirisch ermittelter Koeffizient ist, der Reifenverluste in Beziehung mit einem Fahrzeugschlupfwinkel und der Fahrzeuggeschwindigkeit setzt; und Schlupfwinkel der Gesamtschlupfwinkel des Fahrzeugs ist, der von einem Signal von einem Karosseriesteuerungsabschnitt des Prozessors 24 angezeigt werden kann.
Wenn diese Werte ermittelt sind, kann der Prozessor 24 dann den Anteil der kinetischen Energie des Fahrzeugs, der von dem Bremssystem 16 dissipiert werden muss, in Übereinstimmung mit dem Verhältnis berechnen:
wobei Gesamtverzögerungskraft die Kraft gemäß Gleichung (8) ist.
Im Anschluss an Block 56 geht der Algorithmus 24 zu Block 74 weiter, bei dem Fahrzeugdynamiken in Übereinstimmung mit den Hochenergie-Fahrzeugbetriebsparametern des Rennstreckenmodus modelliert werden und die erforderliche Bremsenergie dann auf die Bremsmechanismen 18A, 18B, 18C und 18D an den Rädern 14A, 14B, 14C und 14D in Übereinstimmung mit den modellierten Fahrzeugdynamiken verteilt wird. Als erstes wird die Veränderung der Gewichtsverteilung vorne und hinten des Fahrzeugs 10 in dem Rennstreckenmodus ΔW in Übereinstimmung mit der Formel berechnet: ΔW = Weight_Total × A_X × CG / WB (13) wobei CG die Höhe des Schwerpunkts ist; WB die Höhe der Radbasis ist und A die Vorwärts-Rückwärts-Fahrzeugbeschleunigung ist (d. h. die Längsbeschleunigung 78).
Die Gewichtsverteilung vorne und hinten in dem Fahrzeug 10 wird dann wie folgt berechnet: W_front = W_front,static + ΔW (14) W_rear = W_rear,static – ΔW (15) wobei W_front,static das statische Gewicht über der Vorderachse ist und W_rear,static das statische Gewicht auf der Hinterachse ist.
Die Gewichtsverteilung links und rechts wird dann wie folgt ermittelt:
wobei ΔW_F, ΔW_R die Veränderung bei der Querverteilung des Gewichts zwischen der linken Seite und der rechten Seite des Fahrzeugs 10 ist; A_Y die Querbeschleunigung ist (d. h. die Querbeschleunigung 76); W_S das gefederte Gewicht bei der Höhe h_S und einer senkrechten Distanz h₂ von der Rollneutralachse ist; W_uF und W_uR die vorderen und hinteren nicht gefederten Gewichte bei den Höhen z_WS bzw. z_WR sind; K_F, K_R die vorderen bzw. hinteren Federungsrollraten sind; a_S die Distanz zwischen dem vorderen Rollmittelpunkt und dem Schwerpunkt der gefederten Masse ist; und
Das Fahrzeugdynamikmodell von Block 74 ermittelt dann, ob die Quadratwurzel aus der Summe der Querbeschleunigung im Quadrat und der Längsbeschleunigung im Quadrat größer als ein vorbestimmter Traktionsschwellenwert ist. Das heißt, dass Block 74 ermittelt, ob das Folgende wahr ist:
Der Parameter Traktionsschwellenwert gleicht in etwa der ”Traktionskreis”-Grenze für die Reifen des Fahrzeugs und er wird auf ein Niveau gesetzt über dem das Überschreiten der verfügbaren Traktion an einer oder mehreren Radstellen wahrscheinlich wird. Ein typischer Wert wäre 0,7 und er kann bei der Fahrzeugentwicklung abgestimmt werden.
Wenn nicht, wird die Bremsenergie in Übereinstimmung mit dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell von Block 58 verteilt, d. h. in Übereinstimmung mit dem Folgenden:
und Bremsenergieanteil_hinten = (1 – Bremsenergieanteil_vorne) (22)
Wenn die Quadratwurzel aus der Summe der Querbeschleunigung im Quadrat und der Längsbeschleunigung im Quadrat jedoch größer als der vorbestimmte Traktionsschwellenwert ist, dann wird die Bremsenergie in Übereinstimmung mit einer verfügbaren vertikalen Kraft auf jedes Rad 14A, 14B, 14C und 14D verteilt. Beispielsweise berechnet Block 74 bei einem kombinierten Bremsen und Lenken nach rechts, bei dem Traktionsschwellenwert in der vorstehenden Gleichung (20) überschritten wird: W_{links_vorne} = W_vorne + AW_F, als das Gewicht bei Rad 14A; (23) W_{rechts_vorne} = W_vorne – ΔW_F, als das Gewicht bei Rad 14B; (24) W_{links_hinten} = W_hinten + AW_R, als das Gewicht bei Rad 14C; (25) und W_{links_hinten} = W_hinten – ΔW_R, als das Gewicht bei Rad 14D. (26)
Die Bremsenergie, die aus dem Energiepartitionierungsmodell von Block 56 berechnet wurde, wird in Übereinstimmung mit dem Anteil der Fahrzeuggesamtmasse jeder Bremsecke zugeteilt. Wenn beispielsweise:
dann werden 40% der gesamten Bremsenergie in die linke vordere Bremsecke geleitet.
Im Anschluss an Block 74 geht der Algorithmus 24 zu Block 80 weiter, um die Rotortemperatur in Übereinstimmung mit einer Nachschlagetabelle von gespeicherten experimentellen Daten, welche die Bremsenergie mit der Rotortemperatur in Beziehung setzen, etwa vom Testen an einem Fahrzeugprüfstand, zu ermitteln. Die Nachschlagetabelle wird auf die gleiche Weise wie bei Block 36 ermittelt, wobei jedoch: (i) die Bremsenergie in Übereinstimmung mit den vorstehenden Formeln den Rädern 14A–14D zugeteilt wird, um die Rotortemperatur bei jedem Rad 14A–14D bei den Fahrzeugbetriebsbedingungen mit hoher Energie im Rennstreckenmodus genauer zu ermitteln, und (ii) Kühlungskoeffizienten b in Gleichung (1) des Modells mit konzentrierter Kapazität zum Kühlen des Bremsenrotors reduziert sind. Die reduzierten Kühlungskoeffizienten in dem zweiten Fahrmodus (mit höherer Temperatur, d. h. dem Rennstrecken-Fahrmodus) erfolgen aufgrund von Veränderungen bei thermischen Eigenschaften des Bremsenrotormaterials (speziell der Zunahme der spezifischen Wärmekapazität) und des Verhaltens der konvektiven Kühlung. Beispielhafte Messwerte zeigen eine Reduktion um 6% bei Bremsenkühlungskoeffizienten bei hoher Temperatur (Starttemperatur über 600°C) gegenüber Bremsenkühlungskoeffizienten bei niedrigerer Temperatur (Starttemperatur bei etwa 400°C).
Als Nächstes setzt der Algorithmus 26 die Rotortemperatur, die in Übereinstimmung mit dem Rennstrecken-Rotortemperaturmodell 80 ermittelt wurde, in Beziehung zu dem Bremsklotzverschleiß in dem Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82. Die geschätzte Rotortemperatur, die für einen speziellen Zeitschritt des Algorithmus 26 in Übereinstimmung mit dem Rennstrecken-Rotortemperaturmodell 80 und der Bremsenergie von dem Fahrzeugdynamikmodell 74 an jedem Rad 14A–14D während dieses Zeitschritts ermittelt wurden, sind Eingaben für das Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82. Die Eingaben stehen in Beziehung zu experimentellen Testdaten, die in einer Nachschlagetabelle gespeichert sind, oder zu einer angepassten Gleichung des volumetrischen Verschleißes pro Einheit einer Bremsenergieeingabe, welche in Kubikmillimeter pro Kilojoule über der Temperatur in Grad Celsius vorliegen kann. Die Korrelation stellt einen geschätzten volumetrischen Verschleiß des Bremsklotzes 22 während dieses Zeitschritts bereit. Dann kann ein linearer Verschleiß in Übereinstimmung mit dem Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82 nachgeführt werden, der auch die Eigenschaften des Bremsklotzes 22 berücksichtigt. Insbesondere wird der lineare Verschleiß eines jeweiligen der Bremsklötze 22 berechnet als:
4 zeigt einen Bremsklotz 22 mit einer anfänglichen Dicke th und einer Richtung des linearen Verschleißes von einer oberen Fläche 90 zu einer unteren Fläche 92, die an dem Bremsenrotor 20 befestigt ist. Jedes Mal, wenn der Algorithmus 24 den Verschleiß jedes Bremsklotzes 22 berechnet, sei es unter dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58 oder unter dem Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82, wird der Verschleiß zu vorherigen Berechnungen des Verschleißes über die Zeit addiert und die verbleibende Fahrleistung für jeden Bremsklotz 22 kann aus der Fahrzeugfahrleistung und der anfänglichen Dicke des Bremsklotzes 22 extrapoliert werden.
In 4 ist der Bremsklotz 22 mit zwei physikalischen Verschleißsensoren 94A, 94B gezeigt, die beide mit dem Controller C wirksam verbunden sind. Die physikalischen Verschleißsensoren 94A, 94B liegen in der Form von Drähten vor, die an verschiedenen vorbestimmten Tiefen in den Bremsklotz 22 eingebettet sind. Stattdessen können andere Typen von Bremsensensoren verwendet werden, etwa ein indirekter Sensor oder ein Erfassungsmechanismus, um die Bremsklotzdicke abzuleiten. Geeignete Beispiele umfassen Bremsflüssigkeitsniveausensoren oder das Messen der Verschiebung der Bremssättel, etwa in einem elektromechanischen System oder einem Break-by-Wire-System. Wenn der lineare Verschleiß des Bremsklotzes 22 die Tiefe D1 des ersten physikalischen Verschleißsensors 94A erreicht, wird der physikalische Verschleißsensor 94A ein Signal 86A an den Controller C bewirken, indem er einen Kontakt mit dem Rotor 20 entweder unterbricht oder herstellt. Wenn der lineare Verschleiß des Bremsklotzes 22 analog die Tiefe D2 des zweiten physikalischen Verschleißsensors 94B erreicht, wird der zweite physikalische Verschleißsensor 94B veranlassen, dass ein Signal 86B an den Controller C gesendet wird. Diese Signale von den Sensoren 94A, 94B zeigen spezielle, tatsächliche Bremsklotzdicken an und sie können verwendet werden, um beliebige Differenzen zwischen der Schätzung der Bremsklotzdicke von den Bremsklotzverschleißmodellen 58 oder 82 und der tatsächlichen Dicke über die verbleibende Dicke und Lebensdauer des Bremsklotzes allmählich zu beseitigen.
Nach dem Schätzen des Bremsklotzverschleißes in Übereinstimmung mit dem Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58 oder in Übereinstimmung mit dem Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82 geht der Algorithmus 24 folglich zu dem Verschleißkorrekturmodell 84 weiter. Wenn ein Signal von dem ersten physikalischen Verschleißsensor 94A noch nicht empfangen worden ist, dann wird keine Korrektur des geschätzten Bremsklotzverschleißes durchgeführt. Der Algorithmus 24 geht dann zu Kästchen 94 weiter, bei dem ein Bremsklotzverschleißsignal oder eine Anzeige erzeugt und für den Fahrzeugbediener über die Ausgabevorrichtung 35 zur Bremsklotzverschleißanzeige von 1 bereitgestellt wird, welche den Betrag des geschätzten Bremsklotzverschleißes oder den Betrag der verbleibenden Lebensdauer des Bremsklotzes anzeigt, der mit der verbleibenden Dicke des Bremsklotzes korreliert ist, die aus dem geschätzten Bremsklotzverschleiß ermittelt wird.
Wenn das Verschleißkorrekturmodell 84 ein Signal 86A eines physikalischen Verschleißsensors von dem ersten physikalischen Verschleißsensor 94A empfangen hat, wird der geschätzte Bremsklotzverschleiß mit dem vorbestimmten Bremsklotzverschleiß verglichen (d. h. Verschleiß der linearen Dicke D1). Wenn zwischen dem Schätzwert und der tatsächlichen Dicke ein signifikanter Unterschied existiert, was ermittelt wird, wenn das Sensorsignal 86A oder 86B empfangen wird, dann wird dieser Unterschied verwendet, um den geschätzten Bremsklotzverschleiß zu justieren (d. h. zu korrigieren), so dass dann, wenn sich der Bremsklotz 22 in der Nähe der Austauschperiode oder in der Nähe der Tiefe D2 des nächsten physikalischen Verschleißsensors 94B befindet, die Gesamtgenauigkeit des Systems so hoch wie möglich sein wird. Dies wird umfassen, dass der Schätzwert der verbleibenden Bremsklotzlebensdauer mit einer Rate erhöht oder verringert wird, die sich von derjenigen unterscheidet, die beobachtet wurde, so dass das Lebensdauerende des Bremsklotzes 22 genau ermittelt wird.
Der Algorithmus 26 geht dann zu Block 94 weiter, um eine Anzeige des Bremsklotzverschleißes oder der Restlebensdauer des Bremsklotzes für den Fahrzeugbediener bereitzustellen. Dann geht der Algorithmus 26 zu Block 36 weiter und dann zu dem Umschaltmodell 42 und er ermittelt nach einer vorbestimmten Zeitspanne wieder, ob Fahrzeugbetriebsbedingungen anzeigen, dass das Standard-Bremsklotzverschleißmodell 58 oder das Rennstrecken-Bremsklotzverschleißmodell 82 angewendet werden soll. Während der Algorithmus 24 wiederholt wird, justiert das Verschleißkorrekturmodell 84, wenn der Controller C anschließend ein Signal 86A eines physikalischen Verschleißsensors von dem zweiten physikalischen Verschleißsensor 94B empfängt, wieder die geschätzten Bremsklotzverschleißmodelle 58, 82.
Obwohl die besten Arten zum Ausführen der vielen Aspekte der vorliegenden Lehren im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann auf dem Gebiet, das diese Lehren betrifft, verschiedene alternative Aspekte erkennen, um die vorliegenden Lehren, die sich innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche befinden, in die Praxis umzusetzen.

Claims

Verfahren zum Schätzen eines Bremsklotzverschleißes an einem Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst, dass: mit Hilfe eines elektronischen Controllers eine erforderliche Bremsenergie, die von einem Bremssystem des Fahrzeugs dissipiert werden muss, als Anteil der kinetischen Gesamtenergie des Fahrzeugs, in Übereinstimmung mit einem Energiepartitionierungsmodell ermittelt wird; mit Hilfe des elektronischen Controllers eine Verteilung der erforderlichen Bremsenergie auf mehrere Fahrzeugbremsmechanismen an dem Fahrzeug in Übereinstimmung mit einem Fahrzeugdynamikmodell ermittelt wird; wobei jeder mehreren Fahrzeugbremsmechanismen einen Bremsenrotor und einen Bremsklotz aufweist; mit Hilfe des elektronischen Controllers eine Rotortemperatur jedes Bremsenrotors in Übereinstimmung mit einem Rotortemperaturmodell ermittelt wird, das die erforderliche Bremsenergie und die Verteilung der erforderlichen Bremsenergie verwendet; mit Hilfe des elektronischen Controllers ein Bremsklotzverschleiß jedes Bremsklotzes in Übereinstimmung mit einem Bremsklotzverschleißmodell ermittelt wird; der Bremsklotzverschleiß über eine Ausgabevorrichtung zur Bremsklotzverschleißanzeige angezeigt wird; und wobei das Energiepartitionierungsmodell, das Fahrzeugdynamikmodell, das Rotortemperaturmodell und das Bremsklotzverschleißmodell für Fahrzeugbedingungen repräsentativ sind, bei denen die Rotortemperatur größer als eine vorbestimmte minimale Rotortemperatur ist, die Bremsgeschwindigkeit größer als eine vorbestimmte minimale Bremsgeschwindigkeit ist und die erforderliche Bremsenergie größer als eine vorbestimmte minimale Bremsenergie ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Energiepartitionierungsmodell, das Fahrzeugdynamikmodell, das Rotortemperaturmodell und das Bremsklotzmodell für das Ermitteln der erforderlichen Bremsenergie, die dissipiert werden muss, für das Ermitteln der Verteilung der erforderlichen Bremsenergie, für das Ermitteln der Rotortemperatur und für das Ermitteln des Bremsklotzverschleißes jeweils nur verwendet werden, wenn die vorbestimmte minimale Rotortemperatur und die vorbestimmte minimale Bremsgeschwindigkeit eine vorbestimmte Anzahl von Malen innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne überschritten werden oder wenn die Bremsenergie die vorbestimmte minimale Bremsenergie für eine vorbestimmte minimale Zeitperiode überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Energiepartitionierungsmodell, das Fahrzeugdynamikmodell, das Rotortemperaturmodell und das Bremsklotzmodell für das Ermitteln der erforderlichen Bremsenergie, die dissipiert werden muss, für das Ermitteln der Verteilung der erforderlichen Bremsenergie, für das Ermitteln der Rotortemperatur und für das Ermitteln des Bremsklotzverschleißes jeweils in Ansprechen auf eine Bedienerwahl verwendet werden, auch wenn die vorbestimmte minimale Rotortemperatur und die vorbestimmte minimale Bremsgeschwindigkeit nicht die vorbestimmte Anzahl von Malen innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne überschritten sind, und auch, wenn die Bremsenergie die vorbestimmte minimale Bremsenergie nicht für die vorbestimmte minimale Zeitspanne überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei ein alternatives Bremsklotzverschleißmodell verwendet wird, wenn die vorbestimmte minimale Rotortemperatur und die vorbestimmte minimale Bremsgeschwindigkeit nicht die vorbestimmte Anzahl von Malen innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne überschritten sind und wenn die Bremsenergie die vorbestimmte minimale Bremsenergie für die vorbestimmte minimale Zeitspanne nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die vorbestimmte minimale Rotortemperatur für einen Fahrzeugbetrieb in einem ersten Fahrmodus repräsentativ ist; wobei das Rotortemperaturmodell für einen Fahrzeugbetrieb in einem zweiten Fahrmodus repräsentativ ist; und wobei Bremsgeschwindigkeiten und die Bremsenergie in dem zweiten Fahrmodus größer als Bremsgeschwindigkeiten und die Bremsenergie in dem ersten Fahrmodus sind.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das in dem zweiten Fahrmodus verwendete Rotortemperaturmodell ein Modell mit konzentrierter Kapazität einer rotorspezifischen Wärmekapazität enthält, wobei Kühlungskoeffizienten kleiner als Kühlungskoeffizienten sind, die in dem ersten Fahrmodus verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Energiepartitionierungsmodell zumindest teilweise auf einer Übersetzung, einer Fahrzeuggeschwindigkeit und der Bremsenergie beruht.
Fahrzeug, umfassend: eine Fahrzeugkarosserie, die mit drehbaren Rädern wirksam verbunden ist, um die Fahrzeugkarosserie zu bewegen; ein Bremssystem, das ausgestaltet ist, um eine Drehung der Räder zu stoppen; wobei das Bremssystem jeweilige Bremsmechanismen enthält, die alle mit verschiedenen jeweiligen Rädern wirksam verbunden sind, wobei jeder einen Bremsenrotor, der zusammen mit dem Rad drehbar ist, und einen Bremsklotz aufweist, der bei einem Bremsen des Rads in Kontakt mit dem Bremsenrotor platziert wird; eine Ausgabevorrichtung zur Bremsklotzverschleißanzeige; und einen elektronischen Controller mit einem Prozessor, der einen gespeicherten Algorithmus ausführt, der: eine Temperatur des Bremsenrotors ermittelt; einen Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit einem ersten Bremsklotzverschleißmodell ermittelt, wenn die Bremsenrotortemperatur kleiner oder gleich einer vorbestimmten minimalen Rotortemperatur ist; den Bremsklotzverschleiß in Übereinstimmung mit einem zweiten Bremsklotzverschleißmodell ermittelt, wenn die Bremsenrotortemperatur größer als die vorbestimmte minimale Rotortemperatur ist; und den Bremsklotzverschleiß über die Ausgabevorrichtung zur Bremsklotzverschleißanzeige anzeigt.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei der gespeicherte Algorithmus: eine erforderliche Bremsenergie, die von dem Bremssystem dissipiert werden muss, als Anteil einer kinetischen Gesamtenergie des Fahrzeugs in Übereinstimmung mit einem Energiepartitionierungsmodell ermittelt; eine Verteilung der erforderlichen Bremsenergie auf die Bremsmechanismen in Übereinstimmung mit einem Fahrzeugdynamikmodell ermittelt; wobei die Bremsenrotortemperatur in Übereinstimmung mit einem Rotortemperaturmodell ermittelt wird, das die erforderliche Bremsenergie und die Verteilung der erforderlichen Bremsenergie verwendet; und wobei das Energiepartitionierungsmodell, das Fahrzeugdynamikmodell, das Rotortemperaturmodell und das zweite Bremsklotzverschleißmodell repräsentativ für Fahrzeugbedingungen sind, bei denen die Rotortemperatur größer als die vorbestimmte minimale Rotortemperatur ist, die Bremsgeschwindigkeit größer als eine vorbestimmte minimale Bremsgeschwindigkeit ist und die erforderliche Bremsenergie größer als eine vorbestimmte minimale Bremsenergie ist.
Fahrzeug nach Anspruch 9, ferner umfassend: eine Bedienereingabevorrichtung, die mit dem Controller wirksam verbunden ist und ausgestaltet ist, um eine Bedienereingabe zu empfangen, um dadurch die Ermittlung des Bremsklotzverschleißes entweder in Übereinstimmung mit dem ersten Bremsklotzverschleißmodell oder mit dem zweiten Bremsklotzverschleißmodell unabhängig von der vorbestimmten minimalen Rotortemperatur, der vorbestimmten minimalen Bremsgeschwindigkeit und der vorbestimmten minimalen Bremsenergie zu wählen.