DE3813514A1 - Device for determining the temperature of cyclically moving parts of motor vehicles - Google Patents

Device for determining the temperature of cyclically moving parts of motor vehicles

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Abstract

In a device for determining the temperature of cyclically moving parts of motor vehicles having a transmitter formed as a pyrometer and responding to the emitted radiation, the position of the transmitter and the shape of the part are matched to each other in such a way that the part, during its movement, exposes and covers again a reference point of known temperature to the fixed transmitter. Conclusions can thus be directly drawn as to the temperature of the part from the difference between the output signals of the transmitter for the part and for the reference point.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device according to the Preamble of claim 1.

Die Temperaturbestimmung von thermisch hoch belasteten Kraftfahrzeug-Teilen ist notwendig, aber auch schwierig. Diese Belastung kann zu Verringerung der Standzeit des Teiles sowie zu einem vorübergehenden oder vollständi­ gen Ausfall der Betriebsfunktion führen, die von diesem Teil abhängig ist. Im Falle von Bremsscheiben beispiels­ weise kann dies der Ausfall der Bremse selbst sein mit der Folge einer unübersehbaren Gefährdung für die Verkehrsteilnehmer. Die Schwierigkeit der Temperatur­ bestimmung resultiert aus dem häufig nur kurzzeitigen Auftreten kritisch hoher Temperaturen, der Unzugäng­ lichkeit des Teiles sowie zusätzlichen Belastungen aus der Umwelt bzw. dem Kraftfahrzeug selbst in Form bei­ spielsweise von extrem hohen Beschleunigungen des Teiles oder in dessen Umgebung.The temperature determination of thermally highly stressed Auto parts are necessary, but also difficult. This load can reduce the service life of the Part as well as to a temporary or complete failure of the operating function caused by this Part is dependent. In the case of brake discs, for example wise this can be the failure of the brake itself the consequence of an obvious danger to the Road users. The difficulty of the temperature determination results from the often only short-term Occurrence of critically high temperatures, the inaccessibility of the part and additional loads the environment or the vehicle itself in form for example from extremely high accelerations of the part or in its surroundings.

Die Verwendung eines Pyrometers zur Temperaturbestimmung mit Hilfe der von dem Teil ausgesandten Strahlung ihrerseits führt zu physikalischen Problemen, die ihre Ursache in der unterschiedlichen Strahlenemission von Teilen unterschiedlichen Materials bei derselben Tem­ peratur haben. Es wurde daher bereits versucht, Vor­ richtungen der eingangs genannten Art mit Hilfe eines Zusatzteils in einen schwarzen Strahler zu verwandeln, aus dessen Strahlenemission unmittelbar auf die Tem­ peratur geschlossen werden kann (US-PS 45 76 486 und 36 26 758). Derartige Vorrichtungen sind konstruktiv aufwendig und im Falle von nur kurzzeitig auftretenden hohen Temperaturen praktisch wirkungslos, da sie als Vorraussetzung für ihre Wirkung ein Temperaturgleich­ gewicht zwischen dem untersuchten Teil und dem als schwarzen Strahler dienenden Zusatzkörper erfordern. Dieses Gleichgewicht stellt sich jedoch erst nach einer gewissen Zeit ein.The use of a pyrometer for temperature determination with the help of the radiation emitted by the part in turn leads to physical problems that their Cause in the different radiation emission from Share different materials at the same temperature  have temperature. It has therefore been tried before directions of the type mentioned with the help of a To convert the additional part into a black spotlight, from its radiation emission directly to the tem temperature can be closed (US-PS 45 76 486 and 36 26 758). Such devices are constructive complex and in the case of only briefly occurring high temperatures practically ineffective since they are considered Precondition for their effect a temperature equal weight between the examined part and the as require additional body serving black spotlights. However, this balance only arises after one certain time.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrich­ tung der eingangs genannten Art zu schaffen, die kon­ struktiv einfach ist und eine zuverlässige Bestimmung auch nur kurzzeitig auftretender Temperaturänderungen bzw. extremer Temperaturen eines untersuchten bewegten Teiles von Kraftfahrzeugen ermöglicht.The invention has for its object a Vorrich tion of the type mentioned at the outset, the con is structurally simple and a reliable determination even brief temperature changes or extreme temperatures of an investigated moving Part of motor vehicles allows.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die kennzeich­ nenden Merkmale des Patentanspruchs 1.The invention solves this problem by the character nenden features of claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung basiert somit auf einer Differenzmessung der Strahlung des untersuchten Teiles und der Referenzstelle. Sofern die Emissionskoeffizien­ ten des Teiles sowie die Temperatur der Referenzstelle bekannt sind, läßt sich daraus unmittelbar die Tempera­ tur des Teiles bestimmen. Da die emittierte Strahlung unmittelbar, d. h. ohne Zwischenschaltung eines nach Art eines schwarzen Körpers strahlenden Zusatzkörpers aufgenommen wird, kann aus der emittierten Strahlung jede Temperaturänderung unmittelbar erkannt werden. The device according to the invention is thus based on a Difference measurement of the radiation of the examined part and the reference point. If the emission coefficients part and the temperature of the reference point are known, the tempera can be derived directly from it Determine the door of the part. Because the emitted radiation immediately, d. H. without the interposition of one according to Art of a black body radiating additional body can be absorbed from the emitted radiation every temperature change can be recognized immediately.  

Konstruktive Verbesserungen der Erfindung können darin bestehen, das Teil mit mindestens einer Öffnung zu versehen, durch die hindurch bei einer definierten Lage des Teiles der Geber die von der Referenzstelle emit­ tierte Strahlung aufnimmt. Sofern das Teil mehrere derartige Öffnungen besitzt bzw. die Bewegungsgeschwin­ digkeit des Teiles hoch ist, kann aufgrund der mit hoher Frequenz eingehenden Meßwerte die interessierende Temperatur mit geringstmöglichem Meßfehler bestimmt werden.Design improvements to the invention can be found therein consist of the part with at least one opening provided through which at a defined location of the part of the encoder emit by the reference point absorbed radiation. If the part is several has such openings or the speed of movement part is high, due to the high Frequency incoming measured values the one of interest Temperature determined with the smallest possible measurement error will.

Eine meßtechnische Verbesserung der Erfindung kann darin bestehen, das Ausgangssignal des Gebers hinsichtlich seiner Frequenz zu analysieren und als Drehzahl des Teiles an weitere Einrichtungen des Kraftfahrzeugs, wie einem Antiblockiersystem, einer Anti-Schlupf-Regelung oder einem Drehzahl-Anzeigegerät weiterzugeben. Damit erfüllt die Vorrichtung neben dem Zweck der Temperatur­ bestimmung auch die Aufgabe einer Drehzahlmessung des Teiles ohne zusätzlichen Geber.A metrological improvement of the invention can be found therein consist of the output signal of the encoder analyze its frequency and as the speed of the Part to other facilities of the motor vehicle, such as an anti-lock braking system, an anti-slip control or pass it on to a speed indicator. In order to fulfills the device besides the purpose of temperature determination also the task of a speed measurement of the Part without additional encoder.

Eine weitere meßtechnische Verbesserung, die sich auf die Qualität der Vorrichtung selbst auswirkt, kann darin bestehen, die Temperatur der Referenzstelle mit Hilfe eines gesonderten Absolutgebers zu bestimmen. Ein derartiger Geber kann in der Regel relativ träge arbei­ ten, da die Referenzstelle nur geringen Temperatur­ schwankungen unterliegt. Alternativ dazu kann anstelle der Referenzstelle auch die Temperatur in der Umgebung des Kraftfahrzeugs oder eines anderen, temperaturmäßig nicht belasteten Teiles des Kraftfahrzeugs vorgesehen sein, sofern annähernd dieselbe Temperatur wie an der Referenzstelle besteht. Another metrological improvement that relates to the quality of the device itself can affect it exist, the temperature of the reference point with the help of a separate absolute encoder. A Such donors can usually work relatively sluggishly ten, because the reference point only low temperature fluctuations. Alternatively, instead of the reference point also the temperature in the area of the motor vehicle or another, in terms of temperature not loaded part of the motor vehicle provided provided that the temperature is approximately the same as that on the Reference point exists.  

Eine besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung liegt im Falle einer Bremsscheibe als rotierendes, d. h. periodisch bewegtes Teil, vor. Die Referenzstelle kann ein Teil der Kraftfahrzeugkarosserie bzw. des Fahrwerks sein.A particularly advantageous application of the invention lies in the case of a brake disc as a rotating, d. H. periodically moving part, before. The reference point can be part of the motor vehicle body or Be chassis.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung dargestellt. Es zeigtIn the drawing is an embodiment of the Erfin shown. It shows

Fig. 1 den konstruktiven Aufbau für die Anwendung der Erfindung zur Temperaturbestimmung einer Bremsscheibe eines Kraftfahrzeugs, Fig. 1 shows the structural design for the application of the invention for determining the temperature of a brake disc of a motor vehicle,

Fig. 2 die Anordnung von Fig. 1 von der Seite, Fig. 2 shows the arrangement of Fig. 1 from the side,

Fig. 3 eine Schaltung für die Vorrichtung von Fig. 1 und Fig. 3 shows a circuit for the device of Fig. 1 and

Fig. 4 den Temperaturverlauf der Vorrichtung von Fig. 1. Fig. 4 shows the temperature curve of the device of FIG. 1,.

In Fig. 1 ist als Ausschnitt eine Bremsscheibe 1 eines Kraftfahrzeugs gezeigt. Diese besitzt in ihrer Reib­ fläche, die mit nicht dargestellten Bremsbelägen Löcher 2, die in regelmäßigen Abständen auf einem Umfangskreis 3 angeordnet sind.In Fig. 1, a brake disc 1 is shown as a section of a motor vehicle. This has in its friction surface, the holes 2 with brake pads, not shown, which are arranged at regular intervals on a circumferential circle 3 .

Ein als Pyrometer ausgebildeter Temperatur-Geber 4 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, in Höhe des Umfangskreises 3 angeordnet. Er empfängt die von der Bremsscheibe 1 sowie die von einer Referenzstelle 5 einfallende Strahlung. Letzteres geschieht dann, wenn eines der Löcher den "Blick" des Gebers 4 auf der Referenzstelle 5 freigibt. Bei der Rotation der Bremsscheibe 1 geschieht dies unter der Voraussetzung konstanter Rotationsgeschwindigkeit in zeitlich gleicher Folge. Diese Folge ist wiederum von der Drehzahl der Bremsscheibe 1 abhängig und diese umgekehrt proportional.A temperature sensor 4 designed as a pyrometer is, as shown in FIG. 2, arranged at the level of the circumferential circle 3 . It receives the radiation from the brake disc 1 and the radiation incident from a reference point 5 . The latter happens when one of the holes clears the "view" of the encoder 4 on the reference point 5 . When the brake disc 1 rotates, this takes place under the condition of constant rotational speed in the same chronological order. This sequence is in turn dependent on the speed of the brake disc 1 and this is inversely proportional.

Der Geber 1 empfängt somit abwechselnd die von der Bremsscheibe 1 und von der Referenzstelle 5 ausgehende Strahlung. Beide Strahlungen sind charakteristisch für die Temperatur der Strahlungsquelle und hängen in bekannter Weise vom Emissionskoeffizienten sowie dieser Temperatur ab. Da die beiden Emissionskoeffizienten in der Regel bekannt sind, kann unter der Voraussetzung bekannter Temperatur der Referenzstelle 5 unmittelbar die Temperatur der Bremsscheibe 1 aus deren Strahlungs­ verhalten bestimmt werden.The encoder 1 thus alternately receives the radiation emanating from the brake disc 1 and from the reference point 5 . Both radiations are characteristic of the temperature of the radiation source and depend in a known manner on the emission coefficient and this temperature. Since the two emission coefficients are generally known, the temperature of the brake disc 1 can be determined directly from its radiation behavior, provided that the temperature of the reference point 5 is known.

Die Temperatur der Referenzstelle 5 kann in erster Näherung als konstant angenommen werden. Diese Annahme ist im Hinblick auf die im wesentlichen interessierenden hohen Temperaturen der Bremsscheibe 1 von ca. 900°C in aller Regel ohne wesentlichen Einfluß auf das Ergebnis der Temperaturbestimmung. Als weitere Näherung kann auch die bekannte Temperatur der Anlaßfarben der Bremsscheibe benutzt werden. Bei diesen Temperaturen ändert die Strahlung besonders stark ihre Intensität. Dies kann bei entsprechender Gestaltung der nachgeordneten Auswerte­ schaltung ohne weiteres erkannt werden.In a first approximation, the temperature of the reference point 5 can be assumed to be constant. In view of the high temperatures of the brake disk 1 of approximately 900 ° C. which are of interest, this assumption is generally without significant influence on the result of the temperature determination. As a further approximation, the known temperature of the tempering colors of the brake disc can also be used. At these temperatures, the radiation changes its intensity particularly strongly. This can be easily recognized if the downstream evaluation circuit is designed accordingly.

Aus der bekannten Temperatur der Anlaßfarben der Brems­ scheibe und den Emissionskoeffizienten von Bremsscheibe 1 und Referenzstelle 5 kann damit unmittelbar auf die Temperatur der Referenzstelle 5 geschlossen werden und Temperaturen unter und über der Anlaßfarbe im folgenden ohne weiteres detektiert werden. Hierbei wird die zumeist zutreffende Annahme zugrundegelegt, daß die Temperatur der Referenzstelle 5 sich nicht oder nur unwesentlich ändert. Disk from the known temperature of the starting color of the brake and the emission coefficient of the brake disc 1 and the reference area 5 can thus be closed immediately after the temperature of the reference point 5 and temperatures are detected and the cause color in the following readily. This is based on the mostly correct assumption that the temperature of the reference point 5 does not change or changes only insignificantly.

Weiter kann die Temperatur der Referenzstelle 5 unmit­ telbar mit Hilfe eines separaten Gebers 6 am Ort der Referenzstelle 5 bestimmt werden. Dabei kann es sich um einen üblichen Temperaturgeber handeln, der zudem relativ träge und kostengünstig sein kann.Furthermore, the temperature of the reference point 5 can be determined directly with the aid of a separate transmitter 6 at the location of the reference point 5 . This can be a conventional temperature sensor, which can also be relatively slow and inexpensive.

Die in Fig. 3 gezeigte Schaltanordnung zeigt schematisch die wesentlichen Elemente der Vorrichtung von Fig. 1 und 2. Die Ausgangssignale der beiden Geber 4 und 6 für die Temperatur der Referenzstelle 5 und der Bremsscheibe 1 bzw. allein der Referenzstelle 5 sind über eine Signal­ aufbereitungsstufe 7, in der zusätzlich eine Multiplex­ einrichtung sowie ein Analog-/Digital-Wandler vorgesehen ist, über eine Schnittstelle 8 einer Recheneinheit 9 zugeführt. Über diese Schnittstelle 8 sind weitere Systeme, wie z. B. eine elektronische Motorleistungs­ steuerung oder Motor-Zünd/Einspritzleistung, mit der Recheneinheit 9 verbunden.The circuit arrangement shown in Fig. 3 shows schematically the essential elements of the device of Fig. 1 and 2. The output signals of the two transmitters 4 and 6 for the temperature of the reference point 5 and the brake disc 1 or the reference point 5 alone are via a signal processing stage 7 , in which a multiplex device and an analog / digital converter is additionally provided, fed via an interface 8 to a computing unit 9 . Via this interface 8 other systems, such as. B. an electronic engine power control or engine ignition / injection power, connected to the computing unit 9 .

Ferner ist über eine weitere Schnittstelle 10 eine Verbindung der Recheneinheit 9 mit weiteren Gebern, wie beispielsweise dem Bremsdruck, die Außentemperatur, Beladung sowie weitere, für den Verlauf einer Fahr­ strecke charakteristischer Daten wie Steigungen oder Gefälle oder dgl., mit der Recheneinheit 9 hergestellt. Damit ist es möglich, mit Hilfe der Recheneinheit 9 ein Temperaturprofil der Bremsscheibe zu errechnen. Dieses entspricht dem zu erwartenden Sollverhalten der Brems­ scheibentemperatur. Dieses Sollverhalten kann mit der tatsächlichen Temperatur bzw. dem tatsächlichen Tem­ peraturverhalten der Bremsscheibe 1 verglichen werden und beispielsweise dazu dienen, das Temperaturverhalten der Bremsscheibe 1 vorherzusehen. Furthermore, via a further interface 10, a connection between the computing unit 9 and other sensors, such as the brake pressure, the outside temperature, loading and other data characteristic of the course of a route, such as uphill or downhill gradients or the like, is established with the computing unit 9 . It is thus possible to calculate a temperature profile of the brake disc with the aid of the computing unit 9 . This corresponds to the expected behavior of the brake disc temperature. This target behavior can be compared with the actual temperature or the actual temperature behavior of the brake disc 1 and, for example, serve to predict the temperature behavior of the brake disc 1 .

Nötigenfalls können dann auch entsprechende Zwangs­ steuerungen für die Brennkraftmaschine vorgesehen werden. Dies kann durch entsprechende Leistungseingriffe in die Brennkraftmaschine erreicht werden, mit denen die Bremsscheiben voraussehbar in ihrer Belastung verringert werden. Damit wird eine Funktionsbeeinträchtigung bzw. ein Funktionsausfall der Bremsscheibe 1 und damit der gesamten Bremsanlage des Kraftfahrzeugs vermieden.If necessary, corresponding forced controls can then be provided for the internal combustion engine. This can be achieved by appropriate performance interventions in the internal combustion engine, with which the brake disks can be predictably reduced in their load. This avoids a functional impairment or a functional failure of the brake disc 1 and thus the entire brake system of the motor vehicle.

Schließlich zeigt Fig. 4 den Temperaturverlauf der Bremsscheibe 1, wie er sich aus dem Ausgangssignal des Gebers 4 ergibt. Der angenommen ansteigende Verlauf der Temperatur wird im Ausgangssignal des Gebers 4 wieder­ gegeben. Dabei ist der Verlauf durch die Temperatur der Referenzstelle 5 unterbrochen. Die Unterbrechung ergibt sich bei Deckungsgleichheit bei einem der Löcher 2 und der Referenzstelle 5. Es ist ohne weiteres zu erkennen, daß die Temperatur der Referenzstelle 5, wie anzunehmen, während eines Meßzeitintervalls konstant ist und ihr Absolutwert, verglichen mit dem der Bremsscheibe 1 insbesondere bei kritisch hohen Temperaturen der Brems­ scheibe 1 nur von geringem Einfluß ist.Finally, FIG. 4 shows the temperature profile of the brake disc 1 as it results from the output signal of the encoder 4 . The assumed rising course of the temperature is given again in the output signal of the sensor 4 . The course is interrupted by the temperature of the reference point 5 . The interruption results in the case of congruence at one of the holes 2 and the reference point 5 . It is readily seen that the temperature of the reference point 5, such as to assume, during a measuring time interval is constant and its absolute value is compared with the brake disk 1 and in particular in critically high temperatures of the brake disc 1 of little influence is.

Die Erfindung ermöglicht damit auf einfache Weise eine sichere und schnelle Temperaturbestimmung insbesondere von thermisch hoch belasteten, periodisch bewegten Teilen des Kraftfahrzeugs.The invention thus enables a simple safe and fast temperature determination in particular of thermally highly stressed, periodically moving Parts of the motor vehicle.

Claims (5)

1. Vorrichtung zur Temperaturbestimmung von periodisch bewegten Teilen von Kraftfahrzeugen mittels eines auf Temperaturänderungen ansprechenden Gebers, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des Gebers (4) und die Form des Teiles (1) so aufeinander abge­ stimmt sind, daß das Teil bei seiner Bewegung eine Referenzstelle bekannter Temperatur für den orts­ festen Geber freigibt und wieder verdeckt.1. Device for determining the temperature of periodically moving parts of motor vehicles by means of a sensor which responds to temperature changes, characterized in that the position of the sensor ( 4 ) and the shape of the part ( 1 ) are so matched to one another that the part moves during its movement Approves reference point of known temperature for the fixed encoder and conceals it again. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Teil (1) mindestens eine Öffnung (21) aufweist, durch die hindurch bei definierter Lage des Teiles der Geber auf die Referenzstelle (5) ausgerichtet ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the part ( 1 ) has at least one opening ( 21 ) through which the encoder is aligned with the reference point ( 5 ) at a defined position of the part. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Gebers (4) hinsichtlich seiner Frequenz analysiert und einer Drehzahlmeß- und/oder Anzeigeeinrichtung des Teiles zugeführt ist. 3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the output signal of the encoder ( 4 ) is analyzed with regard to its frequency and is fed to a speed measuring and / or display device of the part. 4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Referenzstelle (5) mittels eines gesonderten Absolutgebers (6) bestimmt ist.4. Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the temperature of the reference point ( 5 ) is determined by means of a separate absolute encoder ( 6 ). 5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch Verwendung bei einer Brems­ scheibe (1) als periodisch bewegtes Teil und einer Stelle der Fahrzeugkarosserie als Referenzstelle (5).5. Device according to one of claims 1 to 4, characterized by use in a brake disc ( 1 ) as a periodically moving part and a point of the vehicle body as a reference point ( 5 ).
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