FR2810383A1 - Procede de surveillance de l'epaisseur des garnitures de frein d'une installation de freinage de vehicule automobile - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de surveillance de l'épaisseur d'au moins un élément de frottement dans un frein à friction d'un véhicule, en particulier de la garniture de frein d'une installation de freinage d'un véhicule, dans lequel on prend en compte dans un modèle d'usure la durée d'actionnement (t), la pression d'actionnement (p) du frein, la vitesse relative (u) entre garniture de frein et élément de flein en mouvement, ainsi que la température (S) régnant dans cette région, de telle sorte que partant d'une épaisseur d'origine des éléments de frottement associés, en particulier de la garniture de frein, on retranche l'usure (v) calculée à l'aide du modèle d'usure.La surveillance a lieu de manière individuelle pour chacune des roues du véhicule.
Description
Procédé de surveillance de l'épaisseur des garnitures de frein d'une
installation de freinage de véhicule automobile La présente invention concerne un procédé de surveillance de l'épaisseur d'au moins un élément de frottement d'une installation de freinage de véhicule automobile, en particulier des garnitures de frein d'une installation de freinage de véhicule automobile, dans lequel pour chaque action de freinage, on prend en compte dans un modèle d'usure le temps d'actionnement, la pression d'actionnement des freins, la vitesse relative entre la garniture de frein et l'élément de frein en mouvement ainsi que la température dans cette zone, de sorte que, partant d'une épaisseur d'origine des éléments de frottement, en particulier des garnitures de freins, on soustrait de celle-ci l'usure
constatée à l'aide du modèle d'usure.
En ce qui concerne l'arrière plan technique, on se reportera à la demande de brevet DE 34 07 716 Ai ainsi qu'au brevet
DE 43 16 993 C2.
Dans les véhicules automobiles, l'usure des disques de freins, et plus encore l'usure des garnitures de freins, doit être contrôlée à
intervalles réguliers par des contrôles chers ou des examens visuels.
Par ailleurs, il est connu, pour apprécier l'état d'usure des freins, en particulier l'usure maximale admissible des garnitures de frein d'installations de freinage à freins à disques, d'utiliser soit un contact frotteur électro-conducteur intégré dans la garniture de frein, soit comme variante, un détecteur d'usure monté séparément dans ou sur la garniture de frein ("pastille d'usure") avec un ou plusieurs contacts frotteurs intégrés. Pour une cote d'usure critique donnée de la garniture de frein ou lorsque le détecteur d'usure est mis à nu - selon le mode de réalisation - un plot de contact électro-conducteur arrive au contact du disque de frein, avec pour conséquence la création d'un court-circuit, ou bien l'ouverture d'une boucle de contact électrique, c'est-à-dire qu'il y a interruption d'un courant électrique venant de l'extérieur. Cette modification de l'état électrique peut alors être signalée au conducteur par une unité de traitement et d'affichage adaptée. Le plus souvent l'affichage a lieu par activation d'un témoin lumineux de freins sur le tableau de bord du véhicule, qui signale au
conducteur la nécessité de remplacer les garnitures de freins.
La technique décrite ici pour la détection et l'affichage de l'usure, compte tenu des données constructives et de la sollicitation thermique élevée des garnitures de frein et des détecteurs d'usure, en règle générale, permet seulement d'indiquer quelques états d'usure discrets d'une garniture de frein. Pour avoir un vue à plus long terme sur l'éventuelle nécessité d'un remplacement des garnitures de freins, une évaluation et un affichage en continu de l'état d'usure desdites
garnitures de frein du véhicule serait souhaitable.
Dans le principe, ceci est réalisable avec un modèle de simulation, c'està-dire que sur la base de la sollicitation constatée des garnitures de frein, on calcule en continu l'abrasion ou l'usure de celles-ci. Le principe est décrit dans la demande de brevet DE 34 07 718 AI citée en introduction, qui traite d'un dispositif et d'un procédé pour la mesure de l'épaisseur de pièces d'usure, en particulier pour la surveillance des garnitures de freins de véhicules automobiles. Afin d'indiquer l'usure de ces pièces d'usure ou des garnitures freins, on mesure pour chaque action de freinage la durée d'actionnement, la pression d'actionnement du frein et la vitesse relative des pièces d'usure (c'est-à-dire de la garniture de frein par rapport au disque de frein ou, d'une manière plus générale, par rapport à un élément de frein en mouvement), on exploite ces données dans un appareil de traitement à l'aide d'un modèle d'usure mémorisé dans ledit appareil et
on affiche le résultat obtenu.
Un autre aspect de l'état de la technique est constitué par le brevet DE 43 16 993 C2, également mentionné en introduction, qui décrit un procédé pour déterminer l'état d'une installation de freinage d'un véhicule automobile, dans lequel, pour déterminer l'épaisseur restante des garnitures de freins, on mesure pendant toute la durée de chaque action de freinage, les valeurs de grandeurs qui ont une incidence sur l'épaisseur restante, dans lequel on calcule le travail de frottement et la puissance de frottement à fournir par chaque garniture de frein à chaque action de freinage en utilisant les valeurs mesurées. Pour cela, dans un premier temps, on mémorise les épaisseurs initiales des garnitures de freins et on utilise comme grandeurs influant sur l'épaisseur des garnitures, au moins le poids du véhicule, le déplacement du véhicule, la rotation des roues et la pente de la chaussée, qui sont des grandeurs de mesure déterminantes dans le bilan énergétique du véhicule. Pour chaque action de freinage on calcule alors par une étude du bilan énergétique, le travail de frottement fourni en utilisant les valeurs mesurées pour les grandeurs déterminantes du bilan énergétique, puis, sur la base du travail de frottement calculé, des valeurs de mesure obtenues ainsi que d'une courbe caractéristique "épaisseur éliminée par abrasion - travail de frottement" mémorisée, on détermine les épaisseurs de garnitures de freins éliminées par abrasion lors de l'action de freinage concernée, on retranche des épaisseurs restantes avant l'action de freinage considérée les épaisseurs éliminées par abrasion et on mémorise les
nouvelles épaisseurs restantes ainsi obtenues.
Avec l'utilisation croissante sur les véhicules automobiles de systèmes de régulation de la stabilité de roulement, on a de plus en plus fréquemment un freinage individuel des roues, c'est-à-dire par exemple dans une voiture particulière à quatre roues, seule la roue arrière gauche est freinée ou la roue arrière droite est freinée plus vigoureusement que la roue avant gauche. Par définition, ceci entraîne une usure inégale des garnitures de freins des différentes roues du véhicule, si bien que les résultats obtenus par un modèle global de simulation ou d'usure, tel que celui décrit dans l'état connu de la technique, c'est-à-dire dans les deux documents retenus, ne sont plus
suffisamment précis.
Le but de la présente invention et donc d'indiquer un procédé amélioré du type décrit, pour surveiller l'épaisseur des garnitures de freins dans une installation de freinage d'un véhicule automobile. Ce but est atteint par le fait que l'on surveille séparément chacune des
roues du véhicule.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, le modèle d'usure est constitué d'une équation polynomiale qui contient au moins les facteurs suivants: dv =(A,"9n A,," l9f-' +...+0A)* (B,,p"' +B,,, "'-] +... + BO) (Cku" + Cklu"-' +... + Co) * dt, An...Ao, Bm...Bo, Ck...CO, étant des coefficients constants, spécifiques
de l'installation de freinage du véhicule.
Selon une autre caractéristique avantageuse de l'invention, il est prévu, dans la garniture de frein, au moins un repère d'usure qui lorsqu'il est atteint, entraîne une correction correspondante de
l'épaisseur actuelle de la garniture de frein dans le calcul du modèle.
Selon une caractéristique supplémentaire de l'invention, en plus de la correction de l'épaisseur de la garniture de frein, on procède à une correction du modèle d'usure, en particulier en insérant un facteur de correction multiplicateur dans l'équation polynomiale pour le modèle d'usure. Selon une autre caractéristique de l'invention, à partir de l'épaisseur restante d'un élément de frottement, en particulier d'une garniture de frein, on détermine dans un modèle d'évaluation la durée d'utilisation
restante jusqu'à un remplacement et on l'affiche.
L'invention propose un moyen de surveillance en continu de l'usure, en particulier pour la garniture de frein, mais aussi, le cas échéant, pour les deux éléments de frottement associés dans un frein à friction d'un véhicule automobile, qui est basé sur un algorithme de calcul implémenté par logiciel dans une unité de commande électronique et grâce auquel il est possible de déterminer en continu (virtuellement), pour chaque roue séparément, l'usure en fonctionnement, et ceci individuellement pour chaque roue. Ainsi il est possible d'interroger et d'afficher l'épaisseur restante pour chaque garniture de frein et, en cas de dépassement de l'usure maximale admissible, de procéder uniquement au remplacement de la garniture de frein dont l'état d'usure est considéré comme critique. Avec un remplacement ciblé de ce genre des garnitures de freins, il n'est pas nécessaire de contrôler ni de remplacer les garnitures de freins des autres roues, à moins que l'usure constatée individuellement de celles-ci ou leur épaisseur restante ait atteint elle aussi des valeurs critiques imposant un remplacement. Avec des modèles d'usure appliqués individuellement à chaque roue, il est possible de prendre en compte les différences de sollicitation à l'usure de chaque frein de roue en fonction des conditions de déplacement (par exemple au démarrage avec une action des freins pour la régulation du patinage, ou suite à des conditions différentes au niveau de la chaussée entre les roues droites et les roues gauches du véhicule, ou autres) et par suite de tenir compte d'états de fonctionnement avec une usure non homogène des freins et
de l'action de ceux-ci.
Il est possible d'indiquer en continu, pendant le service du véhicule, au conducteur d'un véhicule équipé d'une unité de commande électronique ou d'une unité de surveillance travaillant selon le procédé conforme à l'invention, l'état d'usure du frein de service, à savoir, dans le principe, aussi bien des garnitures de freins que des éléments de frottement associés, c'est-à-dire des disques de freins de chaque roue. Par ailleurs, les ateliers d'entretien et réparation peuvent, moyennent des dispositifs adaptés, diagnostiquer l'état d'usure actuel des freins de chaque roue, sans qu'il soit nécessaire pour cela de recourir à à un contrôle coûteux ou à un contrôle visuel
desdits freins de roues.
Dans le cadre d'un perfectionnement avantageux de l'invention, il est possible, sur la base de l'épaisseur restante de l'un des éléments de frottement associés, en particulier de la garniture de frein, de déterminer dans un modèle d'évaluation la durée d'utilisation restant jusqu'à un prochain remplacement et de l'afficher. Le conducteur ou l'utilisateur du véhicule est ainsi informé d'une manière très confortable du moment o il doit envisager un remplacement d'une garniture de frein, ou plus généralement d'éléments de frottement de l'installation de freinage par friction du véhicule. Ceci peut être réalisé de manière relativement simple en portant sur une courbe caractéristique ou dans un diagramme caractéristique par exemple des relations établies empiriquement entre l'épaisseur restante et la durée
d'utilisation restante (rapportée au véhicule).
Dans le principe, avec un modèle d'usure utilisé conformément à l'invention, il est possible de se dispenser des détecteurs d'usure de garnitures de freins mentionnés en introduction, ce qui représente outre une réduction de poids, une diminution des coûts. Il est également possible d'envisager une combinaison avec des détecteurs d'usure additionnels au niveau des freins du véhicule. Lorsqu'on dispose, notamment au niveau de la garniture de frein, d'un détecteur d'usure, également appelé repère d'usure ("pastille d'usure" ou similaire), il est possible de corriger, si nécessaire, (de manière individuelle), dans l'unité de commande électronique ou l'unité de surveillance chargée de la surveillance indiquée, l'épaisseur de
garniture actuelle obtenue par le calcul du modèle correspondant.
Il est possible de corriger, outre l'épaisseur de la garniture de frein, le modèle d'usure lui-même, en particulier en adoptant un coefficient de correction multiplicateur adapté dans l'expression polynomiale du modèle d'usure. Ceci permet de prendre en compte des états d'usure particuliers qui ne peuvent pas être pris en compte directement dans l'algorithme de calcul courant, comme par exemple des déplacements extrêmes sur des terrains particulièrement sales ou dans du sable, qui comme on sait peuvent entraîner une usure accrue, ou encore des qualités différentes des garnitures de frein sur le plan de la tenue à l'abrasion. La correction rendue possible avec un repère d'usure fait partie du calcul d'usure futur, le coefficient de correction d'usure ou similaire pour le polynôme d'usure étant mémorisé dans l'unité de surveillance électronique et étant toujours pris en compte dans la
suite du calcul.
Dès qu'un repère d'usure supplémentaire éventuel dans la garniture de frein est atteint, une nouvelle correction peut être opérée, c'est-à-dire
qu'un nouveau coefficient de correction d'usure peut être déterminé.
De même après un remplacement de la garniture de frein et après une remise à zéro des valeurs pour l'épaisseur de la garniture (et le cas échéant pour la durée d'utilisation restante), le facteur de correction d'usure mémorisé intervient dans le calcul d'usure jusqu'à ce qu'un nouveau repère d'usure soit atteint. Il est possible de prévoir des facteurs de correction d'usure différents pour chaque roue ou pour chaque essieu afin d'augmenter encore la précision du calcul; cela signifie que compte tenu de la différence de conception des freins entre l'essieu avant et l'essieu arrière d'une voiture particulière, il existe des facteurs de correction d'usure différents pour le polynôme d'usure. En ce qui concerne l'algorithme de calcul utilisé pour la détermination de l'usure des garnitures de freins, celui-ci repose sur l'équation physique selon laquelle l'usure est proportionnelle à la puissance transformée dans le frein, c'est-à-dire est proportionnelle au produit de la force de freinage ou de la pression d'actionnement du frein et de la vitesse de la roue (= vitesse relative des éléments de frottement associés, à savoir entre la garniture de frein et le disque de frein ou similaire, plus généralement entre la garniture de frein et l'élément de frein en mouvement). En complément, les caractéristiques thermodynamiques, d'écoulement, tribologiques et géométriques du frein de véhicule concerné peuvent avoir une certaine importance, c'est-à-dire les influences de la température ainsi que les influences dues à la vitesse du véhicule et au comportement de frottement entre les éléments de frottement associés, c'est-à-dire entre la garniture de
frein et l'élément de frein en mouvement.
Etant donné que les grandeurs physiques de description des freins
mentionnées plus haut ne sont pas immédiatement disponibles, ou qu'elles ne peuvent pas être déterminées de manière simple, il est proposé de reproduire la fonction dite d'usure ou le modèle dit d'usure utilisé pour le calcul de l'usure des freins, en liaison avec les grandeurs physiques mentionnées plus haut, au moyen d'une fonction d'approximation empirique. En partant de l'hypothèse, que l'influence de la température sur le coefficient de frottement entre les éléments de frottement associés (c'est-à-dire entre garniture de frein et disque de frein par exemple), en première approximation, est faible et que l'influence de la géométrie n'est pas significative, on obtient pour ladite fonction d'approximation une équation polynomiale dérivée sur le temps, que l'on peut également appeler polynôme d'usure, de la forme: dV=(A,9"+A._,9"-+...+Co)*B m B,, dt, d=(An +A_ +...+Ao)*(B,,p' +BlPml_, +...+Bo)*(Cku +Cku- +..+Co)*dt, avec "V" l'usure de frottement exprimée sous forme de grandeur physique [course/temps], "S" la température du frein en [Kelvin] ou en [ C], "p" la pression d'actionnement du frein en [bar] et "u" la vitesse relative entre les éléments de frottement associés (garniture de frein et disque de frein par exemple) qui représente ainsi la vitesse de roue en [m/s] ou [km/h]. En ce qui concerne "An...A0, Bm...BO, Ck... CO", il s'agit de coefficients constants spécifiques de
l'installation de freinage du véhicule.
Considéré sur le plan mathématique, le calcul de l'usure d'une garniture d'un frein de roue ou des éléments de frottement associés lors d'un freinage peut être décrite avec une très bonne précision par intégration de l'équation polynomiale ci-dessus; à noter que selon la précision exigée, une simplification est possible dans la mesure o la relation de dépendance des variables mentionnées 8, p et u n'apparaît chaque fois que dans un polynôme d'ordre 2, ce qui signifie que dans l'équation polynomiale mentionnée, les nombre naturels n, m et k
prennent chaque fois la valeur "2".
Comme indiqué précédemment les coefficients "An...A0, Bm...Bo, Ck... Co" dans l'équation polynomiale mentionnée sont des valeurs constantes spécifiques du véhicule ou de l'installation de freinage qui, de préférence, sont déterminées empiriquement, de manière récursive, à partir de plusieurs séries d'essais, soit par des essais sur route, soit par des essais au banc. Les autres variables ou conditions aux limites entrant dans le calcul, à savoir la température effective du frein 8, la pression d'actionnement du frein p entre les éléments de frottement associés et la vitesse relative u entre les éléments de frottement associés, c'est-à-dire entre la garniture de frein et l'élément de frein en mouvement, peuvent être déterminées par des mesures ou par des algorithmes d'évaluation, qui se déroulent en parallèle dans l'unité
électronique de commande de l'installation de freinage du véhicule.
Naturellement le modèle d'usure ou l'équation polynomiale qui le remplace peut être élargi par exemple à une fonction dite de frottement, qui prend en compte la relation de dépendance entre coefficient de frottement entre les éléments de frottement associés et la température & du frein et - si nécessaire à d'autres paramètres qui par exemple prennent en compte des grandeurs d'influence géométriques, comme par exemple une fonction d'influence de la géométrie de la surface entre la garniture de frein et l'élément de frein en mouvement. Il est encore possible de prendre en compte par des membres additionneurs ou multiplicateurs dans le modèle d'usure ou l'équation polynomiale concernée, des états d'usure particuliers qui ne peuvent pas être pris en compte par l'algorithme de calcul qui a été décrit, comme par exemple des déplacements extrêmes dans des terrains particulièrement sales ou dans le sable qui, comme on sait,
peuvent entraîner une usure accrue.
l1 Le déroulement d'un calcul selon l'invention de l'usure ou d'un calcul de l'épaisseur restante dans le frein concerné, individuellement pour chaque roue, en particulier pour la garniture de frein concernée, peut être le suivant: A la mise en service du véhicule, on prélève l'état d'usure actuel ou l'épaisseur d'origine de la garniture de frein dans une unité électronique de surveillance, dans une mémoire qui, notamment lorsque le véhicule est à l'arrêt, peut mémoriser des valeurs et se
présente par exemple sous la forme d'une mémoire de type EEPROM.
A chaque action de freinage on détermine individuellement pour chaque roue, sur la base de valeurs mesurées individuellement, ou estimées, pour la température y, la pression d'actionnement des freins p et la vitesse relative u entre la garniture de frein et l'élément de frein en mouvement (c'est-à-dire entre les éléments de frottement associés), l'usure V produite, la détermination portant non seulement sur l'usure de la garniture de frein mais aussi sur l'usure de l'élément
de frein en mouvement, ou le disque de frein.
Ceci est réalisé de préférence à l'aide du modèle d'usure décrit plus haut, c'est-à-dire par des moyens mathématiques, par intégration de l'équation (préférée) dV=(A22 +A,9 +Ao)*(B2p2 +B,p+Bo)*(C2u2 + Cu+C0)*dt, sur la durée t de l'action de freinage, à la suite de quoi on détermine le nouvel état d'usure en retranchant de l'épaisseur restante précédente ou de l'épaisseur d'origine de la garniture de frein l'usure qui résulte de l'action de freinage. A l'aide du nouvel état d'usure qui, pour l'action de freinage à venir représente l'épaisseur de départ, il est possible de calculer pour chaque garniture de frein, individuellement pour chaque roue, une durée d'utilisation restante à l'expiration de laquelle un remplacement d la garniture de frein (ou plus généralement d'un des éléments de frottement du frein à friction du
véhicule doit intervenir.
Si au cours d'une action de freinage un repère d'usure mentionné plus haut dans une garniture de frein est atteint, on dispose pour ladite garniture de frein, de manière individuelle, d'un état d'usure parfaitement défini sur le plan de la géométrie ou d'une épaisseur restante parfaitement définie géométriquement, qui permet de procéder à une correction adaptée dans l'unité de surveillance électronique, cela signifie que l'on peut utiliser la valeur mesurée et la mémoriser en tant que valeur effective de l'épaisseur de la garniture de frein, la détermination comme décrit plus haut d'un facteur de correction d'usure pour le polynôme d'usure pouvant avoir
lieu, lequel facteur d'usure est alors utilisé dans la suite des calculs.
Naturellement, lors d'un remplacement d'une garniture de frein, le nouvel état d'usure qui en résulte ou la nouvelle épaisseur restante ou l'épaisseur d'origine doivent être mémorisés dans l'unité de
surveillance électronique.
A noter encore qu'un grand nombre de détails peuvent être agencés
d'une manière différente de celle présentée de la description ci-dessus
sans pour autant sortir du cadre de l'invention
Claims (5)
1. Procédé de surveillance de l'épaisseur d'au moins un élément de frottement dans un frein à friction d'un véhicule, en particulier de la garniture de frein d'une installation de freinage d'un véhicule, dans lequel on prend en compte dans un modèle d'usure la durée d'actionnement (t), la pression d'actionnement (p)du frein, la vitesse relative (u) entre garniture de frein et élément de frein en mouvement, ainsi que la température (8) régnant dans cette région, de telle sorte que partant d'une épaisseur d'origine des éléments de frottement associés, en particulier de la garniture de frein, on retranche l'usure (V) calculée à l'aide du modèle d'usure, caractérisé en ce que la surveillance a lieu de manière individuelle
pour chacune des roues du véhicule.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le modèle d'usure est constitué d'une équation polynomiale qui contient au moins les facteurs suivants: dV =(A,,9" +A,,_ l9"- +...+ A0)* (B,,,o"' +B,, _lp"'-' +...+ B0) * (Cku" + Cklu"-' +... + Co) * dt, avec An...A0, Bm... B0, Ck... C0, comme coefficients constants,
spécifiques de l'installation de freinage du véhicule.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il est prévu, dans la garniture de frein, au moins un repère d'usure qui lorsqu'il est atteint, entraîne une correction correspondante de l'épaisseur effective de la garniture de frein dans le calcul du modèle.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'en plus de la correction de l'épaisseur de la garniture de frein, on procède à une correction du modèle d'usure, en particulier en insérant un facteur de correction multiplicateur dans l'équation polynomiale pour le
modèle d'usure.
5. Procédé selon une des revendications précédentes, caractérisé en ce
qu'à partir de l'épaisseur restante d'un élément de frottement, en particulier d'une garniture de frein, on détermine dans un modèle d'évaluation la durée d'utilisation restante jusqu'à un remplacement et on l'affiche.
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