JP2002031176A - 車両摩擦ブレーキの少なくとも1つの相互摩擦部材、特に車両ブレーキ装置のブレーキ・ライニングの厚さのモニタ方法 - Google Patents
車両摩擦ブレーキの少なくとも1つの相互摩擦部材、特に車両ブレーキ装置のブレーキ・ライニングの厚さのモニタ方法Info
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Abstract
イニングの厚さのモニタ方法を提供する。 【解決手段】 作動時間(t)、ブレーキ作動圧力
(p)、ブレーキ・ライニングと可動ブレーキ要素との
間の相対速度(u)、この範囲内で支配している温度
(θ)が、摩耗モデルにおいて、相互摩擦部材、特にブ
レーキ・ライニングの初期厚さから、前記摩耗モデルで
特定された摩耗量(V)が減算されるように考慮され
る、車両摩擦ブレーキの少なくとも1つの相互摩擦部
材、特に車両ブレーキ装置のブレーキ・ライニングの厚
さのモニタ方法において、モニタリングが車両の各車輪
に対して個々に行われる。ブレーキ・ライニング内に少
なくとも1つの摩耗マークが設けられ、このマークに到
達したときに、モデルに存在する実際のブレーキ・ライ
ニング厚さおよび/または多項式がそれに対応して補正
される。
Description
対して、作動時間、ブレーキ作動圧力、ブレーキ・ライ
ニングと可動ブレーキ要素との間の相対速度、並びにこ
の範囲内で支配している温度が、摩耗モデルにおいて、
相互摩擦部材、特にブレーキ・ライニングの初期厚さか
ら、前記摩耗モデルで特定された摩耗量が減算されるよ
うに考慮される、車両摩擦ブレーキの少なくとも1つの
相互摩擦部材、特に車両ブレーキ装置のブレーキ・ライ
ニングの厚さのモニタ方法に関するものである。
許公開第3407716号の他に、ドイツ特許第431
6993号が参照される。
または目視検査により、ブレーキ・ディスクおよび、特
にブレーキ・ライニングが、その摩耗状態に関して定期
的に検査されなければならない。更に、ブレーキの摩耗
状態、特にディスク・ブレーキ装置のブレーキ・ライニ
ングの最大許容摩耗を検出するために、ブレーキ・ライ
ニング内に組み込まれた導電性滑り接点を設けること、
またはその代わりにブレーキ・ライニング内ないしブレ
ーキ・ライニング上に装着された、1つまたは複数の内
部に存在する滑り接点を有する別の摩耗センサ(いわゆ
る「摩耗ボール」)を設けることが既知である。ブレー
キ・ライニングの所定の限界摩耗量において、ないしは
摩耗センサが露出したときに、構造的な実施態様に応じ
てそれぞれ、導電性接点位置がブレーキ・ディスクと接
触し、これにより電気的短絡が形成され、または電気的
接触ループが遮断され、即ち外部から与えられた電流の
遮断が行われる。このとき、電気的状態のそれぞれの変
化は、適切な評価および指示ユニットを介して、ドライ
バに知らせることができる。少なくとも、この指示は自
動車計器盤内のブレーキ警報ランプの操作により行わ
れ、これによりドライバにブレーキ・ライニングの交換
が必要であることが指示される。
的に、構造的データに基づき、およびブレーキ・ライニ
ングの高熱負荷ないし摩耗センサに基づき、車両ブレー
キ・ライニングの離散的な小さい個々の摩耗ステップの
指示を可能にするにすぎない。しかしながら、場合によ
り必要となるブレーキ・ライニングの交換に関する長期
的予測を得るために、車両ブレーキ・ライニングの摩耗
状態の連続的な評価および指示が望まれる。これは、基
本的にはシミュレーション・モデルを用いて可能であ
り、即ち特定されたブレーキ・ライニングの応力から、
その摩滅ないし摩耗が連続的に計算される。この技術
は、特に自動車内のブレーキ・ライニングをモニタリン
グするために、摩耗部材の厚さの測定装置および方法を
内容とする冒頭記載のドイツ特許公開第3407716
号内に原理的に説明されている。この摩耗部材ないしブ
レーキ・ライニングの摩耗を出力可能にするために、各
ブレーキ過程において、作動時間、ブレーキ作動圧力、
および摩耗部材(即ち、ブレーキ・ライニング)の、ブ
レーキ・ディスクまたは一般にはいわゆる可動ブレーキ
要素に対する相対速度が測定され、評価装置において、
その中に記憶されているいわゆる摩耗モデルに基づいて
評価され且つ対応する結果が指示される。
に挙げたドイツ特許第4316993号に開示されてお
り、この特許には、車両ブレーキ装置の状態の決定方法
が記載され、ここで、各ブレーキ過程の間にブレーキ・
ライニングの残余厚さに影響を与える変数の値が決定さ
れ、各ブレーキ過程において、各ブレーキ・ライニング
によりそれぞれ行われた摩擦仕事および摩擦動力がこの
決定された値を用いて計算され、且つそれがブレーキ・
ライニングの残余厚さの決定のために使用される。この
場合、最初にブレーキ・ライニングの最初の厚さ値が記
憶され、ブレーキ・ライニングの残余厚さに影響を与え
る変数として、少なくとも車両重量、車両運動、車輪回
転運動、および走行路面傾斜が、車両のエネルギー収支
を決定する測定変数として使用される。それぞれのブレ
ーキ過程において、次に、行われた摩擦仕事が、車両の
エネルギー収支を決定する測定変数に対する測定値を用
いてエネルギー収支を考察することにより計算され、計
算された摩擦仕事、決定された測定値、並びに記憶され
ている関連のいわゆる摩耗厚さ−摩擦仕事特性曲線を用
いて、それぞれのブレーキ過程に関連の摩耗厚さ値が決
定され、その後に、それぞれのブレーキ過程に対して決
定されたブレーキ・ライニングの摩耗厚さ値が、このブ
レーキ過程の前に存在した残余厚さ値から減算され、且
つ新たに計算された残余厚さ値が記憶される。
の増加と共に、ますます車輪ごとのブレーキ作動が行わ
れ、即ち4輪乗用車においては左後車輪のみがブレーキ
作動されるかまたは右後車輪が左前車輪より強くブレー
キ作動される。これは、個々の車両車輪の個々のブレー
キ・ライニングにおいて異なる摩耗を与えることは明ら
かであるので、既知の従来技術、即ち上記の両方の文献
に記載されているようなグローバルなシミュレーション
・モデルまたは摩耗モデルは、十分に正確な結果を与え
るものではない。
た、車両ブレーキ装置のブレーキ・ライニングの厚さの
モニタ方法を提供することが本発明の課題である。
タリングが車両の各車輪に対して個々に行われることを
特徴とする。
キ作動圧力(p)、ブレーキ・ライニングと可動ブレー
キ要素との間の相対速度(u)、並びにこの範囲内で支
配している温度(θ)が、摩耗モデルにおいて、相互摩
擦部材、特にブレーキ・ライニングの初期厚さから、前
記摩耗モデルで特定された摩耗量(V)が減算されるよ
うに考慮される、車両摩擦ブレーキの少なくとも1つの
相互摩擦部材、特に車両ブレーキ装置のブレーキ・ライ
ニングの厚さのモニタ方法において、モニタリングが車
両の各車輪に対して個々に行われる。
対して、場合により車両摩擦ブレーキの両方の相互摩擦
部材に対しても、ソフトウェア的に電子式制御ユニット
内で実行される計算アルゴリズムに基づく、連続的に作
動する摩耗指示装置が提案され、また、この摩耗指示装
置を介して、車輪ごとに連続的な(仮想の)(特にブレ
ーキ・ライニングに対する)摩耗検出が走行運転中に可
能であり、しかも各車両車輪に対して別々に可能であ
る。したがって、個々の各ブレーキ・ライニングの残余
厚さが呼び出され、ないしは指示されるので、許容摩耗
を上回った場合に、その摩耗状態が限界であると検出さ
れたブレーキ・ライニングのみが交換されるだけでよい
ことは適切である。このような適切なブレーキ・ライニ
ングの交換においては、その他の車両車輪のブレーキ・
ライニングを点検し且つ交換することは必要ではなく、
たとえ個々に特定されたブレーキ・ライニングの摩耗状
態ないしブレーキ・ライニングの残余厚さが既に交換の
ための限界値に近くても、その必要はない。したがっ
て、車輪ごとに作動する摩耗モデルを用いて、(例えば
駆動滑り制御のためのブレーキ係合を用いた発進、また
は左右の車両車輪における異なる走行路面状態等の原因
による)走行状態の関数としての個々の車輪ブレーキに
おける異なる摩耗荷重、したがって不均等なブレーキ係
合を有する運転状態、並びにその作用を考慮することが
できる。
電子式の制御ユニットないしモニタ・ユニットを備えた
車両のドライバに、連続走行運転中に、サービス・ブレ
ーキの摩耗状態の連続指示を行うこと、しかも基本的に
ブレーキ・ライニングのみならず、その相互摩擦部材、
即ち車輪ごとのブレーキ・ディスク等の摩耗状態の指示
を行うことが可能である。更に、修理工場としても、車
輪ブレーキそれ自体に対して費用のかかる点検ないし目
視検査を行う必要なく、適切な装置を用いて個々の車輪
ブレーキのブレーキ摩耗状態を診断することが可能であ
る。
部材、特にブレーキ・ライニングの残余厚さから、ブレ
ーキ・ライニングの交換までに存在する残余寿命を評価
モデルで決定し且つ指示することが可能である。車両の
ドライバないしユーザに、ブレーキ・ライニングの交
換、一般には車両摩擦ブレーキの相互摩擦部材の交換を
何時に予定したらよいかが指示されることがきわめて有
利である。これは、例えば実験により決定された、残余
厚さと(車両に関する)残余寿命との間の関係が特性曲
線または特性曲線群内に記憶されているときに、比較的
簡単に行うことができる。
耗モデルにより、冒頭記載のブレーキ・ライニング摩耗
センサの使用を省略することができ、このことは、重量
を軽減する他に、特にコストを節約することになる。他
方で、車両ブレーキに追加的に組み込まれた摩耗センサ
装置との組み合わせが行われてもよい。即ち、ブレーキ
・ライニング内に摩耗マークとも呼ばれる少なくとも1
つの摩耗センサ(「摩耗ボール」等)が設けられている
とき、この摩耗マークに到達したときに、上記のモニタ
リングを実行する電子式の制御ユニットないしモニタ・
ユニット内で、対応のモデル計算に基づいて存在する実
際の(同様に車輪ごとの)ブレーキ・ライニング厚さ
を、必要に応じて補正することができる。
正の他に、特に摩耗モデルに対する多項式に適切な乗算
の補正係数を取り入れることにより、摩耗モデルそれ自
体の補正も行うことが可能である。これにより、例え
ば、泥成分または砂成分が高いクロスカントリ(不整
地)内の悪路走行のような、そのままでは通常の計算モ
デルで測定不可能な、既知のように高い摩耗が発生する
ことがある特殊な摩耗状態を考慮することができ、その
摩耗特性に関して異なるブレーキ・ライニングの性質も
また考慮することができる。したがって、摩耗マークに
基づいて可能な補正は、さらに将来の摩耗計算に取り入
れられ、この場合、いわゆる摩耗多項式に対する摩耗補
正係数等は、電子式モニタ・ユニット内に記憶され且つ
他の計算において常に同時に考慮される。
の摩耗マークに到達したとき、新たな補正が行われ、即
ち、場合により、新たな摩耗補正係数が決定される。ブ
レーキ・ライニングを交換した後、およびこれにより行
われたライニング厚さ(および、場合により、残余寿
命)に対する値のリセットが行われた後も、再び摩耗マ
ークに到達するまで、その間はこの記憶されている摩耗
補正係数が使用される。計算精度を更に高めるために、
通常車輪ごとにまたは少なくとも車軸ごとに、異なる摩
耗補正係数が設けられていてもよく、即ち、乗用車の前
車軸並びに後車軸に対する異なるブレーキ設計に基づい
て、このときは摩耗多項式に対して異なる摩耗補正係数
が存在する。
計算アルゴリズムに関して、これは、摩耗がブレーキ内
で変換される動力に比例し、即ちブレーキ力ないしブレ
ーキ作動圧力と車輪速度(=相互摩擦部材の相対速度、
即ちブレーキ・ライニングとブレーキ・ディスク等との
間の相対速度、一般的にはブレーキ・ライニングと可動
ブレーキ要素との間の相対速度)との積に比例してい
る、という物理的仮定に基づいている。更に、この場
合、それぞれの車両ブレーキの基礎となっている熱力学
的、流体力学的、摩擦学的、並びに幾何形状的な特性変
数が重要視され、即ち、温度の影響、車両速度による影
響、および相互摩擦部材間、即ちブレーキ・ライニング
といわゆる可動ブレーキ要素との間の摩擦係数の影響が
重要視されてもよい。
には求められず、ないしはそのままでは決定可能ではな
いので、いわゆる摩耗関数ないしブレーキ摩耗の計算に
使用されるいわゆる摩耗モデルを、前記物理変数の関数
として、実験的近似関数を介してシミュレートすること
がさらに提案される。相互摩擦部材間(即ちブレーキ・
ライニングと、例えばブレーキ・ディスクとの間)の摩
擦係数への温度の影響は、1次近似においては小さく、
また幾何形状的な関数関係はそれほど顕著ではないとい
う仮定のもとで、ここでは、この近似関数に対して、時
間tで微分された、摩耗多項式とも呼ばれる多項式が次
のように求められる。
量であり、“θ”はブレーキの温度を[ケルビン]また
は[℃]で表わし、“p”はブレーキ作動圧力を[バー
ル]で表わし、および“u”は相互摩擦部材(ブレーキ
・ライニングおよび、例えばブレーキ・ディスク)間の
相対速度を表わし、したがって車輪速度を[m/s]ま
たは[km/h]で表わしている。“An…A0、Bm…
B0、Ck…C0”は、車両ブレーキ装置に固有の一定係
数である。
キ作動時における車輪ごとのブレーキ・ライニングまた
は相互摩擦部材の摩耗量の計算は、前記の多項式の積分
によりきわめて良好な精度で表わすことができ、この場
合、精度の要求に応じて、それぞれ、変数θ、pおよび
uの関数関係がそれぞれ2次の多項式で表わされ、即
ち、前記多項式内に含まれている自然数n、mおよびk
は、ここでそれぞれ値“2”をとるという簡略化が行わ
れてもよい。
る係数An…A0、Bm…B0、Ck…C0は、車両およびブ
レーキ装置に固有の一定値であり、これらの値は、好ま
しくは実験的に、走行試験により、または台上試験によ
り、複数回の試験結果から帰納的に決定されてもよい。
計算内に取り入れられるその他の変数ないし境界条件、
即ち実際ブレーキ温度θ、車輪ごとの相互摩擦部材間の
ブレーキ作動圧力p、並びに相互摩擦部材、即ちブレー
キ・ライニングと可動ブレーキ要素との間の相対速度u
は、測定により、または好ましくは自動車ブレーキ装置
等に対する電子式制御装置内で並列に行われる評価アル
ゴリズムにより、決定されてもよい。
多項式は、例えば相互摩擦部材間の摩擦係数とブレーキ
温度θとの関数関係を考慮した、いわゆる摩擦係数関数
により、また更に必要な場合には、例えば幾何形状的な
影響変数を考慮したパラメータ、特にブレーキ・ライニ
ングと可動ブレーキ要素との間のいわゆる表面幾何形状
的な影響関数により、拡張されてもよいことは当然であ
る。更に、泥成分または砂成分が高いクロスカントリ
(不整地)内の悪路走行のような、上記の計算アルゴリ
ズムでは考慮することができなかった、既知のように高
い摩耗が発生することがある特殊な摩耗状態を測定する
ことも可能であり、しかも摩耗モデルないし対応多項式
内の加算要素または乗算要素により可能である。
れぞれのブレーキにおける、特にそれぞれのブレーキ・
ライニングに対する残余厚さ計算の過程を以下に説明す
る。
ないしブレーキ・ライニングのいわゆる初期厚さが付属
の電子式モニタ・ユニット内でメモリから呼び出され、
メモリは、特に車両の停止時においても値を記憶するこ
とができ、即ち、例えばEEPROMとして形成されて
いる。各ブレーキ過程において、各車輪ブレーキに対し
て個々に、ブレーキ温度θ、ブレーキ作動圧力p、およ
びブレーキ・ライニングと可動ブレーキ要素との間(即
ち相互摩擦部材間)の相対速度uに対して個々に測定ま
たは評価された実際値により、このときに発生した摩耗
量Vの決定が行われ、この場合、ブレーキ・ライニング
の摩耗量のみでなく、可動ブレーキ要素ないしブレーキ
・ディスクの摩耗量もまた決定可能である。
学的には(好ましい)次式
行われ、その後に、このときの新たな実際の摩耗状態
は、ブレーキ・ライニングの前の残余厚さまたは初期厚
さから、このとき実際のブレーキ過程から求められた摩
耗量が減算されることにより決定される。次のブレーキ
過程に対して、いわゆる初期厚さを示すこの新たな摩耗
状態ないし新たな残余厚さにより、通常、各車両車輪の
各ブレーキ・ライニングに対して個々に存在する残余寿
命を計算することができ、この残余寿命により、ブレー
キ・ライニング(ないし一般には車両摩擦ブレーキの相
互摩擦部材)の交換が行われることになる。
ーキ・ライニング内の上記の他の摩耗マークに到達した
場合には、このブレーキ・ライニングに対して個々に、
幾何形状的に正確に定義された摩耗状態ないし幾何形状
的に正確に定義された残余厚さが存在するので、電子式
モニタ・ユニット内で対応する補正が行われてもよく、
即ちこの特定された値が使用され且つブレーキ・ライニ
ング厚さに対する実際値として記憶されてもよく、この
場合、摩耗多項式に対するいわゆる摩耗補正係数の上記
の決定を行うことができ、この摩耗補正係数は、次に他
の計算に対して使用される。ブレーキ・ライニングの交
換において、このように求められた新たな摩耗状態、な
いしそのブレーキ・ライニングの新たな残余厚さ、ない
しいわゆる初期厚さは、電子式モニタ・ユニット内に記
憶されなければならないことは当然であり、ここで上記
の説明とは異なる多数の詳細を、特許請求の範囲の内容
を変更することなく形成可能であることを付記してお
く。
Claims (5)
- 【請求項1】 作動時間(t)、ブレーキ作動圧力
(p)、ブレーキ・ライニングと可動ブレーキ要素との
間の相対速度(u)、並びにこの範囲内で支配している
温度(θ)が、摩耗モデルにおいて、相互摩擦部材、特
にブレーキ・ライニングの初期厚さから、前記摩耗モデ
ルで特定された摩耗量(V)が減算されるように考慮さ
れる、車両摩擦ブレーキの少なくとも1つの相互摩擦部
材、特に車両ブレーキ装置のブレーキ・ライニングの厚
さのモニタ方法において、モニタリングが車両の各車輪
に対して個々に行われることを特徴とする、車両摩擦ブ
レーキの少なくとも1つの相互摩擦部材、特に車両ブレ
ーキ装置のブレーキ・ライニングの厚さのモニタ方法。 - 【請求項2】 前記摩耗モデルが、少なくとも次の因子
を含む多項式 【数1】 により形成され、ここで、Vは物理単位における摩耗量
であり、θはブレーキの温度であり、pはブレーキ作動
圧力であり、uは相互摩擦部材間の相対速度であり、A
n…A0、Bm…B0、Ck…C0は、車両ブレーキ装置に固
有の一定の係数であることを特徴とする請求項1のモニ
タ方法。 - 【請求項3】 ブレーキ・ライニング内に、少なくとも
1つの摩耗マークが設けられ、このマークに到達したと
きに、前記摩耗モデル内に存在する実際のブレーキ・ラ
イニングの厚さが、それに対応して補正されることを特
徴とする請求項1または2のモニタ方法。 - 【請求項4】 ブレーキ・ライニングの厚さの補正のほ
かに、特に前記摩耗モデルに対する多項式に適切な乗算
の補正係数を取り入れることにより、前記摩耗モデルの
補正も行われることを特徴とする請求項3のモニタ方
法。 - 【請求項5】 前記相互摩擦部材、特にブレーキ・ライ
ニングの残余厚さから、交換までに存在するその残余寿
命が、評価モデルにおいて決定且つ指示されることを特
徴とする請求項1ないし4のいずれかのモニタ方法。
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