JP2004075057A - ブレーキのオーバヒート状態を決定する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】　ブレーキのオーバヒート状態を決定する方法および装置を提供する。
【解決手段】　車両は少なくとも１つの車輪と関連ブレーキとを含む。特にその車両が下り坂を走行する場合、ブレーキの長時間の使用によりブレーキがオーバヒートする恐れがある。本発明は、いかなる選択された非温度車両条件に基づいても、予想されるかまたは実際のブレーキのオーバヒート状態を操作者に警戒させる操作者警報装置を提供する。これらの条件は、傾斜、機械速度、ブレーキ作用圧力、およびブレーキ作用時間を包含しても良い。
【選択図】　なし

Description

　本発明は、車両のブレーキの温度監視システムに関し、より詳しくは、車両の非温度特性を利用してブレーキのオーバヒート状態を決定および／または予測するシステムに関する。

　作業機械、ホイールローダ、バックホーローダ、オンまたはオフハイウェイトラックなどの車両は、通常、多数の車輪を備えている。一般に、これらの車輪は、車軸に対で装着される。公知のタイプの摩擦式常用ブレーキは、各車輪か、または各車軸のいずれかと関連している。密封構造内で循環する車軸油または他の流体を有する「湿式」の車軸は、産業界で普及している一構造例である。

　ブレーキのオーバヒートは、非常に良く起こる深刻な状態である。ブレーキは、それらを長時間使用するか、または短時間でもあまり間隔を空けずに連続して使用すると、容易にオーバヒートする。ブレーキがオーバヒートすると、結果として生じる２つの主な故障モードは、車軸油不良（湿式車軸の場合）およびブレーキ不良である。熱が車軸油の粘度を低下させ、より「流れやすく」させるので、車軸油不良が起こり、その結果、車軸油が主軸構成要素を正しく潤滑しなければならないときに流れず、粘着しない。車軸構成要素は、それにより早期に摩耗し得る。ブレーキ不良は、大抵の場合、摩擦板に関するグレイジング、反り、および炭化の３つの種類に分類される。

　グレイジングは、摩擦板表面が加熱された、恐らく、少なくとも部分的に溶解した状態になり、それらの相手側の摩擦板との相対的摩擦を失うときに使用される用語である。グレイジングは、最初にブレーキの特性に影響するが、グレイジングしたブレーキが使用されると、グレイジングが摩耗してその下にある摩擦材料を露出させ、ブレーキを最終的に正常機能に近い状態にまで回復させることができる。熱が摩擦板をそらせるかまたは溶解させると反りが起こる。歪曲した摩擦板は、歪曲摩擦板または相手側摩擦板の表面に沿って高または低ポイント位置でのみその相手側の摩擦板と摩擦係合するので、これらのポイントにおいてオーバヒート問題を悪化させ、制動力を失わせる原因となる。最後に、炭化は、摩擦板の表面を構成する材料が熱によりその構造的一体性を失い、チャンキングすなわち剥げ落ちるときであり、反りを起こす場合と同様の悪影響を及ぼす。

　グレイジングと異なり、反りおよび炭化の両方とも、損傷を受けた摩擦板の交換を余儀なくされるほど、ブレーキに永久的な損傷を与える。ブレーキは、車両へのそれらの設置位置のため手が届き難く作業を行うのが極めて困難であり、時間を要し、さらにブレーキ構成要素は非常に高価である。従って、永久的な損傷がブレーキに生じる前にオーバヒート状態を検出または予測することが望ましい。

　一般に、車両が下り坂を走行し、操作者が重力に逆らって機械の速度を制御すべくブレーキを操作するときにブレーキのオーバヒートが起こる。ブレーキは、通常では３〜５秒間の使用で車両を平地で停止させる寸法に形成される。フィールドでの試験は、オーバヒートによる永久的なブレーキの損傷は１５〜２０秒程度の使用で始まり得ることを示した。車両は、平地で１５秒をマークするまでに停止されるため大丈夫であるが、下り坂を走行することによって、このような損傷臨界ブレーキ作用時間を上回ることが多く、このような機械のブレーキはオーバヒートする場合がある。永久的損傷を回避または最小限に抑えることができるように、現在または間近のブレーキのオーバヒートイベントを操作者に警告する警報または予測システムが必要である。

米国特許第５，０７９，９４７号明細書

　先行技術のシステムは、車軸油の実温度を測定し、その温度を許容可能な温度の範囲と比較し、その温度がその範囲を超える場合に操作者に警告する車軸油温度センサを使用することが多い。但し、センサは、空間や配線に関わる制限のため、ブレーキから遠い不便な場所に配置され、結果的に、ブレーキからのセンサの距離と、予測不可能な車軸油の循環との両方の理由で、ブレーキオーバヒートの全ての状況を検出できない可能性がある。センサは、同様に、車軸またはブレーキ内の過酷な使用環境で容易に誤作動する恐れがある。

　操作者にオーバヒート状態が警告されたときでも、損傷がもうすでに起こり始めており、操作者が車両を停止してブレーキを冷却させるのに要する時間内に非可逆性となる可能性がある。従って、先を見越した警告は、関連オーバヒートイベントのない警告の回数および頻度が、その警告を操作者が無視しないほど十分に小さい限り望ましい。

　加えて、オーバヒートしたブレーキをさらに使用できるほど十分に冷却させるには、一般に、ブレーキの温度および車両の設定に応じて、１５〜３０秒程度要する。操作者は、過密な作業サイクルの予定に縛られることが多く、作業停止の時間を最小限に抑えたい。車両の走行を再開する前にブレーキを完全に冷却させられない場合、低レベルのオーバヒート状況が起こる。永久反りも炭化も起こらないが、このような頻繁な低レベルのオーバヒートは、上述のような車軸油不良をもたらし、車軸構成要素を異常摩耗させる可能性がある。その結果、ブレーキが許容可能なレベルまで冷却したときを操作者に指示するシステムは、厳しい生産スケジュールを維持しつつ、車両の構成要素をも保護しようとする操作者にとっては価値のあるものとなるであろう。

　ブレーキの修理の難しさと費用がかさむことから、オーバヒート（またはほぼオーバ−ヒートに近い状態）のログまたは履歴イベントを保管することも望ましい。これによって、車両の所有者がオーバヒートイベントの高い発生率を伴う特定の操作者または作業現場を識別できる。所有者は、それによって、さらなるオーバヒートイベントを回避するために、追加的な操作者の訓練または、車軸油冷却器のような、車両の改造を提供できる。

　ヨアヒム・フェルドマン（Ｊｏａｃｈｉｍ　Ｆｅｌｄｍａｎｎ）らの１９９２年１月１４日発行の米国特許公報（特許文献１）は、ブレーキ装置の装置構成要素の平均温度を近似決定する方法を開示する。平均温度は、装置構成要素の材料の弾性率の温度依存変化によるだけでなく、ブレーキ作動の開始時および開始後の時間ｔ_１の時点における装置構成要素の変形によって決定される米国特許公報（特許文献１）は、間接的にブレーキ温度を計算するので、上述の温度センサに伴う問題を回避することができる。但し、米国特許公報（特許文献１）の方法は、多数の特定装置センサをブレーキ構成要素にまたはその近くに設置しなければならないので、温度センサの欠如により提供される時間、資源および効率の節約も無効となる。

　本発明は、上述の１つまたはそれ以上の課題を克服することを目的とする。

　本発明の好ましい態様は、車両のブレーキのオーバヒート状態を決定する方法を提供する。その方法は、ブレーキの作用時間、ブレーキの作用圧力、車両の走行速度、および車両の傾斜条件のうちの少なくとも２つ条件に基づいてブレーキオーバヒート信号を発生し、所定の許容可能なオーバヒート信号範囲外にあるブレーキオーバヒート信号に応答して警報装置を作動させる工程を含む。

　本発明の好ましい態様は、ブレーキオーバヒート状態を決定する方法を提供する。その方法は、ブレーキを有する車両の走行速度を検出して、応答的に速度信号を生成する工程と、ブレーキの作用状況を検出して、応答的にブレーキ作用信号を生成する工程と、ブレーキの作用時間を検出して、応答的に時間信号を生成する工程とを含む。その方法は、速度、ブレーキ作用、および時間信号のうちの少なくとも２種類を受け、応答的にブレーキオーバヒート信号を生成する工程も含む。

　本発明の好ましい態様は、機械本体、機械本体に位置する操作室、機械本体に原動力を提供するグランドエンゲージングシステムを備える車両を提供する。グランドエンゲージングシステムは、少なくとも１つの車輪、車輪と関連した少なくとも１つのブレーキ、ブレーキと関連したブレーキオーバヒート警報システムを有する。ブレーキオーバヒート警報システムは、電子コントロールモジュール、機械速度信号を生成するように構成された機械速度センサ、およびブレーキ作用時間信号を生成するように構成されたブレーキ作用センサを含む。電子コントロールモジュールは、機械速度およびブレーキ作用時間信号を受け、応答的にブレーキオーバヒート信号を生成する。

　図１ａは、操作室１０４を載せた機械本体１０２を有する車両１００を示す。グランドエンゲージングシステム１０６は、車両１００に原動力を提供する。グランドエンゲージングシステム１０６は、少なくとも１つの車輪１０８を有する。２つの車輪１０８は、図１ａで示されており、説明のため、車輪１０８が公知の方法で両車軸（図示せず）上に装着されているものとする。少なくとも１つの車輪１０８またはその車軸はそれと関連したブレーキ１１０を有する。再び説明のため、本明細書では、ブレーキ１１０は湿式摩擦板ブレーキとされているが、本発明は、多くの公知タイプのブレーキ１１０のうちいずれを用いても意図した通りに機能するであろう。

　図２ａの論理を利用するブレーキオーバヒート警報システム（破線によって１２０で概略的に示された）は、ブレーキ１１０と関連付けられ、図１ｂで示される。ブレーキオーバヒート警報システム１２０は、電子コントロールモジュール（ＥＣＭ）１１２、機械速度センサ１２２、およびブレーキ作用センサ１２４を含む。

　機械速度センサ１２２は、車両１００の対地速度を表す機械速度信号を任意の適切な方法でＥＣＭ１１２に提供する。機械速度信号を生成する１つの公知方法は、車輪１０８の回転を計時する工程を含む。

　ブレーキ作用センサ１２４は、ブレーキ作用時間信号をＥＣＭ１１２に提供する。ブレーキ作用時間信号は、操作者のブレーキコントロール１１４の作動を計時することによるか、またはブレーキ１１０が作動されている時間の長さの値を生成する任意の他の適切な方法で生成されても良い。

　ブレーキオーバヒート警報システム１２０は、車両１００が平地または傾斜地を走行するかを決定する傾斜センサ１１６を包含するのが好ましい。振り子センサは、適切な傾斜センサ１１６の一例であるが、機械走行の傾きを測定する、当業界での公知の任意の方法で十分である。

　オプションとして、ブレーキ圧力値はＥＣＭ１１２に供給される。ブレーキ圧力値は所定の定数であるか、またはブレーキが車輪を停止させるために使用される力の大きさに基づいてブレーキ圧力信号を提供するために、図１ｂに示されるように、ブレーキ圧力センサ１２６を使用できる。ブレーキオーバヒート警報システム１２０の操作者またはプログラマがブレーキの作用圧力を無視したい場合、所定の圧力値が本発明に悪影響を与えることなく、省略されるか、または省略と同じ効果のあるゼロに設定することもできる。但し、以下の説明は、非ゼロ圧力値が存在すると仮定する。

　好ましくは、操作者警報装置１１８は、任意の適切な数の、または組合せの上記車両条件（傾斜、機械速度、ブレーキ作用圧力、およびブレーキ作用時間）に基づいて、予想されるか、または実際のブレーキオーバヒート状態を操作者に警告する。この操作者警報装置１１８は、操作者に信号を触感的、視覚的、聴覚的に、または同様の方法で提供しても良い。操作者警報装置１１８は、操作者がオーバヒート警報に直ちに気付き、理解し、オーバヒート状況を修正するのを段階的に実行するような形態のものでなければならない。

　ブレーキオーバヒート履歴ログは、将来の参考のためにブレーキオーバヒートまたは他のブレーキ温度関連イベント（操作者にそのイベントが通報済みであろうとなかろうと）をも記録しても良い。この履歴ログは、公知の形式で、または任意の他の検索可能なフォーマットおよびロケーションでＥＣＭ１１２内に存在しても良い。

　車両条件を操作者警報に変換する論理が図２ａ、およびオプションとして図２ｂおよび図２ｃで示される。コントロールは、図２ａの第１のコントロールブロック２００で始まり、ブレーキオーバヒート警報システム１２０の作動の方法は自動または手動であっても良く、ブレーキオーバヒート警報システム１２０は連続的または断続的に動作しても良い。説明のため、ここではブレーキオーバヒート警報システム１２０は、常時アクティブであるとされる。第２のコントロールブロック２０２では、機械速度（Ｖ）、ブレーキ作用圧力（Ｐ）、およびブレーキ作用時間（Ｄ）の値が、上述のように、読み取られるか供給される。

　オプションとして、図２ｂの論理は、ブレーキオーバヒート警報システム１２０の傾斜要因を導入するために、図２ａのブロック２０２と２０６の間に加えられる。傾斜オプションが包含される場合、コントロールはポイントＡにおいて図２ａを出る。Ｉが第６のコントロールブロック２１４で読み取られる。第１の判定ブロック２０４において、Ｉは、ブレーキオーバヒート警報システム１２０が動作可能な、Ｉ_ｃｒｉｔ、最小傾斜の所定の値、または許容可能な傾斜の範囲、と比較される。Ｉが（固定Ｉ_ｃｒｉｔ値に対し）Ｉ_ｃｒｉｔよりも大、または（Ｉ_ｃｒｉｔ範囲に対し）Ｉ_ｃｒｉｔの範囲外にある場合、コントロールはポイントＢにおいて図２ａの論理に戻り、それ以外の場合、コントロールは図２ａの第１のコントロールブロック２００に戻る。

　第３のコントロールブロック２０６において、計算されたブレーキオーバヒート値Ｅ_ｖａｌがＶ、Ｐ、およびＤから決定される。Ｅ_ｖａｌは、使用者が選択した警報タイプに応じて、ブレーキ１１０がオーバヒートしているか、または間もなくオーバヒートする可能性を表す。警報タイプ（目前のまたは実際のオーバヒートイベント）は、出荷時に初期設定されるか、または操作者または所有者によって選択されても良い。Ｅ_ｖａｌの厳密な性質は、その例が図２ａに示される信号の平均化または加算、ルックアップテーブル、または所望の方法でＶ、Ｐ、およびＤを重ね合わせおよび／または重み付けを行う任意の他の適切な手段であっても良い。履歴Ｖ、Ｐ、およびＤを、Ｅ_ｖａｌを計算するときに考慮に入れても良い。Ｅ_ｖａｌを生成するＶ、Ｐ、およびＤの関係は、車両に特有であり、当業者によって容易に決定される。Ｅ_ｖａｌが一旦選択された方法で決定されると、コントロールは第２の判定ブロック２０８に進む。

　第２の判定ブロック２０８において、Ｅ_ｖａｌは、所定の許容可能なオーバヒート値、Ｅ_ｃｒｉｔと比較される。Ｅ_ｃｒｉｔは、示されるように、単一値であるか、または許容可能オーバヒート値範囲と称される範囲の値であっても良い。比較は、任意の適切な方法で実行されても良い。Ｅ_ｃｒｉｔは、実験的に決定されても良く、操作者が警告されるべき現在または間近のオーバヒートイベントを指示するＶ、Ｐ、およびＤの組合せを表す。Ｅ_ｖａｌが第２の判定ブロック２０８においてＥ_ｃｒｉｔ値またはその範囲外にある場合（示されるように比較してそれよりも大きいか等しいだけの例である）、コントロールは第１のコントロールブロック２００に戻る。それ以外の場合、コントロールは第４のコントロールブロック２１０に進む。

　第４のコントロールブロック２１０において、ブレーキオーバヒート信号（ＢＯＳ）が生成される。コントロールは次いで、ＢＯＳがオプションとして、破線で示されるように、操作者警報装置１１８に送られる第５のコントロールブロック２１２に進み、同じように動作する。ＢＯＳは、代わりに、または履歴用ログファイルに送られても良い。コントロールは次いで、第５のコントロールブロック２１２のコマンドが実行されてもされなくても、第１のコントロールブロック２００に戻る。

　オプションとして、図２ｃの論理は、ブレーキオーバヒート警報システム１２０内に包含される。図２ｃは図２ａを補足して、車両１００の動作を再開できるほど十分にブレーキが冷却しているか、または冷却していたであろうときを操作者に指示する警報信号時間（ＷＳＤ）値を提供する。本発明の説明は、図２ａのポイントＣとＤの間に図２ｃの論理が配置されるが、任意の適切な配置が実際に使用されても良い。第１の判定ブロック３００において、Ｖはゼロと比較されて、車両１００がＢＯＳに応答して停止されたかを決定する。車両１００が尚も走行している場合、コントロールは、２つの破線（オプションであることを示す）の所定の１つに従い、車両１００が停止するまで図２ａの論理が反復される、図２ａのポイントＤに進むか、または図２ｃの第１の判定ブロック３００に戻り、車両１００が停止するまで「保持」、または「ループ」する。プログラマまたは操作者は、ブレーキオーバヒート警報システム１２０からの所望の応答を提供するために、２つの破線のうちの一方を選択する、但し、いずれの経路もブレーキオーバヒート警報システム１２０を正しく動作させる。

　車両１００が停止した場合、コントロールは第１の判定ブロック３００から第１のコントロールブロック３０２に進み、そこでＷＳＤ値が得られる。ＷＳＤ値は、ルックアップテーブル、等式、クロック、または他の適切なソースから予め決定され、操作者警報装置１１８の作動の時間を指示する。ＷＳＤは、次いで第２のコントロールブロック３０４における操作者警報装置１１８に送られる。ＷＳＤ時間の終了時に、操作者警報装置１１８は自動的に作動停止されるか、そうせなければ、オーバヒートイベントを回避するためにブレーキが冷却するのに十分な時間の長さ車両１００が停止していることを操作者に指示する。ＷＳＤ値はまた、あるいはその代わりとして、車軸またはブレーキ１１０の検出された温度に基づくものであっても良い。第２のコントロールブロック３０４から、コントロールは次いで図２ａのポイントＤに戻る。

　本発明によるブレーキオーバヒート警報システム１２０を備えた車両１００が走行すると、ＥＣＭ１１２がＶ、Ｐ、およびＤ値を監視する。オプションとして、車両１００が下り坂を走行することをＩ値が指示する場合、ブレーキオーバヒート警報システム１２０の論理が採用される。ブレーキオーバヒート警報システム１２０はまた、あるいはその代わりとして、操作者により手動で、または車両１００の他の特性に基づいて自動的に作動されても良い。

　作動の方法に関係なく、ブレーキオーバヒート警報システム１２０は、上述のようにＢＯＳを計算する。Ｅ_ｖａｌは、ブレーキオーバヒートイベントが起こっているかまたは間近に起こるようである場合、操作者は、操作者警報装置１１８を介して警告を受ける。警告を受けると、操作者はブレーキ１１０を冷却させ、ブレーキ１１０への熱損傷を回避または低減するために車両１００を停止しなくてはならない。好ましくは、ＷＳＤループ（図２ｃ）は、車両１００が停止されているかを決定し、次いで操作者警報装置１１８の動作を停止するか、または車両１００の走行を再開しても良いほど十分にブレーキ１１０が冷却しているときを操作者に指示する。

　操作者警報装置１１８の動作は、車両１００の操作者または所有者によるさらなる参考のためにブレーキオーバヒート履歴ログに記録されても良い。多数のオーバヒートイベントは、追加的な操作者の訓練または、車軸油冷却器またはジェイクブレーキのような、車両１００装置が適切であることを指示しても良い。

　車両１００が、警報に応答して停止されない場合、このような応答の欠如がブレーキオーバヒート履歴ログに記録され、オーバヒートしたブレーキ１１０に関する保証条項を無効にする不正操作の証拠として使用されても良い。

　本発明の他の形態、目的および利点は、図面、明細書および添付した請求の範囲の検討によって得られる。

本発明の好ましい実施形態を含む車両の側面図を示す。 本発明の好ましい実施形態の概略図を示す。 本発明の好ましい実施形態の論理の流れ図を示す。 本発明の好ましい実施形態の論理の任意サブルーチンの流れ図を示す。 本発明の好ましい実施形態の論理の任意サブルーチンの流れ図を示す。

符号の説明

　１００　車両
　１０２　機械本体
　１０４　操作室
　１０６　グランドエンゲージングシステム
　１０８　車輪
　１１０　ブレーキ
　１１２　電子コントロールモジュール（ＥＣＭ）
　１１４　ブレーキコントロール
　１１６　傾斜センサ
　１１８　操作者警報装置
　１２０　ブレーキオーバヒート警報システム
　１２２　機械速度センサ
　１２４　ブレーキ作用センサ
　１２６　ブレーキ圧力センサ
　２００　第１のコントロールブロック
　２０２　第２のコントロールブロック
　２０４　第１の判定ブロック
　２０６　第３のコントロールブロック
　２０８　第２の判定ブロック
　２１０　第４のコントロールブロック
　２１２　第５のコントロールブロック
　２１４　第６のコントロールブロック
　３００　第１の判定ブロック
　３０２　第１のコントロールブロック
　３０４　第２のコントロールブロック
　Ｖ　機械速度
　Ｐ　ブレーキ作用圧力
　Ｄ　ブレーキ作用時間
　Ｅ_ＣＲＩＴ　所定の許容可能なオーバヒート値
　Ｅ_ＶＡＬ　計算されたブレーキオーバヒート値

Claims (5)

1. 　ブレーキオーバヒート状態を決定する方法であって、
   　以下の条件：（ｉ）ブレーキを有する車両の走行速度および応答的に機械速度信号を生成すること、（ｉｉ）ブレーキの作用状況および応答的にブレーキ圧力信号を生成すること、（ｉｉｉ）ブレーキの作用時間および応答的にブレーキ作用時間信号を生成すること、ならびに（ｉｖ）車両の傾斜状況および応答的に傾斜信号を生成すること、のうちの少なくとも２つを検出する工程と、
   　前記２つの検出された条件から前記それぞれの信号を受け、応答的にブレーキオーバヒート信号を生成する工程と
   を含む方法。
2. 　経時的にブレーキオーバヒート信号の値を記録する工程と、
   　ブレーキオーバヒート信号の履歴ログを提供する工程と
   を含む、請求項１に記載の方法。
3. 　機械本体と、
   　車両と関連した操作室と、
   　少なくとも１つの車輪、車輪と関連した少なくとも１つのブレーキ、ブレーキと関連したブレーキオーバヒート警報システムを含む、機械本体に原動力を提供するグランドエンゲージングシステムとを備える車両であって、
   ブレーキオーバヒート警報システムは、
   　電子コントロールモジュールと、
   　以下のセンサ：（ｉ）機械速度信号を生成するように構成された機械速度センサ、（ｉｉ）ブレーキ作用時間信号を生成するように構成されたブレーキ作用センサ、（ｉｉｉ）機械傾斜信号を生成するように構成された機械傾斜センサ、および（ｉｖ）ブレーキ圧力信号を生成するように構成されたブレーキ圧力センサのうちの少なくとも２つのセンサとを含み、
   　電子コントロールモジュールは前記信号のうちの少なくとも２種類を受け、応答的にブレーキオーバヒート信号を生成する車両。
4. 　操作者警報装置およびブレーキオーバヒートイベント記録装置のうちの少なくとも一方が、所定の許容可能なオーバヒート信号範囲外にあるブレーキオーバヒート信号に応答して作動される、請求項３に記載の車両。
5. 　ブレーキオーバヒート状態を決定する装置であって、
   　以下の条件：（ｉ）ブレーキを有する車両の走行速度、（ｉｉ）ブレーキの作用状況、（ｉｉｉ）ブレーキの作用時間、および（ｉｖ）車両の傾斜状況、のうちの少なくとも２つを検出する検出手段と、
   　それぞれの条件の各信号を生成する信号生成手段と、
   　前記２つの検出された条件から前記それぞれの信号を受け、応答的にブレーキオーバヒート信号を生成する受信手段と
   を備える装置。
   
   

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