JP4565330B2 - ディスクブレーキディスクのセラミック製ディスクの磨耗測定方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は、複合セラミック材料にて作られたディスクブレーキディスクの磨耗を測定するための方法及びシステムに関するものである。

複合セラミック材料（ＣＣＭ）にて成るディスク（以下、単に「セラミックディスク」と言う。）は、従来の金属製ディスクと比較して多くの利点を有している。特に、セラミックディスクは、重量が軽く、使用中の全ての状態において高いブレーキ能力を発揮し、使用中に寸法上の変化が発生することがないばかりでなく、磨耗でかなりの程度に消耗されてしまうこともない。そのようなディスクは、一般的に運転寿命が長く、屡々、その寿命は、ディスクが装備されている車輌の寿命と等しい場合もあるが、それでも磨耗する。

セラミックディスクの寸法及び外観が実質的に寸法上変化しないため、従来の方法では、セラミックディスクの磨耗を査定及び測定することは不可能である。その磨耗がディスクの用いられている状態における強さに左右されものであることを実験用の手段によって発見した。換言すると、ディスクにその全運転寿命を通してどのように及びどの程度に応力が加えられるかに左右され、徐々に及び十分な間隔を置いてブレーキがかけられた場合には、殆ど磨耗しないが、強烈に及び連続的にブレーキがかけられた場合には、急速に磨耗してしまう。

安全性を確保し、とりわけ非常に高価であるディスクブレーキの耐久寿命の最大限を推定するという目的で、ディスクブレーキの消耗を確実に測定することについての強い要請がある。

本発明に依れば、請求項１に記載の一般的な条件の方法を実施し、請求項７に記載の一般的な条件の装置を実現させることにより、上記要請を満足させることができる。

本発明は、限定されるものではないが、純粋に一例として挙げた実施形態について図面を参照して後述する詳細な説明を参照することにより、より明確に理解できるであろう。

図１を参照すると、ディスクがホイールに装着されている車輌のエンジンが始動した時に、セラミックディスクの磨耗に関する測定を開始するのが好ましい。温度センサが、ディスクの温度Ｔを連続的に表示する。温度信号を、例えば、５〜５０Ｈｚ、好ましくは２０Ｈｚの所定の周波数でサンプリングし（ブロック１０）、それが実際の値の範囲内にあるか否かを確証するために、ブロック１１において審査する。この確証作業は、ディスクに作用しているブレーキパッドの状態をチェックするという目的で実質的に実施され、そのパッドが限界厚さに達する点まで消耗した時に、信号がないか或いは上記範囲外にある場合に、ブロック１１がパッド磨耗信号（ブロック１２）を発信し、その信号が、例えば、ＬＥＤ１３の如きインディケータを作動させて、パッドを交換しなければならないことを表示する。

然し、温度が実際の値の範囲内にある場合には、その温度Ｔをブロック１４において所定の基準温度Ｔｒ、例えば、４５０℃と比較して、所謂磨耗インクリメントである単位量△ｉを得る。この単位量を計算するためには指数式を用いるのが好ましい。本発明による方法を実現するために用いられる、実験的に決定された指数式は次の通りである。
（数１）△ｉ＝α＊１／ｆ＊ｅｘｐ（β＊Ｔ／Ｔ_０）
この指数式中、Ｔ_０は、好ましくは３５０℃〜５５０℃の所定温度定数を示し、α及びβは、一定の所定係数を示し、ｆは、サンプリング周波数を示す。Ｔ_０，α及びβは、ディスクの材料の性質に実質的に左右される。

より詳述すると、上記比較作業を実施したところ、Ｔ＜４５０℃である場合には、ブロック１５において、０〜０．１の範囲内で選択された所定値を持った定数α＝α_１と、０〜４の範囲内で選択された所定値を持った定数β＝β_１とで単位量△ｉを算出する。比較作業を実施したところ、Ｔ＞４５０℃である場合には、ブロック１６において、０〜０．１の範囲内で選択された所定値を持った定数α＝α_２と、０〜１５の範囲内で選択された所定値を持った定数β＝β_２とで単位量△ｉを算出する。

このようにして算出された磨耗インクリメントに、ブロック１７において、量ｉを加算する。この量ｉは、メモリ１８に記憶されていて、ディスクの作動寿命の初めから計算される全ての消耗インクリメントの総量によって構成されている。ブロック１９において、その合計量を、ディスクの限界消耗指数を示す量ｉ_ｌｉｍと比較する。この量は、実験手段によって再度得られる。比較した結果、指数ｉ_ｌｉｍに達していない場合には、今までの値ｉに代えて、合計ｉ＝△ｉ＋ｉ、即ち、新たな消耗指数を記憶させる。他方、指数ｉ_ｌｉｍに達した場合には、ブロック１９においてディスク消耗信号を発信して(ブロック２０)、例えば、別のＬＥＤの如きインディケータ２１を作動させる。

上記測定方法を実施することのできるシステムについては、図２に概略的に示されている。

車輌のディスクブレーキに関連する温度センサ２５が、標本化回路２６へ温度信号Ｔを送信する。サンプリングは、刻時信号ＣＬＫによって決定される、例えば、２０Ｈｚの所定周波数で実施する。温度信号のサンプルは、Ａ／Ｄコンバータ２７によってデジタル化されて、処理ユニット２８において処理される。処理ユニット２８は、温度信号が実際の値の範囲内にあるか否かを確証するために図１のブロック１１に関連して上述した処理を実施して、ＬＥＤインディケータ２４の作動信号を発信する。処理ユニット２８は、更新された消耗指数ｉを含むメモリ２９と、セットレジスタ３０とに接続され、そのセットレジスタ３０は、図１のブロック１５及び１６に示された指数式を計算するのに必要なパラメータ、即ち、温度Ｔ_ｒ，Ｔ_０，周波数ｆ及び不変係数α_１，α_２，β_１，β_２を含んでいる。レジスタ３０は、図１のブロック１９に表示された比較作業を実施するための限界消耗パラメータｉ_ｌｉｍを処理ユニット２８へ提供する。処理ユニット２８は、消耗指数が限界値よりも小さい場合に、更新信号をメモリ２９へ送信し、その限界値に達した時に、作動信号をＬＥＤ３１へ送信する。

車輌の複数のディスクブレーキの各々に、上述したシステムと同様の磨耗測定システムを提供するのが便利である。それら磨耗測定システムの全ては、車輌外のプロセッサの一部を構成するものであってもよい。

図３〜図６に示したように、ディスクブレーキのブレーキキャリパ３３の内側に配置する熱電対によって温度センサを実現するように構成してもよい。図示実施形態においては円筒状で、良好な熱伝導性の材料、例えば、銅にて形成されて、ブレーキキャリパのブレーキパッド３５に固定されているサポート３４内に熱電対が取付けられている。サポート３４は、ブレーキ作動中にディスク（図示せず）と接触するブレーキパッド３５の表面から浮かび上がるように、ブレーキパッド３５に設けられた穴内に挿入されている。サポート３４は、若干薄い端末付属体を有し、この端末付属体は、熱電対へのディスク温度の最適な伝達を確実にするために非常に低い熱慣性を持っている。熱電対のヘッドは、端末付属体の内側端部に近接したサポート３４の止まり穴内に位置している。端末付属体は、ブレーキパッド３５と一緒に磨耗するようになる。ブレーキキャリパのパッド３５の支持プレートに固定されて、図５及び図６中に参照符号３６で示した突起を構成してディスクの回転中にディスクに面している絶縁鞘内に、熱電対のリードが挿入されている。突起３６の位置は、絶縁鞘がディスクと接触して、それ故、熱電対のリードの少なくとも一つがむき出しにされて結果的に切断されるまで、絶縁鞘とディスクとの間の摩擦によって絶縁鞘が磨耗されるのを可能にするように選択されている。この現象は、ブレーキパッド３５が交換を必要とするポイントまで薄くなった時に生じる。リードの切断は、図１のブロック１１に関連して上述した状態、即ち、パッド消耗信号の発生を引き起こす。

本発明による方法を示したフローチャートである。 本発明によるシステムを示したブロック図である。 本発明によるシステムと共に用いることのできる温度センサを含む一部が取り除かれた状態のブレーキキャリパの斜視図である。 本発明によるシステムと共に用いることのできるブレーキパッド及び温度センサを備えた図３のブレーキキャリパの一部が取り除かれた状態の詳細図である。 図３に示したブレーキキャリパのパッドの平面図である。 図３に示したブレーキキャリパのパッドの断面図である。

Claims (10)

1. ディスクブレーキの複合セラミック材料にて成るディスクの摩耗を測定する方法であって、
   所定の周波数（ｆ）で前記ディスクの温度（Ｔ）を測定する工程と、
   温度測定毎に、前記温度の第一の所定関数又は第二の所定関数を用いて、測定された温度（Ｔ）の関数として摩耗インクリメント（△ｉ）を演算する工程と、
   演算された摩耗インクリメント（△ｉ）を合算する工程と、
   摩耗インクリメントの合計を所定限界摩耗指数（ｉ_ｌｉｍ）と比較する工程と、
   前記限界摩耗指数（ｉ_ｌｉｍ）を越えたことを知らせる工程とを含み、
   摩耗インクリメント（△ｉ）を演算する前記工程が、
   前記測定された温度（Ｔ）を所定の基準温度（Ｔｒ）と比較する工程と、
   その比較によって、前記測定された温度（Ｔ）が前記所定基準温度（Ｔｒ）を越えていることが明らかとなった場合と前記測定された温度（Ｔ）が前記所定基準温度（Ｔｒ）を越えていないことが明らかとなった場合に、夫々、前記温度の前記第一の所定関数と前記第二の所定関数とを用いて前記摩耗インクリメント（△ｉ）を演算する工程を含んでいることを特徴とする、ディスクブレーキの複合セラミック材料にて成るディスクの摩耗を測定する方法。
2. 前記第一及び第二の所定関数が、前記温度（Ｔ）の指数関数である、請求項１に記載の方法。
3. 前記第一及び第二の所定関数が、
   △ｉが消耗インクリメント、Ｔが測定された温度、Ｔｏが所定温度定数、αが第一の所定不変係数、βが第二の所定不変係数、ｆがサンプリング周波数である、△ｉ＝α＊１／ｆ＊ｅｘｐ（β＊Ｔ／Ｔｏ）である、請求項２に記載の方法。
4. 前記所定の周波数（ｆ）が５〜５０Ｈｚの範囲内で選択された周波数、前記所定の基準温度（Ｔｒ）が３５０℃〜５５０℃の範囲内で選択された温度、前記所定の温度定数（Ｔｏ）が３５０℃〜５５０℃の範囲内で選択された温度であり、前記第二の関数の前記不変係数αが０〜０．１、前記第二の関数の前記不変係数βが０〜４であり、他方、前記第一の関数の不変係数αが０〜０．０１、前記第一の関数の不変係数βが０〜１５である、請求項３に記載の方法。
5. 前記限界摩耗指数（ｉ_ｌｉｍ）が実験的に得られる指数である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. ディスクブレーキの複合セラミック材料にて成るディスクの摩耗を測定するシステムであって、
   前記ディスクの温度を検出するセンサ（２５）と、
   前記センサ（２５）によって所定の周波数で検出された温度をサンプリングする手段（２６）と、
   サンプルされた温度毎に、前記温度の第一の所定関数又は第二の所定関数を用いて、消耗インクリメント（△ｉ）を演算し且つその演算された消耗インクリメントを合算することのできる処理手段（２８）と、
   前記消耗インクリメントの総数を記憶する手段（２９）と、
   前記記憶された総数を所定の限界消耗指数（ｉ_ｌｉｍ）と比較するための手段（２８）と、
   前記比較によって前記総数が前記所定の限界消耗指数（ｉ_ｌｉｍ）を越えているか否かを知らせるための表示手段（３１）を有し、
   前記測定された温度（Ｔ）を所定の基準温度（Ｔｒ）と比較して、その比較によって、前記測定された温度（Ｔ）が前記所定基準温度（Ｔｒ）を越えていることが明らかとなった場合と前記測定された温度（Ｔ）が前記所定基準温度（Ｔｒ）越えていないことが明らかとなった場合に、前記処理手段が、夫々、前記温度の前記第一の所定関数と前記第二の所定関数とを用いて前記摩耗インクリメント（△ｉ）を演算するように構成されていることを特徴とする、ディスクブレーキの複合セラミック材料にて成るディスクの摩耗を測定するシステム。
7. 前記センサ（２５）が、ディスクブレーキのブレーキパッド（３５）に固定され且つ良好な熱伝導材料にて構成されたサポート（３４）内に取り付けられた熱電対を含んでいる、請求項６に記載のシステム。
8. 前記熱電対の前記サポート（３４）が、低熱慣性の端末付属物を有し、その端部が前記ディスクと接触している前記ブレーキパッド（３５）の表面を越えて突出している、請求項７に記載のシステム。
9. 前記熱電対が、前記端末付属物の内端部に近接した前記サポート（３４）の止まり穴内に収容されている、請求項８に記載のシステム。
10. 前記熱電対の少なくとも一つのリードが、前記ディスクブレーキのディスクに面した突起部材（３６）を構成しているブレーキパッド（３５）の支持プレートに固定された鞘内に挿入され、前記ブレーキパッド（３５）が所定の限界厚さまで薄く消耗した時に、前記鞘と前記リードがディスクとの摩耗で消耗されるように前記突起部材（３６）が位置している、請求項７〜９のいずれか一項に記載のシステム。