JP5378477B2 - 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

Description

本発明は、各ブレーキ過程に対して、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。

本発明の周辺技術に関しては、ドイツ特許公開第３４０７７１６号の他に、ドイツ特許第４３１６９９３号が参照される。

自動車においては、多少費用のかかる点検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。

上記の摩耗の検出および指示技術は、一般的に、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。

これに関する他の従来技術も、同様に冒頭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。

自動車における走行安定性制御装置の使用の増加と共に、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。

これに関して改善された、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。

この課題の解決は、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。

本発明によれば、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。

したがって、特にブレーキ・ライニングに対して、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。

したがって、本発明の方法により作動す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。

本発明の有利な変更態様により、相互摩擦部材、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。

基本的には、本発明において使用される摩耗モデルにより、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。

この場合、ブレーキ・ライニング厚さの補正の他に、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。

場合により、ブレーキ・ライニング内の他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。

ブレーキ・ライニング摩耗の決定のための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。

ブレーキの上記のこれらの物理変数は容易には求められず、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。

ここで、“Ｖ”は物理単位［長さ／時間］における摩耗量であり、“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。“Ａ_n…Ａ₀、Ｂ_m…Ｂ₀、Ｃ_k…Ｃ₀”は、車両ブレーキ装置に固有の一定係数である。

したがって、数学的に観察すると、ブレー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。

上記のように、前記多項式内に含まれている係数Ａ_n…Ａ₀、Ｂ_m…Ｂ₀、Ｃ_k…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。

摩耗モデルないし摩耗モデルに対する前記多項式は、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。

本発明による車輪ごとの摩耗計算ないしそ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。

車両の発進時に、実際の摩耗状態ないしブレーキ・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。

これは、上記の摩耗モデルにより、即ち数学的には（好ましい）次式

を、ブレーキ過程の時間ｔにわたり積分することにより行われ、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。

ブレーキ過程の間に、いずれか１つのブレーキ・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 (4)

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、および
   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、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。
2. 前記摩耗モデルが、少なくとも次の因子を含む多項式
   

   

   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、Ｂ_m…Ｂ₀、Ｃ_k…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。
3. ブレーキ・ライニングの厚さの補正のほかに、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２のモニタ方法。
4. 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３のいずれかのモニタ方法。