JP6720423B2 - ブレーキダストを検出及び測定するための装置 - Google Patents

Description

本発明はブレーキダストを検出及び測定するための装置、ならびにブレーキ試験スタンドに関する。

車両ブレーキ、特に自動車ブレーキ又はトラックブレーキに起因する環境汚染は、深刻に考える必要がある話題である。車両内のブレーキプロセスでは、このプロセスのせいで非常に微細な粒子が放出されるように、ブレーキライニングのライニング材がすり減らされる。これらは、一部呼吸によって人体に取り込まれる可能性があり、これにより健康障害リスクに付随する微細な粉塵汚染の有害な一因となる。

しかしながら、微細なブレーキダストによる深刻な健康障害問題とは別に、ブレーキダストはまた、ホイールリムをひどく汚す可能性があり、これは、少なくとも美的な欠点を伴い、車両全体の外観に悪影響を及ぼす可能性がある。

現在、前述のブレーキダストを検出及び定量化して、そのサイズを決定するための測定装置は知られていない。

したがって、本発明は、ブレーキダストを検出及び測定するための装置を提供することを目的とする。

本発明は、請求項１の特徴を有する装置によってこれを解決するものである。さらなる有利な改良は、従属請求項から理解することができる。

この装置は、車両ブレーキシステムを設計する過程の早期段階で使用することができれば有益なものになる。

したがって、提供される測定装置は、車両ブレーキシステムの一般的な試験及び開発環境で使用される。

ブレーキダストを検出及び測定するための装置は、試験されるブレーキが例えば電動ブレーキアクチュエータによって作動されるダイナミックブレーキ試験スタンドと関係して機能する。この場合、この装置は、アプリケーション全体の一部であり、これによりブレーキ試験スタンドの一部として動作させることができる。ブレーキダストの測定は、リアルタイムで行われ、１秒間に複数の測定値が得られる。

これに適した測定方法として、ブレーキ試験スタンドにおけるブレーキシステムに作用する所定の負荷サイクルを含む自動プログラムを備えることが好ましい。このようにすることで、ブレーキダスト粒子を、ブレーキに作用する負荷と関連づけて、再現可能に検出及び測定することができる。

これにより、ブレーキダストの粒子挙動は、ブレーキ試験スタンド上で測定可能になる。ブレーキ試験スタンドは、ブレーキシステムの実負荷プロファイルを模擬するために使用される。これらのブレーキ試験スタンドは、ブレーキ試験において安定し且つ再現性のある測定環境を提供する。

ブレーキ試験スタンド上でブレーキダスト粒子を検出及び測定するために、測定ポイントを決めることが可能である。測定ポイントは、試験動作中にブレーキを冷却するための空気流を生成するファンシステムにおける空気排出ダクト内に設定することができる。ブレーキダスト粒子は、その空気流によって、ファンシステムの空気排出ダクトを介して実測定ポイントに送られる。この測定ポイントは、空気排出ダクト内の所定位置に設けられている。そのポイントにおいて、ブレーキダスト粒子は、例えば、ホース、加熱ホース、又は冷気が流れる加熱ホースを介して採取され、粒子測定ユニットに運ばれる。

粒子測定ユニットは、粒子を計数し、それらの粒径及び／又は粒径分布を決定することができる。この装置は、小さい又は非常に微細な粒子を測定するための周知の装置、例えば、排気ガス分析のための装置、特に、ディーゼル排気ガス中の粒子を測定するための装置とすることができる。このような装置は周知技術であるため、ここではこれ以上詳細には説明しない。

この粒子測定ユニットは、ブレーキ試験スタンドと通信することができ、これにより、その測定は、ブレーキ試験と同期した負荷プロファイルとともに実行される。このようにして、常に、粒子測定ユニットの測定結果を、ブレーキ試験スタンドにおけるブレーキの負荷それぞれに割り当てることができる。

ブレーキからの放出物質、特にブレーキダスト粒子は、空気排出ダクト内を流れる冷却空気によって運ばれるため、これらの粒子は希釈され、これと同時に均質な混合物が生じる。したがって、空気排出ダクトは、希釈ダクト又は希釈流路としての機能も果たす。これにより、測定結果を誤らせる及び／又は測定の再現性を著しく低下させる現象であって、ブレーキダスト粒子の凝集又は集塊が形成されることを防止することができる。

測定精度は、空気排出ダクトが希釈効果を有することにより、著しく高められる。したがって、空気排出ダクトは、所望の希釈効果を確実に得ることができるように設計されるべきであって、試験チャンバから単に冷却空気流を放出するものでは不十分である。むしろ、空気排出ダクトは、十分な希釈効果が得られる所定の寸法を有するべきである。

空気排出ダクトは、非腐食性の導電性材料で構成され得る。必要に応じて、粒子集塊の形成を防止するべく、空気排出ダクト全体が加熱されなければならない。

空気排出ダクト内の体積流量は、適切な体積流量測定ユニットを用いて測定され得る。

粒子（数、サイズ）の測定とともに、以下の測定パラメータ、すなわち体積流量及び（試験スタンドに現に取り付けられているブレーキシステムを備えた車両の）駆動キロメートルも重要である。

さらに、ブレーキ圧力、ブレーキトルク、速度、その他のパラメータ等のさらなるパラメータは、粒子測定と同期してブレーキ試験スタンドに記録される。

測定後、以下の測定値情報、すなわち（試験スタンド上で模擬された）駆動キロメートル当たりの粒子の数、及び、ブレーキ試験の試験負荷サイクルの測定セクションそれぞれにおける粒径及び／又は粒径分布が取得可能であるべきである。

このようにして、ブレーキダストを検出及び測定するための装置は、ブレーキ試験スタンドに完全に組み込まれ、動的で現実的な負荷サイクルの範囲内で、自動化された方法により測定が行われる。

したがって、本発明は特に、ブレーキから剥離したブレーキダスト粒子を測定及び検出するための装置に関するものであり、ブレーキダスト粒子を採取するための採取ユニットと、ブレーキダスト粒子の数及び／又はサイズを測定するための粒子測定ユニットとを備え、ブレーキダスト粒子を前記採取ユニットから前記粒子測定ユニットに導いて運ぶための搬送ユニットをさらに備えるものである。採取ユニットは、ブレーキから放出された粒子を捕捉し、それらを前方に搬送するのに適している。

搬送ユニットは、例えば内部に空気流が導かれホースなどであり、採取ユニットにより収集又は捕捉された粒子を粒子測定ユニットに搬送するのに適している。これは、合理的に設計することができ、例えば、粒子の凝集を防止するために加熱することができるホースを備えていても良い。

ブレーキを取り付けるためのブレーキ取付け具を設けることができる。ブレーキは、試験の目的としてブレーキ取付け具の内側に保持及び固定されるものであり、ブレーキ自体は測定装置の一部ではない。むしろ、ブレーキは、装置の助けを借りて検査されるサンプルである。

採取ユニットは、ブレーキ取付け具に取り付け可能なブレーキの領域、特にブレーキのキャリパの領域に配置できるように設計され得る。このプロセスにおいて、ブレーキは上述したように測定装置の一部ではない。ブレーキは、例えばブレーキディスクを部分的に取り囲むキャリパとブレーキディスクとを備える、車両用の周知のディスクブレーキとすることができる。ブレーキは、試験をする目的でブレーキ取付け具に取り付可能なものである。

採取ユニットは、ブレーキダスト粒子を捕捉可能な収集容器を備えることができる。この収集容器は、非腐食性の導電性材料から構成され得る。採取ユニットがブレーキダストを採取する箇所である採取ポイント及び／又は収容容器の近傍には、例えば、粒子の質量、粒径分布などを決定する役割を果たす追加の機器を配置することができる。

ブレーキ取付け具は、ブレーキダスト粒子を通さないハウジングに取り囲まれており、これによりブレーキ配置空間が画定される。そして、ブレーキは、ブレーキ配置空間内でブレーキ取付け具に固定されて試験される。

ハウジングは、ブレーキ配置空間を取り囲むものであり、非腐食性の導電性材料から構成され得る。ハウジングは、取り囲んだ空間に関しては密閉されており、以下に説明するように、空気が空気供給ダクトを介してファンシステム全体に供給される。さらに、ハウジングは、試験動作中に放出されたブレーキダスト粒子の完全な検出を可能にする。しかしながら、このハウジングは、ブレーキエミッションの希釈又は均質化には資するものではなく、これらのプロセスは、上述したように、空気排出ダクト内で行われる。

したがって、ブレーキに流れる空気流を導くための空気供給ダクト及び空気排出ダクトを備えるファンシステムが提供され得る。特に、空気供給ダクト及び空気排出ダクトは、ハウジングに接続されており、これによりそれぞれがブレーキ配置空間に接続されて、該ブレーキ配置空間を流れる空気流を導く。このプロセスにおいて、空気供給ダクトの開口（ハウジングに設けられた空気供給ダクトの出口）及び空気排出ダクトの開口（ハウジングに設けられた空気排出ダクトの入口）は、ハウジング内のブレーキ配置空間に対向して配置され得る。これらの開口は、それぞれの開口断面が、ハウジング内において空気流がブレーキ配置空間の全体を通ることを可能とするように設計することができる。ブレーキ取付け具は、それに取り付けられたブレーキが空気供給ダクトの出口と空気排出ダクトの入口との間に位置するように配置され得る。

空気供給ダクト及び空気排出ダクトの断面は、互いに対応する大きさに設計されなければならない。例えば、空気排出ダクトは、ハウジングに設けられたその入口の自由端部の直径が、試験されるブレーキディスクの直径の７０％以上であるような寸法にすることができる。これにより、ブレーキの周囲に空気を十分流すことができ、空気排出ダクトの入口からブレーキエミッションの全てを排出することができる。

空気流は、ブレーキダスト粒子を運ぶ役割を果たし、その結果、ブレーキダスト粒子が空気排出ダクト内の所定の流路を所定長さ通って流れた後に、ブレーキダスト粒子は空気排出ダクト内の採取ユニットによって確実に検出され得る。また、空気流は、ブレーキを冷却するためにも用いることができる。

空気排出ダクトの入口から採取ユニットの入口までの距離は、空気排出ダクトの断面、特に空気排出ダクトの入口の下流における断面の直径又は最大対角長さの少なくとも５倍、特に少なくとも１０倍、とりわけ少なくとも２０倍以上の距離にすることができる。空気排出ダクトの入口が漏斗形状になる場合もあるため、この入口の断面長さは、この計算には考慮されないままであり、距離は、特定の部分では実質的に一定の断面を有する後述の空気排出ダクトの寸法によって決定される。空気排出ダクトが長方形の断面を有する場合、長方形の最大縁部長さも、前述の条件が適用されるパラメータとして使用することができる。こうすることで、空気排出ダクトが所望の希釈効果を達成するための特定の長さを有することが保証される。例えば、空気排出ダクトの入口から採取ユニットの入口までの距離は、例えば少なくとも１００cm又は少なくとも２００cmに達することができる。

特に、この距離は、空気排出ダクト内における入口から採取ユニットまでの複数の断面の間の特定のメイン領域の仮想接続線として理解することもできる。

したがって、空気流の流路がブレーキから採取ユニットまで所定の長さを有するように、採取ユニットを空気排出ダクト内に配置することができる。特に、この空気流の流路の長さ、すなわち、ブレーキの回転軸と採取ユニットとの間の距離は、空気排出ダクトの断面サイズによって決定される。

したがって、本発明は特に、ブレーキから剥離したブレーキダスト粒子を測定及び検出するための装置に関するものであり、ブレーキダスト粒子を採取するための採取ユニットと、ブレーキダスト粒子の数及び／又はサイズを測定するための粒子測定ユニットとを備え、ブレーキダスト粒子を前記採取ユニットから前記粒子測定ユニットに導いて運ぶための搬送ユニットをさらに備えるものである。この目的のために、採取ユニットは空気排出ダクト内に配置され、空気排出ダクトの開口はブレーキ配置空間のハウジング内に設置される。ブレーキダスト粒子を測定するべく、試験されるブレーキは、ハウジングによって囲まれており、ハウジング内において空気排出ダクトと反対側の配置された空気供給ダクトの開口から冷却空気流が供給され得るものである。

空気流の流れ方向は、適宜選択することができる。例えば、この空気流は、上から下へ、又は下から上へ、又は任意の他の方法で向かわせることができる。

ブレーキダスト粒子と（希釈）空気との均質に混合させるべく、上述の空気流は、空気供給ダクト内に配置された流れガイド要素によって均質化され得る。

ファンシステムは、空調システムをさらに備えることができ、この空調システムの一例としては、空気供給ダクトを介して供給される空気を浄化し、温度及び湿度を調整するための入口フィルタを有するものを挙げることができる。さらに、整流器を設けることができる。流速は、少なくとも空気排出ダクト内の空気流に関して制御可能である。こうした空調により、ブレーキの試験条件を標準化や再現性を大幅に向上させることができる。

ハウジングと空気排出ダクト内に設けられた採取ユニットとの組み合わせにより、測定動作及び／又は試験動作中にブレーキから剥離した粒子の全てを完全に検出することが可能である。

粒子測定ユニットは、ブレーキダスト粒子の測定の他、排ガス分析、特にディーゼル排ガス中の粒子の測定にも適している。したがって、例えば、燃焼エンジン、特にディーゼルエンジンの試験に用いいられる試験スタンド上で利用可能な装置は、ブレーキダストを測定するためにも用いられ得る。

粒子測定ユニットは、例えばＤ_５０=１０ｎｍ〜２.５００ｎｍを測定範囲とすることができる。

このプロセスにおいて、粒子測定は、ブレーキ負荷ユニット（例えば、ダイナモメータ）用の自動化ソフトウェアに組み込まれ得る。しかし、粒子測定は、少なくともダイナモメータの自動化に組み込まれることなく、自動化ソフトウェア又は自動化機能とは別個に提供することもできる。しかしながら、粒子測定とブレーキ負荷ユニットの動作とを同期させることが望ましい。

搬送ユニットは、必要に応じて加熱され得る１つ又は複数のパイプ又はホース形状の導管を有することができる。

このプロセスでは、導管が採取ユニットと粒子測定ユニットとを接続している。

さらに、試験されるブレーキを取り付けるためのブレーキ取付け具と、ブレーキにブレーキ負荷をかけるための駆動装置と、ブレーキの試験パラメータ及び測定パラメータを記録するための測定ユニットとを備え、上述のようにブレーキダスト粒子を検出するための装置を備えるブレーキ試験スタンドが提供される。

ブレーキの試験パラメータ及び測定パラメータは、ブレーキを試験するために通常互いに関連するパラメータとすることができる。これらには、駆動装置の駆動性能、ブレーキ性能、ブレーキの反力トルク、毎分回転数、ブレーキ力、温度変化、振動等が含まれる。

ブレーキダスト測定装置は、ブレーキ試験スタンドの一体的な構成要素となり得るものであり、すなわち、ブレーキ試験スタンドに一体化され得る。このようにすることで、この装置は、試験動作中に常に利用可能なものとなる。

粒子測定ユニットの測定結果と、ブレーキの試験パラメータ及び測定パラメータとは、互いに相関させることができ、すなわち、互いにリンクさせることができる。例えば、どの試験操作中にどの程度の量の粒子が生成されるかを記録することができる。このようにして、ブレーキ性能と、毎分回転数と、温度と、粒子の量及び／又はサイズとの間の相関関係を生成し、記録することができる。

測定結果とパラメータとを相関させるために、対応評価ユニットを設けることができる。

本実施形態に係る装置の構成を示す模式図。

これらのさらなる利点及び特徴は、実施例に基づく図面や以下の本文でより詳細に説明される。図は、ブレーキ試験スタンドの一体構成要素として設けられた、ブレーキダストを検出及び測定するための装置の実施形態を単に概略的に示している。

図示した実施例のブレーキ試験スタンドは、フライホイールブレーキ試験スタンドとして設計され、概略図で図示されている。

例えば電気モータなどの駆動エンジンとして働くモータ１は、ブレーキ試験スタンドに設けられているブレーキディスク２を回転駆動するものであり、このブレーキディスク２は、試験されるブレーキ３の一部である。回転を安定させるために、フライホイール４が周知の手段で一体化され得る。

ブレーキディスク２は、試験されるブレーキ３の一部であるキャリパ５によって、周知の方法で部分的に覆われている。キャリパ５は、図示しないブレーキライニングを保持しており、このブレーキライニングは、ブレーキ３が作動されたときに摩耗及び損傷して、検出対象である（微細な）粒子が剥離するものである。

ブレーキ３及びその構成要素は、図示されていないブレーキ取付け具に取り付けられており、ブレーキ試験スタンド内のブレーキトルクが、安定的に確実に保持される。ブレーキ試験スタンドにおけるこのようなブレーキ取付け具の構成は、周知技術であるので、追加の説明は不要である。

図に示した例では、出口９ａを有する空気供給ダクト９と、入口１０ａを有する空気排出ダクト１０とを備えるファンシステムが設けられている。空気供給ダクト９は、その出口９ａを介して、空気を、試験されるブレーキ３を収容するとともにブレーキダストを通さないハウジング１１に供給する。空気排出ダクト１０は、供給された空気をハウジング１１からその入口１０ａを介して再び排出する。このように、ハウジング１１は、ブレーキ配置空間１３を取り囲んでいる。

空気体積流量の測定ポイントを、空気排出ダクト１０内の例えば参照番号１２に設けることができる。

通常、ファンシステムは、特に冷却目的のために、ブレーキへの良好な通気を保証するべく、ブレーキ試験スタンド内に存在する。

このように再現可能な試験結果を実現するために、空気供給ダクト９を介して供給される空気は、温度、空気湿度及び純度に関して、図示されていない空調ユニット（例えば、フィルタの手段など）によって所望の態様に調整することができる。

ブレーキダスト及び/又はブレーキダスト粒子は、空気排出ダクト１０を介して、空気排出ダクト１０内に配置され、採取ユニット６が設けられた実際の採取ポイント（Ａ）に案内される。そこで、粒子は採取され、例えば加熱されたホース７を介して粒子測定ユニット８に案内される。粒子測定装置８は、例えば排気ガスの測定に用いられる公知の装置とすることができる。粒子数及び粒子サイズは、粒子測定ユニット８によって記録される。

採取ユニット６は、空気排出ダクト１０を流れる空気流からブレーキダスト粒子を採取するように適切に設計することができる。

空気排出ダクト１０内で所望の希釈効果を達成するために、とりわけ、ブレーキダスト粒子の凝集又は集塊の形成を防止するために、空気排出ダクト１０の寸法は、それに応じて選択されるべきである。これは、特に、空気排出ダクト１０における試験されるブレーキ３と測定ポイントＢとの間の長さ、ならびに空気排出ダクト１０の断面積に関する。例えば、試験されるブレーキ３の回転軸と測定ポイントＢとの間の距離は、空気排出ダクト１０の直径の１０倍以上２０倍以下とするべきである。空気排出ダクト１０が長方形である場合、長辺の長さは、試験されるブレーキの回転軸と測定ポイントＢとの間の距離の計算ために選択されるべきである。空気排出ダクト１０の断面は、少なくともハウジング１１に設けられた入口において、試験されるブレーキ３のブレーキディスクの直径の７０%以上とするべきである。

Claims (14)

1. ブレーキダストを検出及び測定するための装置であって、
   試験されるブレーキ（３）を配置可能なブレーキ配置空間（１３）を画定するハウジング（１１）と、
   空気供給ダクト（９）及び空気排出ダクト（１０）を有し、各々が、前記ブレーキ配置空間（１３）に空気流を導くために前記ブレーキ配置空間（１３）に接続されたファンシステムと、
   前記空気排出ダクト（１０）内に配置されて、ブレーキダストを捕集する採取ユニット（６）と、
   前記ブレーキダストの数及び／又はサイズを測定する粒子測定ユニット（８）と、
   前記ブレーキダストを前記採取ユニット（６）から前記粒子測定ユニット（８）に導いて運ぶ搬送ユニット（７）とを備えることを特徴とする装置。
2. 前記ブレーキ配置空間（１３）内に配置されて、ブレーキ（３）を取り付けるためのブレーキ取付け具を備えることを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記空気流の流路が、前記ブレーキ（３）から前記採取ユニット（６）まで所定長さを有するように、前記採取ユニット（６）が、前記空気排出ダクト（１０）内に配置されていることを特徴とする請求項１又は２記載の装置。
4. 前記ブレーキ（３）の回転軸と前記採取ユニット（６）との間の距離である前記空気流の流路の長さが、前記空気排出ダクト（１０）の断面の大きさに基づいて設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記ハウジング（１１）に設けられた前記空気供給ダクト（９）の出口と、前記ハウジング（１１）に設けられた前記空気排出ダクト（１０）の入口（１０ａ）とが、互いに対向して配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記空気排出ダクト（１０）の前記入口（１０ａ）と前記採取ユニット（６）との間の距離が、前記空気排出ダクト（１０）の断面の直径又は最大対角長さの少なくとも５倍、特に少なくとも１０倍、特に少なくとも２０倍であることを特徴とする請求項５記載の装置。
7. 前記ブレーキ取付け具が、前記ハウジング（１１）を形成する測定ハウジングによって収容されて、前記ブレーキ配置空間（１３）が画定されていることを特徴とする請求項２記載の装置。
8. 前記採取ユニット（６）は、前記ファンシステムの前記空気排出ダクト（１０）内に採取ポイント（Ａ）を有しており、
   前記採取ポイント（Ａ）は、前記搬送ユニット（７）を介して前記粒子測定ユニット（８）に接続されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の装置。
9. 粒子測定ユニット（８）が、ブレーキダスト粒子の測定の他、排ガス分析、特にディーゼル排ガス中の粒子の測定に用いられることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記搬送ユニットは、パイプ又はホース形状の導管（７）を備えることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記導管（７）が、前記採取ユニット（６）を前記粒子測定ユニット（８）に接続していることを特徴とする請求項１０記載の装置。
12. 試験されるブレーキ（３）を取り付けるためのブレーキ取付け具と、
    前記ブレーキ（３）にブレーキ負荷をかけるための駆動装置（１）と、
    前記ブレーキの試験パラメータ及び測定パラメータを記録するための測定ユニットと、
    請求項１乃至１１のいずれかに記載のブレーキダストを検出及び測定するための装置とを備えることを特徴とするブレーキ試験スタンド。
13. 前記ブレーキダストを測定及び検出するための装置が、ブレーキ試験スタンドと一体的に構成されていることを特徴とする請求項１２に記載のブレーキ試験スタンド。
14. 前記粒子測定ユニット（８）の測定結果と、前記ブレーキの試験パラメータ及び測定パラメータとが互いに相関可能であることを特徴とする請求項１２又は１３に記載のブレーキ試験スタンド。