RU2802792C2 - Устройство для измерения состояния тормозного элемента транспортного средства - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к тормозным системам. Устройство для измерения состояния тормозного элемента транспортного средства содержит измерительный блок, электрический соединитель с цепью транспортного средства, и электрическую проводку. Измерительный блок содержит элемент крепления для соединения с тормозным элементом, средства измерения износа и датчики измерения температуры тормозного элемента. Средства измерения износа и датчики температуры расположены вдоль оси и помещены в корпус элемента крепления. Элемент крепления вмещает ряд электрических цепей измерения, расположенных каскадно вдоль указанной оси. Ряд электрических цепей измерения содержит первые электрические цепи измерения, каждая из которых характеризуется наличием соответствующего датчика износа, и вторые электрические цепи, характеризующиеся наличием датчика температуры. Электрические цепи измерения представляют соответственно первые выводы, электрически соединенные вместе и с первым электрическим полюсом, и вторые выводы, соединенные с соответствующими вторыми электрическими полюсами, изолированными друг от друга. Повышается эффективность и надежность контроля. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Ссылка на родственную заявку

Согласно настоящей заявке испрашивается приоритет в соответствии с итальянской патентной заявкой №102019000005202, поданной 05.04.2019, содержание которой полностью включено в настоящий документ посредством ссылки.

Область техники, к которой относится настоящее изобретение

Это изобретение относится к устройству для измерения износа и температуры тормозного элемента, такого как тормозная колодка или тормозной башмак для барабанного тормоза, или другого фрикционного тормозного устройства транспортного средства, на которое в последующем обсуждении будет сделана прямая ссылка без какого-либо ущерба для общности.

Чтобы контролировать условия эксплуатации автотранспортного средства, необходимо в непрерывном режиме знать как износ тормозного устройства, так и его рабочую температуру. Что касается рабочей температуры, то ее необходимо измерять не только непрерывно, но и очень точно, поскольку разница даже всего в несколько градусов между измеренной и фактической температурами неприемлема для оптимального контроля различных условий эксплуатации транспортного средства.

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

На сегодняшний день известны блоки датчиков, позволяющие одновременно измерять как температуру, так и износ тормозного устройства. Один из этих блоков датчиков описан в патенте EP 0545 063 A1. В описанном блоке датчиков используется электрическая цепь, состоящая из ряда термисторов, расположенных на двух ветвях, общих для всех термисторов. Термисторы постепенно удаляются во время износа тормозного устройства, что приводит к изменению напряжения U на выводах эталонного резистора и следовательно, устройства сбора данных.

Блок датчиков основан на оценке вышеупомянутого сигнала U, в частности, соответствующего градиента ∧U/∧t и/или разницы между двумя стационарными состояниями с неподвижным транспортным средством с тормозным узлом, находящимся в тепловом равновесии с окружающей средой. Измерение напряжения U зависит от эквивалентной проводимости, и это означает, что поломка или отказ одного из термисторов приведет к отказу всего блока датчиков, что приведет к неправильной оценке градиента или разницы между двумя стационарными состояниями.

В дополнение к этому температурное поведение отдельных термисторов является функцией их относительного положения по отношению к подвижному тормозному элементу, например, тормозному диску дисковой тормозной системы.

В результате вышеупомянутый блок датчиков страдает недостатком, заключающимся в том, что он недостаточно надежен и, прежде всего, недостаточно точен.

В дополнение к этому, вышеупомянутый известный блок является очень большим, и поэтому его трудно использовать на любом тормозном устройстве и, в частности, на тормозных колодках для автомобилей.

Раскрытие настоящего изобретения

Целью настоящего изобретения является создание устройства для измерения износа и температуры тормозного элемента транспортного средства, которое является чрезвычайно эффективным и надежным, очень точным и практически не подающимся воздействию условий использования.

Дополнительной целью настоящего изобретения является создание чрезвычайно компактного измерительного устройства, которое может быть использовано независимо от типа транспортного средства, а также от типа и размера тормозного элемента, с которым он соединен.

Согласно настоящему изобретению предлагается устройство для измерения износа и температуры тормозного элемента транспортного средства, как заявлено в п. 1 формулы изобретения.

Краткое описание Фигур

Теперь настоящее изобретение будет описано со ссылкой на прилагаемые фигуры, которые иллюстрируют неограничивающий вариант осуществления настоящего изобретения, где:

на фиг. 1 показано, в плане и в виде блоков, транспортное средство, имеющее контролируемую тормозную систему и оборудованное множеством устройств измерения износа и температуры тормозных элементов, каждый из которых изготовлен в соответствии с принципами настоящего изобретения;

на фиг. 2 на виде сверху в значительно увеличенном масштабе показано устройство измерения на фиг. 1;

на фиг. 3 показан вид вдоль направления стрелки А на фиг. 2;

на фиг. 4 на виде сверху в значительно увеличенном масштабе показаны две противоположные концевые части устройства измерения на фиг. 2 с удаленными для ясности частями; и

на фиг. 5 показан вариант элемента на фиг. 4.

Лучший вариант осуществления настоящего изобретения

На фиг. 1 позиция 1 обозначает транспортное средство в целом, содержащее множество колес 2 и соответствующее тормозное устройство 3, известное само по себе, для каждого колеса 2.

Как показано на фиг. 2 и 3, каждое тормозное устройство 3 содержит один тормозной диск 4 и по меньшей мере одну тормозную колодку 5, имеющую плоскую поверхность 6 для трения о тормозной диск 4.

Каждое тормозное устройство 3 соединено со своим собственным устройством 7 для измерения износа и рабочей температуры соответствующей тормозной колодки 5.

Как показано на фиг. 2-4, каждое устройство 7 содержит измерительный блок 8, электрический соединитель 9, обеспечивающий подключение соответствующего устройства 7 к электрическому блоку 10 для управления транспортным средством 1, и электрическую проводку 11 для подключения соответствующего измерительного блока 8 к электрическому соединителю 9.

Как показано на фиг. 2, измерительный блок 8 содержит элемент 12 крепления, предпочтительно, но не обязательно, цилиндрический, который имеет свою собственную ось 13 и вставляется и фиксируется, например, путем приклеивания или использования удерживающих элементов в отсеке 14 тормозной колодки 5 так, чтобы его ось 13 проходила ортогонально соответствующей поверхности 6 трения, а его передняя поверхность 15 лежала на соответствующей поверхности 6 трения или немного позади нее.

В целях удобства элемент 12 крепления изготовлен из изоляционной смолы, устойчивой к рабочим температурам тормозной колодки, предпочтительно, но не обязательно, из Vincolite.

Снова как показано на фиг. 2 и 4, в каждый элемент 12 крепления встроена клеммная секция 18 гибкой ленты 19, которая имеет противоположную клеммную секцию 20, проходящую внутри соединителя 9, и промежуточный участок 21, проходящий между элементом 12 крепления и самим соединителем 9.

Удобно, когда лента 19 состоит из цельного куска и изготавливается из полиимида, например из каптона, который реализуется на рынке компанией DuPont.

Ряд 23 электрических цепей 24 измерения расположен независимо друг от друга на секции 18 ленты 19. Электрические цепи 24 расположены каскадно вдоль оси 13 и начинаются с передней поверхности 15, и выполнены посредством нанесения электропроводящего материала на внешнюю поверхность ленты 19.

Как показано на фиг.4, электрические цепи 24 имеют соответствующие первые выводы 25, которые все электрически подключены к контактной дорожке 26, размещенной в элементе 12 крепления параллельно оси 13, и вторые выводы 27, изолированные друг от друга.

Дорожка 26, в свою очередь, электрически соединена с электрическим полюсом с напряжением VI посредством электрической линии 29 проводки 11, в то время как вторые выводы 27 соединены с другими электрическими полюсами с напряжением V2, равным или отличным от напряжения VI, с помощью соответствующих линий 31.

Выводы 25 и 27 управляются электронным блоком 28 или CPU, например, микропроцессором, в котором линии 29 и 31, которые электрически соединены с вышеупомянутыми электрическими полюсами с напряжениями V1 и V2, объединяются.

Электронный блок 28 выполнен с возможностью выдачи цифрового выходного сигнала S, указывающего износ и мгновенную температуру тормозной колодки 5, как это лучше описано ниже.

Дорожка 26, линии 29 и 31 и по меньшей мере часть цепей 24 изготавливаются путем нанесения проводящего материала на внешнюю поверхность ленты 19.

Снова согласно фиг. 4, каждая из цепей 24 имеет секцию 33, которая ортогональна оси 13 и, следовательно, параллельна поверхностям 6 и 15, которая содержит тепловой датчик 35 для определения температуры колодки 5 и датчик 36 износа для измерения износа самой колодки 5. В каждой цепи 24 тепловой датчик 35 и датчик 36 износа соединены последовательно друг с другом и сдатчиком 35 температуры, расположенным рядом с дорожкой 26.

Каждый датчик 35 температуры состоит из резистивного датчика температуры RTD и, предпочтительно, платинового RTD. Удобно, но не обязательно, каждый RTD определяется температурным зондом РТ100 или аналогичным устройством. Датчики 35 температуры являются одинаковыми.

Каждый датчик 36 износа является датчиком, который может подвергаться срезанию вслед за постепенным расходом колодки 5.

Как показано на фиг.4, каждый датчик 36 износа определяется перевернутой V-образной частью соответствующей цепи 24. Каждая V-образная часть имеет выступ, проходящий рядом с цепью 24, которая предшествует ей в направлении износа. Расстояние между двумя выступами определяет интервал измерения износа. V-образные части являются одинаковыми по размеру и геометрии.

В варианте, показанном на фиг.5, ряд 23 цепей 24 содержит дополнительную цепь 40 между двумя цепями 24 с выводами, подключенными одна к дорожке 26, а другая к соответствующей линии 31, которая объединяется с электронным блоком 28. Каждая дополнительная цепь 40 отличается от других цепей 24 тем, что в ней нет датчика 35 температуры.

Согласно дополнительному варианту дополнительная цепь измерения размещена между двумя последовательными цепями 24, причем дополнительная цепь отличается от других тем, что в ней отсутствует V-образная часть.

Снова со ссылкой на фиг.2 и 4, электронный блок 28 размещен в соединителе 9 и имеет два вывода 46 и 47 или полюса подачи питания, и один вывод 49 для сигнала S.

Согласно одному из вариантов вывод 49 отсутствует, и выходной сигнал модулируется на одном из двух выводов 46 или 47.

Электронный блок 28 имеет электрическое соединение с каждой из линий 31 и сконфигурирован и настроен так, чтобы взаимодействовать с цепями 24, 40 и выдавать во время износа колодки 5 выходной сигнал S, который, как упомянуто выше, зависит от износа и рабочей температуры самой колодки 5.

Что касается индикации износа, она будет интерпретироваться микропроцессором посредством обнаружения целостности цепи на выводах цепей 24, 40, которые фактически прерваны.

Теперь для простоты объяснения будет описана работа устройства 7 с учетом только двух цепей 24 и, например, двух цепей 24А и 24В на фиг.4, смежных с поверхностью 15, и начиная с состояния, в котором электронный блок 28 измеряет разность напряжений между линией 29 и соответствующей линией 31 цепи 24А.

Начиная с этого состояния, микропроцессор в первую очередь выполняет самодиагностику при запуске. На этом этапе будет установлена целостность цепей 24, 40. В результате торможения, создаваемого контактом тормозного диска 4 с колодкой 5, тормозная колодка 5 начинает изнашиваться и нагреваться пропорционально интенсивности давления при торможении и времени торможения. При каждом торможении и в зависимости от продолжительности и интенсивности торможения изменение температуры колодки 5 вызывает соответствующее изменение электрического сопротивления в датчике 35 температуры цепи 24А. Изменение температуры вызывает изменение тока, который проходит через датчик 35 температуры, то есть RTD, и это изменение принимается и обрабатывается электронным блоком 28, который в ответ выдает сигнал S, зависящий от измеренной температуры, на блок 10 управления транспортного средства 1. Предпочтительно выходной сигнал S представляет собой сигнал широтно-импульсной модуляции (PWM), рабочий цикл которого обеспечивает индикацию температуры, в то время как интервал между пакетами PWM будет указывать, какая из цепей датчика температуры и износа используется или прервана.

Когда износ колодки 5 превышает предельное значение износа D1 (фиг. 4), выступ части 36 перекрывается диском 4 и постепенно удаляется. Когда выступ полностью удален, цепь 24А прерывается, а вместе с ней и прохождение тока через саму цепь 24А. В этом состоянии электронный блок 28 обнаруживает напряжение холостого хода между линией 29 и линией 31 прерванной цепи 24А и генерирует выходной сигнал, который зависит от прогрессирующего износа колодки 5. В этом состоянии датчик 35 температуры той же цепи 24А также изолирован. Электронный блок 28, когда он обнаруживает прерывание электрической цепи 24А, покидает цепь 24А и реконфигурирует себя так, чтобы учесть разность напряжений между одной линией 29 и другой линией 31 цепи 24В, в зависимости от рабочей температуры колодки 5.

Такое состояние сохраняется до тех пор, пока тормозная колодка 5 не достигнет второго предельного значения износа D2, а тормозной диск 4 также не прервет цепь 24 В посредством удаления выступа части 35, по существу отменяя прохождение тока между одной линией 29 и другой линией 31 цепи 24 В.

Описанные выше операции начинаются снова в том же порядке и продолжаются до тех пор, пока последняя цепь 24 не будет прервана тормозным диском 4, и сигнал будет интерпретирован как необходимость замены колодки 5.

Когда цепь 40 без датчика 35 температуры размещается между электрическими цепями 24А и 24 В, как показано на фиг.5, электронный блок 28 программируется и конфигурируется так, чтобы использовать информацию об износе и температуре, поступающую от цепи 24А, а после прерывания той же цепи 24А он одновременно интерпретирует сигналы как от одной цепи 24 В, так и от дополнительной цепи 40, то есть через одну линию 29 и обе соответствующие линии 31.

Таким образом, электронный блок 28 первоначально интерпретирует информацию о температуре от цепи 24 В и сначала информацию об износе от дополнительной цепи 40. Когда дополнительная цепь 40 также прерывается, электронный блок 28 обновляет информацию об износе из цепи 24 В с сохранением информации о температуре.

На этапе самодиагностики, предполагая, что один или несколько датчиков 35 температуры были ранее изношены, электронный блок 28 исключит такой датчик (датчики) 35 температуры путем сбора данных о температуре от первого датчика 35 температуры, ближайшего к диску.

В установившемся режиме, когда датчик 35 температуры изолирован из-за прогрессирующего износа, результирующее показание будет давать значение в верхней части шкалы.

Если в течение определенного количества временных циклов электронного блока 28 вышеупомянутое значение остается в верхней части шкалы, электронный блок 28 интерпретирует это как прерванный датчик температуры, и тот же электронный блок 28 исключит его из теплового обнаружения, считая последние согласованные данные действительными и переходя к проверке следующего температурного датчика 35.

Выполненное таким образом устройство 7 характеризуется более низкой себестоимостью, чем решение с такими же цепями 24 и датчиком температуры, который в любом случае является достаточно точным в большинстве примеров использования.

Из вышеизложенного ясно, что устройство 7 для измерения износа и температуры является простым и экономичным в реализации, с одной стороны, и чрезвычайно эффективным и надежным - с другой.

Вышеупомянутое связано с тем, что устройство 7 состоит из множества электрических цепей, которые идентичны друг другу в случае решения, показанного на фиг.4, и различны - в случае на фиг.5, но всегда независимы друг от друга и расположены каскадно.

В дополнение к этому, в случае решения, показанного на фиг.4, блок 28, независимо от степени износа колодки 5, проверяет информацию об износе и температуре от одной цепи 24 и самостоятельно переключается на следующую цепь 24, используемую только тогда, когда он обнаруживает, что сама используемая цепь 24 была прервана. Такой режим работы гарантирует, что электрическая цепь 24 не влияет или не создает помехи для других электрических цепей 24 во время прогрессирующего износа колодки 5. Полученное таким образом решение позволяет получать измеренные значения температуры, которые отклоняются на несколько градусов (обычно 3°-5°) от фактических рабочих значений.

Каскадное расположение различных электрических цепей 24, 40 позволяет ограничить размеры устройства 7, которое, следовательно, устанавливается на любое тормозное устройство и в любом его положении.

Использование гибкой ленты в целом и полиимида, например, каптона, в частности, в качестве опорной основы для всех электрических цепей 24, 40, позволяет, с одной стороны, гарантировать гибкость проводки, которая проходит между элементом 12 крепления и соединителем 9, и, с другой стороны, использовать элемент крепления с такими же габаритными размерами, как у традиционного датчика износа, что устраняет необходимость модификации используемых на данный момент тормозных элементов.

Габаритные размеры устройства 7 также ограничены тем, что электронный блок 28 размещен в том же соединителе 9 для подключения к электрической проводке транспортного средства 1.

Использование платинового RTD, например РТ100, позволяет обеспечить возможность работы в особенно высоких температурных диапазонах и до температур порядка 850°, иметь практически линейную характеристическую кривую и работать с превосходной точностью. В дополнение к этому, вышеупомянутые термисторы обладают превосходной и устойчивой стабильностью.

Из вышеизложенного ясно, что описанные выше термоэлементы могут быть заменены другими термисторами или слоями резистивной пасты, или даже диодами, используя преимущество тепловой зависимости последних в их рабочих характеристиках.

Claims (17)

1. Устройство для измерения состояния тормозного элемента транспортного средства, причем устройство содержит измерительный блок, электрический соединитель, выполненный с возможностью обеспечения соединения устройства с электрической цепью указанного транспортного средства, и электрическую проводку для соединения указанного измерительного блока с указанным электрическим соединителем, причем измерительный блок содержит:

элемент крепления, характеризующийся наличием оси и выполненный с возможностью устойчивого соединения с тормозным элементом;

средства измерения износа тормозного элемента;

датчики для измерения температуры тормозного элемента; указанные средства измерения износа и указанные датчики температуры расположены вдоль указанной оси и помещены в корпус указанного элемента крепления, указанный элемент крепления вмещает ряд электрических цепей измерения, расположенных каскадно вдоль указанной оси; указанный ряд электрических цепей измерения содержит множество первых электрических цепей измерения, каждая из которых характеризуется наличием соответствующего датчика износа, и по меньшей мере вторую электрическую цепь, характеризующуюся наличием соответствующего датчика температуры;

отличающееся тем, что указанные электрические цепи измерения представляют соответственно первые выводы, электрически соединенные вместе и с первым электрическим полюсом, и вторые выводы, соединенные с соответствующими вторыми электрическими полюсами, изолированными друг от друга.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит электронный блок, выполненный с возможностью получения сигналов от указанных средств измерения износа и указанных датчиков температуры, обработки указанных сигналов и отправки выходных сигналов через указанный электрический соединитель; указанный электронный блок размещен в указанном электрическом соединителе и электрически соединен с указанной электрической проводкой.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанный ряд электрических цепей измерения содержит множество указанных вторых цепей измерения, каждая из которых имеет соответствующий датчик температуры.

4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что по меньшей мере одна из указанных первых цепей измерения содержит соответствующий датчик износа и соответствующий датчик температуры, размещенные последовательно друг относительно друга между соответствующими указанными первым и вторым электрическими полюсами.

5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанные первая и вторая цепи измерения чередуются друг с другом вдоль указанной оси.

6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что по меньшей мере часть указанных вторых цепей измерения содержит соответствующий датчик износа и соответствующий датчик температуры, размещенные последовательно друг относительно друга между соответствующими указанными первым и вторым электрическими полюсами.

7. Устройство по п. 4, отличающееся тем, что указанные датчики температуры содержат соответствующие резистивные датчики температуры RTD, которые идентичны друг другу.

8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что каждый RTD содержит температурный зонд РТ100.

9. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что указанные первый и второй полюса расположены внутри указанного электрического соединителя.

10. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что содержит гибкую ленту для поддержки указанных средств измерения износа, указанных датчиков температуры и указанной электрической проводки; указанная гибкая лента имеет клеммную секцию, размещенную в указанном элементе крепления, и противоположную клеммную секцию, расположенную внутри указанного электрического соединителя.

11. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что указанная лента содержит полиимидную пленку.

12. Устройство по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что указанный элемент крепления выполнен из изоляционной смолы, стойкой к рабочим температурам тормоза.

13. Устройство по п. 10, отличающееся тем, что указанная гибкая лента имеет клеммную секцию, встроенную в указанный элемент крепления; указанный элемент крепления состоит из одной детали.