专利名称：制动垫预测系统的制作方法
制动對页测系统
相关申请交叉引用
本申请要求申请号为No.60/908357，申请日为2007年3月27日，发明名 称为"Brake Pad Prognosis System"("制动垫预测系统〕的美国临时专利申请的优 先权。
駄领域
本发明总的涉及到一种用于随着，制动垫因使用受磨损而估计制动垫厚 度的系统和方法，更特别ilfe^及到一种利用传SWi合(fiision)和制动建丰I^ 随着糊制动垫因舰魏损而估计制动垫厚度的系统和方法。
背景駄
通常，制动垫根据其使用状况，如城市、高速路、农村等可使用20000 到80000難，平均约为50000難。随着{顿所受的磨损，制动垫的厚度逐 渐降低。当制动垫的厚舰够小时，IW刮器将i媒与制动器转子产生接触。 该机械刮器产生让人烦恼的高频噪音，从而不友好iW^需要更换制动垫。尽 管该噪音^，驾驶员制动垫磨损，但是没有进一步给，驾驶员警示，或 Ji^^判断衬垫厚度，仅^f恸垫已经磨损到很薄的程度。因此，例如当要 i悄J綠旅行时，就无法肠出制动垫不能坚持誠这一旅程。
现有技术中已知提側专^M定制动垫磨损时的厚度。例如，已知传麟 包括以某些厚度7K平延伸穿过制动垫的一条或多条导线，这样当导线中断后，
传li^就可以提供一种制动垫M^了某个量的指示。然而，这种传SH通常价 格昂贵，且不能在制动l^N^内鄉驗的厚度指示。
发明内容
根据本发明的教导，本发明公开了一种用于在 1行时随着制动垫磨损 而提供对制动垫厚度的估计的系统和方法。该方^(OT了传麟融合(如果使
用了传麟的话)和驾驶员制动建模来预测制动垫寿命。还f顿了一种采用不
同输入的算法，例如制动垫摩擦材料属性、制动垫Jt4P速率、制动垫温度、车 辆质量、道路等级、M分布、制动压力、制动倉遣、制动功率等等，^i古
计。该系统和方法利用总功减去损失，如气动牵引阻力、引織恸种或串恸功 率(帝恸,乘以鄉并除以滚动阻力)来计算制动功以确定制动器转子和衬
垫温度。然后该系统和方^ffl制动ms来确定制动垫磨损，其中为每次制 动事件累积该磨损。制动對专^1可被包括以掛共一个或多*恸垫厚度指示， 所述估计可根据这些指示被修正。
参考下面的说明书、所附权利要求并结合附图，本发明的其它特征^^变得 非常明显。
图i所示为根据本发明的一个实施例的用于估itf恸垫厚度的系统的方框
图2所示为根据本发明的一个实施例的用于确定伟恸垫厚度斑呈的流程图3所示为根据本发明的一个实施例的用于确定传自已经;KJI^yt示 摩擦垫厚度的信号的过程的流程图；和
图4所示为如何从本发明的制动垫厚度估itMf呈向糊驾驶员通知制动垫 厚度的 图。
具体实施例方式
下面对本发明实 式的用于4顿传麟融合和制动器建模*^地估计 制动垫厚度的系统和方法的讨论实质上仅是示例性的，而不以任何方式限制本 发明皿应用或iOT。
本发明提出使用传 1融合、驾驶员制动信息和驾驶员制动^ 预测或 估计，制动垫厚度，并向 驾驶员以例如剩余IS数^lj余制动垫厚度的
百分比来提f辩lj賴恸垫絲的指示。本发明的制动垫厚度估计敏呈可与制动 對专麟结合f顿以确定制动垫厚度估计是否准确。特别地，随辭恸垫磨损， 传感器导线可能断掉而提供了剩辦恸垫厚度的指示，这可以与与对估计向比 较，以便ewai古iti十算。在下面将详细讨论的是，本发明的制动垫厚度估计算 對，不同的参数和传li^信号，側古计，包括但不限于，制动垫摩擦材料
属性、制动敏辨卩速率、制动垫鹏、糊质量、纖等级、动力制动分配比、 糊錢分布、所施制动压力、制动肯,。
图1所示为根据本发明的一个实施例的用于预测制动垫厚度的制动垫厚度 估计系统10的方框图。该系统10包括制动鹏制器12和传动系控制器14。系 统10还包括翻与M融合鹏器16和制动缠损估计^hS器18。絲统10 还可包括本领域已知的^"合适鄉的制动對专麟20,当制动垫磨损制动垫 内导线断掉后^^制动垫厚度^^信号。
制动鹏伟幡12包織恸垫^S估计鹏器26、 Ife^传繊28、制动压 力鹏器30和制动功率i愤鹏器32。另外，制动鹏制器12包括提供制动 系统动力学的，器34、掛共制动，速率的,器36、,来自防抱死系统 (ABS)、牵引控制系统(TCS)、电控系统(ECS)和ACC的信号的，器38。 ^b^器26—38中进行的全部駄部^H十算目m，上可用柳自本领, 术人员来说是已知的。
传动系控制器14包括^^质量估计鹏器40、鰣等级估计鹏器42和 纖不平度估计鹏器44。附加的信号可用于估计帝恸垫厚度，例如^^里程 表46、 GPS信号48、地图信息50、，车载信息服务52和周围温度传感器54。
这些M器和设皿供的所有信号通常在，上nmr用，本领域M人员可以
轻易使用。
制动垫^M古计舰器26估it^恸垫鹏。根据制动垫材料，制动垫的磨 损将取决于制动垫温度。当不使用制动垫时，其，速率有助于确定制动垫温 度，制动垫的7糊速率还有赖于糊设计、车速、轮魏、周围、鹏、海拔高 度等。当糊运动时，律恸垫周围的空气流动将确定库恸垫从前次制动3if呈中
糊f贿多快。制动垫M还可由传iimi!)量。然而，这些传 1通常价格昂
贵，因此，通常更需要估i悄恸垫、驗的算法。
伟恸肯瞳舰器30估it^恸器中的肯遣耗散。这^i十算鹏了各种输入， 例如停止距离、停止时间、律恸垫M^等等。制动l^tS器30可棚制动系统 的主缸压力、，重量分布和成比例的制动压力在M^^上的动力制动分配 比来确定制动压力。动力制动分配比基于，Si分布，并且是已知的计算方 法。
^H质量估计^^器40估计，质量，通常基于引擎,，并且,本领 域技术人员是已知的，。车辆质量可根据乘客数量、卡车负载、燃料容fi^ 变化。另外，在估计鹏器42中结合估计^l质量来估i"Hi^等级在本领域中 是已知的。
1器16可根据下面的等式(1)来i憤伟恸肖遣。制动育遣是律恸器对
车辆鹏做的功，是总功减去滚动阻力、气动阻力、引W恸和纖等级。制
动功可用^JH十算由制动器耗散的功率，这里功率等于功/时间。在制动事件期间， 该功率可在设定的时间间隔内计算，例如每lOrns。
=全M (F/ -")—五歸,.一一 —&。& - (1)
在等式(1)中，M是糊质量，E线w^是使糊在平缓坡道上行舰需 要的育遣，这是一个已知的值，￡。^是在一定道路等级下使$^行^^需的能 量，这也是一个已知的值，是弓摩自身衝共的制动育遣，这也是一个已知
的值，^是糊在制动开始时的鹏以及^是^^在制动终止时的M。在一 个可选实施例中，可f顿^IWi度而不是^il度V，并且^WI度可由 纵向加iES传raii共。
制动事件耗散的制动功率也可由功率-力x速度(po^r = /orce ve/0 ' y )
来估计，制动力(BrakingForce)可由下式计算
5ra^/wgForce : / 旭5w .area - (2)
其中p是制动垫的摩擦系数，它是制动垫M的函数，"卿是制动垫的表面积。
可,，制动功率(BrakingPower)还可以如下计算 份油'"g/Wer =-r呵"e--re/oc砂 (3 )
计算用于糊前后轮的赚，并且该,是制动压力和动力制动分配比的函数。 i o〃/"g/toft"j是^^的滚动半径，ve/oc/itv是^iijgo
施加的制动力的积分可输A5lj—,力的物理热M中以确定对制动M 度的估计。制动垫测力计可用来获得作为鍵的函数的制动,擦系数。它们
也可TO于确定在^h垫,下预计的磨损量。
停止，所需要的力可作如下估计
Force = waM.acce/eratow (力=质量><力031^) (4) 从制动器控律l藤12可用的前后鄉恸比信,辩啲转角信息可用于确定在各 轴和转角处的功率分布。从传动系控制器14处可得到^^质量估计，并且也在 这些等式中使用该车辆质量估计。根据制动育遣或制动功率，可确定作为比值 的制动垫温度，并且从根据制动垫温度，可得出确定作为比，式的制动垫磨 损，所根据的参麵常来自从估计鹏器18中的彭旬表中查出。本领域^^人 员将容易理解如何提供一査嫁，该查找縫于制动能量和律恸垫驗之间的
关系来填充，并且基于上述的计算和制动垫属性，供制动垫,和制动垫磨
损。每次算法计算出制动垫的磨损，就随时间将其加到前次的磨损计算，并从 糊的里程M其进行難以确定^f恸垫剩余的里程数。
制动魏损估计雌器18禾佣i^可用信息的组合来估计制动垫厚度。可
为不同的应用和不同的，校准信息的比例。在^fi上记录自上次制动垫改变 之后对制动垫材料的损失量以及，B^行驶的里程的估计。当前估计可以存 储在糊上的對虫的模块中。如果在模块之一上发生故障而需要更换，这用于 存储信息。剩余的糊里程可舰以下多种方式确定，比如驾驶员制动特性、 线性内插、里程^i旬表和制动垫厚度《古i十。
如果系统10包繊恸對专麟20，夷，么 ^来自传繊20的制动垫实际
厚度的信号可用于逐^tfe减小制动垫厚度的估计与^31fiJ絲恸垫厚度和絲 的实际厚度之间招可的差异。传麟20可如此體使f雜特定的制动垫厚度处 —根或多根导线断开。如剁专麟制动接触所确定的估计值和实际厚度之间存 在显著的差异，则这将用于逐步调整估计值，使得当制动垫接近更换期或下一 次传繊测量时，齡系统的精确度就会尽可能的提高。这将涉及以一个不同 于观察到的速率来增加或斷氏对制动魏ij^^的估计，使得制动垫絲终止 将别精确确定。
尽管上面讨论的制动制专S^顿了导线中断総出制动垫厚度的指示， 在本发明的范围内也可f顿其它鄉的传繊。例如，可用间銜专繊或感测 机构来推M恸垫厚度。魏的例賴括例如在电子-机械或线控制动系统中发 测定液面传繊或测量制动器辨甘位移。
图2所示为上面讨论的用于估计制动垫厚度的算法执行的,图60。在方 框62中，算法麟了各种^ilft号，例如律恸压力、轮織、 M、纵向 力口繊、动力制动分配比、施加的制动力等等。在方框64中，算法从传动系控 帝幡14获得系统估计值，例如糊质量、纖等级、引難恸量、滚动阻力等 等。在方框66中，算法从制动鹏律幡12获得系统估计值，例如带J^r鹏。
算法接着在滩68中禾,如等式(1)来根据制动育^fti十算制动功。可以 为糊上多^恸塾中的任何一，恸l^十算制动能量，棘为針糊糊
计算一次制动能量。
另外或可,，在方框70中可OT如等式(2)、 (3)来根据希恸功率确定 制动功。 计算中，制动功由例如等式(2)繊的制动功率和压力确定。为
计算制动能量确定车辆质量时有时会发生错误，并且在制动功率估计中摩擦系
数可能会包含聽。因此，^3t将两个对功的计算结合在^fe就可以更准确 地确定制动功。
然后该算法在滩72和滩74中以如上所述的方式确定制动垫、鹏。为 每次制动割彌定希恸IW损，并在方框76中将它加鶴计牡以确^ij余的 制动垫厚度。该算法可4鲷如方框78的糊车载信息服务来将该繊输微车 辆驾驶员c
图3是漱呈图80，示出了用于根据本发明的一个实施伊鹏制动對专 ^信 息和审恸垫磨损确定相结合的雖。该算法在^^判断框82中确定是否雜制 动對专麟，如果没有律恸對专麟，那么在滩84中只鹏伟恸垫厚度估计 ^!^制动垫厚度i情。如果在菱形判断框82中判断雜制动掛专麟，贝U该 算法在菱形判断框86中确定制动垫传麟是否鄉一个以上制动垫厚度的指 示，也就是说，是否有用于指就恸垫厚度的一根以上的导线断开。如在菱形 判断框86中制动魏繊只^^了制动垫厚度的单^Ht号指示，则当传li^ 线断开时，该算法在方框88修正估计。
如果在菱辩U断框86中制动對专^^包括了一个以上的导线JI^器，贝lj该 算法在菱形判断框90中确定第一导线是否已经断开。如果在，判断框90中 第一导线未断开，则该算法仅利用谢古计值在滩84中确定制动垫厚度。如果 在^^判断框90中第一导线已断开，贝瞎法在方框92中利用来自传繊的已 知的伟恸垫厚度来修正估计，并在减小在估计值与^1某个距离的剩辦恸垫 厚^t间的差异。然后该算法在，判断框94中确定第二导线J^已经断开， 如棘断开，贝瞎法筋框84中鹏修正后的伟恸對古计。如果在菱形判断框 94中第二导线已断开，则算法在方框96中以与，94相同的方^fH古计， 并为棚余的制动M^消除差异。
图4所示为本发明的用于将估计的制动垫厚度$|/，知给 5驾驶员的流 程图100。该算法在判断方框102中基于J^^le确定判,恸垫磨损離是 否大于第一预定阈值。如果在判断方框102中制动垫的厚棘超嗨"^跪阈 值，则该算法在滩104中通知向糊驾驶员通知当前估计的制动垫厚度。可 以用任何合适的方^ffl知，驾驶员，并且基于制动垫当前的磨损通知向ffi 驾驶员通知当前与制动垫何时需要更换IW关的剩余里程数。如果在判断方框
102中制动垫的磨损己^iil勝^f页定阈值,贝愼法在方框106中通知向糊驾 驶员通知当前的制动垫厚度。另外，算法还可基于迄今的糊操作利用舰线 性内插值以里程的形式告知向车辆驾驶员通知与制动垫的剩余寿命有关的曰 期，可以减小消除估计的制动垫^^之间的差异，并且指示辅驾驶员此时不 需要采取措施。在一个非限制的实施例中，大约90%的制动垫磨掉后穿过第一 阈值。
然后该算法在菱形判断滩108处确定制动垫的磨损是否将律恸垫的厚度 降到第二预定阈值。如果没有，贝腿回到方框106以向糊驾驶员通知当前的 制动垫厚度。如果在菱形判断方框108处确定制动垫磨损己经到鄉二阈值， 则该算法在方框110向糊驾驶员通知当前的帝恸垫厚度，并在方框106中执 行相同操作。
然后该算法在菱形判断方框112处确定制动垫的磨损是否已乡敏到第三预
定阈值。如果没有，贝腿回到方框110以向糊驾驶员通知当前的制动垫厚度。
如果在菱形判断滩112处确定制动垫磨损已会5^达第三 跪阈值，则该算法
在滩114向^^驾驶员通知当前的制动垫厚度，并告知^ffi驾驶员在制动垫
需要更换之前剩余的里程数。另外，该算法可以告诉糊驾驶员需要检测制动 垫。
然后该算法在菱形判断^ti 116处确定制动垫的磨损離是否已乡5iif條
四阈值。如果没有，贝腿回到滩114以向糊驾驶员通知当前的制动垫厚度。 如果在菱形判断滩116处确定制动垫磨损已经到鄉四阈值，则该算法在方 框118向辅驾驶员通知当前的制动垫厚度，并显示需要更换制动垫。
上面讨论所揭示和说明的仅是针对本发明示意性的实施例。本领域M人 员^^认识到im&讨论、附图和权禾腰求中可以做出各种不同的变形、修正
和e^^、，而不背离所附权利要求所限定的精神和做范围。
权利要求
1、一种用于确定车辆制动垫厚度的方法，所述方法包括提供车辆参数；使用这些车辆参数来确定制动功；使用制动功来确定制动垫温度；使用制动垫温度来确定制动垫磨损；以及累积制动垫磨损以提供对制动垫厚度的估计。
2、 如权利要求1所述的方法，其中鄉糊参数包括衛共制动 擦 材料、制动垫7衬卩速率、车辆质量、纖等级、动力制动分配比、车辆重量分 布、糊繊、轮魏和制动压力。
3、 如权利要求2所述的方法，其中提供 参数包括, §里程表 读数、GPS健、地图錢和周围鹏。
4、 如权利要求1所述的方法，其中确定制动功包括从总功中减去阻力值。
5、 如权利要求4所述的方法，其中确定制动功时使用了下面的等式-份a一五"ergy =会A/(F/ - 2) — —&。* —五一，其中份^'"扭膨gv定义了制动功，M是^l质量，￡她一_是^ §^ 平缓坡道上行^^f需要的會遣，％。血是在—定it^级下使^行^0f需的能 量，是糊引擎衝共的制动肯瞳，^是^S制动事件开始时的繊以及 ^是^t制动事件终止时的M。
6、 如权利要求1所述的方法，其中确定翁恸功包括按照制动压力乘以 制动垫面积乘以制动垫摩擦系lfe^确定制动力。
7、 如权利要求1戶满的方法，其中确定律恸功包括按照,乘以舰 并除以，的滚动半^^确定制动功率。
8、 如权利要求1所述的方法，其中^f顿伟恸功来确定制动垫鹏，并 且4顿制动垫Mjg^确定制动磨损包括4顿彭條。
9、 如权利要求1所述的方法，其中还包括提供制动垫传麟，该制动對专^^一个或多4^恸垫厚銜Jc平上确定制动垫厚度。
10、 如权利要求9所述的方法，其中还包括减小在估计的制动垫厚度与 ^!fij斜恸垫厚度的实际厚度之间的差异。
11、 如权利要求9所述的方法，其中0f^传^Jif共一个以上的制动垫 厚度線。
12、 如权利要求1所述的方法，其中还包括4顿车载信息服务来向糊 驾驶员通知制动垫厚度估计。
13、 —种用于确定糊制动垫厚度的方法，所述方飽括 提供^il参数，这些糊参数包括制动鹏擦材料、制动l^卩速率、车辆质量、道路等级、动力制动分配比、 重量分布、车辆逸度、轮,和制 动压力；舰这些^^参f^确定制动功，其中制动功至少以两种方式来确定，包 括基于制动育遣确定伟恸功和基于制动功率确定帝恸功； 4顿制动功来确定制动垫、鹏； ^ffi制动垫M^确定制动垫磨损； 累积制动垫磨损以鄉对制动垫厚度的估计；提供制动1^[专繊，该制动劐专ii^一个或多4^恸垫厚船J^平上确定制动垫厚度；以及减小在估计的制动垫厚度与^iflj斜恸垫厚度的实际制动垫厚度之间的 差异。
14、 如权利要求13所述的方法，其中, #|1^包括衝共$^里程 表读数、GPS位置、地图位置和周围温度。
15、 如权利要求13所述的方法，其中确定制动功包括从总功中减去阻力值。
16、 如权利要求13所述的方法，其中确定制动功包括按照带励压力乘以 制动垫面积乘以制动 擦系絲确定制动力。
17、 如权利要求13所述的方法，其中确定制动功包括按照,乘以3IS 并除以车轮的滚动^^确定制动功率。
18、 如权利要求13所述的方法，其中i^制动功来确定制动垫,，并 且鹏制动垫^^确定制动磨损包括舰飾表。
19、 如权利要求13戶腿的方法，其中^M传^IM共一个以上的希恸垫厚度指示。
20、 如权利要求13所述的方法，其中还包括4顿车载信息服务来向 驾驶员通知制动垫厚度估计。
全文摘要
一种估计制动垫厚度的方法。该方法使用了传感器融合(如果使用了传感器的话)和驾驶员制动建模来预测制动垫寿命。还使用了一种采用不同输入的算法，例如制动垫摩擦材料属性、制动垫冷却速率、制动垫温度、车辆质量、道路等级、重量分布、制动压力、制动能量、制动功率等等来提供估计。该系统和方法利用总功减去损失，如气动牵引阻力、引擎制动和/或制动功率(制动转矩乘以速度并除以滚动阻力)来计算制动功以确定制动器转子和衬垫温度。然后该系统和方法使用制动器温度来确定制动垫磨损，其中为每次制动事件累积该磨损。制动垫传感器可被包括以提供一个或多个制动垫厚度指示，所述估计可根据这些指示被修正。
文档编号F16D66/02GK101349313SQ20081009638
公开日2009年1月21日 申请日期2008年3月27日 优先权日2007年3月27日
发明者C·-H·殷, J·P·小怀特, M·A·萨尔曼, M·N·霍韦尔, M·T·里夫, P·阿马蒂亚库尔, Y·-K·钱 申请人:通用汽车环球科技运作公司