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CN110537034B - 组合式地检测特别是机动车的制动设备的部件的磨损 - Google Patents

组合式地检测特别是机动车的制动设备的部件的磨损 Download PDF

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CN110537034B CN201880027576.3A CN201880027576A CN110537034B CN 110537034 B CN110537034 B CN 110537034B CN 201880027576 A CN201880027576 A CN 201880027576A CN 110537034 B CN110537034 B CN 110537034B
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Abstract

本发明涉及一种用于检测制动设备的部件的磨损的传感器组件。在此，尤其考虑用于机动车的制动设备。在此，制动设备具有至少一个制动盘和制动衬片。所述传感器组件检测所述制动盘（202）的图案（303），其中通过所述传感器组件来检测所述制动盘的磨损状态并且能够将其予以显示；不再需要查看制动盘。

Description

组合式地检测特别是机动车的制动设备的部件的磨损
技术领域
本发明涉及组合式地检测特别是机动车的制动设备的部件的磨损。
背景技术
制动盘和制动块（Bremsklötze）是在车辆中主动实施制动过程的磨损部分。在此，车辆的运动能量转化为热量。在此，衬片和盘的状态至关重要，因为只有足够厚的制动盘上的足够厚的制动衬片才可以安全地保持住车辆。因此，测量制动衬片和制动盘的磨损至关重要。
制动器的磨损指示器（Verschleißanzeiger）用于向车辆的使用者或所有者指示必须更换制动器的磨损部分。制动器磨损指示器主要用于汽车行业，但对于其他应用而言也是有意义的，对所述应用而言，制动衬片扮演重要的角色，像比如在风力设施、起重机、电梯和其他移动机械中。
在现有技术中，对于制动衬片而言存在不同类型的磨损指示器，但是只有少数几个用于获取制动盘的磨损。这些基于以下事实：即，通过制动盘上的标记可以通过查看制动盘来估计磨损程度。
至少对于乘用车而言，没有已知的传感器在运行中以电子的方式来测量制动盘的磨损。同样，没有单独的传感器可以在运行中同时测量制动盘的和制动衬片的磨损。此外，还没有传感器在运行中连续地测量制动衬片的和/或盘的磨损。
发明内容
本发明基于一种用于检测制动设备的部件的磨损的传感器组件。在此，这尤其是指用于机动车的制动设备。在此，制动设备具有至少一个制动盘和制动衬片。
本发明的核心在于，根据本发明的传感器组件检测制动盘的图案（Muster）。
本发明的优点在于，根据本发明，制动盘的磨损状态由根据本发明的传感器组件来检测并且可以被显示；不再需要查看制动盘。由此显著提高安全性。根据本发明的传感器组件也可以被加装（nachrüstbar）用于已经使用过的制动器或机动车。
在本发明的一种有利的设计方案中规定，传感器组件这样构造，使得其检测制动盘的随着制动盘的厚度进行变化的图案。由此使得可以在不同阶段测量制动盘的磨损程度。在此可以规定，图案随着厚度连续或不连续地分阶段地变化。由此，对于制动盘的磨损程度的连续的或阶段式的测量是可能的。
可以将根据本发明的传感器组件设计成使得，当传感器组件的至少一部分贴靠在制动盘的至少一部分上时，该传感器组件于是检测制动盘的图案。为此，在制动盘的至少一部分上检测传感器组件的至少一部分的贴靠。
在本发明的一种有利的设计方案中规定，检测在制动盘的至少一部分中分布的、不同深度的槽和/或孔和/或椭圆形（Ovale）作为图案。在此，槽可以如下构造：
▷ 具有与深度相关的宽度的槽，和/或
▷ 径向上在所述制动盘中延伸的槽，和/或
▷ 径向上在所述制动盘中延伸的、相对于彼此具有不同的间距的槽。
在本发明的另一种有利的设计方案中，可以替代于或附加于制动盘中的槽而规定，检测制动盘的至少一部分中分布的材料作为图案。在此，分布的材料与制动盘的材料不同。如果材料的分布被检测为与深度相关的分布，则是特别有利的。由此，可以检测到制动盘的定性损耗（Abnutzung）。
如果至少将传感器组件的部分设计成使得这些部分具有能够由传感器组件检测的特性中的至少一种并且可检测的特性中的至少一种随着制动衬片的损耗而变化，则是特别有利的。由此，可以组合式地检测制动盘的和制动衬片的磨损。
传感器组件由单个传感器元件组成是特别有利的。由此，可以实现以成本有利的方式来组合式地检测制动盘的和制动衬片的磨损。然而，取决于所测量的参量和所使用的测量方法，多个传感器也可以是有利的。
在对制动盘的和制动衬片的磨损进行组合式检测时有利的是，传感器元件固定在制动衬片上和/或之中和/或固定在制动钳上和/或固定在制动器悬架上，并且至少传感器元件的部分在制动运行期间随着制动衬片一同磨损。由此，改变可检测的特性。特别地，在该实施方式中规定，所述特性通过对于电阻和/或电容的测量来检测。
可以这样来设计传感器组件，使得传感器元件的、与制动衬片一同磨损的部分也检测制动盘的特性，该特性由于制动盘的图案而改变。由此，可是实现以特别成本有利的方式来组合式地检测制动盘的和制动衬片的磨损。
在另一种有利的设计方案中规定，传感器组件具有如下无线传输单元，借助于该无线传输单元来无线地传输所检测的参量。在此可以规定，传输单元在空间上与传感器元件分开地布置。借助于本发明的设计方案，可以将当前的磨损传输至移动设备或布置在车辆外部的单元、例如所谓的云计算机，并且在那里予以显示和/或根据检测到的磨损如造访维修车间那样采取相应的措施，或根据磨损状态来调整制动策略或在极端情况下使机动车停止运行（Stilllegung）。
本发明也涉及具有上述范围内的传感器组件的制动衬片。
此外，本发明涉及一种制动盘，该制动盘具有可被上述范围内的传感器组件检测到的图案。在此，特别是可以设置不同深度的槽和/或孔和/或椭圆形，它们分布在制动盘的至少一部分中。在此，槽可以如下构造：
▷ 具有与深度相关的宽度的槽，和/或
▷ 径向上在所述制动盘中延伸的槽，和/或
▷ 径向上在所述制动盘中延伸的、相对于彼此具有不同的间距的槽。
本发明还涉及一种用于组合式地检测具有上述范围内的传感器组件的制动设备的制动盘的和制动衬片的磨损的方法，其中，额外地检测制动盘的旋转方向。
根据本发明的方法可以被构造成使得至少仅在制动过程期间才检测制动盘的磨损。
有利地，仅在预先确定的制动过程期间才检测制动盘的磨损，其中，根据机动车的速度和/或根据制动过程的程度来预先确定制动过程。这种设计方案的背景是，仅仅在单次制动期间，制动盘的磨损很小。因此，不必在每次制动时都可靠地分析所有数据。例如，如果每个指定的时间单位都有可分析的测量结果，就足够了。因此，当盘移动非常缓慢时，传感器可以测量所述盘，这例如在停止之前不久在交通信号灯前制动时就是这种情况。
有利地，以这样的方式进行对于制动盘的磨损的检测，即，检测代表制动衬片的温度的温度参量，并且在检测磨损时考虑该温度参量。可以将检测到的制动衬片的温度提供给制动控制系统，像比如行驶稳定控制（ESP）或其他系统，以便进一步提高行驶安全性，在所述系统中考虑相应的温度下的特定摩擦系数。
其它有利的设计方案能从从属权利要求得知。
附图说明
下面借助于附图来阐述对本发明的实施例。附图中示出了：
图1示出了根据现有技术的具有磨损测量的制动器组件；
图2示出了具有根据本发明的实施方式的传感器组件的制动组件的示意图；
图3a至3d和图5至7示出了制动盘中的槽的不同的设计方案和布置；
图8示出了显示设备，并且图9示出了传输单元。
具体实施方式
图1示出了固定在背板G上的制动衬片B。在制动运行中，制动衬片B被制动活塞D压靠到制动盘A上，该制动活塞D通过制动液E而运动。通过制动衬片B和制动盘A的接触将机械能转化为热量，这会导致车辆出现负加速度，并可能产生高达700度甚至更高的温度。由此，制动衬片B被持续磨损。制动盘A也会磨损，但磨损程度要小于制动衬片B。支座C与制动钳连接并产生如下反作用力，该反作用力由制动活塞D的压力产生。
在该图示中，制动衬片的磨损通过制动钳和衬片背板G之间的变化的间距经由行程传感器F来测量。
本发明的一种实施方式是用单个传感器来测量制动衬片的和制动盘的磨损。理想地，根据本发明的传感器组件也应该可改装用于已经使用过的制动器或机动车。但是也可以使用多个传感器。
如开篇已经陈述的那样，当前安装的用于测量制动衬片的磨损的传感器是无差别的或数字的，并且不支持连续测量，进而不存在关于何时更新制动衬片的基于实际的磨损的预测，而其仅提供计算模型。目前尚无法确定制动衬片或制动盘实际已行驶了多远。但是，例如为了实现自动行驶的车辆而期望关于衬片和盘的精确状态的信息。但是，这对于车队管理者或感兴趣的用户来说，关于更换计划和避免停机时间方面而言也提供了优势。
为了测量制动衬片和制动盘磨损，在下面给出的实施方式中仅需要单个传感器。该传感器将测量衬片和盘的实际状态。该传感器具有很高的耐热性和可靠性。该传感器也可以进行加装。但是，也可以使用多个传感器。
磨损信息会传输到数字终端设备（手机、平板电脑、计算机、云计算机等）和/或车辆电子器件，从而可以计划更换日期并改善安全性。通过特定的应用软件、例如智能手机APP对数据进行分析，可以用来计划更换间隔，以最大程度地减少停机时间，同时也可以避免过早更换。用户可以通过弹出窗口、电子邮件或SMS主动得到即将需要进行更换的指示，而无需目视检查衬片或通过听觉警告来不舒适地得到指示。
为了测量制动盘磨损，根据本发明使用编码的制动盘。
传感器的其他信息、像比如衬片的温度可以提供给电子稳定系统（ESP）或其他系统，以便进一步提高行驶安全性，在所述系统中考虑温度下的特定摩擦系数。
图2示出了根据本发明的实施例的传感器组件。为了测量制动衬片201的和制动盘202（厚度205）的磨损，仅应使用单个传感器元件203。该传感器元件203固定（固定件204）或集成在制动衬片201上/中，并主动地测量制动衬片201的厚度206，在其中在制动运行期间传感器元件203与制动衬片201一同被磨损，并且在此改变其特性。这可以通过元件203的电阻来实现，该电阻由于损耗而改变。为此替代地或另外地，可以设置例如传感器元件203的材料的电容测量或经由集成在元件203中的损耗的线圈的电感测量被磨损。
在此能够有意义的是，使用多个彼此分开的测量回路或传感器来进行测量和校准。
传感器元件203的信号由微控制器予以分析，该微控制器可以进行进一步的信号处理和获取，像比如温度补偿，以获得更准确的磨损值。如果选择了这样一种传感器磨损材料，该传感器磨损材料不仅会在损耗时而且在温度下时改变其电特性，则也可以测量/计算和给出制动衬片的和/或盘的温度。该温度信息也可以提供给其他系统，像比如ESP（电子稳定程序）或ABS（防抱死装置），以便进一步增强行驶安全性，在所述系统中考虑到例如温度下的特定摩擦系数。对于衬片磨损的测量与所使用的制动盘和传感器无关，在车辆静止时与其相关地进行也是可能的。
该测量在制动过程期间进行。如果驾驶员操纵制动器，则带有传感器元件203的制动衬片201被压到盘202上，以便使车辆减速。在此，传感器203和盘202之间的接触改变传感器203的特性。
由于制动盘202在单次制动期间的磨损很小，因此不必可靠地分析所有数据。如果在每个指定的时间单位有可分析的测量结果，就足够了。因此，当盘移动非常缓慢时，传感器203可以测量所述盘202，这例如在停止之前不久在交通信号灯前制动时就是这种情况。
为了感测盘202的磨损，该盘设有传感器203在与制动盘202接触期间可以拾取（aufgreifen）的图案。为了使传感器203不仅能够例如通过将传感器203的电阻在与盘接触时从高变为低来感知与盘202的接触，必须对制动盘202如此加工，以使该接触一次又一次地打开和闭合，并且因此产生例如呈高阻抗和低阻抗序列的信号，微控制器可以分析该信号。该图案可以是对称的或不对称的。
为了进行阶段式的测量，向该制动盘202铣削出例如在该制动盘202上分布的不同深度的槽303、304、305、306。这在图3a至3d内的不同的实施方式中示出。
当传感器元件203与制动盘202上的槽接触时，槽303、304、305、306减小传感器的电阻。相反，如果传感器元件203接触制动盘202的没有槽的区域，则电阻再次增加。因此，在这里示例性地实施的电阻测量中在测量信号中引起取决于槽分布和槽宽度的图案。
根据该图案，传感器203可以识别在盘202上存在多少个槽。如果制动盘202中的槽由于磨损而已经被磨掉，则图案改变，并且由此指示磨损。
在图3a和3b中示出，槽被设计成使得不仅槽的数量而且槽的宽度根据制动衬片202的厚度而改变。以这种方式，可以连续地确定盘202的磨损。由于分析精度，图案401应该在盘202上多次出现，这在图4中示例性地示出。
如在图5和图6中示例性所示，槽也可以被如此倒角，使得在损耗时，槽以更快或更慢的速度闭合接触，例如通过三角形槽（图5）与矩形槽（图6）相比。
为了能够感测其他的信息，像比如制动盘202的旋转方向或速度，可以将图案303以不同的间距设置，并因此通过传感器元件203来触发与方向相关的不同脉冲。这在图7中示出。
为此目的，图7示例性地示出了3个槽的分组303，其被如此布置在制动盘202上，使得在分组303之间存在不同的空间上的间距“短”、“中”和“长”。
因此，在图7所示的槽的布置中，脉冲序列
短，中，长，短，中，长
表明旋转方向（例如，机动车的前进方向）。
脉冲序列
短，长，中，短，长，中
于是表明另外的旋转方向（例如，机动车的后退方向）。
脉冲序列
短，中，长
表明制动盘的单次转圈。然后，从中可以在了解轮胎周长的情况下估计车辆速度。
图案不必一定是指槽，也可以使用其他几何形状，例如孔或椭圆形等，其适用于如此来改变传感器状态，从而其产生可以由微控制器来解释的图案。
物体也可以被引入到制动盘202中，像比如非导电材料或磁体或标记/图案/孔/槽，其仅在制动盘202的一定程度的磨损或厚度后才可见。
如果使用没有标记的制动盘或所有标记消失，则不会传递有关制动盘磨损的信息。在这种情况下，仅显示制动衬片的连续磨损。
为了能够在尽可能多的车辆中使用根据本发明的技术，传感器或传感器元件可以与车辆制造商的现有固定件兼容并模拟其信号。在可能的情况下，传感器在这种情况下也可以通过由机动车制造商提供的附接电缆为其供电。但是也可以利用其他的或另外的固定点。为此，目前尚未设置用于指示器的制动衬片也配备有相应的固定可行方案。
由于它根据本发明也可以是指能够加装的系统，因此可以实现通过蓝牙或另一种格式（Format）来传输信息。作为这种格式的示例可以是指RFID，ZigBee，ANT，ANT+，其可以由移动数据设备从其他传感器或云计算机中拾取和处理。
那么这些可以是例如以图形和/或数字方式表示制动衬片的和制动盘的磨损，温度以及其他测得的/计算出的数据，并将其转换为有用的信息，例如预期下一次零件更换的最佳时间点。这在图8中示例性地示出。在此，通过附图标记801来标记例如智能电话的移动设备。借助于应用软件（APP），在显示器中示出车辆802以及制动衬片的和/或制动盘的磨损状态803。
各个制动器的传感器或传感器元件相互间与信号分析设备，像比如Android或iOS兼容的终端设备以及车辆中安装的系统的通信应通过各种无线传输路径（蓝牙，Zigbee，ANT，ANT+）或/以及车辆中存在的传输路径、例如电缆来实现。
借助于图9示意性地示出了这一点。在此，与保持件204以及制动衬片201一起看到传感器元件203。在此未示出制动盘。
为了保护微控制器902和传输电子器件902免受制动器上存在的极端条件的影响，将这些元件902安装在制动钳外部。为此目的，如在当前现有系统中一样，传感器203与电缆903连接。单元902可以粘接或以其他方式固定在制动钳上。但是它也可以通过插头适配器与现有的接线连接以指示磨损，进而可以自由地悬挂地安置在插接式连接中。
在图10中，以示例的方式描述了本发明所使用的方法。
在开始步骤1001之后，在步骤1002中获取当前是否存在制动过程。如果这不是这种情况，那么方法被结束。由于为了获取制动衬片的磨损不需要制动衬片贴靠在制动盘上，然而也还可以在终止之前（结束步骤1008），在步骤1003中获取制动衬片的磨损。
如果存在制动过程，也就是说制动衬片并因此使得传感器元件贴靠在制动盘上，因此在步骤1003中获取，车辆速度是否低于极限值。也可以省略步骤1003。
在步骤1004中检测由传感器元件检测到的图案，并且在步骤1005（制动盘的磨损），1006（旋转方向识别）以及必要时分析车辆速度（未作为方框示出）。另外，如方框1003）中，在该过程的这个位置处，也可以检测到制动衬片的磨损。诸如温度之类的其他值也可以在此步骤中得到检测。
在结束步骤1008之后，该方法以步骤101再次开始。在结束步骤1008中，也可以传递数据以进行分析。
本实施方式可以以关键词的形式总结如下：
- 可加装的磨损感测
- 对于制动衬片的连续的磨损感测
- 仅使用一个传感器单元来同时感测制动盘的和制动衬片的损耗
- 在制动盘上施加代码/图案，以进行电子式连续的磨损感测
- 在使用经编码的盘时，进行对于制动盘的连续的磨损感测
- 与车主/车间/车队所有者进行无线通信
- 可能将数据传输到其他系统，像比如ESP/ABS系统
- 微控制器作为中间插头安置在电缆线束中，如果存在的话
- 传感器的自校准
- 旋转方向/速度测量。

Claims (14)

1.用于检测机动车的制动设备的部件(201、202)的磨损的传感器组件(200)，其中，该制动设备具有至少一个制动盘(202)和制动衬片(201)，其特征在于，所述传感器组件(200)检测所述制动盘(202)的图案(401)以检测制动盘(202)的磨损，
所述传感器组件(200)被设计成使得所述传感器组件
在所述传感器组件(200)的至少一部分(203)贴靠在所述制动盘(202)的至少一部分上时，检测所述制动盘(202)的图案(303、304、401)，其中
在所述制动盘(202)的至少一部分上检测所述传感器组件(200)的至少一部分(203)的贴靠，
检测在所述制动盘(202)的至少一部分中分布的、不同深度的槽(303、304、401)和/或孔和/或椭圆形作为图案，其中规定，检测
具有与深度相关的宽度的槽(303、304、401)，和/或
径向上在所述制动盘中延伸的槽(303、304、401)
作为图案，
其中，槽被设计成使得不仅槽的数量而且槽的宽度根据制动衬片(201)的厚度而改变，
其中，槽的宽度随着厚度连续地变化，从而提供关于何时更新制动盘的基于实际的磨损的预测，
其中，图案(303)以不同的间距设置，并因此通过传感器元件(203)来触发与方向相关的不同脉冲。
2.根据权利要求1所述的传感器组件(200)，其特征在于，所述传感器组件(200)被设计为使得该传感器组件检测所述制动盘(202)的图案(303、304、401)，所述图案随所述制动盘(202)的厚度(205)而变化。
3.根据权利要求1所述的传感器组件(200)，其特征在于，检测所述制动盘的至少一部分中分布的材料作为图案，其中所述材料与所述制动盘(202)的材料不同，其中规定，检测所述材料的分布作为与深度相关的分布。
4.根据权利要求1所述的传感器组件(200)，其特征在于，至少所述传感器组件(200)的部分(203、204)被设计成使得这些部分(203、204)具有至少一种能够由所述传感器组件检测到的特性，并且能够检测到的特性中的至少一种特性随所述制动衬片(201)的损耗而变化。
5.根据权利要求1所述的传感器组件(200)，其特征在于，所述传感器组件(200)由单个传感器元件(203、204)组成，或者所述传感器组件(200)由多个传感器元件(203、204)组成。
6.根据权利要求5所述的传感器组件(200)，其特征在于，所述传感器元件(203、204)被固定或集成在所述制动衬片(201)上和/或中和/或固定或集成在制动钳上和/或固定或集成在制动器悬架上，并且至少所述传感器元件的部分(203、204)在制动运行期间随着所述制动衬片(201)一同被磨损，进而能够检测的特性被改变，其中规定，该特性通过测量电阻和/或电容来检测。
7.根据权利要求6所述的传感器组件(200)，其特征在于，所述传感器元件的随着所述制动衬片一同被磨损的部分(203、204)检测通过所述制动盘的图案(303、304、401)改变的特性中的至少一种。
8.根据权利要求7所述的传感器组件(200)，其特征在于，所述传感器组件(200)包括如下无线传输单元(902)，借助于所述无线传输单元来无线地传输所检测的参量，其中规定，所述传输单元(902)在空间上与所述传感器元件(203、204)分开地布置。
9.制动衬片(201)，其具有根据前述权利要求中任一项所述的传感器组件。
10.制动盘(202)，其具有可由根据前述权利要求中任一项所述的传感器组件(200)检测到的图案(303、304、401)，其中，设置有在所述制动盘的至少一部分中分布的、不同深度的槽和/或孔和/或椭圆形，其中设置有
具有与深度相关的宽度的槽(303、304)，和/或
径向上在所述制动盘中延伸的槽(401)，和/或
径向上在所述制动盘中延伸的、相对于彼此具有不同的间距的槽(303)。
11.用于组合式地检测具有根据权利要求1至8中任一项所述的传感器组件(200)的制动设备的制动盘(202)的和制动衬片(201)的磨损的方法，其特征在于，额外地检测所述制动盘(202)的旋转方向。
12.用于组合式地检测具有根据权利要求1至8中任一项所述的传感器组件(200)的制动设备的制动盘(202)的和制动衬片(201)的磨损的方法，其特征在于，至少仅在制动过程期间才检测所述制动盘(202)的磨损。
13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，仅在预先确定的制动过程期间才进行对于所述制动盘(202)的磨损的检测，其中，根据所述机动车的速度和/或根据所述制动过程的程度来预先确定所述制动过程。
14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，检测代表所述制动衬片(201)的温度的温度参量，并且在检测磨损时考虑所述温度参量。
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