JP2004211893A - 道路走行車の複合材料ブレーキディスクの磨耗度を決定するための方法並びに装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装備するのに安価で容易な、道路走行車の複合材料ブレーキディスクの磨耗度を決定するための方法並びに装置を提供する。
【解決手段】道路走行車（１）の複合材料ブレーキディスク（５）の磨耗度を決定するための方法道路走行車（１）であり、各減速で、減速により生じる道路走行車（１）の運動エネルギー差（ＤＥｋ）を計算し、この運動エネルギー差（ＤＥｋ）の関数として、減速の間にブレーキディスク（５）により消失されるエネルギーの瞬間値（Ｅｄ）を決定し、このエネルギーの瞬間値（Ｅｄ）に基づいて、減速の間のブレーキディスク（５）の瞬間的な磨耗貢献度（ｕ）を決定し、この磨耗貢献度（ｕ）を前の全磨耗値（Ｕ）に加算することにより、ブレーキディスク（５）の全磨耗値（Ｕ）をアップデートする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、道路走行車の複合材料ブレーキディスクの磨耗度を決定するための方法並びに装置に関する。

現在では、全てのレース道路走行車（カー並びにオートバイ）は、金属製のブレーキディスクを備えている。レーシングで得られた経験に基づけば、複合材料（特に、カーボンのような複合セラミック材でできた、ＣＣＭディスクと称されている）ディスクを有するブレーキディスクが、金属製のディスクと比較して改良されたブレーキ性能を与えるので、提案されている。

しかし、実際の使用においては、複合材料のブレーキディスクは、機械的特性並びに耐疲労性の低下を招くような悪化が急速に生じることが判っている。特に、所定の磨耗閾値を越えると、複合材料のブレーキディスクは、安全な動作を果たせなくなり、この結果、このようなディスクを備えた道路走行車においては、ディスクを交換する機会ドライバーに知らせるためにブレーキの磨耗度が正確に決定されなければならない。

ブレーキディスクの磨耗度を決定するために、ディスクの厚さを測定するためにディスクに装着されるセンサーを使用することが、例えば、米国特許Ｎｏ．６３４５７００（特許文献１）に開示されているように、提案されている。
米国特許Ｎｏ．６３４５７００

しかし、この解決は、このようなセンサーは、必要な磨耗度の決定精度を一般的に有していないので、複合材料のブレーキディスクには適用することができない。さらに、これらセンサーは、汚い環境（さらに、複合材料のブレーキディスクの使用により発生する埃が混ざる）の中で高速で回転しているブレーキの成分の磨耗を測定するようにするためには、比較的高価になる。

本発明の目的は、装備するのに安価で容易であり、同時に上記欠点を除去することができる道路走行車の複合材料ブレーキディスクの磨耗度を決定するための方法並びに装置を提供することである。

本発明に係われば、請求項１に記載されているような、道路走行車の複合材料ブレーキディスクの磨耗度を決定するための方法が提供される。

本発明に係われば、請求項１６に記載されているような、道路走行車の複合材料ブレーキディスクの磨耗度を決定するための装置が提供される。

本発明のこれに限定されない実施の形態が、添付図面を参照して例示的に以下に説明される。

図中、符号１は、４つのホイール２（２つのフロントホイールと２つのリアードライブホイール）と、前方の内燃機関（エンジン）３と、ブレーキシステム４とを有する自動車を示す。このブレーキシステム４は、４つのブレーキディスク５を有し、各ブレーキディスクは、夫々のホイール２内に位置され、自動車１の搭乗者コンパートメント内のブレーキペダル７により制御される対応したキヤリパー６に装着されている。

前記自動車１のブレーキディスク５は、複合材料、特に、カーボン（複合セラミック材）でできている。前記ブレーキシステム４は、ブレーキディスク５の磨耗度が所定の安全閾値を越えたときに、ドライバーへの信号を発生するように、ブレーキディスク５の磨耗度を決定し、ストアするための中央制御ユニット８を有する。

前記中央制御ユニット８は、速度センサー９に接続されている。この速度センサーは、自動車の走行速度の値ｖ（ｔ）をリアルタイムで検出して、この値ｖ（ｔ）を自動車１のインストルメントパネル（詳細には図示せず）のスピードメータに送るように、フロントホイール２の１つに装着されている。また、この中央制御ユニット８は、ブレーキセンサー１０にも接続されている。このブレーキセンサーは、ブレーキペダル７の動作を決定するために、自動車１のストップライトに指令を与えるように、ブレーキペダル７に接続されている。前記速度センサー９とブレーキセンサー１０との両方とも自動車１に通常は予め設けられていることに注意することは重要である。かくして、前記中央制御ユニット８は、自動車１で既存の信号で動作することにより、安価で容易に装着される。

前記中央制御ユニット８は、ブレーキディスク５が交換されたときにリセットされる、ブレーキディスク５の全磨耗値ｕをストアする。

実際の使用において、前記中央制御ユニット８は、自動車１の減速の全てを、即ち、自動車１の速度値ｖ（ｔ）が初期値Ｖ１から最終値Ｖ２になるまでの状態の全てを決定するように、所望の制御頻度で自動車１の速度値ｖ（ｔ）を常時モニターする。ブレーキシステム４の実際の動作によりもたらされる自動車１の各減速（ブレーキセンサー１０により決定されるような）において、中央制御ユニット８は、減速の間にブレーキディスク５の瞬間的な磨耗貢献度ｕを決定し、減速の間のブレーキディスク５の瞬間的な磨耗貢献度ｕを前の全磨耗値Ｕに加算することにより、ブレーキディスク５の全磨耗値Ｕをアップデートする。かくして、この中央制御ユニット８は、ブレーキシステム４の実際の動作によりもたらされないで、自動車１での摩擦（主には、エンジンブレーキ、タイヤ走行摩擦、並びにドラッグ）による、自動車の如何なる減速を無効にする。

前記ブレーキディスク５の全磨耗値Ｕは、好ましくは、フロントブレーキディスク５の全磨耗値Ｕａと、リアーブレーキディスク５の全磨耗値Ｕｐとを含んでいる。減速の間のブレーキディスク５の瞬間的な磨耗貢献度ｕは、一定の分配比、もしくは、可変の分配比の関数として、２つの全磨耗値Ｕａ並びにＵｐに分けられる（代表的には、減速時の初期並びに最終の速度値Ｖ１並びにＶ２の関数として各減速で計算される）。

前記ブレーキシステム４の実際の動作によりもたらされる減速の間のブレーキディスク５の瞬間的な磨耗貢献度ｕの実際の値を決定するために、中央制御ユニット８は、減速により生じる自動車１の運動エネルギー差ＤＥｋを計算し、また、減速の間にブレーキディスク５により消失されるエネルギーの瞬間値Ｅｄを、自動車１の運動エネルギー差ＤＥｋを関数として決定し、さらに、減速の間にブレーキディスク５により消失されるエネルギーの瞬間値Ｅｄに基づいて、減速の間のブレーキディスク５の瞬間的な磨耗貢献度ｕの値を決定する。前記減速により生じる自動車１の運動エネルギー差ＤＥｋは、以下の式に従って計算される
ＤＥｋ＝０．５ ｘ Ｍ ｘ（Ｖ１＾２−Ｖ２＾２）
ここで、Ｖ１は、自動車１の初期速度を、Ｖ２は、自動車１の最終の速度（速度Ｖ１よりも遅い）を,そして、Ｍは、自動車１の質量を示す。

前記減速の間にブレーキディスク５により消失されるエネルギーの瞬間値Ｅｄは、自動車１の運動エネルギー差ＤＥｋに等しいと代表的には仮定される。また、前記減速の間のブレーキディスク５の瞬間的な磨耗貢献度ｕは、前記減速の間にブレーキディスク５により消失されるエネルギーの瞬間値Ｅｄに、０ないし１の増倍率Ｋを掛けることにより決定される。この増倍率Ｋは、ロード／トラックテスト（road/track test）により経験的に計算される。

異なる実施の形態において、各減速において、自動車１に対するブレーキ動作の摩擦により生じるエネルギー貢献度が、決定され、また、減速の間にブレーキディスク５により消失されるエネルギーの瞬間値Ｅｄが、運動エネルギー差ＤＥｋと自動車１に対するブレーキ動作の摩擦により生じるエネルギー貢献度との間の差に等しいと想定される。一例として、自動車１に対するブレーキ動作の摩擦により生じるエネルギー貢献度は、自動車１の速度の関数として決定され得る。これは。ドラッグ（drag）による摩擦が、速度に実質的に依存し、エンジン速度の関数として、エンジンブレーキが、エンジンの速度に依存するからである。ブレーキディスク５により消失されるエネルギーの瞬間値Ｅｄと、ブレーキディスク５の動作温度、即ち、エネルギーが消費される道路との両方に依存することが判っている。換言すると、消費されるエネルギーＥｄと同じ量が、ブレーキディスク５が高温（４００／５００℃）に達する自動車１の特別（代表的にはオントラック（on―track））な使用の間か普通の使用（代表的には公共のハイウエイでの使用）の間に消費されるかに応じて、ブレーキ領域での磨耗度の差を生じる。詳述すると、前記消費されるエネルギーＥｄと同じ量は、自動車１の普通の使用と対比して、特別な使用の間にはかなり高いブレーキ領域の磨耗を生じさせる。

上記理由により、好ましい実施の形態においては、増倍率Ｋとしては、自動車１の普通の使用と特別な使用とに夫々対応した２つの異なる値を想定し得る。自動車１の上記使用のタイプを区別するために、ブレーキモードの査定がなされ、また、前記減速の間のブレーキディスク５の瞬間的な磨耗貢献度ｕが、減速の間にブレーキディスク５により消失されるエネルギーの瞬間値Ｅｄと、減速の間にブレーキディスク５の温度に明らかに直接関係しているブレーキモードの査定とに基づいて決定される。

前記ブレーキモードの査定は、所定の時間内の運動エネルギー差ＤＥｋの平均値に基づいてなされる。前記所定の時間は、代表的には０．１ないし５秒であり、ブレーキシステム４の連続した動作の回数によりもたらされる連続した減速の数をカバーする。前記運動エネルギー差ＤＥｋの平均値が、所定の閾値を越えると、これは、自動車１が、一連のシャープな繰り返し減速されていることを、即ち、特別な状態で使用されていることを意味し、増倍率Ｋが、高い値であることを想定する。従って、前記運動エネルギー差ＤＥｋの平均値が、所定の閾値より低い場合には、これは、自動車１が、一連のシャープな繰り返し減速されていないことを、即ち、普通の状態で使用されていることを意味し、増倍率Ｋが、低い値であることを想定する。

別の実施の形態において、前記増倍率Ｋとして、どのように自動車１が使用されているかには無関係に１つの値が想定され得るか、ブレーキモードの査定の関数として、そして、特に運動エネルギー差ＤＥｋの平均値の関数として、２つ以上の値が想定され得る。

テストにより、上述されたように、ブレーキディスク５の全磨耗値Ｕを極めて精度良く決定する、かくして、ブレーキディスク５を交換する必要性を示す、瞬間的で正確なドライバー警報信号を得ることができる中央制御ユニット８の性能を確認している。

本発明の方法に従って動作する中央制御ユニットを有する自動車の概略図である。

符号の説明

１…自動車（道路走行車）、２…ホイール、４…ブレーキシステム、５…ブレーキディスク、８…中央制御ユニット。

Claims (16)

1. 道路走行車（１）の各減速で、減速により生じる道路走行車（１）の運動エネルギー差（ＤＥｋ）を計算することと、
   前記、道路走行車（１）の運動エネルギー差（ＤＥｋ）の関数として、減速の間にブレーキディスク（５）により消失されるエネルギーの瞬間値（Ｅｄ）を決定することと、
   前記減速の間にブレーキディスク（５）により消失されるエネルギーの瞬間値（Ｅｄ）に基づいて、減速の間のブレーキディスク（５）の瞬間的な磨耗貢献度（ｕ）を決定することと、
   減速の間のブレーキディスク（５）の瞬間的な磨耗貢献度（ｕ）を前の全磨耗値（Ｕ）に加算することにより、ブレーキディスク（５）の全磨耗値（Ｕ）をアップデートすることとを具備する、道路走行車（１）の複合材料ブレーキディスク（５）の磨耗度を決定するための方法。
2. 道路走行車（１）の減速のときに、減速の間にブレーキディスク（５）により消失される対応したエネルギーの瞬間値（Ｅｄ）は、道路走行車（１）のブレーキシステム（４）のブレーキ動作が減速の間に実際に使用されているときにのみ決定される請求項１の方法。
3. 各減速において、道路走行車（１）でのブレーキ動作の摩擦により生じるエネルギー貢献度が、決定され、そして、この、道路走行車（１）でのブレーキ動作の摩擦により生じるエネルギー貢献度は、前記、道路走行車（１）の運動エネルギー差（ＤＥｋ）の関数として、前記、減速の間にブレーキディスク（５）により消失されるエネルギーの瞬間値（Ｅｄ）を決定するのに考慮される請求項１もしくは２の方法。
4. 各減速において、減速の間のブレーキディスク（５）の温度が、決定され、そして、前記、減速の間のブレーキディスク（５）の瞬間的な磨耗貢献度（ｕ）は、前記、減速の間にブレーキディスク（５）により消失されるエネルギーの瞬間値（Ｅｄ）と、前記、減速の間のブレーキディスク（５）の決定された温度とに基づいて決定される請求項１ないし３のいずれか１の方法。
5. 所定の時間内の道路走行車（１）の運動エネルギー差（ＤＥｋ）の平均値が決定され、そして、前記、減速の間のブレーキディスク（５）の決定された温度は、この運動エネルギー差（ＤＥｋ）の平均値の関数として決定される請求項４の方法。
6. ブレーキモードの査定が、各減速時になされ、そして、前記減速の間のブレーキディスク（５）の瞬間的な磨耗貢献度（ｕ）は、前記、減速の間にブレーキディスク（５）により消失されるエネルギーの瞬間値（Ｅｄ）と、前記ブレーキモードの査定とに基づいて決定される請求項１ないし３のいずれか１の方法。
7. 所定の時間内の道路走行車（１）の運動エネルギー差（ＤＥｋ）の平均値が決定され、そして、前記、前記ブレーキモードの査定は、前記運動エネルギー差（ＤＥｋ）の平均値の関数として決定される請求項６の方法。
8. 前記、減速の間にブレーキディスク（５）により消失されるエネルギーの瞬間値（Ｅｄ）は、道路走行車（１）の運動エネルギー差（ＤＥｋ）と等しいと想定され、そして、前記、減速の間のブレーキディスク（５）の瞬間的な磨耗貢献度（ｕ）減速の間のブレーキディスク（５）の瞬間的な磨耗貢献度（ｕ）減速の間のブレーキディスク（５）の瞬間的な磨耗貢献度（ｕ）は、前記減速の間にブレーキディスク（５）により消失されるエネルギーの瞬間値（Ｅｄ）に、０ないし１の増倍率（Ｋ）を掛けることにより決定される請求項１ないし７のいずれか１の方法。
9. 所定の時間内の道路走行車（１）の運動エネルギー差（ＤＥｋ）の平均値が決定され、そして、前記増倍率（Ｋ）は、前記運動エネルギー差（ＤＥｋ）の平均値の関数として異なる複数の値を想定する請求項８の方法。
10. 前記増倍率（Ｋ）は、道路走行車（１）の普通の使用と、道路走行車（１）の特別な使用とに夫々対応した２つの異なる値を想定する請求項８の方法。
11. 前記、道路走行車（１）の運動エネルギー差（ＤＥｋ）の平均値を決定する時間は、０．１ないし５秒である請求項９もしくは１０の方法。
12. 前記、ブレーキディスク（５）の全磨耗値（Ｕ）は、一定の分配比の関数としてフロントブレーキディスク（５）とリアーブレーキディスク（５）とに分けられる請求項１ないし１１のいずれか１の方法。
13. 前記ブレーキディスク（５）の全磨耗値（Ｕ）は、フロントブレーキディスク（５）の全磨耗値（Ｕａ）と、リアーブレーキディスク（５）の全磨耗値（Ｕｐ）とを含んでおり、また、前記、減速の間のブレーキディスク（５）の瞬間的な磨耗貢献度（ｕ）は、可変の分配比の関数として、２つの全磨耗値（Ｕａ，Ｕｐ）に分けられる請求項１ないし１１のいずれか１の方法。
14. 前記分配比は、減速時の初期並びに最終の速度値（Ｖ１，Ｖ２）の関数として各減速で計算される請求項１３の方法。
15. 前記ブレーキディスク（５）の全磨耗値（Ｕ）が、所定の閾値を越えたときに、信号が発生される請求項１ないし１４のいずれか１の方法。
16. 請求項１ないし１５のいずれか１の方法を実施する、道路走行車（１）の複合材料ブレーキディスク（５）の磨耗度を決定するための装置。

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