用于實(shí)時(shí)估測(cè)所施加壓力和具體地講為制動(dòng)塊的制動(dòng)元件中的噪聲的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及借助于直接檢測(cè)在車輛的制動(dòng)操作期間在制動(dòng)元件的使用中作用于 所述制動(dòng)元件上的力，實(shí)時(shí)估測(cè)所施加壓力并且更具體地講此壓力的分布、以及制動(dòng)元件 (具體地講，制動(dòng)塊）內(nèi)存在的噪聲的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 就當(dāng)前生產(chǎn)的車輛制動(dòng)系統(tǒng)而言，除了使用極其復(fù)雜的外部系統(tǒng)以外，沒有辦法 檢測(cè)（當(dāng)用于車輛上時(shí)）在使用中在制動(dòng)塊（或用于仍配備鼓式制動(dòng)器的車輛的制動(dòng)蹄） 和約束到車輪的待制動(dòng)元件（盤或鼓）之間交換的力。
[0003] 通常，每個(gè)車輛盤（因而每個(gè)車輪）的兩個(gè)制動(dòng)塊由機(jī)械卡鉗控制，在使用該車輛 時(shí)該機(jī)械卡鉗由液壓回路和/或電路致動(dòng)并且在該制動(dòng)塊上施加與施加到制動(dòng)踏板的力 成比例的壓力。由于壓力（標(biāo)稱壓力）由該卡鉗施加，因此將這些制動(dòng)塊推抵盤來施加對(duì) 抗該盤的旋轉(zhuǎn)的力，由此制動(dòng)該車輛。
[0004] 在制動(dòng)過程期間產(chǎn)生的變化壓力分布導(dǎo)致該卡鉗自身內(nèi)的不期望的制動(dòng)塊移動(dòng)， 因此產(chǎn)生在制動(dòng)塊領(lǐng)域中稱為（例如）剩余扭矩、振動(dòng)和噪聲的不同現(xiàn)象。
[0005] 在制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)例如在大部分情況下因所采用的機(jī)械部件（具體地講，盤、卡鉗和 制動(dòng)塊）的磨損而存在缺陷，導(dǎo)致被設(shè)計(jì)成實(shí)施制動(dòng)的表面之間接觸，該制動(dòng)隨時(shí)間推移 為不均勻的。首先，因強(qiáng)力制動(dòng)，可發(fā)生如下情況：甚至在腳提離制動(dòng)踏板之后，制動(dòng)塊和盤 之間仍保持接觸，從而產(chǎn)生稱為"剩余扭矩"的現(xiàn)象。剩余扭矩還可由于在盤上形成凸耳而 產(chǎn)生，其在初次安裝時(shí)可能已經(jīng)存在或者因盤過熱過度而形成。
[0006] 關(guān)于噪聲，其可在0.IHz至20,OOOHz范圍內(nèi)的不同頻率下產(chǎn)生。
[0007]目前除了以靜態(tài)方式外不可能使用壓敏紙或者借助于直接與計(jì)算機(jī)連接的系統(tǒng) (例如Tekscan1-Scan? 壓力映射系統(tǒng)（http://www.tekscan.com/brake-pad_pressur e-distribution))檢測(cè)壓力分布。
[0008] 如果不使用復(fù)雜設(shè)備（例如視需要定位在制動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)的麥克風(fēng)和加速計(jì)），也不 可能檢測(cè)噪聲的類型，不論該制動(dòng)系統(tǒng)安裝在底盤測(cè)功器上，還是安裝在車輛上均如此。
[0009] 這意味著，由制動(dòng)卡鉗而非制動(dòng)塊或盤的不完美運(yùn)行所引起的問題，當(dāng)前車輛制 動(dòng)系統(tǒng)"看不見"。
[0010] 描述了下述車輛制動(dòng)系統(tǒng)的EP1531110和GB2478423并不解決此問題，在該車輛 制動(dòng)系統(tǒng)中，壓電傳感器分別布置在制動(dòng)盤上或制動(dòng)卡鉗的活塞和背板之間（"背板"是構(gòu) 成承載器元件的制動(dòng)塊的摩擦材料金屬支撐元件），以分別產(chǎn)生由電動(dòng)機(jī)用于調(diào)整制動(dòng)卡 鉗活塞的位置的信號(hào)或者用于檢測(cè)制動(dòng)期間車輪抱閘的任何跡象的信號(hào)。
[0011] EP1431606B1描述了一種用于測(cè)量施加到摩擦材料層的力的方法，其中功能層 (其電阻隨施加到其的力而變化）與所述摩擦材料層相關(guān)聯(lián)；然后測(cè)量該功能層的電阻變 化并且該變化與所施加力的大小成比例。
[0012] 相反地，EP1923592B1描述了一種具有摩擦層和支撐板的制動(dòng)或摩擦元件，其中 至少一個(gè)電容式傳感器布置在摩擦層和支撐板之間，其電容隨施加到所述摩擦層的力而變 化。
[0013]US2006/0254868描述了一種與EP1431606B1的系統(tǒng)類似的系統(tǒng)，其中直接測(cè)量摩 擦材料的制動(dòng)元件層（例如制動(dòng)塊）的電阻的變化。
[0014] 甚至EP1431606BUEP1923592B1和US2006/0254868中所描述的系統(tǒng)也并不解決 上述技術(shù)問題，因?yàn)檫@些問題基于傳感器或整個(gè)功能層的電容量或電阻變化，其僅允許以 相對(duì)精度對(duì)施加到制動(dòng)塊的力的靜態(tài)或極慢檢測(cè)，但不能夠檢測(cè)快速力變化，例如在制動(dòng) 期間發(fā)生的快速力變化。
[0015] 此外，這些系統(tǒng)需要持續(xù)供電，而這帶來缺點(diǎn)，例如與確保處于相對(duì)快速運(yùn)動(dòng)中的 部件之間的電力供應(yīng)相關(guān)聯(lián)的相對(duì)能量消耗量和相當(dāng)大的構(gòu)造復(fù)雜性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016] 本發(fā)明的目的是提供用于實(shí)時(shí)測(cè)定所施加壓力和制動(dòng)元件（具體地講，制動(dòng)塊） 中的噪聲的方法和裝置，其以簡(jiǎn)單和經(jīng)濟(jì)的方式實(shí)時(shí)檢測(cè)在制動(dòng)期間制動(dòng)元件（制動(dòng)塊或 制動(dòng)蹄）和被制動(dòng)元件（盤式或鼓式制動(dòng)器）之間的界面處應(yīng)力的存在和/或大小。
[0017] 本發(fā)明的優(yōu)選目的還有允許連續(xù)測(cè)量作用于被制動(dòng)元件上的接觸壓力的分布以 及制動(dòng)元件和被制動(dòng)元件之間（例如，制動(dòng)塊和盤之間）的摩擦系數(shù)。
[0018] 因此，本發(fā)明涉及一種用于實(shí)時(shí)測(cè)定所施加壓力和制動(dòng)元件（具體地講，制動(dòng)塊） 中存在的噪聲的方法，如權(quán)利要求1所述。本發(fā)明還涉及一種被設(shè)計(jì)成實(shí)施上述方法的裝 置，如權(quán)利要求15所述。
[0019] 在此處和下文應(yīng)理解，術(shù)語(yǔ)"實(shí)時(shí)"意味著由系統(tǒng)提供的結(jié)果（檢測(cè)和處理所需參 數(shù)，例如所施加壓力、噪聲的存在和摩擦系數(shù)）的排序足夠快以允許該制動(dòng)系統(tǒng)被作用，同 時(shí)仍會(huì)出現(xiàn)生成所述所測(cè)量參數(shù)的現(xiàn)象。
[0020] 根據(jù)本發(fā)明的解決方案涉及在制動(dòng)元件的摩擦材料塊的支撐元件（具體地講，由 制動(dòng)塊的背板限定）和該摩擦材料塊自身之間以合適配置插入由壓電陶瓷元件限定的傳 感器，例如，其以分立方式并且優(yōu)選地根據(jù)對(duì)稱矩陣分布在支撐元件和摩擦材料塊之間的 界面的整個(gè)延伸范圍上方，從而允許在使用中及時(shí)檢測(cè)所施加壓力和此壓力的分布。將機(jī) 械能轉(zhuǎn)換成電能的壓電陶瓷組件（傳感器）能夠產(chǎn)生電信號(hào)（例如電壓），而無需電力，并 且能夠?qū)⑺鲂盘?hào)發(fā)射到控制制動(dòng)塊的卡鉗、而非發(fā)射到車輛的控制該車輛和該卡鉗自身 的動(dòng)力學(xué)的電子控制單元。然后借助于適當(dāng)算法對(duì)信息進(jìn)行后處理，以便獲得最終所需的 信息，例如壓力分布及其相對(duì)壓力中心，連同噪聲類型的定義、剩余扭矩的存在和摩擦系數(shù) 值。
[0021] 例如，使用具有集成的壓電陶瓷傳感器的制動(dòng)塊，當(dāng)此制動(dòng)塊連接到合適的數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)時(shí)，無需使用額外麥克風(fēng)和/或加速計(jì)即可確定所存在的振動(dòng)和/或噪聲的類型。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明，此通過借助于快速傅里葉變換（FFT)處理電信號(hào)和/或通過對(duì)由這 些傳感器在一個(gè)時(shí)間單位內(nèi)產(chǎn)生的等長(zhǎng)時(shí)間電壓信號(hào)的樣本中存在的所檢測(cè)電壓值進(jìn)行 積分來實(shí)現(xiàn)。
[0023] 出人意料地，通過FFT實(shí)時(shí)處理由每個(gè)壓電陶瓷傳感器產(chǎn)生的電信號(hào)獲得的信號(hào) 對(duì)應(yīng)于可在臺(tái)架上或借助于車輛的車載儀器檢測(cè)到的噪聲的頻率。在可檢測(cè)到的噪聲類型 中，可識(shí)別例如"尖叫聲"和"蠕動(dòng)呻吟（creep-groan)"，連同不僅由制動(dòng)系統(tǒng)并且還由車 輛懸架系統(tǒng)或臺(tái)架測(cè)試過程自身產(chǎn)生的振動(dòng)。應(yīng)注意，根據(jù)此領(lǐng)域的技術(shù)專家通常賦予給 這些術(shù)語(yǔ)的意義，"尖叫聲"是由摩擦力引起的振動(dòng)導(dǎo)致的噪聲，其中制動(dòng)盤振動(dòng)模式耦合 到制動(dòng)塊摩擦材料蹄自身的振動(dòng)模式；"蠕動(dòng)呻吟"是由以極低速度影響道路車輛的振動(dòng)產(chǎn) 生的高強(qiáng)度、低頻率噪聲。
[0024] 還可確定哪一傳感器（從而制動(dòng)塊位置）產(chǎn)生噪聲，以便例如能夠借助于臺(tái)架測(cè) 試有效地評(píng)估斜面/切口對(duì)制動(dòng)塊的影響和/或可實(shí)施以便獲得抗噪聲效果的任何減荷。
[0025] 關(guān)于剩余扭矩，可通過實(shí)時(shí)對(duì)電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行積分，具體地講通過對(duì)來自傳感器的 等長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)樣本進(jìn)行積分來確定其大小。
[0026] 類似地，通過采用能夠使用從所得粗略電壓數(shù)據(jù)和/或從該信號(hào)自身的積分獲得 的值檢測(cè)剪切力的至少一個(gè)壓電傳感器，然后借助于已知關(guān)系式可確定摩擦系數(shù)：
[0027] (I)y=FT/FN
[0028] 其中y是目標(biāo)摩擦系數(shù)，F(xiàn)T是作用在制動(dòng)塊和被制動(dòng)元件之間的界面處的切向 力（在此情況下與制動(dòng)盤相切），并且FN是垂直于制動(dòng)盤的力。
[0029] 假定隨后使用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)關(guān)系式（稍后將解釋），壓電傳感器信號(hào)也與所施加壓 力和系統(tǒng)的剛度成比例，則可采用該壓電傳感器作為間接磨損檢測(cè)器。
【附圖說明】
[0030] 根據(jù)對(duì)僅以舉例方式給出的示例性非限制性實(shí)施例的以下描述并且參考附圖內(nèi) 的圖，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清楚，其中：
[0031] -圖1是根據(jù)沿配備根據(jù)本發(fā)明的裝置的車輛制動(dòng)系統(tǒng)的輪軸截取的縱向剖視圖 的正視和局部示意圖；
[0032] -圖2示意性地并且根據(jù)其構(gòu)造順序示出構(gòu)成根據(jù)本發(fā)明的圖1中裝置的必需元 件的制動(dòng)元件（在此情況下為制動(dòng)塊）的分解透視圖；
[0033] -圖3、圖4、圖7和圖8示出使用圖1和圖2中示出的裝置根據(jù)本發(fā)明的方法檢測(cè) 并且處理的信號(hào)的相應(yīng)比較圖；
[0034]-圖5示出有關(guān)根據(jù)本發(fā)明的方法的計(jì)算方法的示意圖；以及
[0035] -圖6示意性地并且按放大比例示出圖2的制動(dòng)元件組件的細(xì)節(jié)。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 參考圖1、圖2和圖6,帶有傳感器的車輛制動(dòng)元件（在所示出例子中，制動(dòng)塊）整 體用參考標(biāo)號(hào)1表示，其用于裝配制動(dòng)系統(tǒng)2 (圖1)，該系統(tǒng)設(shè)置有盤3 (盤