制动垫磨损传感器的制作方法

本申请要求2016年7月29日提交的美国临时申请序列号62/368,206、2016年7月29日提交的美国临时申请序列号62/368,204和2016年7月29日提交的美国临时申请序列号62/368,200的权益。这些申请中的公开内容在此通过引用整体并入本文。

本发明一般地涉及制动垫磨损感测系统和装置。更具体地，本发明涉及一种测量盘式制动系统的内制动垫和外制动垫两者中的磨损的制动垫磨损传感器。

背景技术：

当需要更换汽车制动垫时，期望感测并通知驾驶员。已知的电子制动磨损传感器具有被夹至内制动垫的电阻器电路传感器。当垫被转子磨损时，传感器也会被磨损，从而改变其阻力。尾纤线束连接至与车辆中感测模块有线连接的传感器。

对于已知方法，存在若干问题。所需的多个线束和附加的感测模块使其成为一种昂贵的解决方案。通过车辆悬架和车轮/转向节区域布置线束是非常具有挑战性的并且易于受到道路碎片的冲击。另外，每次更换垫时都必须更换磨损传感器，这可能是昂贵的。

在使用电子传感器来检测制动垫磨损的同时，重要的是考虑制动垫和制动钳区域可能达到超过300℃的温度，许多电子传感器无法承受这种温度。

从成本和实现方式的角度来看，期望不使用任何线束并试图利用已经在车辆上的现有产品来降低将垫磨损信息传送到驾驶员显示器的成本。还期望在更换制动垫磨损传感器时不必用制动垫更换制动垫磨损传感器。还期望制动垫磨损传感器提供诊断(例如，心跳)能力，并且传感器必须能够承受制动期间所经受的极端温度。

技术实现要素：

一种用于测量用于车辆盘式制动系统的制动垫磨损的制动垫磨损感测系统，包括用于发送包含制动垫磨损数据的rf信号的rf通信电路。该系统还包括基于车辆的接收器，所述基于车辆的接收器包括用于接收由磨损传感器发送的rf信号中的制动垫磨损数据的rf通信电路。基于车辆的接收器可操作地连接至基于车辆的主控制器。基于车辆的接收器向主控制器发送制动垫磨损数据。

根据一个方面，基于车辆的主控制器可以包括远程无钥匙进入(rke)系统控制器、被动无钥匙进入(pke)系统控制器和轮胎压力监测(tpm)系统控制器中之一。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，基于车辆的接收器可以包括轮胎压力监测(tpm)系统控制器。基本单元可以向轮胎内置tpm传感器发送rf信号。tpm传感器可以向主控制器发送包含制动垫磨损数据的信号。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，基本单元可以包括rfid电路，并且基于车辆的接收器包括rfid控制器。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，rfid控制器可以包括被动无钥匙进入(pke)控制器，所述被动无钥匙进入(pke)控制器向rfid电路发出低频(lf)询问信号。rfid电路可以向pke控制器发送射频(rf)信号。rf信号可以包含制动垫磨损数据。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，该系统可以包括诊断工具，所述诊断工具被操作来询问rfid电路以对rfid电路执行诊断功能。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，基于车辆的接收器可以包括rfid控制器。基本单元可以包括低频(lf)接收器。rfid控制器可以向rfid电路发送lf询问信号。rfid电路响应于lf接收器接收到询问信号可以向rfid控制器发送rf信号。rf信号可以包含制动垫磨损数据。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，该系统可以包括诊断工具，所述诊断工具被操作来询问rfid电路以对rfid电路执行诊断功能。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，lf接收器可以是近场通信(nfc)使能的。该系统可以包括nfc使能装置，所述nfc使能装置被操作来询问rfid电路以对rfid电路执行诊断功能。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，该系统可以包括轮胎压力监测(tpm)系统的启动器。tpm启动器可以向rfid电路发出lf询问信号。rfid电路响应于接收到lf询问信号可以向基于车辆的接收器发送rf信号。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，基于车辆的接收器可以包括被动无钥匙进入(pke)控制器。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，传感器头可以包括电阻式制动垫磨损元件或电容式制动垫磨损元件。

根据单独另一方面或与任意前述方面组合，磨损传感器可以包括制动垫内置传感器头、远离制动垫安装的传感器基本单元、以及将传感器头与基本单元互连的线缆。基本单元可以包括用于发送包含从传感器头获得的制动垫磨损数据的rf信号的rf通信电路。

一种用于测量用于车辆盘式制动系统的制动垫磨损的制动垫磨损感测系统可以包括制动垫磨损传感器，所述制动垫磨损传感器包括rfid电路，所述rfid电路包括低频(lf)接收器和射频(rf)发送器。该系统可以包括基于车辆的接收器，所述基于车辆的接收器包括发出lf询问信号的rfid控制器。rfid电路的lf接收器可以接收询问信号。rfid控制器可以通过经由rf发送器提供rf响应信号来对接收到询问信号进行响应。rf响应信号可以包含制动垫磨损数据。

附图说明

通过参考附图阅读以下描述，本发明所涉及领域的技术人员将清楚本发明的前述和其他特征和优点，其中：

图1是示出了安装在车辆悬架部件上的盘式制动器部件的示例性车辆配置的示意图。

图2是描绘在示例性盘式制动器配置上实现的制动器磨损传感器系统的示意图，其中，盘式制动器被示出为处于非制动状态。

图3是描绘图2的制动器磨损传感器系统的示意图，其中，盘式制动器被示出为处于第一制动状态，在第一制动状态中制动垫处于第一磨损水平。

图4是描绘图2的制动器磨损传感器系统的示意图，其中，盘式制动器被示出为处于第二制动状态，在第二制动状态中制动垫处于第二磨损水平。

图5和图6是描绘制动磨损传感器系统的不同配置的示意图。

图7是描绘制动器磨损传感器系统的替代配置的示意图。

图8是描绘制动器磨损传感器系统的一种特定配置的示意图。

图9是描绘制动器磨损传感器系统的另一特定配置的示意图。

具体实施方式

参照图1，示例性车辆悬架系统10包括上控制臂12和下控制臂14，上控制臂12和下控制臂14连接至车辆16以进行枢转运动。转向节20通过允许转向节与控制臂之间的相对运动的球形接头等连接至控制臂12、14的自由端。转向节20包括主轴22，主轴22支承轮毂24以围绕车轮轴线26旋转(参见箭头a)。车轮或轮辋30和轮胎32可以通过已知装置(例如凸耳和凸耳螺母)安装在轮毂24上。轮毂24包括轴承34，轴承34有助于轮毂、轮辋30和轮胎32围绕轴线26的旋转。转向节20本身可围绕转向轴线36旋转(参见箭头b)，以使车辆16以已知的方式转向。

阻尼器40(如减震器或支柱)具有连接至下控制臂14的活塞杆42和由车辆16的结构如车架安装支架支承的气缸44。阻尼器40阻尼控制臂14、16和转向节20相对于车辆16的相对运动。因此，阻尼器40可以有助于抑制和吸收道路38与轮胎32之间的冲击，例如与凸起、坑洼或道路碎片的冲击，这些冲击产生悬架系统10、车轮30和轮胎32的上下运动(参见箭头c)。

车辆16包括盘式制动系统50，盘式制动系统50包括固定到轮毂24上用于与轮毂、车轮30和轮胎32一起旋转的制动盘52。盘式制动系统50还包括通过支架56固定到转向节20的制动钳54。因此，盘52和制动钳54通过转向运动(箭头b)和悬架运动(箭头c)与转向节20一致地移动。盘52相对于钳54旋转(箭头a)并且具有穿过钳的外径向部分。

图1中所示的悬架系统10的配置仅是示例性的，并不意味着限制本发明的范围。本文公开的制动垫磨损传感器系统可以配置成利用用于实现盘式制动器的任何车辆悬架配置。例如，虽然图示的悬架系统10是独立的前悬架，特别是上下控制臂/a臂(有时称为双叉骨架)悬架，但是也可以使用其他独立的悬架。可以实现制动垫磨损感测系统的独立悬架的示例包括但不限于摆动轴悬架、滑动立柱悬架、麦弗逊支柱悬架、查普曼支柱悬架、多连杆悬架、半纵臂悬架、摆臂悬架和板簧悬架。另外，制动垫磨损感测系统可以用非独立悬架系统实现，包括但不限于satchell连杆悬架、panhard杆悬架、瓦特连杆悬架、wob连杆悬架、mumford连杆悬架和板簧悬架。此外，制动垫磨损感测系统可以在前轮盘式制动器或后轮盘式制动器上实现。

参照图2至图4，示意性地并且更详细地示出了盘式制动系统50。制动系统50是单活塞浮动钳系统，其中钳54与车辆16的连接允许钳(“浮子”)相对于制动盘52的轴向运动。在该浮动钳配置中，钳54允许平行于制动轴线60轴向地朝向和远离盘52移动(参见箭头d)。

制动系统50包括支承内制动垫72的内制动垫保持器70和支承外制动垫76的外制动垫保持器74。内制动垫保持器70支承在活塞80上。外制动垫保持器74支承在浮动钳54上。活塞80设置在气缸82中，气缸82被支承在浮动钳54上或者形成在浮动钳54中。制动流体84响应于驾驶员施用制动踏板(未示出)而被泵送到气缸82中以致动制动系统50。

制动系统50通过由诸如弹簧的偏置构件(未示出)施加的偏置而保持在图2的未致动状态。当施用制动踏板时，制动流体84填充气缸82并向活塞80施加流体压力，迫使活塞80向左移动，如图2至图4所示。这使得内制动垫保持器70和垫72沿制动轴线60朝制动盘52移动。由于与盘52接合的内制动垫72对活塞80和气缸82的支承，因此与盘52接合的内制动垫72产生作用在浮动钳54上的反作用力。因为活塞80由于内制动垫72与盘的接合而被阻止朝盘52移动，因此气缸82中的制动流体压迫使浮动钳54向右移动，如图2至图4所示。向右移动的浮动钳54使外制动垫保持器74和外制动垫76沿制动轴线60朝制动盘52移动。内垫76最终与盘52接合，该盘52现在夹在内制动垫与外制动垫之间。

随着制动垫72、76磨损，它们变得更薄。这通过将图3的制动垫72、76(它们是新的厚的且未磨损的)与图4的制动垫(旧的薄的且被磨损的)进行比较来说明。如图3和图4的比较所见，由于制动系统50的浮动钳构造，与当施加未磨损的垫时活塞80和钳54两者所行进的距离相比，当施加图4的磨损垫时活塞80和钳54两者行进的距离较大。

制动垫磨损感测系统100直接通过集成在垫中的一个垫内的传感器测量制动垫72、76上的磨损量。假定垫上的磨损甚至足以允许一个垫上的磨损能够指示两个垫上的磨损的测量。另外，在系统100中在垫被100％磨损之前认为垫是耐用的方面存在一定的内置容限。

参照图2至图4，感测系统100包括制动垫磨损传感器102。磨损传感器102包括位于制动垫72内(内置于制动垫72)的传感器头104和远距传感器基本单元106。传感器头104通过电缆108连接至传感器基本单元106，电缆108被构建成能够承受制动系统50的高温环境。传感器头104与磨损垫72一起是一次性的。基本单元106和电缆108是可再用的。磨损传感器102可以以有线(实线)或无线(虚线)与主控制器110例如车身控制模块(bcm)通信。如图所示，与主控制器110的通信可以是直接通信，或者通过与主控制器通信的中间控制器112(以虚线示出)间接通信。这种中间控制器的示例是车辆远程无钥匙进入(rke)控制器、车辆被动无钥匙进入(pke)控制器和车辆轮胎压力监测系统(tpms)控制器。

传感器头104被设计成与制动垫一起磨损。这种传感器头的磨损可以通过可以内置于传感器基本单元106中的传感器控制器与制动垫磨损关联。在这种情况下，传感器基本单元106可以计算制动垫磨损并向主控制器110发送该信息，如上所述。可替选地，基本单元106可以向主控制器110(或中间控制器，无论哪种情况)发送经由传感器头104获得的制动垫磨损数据，并且该控制器可以基于磨损数据确定制动垫磨损。

传感器头104可以具有各种结构。例如，参照图5，传感器头104是电阻式传感器，其中头部形成电阻元件，在120处示意性地示出。当垫磨损时，元件120的电阻/阻抗改变。传感器基本单元106感测电阻/阻抗的这种变化，并且这是用于确定制动垫磨损的数据。参照图5，传感器头104是电容式传感器，其中头部形成电容器元件，在122处示意性地示出。当垫磨损时，元件122的电容改变。传感器基本单元106感测电容的这种变化，并且这是用于确定制动垫磨损的数据。在此应注意的是，电容式传感器头也可用于测量电感，该电感也将根据传感器磨损而变化，因此可用于确定制动垫磨损。

利用现有车辆rke、pke和tpm系统

在一个示例性配置中，制动垫磨损感测系统100可以利用以在车辆中的rke、tpm和pke系统中使用的相同频率操作的射频(rf)传输器。在该配置中，如图2至图6中的虚线所示，通信将是无线的，并且将在传感器基本单元106与中间控制器112之间进行通信，中间控制器112与主控制器110通信。在该示例性配置中，利用车辆中现有的rke/pke/tpm系统是简单且成本有效的，这是因为几乎每个车辆都具有这些系统中至少之一。因此，图7将这些中间控制器112示为rke控制器120、pke控制器122或tpm控制器124。图7中示出的三个中间控制器120、122、124一起示出为替代实现方式。换句话说，制动传感器系统100需要通过这三个中间控制器中的仅一个进行通信。

在图7所示的实现方式中，传感器头104经由基本单元106的询问产生的信号随制动垫磨损而变化。无论选择rke控制器120、pke控制器122或tpm控制器124中哪一个，磨损传感器102都通过rf通信向中间控制器112无线发送制动垫磨损数据。中间控制器112接收制动垫磨损数据并且可以对该数据进行处理以确定中间控制器112向主控制器110发送的制动垫磨损信息。可替选地，中间控制器112或磨损传感器102可以向自身可以处理数据的主控制器110传输制动垫磨损数据。

tpm系统实现

可以以各种方式实现tpm实现方式。例如，传感器基本单元106可以与基于车辆的tpm控制器124无线地通信，基于车辆的tpm控制器124还接收来自安装在轮胎中的各轮胎内置(tire-mounted)传感器的无线信号，如上所述并如图7所示。作为另一示例，参照图8，传感器头104有线连接至传感器基本单元106，传感器基本单元106可以与轮胎内置tpm压力传感器126无线地通信，tpm压力传感器126与tpm控制器124无线地通信，tpm控制器124与主控制器110通信。

在图8的示例性配置中，tpm传感器126和tpm控制器124通过低频(通常为125khz)进行通信。传感器基本单元106包括发送器，该发送器在125khz频率下向驻留在位于附近轮胎中的tpm传感器126内部的lf接收器发送制动磨损数据。tpm传感器126通常包括：在125khz附近操作的lf接收器；和在约315mhz至434mhz之间操作的rf发送器。tpm传感器126通过来自磨损传感器102的lf通信来接收制动垫信息，并且经由rf将制动垫信息发送到位于车辆内部的tpm控制器124。tpm控制器124可以向车辆主控制器108转发信息。

出于若干原因，使用lf通信的图8中所示的该示例性配置可能是有利的。首先，典型的lf电路相对便宜。此外，利用tpm传感器增加了车轮/轮胎位置识别特征。在一些tpm系统中，传感器位置由tpm系统识别。在这种情况下，基于tpm传感器id及其位置，该系统可以识别制动垫位置。可替选地，可以在初始安装时识别制动垫lf发送器位置，并且即使在已经具有tpm传感器自动定位方法的tpm系统的情况下，该系统也可以在不识别tpm传感器位置的应用中使用制动垫位置信息通过lf通信来识别tpm传感器位置或者增强tpm传感器位置信息。最后，通过lf通信，磨损传感器102可以例如通过固件更新来编程，并且还可以进行诊断评估。

rfid实现方式

参照图9，制动垫磨损系统100的rfid实现方式以类似于在车辆被动无钥匙进入(“pke”)系统中使用的方式实现rfid技术。与pke系统似，制动垫磨损系统100的rfid实现方式实现低频(lf)信道(例如，125khz)和射频(rf)信道(例如，315mhz或434mhz)。

在pke系统中，在车辆内部存在rf接收器以及靠近门把手的几个lf发射天线。一旦驾驶员在其口袋中的pke卡(fob)触及门把手，车辆内部的lf发送器将发送lf传输。驾驶员口袋里的pke卡具有lf接收器。pke卡lf接收器接收来自车辆的lf传输，并且pke卡进行响应使rf传输返回车辆。响应于此，pke系统解锁门。

制动垫磨损系统100的rfid实现方式可以与pke系统一起工作。pke控制器发出lf询问信号，该lf询问信号由rfid制动垫磨损传感器中的lf接收器接收。rfid制动垫磨损传感器通过向pke控制器发出包括制动垫磨损数据的rf传输返回来响应该lf询问信号。pke控制器将制动垫磨损数据转发给主控制器。另外，rfid制动垫传感器可以没有电池，并且pke控制器可以对rfid制动传感器进行充电/询问，然后从中读取信息。可替选地，在没有配备pke系统的车辆中，制动垫磨损系统100可以包括专用的基于车辆的rfid控制器。

参照图9，在rfid实现方式中，例如，在传感器基本单元106中，磨损传感器102配备有rfid电路130。rfid电路可以与车辆中的pke控制器140通信。rfid电路130可以具有经由天线线圈132进行发送和接收的rf发送器(rftx)电路和lf接收器(lfrx)电路。rfid电路130可以在pke系统中的卡所利用的相同原理下操作。rfid电路130可以只是一个简单的rfid电路，lfrx电路在125khz下操作并且rftx电路在315mhz或434mhz下操作，lfrx电路和rftx电路两者针对pke系统都是典型的。rfid电路130可以是经由pke控制器140供电的无源装置，或者rfid电路130可以包括电池以增加操作范围。电池供电的rfid电路130可以例如在pke天线142和rfid电路天线132之间存在大的距离的情况下是有益的。

在操作中，pke控制器140可以经由pke天线142发出lf询问信号。rfid电路经由rfid天线线圈132接收lf询问信号，这使得rfid电路发送包括从传感器头104获得的制动垫磨损数据的rf信号。该rf发送经由rfid天线132发射。pke控制器140经由pke天线142接收rf信号，并且pke控制器140自身处理制动垫磨损数据或者将数据转发到主控制器110以进行处理。

一些车辆包括tpm系统，tpm系统包括tpm启动器144，tpm启动器144包括位于每个轮舱中的lf线圈。这些tpm启动器144用于发出启动自动定位器特征的lf信号，其中tpm传感器与车辆上的车轮位置关联。在配备有该特征的车辆上，轮舱中安装的lf发送器也可以用于启动rfid制动垫磨损传感器102的询问。这样的优点在于它避免了将天线142定位用于与prid天线132进行lf通信的需要。一旦被tpm启动器144询问，rfid电路130就可以经由rftx用制动垫磨损数据响应pke控制器140。

作为另一替代方案，如图9所示，近场通信(nfc)使能装置160可以与rfid制动垫磨损传感器通信。大多数手机和一些类似装置(如平板电脑)都具有嵌入式nfc能力。在这种情况下，车辆管理系统可以例如通过蓝牙或其他装置周期性地提醒用户，以检查制动垫的寿命。rfid制动垫磨损传感器可以设置为包括nfc电路。用户可以将nfc使能装置160的天线162放置在rfid、nfc配备的制动垫传感器附近。可以通过nfc通信向蜂窝电话报告制动垫信息，然后将信息转发给车辆。

本领域技术人员将理解，车辆可能未配备pke系统。在这种情况下，如图9所示，控制器140和天线142可以是专用rfid控制器的那些，其在与上面关于pke系统讨论的相同原理下操作，但是专用于本文所述的制动垫磨损感测功能。该实现方式可以是有利的，因为该实现方式可以考虑天线142的放置以优化与rfid电路130的通信。另外地和/或可替选地，该实现方式也可以利用tpm启动器144(如果可用的话)。

如图9所示，rfid控制器140可以与主控制器110通信并向主控制器110提供制动垫磨损数据。另外，专用rfid控制器140可以允许对从传感器102接收到的制动垫磨损数据进行机载处理。代替将原始数据发送到主控制器110进行处理以确定制动垫磨损信息，专用rfid控制器140可以执行该处理并将制动垫磨损信息提供至主控制器。

另外地，rfid电路实现方式允许经由诊断工具150进行诊断测试、数据获取和固件更新，诊断工具150经由lf天线152与rfid电路130通信。这些诊断工具可以是技术人员进行测试、排除故障和更新tpm系统传感器所使用的同一工具。

从以上对本发明的描述中，本领域技术人员将认识到改进、变化和修改。本领域技术范围内的这些改进、变化和修改旨在由所附权利要求覆盖。