用于检测车辆的制动构件的磨损和温度的单元的制作方法

用于检测车辆的制动构件的磨损和温度的单元
1.相关申请的交叉引用
2.本专利申请要求于2019年4月5日提交的意大利专利申请号102019000005202的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
3.本发明涉及一种用于检测制动构件(例如制动片、或鼓式制动器的制动蹄、或者车辆的另一摩擦制动设备)的磨损和温度的单元，以下讨论将对此明确参考而不影响其通用性。
4.为了控制机动车辆的运行条件，需要尽可能持续地掌握制动设备的磨损及其工作温度。针对工作温度而言，必须不仅持续测量还要非常精确，因为即使检测到的温度和实际温度之间仅仅几度的差值对于车辆的不同运行条件的最佳控制也是不可接受的。


背景技术：

5.目前，一些众所周知的传感器组件可以实现同时检测制动设备的磨损和温度。专利ep0545063a1描述了这些传感器组件中的一种。所描述的传感器组件使用包括一系列热敏电阻的电气电路，这一系列热敏电阻跨设于所有热敏电阻共用的两个分支上。热敏电阻在制动设备磨损期间逐渐消除，导致参考电阻器以及因此采集设备的端子处的电压变化u。
6.传感器组件基于对上述信号u的评估，特别是在静止车辆的制动组件与环境处于热平衡状态下对相应梯度λu/λt和/或两个稳态之间的差值的评估。电压u的检测取决于等效电导，这意味着其中热敏电阻中的一个被击穿或发生故障将导致整个传感器组件故障，从而错误地评估梯度或两个稳态之间的差值。
7.除此之外，各个热敏电阻的温度特性是其与移动制动构件(例如盘式制动系统的制动盘)的相对位置的体现。
8.因此，上述传感器组件存在不足够可靠且尤其不足够精准的缺陷。
9.除此之外，上述已知的组件特别大，因此难以在任何制动设备上使用，特别是难以在机动车的制动片上使用。


技术实现要素：

10.本发明的目的是为了提供一种用于检测车辆的制动构件的磨损和温度的单元，该单元极其高效和可靠、非常精确、并且在实践中不受使用条件的影响。
11.本发明的另一个目的是为了提供一种极其紧凑的检测单元，无论车辆的类型和其所结合的制动构件的类型和尺寸如何，该检测单元都可以使用。
12.根据本发明，如权利要求1所述，提供了一种用于检测车辆的制动构件的磨损和温度的单元。
附图说明
13.现在将参考所附附图描述本发明，附图示出了本发明的非限制性实施例，其中：
14.图1以平面和方框的形式示出了车辆，该车辆具有受监控的制动系统并且配备的多个制动构件的磨损和温度检测单元，均根据本发明的原则制造；
15.图2以大幅放大比例的平面图形式示出了图1中的检测单元；
16.图3是沿图2中的箭头a方向的视图；
17.图4以大幅放大比例的平面图形式示出了图2中的检测单元的两个相反端部，为了清晰起见部分移除；以及
18.图5示出了图4中细节的变型。
具体实施方式
19.在图1中，附图标记1总体上指示车辆，该车辆包括多个车轮2以及本身已知为用于每个车轮2的相关制动组件3。
20.参考图2和图3，每个制动组件3包括一个制动盘4和至少一个制动片5，制动片5具有用于抵靠制动盘4的平坦的摩擦表面6。
21.每个制动组件3结合到其各自的用于检测相应的制动片5的磨损和工作温度的单元7。
22.参照图2至4，每个单元7包括传感组件8、电连接器9以及电线11，电连接器9被设计为能够将相应的单元7连接到用于使车辆1转向的电气单元10，电线11用于将相应的传感组件8连接到电连接器9。
23.参照图2，传感组件8包括优选但不必为圆柱形的附接主体12，附接主体12具有其自身的轴线13并且例如通过胶粘或使用保持元件被插入并锁定在制动片5的隔室14中，从而使其轴线13正交于相应的摩擦表面6以及位于相应的摩擦表面6或在其后面的其前表面15延伸。
24.便利地，附接主体12由能够耐受制动片的工作温度的绝缘树脂制成，该绝缘树脂便利但不必是vincolite制成。
25.再次参照图2和4，每个附接主体12中嵌设有柔性胶带19的端子部段18，柔性胶带19具有相对端子部段20和中间部段21，相对端子部段20延伸至连接器9的内部，中间部段21延伸于附接主体12和连接器9本身之间。
26.便利地，胶带19由单件构成并且由聚酰亚胺(例如杜邦公司销售的kapton)制成。
27.成排23的电气检测电路24彼此独立地布置在胶带19的端子部段18上。电气电路24沿轴线13级联布置并从前表面15开始，并且通过在胶带19的外表面上沉积导电材料制成。
28.参考图4，电气电路24具有相应的第一端子25和彼此电分离的第二端子27，第一端子全部电连接到容纳在平行于轴线13的附接主体12中的导电轨道26。
29.轨道26依次通过电线11的电气线路29与带有电压v1的电极电连接，而第二端子27通过相应的线路31与等于或不同于电压v1的其他电压的电极v2连接。
30.端子25和27由电子单元28或cpu(例如微处理器)管理，其中分别电连接到上述带有电压v1和v2的电极的线路29和31合并。
31.如下文更好地描述的，电子单元28被配置为发出指示制动片5的磨损和瞬时温度
的数字输出信号s。
32.轨道26、线路29和31以及电路24的至少一部分通过在胶带19的外表面上沉积导电材料制成。
33.再次参考图4，每个电路24具有与轴线13正交并因此平行于表面6和15的部段33，部段33包括用于检测片5的温度的温度检测器35和用于检测片5自身的磨损的磨损检测器36。在每个电路24中，温度检测器35和磨损检测器36彼此串联并且其中温度检测器35布置在轨道26附近。
34.每个温度检测器35包括rtd，且优选为铂rtd。便利但不必须地，每个rtd由pt100探头或同等装置限定。温度检测器35是相同的。
35.每个磨损检测器36是可以随着片5的逐渐消耗而被剪切的检测器。
36.参考图4，每个磨损检测器36由相应电路24的倒v形部分限定。每个v形部分具有一个尖端，该尖端在磨损方向上延伸至其前面的电路24附近。两个尖端之间的距离决定磨损检测间隔。v形部分在尺寸和几何形状方面是相等的。
37.在图5所示的变型中，成排23的电路24包括两个电路24之间的附加电路40，其端子一个连接到轨道26，另一个连接到与电子单元28合并的相应的线路31。每个附加电路40与其他电路24的不同之处仅在于其不具有温度检测器35。
38.根据附加变型，附加检测电路布置在两个连续的电路24之间，该附加电路与其他电路的不同之处在于其缺少v形部分。
39.再次参考图2和图4，电子单元28被容纳在连接器9中并且具有两个端子46和47(或者电极)，以及用于信号s的一个输出端子49。
40.根据一种变型，不存在输出端子49，并且输出信号不在两个端子46或47中的一个上调制。
41.电子单元28具有与每个线路31的电连接，并且被配置和设置为与电路24、40交互并在片5的磨损期间发射输出信号s，如上所述，该输出信号s取决于片5本身的磨损和工作温度。
42.就磨损指示而言，其将由微处理器通过在电路24、40中断时检测电路24、40的端子处的电连续性来解释。
43.现在将描述单元7的操作，为了简单解释，仅考虑两个电路24(例如图4中表面15附近的两个电路24a和24b)，并且从电子单元28检测电路24a的线路29和对应线路31之间的电压差的情况开始。
44.从这一情况开始，微处理器将首先在启动期间执行自诊断。这一步骤将检测电路24、40的完整性。由于制动盘4
‑
片5触点施加的制动作用，制动片5开始磨损，并根据制动压力的强度和制动时间按比例加热。在每次制动作用下，取决于制动作用的持续时间和强度，片5的温度变化导致电路24a的温度检测器35中的电阻相应变化。温度变化产生通过温度检测器35(即rtd)的电流变化，该变化由电子单元28接收和处理，响应于该变化，电子单元28取决于检测到的温度向车辆1的转向单元10发出信号s。优选地，输出信号s是脉宽调制(pwm)信号，其占空比提供温度指示，而pwm数据包之间的间隔将指示温度和磨损检测器电路中的哪一个正在使用或中断。
45.当片5的磨损超过磨损极限值d1(图4)时，部分36的尖端被盘4拦截并逐渐移除。当
尖端完全移除时，电路24a被中断，并且由此通过电路24a本身的电流的通过也被中断。在这一情况下，电子单元28检测被中断的电路24a的线路29和线路31之间的空载电压，并产生取决于片5的逐渐磨损的输出信号。在这一情况下，相同电路24a的温度检测器35也被隔离。电子单元28在检测到电气电路24a中断时，离开电路24a并重新配置自身，以便取决于片5的工作温度考虑电路24b的一条线路29与另一线路31之间的电压差。
46.这种情况一直存在，直到制动片5达到第二磨损极限值d2，并且制动盘4还通过移除部分35的尖端来中断电路24b，从而有效地消除电路24b的一条线路29和另一线路31之间的电流通道。
47.上述操作按相同顺序再次开始并继续，直到最后的电路24被制动盘4中断，并且信号s将被解释为需要更换片5。
48.如图5所示，当不带温度检测器35的电路40置于电气电路24a和24b之间时，电子单元28被编程和配置为使用来自电路24a的磨损和温度信息，并且在同一电路24a中断后，它同时解释来自一个电路24b和附加电路40(即通过一条线路29和两条相应的线路31)的信号。
49.这样，电子单元28首先解释来自电路24b的温度信息，并且首先解释来自附加电路40的磨损信息。当附加电路40也被中断时，电子单元28更新来自电路24b的磨损信息，同时保持温度信息。
50.在自诊断步骤中，假设一个或多个温度检测器35之前已经磨损，则电子单元28将通过从最靠近盘的第一个温度检测器35获取温度来排除这种温度检测器35。
51.在稳定状态下，当温度检测器35由于逐渐磨损而被隔离时，产生的读数将提供刻度范围顶端的值。
52.如果在电子单元28的一定数量的时钟周期内，上述值保持在刻度范围顶端，电子单元28则将其解释为中断的温度检测器，并且同一电子单元28会将其从温度检测中排除，从而考虑最后一致的数据是有效的并继续检查之后的温度检测器35。
53.由此生产的单元7具有比具有同等电路24的方案更低的制造成本和无论如何在大多数应用中都足够精确的温度检测。
54.从以上可以清楚地了解，磨损和温度检测单元7一方面实现起来简单且经济，另一方面极其高效和可靠。
55.以上的原因是，单元7由多个电气电路组成，这些电路在图4所示的方案的情况下彼此相同并且在图5的情况下不同，但始终相互独立并级联布置。
56.除此之外，在图4所示的方案的情况下，无论片5的磨损程度如何，单元28都会验证来自单个电路24的磨损和温度信息，并且只有在检测到正在使用的电路24本身已中断时，才会自动切换到下一个正在使用的电路24。这种操作模式确保在片5逐渐磨损期间，电气电路24不会影响或干扰其他电气电路24。由此产生的方案使得获得偏离实际操作值几度(通常为3
°‑5°
)的检测温度值成为可能。
57.各种电气电路24、40的级联布置使得限制单元7的尺寸成为可能，因此，单元7可以被应用在任何制动设备上并且可以被应用在制动设备的任何位置上。
58.使用一般而言以聚酰亚胺(例如尤其是kapton)制成的柔性带作为所有电气电路24、40的支撑基底，一方面使得保证附接主体12和连接器9之间延伸的电线的灵活性成为可
能，另一方面使得使用与传统磨损检测器整体尺寸相同的附接主体、从而消除了修改当前制动构件的需求成为可能。
59.单元7的整体尺寸还受到以下情况的限制：电子单元28容纳在用于连接到车辆1的电线的同一连接器9中。
60.使用铂rtd(例如pt100)使得在特别高的温度范围内并且高达850
°
量级的温度下运行、具有实际上线性的特性曲线、和以优异的精度运行成为可能。除此之外，上述热敏电阻具有优异且一致的稳定性。
61.从以上可以清楚地了解，上述热电元件可以由其他热敏电阻或电阻膏沉积物代替，甚至可以由二极管代替，从而利用二极管在其运行特性中的热依赖性。