一种制动器温度监测系统的制作方法

本公开涉及一种制动器温度监测系统，并且更具体地，涉及一种制动机构的制动器流体温度监测系统。

可包括车辆制动系统、马达齿轮单元(即卡钳上的马达)和马达驱动单元(即，机电制动器)的传统的液压制动机构可利用由操作者和/或控制器致动的基于液压流体的系统。在车辆制动系统的示例中，操作者可以压下通常致动主缸的制动踏板。依次地，主缸对在与每个车轮相邻的制动器处路由至相应致动器的一系列液压流体管线中的液压流体加压。

当为特定的应用设计液压制动机构时，必须在实验室环境中累积繁琐的经验数据以确保机构在各种条件下不会通过重复的制动循环而过热。例如，当致动时卡钳和制动衬块之间产生的摩擦可以加热卡钳、制动衬块和周围的部件。依次地，加热的部件可能导致不希望的液压流体的升高的温度和/或沸腾。

期望在制动机构的设计阶段期间减少经验数据的收集，以优化制动机构的坚固性和耐久性，降低设计的复杂度和/或减少传感器和电线，并产生能够在正常运行时预测温度升高的情况的更智能的制动机构。

技术实现要素：

根据本公开的一个非限制性实施例的制动器温度监测系统被配置成监测车辆的制动机构的转子和液压流体中的至少一个。该系统包括控制器、车辆传感器、环境温度传感器和模型。控制器包括处理器和电子存储介质。车速传感器被配置为向处理器输出速度信号。环境温度传感器被配置为向处理器输出环境温度信号。该模型被预编程进电子存储介质中，并且适于基于由环境温度传感器测量的环境温度和传导传热因数与对流传热因数之间预先建立的关系来估计转子和液压流体中至少一个的温度。对流传热因数是由车速传感器测得的车速的函数。

除了前述实施例之外，对流传热因数是车速的线性函数。

作为其替代或附加地，在前述实施例中，线性函数的斜率近似为与制动转子冷却比车速的斜率基本相同。

作为其替代或附加地，在前述实施例中，模型包括从转子通过制动机构的卡钳传递到液压流体的传导传热，并且还包括从卡钳到环境空气的对流传热。

作为其替代或附加地，在前述实施例中，制动器温度监测系统包括警报装置，该警告装置被配置成如果估计的液压流体温度超过预编程到电子存储介质中的阈值温度则启动。

作为其替代或附加地，在前述实施例中，制动器温度监测系统包括被配置为显示估计的液压流体温度的驾驶员信息中心(dic)显示器。

作为其替代或附加地，在前述实施例中，估计的液压流体温度连续地在dic显示器上显示。

作为其替代或附加地，在前述实施例中，训练模型以建立传导传热因数和对流传热因数之间的关系。

根据另一非限制性实施例的车辆包括车速传感器、环境温度传感器、制动机构、控制器和模型。车速传感器被配置为输出速度信号。环境温度传感器被配置为输出环境温度信号。制动机构包括转子、卡钳和液压流体。控制器包括处理器和电子存储介质。处理器被配置为接收和处理速度和环境温度信号。该模型被预编程到电子存储介质中，并且适于基于由环境温度传感器测量的环境温度和传导传热因数与对流传热因数之间预先建立的关系来估计转子和液压流体中至少一个的温度。对流传热因数是由车速传感器测得的车速的函数。

除了前述实施例之外，车辆还包括与控制器通信并且被配置为如果估计的液压流体温度超过预编程到电子存储介质中的阈值温度则启动的警告装置。

作为其替代或附加地，在前述实施例中，车辆包括与控制器通信并且被配置为显示所估计的液压流体温度的驾驶员信息中心(dic)显示器。

作为其替代或附加地，在前述实施例中，所估计的液压流体温度连续地在dic显示器上显示。

作为其替代或附加地，在前述实施例中，车辆是性能车辆。

作为其替代或附加地，在前述实施例中，车辆是自主车辆，并且控制器被配置成如果所估计的液压流体温度大于预编程的阈值温度则降低车速。

根据另一非限制性实施例的计算机程序产品估计制动机构的液压流体温度。该计算机程序产品包括预编程模型，其被配置为基于环境温度和传导传热因数与对流传热因数之间预先建立的关系来估计液压流体的温度。对流传热因数是气流速度的函数。

结合附图，根据下面的详细描述，本公开的以上特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。

附图说明

其他特征、优点和细节仅通过示例的方式出现，在以下对实施例的详细描述中进行描述，详细描述参考附图，其中：

图1是根据本公开的利用制动器温度监测系统作为一个非限制性示例的车辆的示意图；

图2是车辆的液压制动系统的示意图；

图3是液压制动系统的制动机构的示意图；

图4是示出了训练制动器温度监测系统的模型的方法的第一阶段的流程图；

图5是示出训练模型的方法的第二阶段的流程图；

图6是示出验证模型的方法的流程图；和

图7是示出操作制动器温度监测系统的方法的流程图。

具体实施方式

以下描述本质上仅仅是示例性的，并不意图限制本公开、其应用或用途。应该理解的是，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。如本文所使用的，术语模块和控制器是指可以包括专用集成电路(asic)、电子电路、处理器(共享的、专用的或组)的处理线路和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或其他提供所述功能的合适组件。

参考图1中，车辆20的非限制性示例性实施例被示为制动机构34应用的一个非限制性示例。车辆20可以包括传动系统22(即，发动机、变速器和差速器)、多个旋转轮24(即所示的四个)和液压制动系统26，液压制动系统26可以至少部分地是线控制动(bbw)系统。传动系统22适于驱动至少一个车轮24，从而在表面(例如道路)上推进车辆20。液压制动系统26配置成通常减慢车辆20的速度和/或停止车辆20的运动，并且可以包括用于每个相应车轮24的制动组件28、制动踏板装置30和控制器32。车辆20可以是赛车，和/或可以是汽车、卡车、厢式货车、运动型多用途车或任何其他适用于运输货物的自推式或拖式运输工具。

参考图2，继续参考图1，液压制动系统26的每个制动组件28可以包括配置成操作制动机构的制动机构34和致动器36。在一个示例中，制动机构34可以包括卡钳34a，相对的制动衬块34b和旋转的制动盘34c。尽管图示为盘式制动器，但制动机构34可以是包括鼓式制动器等的任何类型的制动器。作为非限制性示例，致动器36可以是能够基于可以从控制器32接收的电输入信号致动制动机构34的电力液压制动致动器(ehba)或其他致动器。更具体而言，致动器36可以是或可以包括能够作用于所接收的电信号的任何类型的马达，并且因此将能量转换成控制制动机构34的移动的运动。因此，致动器36可以是配置成产生电动液压的直流马达，电动液压传递至，例如，制动机构34的卡钳。

在一个示例中，制动组件28还可以包括至少一个液压管线42和液压流体储存器44。液压管线42提供致动器36与卡钳34a之间的流体连通。致动器36可配置成增加液压管线42中的压力以致动制动机构34，从而使车辆20减速。流体储存器44将液压流体45添加到液压管线42以保持液压。液压流体组成的控制可以通过大致布置在液压流体管线42和储存器44之间并且连通在液压流体管线42和储存器44之间的压力控制装置46来实现。取决于操作条件，压力控制装置46可配置成在任一方向上流动。进一步设想和理解的是，制动组件28可以是闭环压力系统，可以包括多个致动器36，并且可以包括本领域技术人员已知的多个多种配置的液压管线42。

液压制动系统26可以进一步包括可以与控制器32通信的多个传感器48、50、52、54、56、58、59。传感器48可以是致动器36的一部分并且可以感测致动器的位置。传感器50可以是致动器36的一部分并且可以感测致动器施加速率或速度。传感器52可以是制动率传感器，并且可以定位在车辆20上的任何和各种位置，并且如本领域技术人员已知的，可以测量车辆减速度。

传感器54可以是环境温度传感器(即环境空气)，其被配置为将环境温度信号(参见箭头60)通过通路62发送到控制器32。在一个实施例中，温度传感器54可以是位于车辆20上的任何位置以测量外部空气温度的单个传感器。在另一个实施例中，温度传感器54实际上可以是靠近每个相应的制动机构34安装的多个传感器(例如，四个传感器)。

传感器56通常可以安装到液压管线42并且可以测量液压流体的压力。传感器58可以是位移传感器。位移传感器58的一个示例可以是用于测量离开和进入流体储存器44的液压流体45的体积的容积传感器。容积传感器58可以进一步经通路66将指示流体体积或体积流速的电信号(参见箭头64)输出到控制器32。传感器59可以是车速或速度传感器，其被配置为通过通路63向控制器32发送速度信号(参见箭头61)。在替代示例中，速度传感器59可以测量流过制动机构34和/或车辆20的环境空气的相对速度。液压制动系统26的其他传感器可以是制动踏板装置30的一部分并且可以包括可以沿其冲程路径测量制动踏板70的位置的位置传感器68，并且还可以包括速度或冲程速率传感器72，其可以测量操作者压下制动踏板70的速率。

控制器32可以包括可以是计算机可读和可写的基于计算机的处理器32a(例如，微处理器)和电子存储介质32b。在操作中，控制器32可从制动踏板装置30的制动踏板位置和冲程速率传感器68、72经指示操作员制动意图的通路(参见箭头38)接收一个或多个电子信号。依次地，控制器32可以处理这样的信号，并且至少部分地基于这些信号，通过通路(参见箭头40)向制动致动器36输出电命令信号。通路38、40、62、63、66可以是有线通路、无线通路或两者的组合。控制器32的非限制性示例可以包括执行算术和逻辑运算的算术逻辑单元；电子控制单元，其提取、解码并执行来自存储器的指令；以及利用多个并行计算元件的阵列单元。控制器32的其他示例可以包括发动机控制模块和专用集成电路。进一步设想和理解，控制器32可以包括冗余控制器，和/或可以包括其他冗余的系统，以提高液压制动系统26的可靠性。

如图3所示，制动温度监测系统74通常提供基于物理学的模型来预测液压流体45的温度和相对于液压制动机构34的其他制动部件的温度。更具体地说，制动温度监测系统74是基于物理的(即，通常不是基于经验的)并且被配置为导出确定的传热系数以建立应用算法的制动温度监测系统74的模型76。通常，模型76基本上通过传导(参见箭头78)考虑从制动转子34c，通过制动衬块34b，通过卡钳34a(即卡钳活塞)进入液压流体45的传热。此外，模型76通过对流(参见箭头80)考虑从卡钳34a和/或通常包含液压流体45的其他部件到环境空气82的热传递。术语“基于物理的模型”意味着该模型具有真实的物理意义，因为该模型可以从传导和对流传热中导出。

模型76可以被存储在控制器32的电子存储介质32b中，可以是基于软件的，并且被应用来预测制动机构34的液压流体温度和其他部件温度。该模型可以是可训练的并且将车速作为一个因数(即，是车速的函数)。

通常，制动温度监测系统74可以包括制动机构34、液压流体45、液压管线42、控制器32和模型76。模型76通常可以应用以下等式：

k(tr–tc)＝h(tc–ta)(1)

γ＝h/k＝(tr–tc)/(tc–ta)(2)

δtc＝δt·[k(tr,t–tc,t)–h(v)·(tc,t–ta,t)]/(mc·cp)(3a)

δtf＝δt·[k(tr,t–tf,t)–h(v)·(tf,t–ta,t)]/(mc·cp)(3b)

tc,t+1＝tc,t+δtc(4a)

tf,t+1＝tf,t+δtf(4b)

当系统达到平衡时应用等式(1)。其中“h”是速度的函数。然而，对于平衡测试，“h”将表示为与在平衡测试期间应用以开发该模型的单个平均速度相关的恒定值。也就是说，这用于在“h/k”比率(gamma)下开发初始“判断”。“h”和速度的关系通过测试、建模或者通过与转子冷却和速度(一种容易测量的关系)类似估计来确定。其中“tr”是热稳定的制动转子温度(即tr，t＝时间t时的温度)。“tf”是热稳定的制动流体或卡钳部件的温度(即，tf，t＝时间t时的温度)。“ta”是可由环境温度传感器54测量的周围环境空间的温度(即，ta，t＝时间t时的温度)。“k”是传导传热因数，其中：

k＝ka/s(5)

其中“k”是传热系数，“a”是部件的工作区域，“s”是部件的材料厚度。“h(v)”是对流传热因数：

h(v)＝ha(6)

其中“h”是对流传热系数并且“a”是工作区域，并且v是例如可以由速度传感器59测量的车辆20的速度。“m”是例如卡钳34a的净工作质量。“cp”是卡钳34a的净比热容。

在图4中，示出了训练制动温度监测系统74的方法的第一阶段。也就是说，第一阶段是为“γ”(参见等式2)建立经验模型的初始尝试，γ是车速“v”的函数。在框100处，在一个示例中，处于实验室内环境的技术人员可以运行平衡测试或模拟，以将制动转子34c和制动流体45稳定到伪平衡状态。在框102处，可以从等式(1)和(2)导出“h(v平均)”和“k”之间的关系，其中“v平均”是平衡测试期间的平均速度。通常，在第一训练步骤中使用等式(1)和(2)。在第二步中，允许“h”随速度变化。

如图5所示，并且在完成训练制动温度监测系统74的方法的第一阶段之后，可以实施模型训练的第二阶段。第二阶段的训练可以从框200开始，其包括在混合制动时间表(即，不同的制动速度、减速和施用制动之间的间隔)期间记录制动转子和流体的温度。对于该步骤，当通过市场销售时，技术人员可以利用策略性放置的转子和流体温度传感器，该转子和流体温度传感器可以不是车辆20和/或制动机构34的一部分。

在框202处，使用初始条件以及等式(3)和(4)将模型76拟合为数据。也就是说，“h(v)”是“h”和车速“v”的线性函数，其中车速可以由速度传感器59测量。该线性关系的斜率近似为与制动转子冷却和车速所遵照(即，单位为1/秒)相同。在框204处，使模型76与第二阶段训练数据之间的平方和误差最小化的“h(v)”线的y轴截距求解。

在图6中，示出了实验室测试或模型开发的第三阶段，其中在阶段二中建立的模型76在阶段三中被验证。在框300处，可以在各种混合制动时间表期间使用实验室温度传感器来记录制动转子温度和流体温度。在框302处，可以使用来自框300的最新数据集来确认模型的精确度，同时不对第二阶段中建立的模型系数“k”和“h”进行附加改变。在框304处，如果模型精确度不够，则实验室过程返回到阶段二，并且调整训练数据或模型系数以改善性能。在此步骤，因为工作质量“mc”是近似值，工作质量可以进一步合理调整。

在图7中，总体示出了应用模型76从而估计液压流体温度(即，没有局部流体温度传感器)的方法。在框400处，流体“tf”的温度和转子“tr”的温度在时间等于零(t＝0)时初始化。也就是说，温度在升调时初始化。可以将“tf”和“tr”初始设置为默认值(例如，大约二十(20)摄氏度)，和/或系统可以在接通/切断时存储和利用最新的计算值。操作过程中使用的相同的转子冷却模型可用于确定升调时转子的温度。通过存储上次计算的温度值，测量切断时间，以及在零速度下对转子的热损失进行建模，可以确定升调时的新温度。在框402处，可以使用本领域技术人员已知的现有技术模型来计算时间“t”处的转子34c的温度。通常使用传导传热原理而非对流原理来计算这种转子温度的特定计算。因此，车速“v”可以不是函数。相关的等式是：

tr(t)＝tr(t)+δtr＝tr(t+δt)(7)

在框404处，经由速度传感器59确定车速“v”，经由环境温度传感器54确定环境温度，然后应用模型76来计算卡钳34a的液压流体温度(参见等式3b)和/或其他部件(参见等式3a)。“k”和“h(v)”的值由前面描述的模型训练过程确定，而“mc”和“cp”的值从卡钳设计和材料属性导出。在框406处，并且在求解液压流体45的温度“tf”的制动器温度监测系统74的示例中，系统可以转向多种路线和/或多个实施例/选项。

例如，在框408处，可以将估计的液压流体温度“tf”与为保护或保存制动机构34而建立的预建立或预编程的温度阈值“t阈值”进行比较。如果：

tf>t阈值(8)

那么在框410处，系统可以向例如车辆20的操作者，经由警报装置79(参见图1)初始化警告(例如，驾驶员信息中心(dic)警告)，警报装置79可以是可听见的并且/或可视的。

从框406和在框412处，制动温度监测系统74的实施例可应用于赛道模式(即性能车辆)。在这种模式或应用中，计算出的流体温度“tf”可以连续地显示在用于四个制动机构34中的每一个的驾驶员信息中心(dic)显示器81(参见图1)上。

从框406和在框414处，如果方程(8)满足于自主车辆20的应用，则在框416处，自主车辆20可以通过降低速度来作出反应。

从框406和在框418处，如果：

tf>t沸腾(9)

并且车速“v”通常为零，则在框420处，系统74可以施用或引起施用制动器以升高液压流体45的压力并且直到：

tf<t沸腾(10)

从框406和在框422处，系统74可循环回框402以在下一时间间隔“δt”处开始循环。

本公开可以是系统、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括其上具有计算机可读程序指令，用于使处理器执行制动器温度监测系统74的各方面的计算机可读存储介质(或多个介质)。

计算机可读存储介质可以是可以保留和存储供指令执行装置使用的指令的有形装置。计算机可读存储介质可以是例如但不限于电子存储装置、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或前述的任何适当的组合。计算机可读存储介质的更具体的示例的非穷尽列表包括以下：便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦除可编程只读存储器(eprom或闪存)、静态随机存取存储器(sram)、便携式光盘只读存储器(cd-rom)、数字通用光盘(dvd)、记忆棒以及前述任何适当的组合。这里使用的计算机可读存储介质不应被解释为诸如无线电波或其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输介质传播的电磁波(例如，穿过光纤电缆的光脉冲)或通过导线传输的电信号等的暂时信号本身。

这里描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到相应的计算/处理设备，或者经由网络，例如因特网、局域网、广域网和/或无线网络，下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光传输光纤、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网间连接计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或网络接口从网络接收计算机可读程序指令并且转发计算机可读程序指令以存储在相应的计算/处理设备内的计算机可读存储介质中。

用于执行制动器温度监测系统74的操作的计算机可读程序指令可以是汇编指令、指令集架构(isa)指令、机器指令、机器相关指令、微码、固件指令、状态设置数据，或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，包括诸如smalltalk，c++之类的面向对象的编程语言以及诸如“c”编程语言或类似的编程语言的常规处理编程语言。计算机可读程序指令可以完全在用户的计算机上、部分在用户的计算机上、作为独立的软件包、部分在用户的计算机上且部分在远程计算机上或完全在远程计算机或服务器上执行。在后一种情况下，远程计算机可以通过任何类型的网络连接到用户的计算机，包括局域网(lan)或广域网(wan)，或者可以连接到外部计算机(例如，使用互联网服务提供商通过互联网)。在一些实施例中，包括例如可编程逻辑电路，现场可编程门阵列(fpga)或可编程逻辑阵列(pla)的电子电路可以通过利用计算机可读程序指令的状态信息来执行计算机可读程序指令以个性化电子电路，以便执行本公开的各方面。

这里参考根据本公开的实施例的方法、装置(系统)和计算机程序产品的流程图和/或框图来描述本公开的各方面。应该理解，流程图和/或框图中的每个框以及流程图和/或框图中的框的组合可以通过计算机可读程序指令来实现。

这些计算机可读程序指令可以被提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器以产生机器，使得经由计算机和其他可编程数据处理装置的处理器执行的指令创建用于实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的方法。这些计算机可读程序指令还可以存储在计算机可读存储介质中，可以指导计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定的方式运行，使得其中存储有指令的计算机可读存储介质包括制品，所述制品包括实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作的各方面的指令。

计算机可读程序指令还可以被加载到计算机、其他可编程数据处理装置或其他设备上，以使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行一系列操作步骤以生成计算机实现的处理，使得在计算机、其他可编程装置或其他设备上执行的指令实现在流程图和/或框图的一个或多个框中指定的功能/动作。

附图中的流程图和框图示出了根据本公开的各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的架构、功能和操作。就这一点而言，流程图或框图中的每个框可以表示指令的模块、段或部分，其包括用于实现指定的逻辑功能的一个或多个可执行指令。在一些替代实施例中，框中提到的功能可以不按照附图中标注的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能，连续示出的两个框实际上可以基本上同时执行，或者框有时可以以相反的顺序执行。还值得注意的是，框图和/或流程图的每个框以及框图和/或流程图中的框的组合可以由基于硬件的专用系统来实现，该基于硬件的专用系统执行指定功能或动作，或执行专用硬件和计算机指令的组合。

虽然上述公开已经参照示例性实施例进行了描述，但是本领域技术人员将会理解，可以做出各种改变并且可以用等同物替代其元件，而不脱离其范围。另外，可以做出许多修改以使特定情况或材料适应本公开的教导，而不脱离其基本范围。因此，意图是本公开不限于所公开的特定实施例，而是将包括落入其范围内的所有实施例。