用于监控行车制动器状态的方法和设备以及制动器和制动系统与流程

本发明涉及用于监控制动器状态的方法和设备、用于运行制动器的方法和设备以及相应的制动系统以及制动器和制动系统。

背景技术：

气动操纵的盘式制动器通常在制动衬片上具有磨损，这种磨损可以通过不同设计的制动衬片磨损传感器来感测。由设计导致，可能在操纵制动器之后制动衬片从制动盘过小地复位，从而产生过小的制动间隙或没有制动间隙。

de102006002307a1公开了一种用于在具有电动致动器的盘式制动器的情况下显示至少一个制动衬片的磨损的方法。

同类型的de102013012104a1描述了一种用于确定车辆制动器的制动间隙的方法和具有用于确定制动间隙的设备的车辆制动器。车辆制动器具有制动施加装置、磨损调节装置、用于检测制动施加装置的操纵行程的传感器装置以及车辆控制系统。相应的方法包括以下方法步骤：在制动过程期间在先前可定义的时间窗口内拾取由传感器装置提供的操纵行程的测量信号，并将测量信号存储为在制动过程期间的操纵行程/时间的数据对；利用适当的算法形成测量信号在时间窗内的时间导数，以确定在最大值时的时间点；并且基于以此方式确定的时间点来确定制动间隙，并且将以此方式确定的制动间隙的值传递给车辆控制系统。为了执行该方法，车辆制动器配备有用于确定制动间隙的设备。

由于不断增加的对降低成本的需求，其中同时不仅应当维持而且应当提高质量和益处并且还应当降低维护成本，因此对于改进的用于确定车辆制动器的制动间隙和制动衬片磨损的方法存在相应的需求。由于不同的干扰影响，制动间隙可能随运行时间改变。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种改进的用于监控车辆制动器的状态、例如制动间隙的方法。还提供一种用于运行车辆制动器的方法和一种用于执行该方法的相应设备。另一个目的是提供一种改进的车辆制动器。

所述目的通过独立权利要求的特征来实现。

所述特征单独或组合地可以进一步延长车辆制动器的使用寿命并进一步协调多个车辆制动器的磨损，以便能够以最佳方式利用维修间隔。

因此，本发明提供了一种根据权利要求1所述的用于监控用于车辆的行车制动器的状态的方法，以及一种根据权利要求7所述的用于运行车辆的制动系统的方法。

用于监控用于车辆、特别是用于商用车的行车制动器的状态的方法，所述车辆对于每个行车制动器具有至少一个尤其是线性的位移检测装置，该方法包括以下步骤：

a)读取位置信号，所述位置信号代表所述行车制动器的部件的通过所述线性的位移检测装置检测的位置、特别是代表随时间或时间曲线的位置，附加地在读取步骤中读取压力信号并且补充地或替代地读取控制信号并且补充地或替代地读取制动衬片磨损信号；

b)评估所述位置信号，以确定所述行车制动器的至少一个状态参数，其中在评估步骤中在使用所述压力信号以及补充地或替代地使用控制信号以及补充地或替代地使用衬片磨损信号的情况下确定所述状态参数；和

c)在接口处提供行车制动器的状态参数。

在评估步骤中，在这种情况下，与同类型的现有技术不同，状态参数补充地在使用压力信号并且补充地或替代地使用控制信号并且补充地或替代地使用制动衬片磨损信号的情况下确定。这样可以改善评估。

车辆可以理解为商用车或用于商用车的拖车或半挂车。商用车(nfz)也可以被称为商用车辆或机动车辆，其就其设计和配置而言旨在用于人员或货物的运输或用于牵引拖车，商用车例如是公共汽车、卡车、铰接式卡车、牵引车或起重车。位移检测装置可以被理解为传感器。位移检测装置可以被构成为线性的位移检测装置。在这种情况下，可以使用不同的测量方法，例如光学、机械、电或磁电测量方法。位置信号可以被理解为电信号，不仅可以是模拟信号而且可以是数字信号。位置信号可以代表制动器的两个部件的相对位置。

在读取步骤中，读取压力信号并且补充地或替代地读取控制信号以及补充地或替代地读取制动衬片磨损信号。在评估步骤中，在这种情况下，可以在使用压力信号以及补充地或替代地控制信号以及补充地或替代地制动衬片磨损信号的情况下确定状态参数。这样可以改善评估。

有利的是，在提供步骤中取代状态参数或者附加于状态参数使用调节变量。调节变量可以通过使用状态参数确定。调节变量可以作为控制信号提供。状态参数可以代表制动间隙、制动衬片磨损或制动器故障或故障类型。在这种情况下，状态参数也可以被理解为多个参数或状态信息。由此可以有利地诊断制动器的状态。

调节变量在此可以代表用于所述行车制动器的摩擦装置的触发压力和/或施加压力的控制信号。因此可以借助于状态参数和由此导出的调节变量特别是在闭合的控制回路中来改变制动器的状态。

在一个实施例中，调节变量可以代表用于操控行车制动器的致动器的信号。在此，致动器可以是双向调节装置、特别是电动调节装置和/或行车制动器的制动缸和/或制动缸的附加部件。致动器可以被理解为致动器元件或致动器装置。行车制动器的状态因此可以有利地主动地被改变。例如，可以减小过大的制动间隙，或者可以扩大过小的制动间隙。因此，既可以缩短制动距离(与制动间隙过大相比)，也可以识别到和防止制动器的热运行(与制动间隙太小或没有制动间隙相比)。

在评估步骤中，状态参数可以代表关于制动衬片磨损和/或制动衬片生长和/或制动间隙和/或制动准备度的信息和/或行车制动器的故障信息。因此可以向驾驶员或控制单元提供关于行车制动器状态的信息。替代地，行车制动器内的设备可以处理信息，并且以这种方式朝向延长使用寿命并且改善制动准备度来优化行车制动器的状态。

可以有利的是，在读取步骤中通过位置信号检查制动衬片磨损信号的可信度。因此可以提供关于制动衬片磨损的更可靠的信息。

一种用于运行车辆、特别是商用车的制动系统的方法，所述制动系统包括至少一个行车制动器和用于监控行车制动器的状态的设备，该方法包括以下步骤：

a)从用于监控行车制动器的状态的设备(100)的接口读取尤其是根据前述权利要求1至6中任一项所述的方法确定的所述行车制动器的状态参数；

b)评估状态参数，以便在使用评估的状态参数和制动请求信号的情况下确定制动操控信号，以便调节到行车制动器的制动准备就绪状态和/或期望状态；和

c)在接口处提供所述行车制动器的所述制动操控信号，以操控所述行车制动器。

因此可以根据相应的制动器的状态信息或状态参数来优化地触发或操控制动系统的制动器。

在读取步骤之前，可以检查至少一个边界参数。在一个实施例中只有在所述至少一个边界参数在预定义的目标范围内时，才可以实施该方法的进一步的步骤。

在评估步骤中，可以以这样的方式确定制动操控信号，使得车辆的多个被操控的行车制动器具有协调的磨损。可以例如将制动类型、减速程度、制动压力或其他的边界参数定位为边界参数。

因此，通过读取信息清楚地知道制动器的操纵和松开之间的压差有多大。由此与传统的控制系统(没有检测制动器的状态参数)相反，减小制动请求期间的请求压力可以减小当前确定的绝对值。随后可以通过传感器直接检查和调节操纵中的反应。根据所确定和存储的压力/位移曲线，可以在任何时候向制动系统提供实际上用于制动施加或松开制动器所需的压力值。

在根据本发明设有传感器的制动器中，机械部件的响应可以从测量信号中的变化识别出。因此，制动控制系统可以知道每个单独制动器的触发压力并且如此调整压力请求：在哪个压力下将制动器的部件置入运动中。由此可以控制制动器操纵，而不必使用极轮测量。这在abs/ebs控制的情况下减少空气消耗并且改善响应时间。

另外的应用情况是在制动操纵之前准备制动器。在此在每个制动器上施加压力，直到达到制动机构的特定位置。例如，直至制动衬片的贴靠(没有延迟)或直至最小的制动间隙或例如制动间隙为0.4毫米。相应的位置由传感器系统识别到并且制动系统可以基于操纵装置的迫近的距离识别到压力增加。

因此，车辆的所有制动器可以被置于制动准备就绪状态并且独立于各个制动器的状态(例如，在不同的车轮上的不同的制动间隙或不同的制动衬片磨损)同时触发。因此实现整体车辆的更好的减速。

制动准备就绪也可以通过驾驶员辅助系统、例如距离雷达、交通信息系统、car2car通信、交通控制系统被要求。在此可以使制动器在高过程可靠性的参数下运行，因为来自线性传感器的信息是可用的。因此制动间隙可以根据情形被设定在可靠的最小值，并且在需要时可以被减小和也可以被增加，如果使用合适的致动器的话。

此外，还可以根据车辆中的制动器的各种不同的状态参数来设定制动信号的动态超前，以便对不同的线路长度或不同的制动间隙、磨损状态和制动刚度做出反应。

如果例如在拖车的情况下只有一个压力调制器用于多个制动器，则获得另一个有利的应用。

这里通常在压力调制器中设定一个固定压力，在该固定压力时触发各制动器。由此各个不同的车轴可以被时间延迟地操纵。但是，如果由传感器检测到的状态参数存在于制动器中，则响应时间可以与致动器一起以这样的方式变化，使得例如不同车轮的不同磨损可以被考虑并且在稳定的行驶参数范围内被补偿，其方式为通过改变制动间隙动态调整超前。

从使用中的制动器的状态参数的变化，可以识别到故障状态、例如操纵中的高的功效损失(滞后)。

由此可以例如有利地推断部件的故障。例如，旋转杆的塑性变形导致操纵系统的运动困难，其可以由传感器通过特征线的改变被读取(参见附图)。同样，可以识别到机构在杠杆支架、桥架等上的支承点的故障。同样，可以识别到制动衬片导向装置或制动钳导向装置中的故障。

通过在制动衬片贴靠之后确定的传感器线的走向，可以确定制动器的刚度。

系统的刚度由制动施加单元的刚度和制动衬片的刚度得出。制动衬片的刚度随剩余制动衬片厚度而变化。也可以在这里对运行时间内制动器的状态值的动态变化做出反应，从而可以更快地控制并且同时为此控制消耗较少的空气。

制动施加单元的机械故障、例如制动钳中的断裂可以通过急剧改变的压力/位移相关性曲线识别出。

这种故障状态可能导致制动器卡死和故障，或者可能导致制动效果不足。

故障状态可在驾驶室内显示在车载工具上、存储在控制单元中、在维修期间被读取，或通过远程通信装置显示在智能手机上或传输给运输公司或车队管理装置。

在最有利的情况下，如果当前的行驶状态允许，则可以减少并避免制动系统的故障制动器的运行。例如，在低压范围内的自适应制动的情况下，可以放弃操纵卡死的制动器。在紧急制动情况下，故障状态被忽略，并且对所有制动器施加完全制动请求。

在具有以这种方式配备的制动器、传感器和用于评估其的方法的制动系统的情况下，可以通过若干操纵、制动压力和操纵行程来计算制动器的当前损坏，和/或确定制动器的预期使用寿命或制动器未来使用寿命的预期值。

本发明还提供根据权利要求9的用于监控车辆的行车制动器的状态的设备以及根据权利要求10的用于运行车辆的制动系统的设备。

根据权利要求9的用于监控车辆、特别是商用车的行车制动器的状态的设备具有设计用于执行和/或实施用于监控制动器状态的方法的步骤的装置：

a)用于读取位置信号的接口，所述位置信号代表行车制动器的部件的通过线性的位移检测装置检测的位置；

b)用于评估所述位置信号的装置，以便确定所述行车制动器的至少一个状态参数；

c)用于在接口处提供行车制动器的状态参数的装置。

用于运行车辆、特别是商用车的制动系统(制动系统包括至少一个行车制动器和上述的用于监控行车制动器状态的设备)的设备包括以下装置：

a)用于从用于监控行车制动器状态的设备的接口读取行车制动器的状态参数的接口；

b)用于评估所述状态参数的装置，以便在使用评估的状态参数和制动请求信号的情况下确定制动操控信号，以便调节到行车制动器的制动准备就绪状态和/或期望状态；和

c)用于提供制动操控信号的接口，以操控行车制动器。

用于车辆的行车制动器的位移检测装置、特别是线性的位移检测装置被设计成提供位置信号，其中位置信号代表行车制动器的部件的通过特别是线性的位移检测装置检测的位置、特别是代表随时间或时间曲线的位置。在这种情况下，行车制动器的运动部件可以设置有光学标记，其由激光器或led扫描并且其反射由相应的光电二极管评估。替代地，位移检测装置可以例如根据多普勒原理工作。位移检测装置的变体可以检测电阻的变化或阻抗的变化。因此可以成本有利地实现位移检测装置。

本发明还提供了根据权利要求10所述的制动器和根据权利要求11所述的制动系统。

用于车辆、特别是用于商用车的制动器包括如上所述的用于监控制动器的状态的设备，并且补充地或替代地包括如上所述的位移检测装置的相应变体。

用于车辆、特别是商用车的制动系统包括：布置在车轴上的第一制动器；至少一个第二制动器，所述第二制动器在所述车轴上参照车辆纵轴线布置在所述车轴的与所述第一制动器相反的一侧上或者布置在另一个车轴上；和如上所述的用于运行所述制动系统的设备，该用于运行的设备设计用于操控所述第一制动器和所述至少一个第二制动器。

相应的车辆包括上述的制动系统。车辆的制动器有利地均匀磨损并且与不具有根据本发明的制动系统的车辆相比，车辆具有更短的制动距离，这改善了行驶安全。

上述设备通常可以理解为控制单元。控制单元可以被设计成在相应装置中实施、执行或实现在此提出的方法的变体的步骤。控制单元可以被理解为电单元或电路、例如集成电路。控制单元也可以理解为闭环控制装置、ecu或开环控制装置。控制单元可以是电子制动系统的一部分。控制单元可以设计为通过合适的接口接收和输出信号。通过控制单元也可以有效地实现本发明所基于的构思。

控制单元在此可以理解为处理传感器信号并且根据传感器信号输出控制信号和/或数据信号的电单元。控制装置的接口可以通过硬件和/或软件来实现。在硬件实现时，接口例如可以是所谓的系统asic的一部分，该系统asic包括开环控制装置的各种各样的功能。然而，接口也可以被实现为单独的集成电路，或者可以至少部分地由离散的元件构成。在软件实现的情况下，接口可以是软件模块，其例如附加于其它软件模块存在于微控制器上。

一种具有程序代码的计算机程序产品也是有利的，所述程序代码可以被存储在诸如半导体存储器的机器可读载体上并且当计算机程序产品在控制装置或控制单元上执行时用于实施根据上述实施例之一的方法。

此外，根据本发明的方法可以借助于用于电子制动系统(ebs)的软件的更新来更新，使得新的故障状态例如在现场运行中或在现场测试中被确定的故障状态被存储。因此可以进一步优化制动器的运行状态。

附图说明

下面将借助于示例性实施例并且参考附图详细地描述本发明，其中：

图1示出了根据本发明的用于监控制动器状态的设备的一个示例性实施例的示意性框图；

图2示出了具有根据本发明的示例性实施例的制动系统和用于运行该制动系统的设备的车辆的示意图；

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的盘式制动器的分解图；

图4-7示出了根据本发明的示例性实施例的不同制动器配置的位置信号和压力信号的图示；

图8示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于监控制动器状态的方法的流程图；

图9示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于运行制动器的方法的流程图；并且

图10示出了根据本发明的一个示例性实施例的旋转的位置传感器的三维图示。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的用于监控制动器102的状态的设备100的示例性实施例的示意性框图。该设备100包括：用于读取位置信号106的接口104；用于评估位置信号106的装置108，以便确定制动器102的至少一个状态参数110；以及用于提供制动器102的状态参数110的装置112。位置信号106在此代表制动器102的部件的由线性的位移检测装置114检测的位置。

制动器102具有位移检测装置114。在所示的示例性实施例中，位移检测装置是线性的位移检测装置114。位移检测装置114是线性传感器114，其通过光学或电气的测量方法来检测相对的位置变化并且将该相对的位置变化作为代表位置变化的传感器信号106提供。位移检测装置114的定位在图3中详细地阐述。

制动器102还具有通过压力信号118操控的制动缸116。因此，该制动器在一个示例性实施例中是具有相应地被气动操控的制动缸116的气动盘式制动器102。

在图1中未示出的一个示例性实施例中，位移检测装置114是旋转传感器114，其通过已知的几何关系提供代表线性位移信息的传感器信号106。

图2示出了车辆220的示意图，该车辆具有根据本发明的示例性实施例的制动系统222和用于运行该制动系统222的设备224。车辆220具有两个车轴226、228，分别在所述车轴上在相反的车辆侧上分别布置一个具有行车制动器102的车轮230。在一个示例性实施例中，车辆220是商用车220。

行车制动器102可以是图1中所示的制动器102的一个示例性实施例。设备224经由控制线和传感器线与制动器102连接。控制线可以是气动操控装置和相应的压力线。同样，控制线也可以被理解为通过其传导相应的控制信号的电线。

在该图中示出车辆纵轴线232，车轮或行车制动器102关于车辆纵轴线232基本上对称地布置。示出的制动系统222包括位于第一车轴226上的至少一个第一行车制动器102和在第一车轴226上参照车辆纵轴线232位于相反侧上的或者替代地位于第二车轴228上的第二行车制动器102。在该示出的示例性实施例中，制动系统222包括四个制动器102，其中在每个车轴226、228上总是设置两个参照车辆纵轴线位于相反侧上的制动器102。此外，制动系统222包括设备224以及在设备224和制动器102之间的控制线和传感器线。诸如制动缸、abs、ebs、压缩机、空气调节装置等的其它通常也可以配设给制动系统的部件没有示出。

图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的盘式制动器302的分解图。盘式制动器302可以是图1或图2所示的车辆的制动器102或行车制动器102的特定示例性实施例。气动操纵的盘式制动器302通常具有构成为滑动钳340、枢转钳或固定钳的制动钳340，在制动钳中设置制动施加装置，所述制动施加装置用于将在制动盘346的两侧的制动衬片342、344和制动盘346彼此作用连接，以便通过摩擦产生制动效果。在所示的示例性实施例中，制动器是具有滑动钳340的气动操纵的盘式制动器302。

根据示例性实施例，制动施加装置是可以被气动或电动操纵的。当发生操纵时，作用侧制动衬片342被压靠在车辆侧制动盘346上。在制动过程的进一步进程中，制动钳340逆着作用侧制动衬片342的制动施加方向相对于制动盘346移动，同时带动相反侧的反作用侧的制动衬片344并且将其压紧在制动盘346的另一侧上。

在制动器102被松开之后，在已知的盘式制动器的情况下制动钳340保持在这个位置上，在该位置中制动衬片342、344、然而至少反作用侧的制动衬片344虽然无压力地、然而磨削地贴靠在制动盘346上。由此在行驶运行中出现的制动衬片的残余磨削力矩可能具有不利影响，因为这可能会导致燃料消耗增加并且导致所涉及的部件、即制动盘和制动衬片的使用寿命的减小。

气动操纵的盘式制动器302已成为重型商用车中的标准装备的一部分。这种盘式制动器302需要机械传动装置以产生所需的制动施加力，因为被气动加载的制动缸的力由于制动缸的压力水平(当前大约10巴)以及有限结构尺寸而受到限制。在目前已知的气动操纵的盘式制动器302中传动比处于10:1和20:1之间。

如已经描述的那样，图3所示的盘式制动器302包括制动施加装置348、导向装置350和衬片保持装置352。在这种情况下，制动施加装置348包括两个平行布置的压力元件354、配设给所述压力元件的传动管356、底板358、制动钳340以及此外桥360、齿轮362和杠杆364，该杠杆特别是经由偏心轴承与桥360作用连接。此外，制动施加装置348包括调节装置366以及传感器装置372，该传感器装置平行于调节装置布置并且经由耦合元件368和同步链370与调节装置366连接。

导向装置350包括配设给浮动轴承的浮动轴承支柱374以及与其平行布置的配设给固定轴承的固定轴承支柱376。衬片保持装置352基本上包括衬片支架352。

利用在图3中未示出且在图1中描述的位移检测装置114实现相对位置确定。位移检测装置检测在制动施加装置348内在底板358、制动钳340或传感器装置372(一方面)与桥360、耦合元件368或杠杆364(另外一方面)之间的位置变化。替代地，线性运动也可以通过杠杆364的旋转轴线上的旋转传感器检测或者在相应的作为杠杆364的偏转部的位置处利用线性传感器检测。

图4-7示出了根据本发明示例性实施例的不同制动器配置的位置信号和压力信号的图示。位置信号406可以是图1中所示的位置信号106。压力信号418可以是图1中所示的制动缸116的气动操控信号。位置信号406首先示出在松开制动器之后两个适用的切线上的弹性行程474，并且然后在第二切线上示出制动间隙行程476。制动之前和制动之后的信号电平之间的差表示调节位移478，制动间隙已经以该调节位移减小或扩大。图4和图5示出随时间变化的信号曲线，其中信号曲线406、418随时间变化示出，并且信号曲线480示出针对位置信号的梯度，并且信号曲线482示出压力信号418的梯度。图4示出了在制动间隙过大的情况下的信号，图5显示了在具有正确设定的制动间隙的制动过程中的信号曲线。

图6和图7显示了位移上的压力分布，其作为所谓的滞后现象。在此，制动器的弹性在曲线的斜率中变得清楚。虚线显示了相对于测量曲线的拟合曲线，点线显示了拟合曲线的导数。曲线的拟合也被称为“curvefitting”。导数的第二个零点和因此拟合曲线的拐点表示制动间隙。图6中显示了制动器的操纵。图7中示出了具有制动器的操纵和松开的整个制动过程。

图8示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于监控制动器状态的方法800的流程图。用于监控用于车辆的行车制动器的状态的方法800包括：读取位置信号的步骤810，其中位置信号代表行车制动器的部件的通过线性的位移检测装置检测的位置、特别是代表随时间或时间曲线的位置；评估位置信号的步骤820，以便确定行车制动器的至少一个状态参数；以及在接口上提供行车制动器的状态参数的步骤830。

图9示出了根据本发明的一个示例性实施例的用于运行制动器的方法900的流程图。用于运行车辆、特别是商用车的制动系统(制动系统包括至少一个行车制动器和用于监控行车制动器的状态的设备)的方法900包括：从用于监控行车制动器的状态的设备的接口读取行车制动器的状态参数的步骤910；评估状态参数的步骤920，以便在使用评估的状态参数和制动请求信号的情况下确定制动操控信号，以便调节到行车制动器的制动准备就绪状态和/或期望状态；以及在接口处提供行车制动器的制动操控信号的步骤930，以操控行车制动器。

图10示出了根据本发明的一个示例性实施例的作为传感器装置372的旋转位置传感器的三维图示。

附图标记清单

100设备

102制动器，行车制动器

104读取接口

106位置信号

108评估装置

110状态参数

112提供装置

114位移检测装置

116制动缸

118压力信号

220车辆

222制动系统

224运行设备

226、228车轴

230车轮

232车辆纵轴线

302盘式制动器

340滑动钳

342内部制动衬片，作用侧制动衬片

344外部制动衬片，反作用侧制动衬片

346制动盘

348制动施加装置

350导向装置

352衬片保持装置，支架

354压力元件

356传动管

358底板

360桥

362齿轮

364杠杆

366调节装置

368耦合元件

370同步链

372传感器装置(位移检测装置，电位计)

406位置信号

418压力信号

474弹性行程

476制动间隙行程，制动间隙

478调节位移

480位置信号406的梯度

482压力信号418的梯度

800方法

810读取步骤

820评估步骤

830提供步骤

900方法

910读取步骤

920评估步骤

930提供步骤