制动器系统和监测方法与流程

1.本文涉及一种用于车辆的制动器系统和一种监测制动器系统的方法。
2.背景
3.在美国专利号9,199,624中，披露了一种控制车辆的制动器系统的方法。
4.概述
5.在至少一个实施例中，提供了一种监测制动器系统的方法。该方法包括：获取指示至少第一制动器组件和第二制动器组件的温度的数据。可以确定第一制动器组件的温度与第二制动器组件的温度之间的相关值。当该相关值小于阈值相关值时，可以实行平均温度比较。
6.在至少一个实施例中，提供了一种监测制动器系统的方法。该方法包括：获取指示一组制动器组件的温度的数据。基于该数据，确定成对的制动器组件之间的相关值。将这些相关值与阈值相关值比较，以确定任何相关值是否小于阈值相关值。当至少一个相关值小于阈值相关值时，实行平均温度比较。实行该平均温度比较可以包括：确定具有小于阈值相关值的相关值的制动器组件的候选平均温度，确定具有不小于阈值相关值的相关值的制动器组件的小组平均温度，并且确定候选平均温度是否足够接近于小组平均温度。当候选平均温度不足够接近于小组平均温度时，可以提供警报通知。
附图说明
7.图1示出了具有制动器系统的车辆的实例。
8.图2是可以与制动器系统一起设置的制动器组件的实例的透视图。
9.图3是图2的制动器组件的平面视图。
10.图4是监测和控制制动器系统的方法的流程图。
11.图5是展示制动器组件温度随时间变化的实例的图(plot)。
具体实施方式
12.按照要求，本文披露了本发明的详细实施例；然而，应理解的是，所披露的实施例仅仅是本发明的可以以各种形式和替代性形式来实施的示例。附图不一定是按比例的；一些特征可以被夸大或者缩至最小以便示出具体部件的细节。因此，本文披露的具体结构性和功能性细节不应被解释为是限制性的，而是仅作为教导本领域技术人员以各种方式采用本发明的代表性基础。
13.参见图1，示出了车辆10的实例。车辆10可以是比如载重汽车、农机设备、军事运输或武装车辆、或者用于陆地、空中、或海洋船舶的货物装载设备的车辆。在一个或多个实施例中，车辆10可以包括用于运输货物的拖车。
14.车辆10可以包括制动器系统20和控制系统24，该制动器系统可以包括多个制动器组件22。
15.制动器组件22可以利于制动车轮30，至少一个轮胎32可以布置在该车轮上。每个
制动器组件22可以被构造来制动不同的车轮30。制动器组件22可以被构造成摩擦制动器，诸如盘式制动器或鼓式制动器。简而言之，制动器组件22在下文中将主要作为盘式制动器来讨论。
16.被构造成盘式制动器的制动器组件22的实例在图2中示出。在至少一种构型中，制动器组件22可以包括制动器支架40、制动器夹钳42和至少一个制动衬块组件44。制动器组件22还可以包括至少一个传感器46，该传感器的实例在图3中最佳地示出。如本领域技术人员所知，在鼓式制动器构型中，制动衬块组件可以枢转地支撑在制动器底板(spider)上，并且可以省略诸如制动器支架和制动器夹钳的部件。
17.制动器支架40可以利于安装制动器组件22。例如，制动器支架40可以固定地安装到车辆10的部件，诸如车桥组件50或转向节如转向节52，该车桥组件和转向节的实例在图1中最佳地示出。
18.车桥组件50可以支撑多个制动器组件22。车桥组件50可以具有驱动车桥构型或非驱动车桥构型。在驱动车桥构型中，可以在至少一个扭矩源(诸如电动机或内燃机)与车轮30之间传递扭矩。例如，可以通过差速器组件60和半轴62以本领域技术人员已知的方式在扭矩源与车轮30之间传递扭矩。在非驱动车桥构型中，不可以在扭矩源与相关联的车轮30之间传递扭矩。
19.转向节52可以是转向系统的可以用于转向或改变车辆10的方向的部分。转向节52可以支撑制动器组件22和至少一个车轮30。与转向节52相关联的车轮30可以或不可以可操作地连接到扭矩源。
20.参见图2和图3，制动器支架40可以接纳并支撑制动衬块组件44并且可以包括开口，制动器转子48可以穿过该开口延伸。这样，制动器支架40可以骑跨制动器转子48，并且可以帮助将制动衬块组件44定位在制动器转子48的相反两侧上。
21.制动器夹钳42可以安装到制动器支架40，并且可以支撑制动器组件22的不同部件。另外，制动器夹钳42可以帮助相对于制动器转子48来定位制动衬块组件44，以利于制动车辆10，如下文将更详细地讨论。在至少一种构型中，制动器夹钳42可以包括夹钳壳体70和夹钳桥形件72。
22.夹钳壳体70可以可移动地布置在制动器支架40上。例如，夹钳壳体70可以是沿着一对引导销可滑动的，这对引导销可以固定地布置在制动器支架40上。夹钳壳体70可以接纳或支撑不同部件，这些不同部件可以利于致动制动衬块组件44。例如，夹钳壳体70可以支撑至少一个挺杆，该挺杆可以是可朝向和远离制动器转子48移动的。例如，致动器可以延伸挺杆，以将布置在夹钳壳体70与制动器转子48之间的制动衬块组件44致动成与制动器转子48接合。然后反作用力可以使夹钳壳体70和夹钳桥形件72相对于制动器支架40移动，以将布置在夹钳桥形件72与制动器转子48之间的制动衬块组件44致动成与制动器转子48的相反侧接合，从而帮助减慢制动器转子48和相关联车辆车轮30的旋转。
23.夹钳桥形件72可以相对于夹钳壳体70固定地定位。夹钳桥形件72可以与夹钳壳体70一体地形成，或者可以是安装到夹钳壳体70的单独部件。例如，夹钳桥形件72可以用诸如螺栓的一个或多个紧固件来联接或固定到夹钳壳体70。在至少一种构型中，夹钳桥形件72可以与夹钳壳体70配合以界定空腔，该空腔可以至少部分地接纳制动衬块组件44和制动器转子48。
24.一对制动衬块组件44可以被接纳在制动器支架40和该空腔中。制动衬块组件44可以布置在制动器转子48的相反两侧上并且可以具有相似或相同的构型。在至少一种构型中，并且如参见图3最佳示出的，制动衬块组件44可以包括背板80和摩擦材料82。
25.背板80可以是制动衬块组件44的结构构件。背板80可以被构造成大致平坦的板并且可以由诸如金属合金的任何合适的材料制成。从图3中示出的透视图可见，布置在制动器转子48上方的内侧制动衬块组件44的背板80可以接合挺杆。从图3中示出的透视图可见，布置在制动器转子48下方的外侧制动衬块组件44的背板80可以接合夹钳桥形件72。
26.摩擦材料82可以布置在背板80的可以面向制动器转子48的一侧上。摩擦材料82可以在车辆制动期间接触制动器转子48。
27.参见图3，示出了传感器46的实例。传感器46可以是任何合适类型的温度传感器。例如，传感器46可以是热敏电阻、热电偶、红外温度传感器、基于半导体的温度传感器等。传感器46可以检测或提供指示靠近传感器46的温度的信号。例如，传感器46可以检测或提供指示制动衬块组件44的温度的信号。传感器46可以定位在任何合适的位置。例如，传感器46可以安装在制动衬块组件44上，诸如在制动衬块组件44的背板80上。还设想到了，传感器46可以定位在制动衬块组件44的附近或邻近处，诸如在制动器支架40、制动器夹钳42或挺杆上。
28.在鼓式制动器构型中，传感器46可以靠近制动衬块组件布置，并且制动衬块组件可以是弯曲的或者可以沿着弧线延伸。另外，如本领域技术人员所知，制动衬块组件可以枢转地支撑在制动器底板上，可以省略诸如制动器支架和制动器夹钳的部件，并且可以设置制动器鼓而不是制动器转子。
29.参见图1，控制系统24可以监测和/或控制制动器系统20的操作。控制系统24可以包括一个或多个电子控制器，诸如可以监测和/或控制制动器系统20的基于微处理器的控制器。控制器可以布置在车辆10上，可以远离车辆10定位并且可以与车辆10无线通信，或它们的组合。控制系统24可以与传感器46通信或从传感器46接收数据或信号。另外，控制系统24可以与通信设备90通信或向通信设备提供信息。
30.通信设备90可以向车辆操作员或车辆乘员提供信息。例如，通信设备90可以被配置来向操作员提供与制动器系统20的操作状态有关的信息。例如，基于来自传感器46的温度数据，通信设备90可以传达制动器系统20的状态和/或可以提供诸如警告或警报的通知。可以将信息以一种或多种格式(诸如可听格式、可视格式和/或可触格式)提供给操作员。通信设备90的实例包括但不限于灯、显示器、触摸屏、铃、钟、可振动座椅、可振动方向盘等。
31.参见图4，示出了监测制动器系统20的示例性方法的流程图。如本领域普通技术人员将认识到，流程图表示可以在硬件、软件、或硬件与软件的组合中实施或实现的控制逻辑。例如，可以由程序化微处理器实现各种功能。控制逻辑可以使用多个已知的编程和处理技术或策略中的任一者来实施，并且不限于所示次序或顺序。例如，中断或事件驱动处理可以用于实时控制应用而不是如所示出的纯粹顺序策略。同样地，可以使用并行处理、多任务处理、或多线程系统和方法。
32.控制逻辑可以独立于所使用的具体编程语言、操作系统、处理器或电路系统来开发和/或实施所示出的控制逻辑。同样地，取决于具体的编程语言和处理策略，在完成方法的同时，可以基本上在同一时间按所示出的顺序或按不同的顺序执行各种功能。在不脱离
预期范围的情况下，可以修改或者在一些情况下可以省略所示出的功能。
33.在至少一个实施例中，该方法可以由控制系统24执行并且可以被实施成闭环控制系统。此外，可以基于车辆10的操作状态来启用或禁用该方法。例如，可以在车辆启动时、在车辆10运动时或它们的组合时自动启用该方法或控制逻辑。另外，可以手动地激活和/或停用该方法。
34.总而言之，多个制动器组件22典型地在多轮车辆中一致地操作。例如，应用这些制动器可以同时致动多个制动器组件22以减慢、停止或阻止相应车轮30的旋转。相反地，还可以同时释放制动器组件22以允许相应车轮30的旋转。使制动衬块组件44的摩擦材料82接合到制动器转子48或制动器鼓上导致摩擦和热量产生，该摩擦和热量产生可以由相应制动器组件22的传感器46检测。使摩擦材料82与制动器转子48或制动器鼓脱离接合可以终止该摩擦，并且允许制动器组件22冷却，这也可以由传感器46检测。因此，预期的是，制动器组件的温度将彼此相关(例如，预期的是，制动器温度将以相同或相似的速率升高和降低)并且每个制动器组件22的平均或平均温度将相似但不一定彼此相同。具有不满足这些预期的温度的制动器组件可能不在正确地操作。例如，在制动期间没有经历与一个或多个其他制动器组件相似的制动器温度升高和/或制动器温度升高速率的制动器组件可能不在正确地操作或者可能具有损坏或丢失的制动衬块组件。
35.在某些条件下，仅制动器组件之间的温度相关可能不足以可靠地识别制动器组件的性能问题。例如，当制动器组件的温度不在变化或者大致处于平稳状态时(例如，已经在长时间段内没有应用制动器组件，诸如在高速公路巡航期间)，可能存在低的温度变化速率但明显不同的制动器组件温度，诸如当一个制动器组件的制动衬块组件已正确缩回而另一个制动器组件的另一个制动衬块组件没有正确缩回并在制动器转子上拖动时。因此，与仅温度相关相比，在平均或平均值制动器组件温度中的明显不同可以提供更精细的监测能力。
36.在框100处，方法可以通过初始化控制系统24并实行传感器检查来开始。初始化控制系统24可以包括：重置不同计数器并从内存(memory)中清除数据。可以实行传感器检查以确定传感器46是否如所预期地操作和通信。可以为每个传感器46实行传感器检查。
37.在框102处，该方法可以确定传感器是否通过了传感器检查。当控制系统控制器从传感器46接收到数据或信号并且该数据或信号在正常操作参数内时，传感器可以通过传感器检查。未通过传感器检查的传感器46可以被认为是不令人满意的或不起作用的。当没有从传感器46接收到信号或数据时，传感器46可以被认为是不令人满意的或不起作用的。当来自传感器46的信号或数据指示不切实际的温度值时，传感器46也可以被认为是不令人满意的。不切实际的温度值的实例包括：在传感器46的温度检测范围之外的温度值以及在短时间段内大幅度变化的温度波动。作为实例，指示每单位时间内超过预定幅度的温度变化的信号可以指示故障传感器。作为非限制实例，在传感器的采样率(例如，20℃/毫秒)下超过20℃的温度变化可以指示故障传感器。如果传感器未通过传感器检查，则该方法可以在框104处继续。如果传感器通过传感器检查，则该方法可以在框106处继续。
38.在框104处，该方法可以排除不令人满意的传感器46。来自不令人满意的传感器或未通过传感器检查的传感器的温度数据可以不被用于随后的方法步骤中。另外，可以提供传感器46未通过传感器检查的通知。该通知可以通过通信设备90传达，并且可以任选地识
别特定的传感器46或未通过传感器检查的传感器46，以便可以进行可能的维修。
39.在框106处，可以获取温度数据。温度数据可以从通过传感器检查的传感器46获取并且可以存储在内存中。温度数据可以在预定的时间段内从每个传感器获取，或者可以在继续到框108之前被获取以构建预定的样本量(例如，可以获取预定数量的数据点)。作为实例，可以对温度数据采样，以便获取至少200个数据点；然而，设想到了可以使用更大或更小的样本量或数据点数量。作为另一实例，具有1毫秒的采样率的传感器可以收集至少200毫秒的数据。再一次，设想到了可以使用更长或更短的数据收集周期。
40.在框108处，可以基于温度数据确定相关值。更具体地说，相关值可以是基于来自通过传感器检查的每个传感器46的数据。相关值可以是相关系数，诸如可以衡量两组数据之间的线性相关的皮尔逊(pearson)相关系数(例如，来自两个不同制动器组件的温度数据的协方差除以它们标准差的乘积)。例如，在具有四个制动器组件的、其中与四个制动器组件中的每一个相关联的传感器46都已通过传感器检查的车辆中，可以在第一制动器组件与第二制动器组件之间、第一制动器组件与第三制动器组件之间、第一制动器组件与第四制动器组件之间、第二制动器组件与第三制动器组件之间、第二制动器组件与第四制动器组件、以及第三制动器组件与第四制动器组件之间确定相关值或相关系数。相关值或相关系数可以具有在1与-1之间的值。对于这组制动器组件中具有未通过传感器检查的传感器的成员，可以不确定相关值。
41.在框110处，该方法可以确定相关值是否小于阈值相关值。对于在框108处已确定或计算的每个相关值，都可以进行这样的确定。阈值相关值可以是预定值，该预定值可以是基于设计要求或车辆开发测试，并且可以指示被比较的两个制动器组件的温度之间明显缺乏相关。例如，预定值可以是与其为1或-1相比更接近于零的数字，诸如0.4。如果相关值不小于阈值相关值，则该方法可以返回到框106并且获取另外的温度数据。获取另外的温度数据可以包括使用滚动数据窗口，该滚动数据窗口部分地重叠或部分地利用来自前一次迭代的数据。例如，滚动数据窗口可以包括另外的温度数据，该另外的温度数据不包括在前一次迭代中但可以维持与前一次迭代相同的样本量或数据点数量。作为更具体的实例，该方法的一次迭代可以是基于第一时间段(例如，时间100至时间300)或第一数据集(例如，数据点100至300)。数据窗口可以在下一次迭代中向前滚动并且可以是基于第二时间段(例如，时间101至时间301)或与前一集合重叠的第二数据集(例如，数据点101至301)。如果相关值小于阈值相关值，则该方法可以在框112处继续。
42.在框112处，可以实行平均温度比较。实行平均温度比较可以包括确定多个平均温度值。这些平均温度值可以包括至少一个候选平均温度(μc)和小组平均温度(μ
小组
)。候选平均温度可以是针对相关值小于阈值相关值的制动器组件的平均温度。候选平均温度可以是针对样本的平均温度值(例如，候选制动器组件的样本中的温度值总和除以样本中的样本量或数据点数量)。小组平均温度可以是当仅两个制动器组件具有通过传感器检查的传感器时，针对其他制动器组件的平均温度，或者可以是针对相关值不小于阈值相关值的一个或多个制动器组件的平均温度。出于说明的目的，在具有四个制动器组件的、并且其中第四制动器组件与第一制动器组件、第二制动器组件和第三制动器组件不足够相关的车辆中(即，第一制动器组件与第二制动器组件之间、第一制动器组件与第三制动器组件之间、以及第二制动器组件与第三制动器组件之间的相关值或相关系数均大于阈值相关值，而第一
制动器组件与第四制动器组件之间、第二制动器组件与第四制动器组件之间、以及第三制动器组件与第四制动器组件之间的相关值或相关系数小于阈值相关值)，平均值候选温度(μc)是针对第四制动器组件的平均样本温度(μ4)，而小组平均温度(μ
小组
)是针对第一制动器组件、第二制动器组件和第三制动器组件的组合的平均样本温度([μ1+μ2+μ3]/3)。
[0043]
作为另一实例，小组平均温度可以与特定的车桥组件相关联。例如，小组平均温度可以是基于与候选平均温度不相关联的车桥组件。作为基于上文实例的更具体说明，当第一制动器组件和第二制动器组件与第一车桥组件一起设置并且第四制动器组件与第二车桥组件一起设置时，小组平均温度(μ
小组
)可以是针对第一制动器组件和第二制动器组件的组合的平均样本温度([μ1+μ2]/2)。
[0044]
作为另一实例，小组平均温度可以是基于制动器组件沿其布置的车辆侧(例如，驾驶员侧或乘客侧)，因为定位在同一车辆侧上的车轮可能会沿着相同的地势或环境条件行驶。作为更具体说明，当第一制动器组件和第三制动器组件沿着车辆的第一侧(例如，驾驶员侧)设置并且第四制动器组件沿着车辆的第二侧或相反侧(例如，乘客侧)设置时，小组平均温度(μ
小组
)可以是针对第一制动器组件和第三制动器组件的组合的平均样本温度([μ1+μ3]/2)。
[0045]
在框114处，该方法可以确定候选平均温度(μc)是否足够接近于小组平均温度(μ
小组
)。当候选平均温度相对于小组平均温度在预定范围内时，候选平均温度可以足够接近于小组平均温度。该预定范围可以是基于性能要求或车辆开发测试。另外，预定范围可以是恒定的或动态的。恒定的预定范围的实例是
±
20℃；然而，设想到了更大或更小的范围。在这个实例中，当候选平均温度在小组平均温度的
±
20℃内时，候选平均温度可以足够接近于小组平均温度。动态的预定范围可以不是恒定的。在至少一种构型中，动态的预定范围可以是基于车辆的位置。例如，在更热的环境中或更热的周围环境条件下操作的车辆可以具有更高的候选平均温度和小组平均温度，并且可以具有与更冷环境相比冷却更慢的制动器组件。不同的动态范围可以存储在查找表中并且可以基于车辆的位置进行选择，车辆的位置可以手动地提供(例如，由车辆操作员)或自动地提供(例如，从导航系统、全球定位系统等)。还设想到了，可以基于周围环境温度和/或周围环境相对湿度来选择动态范围。如果候选平均温度足够接近于小组平均值，则该方法可以执行方法的另一次迭代并且在框106处获取另外的温度数据(另外的数据可以按照先前关于框110讨论的方式获取)。如果候选平均温度不足够接近于小组平均值，则该方法可以在框116处继续。
[0046]
在框116处，可以提供警报通知。在该方法的至少一次迭代期间，当候选平均温度不足够接近于小组平均温度时，可以提供警报通知。还设想到了，在提供警报通知之前，可以在方法的多次迭代中比较候选平均温度与小组平均温度，以提高警报通知表示实际制动器组件性能的可信度。作为实例，在方法的多次连续迭代中，除非候选平均温度不足够接近于小组平均温度，否则可以不提供警报通知。
[0047]
方法的迭代可以是基于非重叠或重叠的数据。例如，当候选平均温度对于多个连续的非重叠时间段或者对于多个连续的非重叠数据集(例如，至少两个连续的非重叠数据集
‑‑
两个连续的非重叠数据集、三个连续的非重叠数据集等)均平均温度不足够接近于小组平均温度时，可以提供警报通知。作为实例，可以基于第一时间段(例如，时间1000至时间1200)或第一数据集(例如，数据点1000至1200)确定候选平均温度和小组平均温度。该方法
可以基于紧跟着第一时间段的第二时间段(例如，时间1201至1401)或紧跟着第一数据集并且不与第一数据集重叠的第二数据集(例如，数据点1201至1401)确定至少一个另外的候选平均温度和小组平均温度。
[0048]
作为另一实例，当候选平均温度对于多个连续的重叠时间段或者对于多个连续的重叠数据集(例如，两个重叠数据集、三个重叠数据集等)平均温度均不足够接近于小组平均温度时，可以提供警报通知。作为实例，可以基于第一时间段(例如，时间1000至时间1200)或第一数据集(例如，数据点1000至1200)确定候选平均温度和小组平均温度。该方法可以基于紧跟着第一时间段并且与第一时间段重叠的第二时间段(例如，时间1001至1201)或紧跟着第一数据集并且不与第一数据集重叠的第二数据集(例如，数据点1201至1400)确定至少一个另外的候选平均温度和小组平均温度。还设想到了，可以减少重叠，以使得第一时间段和第二时间段可以具有超过一个不同的时间点或数据点。
[0049]
参见图5，示出了制动器温度随时间变化的图，以帮助展示该方法的各方面。图5中的四条标绘线表示四个不同制动器组件(b1至b4)的随时间变化的温度。为清楚起见，在1500秒之前和在2000秒后的温度数据未示出。
[0050]
从时间1500至大约时间1725，所有四个制动器的温度是高度相关的(例如，共同升高和降低)，并且具有彼此小于20℃内的平均温度。在大约时间1575处，制动器组件b3的温度的暂时短期下降可能不足以触发警报通知，诸如当警报通知是基于其中候选平均温度不足够接近于小组平均温度的多个数据集时。
[0051]
在大约时间1725至时间1820处，制动器组件b3的温度在较长时间段内偏离其他三个制动器组件(b1、b2和b4)的温度，而制动器组件(b1、b2和b4)保持彼此高度相关并且具有彼此小于20℃内的平均温度。这样，方法可以确定，制动器组件b3相对于其他三个制动器组件的相关值小于阈值相关值，并且因此与其他三个制动器组件不足够相关。可以实行平均温度比较，使得候选平均温度(μc)是制动器组件b3的平均温度，而小组平均温度(μ
小组
)是制动器组件b1、b2和b4的平均温度。因为在这个长时间段内，制动器组件b3的平均温度小于制动器组件b1、b2和b4的小组平均温度超过20℃，所以可以提供警报。
[0052]
如上文描述的制动器系统和方法可以允许实时监测并比较多个制动器组件，以确定这些制动器组件是否在正确工作。该方法可以利用可靠的低成本温度传感器来评估制动器功能性，这些低成本温度传感器可以容易地被接入和检验并且可以不需要使用另外类型的传感器(例如，位置传感器)。该方法可以允许使用相关值来评估制动器功能性，这些相关值可以表示或作为在特定时间窗口中多个数据点的“得分”，这反过来可以减少需要存储在内存中的原始数据量。此外，通过比较相关值和平均温度值，可以减少计算需求和内存存储空间，这可以允许提供更低成本的控制系统，诸如具有更少的内存或更便宜的计算平台。
[0053]
虽然上文描述了示例性实施例，但是这些实施例并不旨在描述本发明的所有可能形式。而是，本说明书中使用的词语是说明而非限制性的词语，并且应当理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变。此外，可以组合各种实现的实施例的特征以形成本发明的另外实施例。