Способ приблизительного определения средней температуры конструктивного элемента тормозного устройства и устройство для его осуществления

 

Использование: контроль тормозных устройств автомобилей для выявления перегрузки. Сущность изобретений: определяют термическую деформацию h_sth конструктивного элемента (например, тормозного барабана) по величинам измеренной деформации h₁ и упругой деформации h_sel, рассчитанной с учетом зависимого от температуры модуля упругости E материала конструктивного элемента. По величине h_sth, из зависимости деформации от температуры, полученной предварительно в условиях отсутствия тормозного давления, определяют искомую среднюю температуру. Устройство для реализации способа содержит датчик деформации конструктивного элемента, который может быть выполнен в виде датчика угла поворота кулачка тормозного барабана и датчика давления в тормозной системе. Датчики подключены к микропроцессорному вычислительному блоку. 2 с. и 5 з.п.ф-лы, 1 ил.

Изобретение касается способа для приблизительного определения средней температуры конструктивного элемента приводимого в действие посредством тормозного давления тормозного устройства в соответствии с ограничительной частью. п. 1 формулы, а также устройства для осуществления способа.

Такой способ известен из заявки ФРГ N 3502052 А1, см., в частности, ст. 10, первый абзац. Этот способ предусматривает использование нескольких, распределенных на конструктивном элементе или рядом с ним чувствительных элементов для измерения температуры, температурные сигналы которых преобразуются в сигнал, который отображает среднюю температуру конструктивного элемента.

Поскольку чувствительный элемент для измерения температуры представляет собой дорогостоящий узел, использование нескольких чувствительных элементов для измерения температуры означает применительно к известному способу существенные расходы.

По этой причине задачей изобретения является упрощение способа названного выше типа.

Эта задача решается изобретением, сущность которого указана в п. 1 формулы. Предпочтительные усовершенствования, а также устройства для осуществления изобретения приведены в дополнительных пунктах формулы изобретения.

Изобретение может быть реализовано с использованием конструктивных узлов, которые не должны подвергаться воздействию температур, возникающих в тормозном устройстве. Поэтому изобретение может быть реализовано с особо высокой надежностью.

Специальные издержки на изобретение являются особенно малыми в том случае, если по другим причинам уже присутствует один или несколько необходимых для его реализации конструктивных узлов, например, чувствительный элемент регистрации давления в случае наличия определенной электрической системы управления тормозным давлением и/или использующийся в качестве чувствительного элемента регистрации деформации чувствительный элемент регистрации угла поворота (хода) для контроля устройства дополнительной регулировки при износе.

Если конструктивный элемент, средняя температура которого измеряется с помощью изобретения, выбирается таким образом, что его средняя температура воспроизводит термическое состояние нагрузки тормозного устройства, то в этом случае изобретение при использовании несложных средств может быть модернизировано к виду способа для распознавания термической опасности перегрузки тормозного устройства, применительно к которой применяют понятие "Fading - распознавание".

Дальнейшие преимущества изобретения указываются в приведенном ниже пояснении на основании одного примера исполнения.

На чертеже штрих-пунктирными линиями в качестве электрических соединений схематически изображено тормозное устройство с устройством для осуществления изобретения.

Тормозное устройство состоит из барабанного тормоза с тормозным барабаном 1 и тормозными колодками 2, 18, а также исполнительного устройства. Исполнительное устройство состоит из тормозного цилиндра 7 с поршневым звеном 6, которое может быть выполнено в виде поршня с кольцевым(и) уплотнением (уплотнениями) или в виде мембранного поршня, тормозным кулачком 3 и соединяющим поршневое звено 6 с тормозным кулачком 3 передаточным устройством 4, 5, которое содержит установленное известным образом и поэтому не поясняемое ниже более подробно устройство для дополнительной регулировке при износе.

Тормозной барабан 1 представляет собой тот конструктивный элемент тормозного устройства, средняя температура которого должна быть определена с помощью описанного ниже устройства.

Такое тормозное устройство является известным. Представляется целесообразным ввести новые в рамках настоящего изобретения аспекты эксплуатационных характеристик в повторение известных аспектов.

При не сработавшем тормозном устройстве, т.е. при нахождении последнего в состоянии без приложенного давления, диаметр тормозного барабана зависит от температуры тормозного барабана 1 и возможной, обусловленной монтажом механической исходной нагрузки. При выбранной нормальной температуре диаметр тормозного барабана рассматривается как нормальный. При любой другой температуре диаметр тормозного барабана изменяется, т.е. происходит деформация тормозного барабана 1. Температура тормозного барабана зависит, кроме того, от температуры окружающего воздуха, нагрева при предшествующих срабатываниях тормозного устройства.

Если тормозное устройство срабатывает в результате подвода давления к тормозному цилиндру 7 через напорную линию 9, то в этом случае тормозной барабан 1 после преодоления сопротивления срабатыванию подвергается механической нагрузке в результате действия усилия прижима тормозных колодок 2, 18 и соответствующим образом претерпевает упругую деформацию. Одновременно тормозной барабан 1 нагревается в результате выполняемой тормозной работы и в результате этого подвергается дополнительной термической деформации. Диаметр тормозного барабана соответствующим образом изменяется (увеличивается).

Деформация тормозного барабана 1 в форме изменения его диаметра обуславливает изменение исполнительного пути конструктивных узлов исполнительного устройства, которые участвуют в срабатывании тормозного устройства. Эти исполнительные пути могут оцениваться по этой причине при действующем устройстве дополнительной регулировки при износе в качестве величин, характеризующих характеристическую деформацию тормозного барабана 1. В последующем в качестве таких величин используется угол поворота тормозного кулачка 3.

При нахождении тормозного устройства в не сработавшем состоянии поршневое звено 6 и вместе с ним передаточное устройство 4, 5, а также тормозной кулачок 3 и тормозные колодки 2, 18 находятся в результате воздействия не изображенных возвращающих средствах в отведенном положении. Любой луч 17, проведенный через ось вращения тормозного кулачка 3, определяет нулевую величину приданного угла поворота тормозного кулачка 3. В этом состоянии между тормозными колодками 2, 18 и тормозным барабаном 1 присутствует воздушный зазор.

Поскольку в данном случае устройство дополнительной регулировки при износе компенсирует увеличение воздушного зазора вследствие износа тормозных накладок, воздушный зазор зависит помимо исходной регулировки (которая осуществляется, как правило, при нормальной температуре) только от зависимой от температуры деформации тормозного барабана 1.

При срабатывании тормозного устройства воздушный зазор преодолевается в направлении против сопротивления срабатыванию (сюда относится среди прочего усиление возвращающих средств) в результате поворота тормозного кулачка 3 на начальный угол (h₀) поворота, и вследствие этого тормозные колодки 2, 18, прилегают непосредственно к тормозному барабану 1. Начальный угол (h₀) поворота характеризует, таким образом, присутствующий воздушный зазор и, следовательно, зависимую от температуры начальную деформацию и, следовательно, начальную температуру (T₀) тормозного барабана 1. Приданное начальному углу (h₀) поворота давление представляет собой давление (p₀) срабатывания.

При последующем нарастании давления в тормозном цилиндре 7 до величины (p₁), которая является желательной для водителя в качестве тормозного давления, тормозной барабан 1 претерпевает уже упомянутую одновременную упругую и дополнительную термическую деформации с соответствующим изменением своего диаметра.

При достижении тормозным барабаном 1 установившейся температуры или в произвольно выбранный момент t₁ времени после начала процесса срабатывания тормозного устройства эта деформации с тормозного барабана 1 ведет к увеличению угла поворота тормозного кулачка 3 на величину угла h₁ поворота. Разность углов поворота h₁ - h₀ характеризует, таким образом, деформацию тормозного барабана в условиях действия тормозного давления p₁. Присутствующая при установившейся температуре тормозного барабана 1 или в момент t₁ времени деформация может быть в соответствии с этим определена по формуле: h₁=h₀+h_1el+h_1th, (I) где: h_1el - представляет собой ее упругую составляющую, а h_1th - ее термическую составляющую.

Упругая составляющая h_1el и тормозное давление p₁ зависят в соответствии с законом Гука друг от друга. Применительно к специальным условиям настоящего тормозного устройства это можно выразить формулой: h_1el=1/E₁·C(p₁-p₀), (II) где: E₁ - представляет собой модуль упругости материала тормозного барабана 1, C - коэффициент, который учитывает поверхность поршневого звена 6, соотношения передачи усилия между поршневым звеном 6 и тормозными колодками 2, 18, расширенное в результате их усилия прижима поперечное сечение тормозного барабана 1 и коэффициента пересчета для его расширения применительно к углу поворота тормозного кулачка 3.

Поскольку упомянутый модуль упругости зависит от температуры, он используется с величиной E₁, которая придана устоявшейся температуре или действующей в момент t₁ времени температуре T₁ тормозного барабана 1.

Изображенное, кроме того, схематически на чертеже устройство (8, 10, 12, 16) для осуществления способа для приблизительного определения средней температуры тормозного барабана 1 состоит из чувствительного элемента 16 регистрации деформации, чувствительного элемента 8 регистрации давления, временного звена 10 и блока 12 оценки, в который может быть встроено временное звено 10.

Чувствительный элемент 16 регистрации деформации распознает угол h поворота тормозного кулачка 3 и преобразует его в электрический сигнал деформации.

Чувствительный элемент 8 регистрации давления распознает давление в тормозном цилиндре 7 и преобразует его в электрический сигнал давления.

В блоке оценке 12 записана в память зависимая от температур характеристика угла поворота h, называемая ниже характеристикой 11 h=f_(T) деформации, при отсутствии давления в тормозном устройстве. "Отсутствие давления" означает в первую очередь то, что эта характеристика определяется при встроенном в соответствии с условиями эксплуатации тормозном барабане 1, т.е. тормозной барабан 1 при этом подвержен исходной механической нагрузке, которая приблизительно обусловлена монтажом. Если такой исходной нагрузкой можно в отдельных случаях пренебречь, то характеристика 11 деформации может определяться также при свободно расположенном тормозном барабане 1.

В блоке 12 оценки записана также зависимая от температуры характеристика 13 модуля E=f_(T) упругости материала тормозного барабана 1.

Временное звено 10 выполнено таким образом, что к началу срабатывания тормозного устройства - т.е. в момент t₀ времени - оно выдает первый сигнал измерения, а в заранее определенный момент t₁ после этого - второй сигнал измерения.

В начале и завершении срабатывания тормозного устройства временное звено может пригодным образом получать сообщение, например, от датчика сигналов, входящего в состав обслуживаемого водителем датчика величин торможения. В данном случае временное звено 10 оценивает в качестве начала и завершения срабатывания тормозного устройства прохождение давления в тормозном цилиндре 7 величиной p_o -срабатывания. С этой целью временное звено 10 соединено с выходом чувственного элемента 8 регистрации давления.

Электронный блок 12 оценки соединен на стороне входа с выходами чувствительного элемента 16 регистрации деформации, чувствительного элемента 8 регистрации давления и временного звена 10.

Блок 12 оценки выполнен таким образом, что при получении первого измерительного сигнала он выполняет следующие операции: - распознавание характеризующего начальную деформацию тормозного барабана 1 начального угла h_o поворота в виде соответствующего сигнала деформации; - определение приданной углу h_o начальной температуры T_o тормозного барабана I из характеристики II деформации; - определение на основании T_o приданного модуля E_o упругости материала тормозного барабана I из характеристики 13; - запоминание начального модуля E_o упругости.

Кроме того, блок 12 оценки выполнен таким образом, что он при получении второго измерительного сигнала выполняет следующие операции: - определение присутствующего тормозного давления p_o в виде сигнала давления и характеризующего присутствующую деформацию тормозного барабана 1, угла h₁ поворота в виде соответствующего сигнала деформации;
- расчет приблизительной упругой составляющей угла h₁ поворота по формуле:
h_1el = 1/E_o·C·(p₁-p_o) (III)
- расчет приближенной термической составляющей угла h₁ поворота по формуле:
h_1th = h₁ - h_1el - h_o (IV)
- на основании величины h_1th определение составляющей температуры T₁ из характеристики 11 деформации;
- выдача сигнала температуры, который характеризует параметр T₁.

Формула IV представляет собой переработанную применительно к h_1th формулу I. Формула (III) соответствует формуле (II), однако предусматривает начального модуля E_o упругости вместо истинного модуля E₁ упругости.

Электронный блок 12 оценки определяет таким образом (с предположением, что модуль упругости не изменялся в диапазоне между моментами t_o и t₁ времени) в виде температуры T₁ приближенную среднюю температуру тормозного барабана 1 для момента t₁ времени. То, насколько точно полученная таким образом приближенная величина соответствует истинной средней температуре в этот момент времени, зависит среди прочего от крутизны зависимой от температуры характеристики 13 модуля упругости, интервала между моментами t_o и t₁ времени и величины тормозного давления p₁. Для многих случаев использования эта приблизительная величина оказывается достаточной.

Для случаев использования, когда упомянутая приблизительная величина оказывается недостаточной, блок 12 оценки может быть выполнен таким образом, что между этапами "на основании величины h_1th определение соответствующей температуры T₁ " и "выдача сигнала температуры, характеризующего T₁" он выполняет цикл повторения со следующими этапами
- определение из характеристики 13 модуля E_1w1 упругости, приданного температуре T₁;
- расчет откорректированной приближенной упругой составляющей h_1elw1 угла h₁ поворота по формуле (III), однако с использованием параметра E_1w1;
- расчет откорректированной термической составляющей h_1thw1 угла h₁ поворота по формуле (IV) с использованием h_1elw1;
- на основании откорректированной приближенной термической составляющей h_1thw1 определение соответствующей температуры T_1w1 из характеристики (II) деформации, причем индекс "w" указывает на повторение, а "1" после него - на первое повторение.

Посредством цикла повторения определенная сначала температура T₁ итерационно приближается к истинной средней температуре тормозного барабана 1.

Посредством m - краткого выполнения цикла повторения с использованием модуля E_1w упругости, который соответствует определенной при выполнении предшествующего цикла повторения температуре T_1w, определенная температура T_1wm может любым образом приближаться к истинной средней температуре тормозного барабана 1 при достаточно большом определении m, причем число после индекса "w" указывает количество циклов повторения. При быстродействии современных электронных вычислительных машин практически в момент h₁ времени истинная температура тормозного барабана 1 может быть определена с весьма высокой точностью.

Устройство (8, 10, 12, 16) может быть модернизировано таким образом, что оно используется для определения средней температуры тормозного барабана 1 также в следующий, заранее определенный момент h₂ времени или несколько следующих, заранее определенных моментов h₂...h_n времени. В этом случае временное звено 10 выполнено таким образом, что оно в момент h₂ времени или в момент h₂. ..h_n времени выдает второй или 1-й...n-ный измерительный сигнал. Блок 12 оценки выполняет в этом случае при получении каждого из этих измерительных сигналов упомянутые выше операции или в случае необходимости циклы повторения с определенными в этом случае величинами:
P₂...P_n
h₂...h_n
и определенными в этом случае или рассчитанными величинами:
h_2el...h_nelwn,
h_2th...h_nthwm,
E_2w1...E_nwm,
T₂...T_nwm
причем индекс "2" или "n" указывает тот или иной момент времени.

В результате этого устройство (8, 10, 12, 16) обеспечивает возможность контроля температуры тормозного барабана 1 в несколько моментов времени в течение процесса срабатывания тормозного устройства. При соответствующем большом количестве n моментов t₂...T_n времени и достаточно коротких временных интервалах между отдельными моментами времени может быть достигнут практически непрерывный контроль.

Блок 12 оценки может быть также модернизирован таким образом, что от сравнивает определенную приближенную среднюю температуру T₁, T_1w1...T_1wm, T₂. ..T_n, T_2w1...T_2wm, T_nw1...T_nwm с заранее определенной предельной величиной и дополнительно к сигналу температуры или вместо сигнала температуры выдает предупредительный сигнал, если он констатирует равенство между определенной приближенной средней температурой и предельной величиной. Поскольку средняя тормозная температура тормозного барабана 1 воспроизводит термическое состояние нагрузки тормозного устройства, это усовершенствование устройства (8, 10, 12, 16) обеспечивает возможность устройства и, следовательно, наступающей "Fading" - опасности.

Позицией 14 обозначено устройство, которое преобразует сигнал температуры и/или предупредительный сигнал к виду, который может распознаваться водителем.

Устройство (8, 10, 12, 16) позволяет также осуществлять контроль за устройством дополнительной регулировки при износе. В случае, если это устройство не осуществляет дополнительной регулировки, чувствительный элемент 16 регистрации деформации распознает при срабатывании тормозного устройства необычно большой начальный угол h_o поворота, который с помощью пригодного для цели устройства или посредством соответствующего исполнения блока 12 оценки может быть преобразован в указание для водителя на функциональное нарушение работы устройства для дополнительной регулировки при износе. Блок 12 оценки может быть выполнен в этой взаимосвязи таким образом, что он при давлении p_o срабатывания или в момент h_o времени осуществляет проверку правдоподобия сигнала деформации, например, сравнение с записанной в память предельной величиной, и при констатации неправдоподобия выдает предупредительный сигнал.

На основании устройства 15, которое преобразует этот предупредительный сигнал в форму, которая может быть распознана водителем, показано, что устройство (8, 10, 12, 16) модернизировано также и в этом направлении.

В качестве исполнительного пути, который отображает деформацию тормозного барабана 1, может служить также ход поршневого звена 6. В случае хода, однако, было бы осуществлено также отображение - в первую очередь упругой - деформации передаточного устройства (4, 5). В качестве модуля упругости в этом случае пришлось бы использовать результирующий модуль упругости материала тормозного барабана 1 и передаточного устройства (4, 5). Понятно, что использующееся в случае примера исполнения определения деформации с помощью угла h поворота тормозного кулачка 3 обеспечивает достижение существенных преимуществ.

В случае примера исполнения тормозной барабан 1 был выбран в качестве контролируемого в отношении своей средней температуры конструктивного элемента вследствие относительно несложной возможности определения его деформации. Реализованное в примере исполнения техническое решение позволяет, однако перенести его при соответствующем использовании на другие части барабанного тормоза и на в корне иные конструктивные исполнения тормозных устройств. В этой взаимосвязи следует, в частности, указать на дисковый тормоз. В случае частичного дискового тормоза, например, тормозной суппорт мог бы рассматриваться в качестве контролируемого в отношении своей средней температуры конструктивного элемента, а в случае полного дискового тормоза этим конструктивным элементом мог бы быть корпус тормоза, выполняющий функцию тормозного диска. В таком случае ход поршневого звена мог бы рассматриваться в качестве величины, отображающей характеристическую деформацию.

Наконец, специалист может распознать, что соответствующий изобретению способ может быть реализован также с использованием любой другой пригодной конструкции.

Формула изобретения

1. Способ приблизительного определения средней температуры конструктивного элемента тормозного устройства, включающего приспособление для компенсации его износа, отличающийся тем, что в момент времени t_c, соответствующий началу срабатывания тормоза, измеряют начальную деформацию h₀ конструктивного элемента, в заданный момент времени t₁ после начала срабатывания тормозного устройства измеряют тормозное давление p₁ и деформацию конструктивного элемента h₁ = h₀ + h_sel + h_sth, где h_sel - упругая деформация, рассчитываемая из уравнения h_sel = C(p₁ - p₀)/E, где Е - модуль упругости материала конструктивного элемента, определяемый из полученной предварительно зависимости Е = f (Т), С - постоянный коэффициент, p₀ - давление срабатывания, h_sth - термическая деформация, и по измеренным и расчетным значениям вычисляют термическую деформацию h_sth конструктивного элемента, по которой, из зависимости деформации от температуры h = f-(T), полученной предварительно в условиях отсутствия тормозного давления, определяют температуру Т₁, которую принимают за среднюю температуру конструктивного элемента.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве конструктивного элемента тормозного устройства выбирают тормозной барабан, а измерение деформации осуществляют путем измерения угла поворота тормозного кулачка.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что измерение тормозного давления и деформации конструктивного элемента, с последующим определением искомой средней температуры, проводят последовательно в один или несколько моментов времени t₂ ... t_n после момента t₁, в течение процесса срабатывания тормозного устройства.

4. Способ по любому из пп.1 - 3, отличающийся тем, что при достижении определяемой средней температурой заданного предельного значения осуществляют выдачу предупредительного сигнала.

5. Устройство для приблизительного определения средней температуры конструктивного элемента тормозного устройства, включающего приспособление для компенсации его износа, содержащее два измерительных датчика, подключенных к вычислительному блоку, отличающееся тем, что в него введен таймер, при этом один из датчиков выполнен в виде датчика деформации конструктивного элемента, а второй - в виде датчика давления в тормозной системе и соединен с входом таймера, подключенного своим выходом к входу вычислительного блока, выполненного в виде микропроцессора, в память которого записаны характеристики E=f(T) и h=f(T).

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что датчик деформации выполнен в виде датчика угла поворота кулачка тормозного барабана.

7. Устройство по п.5 или 6, отличающееся тем, что вычислительный блок выполнен с возможностью формирования предупредительного сигнала в момент достижения средней температурой конструктивного элемента ее предельной величины, записанной в память микропроцессора.

РИСУНКИ

Рисунок 1