JP2019524542A

JP2019524542A - ディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置および残留ブレーキトルクの較正を行うための方法

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Publication number: JP2019524542A
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Inventors: ソラリマッティア; テッラノヴァマルコ
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Abstract

ディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置であって、前記車両の各ホイールに対して、ブレーキアセンブリの摩擦材料支持部材に組み込まれた少なくとも１つの圧電セラミックセンサを含み、前記圧電セラミックセンサは、前記圧電セラミックセンサが前記ブレーキアセンブリ摩擦材料から直接検出した信号を管理手段を用いて収集及び管理することに専用の少なくとも１つの電子制御ユニットに、電気回路によって接続され、前記信号管理手段は少なくとも１つの残留トルク表示器を含み、前記残留トルク表示器は、少なくとも１つのオンボード車両コンピュータの少なくとも１つのサービスインターフェースと、少なくとも１つの専用通信システムを介してやり取りする、ディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。【選択図】図１

Description

発明の詳細な説明

知られているように、残留ブレーキトルクは、車両内に存在する非常に限られた値のブレーキトルクであり、車両にブレーキをかけていないときにブレーキパッドとディスクとの間に生じる不慮の相互作用の結果である。

この状態は実際に非常に良く起こることであり、その原因は、ブレーキキャリパーの動作不良によって、ブレーキをかけた後にディスクとパッドとの間に残留接触が維持されることである。

この接触状態の持続性は、小さいながらも、ほぼ一定の程度の残留ブレーキトルクを維持し、長期間に渡って燃料消費量及びブレーキパッド摩耗にかなりの影響を及ぼす。

ＣＯ_２排出に関する新しい規制ＥＵ６７１５／２００７／ＥＣ基準では、排出それ自体に関してより大幅に厳しい制約を設定しており、自動車製造業者に対して、排出を低減することを目的とした革新的な解決方法を怠らないよう強制している。

このシナリオでは、ブレーキシステムに関するわずかな性能損失も抑えることと、残留ブレーキトルクの増加を限定及び阻止して消費量（結果として自動車排出ガス）を抑える能力とが、ますます重要になることが想定される。

これまで、残留ブレーキトルクをオンボードかつリアルタイムで測定するためのシステム又は方法は利用可能ではない。このタイプの測定は通常、実験室動力計テストベンチ上で行うことができる。実験室動力計テストベンチは普通、ブレーキシステムの開発中に残留ブレーキトルクをテスト及び評価するために用いられる。

同等なオンボード自動車システムはコスト及びサイズが原因で利用可能ではない。

大型車両用途の場合、キャリパー内のクリアランスを測定するために市販のセンサが利用できる。

しかし前記センサが測定できるのは、キャリパー全体内の総クリアランス（２つのブレーキパッドのクリアランスの和）とディスクからのブレーキパッドの距離だけである。

これらの既知のセンサは、トラックベースの応用例に対してのみ利用可能であり、実際には２つのブレーキパッドを区別することはできない。測定するのは幾何学的距離だけであり、残留走行抵抗の実計測は行わない。

本発明が提案する課題は、従来技術において不満が言われている前述の制限に対処するものである。

この課題の一部として、本発明の目的の１つは、ブレーキパッドとディスクとの間の望ましくない相互作用（各ブレーキの各パッドに対応する）に起因する車両内の残留ブレーキトルクの実計測を可能にする装置及び方法をデザインすることである。

本発明の更なる目的は、残留ブレーキトルクのリアルタイム測定を可能にする装置及び方法をデザインすることである。

本発明の更なる目的は、動力計テストのそれに匹敵する感度レベルでの残留ブレーキトルクの実計測を可能にする装置及び方法をデザインすることである。

本発明の更なる目的は、残留ブレーキトルクの実計測を可能にしてブレーキパッドとブレーキディスクとの間の最小クリアランスの検出を可能にし、ブレーキ遅延の低減に至る装置及び方法をデザインすることである。

本発明の更なる目的は、オンボード取付け及び応用例に適合する手段を用いて、残留ブレーキトルクの実計測を可能にする装置及び方法をデザインすることである。本発明の更なる目的は、記録及び処理の遠隔手段に接続手段によって接続されたオンボード取付け及び応用例のものに適合する手段を用いて、残留ブレーキトルクの実計測を可能にする装置及び方法をデザインすることである。

この課題並びにこれら及び他の目的は、ディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置であって、車両の各ホイールに対して、ブレーキアセンブリの摩擦材料支持部材に組み込まれた少なくとも１つの圧電セラミックセンサを含み、圧電セラミックセンサは、圧電セラミックセンサがブレーキアセンブリ摩擦材料から直接検出した信号を管理手段を用いて収集及び管理することに専用の少なくとも１つの電子制御ユニットに、電子回路によって接続され、信号管理手段は少なくとも１つの残留トルク表示器を含み、残留トルク表示器は、少なくとも１つの通信インターフェースによって少なくとも１つのオンボード車両コンピュータと少なくとも１つの専用オンボード車両通信ＢＵＳを介してやり取りする、ディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置によって達成される。

また本発明の更なる目的は、装置によって車両の残留ブレーキトルクを検出するための方法であって、装置は、車両の各ホイールに対して、ブレーキアセンブリの摩擦材料支持部材に組み込まれた少なくとも１つの圧電セラミックセンサを含み、圧電セラミックセンサは、圧電セラミックセンサがブレーキアセンブリの摩擦材料によって直接検出した信号を管理手段を用いて収集及び管理することに専用の少なくとも１つの電子制御ユニットに電気回路によって接続され、信号を管理する手段は、残留ブレーキトルク測定値のリアルタイムでの一定の更新を可能にする、方法である。

本発明の更なる特徴は、従属請求項において更に定義される。

本発明の追加の特徴及び利点は、添付の図面において非限定的な実施例によって例示される車両の残留ブレーキトルクを検出するためのデバイス及び方法の、好ましいが非独占的な実施形態の記載からより明らかになるであろう。

ＡＢＳシステムを伴う車両に対するブレーキシステムの一般的なレイアウトを表す図である。インテリジェントセンサを伴うブレーキパッドのレイアウトを表す図である。電子制御ユニットの機能図を表す図である。種々の程度のブレーキトルクでブレーキをかけた後の信号の振幅の変化を表示する図である。周波数の関数としての残留ブレーキ表示器の変化を表示する図である。時間の関数としてのブレーキアルゴリズムの進展を示す図である。典型的な較正曲線を表す図である。せん断センサのみによって及び他のセンサを用いて得た較正曲線を表す図である。せん断センサのみを用いて及び他のセンサを用いて得た測定値のずれを示す図である。いくつかのパッド対に対して、ベンチ上で測定した残留ブレーキ値と較正曲線から得た値との間の差を例示する図である。乗用車にブレーキを印加する前及び後の両方における実験残留ブレーキ値を例示する図である。乗用車を用いた時間の関数としての実験残留ブレーキ値を例示する図である。

前述の図を参照して、車両の残留ブレーキトルクを検出するための装置及び方法は、全般的に１で示すが、少なくとも１つのブレーキマスタシリンダ４と、ハイドロリックオイル又はエアのいずれかに対する１つの圧力ポンプ５と、ブレーキ圧を分配するためのハイドロリックオイル又はニューマチックエアベースシステムのいずれか１つとを含む。

好ましくは、しかし非限定的に、自動車にブレーキシステムを備え付けたもの（普通はＡＢＳシステムが組み込まれている）、したがって自動車にＡＢＳシステム（可能性として、ＡＳＲ及びＥＳＰシステムと一体化されている）を管理するための少なくとも１つの制御ユニット２を備え付けたものについて言及する。ＡＢＳを伴うブレーキシステムは普通、ソレノイドバルブ、ディストリビュータ及びオイル又は空気ライン、フォニックホイール５０、タコメータセンサ５１を、ＡＢＳを備えた車両の各ホイール９上に有する。

以下では、本発明を、ＡＢＳブレーキシステムを備えた自動車に適用することについて考える。なぜならば、同じ特徴及び記述をＡＢＳ／ＡＳＲ／ＥＳＰシステムに適用することも可能だからである。

加えて、以下では、車両にディスクブレーキ及びＡＢＳを備え付けたものについて言及するが、述べることは、任意のタイプの車両にディスクブレーキを備え付けて、ＡＢＳあり又は無しのもの（例えば、トラック、トレーラ、ダンプカー、クレーン、モーターサイクル、及び飛行機でさえ）に適用可能である。

詳細には、ディスクブレーキ８を備えた自動車ブレーキシステムについて言及する。ディスクブレーキ８には優位なことにブレーキパッド７が備え付けられ、ブレーキパッド７には、残留ブレーキトルクデータを検出するためのインテリジェントセンサ１６が備え付けられている。

各ブレーキパッド７は、背面のプレート形状支持部材２１（「バックプレート」）と、支持部材２１によって支持された摩擦材料１２のブロックと、支持部材２１によって支持されて支持部材２１と摩擦材料１２のブロックとの間に置かれた１つ以上のインテリジェント圧電セラミックセンサ１６と、を含む。

支持部材２１は、電気絶縁された電気回路１１、１５を支持する。電気回路１１、１５の電気コンタクトには、インテリジェント圧電セラミックセンサ１６の電極が、やはり提供されていることが好ましい少なくとも１つの温度センサ１３の電極とともに接続されている。

電気回路１１、１５は好ましくは、支持部材２１上へのシルクスクリーン印刷を用いて生成され、高温耐性である（乗用車の場合は少なくとも２００℃、好ましくは３５０℃、又は重量物運搬車の場合は少なくとも４００℃、好ましくは６００℃）。

センサ１３、１６は、電気回路１１、１５上の特定の位置において支持部材２１に取り付けられており、前記位置に伝導性接着剤を用いてハンダ付けされているか又は接着剤で付けられている。

電気回路１１、１５によって、電気コネクタ１４は圧電セラミックセンサ１６（せん断センサである）と各温度センサ１３とに接続されている。

コネクタ１４は、センサ１６、１３から来るすべての信号を集め、外部の電子システムをブレーキパッド７に接続させる。

これに加えて、電気絶縁及び機械的保護特性とともに最適な力伝達を保証するために、保護キャップを少なくともセンサ１６上に及び電気回路１１、１５の任意の伝導性部分上に配置する。

これは、樹脂又はセラミック絶縁材料で形成された特別な「キャップ」によって実現される。

摩擦材料１２のブロックと支持部材２１との間に置かれた減衰層を設けることもできる。

詳細には、残留トルク応用例用にインテリジェントパッド内に組み込まれたセンサに関して、最小構成は、高温用の少なくとも１つの圧電セラミックせん断センサ１６を示す（少なくとも＞２００℃、キュリー点及び、好ましくは動作温度＞３００℃、及び少なくとも１つの温度センサ１３が好ましくは動作温度＞３００℃）。

せん断センサ１６は好ましくは、ブレーキパッド７の圧力中心に配置するべきである。圧力中心は、ブレーキパッド７のサイズ及び幾何学的形状とともにその質量分布に基づいた合理的な近似値を用いて定量化することができる。

温度センサ１３は、好ましくは、せん断センサ１６にできるだけ近く配置されなければならない。

温度センサ１３は主に補償目的で用いる。

図２において、四角形はせん断センサ１６を表し、矢印は、ブレーキ中にブレーキパッドに印加される接線力に沿って方向を持つ分極の方向を示す。力はブレーキトルク測定値に直接リンクする。

黒い矩形は温度センサ１３の代わりを表し、水平方向の灰色の矩形はコネクタ１４を表す。

図２に示す実施形態は、実施形態の可能な形態の１つに過ぎないことが明らかである。

センサの位置及び相対位置は変更することができ、他の補助センサを加えることができる。例えば、４つ（又は２つだけでも）の圧電セラミック「圧力」センサを、バックプレートを表す矩形２１の隅部の付近に配置して、ブレーキをかける間にキャリパー２２のピストンによって伝達される軸張力を測定することができる。

好ましい構成ではせん断センサを示すが、圧力センサをせん断センサの代わりに用いることができる。

加えて、単一のせん断力センサを用いた場合よりも多くの情報を得るために、圧電セラミックの２軸又は３軸センサを用いることができる（図示せず）。

これらの追加センサは補助機能のみを有し、圧力の分配を最適化するか又はディスクパッドの摩擦係数を決定してブレーキ効率を最大にするために用いることができるが、同時に、残留トルクを測定する表示器を構成するために用いることもできる。

図１に示すのは、ブレーキキャリパー２２の各パッドにおけるブレーキパッド７とディスク８との間の望ましくない相互作用に起因する車両内の残留ブレーキトルクの実計測を可能にする本発明による装置及び方法の図である。

この革新的なアーキテクチャの基本要素（ディスクブレーキシステムを備えた自動車に実装されていることが好ましく優位である）は、実質的だが排他的ではなく以下のとおりである。

ｉ．ブレーキトルクを検出するための少なくとも１つの圧電セラミックせん断センサ１６を伴う前述したようなブレーキパッド７であり、ホイールあたり少なくとも１つのこのタイプのパッド（しかし好ましくは２つ）。

ｉｉ．インテリジェントパッド７のセンサ１６からの残留ブレーキトルク信号の収集及び管理に専用であって、残留ブレーキトルクの実際の評価に対して必要なすべてのアルゴリズムを含む少なくとも１つの電子制御ユニット６０。

ｉｉｉ．車両オンボードサービス６１に接続するための少なくとも１つの通信インターフェース。専用通信システムによって少なくとも１つのオンボード車両コンピュータ６２との間で残留ブレーキトルクに関する情報の交換を可能にするためのすべての通信システム（それらのプロトコルを含む）を含む。

残留トルク電子制御ユニット６０は、好ましい実施形態の図３では、任意のホイール９のブレーキパッド７の両方のセンサ１６に圧電セラミック及び温度センサと通信システム６３とを設けたものを一体化している。

全般的に、８つのブレーキパッド７からの信号は典型的に、検出された、すなわち前記ブレーキパッド（ブレーキキャリパーあたり２つのパッド）に組み込まれたセンサから、インテリジェントパッドに組み込まれるか又はキャリパー上に直接取り付けられた補助センサ（典型的に温度センサ）からの信号とともに検出される。

これらのセンサはＡ／Ｄ変換器を用いてデジタル化され、信号は、電子制御ユニット６０内にインストールされた残留ブレーキトルクを計算するためのアルゴリズムによって処理される。ユニットは、このようなアルゴリズムを実行するためのマイクロプロセッサ６４をホストして、インテリジェントパッド７から来る信号から検出された生データを、残留ブレーキトルクに関するリアルタイム情報に変換する。

この情報が利用可能になったら、それを表示する目的で、又はアラーム（例えば、カーダッシュボード上の）を起動するために、自動車の通信ネットワークに送る。

代替的に、又は並行して、この情報を遠隔サービスネットワークのオペレータに、長距離データ送信手段（例えば、Ｍ２Ｍモジュール又は同等な技術など）を用いて送ってもよい。

別の重要な通信チャネルは、ブレーキキャリパー２２（キャリパーにインテリジェントパッド７を取り付けたもの）との直接リアルタイム相互作用／通信という形を取り、アクティブインテリジェントキャリパー、すなわちその独自の駆動手段（図示せず）を備えたものに対して特に適切である。独自の駆動手段は、残留ブレーキトルク自体を最小限にするためにブレーキをかけた後でインテリジェントブレーキパッド残留トルクセンサが行う直接測定に基づいてキャリパーのアクティブな後退を可能にする。

ブレーキキャリパーが典型的に受ける残留ブレーキトルクは通常、０．５〜３０Ｎｍの範囲に含まれる。通常の動作ブレーキトルクはその代わり、通常は３０〜４０００Ｎｍである。

この基本的な考慮事柄から始めて、並外れて低いトルク値の読み取りは信号対雑音比が原因でできないため、単一タイプの既知のセンサを用いたのでは、非常に広い範囲をカバーすることは不可能であることが明らかである。

他方で、低範囲の測定に対して最適化されたシステムでは高トルク範囲の読み取りによって潜在的に支障を来すため、重大な信頼性問題が生じる可能性がある。

本発明の特徴は、その代わりに、典型的なブレーキトルク範囲（３０〜４０００Ｎｍ）に対して最適化された同じセンサを用いる残留ブレーキトルクを決定するための方法であって、その測定能力を残留トルク測定値に対する典型的な範囲（０．５〜３０Ｎｍ）まで増加させる方法である。

本方法の特徴は、特定技術、すなわち実際の残留ブレーキトルクに機能的に対応付けられる残留ブレーキトルクを測定する残留ブレーキトルク表示器の形成である。

この残留トルク表示器は残留トルクを直接測定することはせず、むしろ残留ブレーキトルクの存在及びその強度に対応付けられ得る量を測定する。

本発明で説明する方法は、非常に敏感であることが実験的に証明されており、動作中ブレーキトルクを測定するための同じ効率的なセンサを保つと同時に、最も低い典型的な残留ブレーキトルク値まで測定範囲を広げることができる。

本発明の方法は周波数及び時間ドメイン分析の両方に対して開発された。

周波数に基づく本発明の方法は、残留ブレーキトルクを定量的に示すための残留ブレーキトルク表示器及びこのような表示器に対する較正手順を形成することに関し、定量的に示すことは、インテリジェントパッド上に取り付けられた圧電セラミックセンサから来る信号の周波数のスペクトルから始める。

本発明で用いるアプローチを用いて形成される残留ブレーキトルク表示器は、残留ブレーキトルクの実際値に、このような値を直接測定することなく、それでも対応付けられるものである。

基本的な考え方は、測定可能な残留ブレーキトルクがある度に、インテリジェントパッド上に取り付けた圧電セラミックセンサが出す信号周波数スペクトルＶ（ω）（ホイールの角回転速度に対応付けられる）内に特定のピーク構造が現れるという観察から導き出されている。

図４に示すのは、３つの異なる動作中ブレーキ条件の下で、同じホイール角回転速度に対して、残留ブレーキトルク値を増加させながら得た１つの典型的な信号周波数スペクトルＶ（ω）である。

この図から、３つの異なるブレーキ条件の下で同じ周波数に対応する信号の振幅内にピークが存在することが明らかであり、これとともに、動作中ブレーキ条件に対応付けられる値の増加に対応してピークの振幅の増加が見られる。

残留ブレーキトルク表示器を形成するために、信号Ｖ（ω）に対する汎用クラスの関数を考え、以下の数式で示す。

ここで、ＲＤ_Ｉは残留ブレーキトルク表示器であり、ω_Ｃは信号のカットオフ周波数であり、αは正の定数であり、Ｎはキャリパーの２つのパッド上の圧電セラミックセンサの総数であり、ＲＤ_Ｉ ^０は、ＲＤ_Ｉの定義の第１の要素において報告される信号であるが、パッドをキャリパー内に手動で引っ込めることによって得られる信号の積分関数である。すなわちそれは、外部の電磁障害に付随する寄与及びベアリング、ホイールハブなどからの振動に起因する何らかの寄与であり、又は言い換えれば、考慮すべきでなく表示器から差し引くべきバックグラウンドノイズ信号である。

信号のカットオフ周波数ω_Ｃは任意に選択することができるが、慣例により、５０Ｈｚ未満に固定される。これは、電磁両立性障害（ＥＭＣ）をできるだけ低く保つためであるが、同時にこの値にできるだけ近く保って、それを適用することができるホイールの角回転速度の範囲を広げる。

従来また好ましくは、この値を４５Ｈｚに設定した。これによって、２００ｋｍ／ｈのオーダーの速度までの良好な表示器安定性が確実になる。

ＲＤ_Ｉに対する別の実施形態では、ω_Ｃは５０Ｈｚよりも大幅に高い可能性があり、特に周波数成分が高車両速度において見られる場合にそうである。

しかしこのような場合は、バンドパスフィルタ（ハードウェア又はソフトウェア）を約５０Ｈｚで用いて、残留ブレーキトルク表示器（したがって測定値）に影響を与え得る電磁両立性（ＥＭＣ）寄与をすべて取り除かなければならない。最後に及びより重要なことは、これまで図示して説明したものと全体的に同様である表示器は、単調増加関数Ｆを用いるという条件（表示器の大きさを増加させることは残留ブレーキトルクの量を増加させることに同様に対応することを確実にする）で、汎用関数Ｆ（Ｖ（ω））を用いることによって得られる。

図５に、残留ブレーキトルク表示器の例を信号のカットオフ周波数の関数として示す。ω_Ｃ＝４５Ｈｚに対応する値を、垂直方向の直線破線として示す。

残留ブレーキトルク表示器を形成するための本発明の別の方法は、インテリジェントパッドに取り付けた圧電セラミックセンサからの時間ドメイン信号に基づいている。

周波数に基づく前述した場合と同様に、この第２の方法で用いるアプローチは、直接測定はしないがやはり残留ブレーキトルクに対応付けられる残留ブレーキトルク表示器を形成することにある。

周波数に基づく場合と同様に続けて、時間ドメイン周波数関数は以下のようになる。

ここで、Ｖ’_ｉ（ω）＝Ｖ_ｉ（ω）Ｋ（ω）であり、Ｋ（ω）は信号周波数フィルタであり、カットオフ周波数はω_Ｃである。

フーリエ変換の特性を用いて、以下を求めることは容易である。

ここで、

は畳み込み符号を意味し、積分は周波数の代わりに時間の関数である。

一般化して、一般式が得られる。

ここで、ＲＤ_Ｉは残留ブレーキトルク表示器であり、Ｔは速度範囲５〜２００ｋｍ／ｈでのホイールの典型的な回転時間よりも明らかに長い時間であり、αは正の定数であり、Ｎはブレーキキャリパーの２つのパッド上の圧電セラミックセンサの総数であり、ＲＤ_Ｉ ^０は、ＲＤ_Ｉの定義の第１の要素において報告される信号であるが、キャリパーのブレーキパッドを手動で引っ込めることによって得られる信号の積分関数である。すなわちそれは、外部の電磁障害に付随する寄与及びベアリング、ホイールハブなどからの振動に起因する何らかの寄与であり、又は言い換えれば、考慮すべきでなく表示器から差し引くべきバックグラウンドノイズ信号である。

説明した場合では、時間ドメイン周波数フィルタアルゴリズムＫ（ｔ）を容易に計算することができて、以下のようになる。

ここで、ｉは虚定数であり、ω_Ｃはフィルタカットオフ周波数であり、ｔは時間である。

図６ａに示すのは、この時間ドメイン周波数フィルタアルゴリズムＫ（ｔ）の挙動のグラフである。

証明の証拠として、Ｋ（ｔ）が時間とともに減衰することは、たった０．１ｓ後にすでに重要であり、したがって高周波信号の変動（信号のカットオフ周波数ω_Ｃよりもかなり大きい）は取り除かれる。

この特定の場合、表示器ＲＤ_Ｉは、以下の形を取る。

ここで、畳み込みは、時間τの間隔に及ぶ２つの関数のｔ’上での有限積分によって近似されている。

信号が、カットオフ周波数ω_Ｃよりも通常はるかに低いホイール回転周波数に対応付けられるために、全般的に、信号Ｖ_ｉ（ｔ）を通してＲＤ_Ｉに寄与する時間変動が時間とともに非常にゆっくりと変化するということを考慮して、時間間隔τが時間周波数フィルタＫ（ｔ）の経時減衰と比べて非常に長い場合、近似は数値的に正常である。

各場合において、これは、残留ブレーキトルク表示器の新しい定義である。

参考までにまた例として、τは０．１ｓの間隔とすることができる。

したがって、上式を以下の式によって更に近似することができる。

ｔの積分を一連のｊによって近似してあり、時間間隔を幅τの部分範囲Ｍに分割してある。

前述した特定の場合では、例えば、τ＝０．１ｓ及びＴ＝１ｓとすると、Ｍ＝１０である。

上式は、近似ではあるが、以前のすべての式（時間及び周波数の両方の関数として）よりも極めて計算が経済的であるという優位点がある。

この式は、組込みシステム及びより経済的な電子機器に容易に組み込むことができ、したがってリアルタイムオンボード車両用途に対して特に利益がある。優位なことに測定条件及び信号対雑音比によって可能であるならば、フィルタリング項Ｋ（ｔ）について目をつぶることさえ、時間ｔの各点に対してそれを１に等しく設定することによって、また畳み込みを伴わない単純積分を行うことによって可能である。このような場合、必要な計算負荷に対して更にいっそう単純化された数字上優位なバージョンであるという利益がある。

残留ブレーキトルク表示器のＲＤ_Ｉ関数が得られたら、これらを残留ブレーキトルク測定値にマッチさせるために、基準較正ベンチを必要とする較正が必要である。

以下に説明するように、前記較正は、両方のアルゴリズムから導き出されたＲＤ_Ｉの結果に基づくならば、両方の方法（周波数及び時間の両方の関数に基づく）に対して全体的に妥当である。

基準ベンチは、好ましくは、残留ブレーキトルク測定能力を伴う基準実験室動力計ベンチであってもよいし、又は任意の他の知られた装置であって、残留ブレーキトルクを直接測定するためにインテリジェントパッドの圧電セラミックセンサによって伝達される信号（周波数又は時間のいずれかの関数として）によって得られる残留ブレーキトルク表示器を較正するための基準として用いるべき残留ブレーキトルクセンサを有する装置であってもよい。

このような基準較正ベンチの別の優先的な特徴は、較正プロセス中に残留ブレーキトルク値を信頼性が高くて正確な方法でチェックして、前記値をできるだけ一定に維持することができることである。

優先的な残留ブレーキトルク較正手順は以下のようになる。

ＲＤ_Ｉ ^０の決定。これは、ディスクからブレーキパッドを手動で分離すること（キャリパーピストン又はキャリパーの部品を後退させること）と、任意の望ましくない寄与を除去するためにインテリジェントパッド及びベンチの信号上のバックグラウンドノイズを捕捉することと、によって行う。較正ベンチを手動で調整することによって、又は基準値を設定するための同等な手段によって、残留ブレーキトルクを設定する。較正ベンチから、及びインテリジェントパッド信号からＲＤ_Ｉ残留ブレーキトルク表示器から、残留ブレーキトルクを相互に収集する。ベンチ上でのいくつかの残留ブレーキトルク値に対して、手動調整手順とトルクの相互収集とを繰り返すことによって実験データを較正する。実験較正曲線から得た最良データから補間された分析較正曲線を形成する。

好ましくは、基準較正ベンチを用いた残留ブレーキトルク較正手順の際、０から３０Ｎｍまで変化する残留ブレーキトルク値の範囲を考える。

手順の最後に、較正曲線が、ＲＤ_Ｉ残留ブレーキトルク表示器の値を基準較正ベンチ上で測定される残留ブレーキトルク［Ｎｍ］の実際の値に変換するための分析的表現を伴って導き出される。

典型的な較正曲線を図６ｂに示す。典型的な２次又は３次多項式関数は、多項式内のパラメータの特定の値を除いて、ディスク及びキャリパー自体の両方の特性からの良好な独立性のおかげで、再現性があり、キャリパー及び異なるディスクに移すことができる。

図７に、その代わりに、インテリジェントパッドセンサの数Ｎへの較正曲線の依存性を示す。すべてのセンサがＲＤ_Ｉの評価に含まれている場合（最大で１０センサ）と、せん断センサのみを考えた場合（２センサ）との間の比較を例示する。

実際の結果によれば、センサをせん断センサに限定することをしても、ＲＤ_Ｉ残留ブレーキトルク表示器の分解能に著しい損失は生じず、較正曲線の形状ほとんどは同一のままであった。

図７で得た較正曲線を用いてインテリジェントパッドによって測定した残留ブレーキトルクと、基準較正ベンチのそれとの間のずれについての直接比較を図８に示す。最大ずれは±１Ｎｍ以内又はそれ以下であることが分かる。

図８の左側では、ひし形はせん断センサのみに限定した場合を表し、図の右側の四角形はすべてのセンサを用いた場合を表す。

せん断センサのみを用いたアルゴリズムのバージョンは本発明の好ましいバージョンであり、これは、このような構成によって計算負荷及びセンサの総数に対する要求が下がることを考慮したものである。

インテリジェントパッドが検出した信号に基づく残留ブレーキトルクアルゴリズムを、異なるパッド及びディスク並びに異なるキャリパーのセットを用いて種々の条件下でテストした。

図９に示すのは、インテリジェントパッドからの信号によって測定した残留ブレーキトルクと基準動力計ベンチ上で求めた対応する測定値との間の誤差を、４つの異なるパッドセットに対して得た結果である。

インテリジェントパッドによる測定の結果（較正手順の後に行う）と、動力計ベンチ上で求めた測定の対応する値との差を、較正範囲（０〜３０Ｎｍ）内の残留ブレーキトルクの異なる値に対して示す。

証明の証拠として、動力計ベンチ上で求めた測定値に対するインテリジェントパッドを用いた最大測定誤差は１Ｎｍ以内である。

実験室動力計ベンチが典型的に精度が０．５Ｎｍであるならば、この意味は、残留ブレーキトルクを測定するためのインテリジェントパッドを用いた測定の精度は、動力計ベンチ上での測定値の精度に匹敵するということである。

結果を、前述した両方の場合に対して示す。インテリジェントパッド上のすべてのセンサ（ブレーキ／インテリジェントパッド対あたり１０のセンサ、すなわち各インテリジェントパッドあたり５のセンサ）についての結果、及びインテリジェントパッド上のせん断センサのみ（ブレーキ／インテリジェントパッド対あたり２のセンサ、すなわち各インテリジェントパッドあたり１のせん断センサ）についての結果である。

更に、種々のグラフの下の表では、平均誤差、最大誤差及び標準偏差に関する静的な結果を示している。これらによって、４つのインテリジェントパッド対に対して得た較正曲線の優れた性能が確認される。

実際には、動力計ベンチの精度内で明らかにする系統的エラーがないこと、並びに標準偏差及び最大誤差が１Ｎｍ未満であることに注目することができる。

インテリジェントパッドを用いて測定した車両の実際の残留ブレーキトルクを測定するための装置及び方法を次に、自動車上の実際の条件下でテストした。

こうするために、乗用車のブレーキキャリパーにインテリジェントパッドを備え付けて、テストトラック（ナルドサーキット）上で特定の専用テストを行った。

テストは、インテリジェントパッドを用いて測定したリアルタイム測定値を比較することにあった。測定は外部センサを用いて実験室で行い、車両速度の状態を再現し、ホイールの回転を誘起し、ブレーキ事象はサーキットで行っているように作動させ、ホイール回転中の残留ブレーキトルク値を記録した。

手順を数回繰り返して、測定値を取得し、それを次に、トラック上でのテストセッションの最後に得た安定した値と比較した。

図１０に示すのは、１６ＭＰａ（１６０バール）のブレーキ事象の後にインテリジェントパッドによって生成された典型的な結果と、ブレーキを印加する前に得たものである。

予備的なブレーキ条件下での残留トルクよりも大きい残留トルク（最大で５Ｎｍ）がブレーキ事象によってどのように誘起されたかを見ることができる。

これらの最後の値を、外部のトルクセンサ測定を用いて実験室内で得たものと比較すると、１Ｎｍの期待精度内で非常に似ているという結果が得られた。

ブレーキをかけた後の残留ブレーキトルクの経時応答に関しては、図１１に示すように、ブレーキをかけた直後は、測定した残留ブレーキトルク値は大きくて最大で１０Ｎｍ以上であるが、差は急速に１〜２Ｎｍの値まで減少し、やがて安定した状態を保つ傾向があることが分かる。

これらの値を、外部のトルクセンサによって求めた測定値を用いて実験室内で得たものと比較すると、今度の場合も１〜２Ｎｍの差の中で非常に似ている。したがって、本発明では、ディスクブレーキを備える車両の残留ブレーキトルク値を、インテリジェントブレーキパッドに取り付けたセンサから検出される信号のリアルタイム測定に基づいて、オンボードかつリアルタイムで測定するための装置及び方法について説明している。

本装置及び本方法によって、結果の良好な反復性と、従来技術によって知られている基準動力計テストベンチによって得た結果に匹敵する精度とが得られることが示された。

本装置及び本方法によって、残留ブレーキトルクの直接測定に対する新しいアプローチが提供され、そのリアルタイム測定が、車両上でリアルタイムであっても可能になる。

この革新的な発明は、残留ブレーキトルクをリアルタイムで精度良く測定できるという事実のおかげで、他の応用例の中でも、他の専用手段を通していわゆるインテリジェントブレーキキャリパーに指示を出すことによって、パッドの駆動ピストンの駆動及び後退に介入して、パッドとディスクとのクリアランスを最小限にし、同時に残留ブレーキトルクを０．５Ｎｍ未満の値にまで減らすために用いることができる。

したがって、本発明のこの特別だが排他的でも限定的でもない応用例によって可能になる主要な優位点は、パッドとブレーキとの間のクリアランスを最小にすることである。その結果、ブレーキを適用する遅延が結果的に最小になり、残留ブレーキトルクが制御されて最小になってブレーキパッド摩耗が小さく燃料消費量が節約され、後退材料上でのエージング及び摩耗の効果が最小になり、また残留ブレーキトルクレベルをリアルタイムで直接制御するおかげでブレーキキャリパーの効率が最大になる。

更に、本発明によって車両上でリアルタイムで検出した残留ブレーキトルク測定値を、少なくとも１つの遠隔記録及び処理ユニットに対する特定の接続手段を用いてリアルタイムで送ることができる。

インテリジェントブレーキパッドからの信号によって残留ブレーキトルクを測定するこの装置及び方法は、オンボード応用例であること及びリアルタイムであること以外は、基準の既知のトルク測定値と一緒に又はその代わりに従来の動力計ベンチテストに適用できて優位であることが明らかである。

そのように考案された本発明は、すべて本発明の概念内にある多くの修正及び変更を受けやすい。

詳細には、本発明による残留ブレーキトルクを検出するための装置は、ドラムブレーキを備えた車両に対しても想定することができ、前記装置は、車両の各ホイールに対して、ブレーキドラムシューズの摩擦材料の真下に組み込まれた少なくとも１つの圧電セラミックセンサを含む。

更に、すべての詳細を技術的に均等な要素に置き換えることができる。

この点について、また特に関連して、このような実施形態を他のセンサをブレーキパッド上に組み込むことと一緒にした応用例が存在し、特に、インテリジェントブレーキパッドの金属支持部材に組み込んだスクリーン印刷回路上に配置された温度センサ（好ましくは、ＰＴ１０００タイプセンサ）に関する。加えて、このインテリジェントセンサから利用できる情報の提供を完了するために、未加工のブレーキパッドデータに基づいて取得したインテリジェントブレーキパッドからのデータを管理する電子制御ユニット内に、摩耗センサ又はブレーキパッド摩耗表示器をソフトウェアレベルで組み込むこともできる。各ホイールに対する残留トルクデータ、及び個々のブレーキキャリパーパッドからの関連する寄与、特に、関連するブレーキパッドの温度データ及びその摩耗レベルを次に、車両オンボードマルチメディアサービスプラットフォームに、又は車両の「ボディコンピュータ」に、又は少なくとも前記プラットフォーム／システムに属するマイクロプロセッサに伝達して、インテリジェントブレーキパッド電子制御ユニットが提供するデータを視覚的に又はアラームによって管理することができる。車両のセンサデータ及びマルチメディアサービスシステムを管理する電子制御ユニットからデータを伝達することを、ケーブル又は無線を介して行うことができる。後者の場合、ブレーキパッドを管理する電子制御ユニットがブレーキパッドのすぐ近くに、好ましくはコネクタの着脱可能な部分内に組み込まれていることが好ましく、コネクタによって、制御ユニットと無線送信システムとがデータ送信ケーブルの代わりに一体化される。更に、小さいバッテリ又はエネルギー回収装置（熱的又は機械的）を用いれば、エレクトロニクスの動作全体にとって必要なすべての電子が供給される。すべてのものを低パワーで一体化できるように、システム全体を好ましくはＡＳＩＣ（特定用途向け集積回路）を用いて実装するべきである。

Claims

ディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置であって、前記車両の各ホイールに対して、ブレーキアセンブリの摩擦材料支持部材に組み込まれた少なくとも１つの圧電セラミックセンサを含み、前記圧電セラミックセンサは、前記圧電セラミックセンサが前記ブレーキアセンブリ摩擦材料から直接検出した信号を管理手段を用いて収集及び管理することに専用の少なくとも１つの電子制御ユニットに、電気回路によって接続され、前記信号管理手段は少なくとも１つの残留トルク表示器を含み、前記残留トルク表示器は、少なくとも１つの通信インターフェースによって少なくとも１つのオンボード車両コンピュータのサービスと少なくとも１つの専用通信システムを介してやり取りする、ディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記信号を管理する手段は、前記圧電セラミックセンサの測定容量を、前記残留ブレーキトルクを測定するための典型的なブレーキトルク測定値の範囲まで増加させる、請求項１に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記残留トルク測定値は０．１Ｎｍ〜３０Ｎｍである、請求項１に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記残留ブレーキトルク表示器は、実際のブレーキトルクを間接的に測定して、前記測定値のリアルタイムでの一定の更新を可能にする、請求項１から３のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記残留ブレーキトルク表示器は、残留ブレーキトルクの存在及びその強度に対応付けられ得る量を測定する、請求項１から４のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記信号管理手段は、周波数に基づいた分析及び／又は時間に基づいた分析を行う、請求項１から５のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記信号管理手段は、前記少なくとも１つの圧電セラミックセンサによって提供される信号の周波数スペクトルから始めて前記残留ブレーキトルクを定量的に示す、請求項１から６のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記信号管理手段は、前記少なくとも１つの圧電セラミックセンサによって提供される信号の周波数スペクトル内の特定のピーク構造を検出し、前記ピークは前記車両の各ホイールの回転の角速度に関係する、請求項１から７のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記信号管理手段は、前記少なくとも１つの圧電セラミックセンサによって提供される信号における経時強度に特定の構造の振動を検出し、前記振動は前記車両の各ホイールの回転の角速度に関係する、請求項１から８のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記残留ブレーキトルク表示器に影響し得る電磁両立性（ＥＭＣ）寄与をすべて取り除くために約５０Ｈｚにおいて動作するハードウェア又はソフトウェアバンドパスフィルタを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記少なくとも１つの圧電セラミックセンサによって伝達されたときに時間の関数又は時間の関数としての信号によって得られる前記残留ブレーキトルク表示器は、前記残留ブレーキトルクの直接測定に対する動力計ベンチを用いて較正される、請求項１から１０のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記電気回路に温度センサが組み込まれている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記管理手段は、少なくとも１つの専用通信システムを介した少なくとも１つのオンボード車両コンピュータの前記サービスに対する少なくとも１つの通信インターフェースを伴う少なくとも１つの摩擦材料摩耗表示器を含む、請求項１から１２のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記摩擦材料支持部材に、前記電気回路及び前記電子制御ユニットに電気ケーブルによって接続されたコネクタが組み込まれている、請求項１から１３のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
前記摩擦材料支持部材に、前記電気回路に接続されたコネクタが組み込まれ、前記電気回路には、少なくとも１つの専用通信システムによって少なくとも１つの車両オンボードコンピュータと通信するための無線データ送信モジュールが組み込まれている、請求項１から１４のいずれか一項に記載のディスクブレーキを備える車両における残留ブレーキトルクを検出するための装置。
ディスクブレーキを備える車両において較正基準動力計ベンチによって残留ブレーキトルクの較正を行うための方法であって、
・前記ディスクからブレーキパッドを分離することによって、パッド信号と前記動力計ベンチとに含まれるバックグラウンドノイズを捕捉して、任意の望ましくない寄与を除去することと、
・前記ベンチを手動で調整することによって前記残留ブレーキトルクを設定して、基準値を設定することと、
・前記ベンチから、及び前記パッド信号によって前記残留ブレーキトルク表示器から、残留ブレーキトルクデータを相互に収集することと、
・前記ベンチ上での前記残留ブレーキトルク値の複数の値に対して、前記手動調整手順と前記残留ブレーキトルクの前記相互及び文脈収集とを繰り返すことによって、実験データを較正することと、
・実験較正曲線からの最良データから補間された分析較正曲線を形成することと、
・前記較正曲線から、前記残留ブレーキトルク表示器値を実際の残留ブレーキトルク値に変換するための分析的表現を特定することと、を含む方法。