CN104986157A - 一种汽车制动系统故障监测预警系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汽车制动故障监测预警系统，该系统实时监测施加在制动摩擦片上的压力与车辆制动总泵制动液压力；通过比较同轴车轮上各摩擦片制动压力，以及摩擦片制动压力达到最大值的时间；比较各摩擦片制动压力与制动总泵压力，以及各摩擦片制动压力与制动总泵压力出现最大值的时间戳；该系统监测制动摩擦片的温度变化及变化速率，作为汽车制动故障监测预警系统的补充、印证及冗余备份系统；若判定存在故障隐患，即发出预警信息；使制动系统故障在萌发初期被发现，借助离线的人工智能系统，更精准地定位故障部位及性质，得以及时对制动系统进行检测、保养、修复，以保障行车安全；该系统既可应用于在用车辆增配改装，也可应用于新开发的车型。
Description
技术领域
汽车制动系统故障监测预警系统属于汽车电子及安全技术领域。
背景技术
汽车制动故障直接关系到人们的生命财产安全。
随着整个社会对交通安全意识的提高，汽车主动安全系统如ABS（防抱死制动系统）/EBD（电子制动力分配）/ESP（车身电子稳定程序）等已经日渐普及。这些系统都是以制动系统性能完好为基础和前提，若车辆制动系统故障，制动性能部分或完全丧失，这些系统也都不能正常工作。
目前市面上销售的乘用车中，大部分都采用单浮动式卡钳，此类浮动卡钳仅一侧有制动活塞，在制动过程中活塞推动该侧制动摩擦片（简称“主动摩擦片”）接触到制动盘时，浮动卡钳在反作用力的作用下反向移动，另一侧的制动摩擦片（简称“从动摩擦片”）也获得钳制制动盘的制动压力。
汽车制动故障通常有一个渐进性的发展过程，例如，制动管路的老化导致漏油或堵塞；制动液受潮含水，在制动过程中随温度升高导致制动液产生气泡；制动分泵活塞及浮动卡钳的滑动导向销柱受泥水浸泡，引起活塞及导向销柱卡滞甚至锈死，最后导致制动力丧失或刹车抱死；浮动卡钳的滑动导向销柱锈死，制动盘单向受力，紧固车轮的螺丝会因受力不均，导致金属疲劳而在紧急刹车时断裂。
此前，此类故障只能靠定期保养，由人工拆卸检查才能发现。在两次保养间隔期间，驾驶员仅凭经验难以（未能）及时发现制动系统故障，可能导致严重的交通事故，造成生命财产损失。
专利CN200810117851提出《一种汽车制动效能监测及报警系统》，该系统通过实时监测车辆制动踏板行程与制动压力（该系统中所谓“制动压力”，指制动总泵与分泵之间制动管路中的制动液压力——说明书第3页，第20段，最末一句：“压力传感器接于汽车制动主缸后续的制动管路之中”。）之间对应关系的变化，以判断汽车制动系统效能是否降低至某种程度，以及时提醒驾驶员采取安全措施。但导致汽车制动故障的原因很多，一些特定的制动系统故障不能被该系统监测到；例如，某个制动分泵活塞卡滞（而非制动液管泄漏，或制动管路产生气泡），或分泵制动液进口堵塞，又或者浮动式卡钳的滑动导向销柱锈死，导致制动力减弱或丧失，或只有单边摩擦片与制动盘接触等，这些故障隐患并不能被该系统检出。
专利CN200410012719提出《机动车刹车系统故障监测方法和装置》利用温度传感器和电子电路，实时监测和显示刹车系统各车轮刹车机构的温度，对故障刹车机构表现出的温度偏高或低温进行声光告警，实现刹车系统的在线故障监测。但该方法在车辆启动前，静止状态下制动摩擦片与制动盘还未有相对运动，温度还未发生变化，不能检出故障。
综上所述，开发一种实时监测汽车制动系统故障，并能在车辆运动前及运动中，在故障初期，制动系统失效之前向驾驶员提供故障预警信息的技术和系统，对主动预防交通事故具有重要意义。
发明内容
本发明提供一种汽车制动故障监测预警系统，该系统实时监测施加在制动摩擦片上的压力（简称摩擦片制动压力）与车辆制动总泵制动液压力（简称制动总泵压力）；通过比较制动踏板完全释放状态时，同轴车轮上各摩擦片制动压力；在每一次制动过程中，比较同轴车轮上各摩擦片制动压力，以及，摩擦片制动压力达到最大值的时间戳；比较各摩擦片制动压力与制动总泵压力，以及，各摩擦片制动压力与制动总泵压力出现最大值的时间戳；判断制动系统是否存在故障隐患；若存在故障隐患，即发出预警信息；使制动系统故障在萌发初期被发现，得以及时对制动系统进行检测、保养、修复，以保障行车安全；该系统既可应用于在用车辆增配改装，也可应用于新开发的车型。
在制动踏板完全释放状态时，若摩擦片制动压力超过标定的值，或摩擦片制动压力明显高于同轴的其它摩擦片制动压力；说明制动系统存在故障；
在同一次制动过程中，若同轴车轮上各摩擦片制动压力差异过大，或同轴车轮上各摩擦片制动压力达到最大值的时间差异过大，汽车在制动过程中容易跑偏，失去方向；说明制动系统存在故障；
在同一次制动过程中，若摩擦片制动压力与制动总泵压力的比值低于标定的额定值；或（及）各摩擦片制动压力最大值与制动总泵压力最大值对应时间延迟大于标定的额定值；说明制动系统存在故障；
借助离线的人工智能系统对以上数据做进一步分析，更精准地定位故障部位及性质，如：存在制动管路中含有气泡，或活塞及卡钳锈蚀卡滞，或制动摩擦片异常磨损，或制动摩擦片间隙过大等故障。
本发明设计的汽车制动故障监测预警系统，可作为行车电脑系统的一个子系统，也可以独立运行；该汽车制动故障监测预警系统在硬件上的结构示意图，如图1所示；图2中，曲线1为汽车制动系统性能良好的状态下的曲线，若汽车制动系统存在故障，则可能变为曲线2或曲线3所示的情况；图3中，曲线4为汽车制动系统性能良好的状态下的曲线，若汽车制动系统存在故障，则可能变为曲线5或曲线6所示的情况。
对多活塞、双侧均有活塞推动制动摩擦片的制动卡钳盘式制动系统的车辆，每个摩擦片与活塞（卡钳）之间都安装有一个压力传感器（每一个摩擦片对应有一个压力传感器）。
对仅单侧有制动活塞的浮动式卡钳盘式制动系统的车辆，每个车轮只在从动摩擦片与浮动卡钳之间安装一个压力传感器；对于前轮驱动的乘用车，作为简化版本，可只为驱动轮（前轮）的从动摩擦片安装压力传感器。
增加制动摩擦片温度传感器，用于监测制动摩擦片的温度变化，作为汽车制动故障监测预警系统的补充、印证及冗余备份系统；
汽车在行驶过程中，连续采集各制动摩擦片的温度，制动踏板完全释放状态时，比较同轴的各制动摩擦片温度，若温度差超过标定的额定值；说明制动系统存在故障；
在同一次制动过程中，采集各制动摩擦片在制动过程中的初始温度、最高温度，并计算单位时间内温度变化速率；比较同轴各制动摩擦片的温度变化速率，若温度变化速率差异及（或）最高温度超过标定的额定值；说明刹车系统存在故障。
当汽车ABS/EBD/ESP等，与刹车相关的主动安全系统启动及作用期间，汽车制动系统故障监测预警系统暂停工作；对于温度监测数据，暂停工作后增加延时重启监测的时间区间。
本发明通过实时监测车辆摩擦片制动压力、制动总泵压力及制动摩擦片温度，对相关数据进行比较、分析，提供对车辆制动系统的状态及故障的监测预警，保障行车安全；其突出的优点在于：仅采集较少的数据，提供多种比较及分析方法，对制动系统较全面的故障监测，且具有故障监测的冗余系统；提高系统的故障检出准确性及系统的可靠性；同时降低了系统成本，易于普及。
附图说明
图1 汽车制动故障监测预警系统在硬件上的结构示意图；
图2 制动总泵与摩擦片制动压力关系图；
图3 同轴摩擦片制动压力之间比较关系图；
具体实施方式
下面，结合附图和具体实施例对本发明设计进行详细说明。
实施例：
汽车制动故障监测预警系统在硬件结构示意图，如图1所示。
该系统包括制动故障监测电子控制单元（ECU），制动摩擦片压力传感器、制动总泵压力传感器、制动摩擦片温度传感器，声光及视觉报警器；
制动故障监测电子控制单元（ECU）从制动摩擦片压力传感器、制动总泵压力传感器、制动摩擦片温度传感器采集信号并进行处理，处理结果信息输出至声光及视觉报警器；制动摩擦片压力传感器、制动总泵压力传感器、制动摩擦片温度传感器输出分别和制动故障监测电子控制单元（ECU）输入相连，制动故障监测电子控制单元（ECU）输出与声光及视觉报警器连接；
在最优实施例中，对仅单侧有制动活塞的浮动式卡钳盘式制动系统的车辆，每个车轮只在从动摩擦片与浮动卡钳之间安装一个压力传感器；
另一个实施例中，对前轮为碟刹、后轮为鼓刹，碟刹为仅单侧有制动活塞的浮动式卡钳盘式制动系统的前轮驱动的轻型乘用车辆，只为驱动轮（前轮）的从动摩擦片安装压力传感器；
又一个实施例中，对多活塞、双侧均有活塞推动制动摩擦片的制动卡钳盘式制动系统的车辆，每个摩擦片与活塞（卡钳）之间都安装有一个压力传感器（一个摩擦片对应有一个压力传感器）；
以上各实施例中，在制动总泵中安装制动总泵压力传感器；
以上各实施例中，制动摩擦片压力传感器上还集成了温度传感器；
以上各实施例中，制动故障监测电子控制单元（ECU）连续采集各摩擦片制动压力，制动总泵压力及各制动摩擦片温度；并按下列步骤、程序进行处理：
对压力信号做如下处理：
在同一次制动过程中进行下列比较：
a. 比较同轴各制动摩擦片制动压力，求制动系统故障风险系数R；
R = （Fmax – Fmin）/ Fmax
其中，Fmax为参与对比的两个摩擦片制动压力中较大的压力值；
Fmin为参与对比的两个摩擦片制动压力中较小的压力值；
若，R大于等于0.10即预警，大于0.22报警；
b. 比较同轴各摩擦片制动压力达到最大值的时间之差ΔT；
ΔT = Tmax – Tmin
其中，Tmin为最早达到最大值的时间；Tmax为最晚达到最大压力的时间；
若，ΔT 大于等于0.20s即预警，大于0.33s 报警；
c. 比较各摩擦片制动压力与制动总泵压力，若比值偏离具体车型标定的制动效能曲线区域，则判定制动系统故障；
d. 比较各摩擦片制动压力与制动总泵压力达到最大值的时间戳，并计算各摩擦片制动延迟时间，若制动延迟时间大于具体车型标定的制动延迟时间标准，则判定制动系统故障；
当汽车ABS/EBD/ESP等，与制动系统相关的其它主动安全系统启动及作用期间，汽车制动系统故障监测预警系统暂停工作；
当制动踏板完全释放状态时，若摩擦片制动压力大于具体车型标定的额定值，则判定制动系统故障。
对温度信号做如下处理：
连续采集各制动摩擦片的温度，当摩擦片温度大于标定的最高温度时；或当制动踏板完全释放状态下，比较各摩擦片温度，若各摩擦片之间的温度差超过标定值则报警；
采集各制动摩擦片在制动过程中初始温度、最高温度，并计算单位时间内温度变化速率；若同轴最大与最小的温度变化速率差异超过标定值则报警。
当制动系统故障监测预警系统报制动故障预警信号后，在车辆停车且发动机运行状态下，大力踩制动踏板三次，以三次制动中采集到的数据核对制动故障信息，若三次均未检出故障信息，则选择复位/清除制动系统故障报警信号。
在一个实施例中，原车载电脑已有制动总泵压力传感器，制动总泵压力信号通过车载CAN通信总线获得。
再一种实施例中，制动摩擦片压力传感器与摩擦片温度传感器是集成在一起的。
另一个实施例中，制动系统故障检测预警系统不包含摩擦片温度传感器，也不包含对温度的监测，及对温度信息处理的程序。
以上各实施例还包含离线的人工智能故障分析系统；借助离线的人工智能系统对以上数据做进一步分析，更精准地定位故障部位及性质，如：存在制动管路中含有气泡，或活塞及卡钳锈蚀卡滞，或制动摩擦片异常磨损，或制动摩擦片间隙过大等故障。
Claims (9)
1. 一种汽车制动系统故障监测预警系统，该系统包括制动故障监测电子控制单元（ECU），制动摩擦片压力传感器、制动总泵压力传感器，声光及视觉报警器；
制动故障监测电子控制单元（ECU）从制动摩擦片压力传感器、制动总泵压力传感器采集信号并进行处理，处理结果信息输出至声光及视觉报警器；制动摩擦片压力传感器、制动总泵压力传感器输出分别和制动故障监测电子控制单元（ECU）输入相连，制动故障监测电子控制单元（ECU）输出与声光及视觉报警器连接；其特征在于：
在同一次制动过程中，连续采集各摩擦片制动压力，并进行下列比较：
a. 比较同轴各制动摩擦片制动压力，求制动系统故障风险系数R；
R = （Fmax – Fmin）/ Fmax
其中，Fmax为参与对比的两个摩擦片制动压力中较大的压力值；
Fmin为参与对比的两个摩擦片制动压力中较小的压力值；
若，R大于等于0.10即预警，大于0.22报警；
b. 比较同轴各摩擦片制动压力达到最大值的时间之差ΔT；
ΔT = Tmax – Tmin
其中，Tmin为最早达到最大值的时间；Tmax为最晚达到最大压力的时间；
若，ΔT 大于等于0.20s即预警，大于0.33s 报警；
c. 比较各摩擦片制动压力与制动总泵压力，若比值偏离具体车型标定的制动效能曲线区域，则判定制动系统故障；
d. 比较各摩擦片制动压力与制动总泵压力达到最大值的时间戳，并计算各摩擦片制动延迟时间，若制动延迟时间大于具体车型标定的制动延迟时间标准，则判定制动系统故障；
当汽车ABS/EBD/ESP等，与制动系统相关的其它主动安全系统启动及作用期间，汽车制动系统故障监测预警系统暂停工作；
当制动踏板完全释放状态时，若摩擦片制动压力大于具体车型标定的额定值，则判定制动系统故障。
2. 根据权利要求1所述的一种汽车制动系统故障监测预警系统，其特征在于：制动摩擦片压力传感器置于制动摩擦片与制动卡钳之间，用于测量制动卡钳对制动摩擦片施加的压力，即制动摩擦片制动压力。
3. 根据权利要求2所述的一种汽车制动系统故障监测预警系统，其特征在于：对于仅单侧有制动活塞的浮动式卡钳盘式制动系统的车辆，只在从动制动摩擦片与制动卡钳之间安装制动摩擦片压力传感器。
4. 根据权利要求3所述的一种汽车制动系统故障监测预警系统，其特征在于：对于前轮驱动的轻型乘用车辆，只在两个驱动轮（前轮）上安装制动摩擦片压力传感器。
5. 根据权利要求1所述的一种汽车制动系统故障监测预警系统，其特征在于：对于已有制动总泵压力传感器的车辆，制动总泵压力信号通过车载CAN通信总线获得。
6. 根据权利要求1所述的一种汽车制动系统故障监测预警系统，其特征在于：增加制动摩擦片温度传感器，用于监测制动摩擦片的温度变化，作为汽车制动故障监测预警系统的补充、印证及冗余备份系统；
连续采集各制动摩擦片的温度，当摩擦片温度大于标定的最高温度时；或当制动踏板完全释放状态下，比较各摩擦片温度，若各摩擦片之间的温度差超过具体车型的标定值则报警；
采集各制动摩擦片在制动过程中初始温度、最高温度，并计算单位时间内温度变化速率；若同轴最大与最小的温度变化速率差异超过具体车型的标定值则报警。
7. 根据权利要求6所述的一种汽车制动系统故障监测预警系统，其特征在于：温度传感器是与压力传感器集成在一起的。
8. 根据权利要求1所述的一种汽车制动系统故障监测预警系统，其特征在于：当制动系统故障监测预警系统报故障预警信号后，在车辆停车且发动机运行状态下，大力踩制动踏板三次，以三次制动中采集到的数据核对制动故障信息，若三次均未检出故障信息，则选择复位/清除制动系统故障报警信号。
9. 根据权利要求1所述的一种汽车制动系统故障监测预警系统，其特征在于：系统还包含离线的人工智能故障分析系统。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20151021 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |