CN107054340A

CN107054340A - 车辆制动力实时检测装置

Info

Publication number: CN107054340A
Application number: CN201710047890.5A
Authority: CN
Inventors: 高强; 程意; 严鹏飞; 闫宏伟; 毛梦娜; 卫红梅; 王福杰; 陆辉山
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2017-01-20
Filing date: 2017-01-20
Publication date: 2017-08-18

Abstract

本发明车辆制动力实时检测装置，属于车辆制动力检测的技术领域；解决的技术问题为：提供一种可使车主实时了解车辆制动性能、预测制动隐患发生的车辆制动力实时检测装置；采用的技术方案为：车辆制动力实时检测装置，包括：制动力检测模块，用于采集制动盘的温度和制动力数据，并将温度和制动力数据发送给制动力接收模块；制动力接收模块，其输入端与所述制动力检测模块的输出端相连，用于对接收到的温度和制动力数据进行数据处理，并发送给制动力显示模块；制动力显示模块，其输入端与制动力接收模块的输出端相连，用于对制动盘的温度、制动力进行数据显示；适用于汽车领域。

Description

车辆制动力实时检测装置

技术领域

本发明车辆制动力实时检测装置，属于车辆制动力检测的技术领域。

背景技术

制动力是衡量车辆制动性能的重要标志，是保证车辆有序行驶、保障车辆高效运输的重要因素；为了保证车辆行驶的安全性，车辆需要在行驶一定的里程之后或者在长途行驶之前对车辆的制动力进行检测(车辆的制动力检测也是车辆正常年检过程的一个必须检测项目)。

目前常用的制动力检测方式主要有：台式检测和路式检测，这两种检测方式都需要到特定的地点、使用大型的检测装备才能够进行制动力的检测，不仅检测不便、检测速度慢、检测效率低，而且也无法使车主在日常驾驶过程中随时了解车辆的制动性能，不能防患于未然，预防效果差；此外，这两种检测方式，都是通过测量车辆的运动状态间接检测制动力的，并没有对制动盘处的制动力进行直接的检测，这不仅会导致测量的不准确性，而且也无法达到对制动盘的安全状态进行检测的目的。

虽然市场上出现了一种便携式的制动性能检测装置，但是该装置仅解决了检测不便的问题，对于检测准确度并无改善。

另有一些学者探索直接在制动盘上，利用打孔安装传感器的方式来检测制动力，但是这种方法会破坏制动盘的固有结构、对制动盘的安全性能产生严重的影响。

综上，一种在保持制动盘结构性能不变的情况下，能够缩减车检时间、提高车检效率，并能使车主时刻了解车辆的制动性能、预测制动隐患发生的车辆制动力实时检测装置就显得尤为重要。

发明内容

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种可使车主实时了解车辆制动性能、预测制动隐患发生的车辆制动力实时检测装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：车辆制动力实时检测装置，包括：

制动力检测模块，用于采集制动盘的温度和制动力数据，并将温度和制动力数据发送给制动力接收模块；

制动力接收模块，其输入端与所述制动力检测模块的输出端相连，用于对接收到的温度和制动力数据进行数据处理，并发送给制动力显示模块；

制动力显示模块，其输入端与制动力接收模块的输出端相连，用于对制动盘的温度、制动力进行数据显示。

优选地，所述制动力检测模块包括：

感应单元，设置在制动盘内侧环面上，用于采集制动盘的温度和制动盘的内侧周向应力；

第一微控制单元，设置在传动轴上，其输入端与所述感应单元的输出端相连，用于根据感应单元输出的温度、应力数据进行制动力计算，并将温度和制动力数据发送给射频发送单元；

射频发送单元，设置在传动轴上，其输入端与所述第一微控制单元的输出端相连，用于将第一微控制单元输出的温度、制动力数据发送给制动力接收模块。

优选地，所述制动力检测模块还包括：

低频信号接收单元，用于接收外部的低频触发信号，并将该低频触发信号发送给第一微控制单元。

优选地，所述感应单元包括：温度传感模块和压力传感模块，所述温度传感模块的输出端、压力传感模块的输出端均与第一微控制单元的输入端相连。

优选地，所述制动力接收模块包括：

射频接收单元，其输入端与射频发送单元的输出端相连，用于接收射频发送单元发来的温度和制动力数据；

第二微控制单元，其输入端与射频接收单元的输出端相连，用于根据温度和制动力数据进行车辆预警判断，并将温度、制动力和预警结果发送给制动力显示模块。

优选地，所述制动力显示模块包括：

显示单元，其输入端与第二微控制单元的输出端相连，用于显示制动盘的温度信息、制动力信息和预警信息；

蜂鸣器，其输入端与第二微控制单元的输出端相连，用于以声音方式提示驾驶员车辆处于预警状态；

按键，其输出端与所述第二微控制单元的输入端相连，用于通过第二微控制单元，对显示单元的显示内容进行切换。

优选地，所述制动力接收模块和制动力显示模块集成为一体，并设置在驾驶室内。

优选地，所述制动力接收模块设置在车辆底盘上，所述的制动力显示模块设置在驾驶室内，所述制动力接收模块和制动力显示模块之间通过总线进行通讯。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果。

1、本发明可以对制动盘与刹车片之间通过摩擦产生的制动力进行直接的检测，减小了测量误差、解决了车检耗时长、不方便的问题，使得驾驶员可以实时了解车辆制动信息，增强了车辆行驶安全性，实用性极强。

2、本发明可以根据不同车型和不同的客户需求在适合的位置以多种方式显示车辆制动信息，可以满足前装市场和后装市场的开发。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1为本发明中感应单元的安装示意图；

图2为本发明中制动力检测模块的电路结构示意图；

图3为本发明中制动力接收模块和制动力显示模块的电路结构示意图；

图4为本实施例中制动力显示模块安装在驾驶室内后视镜中的示意图；

图5为本实施例中制动力显示模块安装在驾驶室车载显示器中示意图；

图6为本实施例中电流消耗检测电路的电路连接图；

图7为本实施例中信号灵敏度检测电路的电路连接图；

图8为本实施例中射频发送单元与射频接收单元的电路连接图；

图9为本实施例中制动盘上任一微元体所受应力示意图；

图10为本实施例中应力与温度检测数据处理图；

图中：101为制动力检测模块，102为制动力接收模块，103为制动力显示模块，201为低频触发信号；1011为感应单元，1012为第一微控制单元，1013为射频发送单元，1014为低频信号接收单元，1015射频发射天线；10111为温度传感模块，10112为压力传感模块；1021为射频接收单元，1022为第二微控制单元；1031为显示单元，1032为蜂鸣器，1033为按键。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，车辆制动力实时检测装置，包括：

制动力检测模块101，用于采集制动盘的温度和制动力数据，并将温度和制动力数据发送给制动力接收模块102；

制动力接收模块102，其输入端与所述制动力检测模块101的输出端相连，用于对接收到的温度和制动力数据进行信号处理，并发送给制动力显示模块103；

制动力显示模块103，其输入端与制动力接收模块102的输出端相连，用于对制动盘的温度、制动力进行数据显示。

如图2所示，所述制动力检测模块101包括：

感应单元1011，设置在制动盘内侧环面上，用于采集制动盘的温度和制动盘的内侧周向应力；

第一微控制单元1012，设置在传动轴上，其输入端与所述感应单元1011的输出端相连，用于根据感应单元1011输出的温度、应力数据进行制动力计算，并将温度和制动力数据发送给射频发送单元1013；

射频发送单元1013，设置在传动轴上，其输入端与所述第一微控制单元1012的输出端相连，用于将第一微控制单元1012输出的温度、制动力数据发送给制动力接收模块102；本实施例中，所述的射频发送单元1013上设置有射频发射天线1015。

具体地，所述感应单元1011包括：温度传感模块10111和压力传感模块10112，所述温度传感模块10111和压力传感模块10112均安装在制动盘内侧凹槽处的内环面上，所述温度传感模块10111的输出端、压力传感模块10112的输出端均与第一微控制单元1012的输入端相连；所述第一微控制单元1012利用热力耦合算法将处理后的温度和制动力数据通过射频发送单元1013传送至制动力接收模块102，所述第一微控制单元1012通过低频信号接收单元1014接收外部的部的低频触发信号201。

本实施例中，所述第一微控制单元1012采用最大值采集方法，将每个传感器每次测得的数据的最大值进行筛选并记录，计算其均值后、进入制动力计算过程，减小了测量误差；同时，如图1所示，所述温度传感模块10111和压力传感模块10112均设有2个，且以桥接方式、间隔设置在制动盘内侧凹槽处，使得温度与应力检测进行互为补偿，进一步减小了测量误差；所述的各个传感器通过导线与设置在传动轴上的第一微控制单元1012连接。

如图3所示，所述制动力接收模块102包括：

射频接收单元1021，其输入端与射频发送单元1013的输出端相连，用于接收射频发送单元1013发来的温度和制动力数据；本实施例中，所述射频接收单元1021上设置有射频接收天线1023；

第二微控制单元1022，其输入端与射频接收单元1021的输出端相连，用于根据温度和制动力数据进行车辆预警判断，并将温度、制动力和预警结果发送给制动力显示模块103。

所述制动力显示模块103包括：

显示单元1031，其输入端与第二微控制单元1022的输出端相连，用于显示制动盘的温度信息、制动力信息和预警信息；

蜂鸣器1032，其输入端与第二微控制单元1022的输出端相连，用于以声音方式提示驾驶员车辆处于预警状态；

按键1033，其输出端与所述第二微控制单元1022的输入端相连，用于通过第二微控制单元1022，对显示单元1031的显示内容进行切换。

本发明中的制动力显示模块103的显示单元1031与第二微控制单元1022的输出端相连，可实时显示制动盘的温度和制动力信息，当第二微控制单元1022输出报警信息时，显示单元1031显示报警信息，蜂鸣器1032发出报警音。

本实施例中，所述制动力接收模块102和制动力显示模块103可集成为一体，并设置在驾驶室内；如图4所示，所述的制动力接收模块102和制动力显示模块103可集成在已有的车载显示装置如后视镜中上；或如图5所示，所述的制动力接收模块102和制动力显示模块103可集成为移动式独立接收显示装置设置与驾驶室内。

此外，所述制动力接收模块102和制动力显示模块103还可分开设置，如：所述的制动力接收模块102设置在车辆底盘上，所述的制动力显示模块103设置在驾驶室内，所述制动力接收模块102和制动力显示模块103之间通过总线进行通讯。

本发明既可以实时地检测并报告车辆各个制动盘处的制动信息，又可以根据不同车型和不同的客户需求在适合的位置以多种方式显示车辆制动信息，可以满足前装市场和后装市场的开发。

具体地，为提高本发明的可靠性，所述第一微控制单元1012上设有电流消耗检测电路和信号灵敏度检测电路；如图6所示，所述电流消耗检测电路的结构为：包括：电阻R10，所述电阻R10的一端与电阻R11的一端、供电电源输入端VDD相连，所述电阻R10的另一端与电阻R12的一端、第一微控制单元1012的电源端相连，所述电阻R11的另一端与电阻R14的一端、放大器U1的反相输入端相连，所述电阻R12的另一端与电阻R13的一端、放大器U1的同相输入端相连，所述电阻R13的另一端接地，所述电阻R14的另一端与放大器U1的输出端、电阻R15的一端均相连，所述电阻R15的另一端与电容C10的一端、电阻R16的一端均相连，所述电容C10的另一端与放大器U1的接地端、电阻R17的一端、放大器U2的接地端、二极管D10的正极、电池BAT的负端均相连，所述电阻R16的另一端与电阻R18的一端、放大器U2的反相输入端均相连，所述电阻R18的另一端与放大器U2的输出端相连后接地，所述放大器U2的同相输入端与变阻器PR的滑动端相连，所述变阻器PR的一端与电阻R17的另一端相连，所述变阻器PR的另一端与二极管D11的正极、电阻R19的一端相连，所述二极管D11的负极与二极管D10的负极相连后接地，所述电阻R19的另一端与电池BAT的正端、放大器U2的电源端、放大器U1的电源端均相连。

进一步地，如图7所示，所述信号灵敏度检测电路的结构为：包括：载波频率发生器FG，所述载波频率发生器FG的输出端与电阻R20的一端、电阻R21的一端均相连，所述电阻R21 的另一端与电阻R22的一端、变压器T1初级线圈的一端相连，所述变压器T1初级线圈的另一端与电阻R22的另一端相连后接地，所述电阻R20的另一端与载波频率发生器FG的接地端相连后接地；所述变压器T1次级线圈的一端与电阻R23的一端、第一微控制单元1012的LF端相连，所述电阻R23的另一端与变压器T1次级线圈的抽头端、电阻R24的一端连接后接地，所述电阻R24的另一端与变压器T1次级线圈的另一端、第一微控制单元1012的XLF端均相连；其中：所述载波频率发生器FG的输入信号频率为125kHZ。

更进一步地，如图8所示，所述射频发送单元1013包括：电容C30、电阻R30和电感L30，所述电感L30的一端分别与电容C30的一端、电阻R30的一端、第一微控制单元1012的LF端相连，所述第一微控制单元1012的XLF端分别与电容C30的另一端、电阻R30的另一端、电感L30的另一端相连；所述射频接收单元1021包括：电容C40、电阻R40和电感L40，所述电感L40的一端分别与电容C40的一端、电阻R40的一端、第二微控制单元1022的LF端相连，所述第二微控制单元1022的XLF端分别与电容C30的另一端、电阻R30的另一端、电感L30的另一端相连。

本实施例中，所述感应单元1011的型号可为SP37，所述型号为SP37芯片的感应单元1011内置有：加速度检测传感模块、压力传感模块、温度传感模块、热关断传感模块、电压检测传感模块及RF发射模块，通过本实施例这种的感应单元1011，可以采集制动盘的温度和应力数据。

为更好的对本发明的技术效果进行说明，本发明第一微控制单元(1012)进行制动力计算的过程和方法如下：

根据传热学理论可知，对于各向同性材料，其温度变化服从下列热传导方程：

其中：r_mix≤r≤r_max，0≤θ≤2π，0≤Z≤d；

式1-1中：T为温度；t为时间；r为摩擦半径；

其中：k为材料导热系数，ρ为材料密度，C_p为材料定压比热。

由于对称性，可以只考虑左侧的制动盘作为考察对象，因此得到物理模型如下：

制动盘在开始制动前，其温度与环境温度一致；制动开始后，由于摩擦产生大量的热，经过盘内部的热传导在各个界面上通过对流和辐射等方式散于大气。

温度计算的初始条件为：

T(r，z)＝T₀；t＝0；r_min≤r≤r_max，0≤Z≤d (式3-1)

式3-2中，t＞0，r＝r_min，或r＝r_max

式3-3中，t＞0，Z＝d

式3-4中，t＞0，Z＝0，r₁≤r≤r₂

式3-5中，t＞0，Z＝0，r_min≤r≤r₂，r₂≤r≤r_max

上述：式3-1至式3-5中，T₀为环境温度；k为制动盘导热系数；h_z0、h_r、h_d为各个界面的对流换热系数；ε_z0、ε_r、ε_d为界面辐射换热系数；σ为斯蒂芬波次曼常熟；q_(r)为制动盘摩擦热流密度；C为覆盖系数。

制动盘上任一微元体所受应力如图9所示，根据弹性力学及热力学理论，在柱坐标制动盘中，任意微元体的应力分量为：

其中：U_r，U_Z为微元体在r、Z方向上的位移分量；v为制动盘的泊松比；T为微元体温度；E为弹性模量；α为热膨胀系数；且有：

微元体的应变分量为：

在做回转运动时，由于在半径方向有体积力R，所以微元体的平衡方程为：

设Q(r)为制动盘受到的分布载荷，则计算边界条件设定为：

σ＝0，t＝0；

σ_Z＝Q(r)，t＞0，Z＝0，r₁≤r≤r₂

σ_Z＝Q(r)，t＞0，Z＝0，r_min≤r≤r₂或者r₂≤r≤r_max

U_z＝0，t＞0，Z＝d

σ_r＝0，r＝r_max

建立制动盘有效摩擦制动力模型有：

其中：式7-1中，P₀为初始制动压力，Rw为轮盘外径，R_p、r_p分别为有效制动区域的内径和外径，t_m为时间的增加量。

由于摩擦系数受制动压力及温度的影响较大，因此考虑以这两个影响因素为主的摩擦系数计算方式，摩擦系数模型可根据实验数据拟合计算得知：

当制动压力P值小于等于1Mpa时有：

设置实例参数如下：

摩擦片内、外半径分别为0.066m和0.1135m；制动盘内、外半径分别为：0.0765m和0.1135m；摩擦片厚度为0.0055m；制动盘厚度为0.01m；轮胎外沿半径为0.314m；有效制动覆盖角度为64.5°；热传系数为60W/(m2K)；时间步长为7s。

计算盘面制动力大小为：

当P＝0.59MP，T＝20时

当P＝1.47Mpa，T＝20时

计算出摩擦系数后，根据测得的制动压力，便可算出摩擦片与制动盘之间制动力的大小。

本发明中，制动力随着温度及制动压力的变化而发生改变，通过采取热力耦合的方式算出了内侧面的应力数据，而后根据应力的传递性直接算出制动盘表面的制动压力大小，从而获得制动力的实时检测方法；图10为温度图(左)和应力图(右)。

本发明可以对制动盘与刹车片之间通过摩擦产生的制动力进行直接的检测，减小了测量误差、解决了车检耗时长、不方便的问题，使得驾驶员可以实时了解车辆制动信息，增强了车辆行驶安全性，实用性极强。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.车辆制动力实时检测装置，其特征在于：包括：

制动力检测模块（101），用于采集制动盘的温度和制动力数据，并将温度和制动力数据发送给制动力接收模块（102）；

制动力接收模块（102），其输入端与所述制动力检测模块（101）的输出端相连，用于对接收到的温度和制动力数据进行数据处理，并发送给制动力显示模块（103）；

制动力显示模块（103），其输入端与制动力接收模块（102）的输出端相连，用于对制动盘的温度、制动力进行数据显示。

2.根据权利要求1所述的车辆制动力实时检测装置，其特征在于：所述制动力检测模块（101）包括：

感应单元（1011），设置在制动盘内侧环面上，用于采集制动盘的温度和制动盘的内侧周向应力；

第一微控制单元（1012），设置在传动轴上，其输入端与所述感应单元（1011）的输出端相连，用于根据感应单元（1011）输出的温度、应力数据进行制动力计算，并将温度和制动力数据发送给射频发送单元（1013）；

射频发送单元（1013），设置在传动轴上，其输入端与所述第一微控制单元（1012）的输出端相连，用于将第一微控制单元（1012）输出的温度、制动力数据发送给制动力接收模块（102）。

3.据权利要求2所述的车辆制动力实时检测装置，其特征在于：所述制动力检测模块（101）还包括：

低频信号接收单元（1014），用于接收外部的低频触发信号（201），并将该低频触发信号（201）发送给第一微控制单元（1012）。

4.根据权利要求2所述的车辆制动力实时检测装置，其特征在于：所述感应单元（1011）包括：温度传感模块（10111）和压力传感模块（10112），所述温度传感模块（10111）的输出端、压力传感模块（10112）的输出端均与第一微控制单元（1012）的输入端相连。

5.根据权利要求1所述的车辆制动力实时检测装置，其特征在于：所述制动力接收模块（102）包括：

射频接收单元（1021），其输入端与射频发送单元（1013）的输出端相连，用于接收射频发送单元（1013）发来的温度和制动力数据；

第二微控制单元（1022），其输入端与射频接收单元（1021）的输出端相连，用于根据温度和制动力数据进行车辆预警判断，并将温度、制动力和预警结果发送给制动力显示模块（103）。

6.根据权利要求1所述的车辆制动力实时检测装置，其特征在于：所述制动力显示模块（103）包括：

显示单元（1031），其输入端与第二微控制单元（1022）的输出端相连，用于显示制动盘的温度信息、制动力信息和预警信息；

蜂鸣器（1032），其输入端与第二微控制单元（1022）的输出端相连，用于以声音方式提示驾驶员车辆处于预警状态；

按键（1033），其输出端与所述第二微控制单元（1022）的输入端相连，用于通过第二微控制单元（1022），对显示单元（1031）的显示内容进行切换。

7.根据权利要求1所述的车辆制动力实时检测装置，其特征在于：所述制动力接收模块（102）和制动力显示模块（103）集成为一体，并设置在驾驶室内。

8.根据权利要求1所述的车辆制动力实时检测装置，其特征在于：所述制动力接收模块（102）设置在车辆底盘上，所述的制动力显示模块（103）设置在驾驶室内，所述制动力接收模块（102）和制动力显示模块（103）之间通过总线进行通讯。