CN107650903A - 一种多功能制动报警控制系统及控制方法 - Google Patents

一种多功能制动报警控制系统及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于汽车刹车系统技术领域，公开了一种多功能制动报警控制系统及控制方法；制动时，制动液压力作用在刹车片上产生摩擦力，实现制动；摩擦产生热量，使用刹车片温度升高，通过温度变化，温度传感器电阻值变化，转化为电信号，反映制动情况。当温度出现不正常变化时，信号传给单片机处理器，报警；当刹车片摩擦磨损至极限位置时，摩擦传感线，与制动盘搭铁，信号传给单片机处理器，报警；当系统压力过低时，报警。本发明实现制动有效性监控；对磨损达到极限刹车片进行报警；对制动系统抱死时，导致刹车片过热进行报警；对制动液压力进行监控，显示制动压力，压力不足时，报警。并通过报警，提醒驾驶人员。

Description

一种多功能制动报警控制系统及控制方法
技术领域
本发明属于汽车刹车系统技术领域，尤其涉及一种多功能制动报警控制系统及控制方法。
背景技术
制动系统主要是应用摩擦工作原理，利用刹车片与制动盘(鼓)及轮胎与地面的摩擦，将车辆行进的动能转换成摩擦后的热能，实现减速、停车，对汽车行车安全有重要作用。刹车片传感器，作用于刹车系统，帮助驾驶人员判断刹车片的磨损情况，便于及时检修维护，保证制动系统正常稳定工作。目前技术关注到对磨损达到极限的刹车片进行报警，能对系统液压进行控制、防止抱死，但对刹车系统机械卡死情况的报警问题没有解决。传感器技术发展，为制动液压力检测、刹车片温度检测、刹车片应力检测、数据处理提供了技术条件，但尚未应用到刹车报警上。刹车片报警方式基本有两种，第一种是比较简单的机械报警，就是当刹车片被磨损到露出报警器时，通过报警器摩擦发出刺耳声音。第二种是传感器式，在正常工作状态下，一般为常开时，即传感器始终是通路，此时在仪表盘上不会有报警显示。当传感器的线被磨断时，这时成了断路，仪表盘上开始有报警显示，提示车主制动系情况，以便得到实时维护。
综上所述，现有技术存在的问题是：现有刹车系统存在只对磨损达到极限的刹车片进行报警；结构上没有刹车片温度传感器、压力传感器；没有过程检测传感器，不能实现过程控制；没有制动液压力传感器，当制动系统失灵时，不能及时报警，存在安全隐患；结构上没有刹车片温度传感器、压力传感器；当制动系统报死时，导致刹车片过热、制动失效，不能及时、发现及时报警，存在安全隐患。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种多功能制动报警控制系统及控制方法。
本发明是这样实现的，一种多功能制动报警控制方法，所述多功能制动报警控制方法利用制动时制动液压力作用在刹车片上，产生摩擦力，实现制动；摩擦产生热量，使用刹车片温度升高，通过温度变化，温度传感器阻值变化，转化为电信号，反映制动情况，当温度出现不正常变化时，信号传给单片机处理器报警，提醒驾驶人员；当刹车片摩擦磨损至极限位置时，摩擦传感线，使传感线与制动盘搭铁，导致电阻的变化，从而产生电流的变化，信号传给单片机处理器，报警，提醒驾驶人员；当系统压力过低时，报警，提醒驾驶人员。
进一步，温度信号采集方法包括：
(1)温度信号与传感器的信号曲线图的建立，电阻值与温度的变化关系式为：R＝100(1+0.3851T)；
(2)利用非平衡电桥的原理，将电阻变化情况转化成电压信号，非平衡电桥电路中，R4为传感器电阻，Rg为测量电路内阻，当Rg趋于无穷大时Ig为0，电桥输出电压为：
当R1R3＝R2R4时，电桥处于平衡状态，输出电压为0，当被测电阻R4发生变化为R4+△R，则电桥因不平衡产生的电压输出为：
(3)将输出的电压进行放大等处理环节转换成0～5V的电压，接到12位的AD转换电路，再通过单片机进行采集处理；输入模拟电压V装换成数字量D的关系为：D＝(V-VREF-)/(VREF+-VREF-)*212；V为采集到的电压信号U，VREF-为0V,VREF+为5V,所以D＝4096*U/5；
进一步，液压信号采集包括：
(1)液压压力信号转换成电流信号，扩散硅压阻式压力变送器利用单晶硅的压阻效应，以单晶硅为基体，按特定晶向，用先进的微机械加工技术形成弹性元件，用集成电路工艺形成四个等值应变电阻，组成惠斯登电桥，对电桥施加一恒定电压，当有压力作用到弹性元件时，输出与对应于所加压力成比例的电压信号，经过电子线路把电压信号放大转换成后4～20mA输出；
(2)液压压力信号转换成电压信号，4～20mA的电流，经过RA0转成电压信号，再经过放大器后转成0～5V电压；
(3)单片机信号的采集处理，将0～5V的电压，接到12位的AD转换电路，再通过单片机进行采集处理；输入模拟电压V装换成数字量D的关系为：D＝(V-VREF-)/(VREF+-VREF-)*212；
V为采集到的电压信号U，VREF-为0V,VREF+为5V,所以D＝4096*U/5。
本发明的另一目的在于提供一种所述多功能制动报警控制方法的多功能制动报警控制系统，所述多功能制动报警控制系统设置有：
制动液压力传感器，用于检测制动液压力，向单片机提供制动液的压力参数，与单片机连接；
刹车片磨损极限传感器，用于检测刹车片磨损情况，向单片机提供刹车片极限信号，与单片机连接；
刹车片温度传感器，用于检测刹车片温度情况，向单片机提供刹车片温度信号，与单片机连接；
制动开关信号模块，与单片机连接，用于采集制动踏板工作情况；
数据处理单元，采用单片机，接收来自制动液压力传感器、刹车片温度传感器、刹车片摩擦磨损至极限位置传感器信号，进行模数转换，接收来自制动开关的信号，用汇编语言编写温度、压力、电阻测量程序、显示程序和报警喇叭工作程序，进行计算、比较、判断，与报警装置连接，将报警信号发送给报警装置。
报警装置，与单片机连接，接收单片机送来的报警信号，以数字和声音的方式显示报警信号，提醒驾驶人员。
本发明的另一目的在于提供一种使用所述多功能制动报警控制方法的汽车。
本发明的优点及积极效果为：
(1)实现制动有效性监控、显示制动压力；制动时，将制动液压力、刹车片温度以数值的形式显示，让驾驶员直观了解制动系统工作情况，通过观察制动液压力、刹车片温度及时发现情况，提高制动系统故障发现率达到20％以上。
(2)对磨损达到极限的刹车片进行报警。
(3)通过是否制动和刹车片温度升高情况，及时发现刹车片卡死的情况，避免刹车片性能下降，造成安全事故。弥补了现有制动报警系统中不能监测刹车片机械卡死的空白。
(4)对制动液压力进行监控，压力不足时，报警。
附图说明
图1是本发明实施例提供的多功能制动报警控制系统结构示意图；
图中：1、制动液压力传感器；2、刹车片磨损极限传感器；3、刹车片温度传感器；4、数据处理单元；5、制动开关信号模块；6、报警装置。
图2是本发明实施例提供的电阻值与温度的曲线图呈线性关系示意图。
图3是本发明实施例提供的非平衡电桥电路示意图。
图4是本发明实施例提供的液压压力信号转换成电压信号示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施例提供的多功能制动报警控制系统包括：制动液压力传感器1、刹车片磨损极限传感器2、刹车片温度传感器3、数据处理单元4、制动开关信号模块5、报警装置6。
数据处理单元4与制动液压力传感器1、刹车片磨损极限传感器2、刹车片温度传感器3、制动开关信号模块5、报警装置6连接。
制动液压力传感器1，用于检测制动液压力，向单片机提供制动液的压力参数，与单片机连接。
刹车片磨损极限传感器2，用于检测刹车片磨损情况，向单片机提供刹车片极限信号，与单片机连接。
刹车片温度传感器3，用于检测刹车片温度变化情况。刹车片受到制动压力作用时，产生摩擦，温度升高，说明刹车片与制动分泵活塞接触，起到制动作用。无制动压力时，刹车片温度升高，说明刹车片与制动分泵活塞接触，受压，产生摩擦，起到制动作用，刹车片与制动盘(鼓)分离不彻底，存在卡死现象。无制动压力时，温度没有升高，说明没有制动作用。刹车片温度传感器向单片机提供刹车片温度信号，与单片机连接。
数据处理单元4，采用单片机，接收来自制动液压力传感器、刹车片温度传感器、刹车片温度传感器的信号、进行模数转换、接收制动开关信号，并进行计算、比较、判断，与报警装置连接，将报警信号发送给报警装置。
制动开关信号模块5，与单片机连接，踩制动踏板，制动液压力低于标准值时，报警，提醒驾驶人员。踩制动踏板，制动液压力符合标准值时，刹车片温度在正常范围内，不报警。踩制动踏板，制动液压力符合标准值时，刹车片温度在正常范围内，但刹车片磨损超过极限值，报警。踩制动踏板，制动液压力高于标准值时，刹车片温度高于正常范围内，报警。未踩制动踏板，刹车片温度高于正常范围值，说明刹车片分离不彻底、卡死、产生摩擦热，报警。
报警装置6，与单片机连接，报收单片机送来的报警信号，以数字和声音的方式显示报警信号，提醒驾驶人员。
在本发明的优选实施例中：
一、温度信号采集
(一)温度信号与传感器的信号(电阻)曲线图的建立
铂电阻温度传感器精度高，稳定性好，应用温度范围广，可测量温度范围为-200℃～650℃,通常使用的铂电阻温度传感器零度阻值为100Ω，电阻变化率为0.3851Ω/℃。电阻值与温度的变化关系式为：R＝100(1+0.3851T)，其曲线图呈线性关系，如图2。
(二)传感器的电阻信号与电压信号的关系
利用非平衡电桥的原理，将电阻变化情况转化成电压信号，非平衡电桥电路如图3。
在该电路图中，R4为传感器电阻，Rg为测量电路内阻，当Rg趋于无穷大时Ig为0，电桥输出电压为：
当R1R3＝R2R4时，电桥处于平衡状态，输出电压为0，当被测电阻R4发生变化为R4+△R，则电桥因不平衡产生的电压输出为：
(三)单片机信号的采集处理
将输出的电压进行放大等处理环节转换成0～5V的电压，接到12位的AD转换电路，再通过单片机进行采集处理。
输入模拟电压V装换成数字量D的关系为：D＝(V-VREF-)/(VREF+-VREF-)*212；
该式中，V为采集到的电压信号U，VREF-为0V,VREF+为5V,所以D＝4096*U/5；
根据系统要求，从-40℃开始一直升温到250℃，以10℃为步进采集系统测定的数字量值与标准温度值。重复实验3次取平均，用exel记录处理数据，最后拟合函数，根据拟合函数，通过单片机计算出温度值并显示。
二、液压信号采集
(一)液压压力信号转换成电流信号
扩散硅压阻式压力变送器利用单晶硅的压阻效应，以单晶硅为基体，按特定晶向，用先进的微机械加工技术形成弹性元件，在其适当位置用集成电路工艺形成四个等值应变电阻，组成惠斯登电桥，对电桥施加一恒定电压(流)，当有压力(差压)作用到弹性元件时，使其输出与对应于所加压力成比例的电压信号，经过电子线路把电压信号放大转换成后4～20mA输出。
(二)液压压力信号转换成电压信号，如图4所示；LM324是四路运算放大器，RA0电阻为R*，其阻值待确定，其取值跟工作电压有关；RA1电阻为10K欧；RA2电阻为100K欧，RA3、RA4电阻为4.7K欧，即4700欧；VSS是电源负端，V+是电源正端，V0是电源输出端，也就是4～20mA电流转换成的电压值；ICA是LM324集成块的第一路放大器的编号，其中：1是输出脚、2是反向输入脚、3是正向输入脚，4是电源，11是接地脚。4-20mA下面的两点之间是输入4～20mA的电流，经过RA0转成电压信号，再经过放大器后转成0～5V电压。
(三)单片机信号的采集处理
将0～5V的电压，接到12位的AD转换电路，再通过单片机进行采集处理。
输入模拟电压V装换成数字量D的关系为：D＝(V-VREF-)/(VREF+-VREF-)*212
该式中，V为采集到的电压信号U，VREF-为0V,VREF+为5V,所以D＝4096*U/5
根据系统要求，从0MPa开始一直升温到10MPa，以10KPa为步进采集系统测定的数字量值与标准压力值。重复实验3次取平均，用exel记录处理数据，最后拟合函数，根据拟合函数，通过单片机计算出液压压力值并显示。
本发明实施例提供的多功能制动报警控制系统采集制动踏板信号了解驾驶人员意图；用制动液压力传感器采集制动液压力信号，了解制动能量情况；通过传感器检测制动片是否磨损到极限；检测刹车片温度、压力，了解制动效果；通过单片机进行数据处理。如驾驶人员踩制动踏板、油压升高、刹车片温度压力升高，制动有效；如驾驶人员踩制动踏板、制动压力达不到标准，制动力不足，显示并报警；如驾驶人员踩制动踏板、制动压力达到标准，刹车片温度(压力)不升高，制动失效，显示并报警；如驾驶人员不踩制动踏板制动片温度(压力)升高，刹车片卡死，显示并报警；显示与报警：通过LED或液晶显示器显示，通过扬声器报警。制动系统工作正常、制动片未磨损到极限，系统不显示、不报警；踩刹车、制动力不足，报警，显示压力；不踩刹车时、刹车片温度升高、制动液压力升高，显示温度，报警；磨损到极限，报警。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多功能制动报警控制方法，其特征在于，所述多功能制动报警控制方法利用制动时制动液压力作用在刹车片上，产生摩擦力，实现制动；摩擦产生热量，使用刹车片温度升高，通过温度变化，温度传感器电阻值变化，转化为电信号，反映制动情况，当温度出现不正常变化时，信号传给单片机处理器报警，提醒驾驶人员；当刹车片摩擦磨损至极限位置时，摩擦传感线，使传感线磨断或与制动盘搭铁，导致电阻的变化，产生电流的变化，信号传给单片机处理器，报警，提醒驾驶人员；当系统压力过低时，报警，提醒驾驶人员。
2.如权利要求1所述的多功能制动报警控制方法，其特征在于，温度信号采集方法，包括：
(1)温度信号与传感器的信号曲线图的建立，电阻值与温度的变化关系式为：R＝100(1+0.3851T)；
(2)利用非平衡电桥的原理，将电阻变化情况转化成电压信号，非平衡电桥电路中，R4为传感器电阻，Rg为测量电路内阻，当Rg趋于无穷大时Ig为0，电桥输出电压为：
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当R1R3＝R2R4时，电桥处于平衡状态，输出电压为0，当被测电阻R4发生变化为R4+△R，则电桥因不平衡产生的电压输出为：
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(3)将输出的电压进行放大等处理环节转换成0～5V的电压，接到12位的AD转换电路，再通过单片机进行采集处理；输入模拟电压V装换成数字量D的关系为：D＝(V-VREF-)/(VREF+-VREF-)*212；V为采集到的电压信号U，VREF-为0V,VREF+为5V,所以D＝4096*U/5。
3.如权利要求1所述的多功能制动报警控制方法，其特征在于，液压信号采集，包括：
(1)制动液力信号转换成电流信号，扩散硅压阻式压力变送器利用单晶硅的压阻效应，以单晶硅为基体，按特定晶向，用先进的微机械加工技术形成弹性元件，用集成电路工艺形成四个等值应变电阻，组成惠斯登电桥，对电桥施加一恒定电压，当有压力作用到弹性元件时，输出与对应于所加压力成比例的电压信号，经过电子线路把电压信号放大转换成后4～20mA输出；
(2)制动液压力信号转换成电压信号，4～20mA的电流，经过RA0转成电压信号，再经过放大器后转成0～5V电压；
(3)单片机信号的采集处理，将0～5V的电压，接到12位的AD转换电路，再通过单片机进行采集处理；输入模拟电压V装换成数字量D的关系为：D＝(V-VREF-)/(VREF+-VREF-)*212；
V为采集到的电压信号U，VREF-为0V,VREF+为5V,所以D＝4096*U/5。
4.一种如权利要求1所述多功能制动报警控制方法的多功能制动报警控制系统，其特征在于，所述多功能制动报警控制系统设置有：
制动液压力传感器，用于检测制动液压力，向单片机提供制动液的压力参数，与单片机连接；
刹车片磨损极限传感器，用于检测刹车片磨损情况，向单片机提供刹车片极限信号，与单片机连接；
刹车片温度传感器，用于检测刹车片温度情况，向单片机提供刹车片温度信号，与单片机连接；
制动开关信号模块，与单片机连接，用于采集制动踏板工作情况；
数据处理单元，采用单片机，接收来自制动液压力传感器、刹车片温度传感器、刹车片摩擦磨损至极限位置传感器信号，进行模数转换，接收来自制动开关的信号，用汇编语言编写温度、压力、电阻测量程序、显示程序和报警喇叭工作程序，进行计算、比较、判断，与报警装置连接，将报警信号发送给报警装置；
报警装置，与单片机连接，接收单片机送来的报警信号，以数字和声音的方式显示报警信号，提醒驾驶人员。
5.一种使用权利要求1～4任意一项所述多功能制动报警控制方法的汽车。
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