CN109774697A - 车辆安全系统及其磨损温度传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种车辆安全系统及其磨损温度传感器，属于车辆安全系统领域，用于车辆行驶，其包括汽车ECU，还包括轮速传感器、车辆倾侧传感器、制动信号传感器以及磨损温度传感器，其中所述的轮速传感器、车辆倾侧传感器、制动信号传感器和磨损温度传感器均通过汽车线束与汽车ECU连接；汽车ECU处理根据mg△h+1/2*m*(v12‑v22)＝k*m’C△T处理上述信息并存储数据。鉴于上述技术方案，本申请能够在综合车辆自身信息及路况信息的情况下，对影响车辆安全行驶的因素进行预警，提高对车辆安全行驶的保障。

Description

车辆安全系统及其磨损温度传感器

技术领域

本申请属于车辆安全系统领域，具体地说，尤其涉及一种车辆安全系统及其磨损温度传感器。

背景技术

在车辆的运输过程中，其制动系统的工作情况受到路况环境的影响较为明显。例如在我国的西南地区，其长坡路段较为常见，在这种路况下行驶，如果长时间的对车辆进行制动，则会导致制动衬片持续的摩擦生热，可能会超过制动衬片的300℃左右的最高工作温度，最高时制动片的温度可达400～500℃。制动片的升温会导致制动片的摩擦性能下降，进而导致制动失效或者高温引燃车辆轮胎着火。

如何在车辆的行驶过程中，根据行驶的路况、车辆自身参数等对制动系统的工作状态进行判断，并且对影响车辆安全行驶的因素进行预警，成为车辆安全驾驶领域需要解决的技术问题。

发明内容

本申请的目的在于提供一种车辆安全系统及其磨损温度传感器，其能够在综合车辆自身信息及路况信息的情况下，对影响车辆安全行驶的因素进行预警，提高对车辆安全行驶的保障。

为达到上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：

本申请中所述的车辆安全系统，包括汽车ECU，还包括用于检测汽车时间间隔内的初始速度v1和末速度v2的轮速传感器、用于检测汽车前轮与后轮的高度差Δh用以获得车辆行驶路段坡面状态的车辆倾侧传感器、用于检测车辆制动状态的制动信号传感器以及用于检测车辆制动器温度及状态的磨损温度传感器，其中所述的轮速传感器、车辆倾侧传感器、制动信号传感器和磨损温度传感器均通过汽车线束与汽车ECU连接；汽车ECU处理根据mg△h+1/2*m*(v12-v22)＝k*m’C△T处理上述信息并存储数据；

其中，m为车辆总质量；v1为同一时间间隔内车辆的初始速度；v2为同一时间间隔内车辆的末速度；m’为制动片及周围升温部件的总质量；C为制动片及周围升温部件的比热容；△T为制动器及周围部件的温度变化；△h为车辆制动前后重心高度的变化。

进一步地讲，本申请中所述的轮速传感器采用高精度霍尔式ABS轮速传感器。

进一步地讲，本申请中所述的汽车ECU还与车载通讯装置连接，车载通讯装置通过无线通讯网络与远程服务器通讯。

一种应用于上述车辆安全系统的磨损温度传感器，所述磨损温度传感器包括磨损端和二次仪表，其中磨损端的输出端口与二次仪表的输入端口连接，所述的磨损端包括并联的多级报警回路以及与多级报警回路串联的热敏电阻。所述的多级报警回路包括无电阻串联的一级导线回路、串联有电阻R2的二级导线回路和串联有电阻R1的三级导线回路；所述的二次仪表用以根据输入的电阻值输出对应的制动磨损输出电压信号、温度信号输出电压信号；所述的制动磨损输出电压信号和温度信号输出电压信号均与汽车ECU连接。

一种应用于上述车辆安全系统的磨损温度传感器，其中所述磨损温度传感器包括磨损端和二次仪表，其中所述的磨损端通过内部安装的K型热电偶补偿线与二次仪表连接，二次仪表的输出信号接入到汽车ECU中，K型热电偶补偿线在位于磨损端外的部分正极与负极分开，位于磨损端内的部分采用正极包覆在负极上或负极包覆在正极上的结构。

进一步地讲，本申请中所述的所述磨损端采用铜质柱状结构。

进一步地讲，本申请中所述的K型热电偶补偿线的正极为镍铬材质导线，K型热电偶的负极为镍硅材质导线。

与现有技术相比，本申请的有益效果是：

本申请能够通过检测车辆上不同传感器的信号，并且根据上述测得的信号判断车体是否处于超重状态、处于何种路况、刹车系统的磨损状态及温度等，为驾驶人员提供安全合理的预警提醒，保障车辆出行安全。

附图说明

图1是本申请的原理示意图。

图2是本申请中磨损温度传感器的原理示意图一。

图3是本申请中磨损温度传感器中阻值与温度、刹车片报警之间的关系示意图一。

图4是本申请中热敏电阻PT100的温度与阻值之间的对应关系。

图5是本申请中磨损温度传感器的原理示意图二。

图6是本申请中磨损温度传感器中电压与温度之间的关系示意图二。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请所述的技术方案作进一步地描述说明。

实施例1：一种车辆安全系统，包括安装于车辆不同位置的轮速传感器、安装于汽车前部和后部的车辆倾侧传感器、安装于汽车刹车片位置的磨损温度传感器，其中所述的轮速传感器采用高精度霍尔式ABS轮速传感器来测量同一时间间隔内的汽车的初始速度v1和末速度v2，安装于汽车前部和后部的车辆倾侧传感器能够在汽车处于平缓路段行驶或者坡面行驶的过程中感应车辆前端和后端车轮之间的高度差△h。安装于汽车刹车片位置的磨损温度传感器能够在感应制动衬片温度的同时一并检测其制动衬片是否处于合理的厚度区间，是否需要对制动衬片进行更换与处理。上述不同类型的传感器感应到的信号经过汽车线束送入到汽车ECU中，汽车ECU对上述信号进行处理以获得车身重量是否超重、是否处于下坡路段、是否处于制动衬片的高温状态以及是否需要更换制动衬片。所述的汽车ECU还能够将获得的信息在反馈到汽车中控台的同时一并通过汽车车载通讯装置将信息传递至远程服务器。

实施例2：一种用于车辆安全系统的磨损温度传感器，其包括具有多级报警装置的磨损端，磨损端内的回路电路与热敏电阻PT100串联后接入到二次仪表的输入端，二次仪表能够通过接收磨损端输入到电阻值并与设定的电阻值进行比较后通过输出端口向汽车ECU发出温度信号输出电压信号、制动磨损输出电压信号，以帮助ECU获取此时制动衬片的温度和制动衬片的磨损状态。所述的磨损端含有三级回路，分别是含有无电阻串联的回路、串联电阻R1的回路、含有串联电阻R2的回路。所述的电阻R1、电阻R2均采用1KΩ的电阻，热敏电阻PT100随温度的变化而变化，其阻值如图4所示。

本申请要求保护的是一种车辆安全系统及其磨损温度传感器，具体来说，在本申请中，需要用到的传感器包括用于测量车辆轮速的轮速传感器，其能够获取当前车辆行驶的车速，例如，本领域的技术人员可采用高精度霍尔式ABS轮速传感器；用于判断车辆行驶路段是否为平缓路段或者是斜坡路段的车辆倾侧传感器；用于测量刹车片温度及磨损情况的磨损温度传感器。

本领域的技术人员熟知，根据能量守恒定律可知，在车辆制动过程中，车辆本身的重量(含货物装载量)的重力势能和动能转换为制动器及其周围部件的温度提升。在热量传递过程中，热量会通过传导或者热辐射传递到周围环境中转化为损耗热量。而损耗热量受到制动器温度和环境温度之间温度差值的影响。上述情况说明，车辆制动过程中的重力势能和动能无法100％转化为制动器的热量，其存在转化效率k的问题。而通过上述描述可知，转化效率k随着制动器温度的变化而变化。

当车辆在刹车时，制动信号传感器直接获取车辆ABS系统的制动状态，并且本申请中所述的车辆安全系统需要在制动过程中采集一定时间间隔内的车速信息和制动器温度信息等，其采用的计算公式为：

mg△h+1/2*m*(v1²-v2²)＝k*m’C△T

其中，m：车辆总质量；

v1：时间段初速度；

v2：时间段末速度；

m’：制动片及周围温升部件的总质量；

C：制动片及周围温升部件的比热容；

△T：制动器及周围部件温度变化；

△h：车辆制动前后重心高度变化；

上述公式所表达的含义为：制动器温度的提升来源于车辆下坡时重力势能和车辆的动能变化。假设车辆两次行驶到同一路段进行制动，且当时外界的环境温度和制动器的温度均一致，车辆的制动器及周围部件温度变化△T正比于车辆总质量m，即车辆总质量越大，制动器温度升高越明显。

假设m’C是固定不变的，则可以把m/(m’C)看做是车辆的车重系数，而转化效率k则会随着制动器温度的变化而变化，在不同温度下的转化效率k也不相同。

当车辆行驶在平缓的路段上时，可以视为车辆制动前后重心高度变化△h＝0，即此时车重系数为k*2*△T/(v₁ ²-v₂ ²)。也就是说，在车辆位于平缓路段的时候可以采集相关的数据，以分析出不同制动器温度下的转换效率k。当转换效率k在初次收集之后，再次行驶到平缓路段后，系统可以根据之前获取的转换效率k来直接获得对应的车重系数。行车电脑ECU获取到该车重系数后，能够通过联网设备来向远程服务器发送信息，交运部门或者公司可以及时根据这些获得的数据来处理超重车辆，防止安全事故的发生。

在平缓路段行驶过程中获得的转化效率k会存储到行车电脑ECU的存储单元中，待车辆行驶到斜坡路段时，能够将该转化效率k直接代入到上述公式中计算得出制动时间差内车辆的重心高度变化△h。在一定的时间间隔内，车辆的行驶距离正比于(v1+v2)/2，行驶的坡度正弦值与2*△h/(v1+v2)成正比。所以，在本申请中可以直接将△h/(v1+v2)作为坡度系数进行处理，即可获知在一定时间间隔内所行驶路段的坡度信息。

在下坡路段，如果驾驶人员频繁的采用制动来保持车辆的平稳运行，那么就需要对制动片的实时温度和制动片的磨损情况进行检测。为此，本申请提供了一种集温度感应和制动片磨损检测于一体的制动磨损温度传感器。

具体来说，在本申请中，所述的制动磨损温度传感器包括两部分，其中一部分是安装于制动磨损区的磨损端，其磨损端采用的是多次报警的设计结构，可以对不同的磨损量发出不同的磨损报警信号，提醒驾驶人员或者维修人员注意对制动衬片进行检查。如图2所示，本申请中的磨损端的电路与热敏电阻PT100进行串联后接入到二次仪表中。二次仪表采用单片机及其外部电路组成，其能够将接入后的磨损端部分的电阻值进行分析处理后，获取对应的温度信息和制动磨损信息，并且转化为供ECU识别的信号输出。ECU能够将该信号传递至汽车中控的显示屏上进行显示，也可以将该信号通过无线通讯方式传递至远程服务器。

进一步，本申请提供了供二次仪表所获取的电阻值的解析关系曲线，如图3所示，其能够根据上述曲线来实现报警信号的输出。例如当电阻值在0～500Ω之间时，二次仪表能够解析出制动磨损器未报警；当电阻值在500～1000Ω之间时，二次仪表解析出制动磨损温度传感器处于磨损状态，发出第一次报警信号；当电阻值在1000Ω～1500Ω时，二次仪表解析出该制动磨损温度传感器处于制动磨损状态，发出第二次报警信号，提醒驾驶人员注意检查与及时更换制动衬片。

在上述二次仪表所检测到的电阻数值下，可根据电阻数值与温度之间的对应关系解析出此时对应的刹车片温度，例如当二次仪表检测到的电阻值信号为780Ω时，制动磨损温度传感器发出第一次报警信号，并且此时的对应的温度数值为497℃。

在本申请中，除了上述的带有多次报警的磨损端外，还提供了一种集磨制动衬片磨损报警和高温报警为一体的、利用导热材质制成的磨损端，磨损端可采用导热性能好的铜柱作为材质，并且在导热铜柱的内部设置有与之连接的K型热电偶补偿线作为信号输出端。例如，本申请中所述的K型热电偶补偿线采用正极导线为镍铬材质的导线，负极导线为采用镍硅材质的导线，两根导线在位于磨损端的内部区域采用正极导线缠绕并覆盖于负极导线外部或负极导线缠绕并覆盖于正极导线外部的连接方式。上述缠绕形式的目的在于只能够有一根导线与导热的磨损端接触，以保证采集结果的准确性。

如图5所示，在K型热电偶补偿线的正极、负极均作为二次仪表的输入信号接入到二次仪表中。二次仪表采用单片机及其周边电路来实现对K型热电偶补偿线所输入温度信号的采集，进而通过温度信号来判定对应的电压信号，并通过输出端out来实现对应电压信号的输出，输出的电压信号通过线束送入到ECU中，ECU对电压信号进行解读来判断磨损及温度数值。如图6所示，其提供了一种K型热电偶温度信号与电压信号的对应关系。在图6所示的表格中，其顶部第一行和左侧第一列均为对应的温度数值，第一行的温度数值与第一列的温度数值相加即为该温度下的电压信号。需要说明的是，在图6所示列表中，该电压的单位为mV。例如当温度为250℃时，从图6中可获得对应的电压数值为1025.453mV(纵向200℃与横向50℃交汇处)。当ECU检测到的电压信号所对应的温度信息超过了其设定的温度数值，ECU会向驾驶人员发出高温报警。在制动衬片未磨损到极限位置前，二次仪表输出的电压信号在0～3V之间变化。如果制动衬片的磨损达到如图5所示的磨损极限位置，此时二次仪表输出的电压信号就会变成3.5V，超过了汽车ECU中所设定的3.2V电压，汽车ECU会向驾驶人员发出制动衬片磨损报警和高温报警两种信号。

Claims (8)

1.一种车辆安全系统，包括汽车ECU，其特征在于：还包括用于检测汽车时间间隔内的初始速度v1和末速度v2的轮速传感器、用于检测汽车前轮与后轮的高度差Δh用以获得车辆行驶路段坡面状态的车辆倾侧传感器、用于检测车辆制动状态的制动信号传感器以及用于检测车辆制动器温度及状态的磨损温度传感器，其中所述的轮速传感器、车辆倾侧传感器、制动信号传感器和磨损温度传感器均通过汽车线束与汽车ECU连接；汽车ECU处理根据mg△h+1/2*m*(v₁ ²-v₂ ²)＝k*m’C△T处理上述信息并存储数据；

其中，m为车辆总质量；v1为同一时间间隔内车辆的初始速度；v2为同一时间间隔内车辆的末速度；m’为制动片及周围升温部件的总质量；C为制动片及周围升温部件的比热容；△T为制动器及周围部件的温度变化；△h为车辆制动前后重心高度的变化。

2.根据权利要求1所述的车辆安全系统，其特征在于：所述轮速传感器采用高精度霍尔式ABS轮速传感器。

3.根据权利要求1所述的车辆安全系统，其特征在于：所述汽车ECU还与车载通讯装置连接，车载通讯装置通过无线通讯网络与远程服务器通讯。

4.一种应用于权利要求1或2所述的车辆安全系统的磨损温度传感器，其特征在于：所述磨损温度传感器包括磨损端和二次仪表，其中磨损端的输出端口与二次仪表的输入端口连接，所述的磨损端包括并联的多级报警回路以及与多级报警回路串联的热敏电阻；所述的二次仪表用以根据输入的电阻值输出对应的制动磨损输出电压信号、温度信号输出电压信号；所述的制动磨损输出电压信号和温度信号输出电压信号均与汽车ECU连接。

5.根据权利要求4所述的磨损温度传感器，其特征在于：所述多级报警回路包括无电阻串联的一级导线回路、串联有电阻R2的二级导线回路和串联有电阻R1的三级导线回路。

6.一种应用于权利要求1或2所述的车辆安全系统的磨损温度传感器，其特征在于：所述磨损温度传感器包括磨损端和二次仪表，其中所述的磨损端通过内部安装的K型热电偶补偿线与二次仪表连接，二次仪表的输出信号接入到汽车ECU中；K型热电偶补偿线在位于磨损端外的部分正极与负极分开，位于磨损端内的部分采用正极包覆在负极上或负极包覆在正极上的结构。

7.根据权利要求6所述的磨损温度传感器，其特征在于：所述磨损端采用铜质柱状结构。

8.根据权利要求7所述的磨损温度传感器，其特征在于：所述K型热电偶补偿线的正极为镍铬材质导线，K型热电偶的负极为镍硅材质导线。