CN110775062B - 一种基于epb系统的汽车制动过热再夹紧方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及汽车技术领域，公开了一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，包括步骤：A)查询当前汽车是否处于驻车状态；B)参数初始化；C)监测制动踏板是否被踩下；D)计算单个后轮制动盘产热量，获得制动停止时制动盘的温度；E)进行制动检测；F)获得当前时刻制动盘的温度，查询电子手刹是否拉起；G)开启EPB系统驻车功能，判断制动盘的温度是否大于温度阈值，从而判断是否需要增加驻车电机的驱动电流，使电子卡钳进一步夹紧。本发明能够快速有效地获取制动盘的温度，判断是否需要增加驻车电机的驱动电流，从而驱动驻车电机使电子卡钳进一步夹紧，保证可靠的驻车效果。

Description

一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法

技术领域

本发明涉及汽车技术领域，尤其是涉及一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法。

背景技术

近年来，随着汽车科技快速发展，越来越多的汽车控制组件从传统的机械控制逐渐转变为电子式控制，比如现今的电子驻车制动(EPB，Electrical Park Brake)系统将行车过程中的临时性制动和停车后的长时性制动功能整合在一起，并且由电子控制方式来实现停车制动。在一些高速行驶、下坡路且需要连续刹车的路段，长时间制动会使制动器件受到温度的影响性能降低，在高温下制动器件出现热衰减，导致刹车片与制动盘之间的摩擦力减小，长期下汽车制动会失效，造成刹车失灵。另外，如果车辆经过强制动后驻车，制动盘会因为温度下降与摩擦片产生间隙，如果间隙过大，制动器反映时间变长，还会直接威胁到行车安全。EPB系统的驻车功能是通过安置于后制动器的电机推动制动器壳体内丝杠，进行轴向运动来实现夹紧制动盘，制动盘有热胀冷缩的特点，随着冷却，原本施加于制动盘上的夹紧力会出现一定程度的衰退，传统的EPB系统没有过热夹紧功能，然而如果要直接测定制动器的真实温度，需要进行材料表面发射率的修正，而材料表面发射率不仅取决于温度和波长，而且还与表面状态、涂膜和微观组织等有关，并且汽车行驶过程中制动器的温度变化迅速，现有的温度传感器也存在着反应滞后的特点，且对工况要求严格，因此采用温度传感器的方法对制动器很难达到温度的精确测量。制动器作为汽车安全部件，实现制动器过热夹紧功能对行车安全有着重要的意义。

例如，一种在中国专利文献上公开的“一种配备电磁刹车装置的电子驻车EPB系统”，其公告号CN107719352A，包括电磁刹车装置，所述电磁刹车装置固定安装在汽车上，所述电磁刹车装置外设有电流增大装置，所述汽车内设有控制装置，所述控制装置上由测距模块、影像模块、自动启动模块、自动制动模块、速度检测模块和脚刹踏板共同构成，所述控制器装置上设有控制器，所述控制器的信号接收端与红外测距传感器一、红外测距传感器二、高清摄像头一、高清摄像头二、脚刹踏板和速度检测模块电性连接，所述控制器的电源输出端与小电磁铁一、小电磁铁二、电磁铁一和电磁铁二电性连接。该发明没有过热夹紧功能，不能解决当汽车的制动器温度过高时制动器件存在热衰退进而导致驻车时夹紧力不足的问题。

发明内容

本发明是为了解决汽车行驶过程中制动器温度过高导致驻车时施加在制动盘上的夹紧力不足的问题，提供一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，该方法能够实时快速有效地获取制动盘的温度，并且判断驻车时是否需要控制制动器实现进一步夹紧的功能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，包括步骤：

A)利用EPB系统中的电子控制单元查询当前汽车是否处于驻车状态，若是，则周期性重复本步骤，若否，则进入步骤B)；

B)参数初始化，设置速度阈值v和温度阈值K，设定制动盘初始温度T₀，将制动盘起始温度T₁设置为初始温度T₀；

C)监测制动踏板是否被踩下，若是，则进入步骤D)，若否，则周期性重复本步骤；

D)获取制动盘起始温度T₁，通过电子控制单元利用轮速传感器获取制动开始时刻t₁的车轮速度v₁，获取制动停止时刻t₂的车轮速度v₂，计算单个后轮制动盘产热量P，获得制动停止时制动盘的温度T₂，查询时刻t₁到时刻t₂内电子手刹是否拉起，若否，则进入步骤E)，若是，则执行步骤G)；判断车轮速度v₂是否小于速度阈值v，若是，则进入步骤G)，若否，则进入步骤E)；

E)进行制动检测，获取降温效率η，设定检测时间为

监测在检测时间t内制动踏板是否再次踩下，若是，则获得当前时刻t₃制动盘的温度T₃，将制动盘起始温度T₁的值设置为温度T₃，重复步骤D)，若否，则执行步骤F)；

F)查询电子手刹是否拉起，若否，则将制动盘起始温度T₁设置为制动盘的初始温度T₀，返回步骤C)继续执行，若是，则进入步骤G)；

G)开启EPB系统驻车功能，利用电子控制单元判断当前制动盘的温度是否大于温度阈值K，若否，则重复步骤A)，若是，则增加驻车电机的驱动电流，使电子卡钳进一步夹紧，直到测力传感器检测到的夹紧力达到制动所需的夹紧力F，关闭驻车电机。

实施制动是机械能转化成热能的过程，通过计算动能的变化从而得到单个后轮制动盘产热量P，再通过产热量P计算制动停止时制动盘的温度T2。在行车过程中，经过一些连续刹车的路段，长时间连续的制动会使制动器件性能受温度的影响严重，通过实时检测制动踏板的状态，不断计算更新制动盘的温度，最终获得驾驶员要进行驻车动作时后轮制动盘的温度，当驻车时后轮制动盘的温度大于温度阈值时，表明夹紧力衰退严重，从而判定需要增加驻车电机的驱动电流，使卡钳进一步夹紧。通过大量实验数据测试计算得到当制动盘的温度K为300度时，夹紧力衰退严重，由于制动盘主要通过热辐射、热传导、热对流散发热量，制动停止时制动盘的温度不同，降温效率也不同。当检测时间t内驾驶员进行了再次制动则将再次制动时制动盘的温度T₃设置为制动盘起始温度T₁，然后重复更新制动盘的温度，最后判断制动盘的最终温度是否大于温度阈值K，从而驱动压紧螺母来补偿温度下降产生的间隙，使得电子卡钳进行进一步夹紧，保证可靠的驻车效果。

进一步地，执行步骤D)的同时利用制动踏板位置传感器获得制动踏板被踩下的幅度x，计算汽车的减速度

记录制动参数

获得参数集合{λ₁,λ₂,...,λ_n,...}，λ_n表示第n次制动时的参数，设定参数阈值D，计算参数差值

判断参数差值d是否大于参数阈值D，若否，则进入步骤E)，若是，则查询电子手刹是否拉起，若电子手刹被拉起，则开启EPB系统驻车功能并且增加驻车电机的驱动电流，使电子卡钳进一步夹紧，若电子手刹没有被拉起，则进入步骤E)。

制动踏板上带有制动踏板位置传感器，位置传感器可以检测制动踏板的位置，当驾驶员踩下制动踏板对其施加力时，机电制动系统被驱动。对应位置的信号通过电子控制单元被计算为汽车所需的制动力，然后将制动力分配给每个制动器，使制动器将夹紧力施加在制动盘上。行车过程中遇到需要连续制动路段，长时间制动会使制动器件受到温度的影响严重，使得制动器件在高温下出现热衰减，导致刹车片与制动盘之间的摩擦系数减小，摩擦系数是制动盘与刹车片表面间的摩擦力和作用在其一表面上的夹紧力之比值。当经过连续制动后制动器的温度升高，摩擦系数降低，与汽车行驶刚开始制动时相比制动器反映时间会变长，使得汽车减速度下降。所以通过记录每一次制动时的制动参数

然后计算制动差值

判断制动差值d是否大于参数阈值D，从而判断制动器的摩擦系数是否下降，如果摩擦系数下降了并且开启EPB系统驻车功能，则增加驻车电机的驱动电流，使电子卡钳进一步夹紧。

进一步地，步骤D)中，单个后轮制动盘产热量

其中，m表示整车质量，ΔG表示汽车重力势能的变化量，a表示能量的转换效率，s表示制动器与轮胎吸收能量分配系数，l表示制动盘热量分配系数，q表示前后制动器的制动力分配系数，r表示能量回收系数。

汽车行驶过程中会遇到上坡下坡路段，动能的变化一部分会克服重力做功，所以需要减去重力势能的变化量，由于前后轮的动力分配不一样，驻车制动主要靠汽车后轮，所以要考虑前后制动器制动力分配系数，制动时动能不仅转化为热能，还有一部分能量消散在空气中以及周围元件中，制动过程汽车轮胎与地面产生摩擦导致轮胎会吸收一部分能量，制动器中制动盘与刹车片之间的热量分配也不同，同时，还有一部分能量作为回收，所以计算单个后轮制动盘产热量要考虑各方面因素，根据不同的车型计算s*a*l*q*r得到的值不同。

进一步地，步骤D)中，制动盘温度

其中，c表示制动盘比热容。

进一步地，步骤E)中，温度T₃＝T₂-η*(t₃-t₂)，其中，t₃-t₂＜t。

进一步地，步骤G)中，夹紧力

其中，M为驻车制动力矩，μ为摩擦系数，r为电子卡钳制动有效半径。

摩擦系数与制动器表面粗糙程度、材料表面的不同分子结构以及温度有关，当机电制动系统被驱动，将摩擦系数值设置为汽车行驶制动正常下的经验值，再把对应位置的信号通过电子控制单元被计算为汽车所需的制动力。

进一步地，在步骤E)中，在时刻t₃前获得降温效率η，包括步骤：

E1)在时刻t₂，通过电子控制单元进行预设夹紧力f'预设时长t'的无感刹车，获得平均制动减速度a₁；

E2)经过时间t₅后，进行第二次同步骤E1)相同的无感刹车，获得平均制动减速度a₂；

E3)计算降温效率

其中，η^*为初始降温效率，η^*＝f(T₂)，k为修正系数，

f(T₂)通过在室温条件下测试并拟合获得。

当制动盘温度高的时候进行制动，由于高温导致摩擦系数减小，使得制动器的摩擦力减小，获得的制动减速度比温度低时的制动减速度小，所以两次无感刹车的平均制动减速度不相等。通过大量实验测得在室温下，制动盘的降温效率对制动盘制动停止时刻温度T₂的函数f(T₂)，在行驶过程中，需要考虑到行驶环境温度的变化，给初始降温效率进行修正。

进一步地，步骤E3)中修正系数k的设定方法包括：

在室温条件下进行测试驾驶，执行n次步骤E)后获得数据集

其中，

表示经过第n次步骤E)时获得的平均制动减速度a₁和平均制动减速度a₂，修正系数k为：

考虑行驶环境温度的变化，需要给初始降温效率进行修正，修正系数k采用平均制动

减速度变化量的平均值，刚开始制动时，真实的降温效率与初始降温效率η^*变化不大，随着制动次数的增加，不断地修正降温效率。

因此，本发明具有如下有益效果：通过实时检测制动踏板的状态，不断计算更新制动盘的温度，最终获得驾驶员在进行驻车动作时制动盘的温度，并且同时通过计算制动差值判断制动器的摩擦系数是否下降，从而判定是否增加驻车电机的驱动电流，驱动压紧螺母来补偿温度下降产生的间隙，进行卡钳的进一步夹紧，从而保证可靠的驻车效果。

附图说明

图1是本发明的一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法流程框图。

图2是本发明的通过计算制动参数判断过热再夹紧流程框图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，如图1所示，包括步骤：

A)利用EPB系统中的电子控制单元查询当前汽车是否处于驻车状态，若是，则周期性重复本步骤，若否，则进入步骤B)；

B)设置速度阈值v和温度阈值300度，设定制动盘初始温度60度，将制动盘起始温度T₁设置为初始温度60度；

C)监测制动踏板是否被踩下，若是，则进入步骤D)，若否，则周期性重复本步骤；

D)获取制动盘起始温度T₁，通过电子控制单元利用轮速传感器获取制动开始时刻t₁的车轮速度v₁，获取制动停止时刻t₂的车轮速度v₂，计算单个后轮制动盘产热量

其中，m表示整车质量，ΔG表示汽车重力势能的变化量，a表示能量的转换效率，s表示制动器与轮胎吸收能量分配系数，l表示制动盘热量分配系数，q表示前后制动器的制动力分配系数，r表示能量回收系数。获得制动停止时制动盘温度

其中，c表示制动盘比热容。查询时刻t₁到时刻t₂内电子手刹是否拉起，若否，则进入步骤E)，若是，则执行步骤G)；判断车轮速度v₂是否小于速度阈值v，若是，则进入步骤G)，若否，则进入步骤E)；

如图2所示，执行步骤D)的同时利用制动踏板位置传感器获得制动踏板被踩下的幅度x，计算汽车的减速度

记录制动参数

获得参数集合{λ₁,λ₂,...,λ_n,...}，λ_n表示第n次制动时的参数，设定参数阈值D，计算参数差值

判断参数差值d是否大于参数阈值D，若否，则进入步骤E)，若是，则查询电子手刹是否拉起，若电子手刹被拉起，则开启EPB系统驻车功能并且增加驻车电机的驱动电流，使电子卡钳进一步夹紧，若电子手刹没有被拉起，则进入步骤E)。

E)进行制动检测，获取降温效率η，包括步骤：

E1)在时刻t₂，通过电子控制单元进行预设夹紧力f'预设时长t'的无感刹车，获得平均制动减速度a₁；

E2)经过时间t₅后，进行第二次同步骤E1)相同的无感刹车，获得平均制动减速度a₂；

E3)计算降温效率

其中，η^*为初始降温效率，η^*＝f(T₂)，k为修正系数，

f(T₂)通过在室温条件下测试并拟合获得。

步骤E3)中修正系数k的设定方法包括：

在室温条件下进行测试驾驶，执行n次步骤E)后获得数据集

其中，

表示经过第n次步骤E)时获得的平均制动减速度a₁和平均制动减速度a₂，修正系数k为：

设定检测时间为

监测在检测时间t内制动踏板是否再次踩下，若是，则获得当前t₃时刻制动盘的温度T₃＝T₂-η*(t₃-t₂)，其中，t₃-t₂＜t。再将制动盘起始温度T₁的值设置为温度T₃，重复步骤D)，若否，则执行步骤F)；

F)查询电子手刹是否拉起，若否，则将制动盘起始温度T₁设置为制动盘的温度T₀，返回步骤C)继续执行，若是，则进入步骤G)；

G)开启EPB系统驻车功能，利用电子控制单元判断当前制动盘的温度是否大于温度阈值300度，若否，则重复步骤A)，若是，则增加驻车电机的驱动电流，使电子卡钳进一步夹紧，直到测力传感器检测到的夹紧力达到制动所需的夹紧力

其中，M为驻车制动力矩，μ为摩擦系数，r为电子卡钳制动有效半径。关闭驻车电机。

根据实验测得正常状态下制动盘初始温度的设定跟环境温度以及汽车行车环境有关，实验表明温度阈值为300度时制动器的夹紧力开始衰退严重，本发明能够快速有效地获取制动盘的温度，并且同时通过判断制动器的摩擦系数是否下降，从而判定是否需要增加驻车电机的驱动电流，驱动压紧螺母来补偿温度下降产生的间隙，进行卡钳的第二次夹紧，从而保证可靠的驻车效果。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明保护范围以内。

Claims (8)

1.一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，其特征是，包括步骤：

A)利用EPB系统中的电子控制单元查询当前汽车是否处于驻车状态，若是，则周期性重复本步骤，若否，则进入步骤B)；

B)参数初始化，设置速度阈值v和温度阈值K，设定制动盘初始温度T₀，将制动盘起始温度T₁设置为初始温度T₀；

C)监测制动踏板是否被踩下，若是，则进入步骤D)，若否，则周期性重复本步骤；

D)获取制动盘起始温度T₁，通过电子控制单元利用轮速传感器获取制动开始时刻t₁的车轮速度v₁，获取制动停止时刻t₂的车轮速度v₂，计算单个后轮制动盘产热量P，获得制动停止时制动盘的温度T₂，查询时刻t₁到时刻t₂内电子手刹是否拉起，若否，则进入步骤E)，若是，则执行步骤G)；判断车轮速度v₂是否小于速度阈值v，若是，则进入步骤G)，若否，则进入步骤E)；

E)进行制动检测，获取降温效率η，设定检测时间为

监测在检测时间t内制动踏板是否再次踩下，若是，则获得当前时刻t₃制动盘的温度T₃，将制动盘起始温度T₁的值设置为温度T₃，重复步骤D)，若否，则执行步骤F)；

F)查询电子手刹是否拉起，若否，则将制动盘起始温度T₁设置为制动盘的初始温度T₀，返回步骤C)继续执行，若是，则进入步骤G)；

G)开启EPB系统驻车功能，利用电子控制单元判断当前制动盘的温度是否大于温度阈值K，若否，则返回步骤A)，若是，则增加驻车电机的驱动电流，使电子卡钳进一步夹紧，直到测力传感器检测到的夹紧力达到制动所需的夹紧力F，关闭驻车电机。

2.根据权利要求1所述的一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，其特征是，执行步骤D)的同时利用制动踏板位置传感器获得制动踏板被踩下的幅度x，计算汽车的减速度

记录制动参数

获得参数集合{λ₁,λ₂,...,λ_n,...}，λ_n表示第n次制动时的参数，设定参数阈值D，计算参数差值

判断参数差值d是否大于参数阈值D，若否，则进入步骤E)，若是，则查询电子手刹是否拉起，若电子手刹被拉起，则开启EPB系统驻车功能并且增加驻车电机的驱动电流，使电子卡钳进一步夹紧，若电子手刹没有被拉起，则进入步骤E)。

3.根据权利要求1所述的一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，其特征是，步骤D)中，单个后轮制动盘产热量

其中，m表示整车质量，ΔG表示汽车重力势能的变化量，a表示能量的转换效率，s表示制动器与轮胎吸收能量分配系数，l表示制动盘热量分配系数，q表示前后制动器的制动力分配系数，r表示能量回收系数。

4.根据权利要求1或3所述的一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，其特征是，步骤D)中，制动盘温度

其中，c表示制动盘比热容，m表示整车质量。

5.根据权利要求1所述一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，其特征是，步骤E)中，温度T₃＝T₂-η*(t₃-t₂)，其中，t₃-t₂＜t。

6.根据权利要求1所述的一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，其特征是，步骤G)中，夹紧力

其中，M为驻车制动力矩，μ为摩擦系数，r为电子卡钳制动有效半径。

7.根据权利要求1所述一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，其特征是，在步骤E)中，在时刻t₃前获得降温效率η，包括步骤：

E1)在时刻t₂，通过电子控制单元进行预设夹紧力f'预设时长t'的无感刹车，获得平均制动减速度a₁；

E2)经过时间t₅后，进行第二次同步骤E1)相同的无感刹车，获得平均制动减速度a₂；

E3)计算降温效率

其中，η^*为初始降温效率，η^*＝f(T₂)，k为修正系数，

f(T₂)通过在室温条件下测试并拟合获得。

8.根据权利要求7所述一种基于EPB系统的汽车制动过热再夹紧方法，其特征是，

步骤E3)中修正系数k的设定方法包括：

在室温条件下进行测试驾驶，执行n次步骤E)后获得数据集

其中，

表示经过第n次步骤E)时获得的平均制动减速度a₁和平均制动减速度a₂，修正系数k为：

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