CN111086498A - 基于ecas电控空气悬架的商用车制动盘高温报警系统及报警方法 - Google Patents

基于ecas电控空气悬架的商用车制动盘高温报警系统及报警方法 Download PDF

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毛乐勇
陈钢强
李少峰
刘旺昌
楼乔卡
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    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18—Safety devices; Monitoring
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/001—Temperature

Abstract

本发明涉及用于商用车制动领域，公开了一种基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警系统及报警方法，其包括电控空气悬架模块和信号采集模块，电控空气悬架模块包括电控单元和高度传感器，信号采集模块包括车速信号采集模块、环境温度采集模块和车身高度采集模块；电控单元内集成有升温算法计算模型和降温算法模型；通过升温和降温的计算从而模拟判断出当前制动盘的温度，从而进行高温报警，大大提高了行车的安全性。本发明通过算法设计实时计算和检测制动盘的温度，当计算所得的制动盘温度大于一定阈值时，则通过仪表显示或者其他方式进行报警，提示驾驶员制动盘的温度过高，该种方式具有装置简单，普适性强，成本低等优点。

Description

基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警系统及报警 方法
技术领域
本发明涉及商用车制动领域，尤其涉及了一种基于ECAS电控空气悬架的商 用车制动盘高温报警系统及报警方法。
背景技术
长久以来商用车都是交通事故的高发源头，制动系统作为商用车安全保障 的重要环节，起着不可或缺的作用。而商用车经常因为满载或超载后长时间制 动导致制动系统失效事故也是时有发生。
目前传统商用车并不具备制动盘温度识别功能，大多数情况还是靠驾驶员 经验判断来避免，这对驾驶员有较高要求，并且使行车时充满不确定性。
中国专利申请CN201610431165.3公开了一种制动盘高温预警装置，制动盘 高温预警装置由制动盘、制动钳、摩擦片、温度传感器和ECU组成，制动盘上 方设有制动钳，制动钳固定两片摩擦片，在摩擦片的中间位置设有温度传感器， 温度传感器链接ECU，通过ECU的信号标准，将信号传给仪表台。但是该装置具 体实施时十分困难，首先需要保证温度传感器的稳定安装，第二还需要保证温 度传感器能够检测该制动盘的温度，因为在刹车时制动盘的温度非常高，传统 的温度传感器无法进行该量程内的温度检测，而且温度的检测准确度也难以考 证。所以该装置实际应用十分困难。
发明内容
本发明针对现有技术中存在制动盘温度无法检测，无法实现高温报警以及 温度传感器设置十分困难等缺点，提供了一种基于ECAS电控空气悬架的商用车 制动盘高温报警系统及报警方法。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
一种基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警系统，包括电控空气 悬架模块和信号采集模块，电控空气悬架模块包括电控单元和高度传感器，信 号采集模块包括车速信号采集模块、环境温度采集模块和车身高度采集模块；
高度传感器用于识别车辆的当前载荷，车辆当前载荷为：
F＝K×X
其中X为高度传感器采集的位移，K为空气悬架的刚度；
电控单元内集成有升温算法计算模型和降温算法模型；
其中制动过程制动盘高温升温模型为：
Figure BDA0002295199700000021
其中,
ΔT+-为算法预设的一个计算周期内理论升高的温度
A-转换系数
BHA-汽车单桥制动力分配比例
mFz-车辆当前质量，mFz＝F/g
vstart-计算周期开始时车辆的速度
vend-计算周期结束时车辆的速度
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积
制动盘降温算法模型：
ΔT-＝(Tdics-Tenv)*Δt/kv
ΔT--为一个计算周期内制动盘下降的温度
Tdisc-计算周期开始时制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
Δt-算法设定的计算周期
根据升温算法模型和降温算法模型计算每个计算周期内制动盘的温度，当 所计算的制动盘的温度大于预设温度时进行报警。该系统能够根据通过车辆当 前的制动状态进行预估判断制动盘当前的温度，从而能够实现对制动盘的高温 报警判断。
作为优选，kv-降温系数的计算公式如下：
kv＝mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
其中，
mdisc-制动盘质量
cdisc-制动盘比热容
Adisc-制动盘盘面面积
kcool-制动盘关于速度的冷却系数。
作为优选，还包括报警装置，报警装置与电控单元连接，当电控单元计算 当前制动盘温度大于预设报警温度时，电控单元发出指令，报警装置报警。
作为优选，高度传感器用于识别车辆的当前载荷，车辆当前载荷为：
F＝K×X
其中X为高度传感器采集的位移，K为空气悬架的刚度；车辆当前质量为： mFz＝F/g，g为重力加速度。
本发明还提供了一种基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警方法，包括以下步骤，
步骤一、获取当前车速v0、当前环境温度Tenv、当前车辆质量mFz，，制动 开始之前预设制动盘温度为环境温度，即T0＝Tenv，预设报警温度为T报警；
步骤二、设定一个计算周期的时间为Δt；计算Δt时间内制动盘在制动时 制动盘理想上升的温度ΔT+，然后计算Δt时间内制动盘自然冷却降低的温度 ΔT-,则第一个计算周期Δt结束时制动盘温度为：T＝T0+ΔT+-ΔT-；
其中升温模型为：
Figure BDA0002295199700000041
A-转换系数
BHA-汽车单桥制动力分配比例
mFz-车辆当前质量
vstart-计算周期开始时车辆的速度
vend-计算周期结束时车辆的速度
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积
制动盘降温算法模型：
ΔT-＝(Tdics-Tenv)*Δt/kv
Tdisc-计算周期开始时制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
Δt-算法设定的计算周期
步骤三，判断是否T≥T报警，若是则进入步骤四，否则进入步骤五；
步骤四，电控单元将报警信号传输至报警单元进行高温报警；
步骤五，重复步骤三，进入第二个计算周期Δt，此时vstart-计算周期开始时 车辆的速度系统设定为上一个计算周期结束时汽车的速度；Tdisc-计算周期开始 时制动盘温度，为上一个计算周期结束时计算得到的制动盘温度T；所以测得制 动盘温度T＝Tdisc+ΔT+-ΔT-；
步骤六，判断是否T≥T报警，若是则进入步骤四，否则进入步骤五，进行循 环。
作为优选，kv-降温系数的计算公式如下：
kv＝mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
其中，
mdisc-制动盘质量
cdisc-制动盘比热容
Adisc-制动盘盘面面积
kcool-制动盘关于速度的冷却系数。
作为优选，车辆当前质量mFz为车辆当前载荷F和重力加速度g的商，车辆 当前载荷F＝K×X,其中X为空气悬架高度传感器采集的位移，K为空气悬架的 刚度。
作为优选，算法开始的时刻为电控单元接收制动信号开始，算法结束的时 刻为电控单元接收车辆制动信号的时刻。
作为优选，电控单元实时获取车辆的速度，当车辆速度降低时则开始进行 上述判断方法进行预估当前车辆制动盘的温度。
作为优选，高温报警方法对车辆每个制动盘的温度均进行判断。
本发明由于采用了以上技术方案，具有如下显著的技术效果：
本发明通过算法设计实时计算和检测制动盘的温度，当计算所得的制动盘 温度大于一定阈值时，则通过仪表显示或者其他方式进行报警，提示驾驶员制 动盘的温度过高，该种方式具有装置简单，普适性强，成本低等优点。
附图说明
具体实施方式
实施例1
一种基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警系统，包括电控空气 悬架模块和信号采集模块，电控空气悬架模块包括电控单元和高度传感器，信 号采集模块包括车速信号采集模块、环境温度采集模块和车身高度采集模块； 本实施例的电子控制的空气悬架系统(ECAS)包括ECAS电控单元、电磁阀和高 度传感器，高度传感器负责检测车辆高度的变化,车速信号采集模块用于采集车 辆的实时速度，环境温度采集模块实时采集外界环境的温度；在本实施例中通 过汽车CAN网络来获取车速信号和发动机进气温度，发动机进气温度作为外界 环境温度使用。
电控单元内集成有升温算法计算模型和降温算法模型；
其中制动过程制动盘高温升温模型为：
Figure BDA0002295199700000061
其中，
ΔT+-为算法预设的一个计算周期内理想升高的温度，
A-动能转换为热能的转换系数
BHA-汽车单桥制动力分配比例
mFz-车辆当前质量，
vstart-计算周期开始时车辆的速度
vend-计算周期结束时车辆的速度
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积
其中升温模型依据的是能量守恒远离和热力学第一定律，利用车辆制动时 减小的动能转换成制动盘温升的内能。因为考虑到能量的损失，可以通过实 现设定动能转换为热能的系数A。
上述升温模型为单个制动盘的升温模型，因为汽车在制动时是多个车轮同 时制动，公式中的“BHA-汽车单桥制动力分配比例”用于表示前轮或者后轮分 配的比例，由于前车轮和后车轮成对设置，所以分配到单个车轮的分配比例为 “1/2BHA-汽车单桥制动力分配比例”。
由于当车辆在升温的过程中制动盘的温度大于环境温度，所以制动盘会进 行降温，本实施例中制动盘降温算法模型为：
ΔT_＝(Tdics-Tenv)*Δt/kv
ΔT--为一个计算周期内制动盘下降的温度
Tdisc-计算周期开始时制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
Δt-算法设定的计算周期。
所述的kv-降温系数的计算公式如下：
kv＝mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
其中，
mdisc-制动盘质量
cdisc-制动盘比热容
Adisc-制动盘盘面面积
kcool-制动盘关于速度的冷却系数。
根据升温算法模型和降温算法模型计算每个计算周期内制动盘的温度，当 所计算的制动盘的温度大于预设温度时进行报警。
该公式的推导过程根据牛顿冷却定律进行实现：
Q＝kcool*Adics*(Tddisc-Tenv)其中，Q为在制动盘上传热的能量， 传递的能量转换为温度变化：
Q＝mdisc*cdisc*ΔT-
所以得出降温模型的计算公式。其中kcool制动盘关于速度的冷却系数可由 标定确定。
所以在一个计算周期Δt时间内，制动盘的温度变化量为ΔT+-ΔT-,所以一 个计算周期结束时，制动盘的温度为上个计算周期结束时的温度和在该计算周 期Δt时间内制动盘温度变化量的总和，若制动盘的温度大于或者等于设定的报 警阈值，则进行报警，否则进入下一个计算周期进行判断。
在本实施例中，车辆当前质量mFz为车辆当前载荷F和重力加速度g的商， 车辆当前载荷F＝K×X,其中X为空气悬架高度传感器采集的位移，K为空气悬 架的刚度。所以mFz＝K×X/g。
在本实施例中，电控单元通过算法对制动盘的温度进行实时监测。本实施 例中，速度信号、采集的周期为△t。
为了便于提醒驾驶员，本实施例还包括报警装置，报警装置与电控单元连 接，当电控单元计算当前制动盘温度大于预设报警温度时，电控单元发出指令， 报警装置报警。其中驾驶室内设置有报警装置，用于提醒驾驶员。
实施例2
本实施例提供一种基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警方法， 该高温报警方法基于实施例1的报警系统得以实现。
高温报警方法包括以下步骤：
步骤一、获取当前车速v0、当前环境温度Tenv、当前车辆质量mFz，，制动 开始之前预设制动盘温度为环境温度，即T0＝Tenv，预设报警温度为T报警；
步骤二、设定一个计算周期的时间为Δt；计算Δt时间内制动盘在制动时 制动盘理想上升的温度ΔT+，然后计算Δt时间内制动盘自然冷却降低的温度 ΔT-,则第一个计算周期Δt结束时制动盘温度为：T＝T0+ΔT+-ΔT-；
其中升温模型为：
Figure BDA0002295199700000091
A-动能转换为热能的转换系数
BHA-汽车单桥制动力分配比例
mFz-车辆当前质量
vstart-计算周期开始时车辆的速度
vend-计算周期结束时车辆的速度
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积
制动盘降温算法模型：
ΔT-＝(Tdics-Tenv)*Δt/kv
Tdisc-计算周期开始时制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
Δt-算法设定的计算周期
步骤三，判断是否T≥T报警，若是则进入步骤四，否则进入步骤五；
步骤四，电控单元将报警信号传输至报警单元进行高温报警；
步骤五，重复步骤三，进入第二个计算周期Δt，此时vstart-计算周期开始时 车辆的速度系统设定为上一个计算周期结束时汽车的速度；Tdisc-计算周期开始 时制动盘温度，为上一个计算周期结束时计算得到的制动盘温度T；所以测得制 动盘温度T＝Tdisc+ΔT+-ΔT-；
步骤六，判断是否T≥T报警，若是则进入步骤四，否则进入步骤五，进行循 环。
算法实时对制动盘的温度进行计算和判断。本实施例中，速度信号、采集 的周期为△t。
实施例3
本实施例与实施例2的区别之处在于，算法开始的时刻为电控单元接收制 动信号开始，算法结束的时刻为电控单元接收车辆制动信号的时刻；也即是算 法的计算时间段为制动时间。
实施例4
本实施例与实施例2的区别之处在于：电控单元实时对各个制动车轮进行 温度监测。
总之，以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作 的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (10)

1.基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警系统，其特征在于：包括电控空气悬架模块和信号采集模块，电控空气悬架模块包括电控单元和高度传感器，信号采集模块包括车速信号采集模块、环境温度采集模块和车身高度采集模块；
电控单元内集成有升温算法计算模型和降温算法模型；
其中制动过程制动盘高温升温模型为：
Figure FDA0002295199690000011
其中,
ΔT+-为算法预设的一个计算周期内理想预期升高的温度
A-动能转化为热能的转换系数
BHA-汽车单桥制动力分配比例
mFz-车辆当前质量，
vstart-计算周期开始时车辆的速度
vend-计算周期结束时车辆的速度
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积
制动盘降温算法模型：
ΔT-＝(Tdics-Tenv)*Δt/kv
ΔT--为一个计算周期内制动盘下降的温度
Tdisc-计算周期开始时制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
Δt-算法设定的计算周期
根据升温算法模型和降温算法模型计算每个计算周期内制动盘的温度，当所计算的制动盘的温度大于预设温度时进行报警。
2.根据权利要求1所述的基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警系统，其特征在于：kv-降温系数的计算公式如下：
kv＝mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
其中，
mdisc-制动盘质量
cdisc-制动盘比热容
Adisc-制动盘盘面面积
kcool-制动盘关于速度的冷却系数。
3.根据权利要求1所述的基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警系统，其特征在于：还包括报警装置，报警装置与电控单元连接，当电控单元计算当前制动盘温度大于预设报警温度时，电控单元发出指令，报警装置报警。
4.根据权利要求1所述的基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警系统，其特征在于：高度传感器用于识别车辆的当前载荷，车辆当前载荷为：
F＝K×X
其中X为高度传感器采集的位移，K为空气悬架的刚度；车辆当前质量为：mFz＝F/g，g为重力加速度。
5.基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤一、获取当前车速v0、当前环境温度Tenv、当前车辆质量mFz，，制动开始之前预设制动盘温度为环境温度，即T0＝Tenv，预设报警温度为T报警；
步骤二、设定一个计算周期的时间为Δt；计算Δt时间内制动盘在制动时制动盘理想上升的温度ΔT+，然后计算Δt时间内制动盘自然冷却降低的温度ΔT-,则第一个计算周期Δt结束时制动盘温度为：T＝T0+ΔT+-ΔT-；
其中升温模型为：
Figure FDA0002295199690000031
A-动能转换为热能的转换系数
BHA-汽车单桥制动力分配比例
mFz-车辆当前质量
vstart-计算周期开始时车辆的速度
vend-计算周期结束时车辆的速度
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积
制动盘降温算法模型：
ΔT-＝(Tdics-Tenv)*Δt/kv
Tdisc-计算周期开始时制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
Δt-算法设定的计算周期
步骤三，判断是否T≥T报警，若是则进入步骤四，否则进入步骤五；
步骤四，电控单元将报警信号传输至报警单元进行高温报警；
步骤五，重复步骤三，进入第二个计算周期Δt，此时vstart-计算周期开始时车辆的速度系统设定为上一个计算周期结束时汽车的速度；Tdisc-计算周期开始时制动盘温度，为上一个计算周期结束时计算得到的制动盘温度T；所以测得制动盘温度T＝Tdisc+ΔT+-ΔT-；
步骤六，判断是否T≥T报警，若是则进入步骤四，否则进入步骤五，进行循环。
6.根据权利要求4所述的基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警方法，其特征在于：kv-降温系数的计算公式如下：
kv＝mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
其中，
mdisc-制动盘质量
cdisc-制动盘比热容
Adisc-制动盘盘面面积
kcool-制动盘关于速度的冷却系数。
7.根据权利要求4所述的基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警方法，其特征在于：车辆当前质量mFz为车辆当前载荷F和重力加速度g的商，车辆当前载荷F＝K×X,其中X为空气悬架高度传感器采集的位移，K为空气悬架的刚度。
8.根据权利要求4所述的基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警方法，其特征在于：算法开始的时刻为电控单元接收制动信号开始，算法结束的时刻为电控单元接收车辆制动信号的时刻。
9.根据权利要求4所述的基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警方法，其特征在于：电控单元实时获取车辆的速度，当车辆速度降低时则开始进行权利要求4中的判断方法预估当前车辆制动盘的温度。
10.根据权利要求4所述的基于ECAS电控空气悬架的商用车制动盘高温报警方法，其特征在于：高温报警方法对车辆每个制动盘的温度均进行判断。
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