CN112049881A - 车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统,包括车辆ECU,以及与车辆ECU电连接的活塞位移传感器、制动踏板行程传感器和声光报警装置;所述活塞位移传感器用于测量活塞相对于腔体内壁的位移量;所述制动踏板行程传感器用于向车辆ECU输入制动踏板行程信号以及用于记录制动次数;所述声光报警装置用于提示驾驶员更换摩擦片;所述车辆ECU根据活塞位移传感器和制动踏板行程传感器采集的信号制定多级报警策略,并控制声光报警装置适时报警。本发明的车辆ECU根据活塞位移传感器和制动踏板行程传感器采集的信号制定多级报警策略,并控制声光报警装置适时报警,对制动钳结构的修改小,改造成本低,实用价值高。

Description

车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统
技术领域
本发明涉及车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统。
背景技术
目前,盘式制动器逐渐取代鼓式制动器成为车用制动器的主流方案。摩擦制动片属 于易损耗品,若出现过度磨损的状况,会严重影响车辆制动性,影响车辆安全行驶。因此,配备检测摩擦片厚度的报警装置尤为重要。目前,主流的摩擦片厚度监测报警系统 方案如下:
1、专利申请号为CN201520000659.7的中国专利文献公开的《一种汽车盘式制动摩擦片厚度检测报警装置》,该专利文献中的技术方案利用霍尔元件与磁钢间的相互作用 判别摩擦片厚度是否到达磨损极限。该方案的缺点在于:该方案需要在制动支架内侧两 侧面分别开设垂直于制动盘盘面的滑槽,并在摩擦片背板两端分别设置与滑槽对应的凸 块,对制动钳结构的改动较大,成本较高;报警判断条件单一,报警无等级之分,容易 出现报警不及时、误报警等情况,因此造成的安全隐患较大。
2、专利申请号为CN201720469033.X的中国专利文献公开的《摩擦片报警系统以及车辆》,其传感器包括多个在所述摩擦片厚度方向排布的并联电阻,当多个所述并联 电阻磨损至预定值时,传感器发出报警信号。该方案的缺点在于:由于摩擦片本身厚度 较小,排布并联电阻需要复杂的工艺,且需要对摩擦片的结构进行修改;报警判断条件 单一,报警无等级之分,容易出现报警不及时、误报警等情况,因此造成的安全隐患较 大。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术的不足而提供一种车用盘式制动器的固定式制 动钳的摩擦片检测报警系统。
实现本发明目的的技术方案是:车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警 系统,包括车辆ECU(Electronic Control Unit,电子控制单元,又称“行车电脑”、 “车载电脑”等),以及与车辆ECU电连接的活塞位移传感器、制动踏板行程传感器和 声光报警装置;所述活塞位移传感器用于测量活塞相对于腔体内壁的位移量;所述制动 踏板行程传感器用于向车辆ECU输入制动踏板行程信号以及用于记录制动次数;所述声 光报警装置用于提示驾驶员更换摩擦片;所述车辆ECU根据活塞位移传感器和制动踏板 行程传感器采集的信号制定多级报警策略,并控制声光报警装置适时报警。
进一步地,所述活塞的外部安装有用于调整制动间隙的矩形橡胶圈;所述活塞位移 传感器安装于固定式制动钳的活塞缸腔体内,并检测矩形橡胶圈的位移量,通过矩形橡胶圈的位移量来反映活塞相对于腔体内壁的位移量。
进一步地,所述车辆ECU根据活塞位移传感器和制动踏板行程传感器采集的信号制 定多级报警策略,并控制声光报警装置适时报警,具体包括以下步骤:
S1,在摩擦片安装时,向车辆ECU输入当前摩擦片的标称厚度δ0,同时车辆ECU 完成初始化,内部存储的制动次数清零;
S2,车辆ECU接收制动踏板行程传感器信号,判断车辆是否已经开始制动并记录制动次数;
S3,车辆ECU利用活塞位移传感器信号估算摩擦片磨损程度;
S4,车辆ECU根据摩擦片磨损程度和制动器的制动次数来建立多级报警策略,并输出相应的报警级别来控制声光报警装置适时报警。
进一步地,所述步骤S2中,车辆ECU判断车辆是否已经开始制动并记录制动次数的方法具体包括以下步骤:
S2.1,根据制动踏板行程传感器的标定设置电压下限U1与电压上限U2
S2.2,当实际制动踏板行程传感器电压信号Uactual随时间变化,由Uactual<U1跃升至Uactual>U2时,判定车辆开始制动,当Uactual再由Uactual>U2下降至Uactual<U1时,判定车辆制动结束,制动次数计数一次。
进一步地,所述步骤S3具体包括以下步骤:
S3.1,以活塞缸收缩至极限位置时的活塞末端截面中心作为坐标原点,活塞轴线所 在直线为x轴,活塞伸张方向为x轴正方向,在车辆ECU中建立坐标系;
S3.2,在车辆完成首次制动后,车辆ECU记录此时活塞位移传感器信号所获得的活塞末端截面中心在x轴坐标系中的坐标x0
S3.3,当液压缸活塞完成第n次(n≠1)制动时,车辆ECU获取活塞位移传感器所 测得的活塞末端截面中心在x轴坐标系中的坐标xn
S3.4,每次制动完成后,车辆ECU通过xn-x0的值估算摩擦片的磨损厚度。
进一步地,所述步骤S4中车辆ECU控制声光报警装置的报警级别的策略包括:
S4.1,建立制动次数N与摩擦片磨损厚度xn-x0及摩擦片的标称厚度δ0之间的函数关系N=f(xn-x00);
S4.2,设定一个制动次数的阈值N1,当制动次数实际值Nactual≤N1时,判断xn-x00≥0是否满足,若满足,则控制声光报警装置进行一级报警,反之,则不报警;当Nactual=N1时,根据N=f(xn-x00)的函数关系,获得制动次数的理想值Ni;当Nactual>N1时,进入 S4.3;
S4.3,比较制动次数计数获得的实际值Nactual是否满足α1N1<Nactual2N1,其中α1和α2为经过标定后的常数,若满足条件,则进入步骤S4.4;若不满足条件,则判断xn-x00≥0是否满足,若满足,则控制声光报警装置进行一级报警,反之,则不报警;
S4.4,判断xn-x00≥0和Nactual≥N’是否两项均满足,若两项均满足,则控制声 光报警装置进行一级报警;反之,则进入步骤S4.5;其中N’为标称制动次数;
S4.5,判断xn-x00≥0和Nactual≥N’是否有一项满足,若有一项满足,则进行二 级报警,并计算L=(xn-x00)/Nactual的值,其中,L为根据实际情况定义的变量;若两 项均不满足,则不报警;其中N’为标称制动次数;
S4.6,判断条件xn-x00<0且L<L2以及xn-x00<0且L>L1是否至少有一个条件满足,其中,L1为根据检测情况获得的L的上极限报警标定值,L2为根据检测情况获得的 L的下极限报警标定值;若是,则控制声光报警装置进行一级预备报警;若否,则不报 警;
S4.7,根据优先级高的报警状态覆盖优先级低的报警状态触发的优先级判断规则获 得最终的报警级别,并进行报警;所述声光报警装置的报警级别从高到低依次为一级报警、一级预备报警、二级报警、不报警。
采用了上述技术方案,本发明具有以下的有益效果:(1)本发明的车辆ECU根据活塞位移传感器和制动踏板行程传感器采集的信号制定多级报警策略,并控制声光报警装置适时报警,对制动钳结构的修改小,改造成本低,实用价值高。
(2)本发明通过摩擦片磨损状态结合制动次数的方式对摩擦片进行报警级别报警判断,有效减小了误差,提高了报警的准确性,保证了报警的及时性,解决了因报警不 及时、误报警而造成的安全隐患。
(3)本发明通过矩形橡胶圈的位移量来反映活塞相对于腔体内壁的位移量,只需增加传感器,进一步减小了对制动钳结构的修改,改造成本进一步降低。
(4)本发明根据制动行程传感器的标定设置电压下限U1与电压上限U2,当实际制动行程传感器电压信号Uactual随时间变化,由Uactual<U1跃升至Uactual>U2,再由Uactual>U2下降至Uactual<U1时,制动次数计数一次,这种方式获得的制动次数计数准确,保证了报警策 略的有效性。
(5)本发明的多级报警策略中设定了一个制动次数的阈值N1,当制动次数到达N1后,根据N=f(x-δ)的函数关系,获得制动次数的理想值Ni,能够避免未知状况导致制 动次数的值失真。
(6)本发明通过计算L=(xn-x00)/Nactual的值,能够同时考虑xn-x00与Nactual的影 响,从而提高报警的准确性。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解,下面根据具体实施例并结合附图,对本 发明作进一步详细的说明,其中
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明中对摩擦片厚度进行估算的原理示意图。
图3为本发明的实施例1中东营信义公司生产的摩擦片的N=f(xn-x00)的函数关系图。
图4为本发明的实施例1中东营信义公司生产的摩擦片的L与xn-x00的函数关系图。
附图中的标号为:
车辆ECU1、活塞位移传感器2、制动踏板行程传感器3、声光报警装置4、摩擦片5、矩形橡胶圈6、固定式制动钳7、制动盘8。
具体实施方式
(实施例1)
见图1,本实施例的车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统,包括车辆ECU1,以及与车辆ECU1电连接的活塞位移传感器2、制动踏板行程传感器3和声 光报警装置4。
活塞位移传感器2用于测量活塞相对于腔体内壁的位移量,具体方法为:活塞的外部安装有用于调整制动间隙的矩形橡胶圈6,活塞位移传感器2安装于固定式制动钳7 的活塞缸腔体内,并检测矩形橡胶圈6的位移量,通过矩形橡胶圈6的位移量来反映活 塞相对于腔体内壁的位移量。其原理是:由于当摩擦片5磨损后,活塞将推动矩形橡胶 圈6向制动盘8侧移动,从而弥补由于摩擦片5磨损而引起的过大的制动间隙,因此, 矩形橡胶圈6的位置信息即可反映为活塞的位置信息。活塞位移传感器2可以采用 LVDT-EK300活塞位移传感器。
制动踏板行程传感器3用于向车辆ECU1输入制动踏板行程信号以及用于记录制动次数。声光报警装置4用于提示驾驶员更换摩擦片5。制动踏板行程传感器3可以采用 博世PWG系列制动踏板行程传感器。
车辆ECU1根据活塞位移传感器2和制动踏板行程传感器3采集的信号制定多级报警策略,并控制声光报警装置4适时报警,具体包括以下步骤:
S1,在摩擦片5安装时,向车辆ECU1输入当前摩擦片5的标称厚度δ0,同时车辆ECU1完成初始化,内部存储的制动次数清零;
S2,车辆ECU1接收制动踏板行程传感器3信号,判断车辆是否已经开始制动并记录制动次数,具体方法为:
S2.1,根据制动踏板行程传感器3的标定设置电压下限U1与电压上限U2
S2.2,当实际制动踏板行程传感器3电压信号Uactual随时间变化,由Uactual<U1跃升至 Uactual>U2时,判定车辆开始制动,当Uactual再由Uactual>U2下降至Uactual<U1时,判定车辆制动 结束,制动次数计数一次。
S3,车辆ECU1利用活塞位移传感器2的信号估算摩擦片5磨损程度,见图2,具体 方法为:
S3.1,以活塞缸收缩至极限位置时的活塞末端截面中心作为坐标原点,活塞轴线所 在直线为x轴,活塞伸张方向为x轴正方向,在车辆ECU1中建立坐标系;
S3.2,在车辆完成首次制动后,车辆ECU1记录此时活塞位移传感器2信号所获得的活塞末端截面中心在x轴坐标系中的坐标x0
S3.3,当液压缸活塞完成第n次(n≠1)制动时,车辆ECU1获取活塞位移传感器2 所测得的活塞末端截面中心在x轴坐标系中的坐标xn
S3.4,每次制动完成后,车辆ECU1通过xn-x0的值估算摩擦片5的磨损厚度。
上述步骤S3的原理是:当摩擦片5磨损后,在再次制动时,活塞由于液压力的作用,会将摩擦片5所磨损的厚度进行补偿;在整个摩擦片5的磨损周期内,由于摩擦盘 的材质属于金属材料,因此磨损程度相对于摩擦片5的磨损可以忽略不计;于是可以看 出,每次制动后,活塞相对于腔体内壁的位置差完全由摩擦片5的磨损造成,因此可以 通过xn-x0的值估算每次制动完成后摩擦片5的磨损厚度。
S4,车辆ECU1根据摩擦片5磨损程度和制动器的制动次数来建立多级报警策略,并输出相应的报警级别来控制声光报警装置4适时报警,具体包括以下步骤:
S4.1,建立制动次数N与摩擦片5磨损厚度xn-x0及摩擦片5的标称厚度δ0之间的 函数关系N=f(xn-x00);
S4.2,设定一个制动次数的阈值N1,当制动次数实际值Nactual≤N1时,判断xn-x00≥0是否满足,若满足,则控制声光报警装置4进行一级报警,反之,则不报警;当Nactual=N1时,根据N=f(xn-x00)的函数关系,获得制动次数的理想值Ni;当Nactual>N1时,进入S4.3;
S4.3,比较制动次数计数获得的实际值Nactual是否满足α1N1<Nactual2N1,其中α1和α2为经过标定后的常数,若满足条件,则进入步骤S4.4;若不满足条件,则判断xn-x00≥0是否满足,若满足,则控制声光报警装置4进行一级报警,反之,则不报警;
S4.4,判断xn-x00≥0和Nactual≥N’是否两项均满足,若两项均满足,则控制声 光报警装置4进行一级报警;反之,则进入步骤S4.5;其中N’为标称制动次数;
S4.5,判断xn-x00≥0和Nactual≥N’是否有一项满足,若有一项满足,则进行二 级报警,并计算L=(xn-x00)/Nactual的值,其中,L为根据实际情况定义的变量;若两 项均不满足,则不报警;其中N’为标称制动次数;
S4.6,判断条件xn-x00<0且L<L2以及xn-x00<0且L>L1是否至少有一个条件满足,其中,L1为根据检测情况获得的L的上极限报警标定值,L2为根据检测情况获得的 L的下极限报警标定值;若是,则控制声光报警装置4进行一级预备报警;若否,则不 报警;
S4.7,根据优先级高的报警状态覆盖优先级低的报警状态触发的优先级判断规则获 得最终的报警级别,并进行报警;所述声光报警装置4的报警级别从高到低依次为一级报警、一级预备报警、二级报警、不报警。
以东营信义公司生产的摩擦片为例,当N>N1时,东营信义公司生产的摩擦片 N=f(xn-x00)的函数关系可用图3进行表示。图3中F表示实验中所施加的制动力大小, 可以看出,在不同制动力下,N=f(xn-x00)具有不同的函数关系曲线。图3所示的曲线 中,F=F1、F=F2、F=F3分别表示在不同正压力情况下摩擦片磨损厚度与制动次数的关系, F1>F2>F3。从安全性考虑,应当选择F=F1时的曲线作为实际关系曲线,而从摩擦片使用 耐久度而言,应当选用F=F2时的曲线。实际应用中,应当综合考虑安全性以及摩擦片的 使用耐久度,在F1与F2中间区域中选取函数关系的应用曲线,如图3中的虚线所示。F=F3时的曲线作为试验数据呈现,如需要进一步倾向于摩擦片耐久度,则可以更为激进地选 择F=F3作为参考对象进行应用曲线的确定。
从图3中可以看出,α1与α2作为标定参数,为了进一步限定摩擦片磨损的稳定区域,使得判别区域中的N与xn-x00之间的函数关系更为精确。实际参数值应当根据摩 擦片的磨损稳定区域确定。
根据应用曲线可获得L对应的图线如图4所示。其中,L为根据实际情况定义的变量,为了能够同时考虑xn-x00与Nactual的影响,可以根据实际情况更换其他表达式。 L1为根据检测情况获得的L的上极限报警标定值,L2为根据检测情况获得的L的下极限 报警标定值。若取L=(xn-x00)/Nactual作为所定义的判别变量,则可以获得如图4函数 关系。根据L的定义可知,若满足条件xn-x00<0且L<L2以及xn-x00<0且L>L1,此 时对应的刹车片磨损情况为摩擦片已经基本完全磨损,且制动次数也达到了接近极限位 置,应当进行一级预备报警,对驾驶员进行警示。反之,若处于L1与L2组成的带状区域, 则从L函数来看,摩擦片磨损以及制动次数均在容许范围内,因此可以暂输出为不报警。
本实施例的车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统的车辆ECU1根 据活塞位移传感器2和制动踏板行程传感器3采集的信号制定多级报警策略,并控制声光报警装置4适时报警,对制动钳结构的修改小,改造成本低,实用价值高;通过摩擦 片5磨损状态结合制动次数的方式对摩擦片5进行报警级别报警判断,有效减小了误差, 提高了报警的准确性,保证了报警的及时性,解决了因报警不及时、误报警而造成的安 全隐患。
(实施例2)
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:本实施例的车用盘式制动器采用双侧四缸制动卡钳,四个活塞位移传感器分别安装于四个活塞缸腔体内,用于测量四个活 塞相对于腔体内壁的位移。
在本实施例中,双向四缸固定式制动卡钳的摩擦片磨损厚度可利用下述方法进行估 算:
1)在车辆完成首次制动后,ECU记录此时经过活塞位移传感器信号所获得的活塞末 端截面中心在全局坐标系中的坐标x10、x20、x30、x40
2)当液压缸活塞完成第n次(n≠1)制动时,ECU获取活塞位移传感器所测得的四个活塞末端截面中心坐标位置x1n、x2n、x3n、x4n
3)每次制动完成后,车辆ECU1分别计算(x1n-x10+x2n–x20)/2与(x3n-x30+x4n-x40) /2完成制动盘8两侧摩擦片磨损厚度的估算。
以上所述的具体实施例,对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细 说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发 明的保护范围之内。

Claims (6)

1.车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统,其特征在于:包括车辆ECU,以及与车辆ECU电连接的活塞位移传感器、制动踏板行程传感器和声光报警装置;所述活塞位移传感器用于测量活塞相对于腔体内壁的位移量;所述制动踏板行程传感器用于向车辆ECU输入制动踏板行程信号以及用于记录制动次数;所述声光报警装置用于提示驾驶员更换摩擦片;所述车辆ECU根据活塞位移传感器和制动踏板行程传感器采集的信号制定多级报警策略,并控制声光报警装置适时报警。
2.根据权利要求1所述的车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统,其特征在于:所述活塞的外部安装有用于调整制动间隙的矩形橡胶圈;所述活塞位移传感器安装于固定式制动钳的活塞缸腔体内,并检测矩形橡胶圈的位移量,通过矩形橡胶圈的位移量来反映活塞相对于腔体内壁的位移量。
3.根据权利要求2所述的车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统,其特征在于,所述车辆ECU根据活塞位移传感器和制动踏板行程传感器采集的信号制定多级报警策略,并控制声光报警装置适时报警,具体包括以下步骤:
S1,在摩擦片安装时,向车辆ECU输入当前摩擦片的标称厚度δ0,同时车辆ECU完成初始化,内部存储的制动次数清零;
S2,车辆ECU接收制动踏板行程传感器信号,判断车辆是否已经开始制动并记录制动次数;
S3,车辆ECU利用活塞位移传感器信号估算摩擦片磨损程度;
S4,车辆ECU根据摩擦片磨损程度和制动器的制动次数来建立多级报警策略,并输出相应的报警级别来控制声光报警装置适时报警。
4.根据权利要求3所述的车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统,其特征在于,所述步骤S2中,车辆ECU判断车辆是否已经开始制动并记录制动次数的方法具体包括以下步骤:
S2.1,根据制动踏板行程传感器的标定设置电压下限U1与电压上限U2
S2.2,当实际制动踏板行程传感器电压信号Uactual随时间变化,由Uactual<U1跃升至Uactual>U2时,判定车辆开始制动,当Uactual再由Uactual>U2下降至Uactual<U1时,判定车辆制动结束,制动次数计数一次。
5.根据权利要求3所述的车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统,其特征在于,所述步骤S3具体包括以下步骤:
S3.1,以活塞缸收缩至极限位置时的活塞末端截面中心作为坐标原点,活塞轴线所在直线为x轴,活塞伸张方向为x轴正方向,在车辆ECU中建立坐标系;
S3.2,在车辆完成首次制动后,车辆ECU记录此时活塞位移传感器信号所获得的活塞末端截面中心在x轴坐标系中的坐标x0
S3.3,当液压缸活塞完成第n次(n≠1)制动时,车辆ECU获取活塞位移传感器所测得的活塞末端截面中心在x轴坐标系中的坐标xn
S3.4,每次制动完成后,车辆ECU通过xn-x0的值估算摩擦片的磨损厚度。
6.根据权利要求5所述的车用盘式制动器的固定式制动钳的摩擦片检测报警系统,其特征在于,所述步骤S4中车辆ECU控制声光报警装置的报警级别的策略包括:
S4.1,建立制动次数N与摩擦片磨损厚度xn-x0及摩擦片的标称厚度δ0之间的函数关系N=f(xn-x00);
S4.2,设定一个制动次数的阈值N1,当制动次数实际值Nactual≤N1时,判断xn-x00≥0是否满足,若满足,则控制声光报警装置进行一级报警,反之,则不报警;当Nactual=N1时,根据N=f(xn-x00)的函数关系,获得制动次数的理想值Ni;当Nactual>N1时,进入S4.3;
S4.3,比较制动次数计数获得的实际值Nactual是否满足α1N1<Nactual2N1,其中α1和α2为经过标定后的常数,若满足条件,则进入步骤S4.4;若不满足条件,则判断xn-x00≥0是否满足,若满足,则控制声光报警装置进行一级报警,反之,则不报警;
S4.4,判断xn-x00≥0和Nactual≥N’是否两项均满足,若两项均满足,则控制声光报警装置进行一级报警;反之,则进入步骤S4.5;其中N’为标称制动次数;
S4.5,判断xn-x00≥0和Nactual≥N’是否有一项满足,若有一项满足,则进行二级报警,并计算L=(xn-x00)/Nactual的值,其中,L为根据实际情况定义的变量;若两项均不满足,则不报警;其中N’为标称制动次数;
S4.6,判断条件xn-x00<0且L<L2以及xn-x00<0且L>L1是否至少有一个条件满足,其中,L1为根据检测情况获得的L的上极限报警标定值,L2为根据检测情况获得的L的下极限报警标定值;若是,则控制声光报警装置进行一级预备报警;若否,则不报警;
S4.7,根据优先级高的报警状态覆盖优先级低的报警状态触发的优先级判断规则获得最终的报警级别,并进行报警;所述声光报警装置的报警级别从高到低依次为一级报警、一级预备报警、二级报警、不报警。
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