CN113561957A - 一种基于ebs系统的商用车制动盘高温报警系统及方法 - Google Patents

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陈钢强
金杰
刘旺昌
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Abstract

本发明公开了一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警系统,包括信号采集模块和控制模块,信号采集模块包括轮速传感器、用于监测各车轮制动压力的压力传感器以及用于采集发动机进气温度的温度传感器,控制模块内嵌入有预设的制动盘温度计算模型;信号采集模块将采集的信号传输至控制模块,控制模块根据预设的温度计算模型结合采集的信号数据推算当前制动盘的温度。同时设计了一种基于EPB系统的高温报警方法,其设计有高温算法模块,更加准确,更加合理。

Description

一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警系统及方法
技术领域
本发明涉及汽车刹车温度检测领域,尤其涉及一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警系统及方法。
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。本发明制能够提醒驾驶员动盘温度过高,从而有效避免因为该原因而导致的制动系统失效事故。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。本系统可以通过算法实时计算和监测制动盘温度,当温度大于一定阈值,则通过仪表显示报警,提示驾驶员制动盘温度过高。
申请人在先申请了专利CN2019111982124--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,但是该种报警方法存在以下缺陷,这个算法在车辆上坡和下坡时因为受重力势能的影响而出现温度计算值偏小和偏大的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对背景技术中所涉及到的缺陷,提供一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警系统及方法。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案:
一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警系统,包括信号采集模块和控制模块,信号采集模块包括轮速传感器、用于监测各车轮制动压力的压力传感器以及用于采集发动机进气温度的温度传感器,控制模块内嵌入有预设的制动盘温度计算模型;信号采集模块将采集的信号传输至控制模块,控制模块根据预设的温度计算模型结合采集的信号数据推算当前制动盘的温度。
作为优选,温度计算模型包括高温算法升温模型和高温算法降温模型,高温算法升温模型为:
ΔT+=(P*pi*d^2*μ*2*r*Vwheel/4/R)*Δt/(ρ*cdisc*Vdisc)
其中:
p-制动压力
pi-3.14
d-制动器活塞直径
μ-摩擦片摩擦因素
r-制动盘有效制动半径
Vwheel-轮速
R-车轮半径
Δt-计算周期
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积;
高温算法降温模型为:
ΔT-=(Tdisc–Tenv)*(-Δt/kv)
kv=mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
Tdisc-制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
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,还包括报警模块,报警模块,当控制模块计算所得温度大于预设的阈值时,控制模块将报警信号传输至报警模块,报警模块进行报警。
一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警方法,包括上述的一种EBS系统的商用车制动盘高温报警系统,包括以下步骤:
步骤一、车辆处于刹车状态时,控制器模块采集车辆信息,包括车辆的轮速信号Vwheel、各车轮的制动压力信号p、发动机进气温度传感器Tenv
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:Tdisc=T0+ΔT+-ΔT-;制动盘Tdisc初始温度为Tenv
高温算法升温模型:
ΔT+=(P*pi*d^2*μ*2*r*Vwheel/4/R)*Δt/(ρ*cdisc*Vdisc)
其中:
p-制动压力
pi-3.14
d-制动器活塞直径
μ-摩擦片摩擦因素
r-制动盘有效制动半径
Vwheel-轮速
R-车轮半径
Δt-计算周期
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积;
步骤三、比较计算温度T与系统预设阈值的关系,若大于阈值则系统进行报警,如果小于阈值则进入下一个计算周期。
作为优选,高温算法降温模型:
ΔT-=(Tdisc–Tenv)*(-Δt/kv)
kv=mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
其中:
Tdisc-制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
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,Kv降温系数的获取及标定方法如下:
1)在制动盘上安装温度传感器获取制动盘实际温度;
2)通过本算法设定一个初始Kv值,进行理论温度计算;
3)将实际和理论温度数据做对比并在专用上位机中调整理论计算温度算法的Kv值,使理论温度曲线和实际温度曲线尽可能重合;
4)获取最终的降温系数Kv。
作为优选,制动块摩擦材料的摩擦因数μ为关于温度的函数。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比,具有以下技术效果:
本发明通过算法设计实时计算和检测制动盘的温度,同时该算法设计是基于EPB系统进行的,所需要的参数信号均可在现有车辆元器件上直接获得。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。
同时该种高温报警系统更加准确,利用做工转换为内能的方式进行计算,减少了中间运算环节,误差更小,同时该种算法逻辑克服了传统利用速度动能计算在车辆上坡和下坡时因为受重力势能的影响而出现温度计算值偏小和偏大的问题。
附图说明
图1是本发明高温预估流程图。
图2是本发明Kv调整过程图。
图3是本发明Kv调整最终图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明:
本实施例提供了一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警系统,包括信号采集模块和控制模块,信号采集模块包括轮速传感器、用于监测各车轮制动压力的压力传感器以及用于采集发动机进气温度的温度传感器,控制模块内嵌入有预设的制动盘温度计算模型;信号采集模块将采集的信号传输至控制模块,控制模块根据预设的温度计算模型结合采集的信号数据推算当前制动盘的温度。
其中预估制动盘温度采用以下两个方面进行计算,包括自然降温过程和制动过程内能增加升温过程,本方案采用分开计算的方式进行估计。
所以温度计算模型包括高温算法升温模型和高温算法降温模型,高温算法升温模型为:
ΔT+=(P*pi*d^2*μ*2*r*Vwheel/4/R)*Δt/(ρ*cdisc*Vdisc)
其中:
p-制动压力
pi-3.14
d-制动器活塞直径
μ-摩擦片摩擦因素
r-制动盘有效制动半径
Vwheel-轮速
R-车轮半径
Δt-计算周期
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积。
以上是根据能量守恒原理,利用将制动卡钳对制动盘所做的功(功=力*位移,W=F*S)换成制动盘温升的原理,计算制动盘的升温。
上式的具体推导过程如下:
首先制动卡钳对制动盘所做的功为W=F*S;
具体制动力为F=2*P*A*μ;(P-制动压力,A-卡钳活塞与制动盘接触面积,μ-摩擦片摩擦因素)
上式中的A=pi*d^2/4;
上式中的一个时间单位的位移为:S=ω*r*Δt;(Δt设为10ms,此段时间内认为车轮角速度恒定为ω,r-制动盘有效制动半径)
所述的ω=Vwheel/R;(Vwheel-轮速;R-车轮半径)
最后结合热力学公式ΔT+=W/(ρ*cdisc*Vdisc)推出上述的高温算法升温算法模型。本实施例中的Δt-计算周期取10ms,每10ms计算累加一次温度值。
其中本实施例高温算法降温模型为:
ΔT-=(Tdisc–Tenv)*(-Δt/kv)
kv=mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
Tdisc-制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
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。以上为降温模型,用于计算制动盘的降温,Tenv-环境温度可由发动机进气温度信号获取,kcool-制动盘关于速度的冷却系数可由标定确定。
本实施例,还包括报警模块,报警模块,当控制模块计算所得温度大于预设的阈值时,控制模块将报警信号传输至报警模块,报警模块进行报警。其中报警模块设置在驾驶内,报警模块包括报警指示灯,指示灯设置在仪表台内。
本实施例还提供一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警方法,包括上述的一种EBS系统的商用车制动盘高温报警系统,包括以下步骤:
步骤一、车辆处于刹车状态时,控制器模块采集车辆信息,包括车辆的轮速信号Vwheel、各车轮的制动压力信号p、发动机进气温度传感器Tenv
步骤二、设定一个计算周期的时间为Δt;本实施例Δt设置为10ms,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:Tdisc=T0+ΔT+-ΔT-;制动盘Tdisc初始温度为Tenv
ΔT+=(P*pi*d^2*μ*2*r*Vwheel/4/R)*Δt/(ρ*cdisc*Vdisc)
其中:
p-制动压力
pi-3.14
d-制动器活塞直径
μ-摩擦片摩擦因素
r-制动盘有效制动半径
Vwheel-轮速
R-车轮半径
Δt-计算周期
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积。
以上是根据能量守恒原理,利用将制动卡钳对制动盘所做的功(功=力*位移,W=F*S)换成制动盘温升的原理,计算制动盘的升温。
上式的具体推导过程如下:
首先制动卡钳对制动盘所做的功为W=F*S;
具体制动力为F=2*P*A*μ;(P-制动压力,A-卡钳活塞与制动盘接触面积,μ-摩擦片摩擦因素)
上式中的A=pi*d^2/4;
上式中的一个时间单位的位移为:S=ω*r*Δt;(Δt设为10ms,此段时间内认为车轮角速度恒定为ω,r-制动盘有效制动半径)
所述的ω=Vwheel/R;(Vwheel-轮速;R-车轮半径)
最后结合热力学公式ΔT+=W/(ρ*cdisc*Vdisc)推出上述的高温算法升温算法模型。本实施例中的Δt-计算周期取10ms,每10ms计算累加一次温度值。
其中本实施例高温算法降温模型为:
ΔT-=(Tdisc–Tenv)*(-Δt/kv)
kv=mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
Tdisc-制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
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。以上为降温模型,用于计算制动盘的降温,Tenv-环境温度可由发动机进气温度信号获取,kcool-制动盘关于速度的冷却系数可由标定确定。
步骤三、对比计算得出的温度与报警阈值的大小,如果大于报警阈值则进行报警,否则返回步骤二进行下一个计算周期。
为了更准确的确定Kv的数值,Kv降温系数的获取及标定方法如下:
1)在制动盘上安装温度传感器获取制动盘实际温度;
2)通过本算法设定一个初始Kv值,进行理论温度计算;
3)将实际和理论温度数据做对比并在专用上位机中调整理论计算温度算法的Kv值,使理论温度曲线和实际温度曲线尽可能重合;
4)获取最终的降温系数Kv。
以上粗曲线实线为理论计算温度值,细曲线实线为实际温度值,最下方的曲线为理论与实际温度的差值,可以通过上位机调整Kv值来使理论和实际曲线重合,从而确定理论计算Kv值。
本发明通过算法设计实时计算和检测制动盘的温度,同时该算法设计是基于EPB系统进行的,所需要的参数信号均可在现有车辆元器件上直接获得。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。
同时该种高温报警系统更加准确,利用做工转换为内能的方式进行计算,减少了中间运算环节,误差更小,同时该种算法逻辑克服了传统利用速度动能计算在车辆上坡和下坡时因为受重力势能的影响而出现温度计算值偏小和偏大的问题
实施例2
与实施例1不同的是,由于制动块摩擦材料的摩擦因素μ会随着温度的变化而变化,因此可以通过试验的方法确定各个温度段的摩擦因素μ。所以制动块摩擦材料的摩擦因数μ为关于温度的函数。
将计算出的摩擦因素μ,继续导入公式可以使温度计算模型更加准确。

Claims (7)

1.一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警系统,其特征在于,包括信号采集模块和控制模块,信号采集模块包括轮速传感器、用于监测各车轮制动压力的压力传感器以及用于采集发动机进气温度的温度传感器,控制模块内嵌入有预设的制动盘温度计算模型;信号采集模块将采集的信号传输至控制模块,控制模块根据预设的温度计算模型结合采集的信号数据推算当前制动盘的温度。
2.根据权利要求1所述的一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警系统,其特征在于,温度计算模型包括高温算法升温模型和高温算法降温模型,高温算法升温模型为:
ΔT+=(P*pi*d^2*μ*2*r*Vwheel/4/R)*Δt/(ρ*cdisc*Vdisc)
其中:
p-制动压力
pi-3.14
d-制动器活塞直径
μ-摩擦片摩擦因素
r-制动盘有效制动半径
Vwheel-轮速
R-车轮半径
Δt-计算周期
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积;
高温算法降温模型为:
ΔT-=(Tdisc–Tenv)*(-Δt/kv)
kv=mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
Tdisc-制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
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所述的一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警系统,其特征在于,还包括报警模块,报警模块,当控制模块计算所得温度大于预设的阈值时,控制模块将报警信号传输至报警模块,报警模块进行报警。
4.一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警方法,其特征在于,包括权利要求1所述的一种EBS系统的商用车制动盘高温报警系统,包括以下步骤:
步骤一、车辆处于刹车状态时,控制器模块采集车辆信息,包括车辆的轮速信号Vwheel、各车轮的制动压力信号p、发动机进气温度传感器Tenv
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:Tdisc=T0+ΔT+-ΔT-;制动盘Tdisc初始温度为Tenv
高温算法升温模型:
ΔT+=(P*pi*d^2*μ*2*r*Vwheel/4/R)*Δt/(ρ*cdisc*Vdisc)
其中:
p-制动压力
pi-3.14
d-制动器活塞直径
μ-摩擦片摩擦因素
r-制动盘有效制动半径
Vwheel-轮速
R-车轮半径
Δt-计算周期
ρ-制动盘密度
cdisc-制动盘比热容
Vdisc-制动盘体积;
步骤三、比较计算温度T与系统预设阈值的关系,若大于阈值则系统进行报警,如果小于阈值则进入下一个计算周期。
5.根据权利要求4所述的一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警方法,其特征在于,高温算法降温模型:
ΔT-=(Tdisc–Tenv)*(-Δt/kv)
kv=mdisc*cdisc/(Adisc*kcool(v))
其中:
Tdisc-制动盘温度
Tenv-环境温度
kv-降温系数
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。
6.根据权利要求5所述的一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警方法,其特征在于,Kv降温系数的获取及标定方法如下:
1)在制动盘上安装温度传感器获取制动盘实际温度;
2)通过本算法设定一个初始Kv值,进行理论温度计算;
3)将实际和理论温度数据做对比并在专用上位机中调整理论计算温度算法的Kv值,使理论温度曲线和实际温度曲线尽可能重合;
4)获取最终的降温系数Kv。
7.根据权利要求4所述的一种基于EBS系统的商用车制动盘高温报警方法,其特征在于,制动块摩擦材料的摩擦因数μ为关于温度的函数。
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