CN113834597B - 一种商用车盘式制动器总成btv的测量及数据处理方法 - Google Patents

一种商用车盘式制动器总成btv的测量及数据处理方法 Download PDF

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CN113834597B CN202111185232.5A CN202111185232A CN113834597B CN 113834597 B CN113834597 B CN 113834597B CN 202111185232 A CN202111185232 A CN 202111185232A CN 113834597 B CN113834597 B CN 113834597B
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Abstract

本发明提出了一种商用车盘式制动器总成BTV的测量及数据处理方法，该测量系统包括制动器惯性试验台，还包括用于测量制动器产生的制动力的力传感器、用于测量制动盘速度的速度传感器、用于测量制动盘加速度的加速度传感器、用于向制动管路加压的加压器、用于测量制动盘温度的温度传感器、控制器和计时器；控制器根据力传感器、速度传感器、加速度传感器、加压器、温度传感器和计时器之一或者任意组合测得的数据，获取BTV值。本发明能够对BTV值进行测量。

Description

一种商用车盘式制动器总成BTV的测量及数据处理方法
技术领域
本发明涉及一种商用车盘式制动器总成制动力矩波动(BTV)技术领域，特别是涉及一种商用车盘式制动器总成BTV的测量及数据处理方法。
背景技术
从整车主观评价的角度，制动的舒适性是驾乘体验的重要指标，而制动过程中出现的抖动问题则直接影响到驾驶的舒适性。从激励源上讲，制动过程中的抖动问题主要是由于制动压力波动和制动力矩波动引起的；制动力矩产生于制动器，由于制动力矩波动引起的抖动经悬架系统传递至车身、转向系统，进而影响到驾驶感受。由此可见在盘式制动器总成的型式试验中对其制动力矩波动的测量尤为重要。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种商用车盘式制动器总成BTV的测量及数据处理方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种商用车盘式制动器总成BTV的测量系统，包括制动器惯性试验台，还包括用于测量制动器产生的的制动力的力传感器、用于测量制动盘速度的速度传感器、用于测量制动盘加速度的加速度传感器、用于向制动管路加压的加压器、用于测量制动盘温度的温度传感器、控制器和计时器；
力传感器的力数据输出端与控制器的力数据输入端相连，速度传感器的速度数据输出端与控制器的速度数据输出端相连，加速度传感器的速度数据输出端与控制器的加速度数据输出端相连，温度传感器的温度数据输出端与控制器的温度数据输入端相连，控制器的加压/减压数据输出端与加压器的加压/减压数据输入端相连，加压器的压力数据输出端与控制器的压力数据输入端相连，控制器的开始计时数据输出端与计时器的开始计时数据输入端相连，控制器的停止计时数据输出端与计时器的停止计时数据输入端相连，计时器的计时数据输出端与控制器的计时数据输入端相连；
控制器根据力传感器、速度传感器、加速度传感器、加压器、温度传感器和计时器之一或者任意组合测得的数据，获取BTV值。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括支撑架，在支撑架上设置有安装板，在安装板上设置有用于固定安装速度传感器的速度传感器固定安装座，在安装板上设置有用于固定安装加速度传感器的加速度传感器固定安装座，在安装板上设置有用于固定安装温度传感器的温度传感器固定安装座；
速度传感器固定安装在速度传感器固定安装座上，加速度传感器固定安装在加速度传感器固定安装座上，温度传感器固定安装在温度传感器固定安装座上。
本发明还公开了一种商用车盘式制动器总成BTV的数据处理方法，包括以下步骤：
S1，控制器判断制动盘旋转速度是否达到预设初始速度阈值：
若制动盘旋转速度达到预设初始速度阈值，则制动盘保持预设初始速度阈值旋转，执行步骤S2；
若制动盘旋转速度高于预设初始速度阈值，则控制器向其制动器惯性试验台发送控制信号，控制制动盘旋转速度降低，使其制动盘旋转速度等于预设初始速度阈值，返回步骤S1；
若制动盘旋转速度低于预设初始速度阈值，则控制器向其制动器惯性试验台发送控制信号，控制制动盘旋转速度提高，使其制动盘旋转速度等于预设初始速度阈值，返回步骤S1；
S2，控制器向其加压器发送控制信号，加压器向制动管路加压，使其加速度传感器检测到的加速度为预设加速度阈值；
当其加压器向制动管路输入的压力值等于预设压力阈值，且持续时间大于或者等于预设时间阈值时，控制器向其计时器发送开始计时控制信号，计时器记录此时时刻为t1；
当其控制器接收到速度传感器检测的速度小于或者等于预设速度阈值时，预设速度阈值小于预设初始速度阈值，控制器向其计时器发送停止计时控制信号，计时器记录此时时刻为t2；
S3，获取时刻t1～t2时间段的力传感器检测的制动器产生的制动力，根据t1～t2时间段的制动力拟合得到制动力拟合曲线，通过制动力拟合曲线得到制动力矩曲线；
S4，根据制动力矩曲线获取BTV值。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S4中，BTV值的计算方法包括以下步骤：
S41，对制动力矩曲线上的所有的波峰、波谷进行顺序编号，分别为X1、X2、X3、……、Xx，Y1、Y2、Y3、……、Yy，其中，x表示波峰的总个数，y表示波谷的总个数，X1表示第1波峰，X2表示第2波峰，X3表示第3波峰，Xx表示第x波峰，Y1表示第1波谷，Y2表示第2波谷，Y3表示第3波谷，Yy表示第y波谷；
S42，获取相邻波峰和波谷的相邻峰谷差值；
S43，根据相邻峰谷差值得到BTV值。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S42中，相邻峰谷差值的计算方法为：
其中，||表示取绝对值；
表示第v波峰对应的制动力矩值；v∈{1,2,3,...,x}；
Vv,δ表示相邻峰谷差值。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S43中，BTV值的计算方法为：
其中，Vv,δ表示相邻峰谷差值；
x表示波峰的总个数；
y表示波谷的总个数；
Vavg表示BTV值。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S3中，制动力矩曲线的计算方法为：
其中，表示制动力拟合曲线；
F表示力臂值；
表示制动力矩曲线。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S3中，通过制动力拟合得到制动力拟合曲线的方法包括以下步骤：
S31，对获取的t1～t2时间段的制动力进行快速傅里叶变换，得到其制动力频域信号；
S32，在制动力频域信号内提取频率为Ff的相位角，f＝1,2,3,……,τ，τ表示不同频率的总个数；
S33，在制动力频域信号内提取频率为Ff的幅值；
S34，在制动力频域信号内提取频率为Ff的偏离值；
S35，根据步骤S32中的相位角和步骤S33中的幅值以及步骤S34中的偏离值得到频率为Ff的制动力曲线；
S35，根据不同频率的制动力曲线拟合为制动力拟合曲线。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S1之前还包括步骤S0，对制动器惯性试验台主轴转速与车速换算或/和试验转动惯量的计算；
其制动器惯性试验台主轴转速与车速换算的计算方法为：
n＝2.65V/r，
其中，n表示制动器惯性试验台主轴转速；
V表示试验车速；
r表示车轮滚动半径。
其试验转动惯量的计算方法为：
I＝Gmr2，
其中，I表示转动惯量计算值；
Gm表示将汽车最大设计总质量按制动力分配比设计值分配给被试制动器所对应车轮所承受的那部分质量；
r表示车轮滚动半径。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括对制动盘热变形进行处理。
本发明还公开了一种商用车盘式制动器总成BTV的数据处理系统，包括曲线数据获取模块、曲线波峰检测模块、曲线波谷检测模块、波峰个数统计模块、波谷个数统计模块、计算模块和展示模块；
曲线数据获取模块的数据输出端与曲线波峰检测模块的数据输入端相连，曲线波峰检测模块的数据输出端与波峰个数统计模块的数据输入端相连，曲线数据输入模块的数据输出端与曲线波谷检测模块的数据输入端相连，曲线波谷检测模块的数据输出端与波谷个数统计模块的数据输入端相连，波峰个数统计模块的数据输出端与计算模块的波峰数据输入端相连，波谷个数统计模块的数据输出端与计算模块的波谷数据输入端相连，计算模块的数据输出端与展示模块的数据输入端相连；
曲线数据获取模块用于获取制动力矩曲线，曲线波峰检测模块用于检测制动力矩曲线中波峰位置及对应的峰值，曲线波谷检测模块用于检测制动力矩曲线中波谷位置及对应的谷值，波峰个数统计模块用于统计波峰总个数，波谷个数统计模块用于统计波谷总个数，计算模块用于根据曲线波峰检测模块检测的波峰位置及对应的峰值、曲线波谷检测模块检测的波谷位置及对应的峰值、波峰个数统计模块统计的波峰总个数和波谷个数统计模块统计的波谷总个数计算其BTV值，展示模块用于展示制动力矩曲线及BTV值。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明能够对BTV值进行测量。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明盘式制动器总成BTV测量曲线示意图。
图2是本发明BTV初始试验曲线示意图。
图3是本发明BTV曲线及试验结果示意图。
图4是本发明制动盘热变形测试原理示意图。
图5是本发明热变形试验中位移传感器测量位置示意图。
图6是本发明冷态下测得位移曲线示意图。
图7是本发明热态下测得位移曲线示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明提供了一种商用车盘式制动器总成BTV的测量系统，包括制动器惯性试验台，还包括用于测量制动器产生的制动力的力传感器、用于测量制动盘速度的速度传感器、用于测量制动盘加速度的加速度传感器、用于向制动管路加压的加压器、用于测量制动盘温度的温度传感器、控制器和计时器；
力传感器的力数据输出端与控制器的力数据输入端相连，速度传感器的速度数据输出端与控制器的速度数据输出端相连，加速度传感器的速度数据输出端与控制器的加速度数据输出端相连，温度传感器的温度数据输出端与控制器的温度数据输入端相连，控制器的加压/减压数据输出端与加压器的加压/减压数据输入端相连，加压器的压力数据输出端与控制器的压力数据输入端相连，控制器的开始计时数据输出端与计时器的开始计时数据输入端相连，控制器的停止计时数据输出端与计时器的停止计时数据输入端相连，计时器的计时数据输出端与控制器的计时数据输入端相连；
控制器根据力传感器、速度传感器、加速度传感器、加压器、温度传感器和计时器之一或者任意组合测得的数据，获取BTV值。根据获取的BTV值大于或者等于预设BTV阈值，则控制器发出声光报警，提醒工作人员注意测试状态。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括支撑架，在支撑架上设置有安装板，在安装板上设置有用于固定安装速度传感器的速度传感器固定安装座，在安装板上设置有用于固定安装加速度传感器的加速度传感器固定安装座，在安装板上设置有用于固定安装温度传感器的温度传感器固定安装座；
速度传感器固定安装在速度传感器固定安装座上，加速度传感器固定安装在加速度传感器固定安装座上，温度传感器固定安装在温度传感器固定安装座上。
本发明还公开了一种商用车盘式制动器总成BTV的数据处理方法，包括以下步骤：
S1，控制器判断制动盘旋转速度是否达到预设初始速度阈值：
若制动盘旋转速度达到预设初始速度阈值，则制动盘保持预设初始速度阈值旋转，执行步骤S2；
若制动盘旋转速度高于预设初始速度阈值，则控制器向其制动器惯性试验台发送控制信号，控制制动盘旋转速度降低，使其制动盘旋转速度等于预设初始速度阈值，返回步骤S1；
若制动盘旋转速度低于预设初始速度阈值，则控制器向其制动器惯性试验台发送控制信号，控制制动盘旋转速度提高，使其制动盘旋转速度等于预设初始速度阈值，返回步骤S1；
S2，控制器向其加压器发送控制信号，加压器向制动管路加压，使其加速度传感器检测到的加速度为预设加速度阈值；
当其加压器向制动管路输入的压力值等于预设压力阈值，且持续时间大于或者等于预设时间阈值时，控制器向其计时器发送开始计时控制信号，计时器记录此时时刻为t1；
当其控制器接收到速度传感器检测的速度小于或者等于预设速度阈值时，预设速度阈值小于预设初始速度阈值，控制器向其计时器发送停止计时控制信号，计时器记录此时时刻为t2；
S3，获取时刻t1～t2时间段的力传感器检测的制动器产生的制动力，根据t1～t2时间段的制动力拟合得到制动力拟合曲线，通过制动力拟合曲线得到制动力矩曲线；
S4，根据制动力矩曲线获取BTV值。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S4中，BTV值的计算方法包括以下步骤：
S41，对制动力矩曲线上的所有的波峰、波谷进行顺序编号，分别为X1、X2、X3、……、Xx，Y1、Y2、Y3、……、Yy，其中，x表示波峰的总个数，y表示波谷的总个数，X1表示第1波峰，X2表示第2波峰，X3表示第3波峰，Xx表示第x波峰，Y1表示第1波谷，Y2表示第2波谷，Y3表示第3波谷，Yy表示第y波谷；
S42，获取相邻波峰和波谷的相邻峰谷差值；
S43，根据相邻峰谷差值得到BTV值。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S42中，相邻峰谷差值的计算方法为：
其中，||表示取绝对值；
表示第v波峰对应的制动力矩值；v∈{1,2,3,...,x}；
表示第δ波峰对应的制动力矩值；δ∈{1,2,3,...,y}；
◇表示相邻关系；
Vv,δ表示相邻峰谷差值。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S43中，BTV值的计算方法为：
其中，Vv,δ表示相邻峰谷差值；
x表示波峰的总个数；
y表示波谷的总个数；
Vavg表示BTV值。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S3中，制动力矩曲线的计算方法为：
其中，表示制动力拟合曲线；
F表示力臂值；
表示制动力矩曲线。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S3中，通过制动力拟合得到制动力拟合曲线的方法包括以下步骤：
S31，对获取的t1～t2时间段的制动力进行快速傅里叶变换，得到其制动力频域信号；其制动力频域信号的计算方法为：
其中，FFT表示快速傅里叶变换算法；
表示将t1～t2时间段的K个制动力值输入到快速傅里叶变换算法中，变换为频域信号；
H表示制动力频域信号；
S32，在制动力频域信号内提取频率为Ff的相位角，f＝1,2,3,……,τ，τ表示不同频率的总个数，其相位角的计算方法为：
Paf＝angle(Ff)，
其中，Ff表示频率；
angle()表示相位角提取算法；
Paf表示相位角；
S33，在制动力频域信号内提取频率为Ff的幅值；其幅值的计算方法为：
Amf＝Amplitude Algorithm(Ff)，
其中，Ff表示频率，f＝1,2,3,……,τ，τ表示不同频率的总个数；
Amplitude Algorithm()表示幅值提取算法；
Amf表示幅值；
S34，在制动力频域信号内提取频率为Ff的偏离值；其偏离值的计算方法为：
Def＝Distance Algorithm(Ff)，
其中，Distance Algorithm()表示偏离度提取算法；
Ff表示频率，f＝1,2,3,……,τ，τ表示不同频率的总个数；
Def表示偏离值；
S35，根据步骤S32中的相位角和步骤S33中的幅值以及步骤S34中的偏离值得到频率为Ff的制动力曲线，其频率为Ff的制动力曲线的表达式为：
其中，Amf表示幅值；
Ff表示频率，f＝1,2,3,……,τ，τ表示不同频率的总个数；
Paf表示相位角；
Def表示偏离值；
表示频率为Ff的制动力曲线；
t表示时刻；
S35，根据不同频率的制动力曲线拟合为制动力拟合曲线，根据不同频率的制动力曲线拟合为制动力拟合曲线的计算方法为：
其中，表示频率为F1的制动力曲线；
表示频率为F2的制动力曲线；
表示频率为F3的制动力曲线；
表示频率为Fτ的制动力曲线；F1≠F2≠F3≠…Fτ；
表示制动力拟合曲线。
在本发明的一种优选实施方式中，在步骤S1之前还包括步骤S0，对制动器惯性试验台主轴转速与车速换算或/和试验转动惯量的计算；
其制动器惯性试验台主轴转速与车速换算的计算方法为：
n＝2.65V/r，
其中，n表示制动器惯性试验台主轴转速；
V表示试验车速；
r表示车轮滚动半径。
其试验转动惯量的计算方法为：
I＝Gmr2，
其中，I表示转动惯量计算值；
Gm表示将汽车最大设计总质量按制动力分配比设计值分配给被试制动器所对应车轮所承受的那部分质量；
r表示车轮滚动半径。
1、利用制动器惯性台架模拟盘式制动器总成BTV制动工况
按实车安装要求将商用车盘式制动器总成安装在惯性试验台架上，依据汽车满载总质量、制动力分配比和整桥承受载荷计算转动惯量；通过控制电机转速、制动管压模拟盘式制动器总成BTV制动工况。
1.1、商用车盘式制动器总成制动力矩波动的测量原理
盘式制动器总成的制动力矩波动，简称“总成BTV”，是指制动过程中，有效制动时间内制动力矩相邻波峰和波谷的最大差值，单位Nm表示。盘式制动器总成BTV测试曲线如图1所示。
图1所示的盘式制动器总成BTV测量曲线反映的是一次制动过程中制动管路压力、制动力矩和车速随时间的变化关系。一次制动过程中的有效制动时间指制动压力达到给定压力后0.3s开始到车速达到10km/h时所经历的时间。在制动过程中保持制动管路压力恒定，制动力矩必然会出现上下的波动，找出在有效制动时间内制动力矩相邻波峰和波谷的差值的平均值即为该次制动过程的制动力矩波动。
1.2、试验准备
1.2.1、试验台主轴转速的计算
制动器惯性试验台主轴转速与车速按如下关系换算：
n＝2.65V/r (公式1)
式1中：
n——制动器惯性试验台主轴转速，单位转每分即r/min；
V——试验车速，单位千米每小时即km/h；
r——车轮滚动半径，单位米即m。
1.2.2、试验转动惯量的计算
试验转动惯量按下式进行计算：
I＝Gmr2 (公式2)
式2中：
I——转动惯量计算值，单位kg·m2；
Gm——将汽车最大设计总质量按制动力分配比设计值分配给被试制动器所对应车轮所承受的那部分质量，单位kg；
r——车轮滚动半径，单位m。
1.3、试验条件的规定
1.3.1、磨合试验
(a)制动初速度50km/h；
(b)试验冷却风速11m/s，冷却空气的温度为室温；
(c)调整制动管路压力，使制动减速度达到3m/s2，从制动初速度进行制动，到终速度为零；
(d)制动间隔时间以控制制动器初温不超过120℃而定；
(e)磨合次数以使制动衬片与制动盘之间的接触面积达到80％以上而定。
1.3.2、盘式制动器总成BTV验证试验
按表1进行总成BTV试验；
表1 BTV试验顺序
1.4、台架模拟制动过程
将盘式制动器总成安装到商用车制动器惯性试验台上来实现对商用车盘式制动器总成BTV的测量，在摩擦片外片有效摩擦半径上，热电偶(温度传感器)表面距摩擦片表面约0.5mm～1mm安装K型热电偶(测温范围：-40℃～1300℃)。制动盘经中间支撑、传动轴连接到直流电机上，其中电机用于模拟车轮转速，飞轮盘用于模拟盘式制动器总成所承受载荷。制动器总成的固定端连接到商用车惯性试验台架的尾座上，尾座上的力臂与力传感器相连；在制动过程中，制动器产生的制动力经力臂传递至力传感器，试验时力传感器测试值与力臂的乘积即制动力矩。
现以某商用车气压盘式制动器测得的一组BTV原始数据为例，BTV初始试验曲线如图2所示。BTV数据处理及步骤如下：
根据时间、管压数据确定BTV数据的有效制动时间的开始点t1；
根据时间、车速数据确定BTV数据的有效制动时间的终止点t2；
根据时间、制动力矩数据，识别处于在有效制动时间内的制动力矩数据，即处于时间开始点t1和终止点t2之间的制动力矩数据。然后计算已识别出的这些制动力矩数据相邻波峰与波谷的力矩最大差值，再统计出平均值Vavg，并将平均值Vavg作为该组气压盘式制动器总成测试的BTV值。
本发明还公开了一种商用车盘式制动器总成BTV的数据处理系统，包括曲线数据获取模块、曲线波峰检测模块、曲线波谷检测模块、波峰个数统计模块、波谷个数统计模块、计算模块和展示模块；
曲线数据获取模块的数据输出端与曲线波峰检测模块的数据输入端相连，曲线波峰检测模块的数据输出端与波峰个数统计模块的数据输入端相连，曲线数据输入模块的数据输出端与曲线波谷检测模块的数据输入端相连，曲线波谷检测模块的数据输出端与波谷个数统计模块的数据输入端相连，波峰个数统计模块的数据输出端与计算模块的波峰数据输入端相连，波谷个数统计模块的数据输出端与计算模块的波谷数据输入端相连，计算模块的数据输出端与展示模块的数据输入端相连；
曲线数据获取模块用于获取制动力矩曲线，曲线波峰检测模块用于检测制动力矩曲线中波峰位置及对应的峰值，曲线波谷检测模块用于检测制动力矩曲线中波谷位置及对应的谷值，波峰个数统计模块用于统计波峰总个数，波谷个数统计模块用于统计波谷总个数，计算模块用于根据曲线波峰检测模块检测的波峰位置及对应的峰值、曲线波谷检测模块检测的波谷位置及对应的峰值、波峰个数统计模块统计的波峰总个数和波谷个数统计模块统计的波谷总个数计算其BTV值，展示模块用于展示制动力矩曲线及BTV值。BTV曲线及试验结果如图3所示。
在本发明的一种优选实施方式中，还包括对制动盘热变形进行处理。具体的，本发明公开了一种制动盘热变形的测量系统，包括制动器惯性试验台，还包括1组位移传感器或2组位移传感器；
以及速度传感器、加速度传感器、温度传感器和控制器，所述速度传感器用于测量制动盘的旋转速度，所述加速度传感器用于测量制动盘的加速度，所述温度传感器用于测量制动盘的温度；
速度传感器的速度数据输出端与控制器的速度数据输入端相连，加速度传感器的加速度数据输出端与控制器的加速度输入端相连，温度传感器的温度数据输出端与控制器的温度数据输入端相连；
为1组位移传感器时，包括M个位移传感器，所述M为大于或者等于2的正整数，分别为第1位移传感器、第2位移传感器、第3位移传感器、……、第M位移传感器；第ζ位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第ζ端相连，ζ为小于或者等于M的正整数(此时，第1位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第1端相连，第2位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第2端相连，第3位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第3端相连，……，第M位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第M端相连；)；
为2组位移传感器时，分别为第1组位移传感器和第2组位移传感器，第1组位移传感器包括M个位移传感器，所述M为大于或者等于2的正整数，分别为第1位移传感器、第2位移传感器、第3位移传感器、……、第M位移传感器，第2组位移传感器包括N个位移传感器，所述N为大于或者等于2的正整数，分别为第M+1位移传感器、第M+2位移传感器、第M+3位移传感器、……、第M+N位移传感器；第ζ位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第ζ端相连，ζ为小于或者等于M+N的正整数(此时，第1位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第1端相连，第2位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第2端相连，第3位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第3端相连，……，第M+N位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第M+N端相连；M、N取2时，第1位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第1端相连，第2位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第2端相连，第3位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第3端相连，第4位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第4端相连。)；优选，M＝N＝2时，第1组位移传感器包括2个位移传感器，分别为第1位移传感器(非接触式位移传感器1)和第2位移传感器(非接触式位移传感器2)，第2组位移传感器包括2个位移传感器，分别为第3位移传感器(非接触式位移传感器3)和第4位移传感器(非接触式位移传感器4)；
控制器根据速度传感器、加速度传感器、温度传感器和1组位移传感器或2组位移传感器测得的数据，判断其制动盘的热变形量。本发明根据测量的热变形量是否大于或者等于预设热变形量阈值，若测量的热变形量大于或者等于预设热变形量阈值，则控制器向其工作人员发出警告，该警告可以是声光报警，也可以是以短信的方式发出警告，及时提醒工作人员；在停止试验后，将生成温度-热变形量曲线以图片的形式保存在试验数据库。
在本发明一种优选实施方式中，1组位移传感器位于制动盘的一侧；
2组位移传感器中的第1组位移传感器位于制动盘的一侧，2组位移传感器中的第2组位移传感器位于制动盘的另一侧。
在本发明一种优选实施方式中，所有位移传感器测量制动盘上的同一半径上的不同点。
在本发明一种优选实施方式中，还包括连接板、用于固定安装M个位移传感器的第一固定板和用于固定安装N个位移传感器的第二固定板，第一固定板和第二固定板平行且垂直的可移动的设置在连接板上，第一固定板与第二固定板间的平行距离为Lmm，mm为长度单位毫米，第一固定板和第二固定板位于连接板的同一面上，M个位移传感器固定安装在第一固定板上，N个位移传感器固定安装在第二固定板上；连接板设置在支撑架上。
在本发明一种优选实施方式中，在第一固定板或第二固定板上设置有用于固定安装速度传感器的速度传感器固定安装座，速度传感器固定安装在速度传感器固定安装座上；
在第一固定板或第二固定板上设置有用于固定安装加速度传感器的加速度传感器固定安装座，加速度传感器固定安装在加速度传感器固定安装座上；
在第一固定板或第二固定板上设置有用于固定安装温度传感器的温度传感器固定安装座，温度传感器固定安装在温度传感器固定安装座上。
本发明还公开了一种制动盘热变形的数据处理方法，包括以下步骤：
S1，制动器惯性试验台启动；
S2，位移传感器测量制动盘未制动时的位移值，得到在冷态下，制动盘低速旋转的冷态位移平均值；
S3，位移传感器测量制动盘制动时达到条件的位移值，得到在热态下，制动盘制动过程中的热态位移平均值；
S4，根据步骤S2中的冷态位移平均值和步骤S3中的热态位移平均值，得到绝对变形量；
S5，根据步骤S4的绝对变形量，得到制动盘的热变形量。本发明能够对制动盘的热变形量进行测量。根据测量的热变形量是否大于或者等于预设热变形量阈值，若测量的热变形量大于或者等于预设热变形量阈值，则控制器向其工作人员发出警告，该警告可以是声光报警，也可以是以短信的方式发出警告，及时提醒工作人员；在停止试验后，将生成温度-热变形量曲线以图片的形式保存在试验数据库。
在本发明一种优选实施方式中，在步骤S2中冷态位移平均值的计算方法为：
其中，Ci冷表示在冷态下，第i位移传感器的冷态位移平均值；
Ci冷,j表示在冷态下，第i位移传感器在位置j处的位移值；
Ji表示第i位移传感器的测量位置的总个数。
在本发明一种优选实施方式中，在步骤S3中热态位移平均值的计算方法为：
其中，Ci热表示在热态下，第i位移传感器的热态位移平均值；i为小于或者等于M或M+N的正整数；(i取M+N时，C1热表示在热态下，第1位移传感器的热态位移平均值，C2热表示在热态下，第2位移传感器的热态位移平均值，C3热表示在热态下，第3位移传感器的热态位移平均值，……，CM+N热表示在热态下，第M+N位移传感器的热态位移平均值；i取M时，C1热表示在热态下，第1位移传感器的热态位移平均值，C2热表示在热态下，第2位移传感器的热态位移平均值，C3热表示在热态下，第3位移传感器的热态位移平均值，……，CM热表示在热态下，第M位移传感器的热态位移平均值；)
Ci热,j表示在热态下，第i位移传感器在位置j处的位移值；
Ji表示第i位移传感器的测量位置的总个数。
在本发明一种优选实施方式中，在步骤S4中绝对变形量的计算方法为：
ΔCi＝|Ci热-Ci冷|，
其中，Ci热表示在热态下，第i位移传感器的热态位移平均值；
Ci冷表示在冷态下，第i位移传感器的热态位移平均值；
||表示绝对值；
ΔCi表示第i位移传感器的绝对变形量。
在本发明一种优选实施方式中，在步骤S5中，热变形量的计算方法为：
Q＝Max(|ΔCp-ΔCq|,|ΔCp′-ΔCq′|)，
其中，Max()表示取最大值；
ΔCp表示第p位移传感器的绝对变形量；p为小于或者等于M的正整数；
ΔCq表示第q位移传感器的绝对变形量；q为小于或者等于M的正整数，且q≠p；
ΔCp′表示第p′位移传感器的绝对变形量；p′为小于或者等于M+N且大于M的正整数；
ΔCq′表示第q′位移传感器的绝对变形量；q′为小于或者等于M+N且大于M的正整数；q′≠p′；
Q表示热变形量。
热变形量的计算方法为：
Q＝Max(|ΔCp-ΔCq|)，
其中，Max()表示取最大值；
ΔCp表示第p位移传感器的绝对变形量；p为小于或者等于M的正整数；
ΔCq表示第q位移传感器的绝对变形量；q为小于或者等于M的正整数，且q≠p；
Q表示热变形量。
在步骤S1中，包括试验转动惯量的计算，试验转动惯量的计算包括前制动器试验惯量的计算或/和后制动器试验惯量的计算。其中：
前制动器试验惯量的计算方法为：
式中：
Iq——前制动器转动惯量计算值，单位kg·m2；
Ga——车辆满载总质量，单位kg；
b——重心至后轴距离，单位m；
hg——车辆满载时重心高度，单位m；
r——车轮滚动半径，单位m；
L——车辆轴距，单位m。
后制动器试验惯量的计算方法为：
式中：
Ih——后制动器转动惯量计算值，kg·m2；
Ga——车辆满载总质量，kg；
a——重心至前轴距离，m；
hg——车辆满载时重心高度，m；
r——车轮滚动半径，单位m；
L——车辆轴距，m。
1、制动盘热变形的测量原理
制动盘的热变形，是指在制动器总成高速制动过程中，由于摩擦高温使制动盘工作面整体向某一方向偏斜的现象，单位mm表示。制动盘热变形测试原理图如图4所示。制动器在高速制动过程中，制动盘是不断旋转的，直接测量制动盘的变形量是不可实现的，因此需采用间接测量制动盘热变形的方式。
在冷态下，制动盘低速旋转，非接触式位移传感器1距制动盘的位移平均值为C1冷，非接触式位移传感器2距制动盘的位移平均值为C2冷，非接触式位移传感器3距制动盘的位移平均值为C3冷，非接触式位移传感器4距制动盘的位移平均值为C4冷。
在热态下，制动器制动过程中，非接触式位移传感器1距制动盘的位移平均值为C1热，非接触式位移传感器2距制动盘的位移平均值为C2热，非接触式位移传感器3距制动盘的位移平均值为C3热，非接触式位移传感器4距制动盘的位移平均值为C4热。
测得冷态和热态下四个非接触式位移传感器距制动盘的距离后，可以计算出制动盘四个位置的绝对变形量，具体算术关系如下：
ΔC1＝|C1热-C1冷| (公式3)
ΔC2＝|C2热-C2冷| (公式4)
ΔC3＝|C3热-C3冷| (公式5)
ΔC4＝|C4热-C4冷| (公式6)
测得制动盘四个位置的绝对变形量后，制动盘内侧两点绝对变形量相减的绝对值与制动盘外侧两点绝对变形量相减的绝对值相比，大的一个作为该制动盘的热变形，具体算术关系如下：
制动盘的热变形量＝Max(|ΔC1-ΔC2|,|ΔC3-ΔC4|) (公式7)
2、制动盘热变形的测试方案
2.1、非接触式位移传感器安装要求
制动盘热变形测试中用到量程为0mm～2.5mm的非接触式位移传感器，安装控制传感器探头距制动盘的距离在有效量程范围内，采样频率为1kHz，测量点如图5所示，其中位移传感器2和位移传感器4测量制动盘内径变形，位移传感器1和位移传感器3测量制动盘外径变形。
表2制动盘位置定义
内径(mm) 外径(mm)
制动盘内缘向外10mm 制动盘外缘向内10mm
2.2、试验转动惯量的计算
试验转动惯量按下式进行计算：
前制动器试验惯量计算方法
/>
式中：
Iq——前制动器转动惯量计算值，单位kg·m2；
Ga——车辆满载总质量，单位kg；
b——重心至后轴距离，单位m；
hg——车辆满载时重心高度，单位m；
r——车轮滚动半径，单位m；
L——车辆轴距，单位m。
后制动器试验惯量计算方法
式中：
Ih——后制动器转动惯量计算值，kg·m2；
Ga——车辆满载总质量，kg；
a——重心至前轴距离，m；
hg——车辆满载时重心高度，m；
r——车轮滚动半径，单位m；
L——车辆轴距，m。
2.3、试验条件的规定
在进行表3热变形试验前，当制动盘温度达为(50±1)℃时，主轴转速恒定为30r/min，测量数据时间为8s，记录冷态下制动盘旋转4圈过程中每个非接触式位移传感器距制动盘的位移的平均值；表3中在单次制动热变形和连续制动热变形的最后一次制动过程中记录每个非接触式位移传感器距制动盘的位移的平均值。然后按公式3～公式7计算制动盘单次制动和连续制动的热变形量。
表3热变形试验顺序
序号 参数 单次制动热变形 连续制动热变形
1 制动初始速度(km/h) Vmax 100
2 制动终止速度(km/h) 20 20
3 制动减速度(g) 0.5 0.5
4 冷却速度(km/h) 20 20
5 冷却风速(km/h) 2 2
6 每循环制动初始温度(℃) 100 100
7 单个循环制动次数 1 15
8 循环数 5 3
9 单个循环内相邻两次制动间隔(s) - 45
2.4、台架试验
将测试制动盘热变形的装置搭载到制动器惯性试验台上来实现对制动盘热变形的测量，在制动盘外摩擦面的有效摩擦半径上，热电偶表面距制动盘外摩擦表面约(0.5～1)mm，安装K型热电偶(测温范围：-40℃～1300℃)。制动盘通过轴承座与尾架连接，位移传感器支架安装在台架固定端，四个非接触位移传感器按图5要求安装在制动盘两侧。
3、制动盘热变形的数据处理
以某款车型用制动盘测得的一组热变形原始数据为例，在冷态下和热态下分别测量四个非接触式位移传感器距制动盘的位移值，冷态下测得四个非接触式位移传感器距制动盘的位移曲线如图6所示，热态下测得四个非接触式位移传感器距制动盘的位移曲线如图7所示。
由冷态下测得数据得：
C1冷＝1.656mm，C2冷＝1.404mm，C3冷＝1.497mm，C4冷＝1.376mm。
由热态下测得数据得：
C1热＝2.089mm，C2热＝1.656mm，C3热＝0.961mm，C4热＝1.059mm。
计算制动盘四个位置的绝对变形量得：
ΔC1＝|C1热-C1冷|＝丨2.089－1.656丨＝0.433mm
ΔC2＝|C2热-C2冷|＝丨1.656－1.404丨＝0.252mm
ΔC3＝|C3热-C3冷|＝丨0.961－1.497丨＝0.536mm
ΔC3＝|C3热-C3冷|＝丨1.376－1.059丨＝0.317mm
计算得制动盘的热变形量如下：
制动盘的热变形量＝Max(|ΔC1-ΔC2|,|ΔC3-ΔC4|)
＝Max(丨0.433－0.252丨,丨0.536－0.317丨)
＝Max(0.181，0.219)
＝0.219mm
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种商用车盘式制动器总成BTV的测量系统，包括制动器惯性试验台，其特征在于，还包括用于测量制动器产生的制动力的力传感器、用于测量制动盘速度的速度传感器、用于测量制动盘加速度的加速度传感器、用于向制动管路加压的加压器、用于测量制动盘温度的温度传感器、控制器和计时器；
力传感器的力数据输出端与控制器的力数据输入端相连，速度传感器的速度数据输出端与控制器的速度数据输入端相连，加速度传感器的加速度数据输出端与控制器的加速度数据输入端相连，温度传感器的温度数据输出端与控制器的温度数据输入端相连，控制器的加压/减压数据输出端与加压器的加压/减压数据输入端相连，加压器的压力数据输出端与控制器的压力数据输入端相连，控制器的开始计时数据输出端与计时器的开始计时数据输入端相连，控制器的停止计时数据输出端与计时器的停止计时数据输入端相连，计时器的计时数据输出端与控制器的计时数据输入端相连；
控制器根据力传感器、速度传感器、加速度传感器、加压器、温度传感器和计时器之一或者任意组合测得的数据，获取BTV值；其中，获取BTV值的方法包括以下步骤：
S1，控制器判断制动盘旋转速度是否达到预设初始速度阈值：
若制动盘旋转速度达到预设初始速度阈值，则制动盘保持预设初始速度阈值旋转，执行步骤S2；
若制动盘旋转速度高于预设初始速度阈值，则控制器向其制动器惯性试验台发送控制信号，控制制动盘旋转速度降低，使其制动盘旋转速度等于预设初始速度阈值，返回步骤S1；
若制动盘旋转速度低于预设初始速度阈值，则控制器向其制动器惯性试验台发送控制信号，控制制动盘旋转速度提高，使其制动盘旋转速度等于预设初始速度阈值，返回步骤S1；
S2，控制器向其加压器发送控制信号，加压器向制动管路加压，使其加速度传感器检测到的加速度为预设加速度阈值；
当其加压器向制动管路输入的压力值等于预设压力阈值，且持续时间大于或者等于预设时间阈值时，控制器向其计时器发送开始计时控制信号，计时器记录此时时刻为t1；
当其控制器接收到速度传感器检测的速度小于或者等于预设速度阈值时，预设速度阈值小于预设初始速度阈值，控制器向其计时器发送停止计时控制信号，计时器记录此时时刻为t2；
S3，获取时刻t1～t2时间段的力传感器检测的制动器产生的制动力，根据t1～t2时间段的制动力拟合得到制动力拟合曲线，通过制动力拟合曲线得到制动力矩曲线；其中，通过制动力拟合得到制动力拟合曲线的方法包括以下步骤：
S31，对获取的t1～t2时间段的制动力进行快速傅里叶变换，得到其制动力频域信号；
S32，在制动力频域信号内提取频率为Ff的相位角，f＝1,2,3,……,τ，τ表示不同频率的总个数；
S33，在制动力频域信号内提取频率为Ff的幅值；
S34，在制动力频域信号内提取频率为Ff的偏离值；
S35，根据步骤S32中的相位角和步骤S33中的幅值以及步骤S34中的偏离值得到频率为Ff的制动力曲线；
S35，根据不同频率的制动力曲线拟合为制动力拟合曲线；
S4，根据制动力矩曲线获取BTV值。
2.根据权利要求1所述的商用车盘式制动器总成BTV的测量系统，其特征在于，还包括支撑架，在支撑架上设置有安装板，在安装板上设置有用于固定安装速度传感器的速度传感器固定安装座，在安装板上设置有用于固定安装加速度传感器的加速度传感器固定安装座，在安装板上设置有用于固定安装温度传感器的温度传感器固定安装座；
速度传感器固定安装在速度传感器固定安装座上，加速度传感器固定安装在加速度传感器固定安装座上，温度传感器固定安装在温度传感器固定安装座上。
3.根据权利要求1所述的商用车盘式制动器总成BTV的测量系统，其特征在于，在步骤S4中，BTV值的计算方法包括以下步骤：
S41，对制动力矩曲线上的所有的波峰、波谷进行顺序编号，分别为X1、X2、X3、……、Xx，Y1、Y2、Y3、……、Yy，其中，x表示波峰的总个数，y表示波谷的总个数，X1表示第1波峰，X2表示第2波峰，X3表示第3波峰，Xx表示第x波峰，Y1表示第1波谷，Y2表示第2波谷，Y3表示第3波谷，Yy表示第y波谷；
S42，获取相邻波峰和波谷的相邻峰谷差值；
S43，根据相邻峰谷差值得到BTV值。
4.根据权利要求1所述的商用车盘式制动器总成BTV的测量系统，其特征在于，在步骤S42中，相邻峰谷差值的计算方法为：
其中，||表示取绝对值；
表示第v波峰对应的制动力矩值；v∈{1,2,3,...,x}；
Vv,δ表示相邻峰谷差值；
表示第δ波峰对应的制动力矩值；δ∈{1,2,3,...,y}；
或/和在步骤S43中，BTV值的计算方法为：
其中，Vv,δ表示相邻峰谷差值；
x表示波峰的总个数；
y表示波谷的总个数；
Vavg表示BTV值。
5.根据权利要求1所述的商用车盘式制动器总成BTV的测量系统，其特征在于，在步骤S3中，制动力矩曲线的计算方法为：
其中，表示制动力拟合曲线；
F表示力臂值；
表示制动力矩曲线。
6.根据权利要求1所述的商用车盘式制动器总成BTV的测量系统，其特征在于，在步骤S1之前还包括步骤S0，对制动器惯性试验台主轴转速与车速换算或/和试验转动惯量的计算；
其制动器惯性试验台主轴转速与车速换算的计算方法为：
n＝2.65V/r，
其中，n表示制动器惯性试验台主轴转速；
V表示试验车速；
r表示车轮滚动半径；
其试验转动惯量的计算方法为：
I＝Gmr2，
其中，I表示转动惯量计算值；
Gm表示将汽车最大设计总质量按制动力分配比设计值分配给被试制动器所对应车轮所承受的那部分质量；
r表示车轮滚动半径。
7.根据权利要求1所述的商用车盘式制动器总成BTV的测量系统，其特征在于，还包括对制动盘热变形进行处理，对制动盘热变形进行处理所对应的制动盘热变形的测量系统包括制动器惯性试验台，还包括1组位移传感器或2组位移传感器；
以及速度传感器、加速度传感器、温度传感器和控制器，所述速度传感器用于测量制动盘的旋转速度，所述加速度传感器用于测量制动盘的加速度，所述温度传感器用于测量制动盘的温度；
速度传感器的速度数据输出端与控制器的速度数据输入端相连，加速度传感器的加速度数据输出端与控制器的加速度输入端相连，温度传感器的温度数据输出端与控制器的温度数据输入端相连；
为1组位移传感器时，包括M个位移传感器，所述M为大于或者等于2的正整数，分别为第1位移传感器、第2位移传感器、第3位移传感器、……、第M位移传感器；第ζ位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第ζ端相连，ζ为小于或者等于M的正整数；
为2组位移传感器时，分别为第1组位移传感器和第2组位移传感器，第1组位移传感器包括M个位移传感器，所述M为大于或者等于2的正整数，分别为第1位移传感器、第2位移传感器、第3位移传感器、……、第M位移传感器，第2组位移传感器包括N个位移传感器，所述N为大于或者等于2的正整数，分别为第M+1位移传感器、第M+2位移传感器、第M+3位移传感器、……、第M+N位移传感器；第ζ位移传感器的位移数据输出端与控制器的位移数据输入第ζ端相连，ζ为小于或者等于M+N的正整数；
控制器根据速度传感器、加速度传感器、温度传感器和1组位移传感器或2组位移传感器测得的数据，判断其制动盘的热变形量。
8.根据权利要求1所述的商用车盘式制动器总成BTV的数据处理系统，其特征在于，包括曲线数据获取模块、曲线波峰检测模块、曲线波谷检测模块、波峰个数统计模块、波谷个数统计模块、计算模块和展示模块；
曲线数据获取模块的数据输出端与曲线波峰检测模块的数据输入端相连，曲线波峰检测模块的数据输出端与波峰个数统计模块的数据输入端相连，曲线数据获取模块的数据输出端与曲线波谷检测模块的数据输入端相连，曲线波谷检测模块的数据输出端与波谷个数统计模块的数据输入端相连，波峰个数统计模块的数据输出端与计算模块的波峰数据输入端相连，波谷个数统计模块的数据输出端与计算模块的波谷数据输入端相连，计算模块的数据输出端与展示模块的数据输入端相连；
曲线数据获取模块用于获取制动力矩曲线，曲线波峰检测模块用于检测制动力矩曲线中波峰位置及对应的峰值，曲线波谷检测模块用于检测制动力矩曲线中波谷位置及对应的谷值，波峰个数统计模块用于统计波峰总个数，波谷个数统计模块用于统计波谷总个数，计算模块用于根据曲线波峰检测模块检测的波峰位置及对应的峰值、曲线波谷检测模块检测的波谷位置及对应的谷值、波峰个数统计模块统计的波峰总个数和波谷个数统计模块统计的波谷总个数计算其BTV值，展示模块用于展示制动力矩曲线及BTV值。
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