CN114715111B - 一种基于tbox的货运车辆制动器温度估计方法 - Google Patents

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CN114715111B CN202210496058.4A CN202210496058A CN114715111B CN 114715111 B CN114715111 B CN 114715111B CN 202210496058 A CN202210496058 A CN 202210496058A CN 114715111 B CN114715111 B CN 114715111B
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation

Abstract

本发明公开了一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，包括以下步骤：首先，基于TBOX采集的货运车辆的OBD数据、定位及高精地图，估算货运车辆质量；其次，将货运车辆质量、OBD数据、高精地图的纵向坡度等数据作为货运车辆制动器温度估计模型的输入，估计货运车辆的制动器温度；然后，基于货运车辆的制动器的性能参数，设置制动器的温度警报阈值，结合估计的制动器温度，获取货运车辆的第一行驶情况以及在前方路况的第二行驶情况，并生成货运车辆的警告信号和预警信号；最后，本发明通过引入海拔高度的变化以及车辆质量的信息，提升了货运车辆制动器温度的估计精确度，为货运车辆的安全行驶提供了有力的数据支撑。

Description

一种基于TBOX的货运车辆制动器温度估计方法
技术领域
本发明涉及货运车辆制动器温度的估计技术领域，具体而言，涉及一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的估计方法。
背景技术
货运车辆(尤其重型车辆)整车重量随不同运输需求分散性大(空载和满载重量差距大)，在某些长下坡路段对货运车辆制动性能是严重的考验，货运车辆因长下坡制动性能失效发生车毁人亡事故也屡见不鲜。表征货运车辆制动性能最关键的参数之一就是制动器的温度。因此，开展货运车辆制动器温度监测研究具有实际意义。
随着货运车辆智能化的发展，TBOX在货运车辆上安装也将普及，可深度读取车辆CAN总线数据和私有协议，TBOX通过OBD模块和MCU 采集车辆的总线数据，此外Tbox实现内嵌较高精度的地图，不仅可以获取车辆的位置信息，还可以提供当前道路的纵向坡度信息，以及前方道路的纵向坡度信息。通过应用TBOX实时采集的这些信息，一方面可以结合车辆相关理论模型和参数来估计车辆重量，另一方面再可以结合估计的车辆质量，通过建立车辆制动时制动器温度模型，实现对车辆制动器温度进行估计。现有并未有相关技术通过TBOX采集的数据对车辆制动器温度估算的技术方案，因此，急需一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的估计方法，通过TBOX采集车辆总线数据后，对制动器温度进行估算，从而保证车辆的安全运行。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，通过获取车辆的整车重量信息，并基于车辆的位置信息和道路信息，对货运车辆制动器的温度进行监测，以及预测货运车辆在道路上的安全性。
为了实现上述技术目的，本申请提供了一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，包括以下步骤：
基于TBOX采集的货运车辆的OBD数据，估算货运车辆质量；
基于货运车辆质量和OBD数据，通过采集货运车辆的海拔高度，以及海拔高度的变化量，生成货运车辆的制动器温度；
基于货运车辆的制动器的性能参数，设置制动器的温度警报阈值，通过采集制动器温度，获取货运车辆的第一行驶情况以及在前方路况的第二行驶情况，其中，
第一行驶情况用于表示货运车辆在当前制动器温度的情况下的行驶状况；
第一行驶情况用于生成货运车辆的警告信号；
第二行驶情况用于表示货运车辆在前方路况的前提下，制动器温度将要发生的变化产生的车辆制动结果；
第二行驶情况用于生成货运车辆的预警信号。
优选地，在生成货运车辆的制动器温度的过程中，获取制动器的散热过程的热对流和热辐射，生成制动器温度，具体过程包括以下步骤：
热量增加量：
ΔQ＝Q1-Q2-Q3
Q1为制动器摩擦生热量，Q2为对流散热量，Q3为辐射散热量；
(1)制动器摩擦生热量计算：
Figure GDA0003935446350000031
m为车辆整车质量，v0为t0时刻的速度，v(t)为t时刻的速度，g 为重力加速度，i(t)为t时刻的道路纵向坡度，f为滚动阻力系数， s(t)为制动过程t时刻车轮的滑移率；
(2)对流散热量计算：
Q2(t)＝h(t)A(Tw(t)-Tf(t))；
对流换热系数按照相关经验公式：
h(t)＝1.05ev(t)/14.19+4.69
(3)辐射散热量计算：
Figure GDA0003935446350000032
制动器的理论温度变化公式为：
Figure GDA0003935446350000033
式中，C比热容一般取470J/(kg·℃)，ma为制动盘或制动鼓的质量。
优选地，在获取货运车辆动能的过程中，货运车辆的总质量表示为：
Figure GDA0003935446350000034
其中，δ为车辆旋转质量换算系数，采用经验值，ax为车辆纵向加速度，aβ为坡度阻力转化为等效的加速度数值，β为坡度，fm为滚动阻力系数，g为重力加速度，ρ为空气密度，Cd为风阻系数， Af为迎风面积，vx为纵向车速，Te为发动机输出转矩，ne为发动机转速，ηT为车辆动力传动系统机械效率。
优选地，在获取第一行驶情况的过程中，基于货运车辆的制动器中摩擦力的功，获取制动器温度，并根据当前行驶路线的走势，获取制动器温度的变化趋势，并基于温度警报阈值，生成第一行驶情况。
优选地，在获取第二行驶情况的过程中，基于卫星导航地图，获取前方路段的海拔高度变化情况，以及车辆行驶轨迹变化情况；
基于海拔高度变化情况和当前的制动器温度，获取货运车辆在保持第一行驶情况下，在前方路段产生的第二行驶情况。
优选地，在生成第二行驶情况的过程中，基于第一行驶情况、车辆行驶轨迹变化情况、海拔高度变化情况，生成货运车辆在前方路段的第三行驶情况，其中，第三行驶情况用于表示货运车辆在海拔高度变化和行驶路线变化的情况下，具备的安全的制动器温度；
根据第三行驶情况，调整货运车辆的第一行驶情况。
优选地，用于实现监测方法的监测系统包括：
车辆质量测算模块，用于基于TBOX采集的货运车辆的OBD数据，获取货运车辆质量；
制动器温度测算模块，用于基于货运车辆质量和OBD数据，通过采集货运车辆的海拔高度，以及海拔高度的变化量，生成货运车辆的制动器温度；
车辆监测模块，用于基于货运车辆的制动器的性能参数，设置制动器的温度警报阈值，通过采集制动器温度，获取货运车辆的第一行驶情况以及在前方路况的第二行驶情况，其中，
第一行驶情况用于表示货运车辆在当前制动器温度的情况下的行驶状况；
第一行驶情况用于生成货运车辆的警告信号；
第二行驶情况用于表示货运车辆在前方路况的前提下，制动器温度将要发生的变化产生的车辆制动结果；
第二行驶情况用于生成货运车辆的预警信号。
优选地，监测系统还包括：
数据采集模块，用于连接TBOX；
显示模块，用于显示第一行驶情况、第二行驶情况、第三行驶情况、警告信号、预警信号。
本发明公开了以下技术效果：
本发明在制动器温度的测算中，引入了海拔高度的变化以及车辆质量的测算，极大精确了货运车辆的制动器温度的测算精确度，为货运车辆的安全行驶提供了有力的数据支撑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明所述的方法步骤示意图；
图2是本发明所述的方法流程图。
具体实施方式
下为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1-2所示，本发明提供了一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，包括以下步骤：
基于TBOX采集的货运车辆的OBD数据，估算货运车辆质量；
基于货运车辆质量和OBD数据，通过采集货运车辆的海拔高度，以及海拔高度的变化量，生成货运车辆的制动器温度；
基于货运车辆的制动器的性能参数，设置制动器的温度警报阈值，通过采集制动器温度，获取货运车辆的第一行驶情况以及在前方路况的第二行驶情况，其中，
第一行驶情况用于表示货运车辆在当前制动器温度的情况下的行驶状况；
第一行驶情况用于生成货运车辆的警告信号；
第二行驶情况用于表示货运车辆在前方路况的前提下，制动器温度将要发生的变化产生的车辆制动结果；
第二行驶情况用于生成货运车辆的预警信号。
进一步优选地，从热力学传递机理上来说,有三种基本的热传递方式,即热传导、热对流和热辐射,这三种传热方式在制动器的散热过程中同时存在；
根据理论分析和经验表明,传导散热量所占的比例很小,所以在计算时可以忽略；
热量增加量：
ΔQ＝Q1-Q2-Q3
Q1为制动器摩擦生热量，Q2为对流散热量，Q3为辐射散热量；
(1)制动器摩擦生热量计算：
车辆在制动过程中,随着行驶速度的降低,其动能减少,减少部分的能量,转化为制动器的摩擦热，如果车辆在有纵向坡度的路段行驶, 还应当考虑车辆重力势能的变化，同时，考虑当车轮处于接近抱死的状态时,会具有一定的滑移率,此时有一部分能量转化为轮胎和路面之间的摩擦热；综合以上分析,推导出车辆制动器在制动时的摩擦生热量为:
Figure GDA0003935446350000081
m为车辆整车质量，v0为t0时刻的速度，v(t)为t时刻的速度，g 为重力加速度，i(t)为t时刻的道路纵向坡度，f为滚动阻力系数， s(t)为制动过程t时刻车轮的滑移率；
(2)对流散热量计算：
对流散热量：
Q2(t)＝h(t)A(Tw(t)-Tf(t))；
A为与外掠空气直接接触的制动器表面面积，h(t)为对流换热系数，Tw(t)为制动器外表面温度，Tf(t)为制动器外掠流体温度；
对流换热系数按照相关经验公式：
h(t)＝1.05ev(t)/14.19+4.69
(3)辐射散热量计算：
对流散热量约占总散热量的80％，因此，辐射散热量按照与对流散热量关系进行计算：
Figure GDA0003935446350000082
因此，根据热力学理论可知，估计的制动器的理论温度变化公式为：
Figure GDA0003935446350000083
式中，C比热容一般取470J/(kg·℃)，ma为制动盘或制动鼓的质量。
进一步优选地，在获取货运车辆动能的过程中，货运车辆的总质量表示为：
Figure GDA0003935446350000091
其中，δ为车辆旋转质量换算系数，采用经验值，ax为车辆纵向加速度，aβ为坡度阻力转化为等效的加速度数值，β为坡度，fm为滚动阻力系数，g为重力加速度，ρ为空气密度，Cd为风阻系数， Af为迎风面积，vx为纵向车速，Te为发动机输出转矩，ne为发动机转速，ηT为车辆动力传动系统机械效率。
进一步优选地，在获取第一行驶情况的过程中，基于货运车辆的制动器中摩擦力的功，获取制动器温度，并根据当前行驶路线的走势，获取制动器温度的变化趋势，并基于温度警报阈值，生成第一行驶情况。
进一步优选地，在获取第二行驶情况的过程中，基于卫星导航地图，获取前方路段的海拔高度变化情况，以及车辆行驶轨迹变化情况；
基于海拔高度变化情况和当前的制动器温度，获取货运车辆在保持第一行驶情况下，在前方路段产生的第二行驶情况。
进一步优选地，在生成第二行驶情况的过程中，基于第一行驶情况、车辆行驶轨迹变化情况、海拔高度变化情况，生成货运车辆在前方路段的第三行驶情况，其中，第三行驶情况用于表示货运车辆在海拔高度变化和行驶路线变化的情况下，具备的安全的制动器温度；
根据第三行驶情况，调整货运车辆的第一行驶情况。
进一步优选地，用于实现监测方法的监测系统包括：
车辆质量测算模块，用于基于TBOX采集的货运车辆的OBD数据，获取货运车辆质量；
制动器温度测算模块，用于基于货运车辆质量和OBD数据，通过采集货运车辆的海拔高度，以及海拔高度的变化量，生成货运车辆的制动器温度；
车辆监测模块，用于基于货运车辆的制动器的性能参数，设置制动器的温度警报阈值，通过采集制动器温度，获取货运车辆的第一行驶情况以及在前方路况的第二行驶情况，其中，
第一行驶情况用于表示货运车辆在当前制动器温度的情况下的行驶状况；
第一行驶情况用于生成货运车辆的警告信号；
第二行驶情况用于表示货运车辆在前方路况的前提下，制动器温度将要发生的变化产生的车辆制动结果；
第二行驶情况用于生成货运车辆的预警信号。
进一步优选地，监测系统还包括：
数据采集模块，用于连接TBOX；
显示模块，用于显示第一行驶情况、第二行驶情况、第三行驶情况、警告信号、预警信号。
本发明提到的制动器的功能之一是储存和耗散摩擦所产生的热量，制动器结构的完整性与其温度有着直接的关系，紧急制动需要快速增大摩擦面积从而降低制动器的温度，而下坡的连续制动时，要求制动器有足够大的热容量及良好的对流热交换条件，但这两个工况下，最后都表现了温度升高这一不可避免的现象，此时，制动器的摩擦系数会急剧减少，使得制动效能迅速下降而发生热衰退现象，并且该现象在货运车辆的表现更加严重，因此，对于制动器温度的监控，是货运车辆行车安全的重要保证。
本发明在估算温度的过程中，m作为货运车辆的质量数据，需要通过TBOX采集的各种参数来进行估算，基于TBOX采集的数据，建立质量模型：
Figure GDA0003935446350000111
式(5)中，m为车辆的整车质量，δ为车辆旋转质量换算系数，采用经验值，ax为车辆纵向加速度，aβ为坡度阻力转化为等效的加速度数值，β为坡度，fm为滚动阻力系数，g为重力加速度，ρ为空气密度，Cd为风阻系数，Af为迎风面积，vx为纵向车速，Te为发动机输出转矩，ne为发动机转速，ηT为车辆动力传动系统机械效率；将式(5)的m带入到式(4)中，从而通过获取TBOX采集的货运车辆的实时数据，进行前后轮的实时温度估算，以及通过采集海拔高度的变化，对货运车辆在海拔高端变化过程中的制动器温度变化进行预测，获取预测温度值，同时依据制动器的温度标准，设置温度阈值，当实时温度、或预测温度值超出温度标准时，提醒货运车辆的驾驶员改变当前的行驶策略或给出具体的改变策略，从而实现对货运车辆的实时警报功能以及预警功能。
本发明使用的TBOX采集的数据例如：(1)可以实时获得货运车辆的发动机转矩、转速、档位、车速等信息等，这些信息可以结合车辆相关理论模型和参数来估计车辆整车重量；当获取稳定整车重量信息后，可以作为货运车辆制动器温度监测估计模型的输入。
(2)通过实现内嵌较高精度的地图，不仅可以获取车辆的位置信息，还可以提供当前道路的纵向坡度信息，以及前方道路的纵向坡度信息；其中，当前位置信息和一段时间之前到当前所经过的道路纵向坡度信息可以作为货运车辆制动器温度监测估计的输入；前方道路纵向坡度信息可以作为预见性信息，作为制动器温度监测可预见性预警的输入。
本发明设计的监测方法包括以下几个方面的设计思路：
第一方面，要估算货车整车重量并将估算出来货车重量信息作为温度监测估计模型的输入。
第二方面，因为知道了地图信息和位置信息，这样可以计算出制动时间段内车辆海拔高度的变化，这样就可以计算出货运车辆制动器的当前温度了，当制动器温度高于设定的稳定阈值时，要发出语言提醒驾驶员。
第三方面，根据货运车辆制动器温度监测估计方法，可以实时估计当前制动器的温度，但是我们还想进一步提出制动器温度可预见性预警方法。可预见性预警的意思是，如果当前制动器温度本身就处于一个较高的温度(例如300℃)且车速也比较高(例如车速70km/h)，因为前方道路纵向坡度信息在地图里头是已知的，我们的可预见性预警一方面要提醒车辆在还没进入较大纵向坡度道路之前提前减速，另一方面如果估计出来前方较大纵向坡度上车辆制动盘温度将过高应提前发出预警提醒驾驶员减速乃至停车。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
基于TBOX采集的货运车辆的OBD数据，估算货运车辆质量；
基于所述货运车辆质量和所述OBD数据，通过采集所述货运车辆的海拔高度，以及所述海拔高度的变化量，生成所述货运车辆的制动器温度；
基于所述货运车辆的制动器的性能参数，设置所述制动器的温度警报阈值，通过采集所述制动器温度，获取所述货运车辆的第一行驶情况以及在前方路况的第二行驶情况，其中，
所述第一行驶情况用于表示所述货运车辆在当前制动器温度的情况下的行驶状况；
所述第一行驶情况用于生成所述货运车辆的警告信号；
所述第二行驶情况用于表示所述货运车辆在前方路况的前提下，制动器温度将要发生的变化产生的车辆制动结果；
所述第二行驶情况用于生成所述货运车辆的预警信号。
2.根据权利要求1所述一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，其特征在于：
在生成所述货运车辆的制动器温度的过程中，获取制动器的散热过程的热对流和热辐射，生成所述制动器温度，具体过程包括以下步骤：
热量增加量：
ΔQ＝Q1-Q2-Q3
Q1为制动器摩擦生热量，Q2为对流散热量，Q3为辐射散热量；
(1)制动器摩擦生热量计算：
Figure FDA0003935446340000021
m为车辆整车质量，v0为t0时刻的速度，v(t)为t时刻的速度，g为重力加速度，i(t)为t时刻的道路纵向坡度，f为滚动阻力系数，s(t)为制动过程t时刻车轮的滑移率；
(2)对流散热量计算：
Q2(t)＝h(t)A(Tw(t)-Tf(t))；
对流换热系数按照相关经验公式：
h(t)＝1.05ev(t)/14.19+4.69
(3)辐射散热量计算：
Figure FDA0003935446340000022
所述制动器的理论温度变化公式为：
Figure FDA0003935446340000023
式中，C比热容一般取470J/(kg·℃)，ma为制动盘或制动鼓的质量。
3.根据权利要求2所述一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，其特征在于：
在获取货运车辆动能的过程中，所述货运车辆的总质量表示为：
Figure FDA0003935446340000024
其中，δ为车辆旋转质量换算系数，采用经验值，ax为车辆纵向加速度，aβ为坡度阻力转化为等效的加速度数值，β为坡度，fm为滚动阻力系数，g为重力加速度，ρ为空气密度，Cd为风阻系数，Af为迎风面积，vx为纵向车速，Te为发动机输出转矩，ne为发动机转速，ηT为车辆动力传动系统机械效率。
4.根据权利要求3所述一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，其特征在于：
在获取所述第一行驶情况的过程中，基于所述货运车辆的制动器中摩擦力的功，获取所述制动器温度，并根据当前行驶路线的走势，获取所述制动器温度的变化趋势，并基于所述温度警报阈值，生成所述第一行驶情况。
5.根据权利要求4所述一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，其特征在于：
在获取所述第二行驶情况的过程中，基于卫星导航地图，获取前方路段的海拔高度变化情况，以及车辆行驶轨迹变化情况；
基于所述海拔高度变化情况和当前的所述制动器温度，获取所述货运车辆在保持所述第一行驶情况下，在所述前方路段产生的所述第二行驶情况。
6.根据权利要求5所述一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，其特征在于：
在生成所述第二行驶情况的过程中，基于所述第一行驶情况、所述车辆行驶轨迹变化情况、所述海拔高度变化情况，生成所述货运车辆在所述前方路段的第三行驶情况，其中，所述第三行驶情况用于表示所述货运车辆在海拔高度变化和行驶路线变化的情况下，具备的安全的制动器温度；
根据所述第三行驶情况，调整所述货运车辆的所述第一行驶情况。
7.根据权利要求6所述一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，其特征在于：
用于实现所述监测方法的监测系统包括：
车辆质量测算模块，用于基于所述TBOX采集的所述货运车辆的OBD数据，获取所述货运车辆质量；
制动器温度测算模块，用于基于所述货运车辆质量和所述OBD数据，通过采集所述货运车辆的海拔高度，以及所述海拔高度的变化量，生成所述货运车辆的制动器温度；
车辆监测模块，用于基于所述货运车辆的制动器的性能参数，设置所述制动器的温度警报阈值，通过采集所述制动器温度，获取所述货运车辆的第一行驶情况以及在前方路况的第二行驶情况，其中，
所述第一行驶情况用于表示所述货运车辆在当前制动器温度的情况下的行驶状况；
所述第一行驶情况用于生成所述货运车辆的警告信号；
所述第二行驶情况用于表示所述货运车辆在前方路况的前提下，制动器温度将要发生的变化产生的车辆制动结果；
所述第二行驶情况用于生成所述货运车辆的预警信号。
8.根据权利要求7所述一种基于TBOX的货运车辆制动器温度的监测方法，其特征在于：
所述监测系统还包括：
数据采集模块，用于连接所述TBOX；
显示模块，用于显示所述第一行驶情况、所述第二行驶情况、所述第三行驶情况、所述警告信号、所述预警信号。
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