CN103625459B - 汽车行车制动效能动态监测及报警*** - Google Patents
汽车行车制动效能动态监测及报警*** Download PDFInfo
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Abstract
汽车行车制动效能动态监测及报警***，属于汽车电子及安全技术领域。该***所述原车读卡器、原车CAN总线、陀螺仪和制动踏板传感器输出分别和信息采集及控制单元输入相连；所述信息采集与控制单元用陀螺仪采集车辆俯仰角，监测路面坡度不大于1％；检测ABS工作期间车辆最大减速度，监测路面附着系数不小于0.7；根据车辆最大制动减速度，排除过凹坑、减速带、路阶等工况；用制动踏板位移传感器，对制动踏板行程进行监测，辨别紧急制动工况。通过CAN总线采集ABS轮速信号，用最大轮速法对制动初速度进行估计，结合制动减速度速信号，实时计算MFDD，与预先存储的标准值进行比较，将比较结果发给报警装置对驾驶员进行报警。本发明对行车制动效能进行在线监测和评价，对预防因行车制动效能异常导致的交通事故具有极大的帮助作用；***结构简单，易于实现，成本低廉。
Description
技术领域
汽车行车制动效能动态监测及报警***属于汽车电子及安全技术领域。
背景技术
汽车制动性能是安全行车的重要因素之一，也是汽车安全性能检测的重要指标之一。制动性能按照国家相关规定定期进行检测，对保障行车安全起到了重要作用。分析2009年全国道路交通事故情况，在所有的交通事故中，因机动车机械故障的比例占5％左右，而由于制动原因而直接引起的交通事故占总机械故障事故数的60％左右，由于制动原因引起的交通事故仍屡见不鲜，缩短检测周期又会增加成本。随着电子集成芯片技术和传感器检测技术的发展，在一定的误差允许范围内，制动性能检验所需的各种参数已经能够在线进行测量；目前关于制动性能监测和评价的相关研究，大多针对台架试验和道路试验。关于车辆制动性能在线监测和评价技术的相关研究较少。因此，有必要开发一种汽车行车制动效能动态监测及报警***，实现在车辆运行过程中对制动性能进行监测和异常报警，进一步保障车辆运行安全。
发明内容
本发明目的就是开发一种汽车行车制动效能动态监测及报警***，该***在车辆制动过程中在线计算MFDD，并保证MFDD计算的前提条件，包括①路面平坦，检测路面坡度不应大于1％；②发动机脱开，制动时检测离合器踏板开关信号；③轮胎与路面之间的附着系数不应小于0.7。通过实时监测MFDD变化情况，以判断汽车行车制动效能是否符合法规要求，并及时提醒驾驶员采取安全措施，保障安全行车。该监测及报警***从整体上对汽车行车制动效能进行监测，在其行车制动效能下降时及时给驾驶员提供预警信息，更为重要的是能够对车辆的行车制动效能进行在线评价，驾驶员应根据报警信息主动去检测站进行检测，确认和消除安全隐患，保障行车安全。报警信息还可以通过远程通讯模块传输至监控中心，当发现车辆连续或者多次出现制动性能不达标时，可以通知其进行检测和维修。
本发明是汽车运行安全性能监测的重要内容，通过对汽车行车制动效能的实时监测，判断汽车行车制动效能的状态，不符合标准的情况下及时向驾驶员提供报警信息，预防交通事故。该汽车行车制动效能监测及报警***在硬件上的结构组成如图1所示。
该***利用陀螺仪采集车辆俯仰角，监测路面坡度不大于1％；检测ABS工作期间车辆最大减速度，监测路面附着系数不小于0.7；利用陀螺仪采集制动减速度，根据车辆最大制动减速度，排除过凹坑、减速带、路阶甚至碰撞等工况；用制动踏板位移传感器，对制动踏板行程进行监测，辨别紧急制动工况。通过CAN总线采集ABS轮速信号，用最大轮速法对制动初速度进行估计，结合制动减速度速度信号，实时计算MFDD。信息采集及控制单元预先存储该车辆行车制动效能良好以及满足国家相关标准基本要求的情况下的MFDD值，车辆运行过程中，实时监测MFDD的变化情况，如果存在制动介质泄漏、制动部件磨损、超载等原因造成行车制动效能的降低，相应MFDD值减小。如图2所示，曲线1是车辆行车制动效能良好情况下的曲线，若行车制动效能降低，则可能变为曲线2所示的曲线。信息采集及控制单元根据一定的判定准则，判断是否需要向驾驶员提供制动效降低的报警信息，以提醒驾驶员。信息采集及控制单元还可以定期记录汽车MFDD值的变化情况，预测行车制动效能变化的趋势，为驾驶员提供预警信息，帮助驾驶员及早发现问题，保证车辆能够在行车制动效能良好情况下运行。
本发明通过在制动过程中实时计算MFDD值变化情况，监测行车制动效能的变化，其突出特点体现在：首先，突破了路试检验车辆行车制动效能的限制，实现了车辆行车制动效能在线监测和评价。第二，从总体上监测制动***的状况，与单个部件分别进行监控报警的装置相比，既增加了***的可靠性，又降低了成本；第三，能够记录行车制动效能变化的整个过程，可以预测行车制动效能变化的趋势，对预防因行车制动效能异常造成的交通事故具有极大的帮助作用；第四，报警***既可以采用语音报读的方式，也可以采用蜂鸣的方式进行，可根据行车制动效能变化的程度，采用分级的方式向驾驶员提供不同级别的报警；第五，***结构简单，易于实现，成本低廉，既可在新开发的车型上应用，也可在在用车上改装使用。
附图说明
图1汽车行车制动效能在线监测及报警***结构示意图
图2汽车行车制动效能(MFDD)曲线
图3本发明信息采集及控制单元中各模块关系图
具体实施方式
图1所示为本发明装置的硬件结构框图，其主要包括三个部分：信号感知部分、信号采集及控制单元、报警提示单元。下面结合图和实例对本发明各部分分别作进一步说明。
1、信号感知部分
信号感知部分由原车CAN总线、原车读卡器、陀螺仪、制动踏板传感器组成，原车CAN总线将发送轮速、ABS开关量到信息采集及控制单元，原车读卡器采集载客数并输出至信息采集及控制单元，陀螺仪采集车辆制动减速度、俯仰角并输出至信息采集及控制单元。制动踏板传感器感知制动踏板行程并输出至信息采集及控制单元。
为保证预警的有效性和驾驶员操作的便利性，主机安装在驾驶员仪表盘的右侧上方。
2、信息采集及控制单元
信息采集及控制单元预先存储车辆在行车制动效能良好及满足国家相关标准基本要求情况下的MFDD值。在车辆使用过程中，利用上述信号感知部分实时采集MFDD计算及其条件监测所需的各种参数，实时计算MFDD并监测其变化情况，如果存在因如果存在制动介质泄漏、制动部件磨损、超载等原因造成的车辆侧行车制动效能降低，MFDD值则变小，如图2所示。曲线2是汽车行车制动效能良好情况下的曲线。曲线1为仅能满足国家标准最基本要求的行车制动效能曲线。例如，车型与车辆状态不同，曲线1将有所不同，需要提前对其进行标定。以大于3500kg的大客车为例，《GB 7258机动车运行安全技术条件》中规定制动初速度30km/h，其满载检验充分发出的平均减速度应≥5.0，空载≥5.4，从而绘制出曲线1。
法规中规定的制动初速度是30km/h，制动初速度增大时，MFDD增加或保持稳定，所以在线监测时，对于30km/h及其以上的制动初速度采用法规中规定的MFDD阈值，当制动初速度小于30km/h时，不进行监测。车辆制动过程中，将实时计算得到的MFDD表示为Mf，曲线1对应的MFDD为M1，曲线2对应的MFDD为M2，M2≥M1，设定报警级别G如下：
表1报警级别
| Mf | G | 说明 |
| Mf≥M1 | 0 | 性能正常 |
| Mf＜M1 | 1 | 行车制动效能下降 |
信息采集及控制单元各模块如图3所示，具体描述如下。
(1)载客量监测及阈值调整模块
信息采集及控制单元基于原车CAN总线采集车门开关信号，当车门有开转关时，获取原车读卡器载客量信号载客量N，根据曲线1调整MFDDmin；
(2)脱档制动监测模块
信息采集及控制单元基于CAN总线采集车辆离合器踏板开关量信号、制动踏板开关量信号，当二者同时为1时，车辆开始脱档制动。
(3)MFDD在线监测
T0为制动踏板踩下的时间，通过CAN总线采集制动踏板的状态。
Sb——试验车速从Vo到Vb之间车辆行驶的距离，单位为米(m)；
Se——试验车速从Vo到Ve之间车辆行驶的距离，单位为米(m)。
V(t)＝V0-axt (3)
采用最大轮速法确定制动初速度V0，通过加速度传感器直接测出减速度ax，联立公式1、2、3、4，计算MFDD。
(4)路面纵坡度监测模块
采用陀螺仪实时采集车辆的俯仰角α，α应满足：
α＜0.6° (5)
汽车响应的频率一般在0.5HZ以上，路面坡度属于低频信号，进行低通滤波，截至频率为0.5HZ，
(5)路面附着系数监测模块
通过CAN总线可以采集ABS工作状态开关量，当ABS开始工作时，采集车身纵向加速度，ABS停止工作时，采集停止，并选择最大值axmax，则路面附着系数可表达为：
μ＝axmax/g (6)
(6)排除干扰模块
制动过程中出现凹坑、减速带、路阶甚至碰撞等工况，引起制动减速度的变化，应予以排除。
正常制动过程中，x方向的运动方程为：
max＝FXb+Fw+Ff (7)
FXb为地面制动力、Fw为空气阻力、Ff为滚动阻力。
一般Fw可提供大约0.03g的减速度，Ff可提供大约0.01g的减速度。
max≤FXbmax+Fw+Ff (8)
ax≤(μ+0.04)g (9)
(7)制动踏板行程
紧急制动时，制动踏板行程d先增加，达到最大值后保持不变，直到停车。采集制动踏板位移传感器信号，如果在0.8V0-0.1V0期间，制动踏板行程d不断增加且达到最大值dmax，即满足公式7，则认为是紧急制动。
流程说明如下：
(1)监测载客量N，根据曲线1调整MFDDmin；
(2)监测制动踏板开关及监测离合器开关，都为1时，进行下一步，否则返回(2)；
(3)采集速度V0；
(4)V0≥30km/h，是则进行下一步，否则返回(2)；
(5)采集制动减速度ax；
(6)联立公式1、8、9、10，计算MFDD；
(7)制动时的路面坡度α＜0.6°，是则进行下一步，否则返回(2)；
(8)制动时的路面附着系数μ＝axmax/g＞0.7，是则进行下一步，否则返回(2)；
(9)制动时的纵向最大减速度axmax＜(μ+0.04)g，是则进行下一步，否则返回(2)；
(10)制动踏板行程d′≥0，且d′＝0时，d＝dmax，是则进行下一步，否则返回(2)；
(11)MFDD＜MFDDmin，是进行报警，否则返回(2)。
3、报警提示单元
报警提示单元主要包括语音报读模块和蜂鸣器。报警提示单元的报警方式如表2所示
表2报警方式
| 报警级别 | 描述 | 蜂鸣 | 语音 |
| 1 | 警告 | 蜂鸣频率1HZ | 行车制动效能下降 |
| 0 | 安全 | 无报警 | 无报警 |
综上所述，本发明装置包括信号感知、信息采集及控制单元、报警提示单元等三部分。信息感知部分利用原车读卡器、原车CAN总线、陀螺仪和制动踏板传感器采集MFDD计算及其条件监测所需的各种参数，并将其输入到信息采集及监控单元。信息采集及控制单元以及报警提示单元均基于同一单片机开发，其主要功能是将接收信号感知部分输出的各种信号，运行报警算法，并利用语音报读、蜂鸣等方式向驾驶员提供行车制动效能是否降低，帮助驾驶员及早发现问题，保证车辆能够在行车制动效能状态良好下运行，保障行车安全。
Claims (1)
1.汽车行车制动效能动态监测及报警***，该***包括CAN模块、原车读卡器、陀螺仪、制动踏板传感器、信息采集及控制单元和报警装置；
CAN模块接收原车CAN总线发送轮速、ABS开关量、制动踏板开关量、离合踏板开关量并输出到信息采集及控制单元，原车读卡器采集载客数并输出至信息采集及控制单元，陀螺仪采集车辆制动减速度、俯仰角并输出至信息采集及控制单元，制动踏板传感器感知制动踏板行程并输出至信息采集及控制单元，信息采集及控制单元接收上述信息并进行处理，根据处理结果将信号传递给报警装置；
CAN模块、原车读卡器、陀螺仪、制动踏板传感器输出分别和信息采集及控制单元输入相连；信息采集及控制单元输出与报警装置输入相连；
所述信息采集及控制单元根据国家标准GB 7258《机动车运行安全技术条件》标定满足所述国家标准要求的制动效能曲线和制动效能良好的曲线，并将所述制动效能良好的曲线作为判断汽车制动效能高低的基准M1；
车辆制动过程中，将实时计算得到的MFDD表示为Mf，所述制动效能良好的曲线对应的MFDD为M1，所述制动效能曲线对应的MFDD为M2，M2≥M1，设定报警级别G如下：
表1 报警级别
所述信息采集及控制单元各模块原理如下：
(1)载客量监测及阈值调整模块
信息采集及控制单元基于原车CAN总线采集车门开关信号，当车门有开转关时，获取原车读卡器载客量信号载客量N，根据所述制动效能曲线调整MFDDmin；
(2)脱档制动监测模块
信息采集及控制单元基于CAN总线采集车辆离合器踏板开关量信号、制动踏板开关量信号，当二者同时为1时，车辆开始脱档制动；
(3)MFDD在线监测
T0为制动踏板踩下的时间，通过CAN总线采集制动踏板的状态；
Sb——试验车速从Vo到Vb之间车辆行驶的距离，单位为米(m)；
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Se——试验车速从Vo到Ve之间车辆行驶的距离，单位为米(m)；
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采用最大轮速法确定制动初速度V0，通过加速度传感器直接测出减速度ax，联立公式1、2、3、4，计算MFDD；
(4)路面纵坡度监测模块
采用陀螺仪实时采集车辆的俯仰角α，α应满足：
α＜0.60 (5)
汽车响应的频率一般在0.5HZ以上，路面坡度属于低频信号，进行低通滤波，截至频率为0.5HZ；
(5)路面附着系数监测模块
通过CAN总线可以采集ABS工作状态开关量，当ABS开始工作时，采集车身纵向加速度，ABS停止工作时，采集停止，并选择最大值axmax，则路面附着系数可表达为：
μ＝axmax/g (6)
(6)排除干扰模块
制动过程中出现凹坑、减速带、路阶甚至碰撞工况，引起制动减速度的变化，应予以排除；
正常制动过程中，x方向的运动方程为：
max＝FXb+Fw+Ff (7)
FXb为地面制动力、Fw为空气阻力、Ff为滚动阻力；
一般Fw可提供大约0.03g的减速度，Ff可提供大约0.01g的减速度；
max≤FXbmax+Fw+Ff (8)
ax≤(μ+0.04)g (9)
(7)制动踏板行程
紧急制动时，制动踏板行程d先增加，达到最大值后保持不变，直到停车；采集制动踏板位移传感器信号，如果在0.8V0-0.1V0期间，制动踏板行程d不断增加且达到最大值dmax，即满足公式10，则认为是紧急制动：
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2012
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