CN106989775B - 一种可智能检测磨损和实时温度的摩擦块及其检测方法 - Google Patents

一种可智能检测磨损和实时温度的摩擦块及其检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可智能检测磨损和实时温度的摩擦块及其检测方法，属于汽车制动***自动化检测领域。本发明包括制动摩擦盘，卡钳，摩擦块，显示器，电池，数字温度传感器、控制模块、摩擦块厚度检测模块、报警模块，电池分别与摩擦块厚度检测模块和数字温度传感器相连，再与控制模块连接，控制模块分别与显示器和LED蜂鸣器连接；摩擦块厚度检测模块包括多个精密电阻，每个精密电阻分别与一个定值电阻串联然后接到控制模块中，精密电阻之间并联再与电池连接。本发明提高了摩擦块的使用寿命，减少对制动***检测的工序以及次数；可更精确测出磨损情况以及判断摩擦块和制动摩擦盘是否正确接触；能实时检测制动***温度，避免热衰竭导致刹车效果衰弱。

Description

一种可智能检测磨损和实时温度的摩擦块及其检测方法
技术领域
本发明涉及一种可智能检测磨损和实时温度的摩擦块及其检测方法，属于汽车制动***自动化检测领域。
背景技术
汽车刹车靠制动摩擦盘以及摩擦块的相互作用得到汽车减速的作用，是汽车安全运行必不可缺少的一部分。汽车制动依靠制动摩擦盘以及摩擦块的摩擦作用，不可避免的会对制动摩擦块造成损耗，在汽车制动时制动摩擦盘和摩擦块的摩擦作用下会产生大量热量，导致刹车***温度过高，造成热衰竭现象，使得制动效果减弱。传统制动摩擦块的检测，其一、通过拆车的方式，即将轮胎卸下，取出制动摩擦块观察其厚度，检测工序繁琐，并且精确度不高；其二、听刹车时摩擦块以及制动摩擦盘摩擦的声音。这种检测方式误差很大，同时需要有经验的人才能听出其中差别；其三、当制动摩擦块接近极限的时候车辆会有警示声，这种检测方式误差很大，并且此时的制动摩擦块已经接近极限，会存在很大的安全隐患；其四、专利：ZL 200720170133.9提到嵌一个精密电阻在摩擦块内部，但存在的问题是只有一个电阻，对整个摩擦块的检测效果并不明显，一个电阻只能检测附近的情况，会出现摩擦不均不能检测到的情况，摩擦块未装好也是对刹车性能影响很大，同时因为摩擦不均的原因也会造成摩擦块使用寿命大大较少。传统刹车***还存在温度过高出现热衰竭现象导致制动效果变差的现象，传统的刹车***制动摩擦盘的温度是无法检测的，这样会导致刹车***温度过高制动距离变长出现交通事故的现象。
发明内容
本发明就是针对传统刹车***的弊端，基于刹车装置的结构，在每块制动摩擦块上均匀加几个精密电阻，并在通过对精密电阻通电的方式检测摩擦块的电压并转化成厚度的形式以达到准确、方便测得制动摩擦块厚度的效果。在卡钳上安装一个数字温度传感器，实时检测刹车***的温度，在温度过高的时候蜂鸣器发出报警提示声。在驾驶室内加的显示器上显示摩擦块厚度以及刹车***的温度两个数据。
本发明的技术方案是：一种可智能检测磨损和实时温度的摩擦块，包括制动摩擦盘1，卡钳2，摩擦块3，显示器6，电池7，数字温度传感器8、控制模块9、摩擦块厚度检测模块10、LED蜂鸣器11，所述电池7分别与摩擦块厚度检测模块10和数字温度传感器8相连，再与控制模块9连接，控制模块9分别与显示器6和LED蜂鸣器11连接；
所述摩擦块厚度检测模块10包括多个精密电阻4，每个精密电阻4分别与一个定值电阻串联然后接到控制模块9中，精密电阻4之间并联再与电池7连接；
所述在制动摩擦盘1两侧分别固定有摩擦块3，制动摩擦盘1通过卡钳2与其两侧的摩擦块3相互摩擦作用下制动，精密电阻4贯穿摩擦块3且精密电阻4的长度与摩擦块3的厚度一致，数字温度传感器8固定在卡钳2上；
所述控制模块9包括单片机、时钟震荡电路、复位电路、A/D转换电路；
所述控制模块9安装在发动机舱内，显示器6放在驾驶室内部。
进一步的，所述显示器6采用液晶LM016L，所述电池7为5V干电池。
进一步的，所述控制模块9中的单片机型号为AT80C51、A/D转换电路型号为ADC0809。
进一步的，所述精密电阻4和摩擦块3的接触部分包裹一层绝缘物质。
进一步的，所述摩擦块3上精密电阻4的数量为2-4个。
一种对上述摩擦块进行磨损和实时温度检测的方法为：所述摩擦块厚度检测模块10对其精密电阻4阻值信号进行测量，并将电压信号传递给控制模块9，控制模块9计算并转换成精密电阻4长度之后对精密电阻4的之间长度进行比较，在误差大于给定的误差d时报警，之后在显示器6上显示出精密电阻4的磨损长度均值，即摩擦块3的磨损厚度；数字温度传感器8将温度数字信号传输给控制模块9，控制模块9对传递过来的数字信号进行转换并计算，并在显示器6上显示实时温度，在温度超过设定的数值时LED蜂鸣器11发出报警。
所述精密电阻4长度的换算过程为：Rt为精密电阻，Vt为降落在精密电阻Rt上的电压，R0为定值电阻，V为降落在定值电阻R0上的电压，因为定值电阻与精密电阻是串联分压V+Vt＝5(V)，流过的电流值相同，即则
由物理公式得电阻阻值ρ为电阻率，l为电阻长度，s为电阻的横截面积，将带入，则降落在精密电阻上的电压电阻长度
由于精密电阻4是嵌入到摩擦块3中且两者初始厚度一致，则摩擦块3磨损的厚度D即是电阻的长度变化，即其中l0为精密电阻4的初始长度。
所述精密电阻4的之间长度比较是对每任意两个精密电阻4之间的长度进行比较，当每两个精密电阻4的长度差值的绝对值都小于给定的d时就不报警，一旦有一组差值的绝对值大于给定的d，此时触发LED蜂鸣器11报警，其中d＝0.20mm。
本发明的工作原理：
当汽车制动发生摩擦时，摩擦块3的厚度发生变化，嵌入的精密电阻4与摩擦块3同时被磨损，精密电阻4的长度发生变化就会导致其阻值也发生变化，这样就能将摩擦块3厚度的变化转换为精密电阻4阻值的变化。同时在精密电阻4上的电压也发生相应的变化，根据精密电阻4相应电压变化与精密电阻4阻值和精密电阻4长度的关系，通过控制模块9计算每个精密电阻4上的电压变化量，即可计算出每个精密电阻4的长度变化量，即是摩擦块3每个部分的损耗的厚度情况；对多个精密电阻4的长度进行比较，当每两个精密电阻4的长度差值的绝对值都小于给定的d时就不报警，一旦有一组差值的绝对值大于给定的d＝0.20mm，此时触发报警，在不报警的情况下，计算每个精密电阻4的剩余长度值均值，并将均值输出，在显示器6上显示。
显示器6放在驾驶室内部不影响驾驶员实现的角落固定，摩擦块3在制动作用下的消耗是极其缓慢的，所以驾驶员只需要偶尔看一眼显示器6就能掌控摩擦块3的消耗情况，在摩擦块3快要消耗完的时候去更换就行，控制机模块9放在发动机舱，当控制机模块9出现问题时只需要打开发动机舱就可以对控制机进行调试或更换。
本发明的有益效果：
1、提高制动摩擦块的使用寿命，使得每块摩擦块都被摩擦到快接近损毁的厚度；
2、减少对制动***检测的工序以及次数；
3、避免由于摩擦块使用过度造成的安全隐患；
4、多个电阻共同判断，可更精确测出磨损情况以及判断摩擦块和制动摩擦盘是否正确接触、摩擦块是否安装正确；
5、能实时检测制动***的温度，避免热衰竭现象导致的刹车效果衰弱。
附图说明
图1为本发明装配图；
图2为本发明制动***结构图；
图3为摩擦块俯视图；
图4为本发明电路结构框图；
图5为摩擦块厚度检测模块电路图；
图中各标号为：1-制动摩擦盘；2-卡钳；3-摩擦块；4-精密电阻；5-螺栓；6-显示器；7-电池；8-数字温度传感器；9-控制模块；10-摩擦块厚度检测模块；11-LED蜂鸣器。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-5所示，一种可智能检测磨损和实时温度的摩擦块，包括制动摩擦盘1，卡钳2，摩擦块3，显示器6，电池7，数字温度传感器8、控制模块9、摩擦块厚度检测模块10、LED蜂鸣器11，所述电池7分别与摩擦块厚度检测模块10和数字温度传感器8相连，再与控制模块9连接，控制模块9分别与显示器6和LED蜂鸣器11连接；
所述摩擦块厚度检测模块10包括多个精密电阻4，每个精密电阻4分别与一个定值电阻串联然后接到控制模块9中，精密电阻4之间并联再与电池7连接；
所述在制动摩擦盘1两侧分别固定有摩擦块3，卡钳2通过螺栓固定在制动摩擦盘1上，制动摩擦盘1通过卡钳2与其两侧的摩擦块3相互摩擦作用下制动，精密电阻4贯穿摩擦块3且精密电阻4的长度与摩擦块3的厚度一致，数字温度传感器8固定在卡钳2上，所述精密电阻4和摩擦块3的接触部分包裹一层绝缘物质。
所述控制模块9包括单片机、时钟震荡电路、复位电路、A/D转换电路；
所述控制模块9安装在发动机舱内，显示器6放在驾驶室内部；
其中所述显示器6采用液晶LM016L，所述电池7为5V干电池，所述控制模块9中的单片机型号为AT80C51、A/D转换电路型号为ADC0809。
进行检测时，所述摩擦块厚度检测模块10对其精密电阻4阻值信号进行测量，并将电压信号传递给控制模块9，控制模块9计算并转换成精密电阻4长度之后对精密电阻4的之间长度进行比较，在误差大于给定的误差d时报警，之后在显示器6上显示出精密电阻4的磨损长度均值，即摩擦块3的磨损厚度；数字温度传感器8将温度数字信号传输给控制模块9，控制模块9对传递过来的数字信号进行转换并计算，并在显示器6上显示实时温度，在温度超过设定的数值即125℃时LED蜂鸣器11发出报警。
所述精密电阻4长度的换算过程为：Rt为精密电阻，Vt为降落在精密电阻Rt上的电压，R0为定值电阻，V为降落在定值电阻R0上的电压，因为定值电阻与精密电阻是串联分压V+Vt＝5(V)，流过的电流值相同，即则
由物理公式得电阻阻值ρ为电阻率，l为电阻长度，s为电阻的横截面积，将带入，则降落在精密电阻上的电压电阻长度
由于精密电阻4是嵌入到摩擦块3中且两者初始厚度一致，则摩擦块3磨损的厚度D即是电阻的长度变化，即其中l0为精密电阻4的初始长度。
所述精密电阻4的之间长度比较是对每任意两个精密电阻4之间的长度进行比较，当每两个精密电阻4的长度差值的绝对值都小于给定的d时就不报警，一旦有一组差值的绝对值大于给定的d，此时触发LED蜂鸣器11报警，其中d＝0.20mm。
实施例2：因为电压变化是一个模拟量，而单片机所需要的是离散的数字量，所以需要将精密电阻4上的电压变化通过模数转换电路，将模拟量转换为数字量。所以将精密电阻4分别接入A/D转换电路的IN0-IN7，进行模拟量和数字量的转换。A/D转换电路转换输出的通过总线方式连接单片机，然后送入单片机，分析计算电阻上电压与摩擦片的厚度关系。由于A/D转换电路内无时钟，利用单片机提供的地址锁存允许信号(引脚ALE)经过D触发器(U6:A)2分频后获得，提供给A/D转换电路时钟信号，D触发器的引脚与A/D转换芯片(U2)的时钟信号输入端口CLOCK相连。由于A/D转换芯片具有输出三态锁存器，其8位数据输出引脚直接与数据总线相连接。地址译码器(U5)引脚Q0，Q1，Q2分别与A/D转换芯片的A，B，C相连，D0-D7接入数据总线，单片机通过输出八位二进制位选信号，由地址译码器转换为三位二进制的位选信号，送入A/D转换电路的A，B，C引脚，以选通IN0-IN7中的一个通路。然后将P2.7作为片选信号端，在启动A/D转换电路时，由单片机的写信号端(P3.6)和单片机P2.7引脚信号通过一级与非门(U4：B)控制A/D转换芯片的A/D转换电路地址锁存引脚(ALE)和转换启动引脚(START)，由于ALE和START连在一起，因此A/D转换电路片在锁存通道地址的同时，启动并进行转换。同时A/D转换电路EOC端自动置0，表示转换正在进行。在读取转换结果时，用低电平的读信号RD和P2.7引脚经过一级与非门(U4：C)后，产生正脉冲作用A/D转换电路OE(OUTPUT ENABLE)端，用来打开三态锁存器，向单片机输出转换得到的数据。当数据转换结束，A/D转换电路EOC端自动置1，表示转换结束，A/D转换电路EOC端与单片机外部中断(P3.3)相连接，转换结束，产生中断信号，单片机响应。VREF(+)和VREF(-)是作为参考电压用来与输入的模拟量信号进行比较，作为基准。
单片机复位电路：为确保单片机在***中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位，由于单片机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，电路开始正常工作。因此需要在单片机RST复位输入引脚上接一电容至Vcc端，下接一个电阻到地。
单片机时钟震荡电路：在多个芯片组成的***中，为了各芯片之间的时钟信号同步，常采用外部时钟方式，即将XTAL1接地，外接晶振和电容组成振荡器接入XTAL1和XTAL2。
数字温度传感器：数字温度传感器测量范围-55℃---+125℃，通过引脚(D0)用“一线总线”串行传给单片机直接读取温度传感器数据，且大大提高了抗干扰性。温度传感器采用外部供电方式。
显示器6放在驾驶室内部不影响驾驶员实现的角落固定，摩擦块3在制动作用下的消耗是极其缓慢的，所以驾驶员只需要偶尔看一眼显示器6就能掌控摩擦块3的消耗情况，在摩擦块快要消耗完的时候去更换就行，控制机模块9放在发动机舱，当控制机模块9出现问题时只需要打开发动机舱就可以对控制机模块9进行调试或更换。
实施例3：因为每个精密电阻4的长度只能代表改点附近的厚度，并不能代表整个摩擦块3的厚度，因为摩擦块3的安装不当的原因会造成不同的地方磨损情况不同，每块摩擦块3上都有四个精密电阻3，四个精密电阻3形成一个矩形面，具体分布情况如图3所示，这样会使得最终输出结果最能代表整个摩擦块3的厚度，并且能根据不同精密电阻4之间差值的绝对值看出不同地方的磨损情况。八个1K的定值电阻分别与八个1K精密电阻串联分压5V，当没被磨损时各占2.5V，然后将八个精密电阻接定值电阻的一端分别接入A/D转换电路的IN0—IN7，A/D转换电路将电压转换为二进制数字量，通过数据总线，送入单片机P1口，单片机对得到的数字量，单片机进行处理公式：Vt＝(float)ad_data/256，ad_data为A/D转换得到的二进制数据，因为电阻受温度影响，所以定值电阻和精密电阻4都采用受温度影响较小的金属膜电阻，电阻率为250(Ω*mm)。开始定值电阻为1000Ω，精密电阻4被磨损之前也是1000Ω，起始精密电阻4长度为l0＝10(mm)，横截面积为2.5(㎜2)。
精密电阻1上的电压V1＝1.25V，
精密电阻2上的电压V2＝1.24V，
精密电阻3上的电压V3＝1.20V，
精密电阻4上的电压V4＝1.28V，
精密电阻5上的电压V5＝1.30V，
精密电阻6上的电压V6＝1.23V，
精密电阻7上的电压V7＝1.28V，
精密电阻8上的电压V8＝1.20V，
实施例4：也可以采用每个摩擦块3嵌两个精密电阻4，嵌三个精密电阻4。只要每一块摩擦块3上面嵌的精密电阻4在2-4个这个区间都行，因为每两个精密电阻4之间要进行对比，根据不同电阻附近的磨损情况来摩擦块是否均匀摩擦，所以每块摩擦块3最少需要两个精密电阻4，一个制动***有两块摩擦块3，即最少需要四个摩擦块3。精密电阻4的电压信号首先通过A/D转换电路将信号转换成单片机能读取的信号，采用的A/D转换电路上只有八个端口，如果用过多的A/D转换电路会造成电路部分的繁琐，每个摩擦块3上四个精密电阻4就能很好的观测出整个摩擦块3的摩擦情况，所以最多选用每组四个，共八个电阻。
当每组两个，共计四个电阻时，两个电阻并排排在摩擦块中间，一前一后，在圆弧状的中线。
精密电阻1上的电压V1＝1.25V，
精密电阻2上的电压V2＝1.24V，
精密电阻3上的电压V3＝1.20V，
精密电阻4上的电压V4＝1.28V，
实施例5：当每组三个，共计六个电阻时，三个电阻并排在摩擦块中间，在圆弧状摩擦块的中线位置，三个电阻连成的曲线和圆弧的曲线保持一致。
精密电阻1上的电压V1＝1.25V，
精密电阻2上的电压V2＝1.24V，
精密电阻3上的电压V3＝1.20V，
精密电阻4上的电压V4＝1.28V，
精密电阻5上的电压V5＝1.30V，
精密电阻6上的电压V6＝1.23V，
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (7)

1.一种对摩擦块进行磨损和实时温度检测的方法，其特征在于：
所述摩擦块包括制动摩擦盘(1)，卡钳(2)，摩擦块(3)，显示器(6)，电池(7)，数字温度传感器(8)、控制模块(9)、摩擦块厚度检测模块(10)、LED蜂鸣器(11)，所述电池(7)分别与摩擦块厚度检测模块(10)和数字温度传感器(8)相连，再与控制模块(9)连接，控制模块(9)分别与显示器(6)和LED蜂鸣器(11)连接；
所述摩擦块厚度检测模块(10)包括多个精密电阻(4)，每个精密电阻(4)分别与一个定值电阻串联然后接到控制模块(9)中，精密电阻(4)之间并联再与电池(7)连接；
所述制动摩擦盘(1)两侧分别固定有摩擦块(3)，制动摩擦盘(1)通过卡钳(2)与其两侧的摩擦块(3)相互摩擦作用下制动，精密电阻(4)贯穿摩擦块(3)且精密电阻(4)的长度与摩擦块(3)的厚度一致，数字温度传感器(8)固定在卡钳(2)上；
所述控制模块(9)包括单片机、时钟震荡电路、复位电路、A/D转换电路；
所述控制模块(9)安装在发动机舱内，显示器(6)放在驾驶室内部；
对所述摩擦块进行磨损和实时温度检测的方法具体为：所述摩擦块厚度检测模块(10)对其精密电阻(4)阻值信号进行测量，并将电压信号传递给控制模块(9)，控制模块(9)计算并转换成精密电阻(4)厚度之后对精密电阻(4)的之间长度进行比较，在误差大于给定的误差d时报警，之后在显示器(6)上显示出精密电阻(4)的磨损长度均值，即摩擦块(3)的磨损厚度；数字温度传感器(8)将温度数字信号传输给控制模块(9)，控制模块(9)对传递过来的数字信号进行转换并计算，并在显示器(6)上显示实时温度，在温度超过设定的数值时LED蜂鸣器(11)发出报警。
2.根据权利要求1所述的对摩擦块进行磨损和实时温度检测的方法，其特征在于：所述精密电阻(4)长度的换算过程为：Rt为精密电阻，Vt为降落在精密电阻Rt上的电压，R0为定值电阻，V为降落在定值电阻R0上的电压，因为定值电阻与精密电阻是串联分压V+Vt＝5(V)，流过的电流值相同，即则
由物理公式得电阻阻值ρ为电阻率，l为电阻长度，s为电阻的横截面积，将带入，则降落在精密电阻上的电压电阻长度
由于精密电阻(4)是嵌入到摩擦块(3)中且两者初始厚度一致，则摩擦块(3)磨损的厚度D即是电阻的长度变化，即其中l0为精密电阻4的初始长度。
3.根据权利要求1所述的对摩擦块进行磨损和实时温度检测的方法，其特征在于：所述精密电阻(4)的之间长度比较是对每任意两个精密电阻(4)之间的长度进行比较，当每两个精密电阻(4)的长度差值的绝对值都小于给定的d时就不报警，一旦有一组差值的绝对值大于给定的d，此时触发LED蜂鸣器(11)报警，其中d＝0.20mm。
4.根据权利要求1所述的对摩擦块进行磨损和实时温度检测的方法，其特征在于：所述显示器(6)采用液晶LM016L，所述电池(7)为5V干电池。
5.根据权利要求1所述的对摩擦块进行磨损和实时温度检测的方法，其特征在于：所述控制模块(9)中的单片机型号为AT80C51、A/D转换电路型号为ADC0809。
6.根据权利要求1所述的对摩擦块进行磨损和实时温度检测的方法，其特征在于：所述精密电阻(4)和摩擦块(3)的接触部分包裹一层绝缘物质。
7.根据权利要求1所述的对摩擦块进行磨损和实时温度检测的方法，其特征在于：所述摩擦块(3)上精密电阻(4)的数量为2-4个。
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