CN107672580A - 一种汽车长下坡制动效能动态监测、报警***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种汽车长下坡制动效能动态监测、报警***及方法，其特征在于：是通过陀螺仪和CAN模块采集路面坡度和滑移率，由信息采集及控制单元采集并计算，在考虑制动力分配系数的前提下，根据各个车轮的垂直载荷计算出车轮制动力，再计算出制动效能异常判断函数的值，从而判断制动效能是否异常。本发明实现了在动态效果下从总体上监测制动***的状况，解决了当同轴两侧车轮制动***同时发生故障不能有效检测的问题，能够实现单个车轮、同轴车轮、对角线车轮等多个车轮制动***同时发生故障的监测和报警。
Description
技术领域
本发明涉及一种汽车长下坡制动效能动态监测报警***及方法，属于汽车电子及安全技术领域。
背景技术
在我国目前的公路***中，山岭重丘区的公路连续下坡路段交通事故率相对较高，其中大型、特大型交通事故尤为突出。下长坡时车辆连续长时间制动，由于制动器温度升高、制动摩擦副磨损等原因导致制动性能衰退甚至失去制动能力，是下长坡道路交通事故多发的主要原因之一。现国内外对于长下坡制动效能的研究主要集中于温升机理、离线的制动效能恒定性评价、交通安全标志设计与设置等，而对于动态监测的研究较少，仅局限于针对具体零部件的故障监测(如储气筒压力报警、制动器磨损报警等)。因此，有必要开发一种汽车长下坡制动效能动态监测、报警***及方法，实现在车辆下长坡过程中对制动性能进行监测和异常报警处理，进一步保障车辆的运行安全。
发明内容
为解决上述现有技术之不足，本发明提供一种汽车下长坡制动效能动态监测、报警***及方法。该***通过实时监测坡度和各个车轮的滑移率，结合制动力分配系数，从整体上对汽车长下坡时的行车制动***效能进行动态监测，既能够在其制动***异常时给驾驶员提供及时预警信息，更能在同轴或多个车轮制动***同时发生故障时及时发现异常，为安全行车提供一种有效的危险预防技术。
本发明解决以上技术问题所采用的技术方案如下：一种汽车长下坡制动效能动态监测、报警***，包括信号感知部分、信息采集及控制单元和报警提示单元；
所述信号感知部分包括陀螺仪和CAN模块，所述陀螺仪采集路面坡度，并输出至信息采集及控制单元，所述CAN模块接收原车CAN总线发送的车辆ABS滑移率信号，并输出至信息采集及控制单元；
所述信息采集及控制单元包括信息采集模块、垂直载荷计算模块、车轮制动力Wi计算模块、制动效能异常判断函数LDi计算模块、制动效能判断模块；
所述报警提示单元包括蜂鸣报警装置和语音报警装置。
所述信息采集模块采集路面坡度信息、各个车轮的滑移率信号；
所述垂直载荷计算模块根据路面坡度和车辆参数计算各个车轮的垂直载荷；
所述车轮制动力Wi计算模块计算各个车轮的制动力；
所述制动效能异常判断函数LDi计算模块计算制动效能异常判断函数LDi的具体值，i＝1,2,3,4，代表左前、右前、左后、右后四个车轮；
所述制动效能判断模块根据LDi的值判断车辆是否异常，并指令所述报警提示单元报警。
所述蜂鸣报警装置按报警级别设置不同的蜂鸣频率。
一种实现汽车长下坡制动效能动态监测、报警方法，包括如下步骤：
1)信息采集及控制单元采集路面坡度α和各个车轮的滑移率si(i＝1,2,3,4)；
2)计算各个车轮的垂直载荷FZi(i＝1,2,3,4)；
3)计算各个车轮的制动力Wi(i＝1,2,3,4)；
4)计算各个车轮的制动效能异常判断函数LDi(i＝1,2,3,4)；
5)无论哪个车轮，定义当LDi＝0时表示制动性能正常，当LDi＞0时表示制动性能异常；否则返回1)继续监测。
计算各个车轮的垂直载荷FZi(i＝1,2,3,4)的过程如下：
1)车辆左前轮的垂直载荷为：
2)车辆右前轮的垂直载荷为：
3)车辆左后轮的垂直载荷为：
4)车辆右后轮的垂直载荷为：
其中，L1、L2分别为质心到前、后轴的水平距离；D1、D2分别为质心到左侧车轮中心连接线的水平距离和到右侧车轮中心连接线的水平距离；G为车辆重量；α为路面纵向坡度，由陀螺仪测得；h为质心高度。
计算各个车轮的制动力Wi(i＝1,2,3,4)过程如下：
车辆右后轮的制动力为：
1)车辆左前轮的制动力为：
W1＝FZ1s1(1-β) (2.1)
2)车辆右前轮的制动力为：
W2＝FZ2s2(1-β) (2.2)
3)车辆左后轮的制动力为：
W3＝FZ3s3β (2.3)
4)车辆右后轮的制动力为：
W4＝FZ4s4β (2.4)
其中，FZi(i＝1,2,3,4)分别表示车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的垂直载荷，si(i＝1,2,3,4)分别表示车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的滑移率；β为制动器制动力分配系数，表示前轴制动器制动力与前后轴总制动器制动力之比。
各个车轮的制动效能异常判断函数LDi的计算公式如下：
当LDi≥0.1时开始报警。
当进行报警时，按LDi的值划分报警级别，LDi值越大报警级别越高，对应的蜂鸣器频率越大，反之越小。
本发明的突出特点体现在：首先，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；第二，解决了当同轴两侧车轮制动***同时发生故障不能有效检测的问题，能够实现单个车轮、同轴车轮、对角线车轮等多个车轮制动***同时发生故障的监测和报警。第三，***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。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
图1为汽车长下坡制动效能在线监测及报警***结构示意图。
图2为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
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述，但本领域的技术人员应该知道，以下实施例和附图并不是对本发明技术方案作的唯一限定，凡是在本发明技术方案精神实质下所做的任何等同变换或改动，均应视为在本发明的保护范围之内。
汽车长下坡制动效能是汽车运行安全性能监测的重要内容，通过对汽车长下坡行车制动效能的实时监测，判断汽车行车制动效能的状态，保证在异常时及时向驾驶员提供报警信息，预防交通事故。
本发明提供的汽车长下坡制动效能监测及报警***，在硬件上的结构组成如图1所示，其主要包括三个部分：信号感知部分、信息采集及控制单元、报警提示单元，下面结合附图和实时例对本发明各部分作进一步说明。
1、信号感知部分
信号感知部分包括陀螺仪1、CAN模块2等，陀螺仪1安装在车架上，主要是采集路面坡度(路面坡度就是车辆行驶的路面的纵向坡度)信息并输出至信息采集及控制单元3；CAN模块2接收原车CAN总线发送的ABS滑移率信号，并输出到信息采集及控制单元3。
2、信息采集及控制单元
如图2所示，信息采集及控制单元3包括信息采集模块31、各个车轮的垂直载荷计算模块32、计入制动力分配的前后轴车轮制动力Wi计算模块33、制动效能异常判断函数LDi计算模块34、制动效能判断模块35。
车辆在恒速长下坡过程中，信息采集及控制单元3的信息采集模块31利用陀螺仪1实时采集坡度信息、通过CAN模块2采集各个车轮的滑移率信号；垂直载荷计算模块32根据坡度和车辆参数计算各个车轮的垂直载荷；车轮制动力Wi计算模块33结合制动力分配系数，计算前后轴车轮制动力；制动效能异常判断函数LDi计算模块34实时计算下坡恒速制动***性能异常判断函数LDi(i＝1,2,3,4，分别代表各个车轮)的具体值；在车辆运行过程中，信息采集及控制单元实时计算和判断，制动效能判断模块35判断当LDi≥0.1时，进行异常报警。
设定报警级别G如表1所示：
表1报警级别
| 异常判断函数LDi | G | 说明 |
| LDi<0.1 | 0 | 性能正常 |
| LDi≥0.1 | 1 | 制动***故障 |
理论上只要LDi＞0就应该报警，但考虑到误差等原因，设置为≥0.1。在此基础上还可以细分报警级别，LDi值越大报警级别越高，对应不同的蜂鸣器的频率也不一样，报警级别越高，设置的蜂鸣器越急促或者越响亮。
信息采集及控制单元3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提示单元4。
3、报警提示单元
报警提示单元4包括蜂鸣报警装置41、语音报警装置42等，信息采集及控制单元3接收信号感知部分的信息进行处理后，根据处理结果将信号传递给各报警装置。进一步地，蜂鸣和语音可以同时报警，也可以之一报警。
报警提示单元的报警方式如表2所示。
表2报警方式
本发明通过实时监测路面坡度和各个车轮的滑移率，结合制动力分配系数对各个车轮制动状态进行监测，在恒速下长坡过程中实时计算LDi值，以判断制动***是否因管路泄漏、制动器磨损、制动器过热等原因造成制动***性能异常，及时提醒驾驶员采取安全措施，保障安全行车。
信息采集及控制单元3各模块执行的计算过程具体描述如下：
(1)垂直载荷的计算
1)车辆左前轮的垂直载荷为：
2)车辆右前轮的垂直载荷为：
3)车辆左后轮的垂直载荷为：
4)车辆右后轮的垂直载荷为：
其中，FZ1、FZ2、FZ3、FZ4分别代表车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的垂直载荷；L1、L2分别为质心到前、后轴的水平距离；D1、D2分别为质心到左侧车轮中心连接线的水平距离和到右侧车轮中心连接线的水平距离；G为车辆重量；α为路面纵向坡度，由陀螺仪测得；h为质心高度。
(2)前后轴车轮制动力Wi的计算
本发明考虑前后轴制动力分配的影响，定义Wi(i＝1,2,3,4)车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的制动力分别为：
W1＝FZ1s1(1-β) (2.1)
W2＝FZ2s2(1-β) (2.2)
W3＝FZ3s3β (2.3)
W4＝FZ4s4β (2.4)
车辆制动***性能全部良好时，存在以下关系：
W1＝W2＝W3＝W4 (3)
其中，si(i＝1,2,3,4)分别表示车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的滑移率；β为制动器制动力分配系数，表示前轴制动器制动力与前后轴总制动器制动力之比，制动力分配系数在车辆技术参数里可以查到。
(3)制动效能异常判断函数LDi的计算
无论哪个车轮，定义当LDi<0.1时表示制动性能正常，当LDi≥0.1时表示制动性能异常，进行异常报警。
车辆控制***工作时的具体流程如下：
1)采集坡度α和各个车轮的滑移率si(i＝1,2,3,4)；
2)计算各个车轮的垂直载荷FZi(i＝1,2,3,4)；
3)计算Wi(i＝1,2,3,4)；
4)计算LDi(i＝1,2,3,4)；
5)LDi≥0.1，是进行报警，否则返回1)再继续监测。
综上所述，本发明***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。信息感知部分利用陀螺仪、原车CAN总线采集路面纵向坡度、各个车轮的滑移率信息，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***是否发生故障，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 (9)
1.一种汽车长下坡制动效能动态监测、报警***，其特征在于：包括信号感知部分、信息采集及控制单元(3)和报警提示单元(4)；
所述信号感知部分包括陀螺仪(1)和CAN模块(2)，所述陀螺仪(1)采集路面坡度，并输出至信息采集及控制单元(3)，所述CAN模块(2)接收原车CAN总线发送的车辆ABS滑移率信号，并输出至信息采集及控制单元(3)；
所述信息采集及控制单元(3)包括信息采集模块(31)、垂直载荷计算模块(32)、车轮制动力Wi计算模块(33)、制动效能异常判断函数LDi计算模块(34)、制动效能判断模块(35)；
所述报警提示单元(4)包括蜂鸣报警装置(41)和语音报警装置(42)。
2.根据权利要求1所述的汽车长下坡制动效能动态监测、报警***，其特征在于：
所述信息采集模块(31)采集路面坡度信息、各个车轮的滑移率信号；
所述垂直载荷计算模块(32)根据路面坡度和车辆参数计算各个车轮的垂直载荷；
所述车轮制动力Wi计算模块(33)计算各个车轮的制动力；
所述制动效能异常判断函数LDi计算模块(34)计算制动效能异常判断函数LDi的具体值，i＝1,2,3,4，代表左前、右前、左后、右后四个车轮；
所述制动效能判断模块(35)根据LDi的值判断车辆是否异常，并指令所述报警提示单元(4)报警。
3.根据权利要求1或2所述的汽车长下坡制动效能动态监测、报警***，其特征在于：所述蜂鸣报警装置(41)按报警级别设置不同的蜂鸣频率。
4.一种根据权利要求1～3之一所述***实现的汽车长下坡制动效能动态监测、报警方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)信息采集及控制单元(3)采集路面坡度α和各个车轮的滑移率si(i＝1,2,3,4)；
2)计算各个车轮的垂直载荷FZi(i＝1,2,3,4)；
3)计算各个车轮的制动力Wi(i＝1,2,3,4)；
4)计算各个车轮的制动效能异常判断函数LDi(i＝1,2,3,4)；
5)无论哪个车轮，定义当LDi＝0时表示制动性能正常，当LDi＞0时表示制动性能异常；否则返回1)继续监测。
5.根据权利要求4所述的汽车长下坡制动效能动态监测、报警方法，其特征在于，计算各个车轮的垂直载荷FZi(i＝1,2,3,4)的过程如下：
1)车辆左前轮的垂直载荷为：
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2)车辆右前轮的垂直载荷为：
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3)车辆左后轮的垂直载荷为：
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其中，L1、L2分别为质心到前、后轴的水平距离；D1、D2分别为质心到左侧车轮中心连接线的水平距离和到右侧车轮中心连接线的水平距离；G为车辆重量；α为路面纵向坡度，由陀螺仪测得；h为质心高度。
6.根据权利要求4所述的汽车长下坡制动效能动态监测、报警方法，其特征在于，计算各个车轮的制动力Wi(i＝1,2,3,4)过程如下：
车辆右后轮的制动力为：
1)车辆左前轮的制动力为：
W1＝FZ1s1(1-β) (2.1)
2)车辆右前轮的制动力为：
W2＝FZ2s2(1-β) (2.2)
3)车辆左后轮的制动力为：
W3＝FZ3s3β (2.3)
4)车辆右后轮的制动力为：
W4＝FZ4s4β (2.4)
其中，FZi(i＝1,2,3,4)分别表示车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的垂直载荷，si(i＝1,2,3,4)分别表示车辆左前轮、右前轮、左后轮、右后轮的滑移率；β为制动器制动力分配系数，表示前轴制动器制动力与前后轴总制动器制动力之比。
7.根据权利要求4或6所述的汽车长下坡制动效能动态监测、报警方法，其特征在于，各个车轮的制动效能异常判断函数LDi的计算公式如下：
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8.根据权利要求4或7所述的汽车长下坡制动效能动态监测、报警方法，其特征在于，当LDi≥0.1时开始报警。
9.根据权利要求4～8之一所述的汽车长下坡制动效能动态监测、报警方法，其特征在于，当进行报警时，按LDi的值划分报警级别，LDi值越大报警级别越高，对应的蜂鸣器频率越大，反之越小。
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