一种制动安全保护系统及方法与流程

1.本发明涉及汽车制动安全保护领域，具体涉及一种制动安全保护系统及方法。


背景技术：

2.随着人们出行的日渐增多，越来越多的车辆会行驶在山间多弯回环道路上。这类道路的弯道多，要求驾驶员频繁进行制动，如果制动盘及摩擦片的材料组成在制造时控制得不稳定，且车辆质量较大，轮边周围零部件布置密集，空间狭小，导致摩擦片粉末无法及时被吹散，当温度达到粉末的着火点时，易产生燃烧的现象，存在较大的安全隐患。目前采用的处理方法为：制定数学模型对制动盘温度进行估算，当制动盘温度升高时，则认为制动系统发生热衰退的现象，通过esc(电子稳定系统)进行主动增压，提高制动效能。但是此种方式只能提高制动效能，无法解决因频繁制动产生的高温下，摩擦片粉末聚集而产生的自燃隐患。
3.现有的技术大多是针对制动盘进行温度监测及降温，并没有专门针对摩擦片进行降温的技术。中国发明专利《一种汽车制动系统气液两相降温装置》(cn101544226b)公开了一种汽车制动系统气液两相降温装置，包括控制单元、以喷洒制冷液的方式对汽车制动器的制动盘进行冷却的液体降温装置、以吹风方式对所述制动盘进行冷却且在液体降温装置工作结束后由控制单元控制自动启动对所述制动盘上留存的制冷液进行吹干的气体降温装置、提醒司机制动停车以对所述制动盘进行降温的告警单元以及实时对所述制动盘的温度进行检测的温度探测器一；所述温度探测器一接控制单元；液体降温装置和气体降温装置均安装在所述汽车的车体上。此发明设计合理、安装维护方便且使用效果好，能有效解决汽车长时间制动过程中的制动盘降温问题。但是并不是针对摩擦片进行降温。


技术实现要素：

4.为了解决摩擦片粉末聚集的自燃隐患问题，本发明设计了一种制动安全的保护方法，利用现有的空气悬架系统，当预感到温度接近着火点阈值时，可自动启动空气压缩机，吹散摩擦片粉末，并对制动盘及摩擦片进行风力降温，防止发生自燃。
5.本发明提供的制动安全保护系统包括直流电源、空气压缩机、空气压缩机继电器、电磁总阀、左前冷却装置和右前冷却装置；所述直流电源分别对空气压缩机和空气压缩机继电器供电，所述空气压缩机继电器控制空气压缩机的工作与不工作，所述空气压缩机中的空气通过电磁总阀进入所述左前冷却装置和右前冷却装置。
6.进一步，所述左前冷却装置包括左前冷却阀和左前冷却排气孔；所述左前冷却阀集成在所述电磁总阀中，所述左前冷却阀通过气压管路连接到左前冷却排气孔。
7.进一步，左前冷却阀为单向阀，左前冷却排气口排出的空气吹向左前摩擦片。
8.进一步，所述右前冷却装置包括右前冷却阀和右前冷却排气孔；所述右前冷却阀集成在所述电磁总阀中，所述右前冷却阀通过气压管路连接到右前冷却排气孔。
9.进一步，右前冷却阀为单向阀，右前冷却排气口排出的空气吹向右前摩擦片。
10.进一步，所述系统集成在汽车制动系统控制器的前制动摩擦副温度控制模块中，汽车制动系统控制器与空气压缩机继电器、左前冷却阀和右前冷却阀电连接。
11.本发明提供如上所述制动安全保护系统的控制方法，所述控制方法包括：
12.s1、前制动摩擦副温度的下限值为环境温度te，如果对应的前制动摩擦副当前温度t
di
(k)超过着火点阈值tf，则启动制动安全保护系统，空气压缩机继电器闭合，左/右前冷却阀打开，空气压缩机将空气从左/右前冷却排气口吹到左/右前摩擦片上；
13.s2、计算左/右前制动摩擦副的主动冷却能量w
ci
：
14.w
ci
＝(t
di
(k)-te)qcceρeδt，i＝1,2；其中，t
di
(k)为前制动摩擦副当前温度，i＝1时对应左前制动摩擦副，i＝2时对应右前制动摩擦副；qc为空气压缩机从冷却阀排出的空气排量，ce为空气比热，ρe为空气密度，δt为采样时间间隔；
15.s3、计算前制动摩擦副的主动冷却温度降低量：δt
ci
：其中，cd为前制动盘热力学系数，md为前制动盘质量；
16.s4、确定着火点阈值tf：
17.当δt
ai
＝δt
bi
+δt
ci
时，其中，δt
ai
为前制动摩擦副的摩擦温度增加量，δt
bi
为前制动摩擦副的被动冷却温度降低量；前制动摩擦副的摩擦温度增加量与降低量平衡，此时前制动摩擦副的温度不再升高，即此时的前制动摩擦副温度t
di
(k)为：i＝1,2；其中，pi为轮缸压力，bi为轮缸截面积，μi为摩擦片摩擦系数，ω
wi
为轮速，ri为制动有效半径，c
vi
为速度相关冷却系数，cd为前制动盘热力学系数，md为前制动盘质量；取着火点阈值tf小于此时的前制动摩擦副温度，即：tf＝(0.8～0.9)
×
t
di
(k)，i＝1,2；
18.s5、当前制动摩擦副温度t
di
(k)降低至环境温度te的1.1～1.2倍时，关闭制动安全保护系统，即如果t
d1
(k)《(1.1～1.2)te，则关闭左前冷却装置，如果t
d2
(k)《(1.1～1.2)te，则关闭右前冷却装置。
19.进一步，所述前制动摩擦副温度的计算步骤包括：
20.步骤一、计算前制动摩擦副的输入能量w
ai
：w
ai
＝2p
ibi
μiω
wiri
δt，i＝1,2；其中，pi为轮缸压力，bi为轮缸截面积，μi为摩擦片摩擦系数，ω
wi
为轮速，ri为制动有效半径，δt为采样时间间隔；
21.步骤二、计算前制动摩擦副的摩擦温度增加量δt
ai
：i＝1,2；其中，cd为前制动盘热力学系数，md为前制动盘质量；
22.步骤三、计算前制动摩擦副的被动冷却能量w
bi
：w
bi
＝(t
di
(k)-te)c
vicd
mdδt，i＝1,2；
23.其中，t
di
(k)为前制动摩擦副当前温度，te为环境温度，c
vi
为速度相关冷却系数；
24.步骤四、计算前制动摩擦副的被动冷却温度降低量δt
bi
：i＝1,2；
25.步骤五、计算下一时刻前制动摩擦副的温度t
di
(k+1)：
26.t
di
(k+1)＝t
di
(k)+δt
ai-δt
bi
，i＝1,2；并以此循环往复。
27.进一步，当空气悬架高度调节状态信号为正在调节时，制动安全保护系统不启动，当空气悬架高度调节状态信号为调节完毕时，制动安全保护系统有条件启动，当车辆熄火时，关闭左前冷却阀和右前冷却阀。
28.进一步，当从点火开始，车辆行驶里程超过50km后，不论前制动摩擦副温度是否超过着火点阈值，当空气悬架高度调节状态信号显示调节完毕时，启动一次制动安全保护系统，持续时间20s。
29.本发明的有益效果为：本发明当预感到温度接近着火点阈值时，可自动启动空气压缩机，并对制动盘及摩擦片进行风力降温，防止发生自燃，提高了驾驶的安全系数；本发明在现有的空气悬架系统结构基础之上，增加了一路左前冷却装置及右前冷却装置，结构简单易实现。本发明还可因行驶里程定期吹散摩擦片粉末，防止因摩擦片粉末聚集产生安全隐患。
附图说明
30.图1为制动安全保护系统结构图。
具体实施方式
31.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
32.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
33.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
34.如图1所示，本发明提供的制动安全保护系统包括直流电源、空气压缩机、空气压缩机继电器、电磁总阀、左前冷却装置和右前冷却装置；所述直流电源分别对空气压缩机和空气压缩机继电器供电，所述空气压缩机继电器控制空气压缩机的工作与不工作，所述空气压缩机中的空气通过电磁总阀进入所述左前冷却装置和右前冷却装置。所述左前冷却装置包括左前冷却阀和左前冷却排气孔；所述左前冷却阀集成在所述电磁总阀中，所述左前冷却阀通过气压管路连接到左前冷却排气孔。左前冷却阀为单向阀，左前冷却排气口排出的空气吹向左前摩擦片。
35.所述右前冷却装置包括右前冷却阀和右前冷却排气孔；所述右前冷却阀集成在所述电磁总阀中，所述右前冷却阀通过气压管路连接到右前冷却排气孔。右前冷却阀为单向
阀，右前冷却排气口排出的空气吹向右前摩擦片。
36.所述系统集成在汽车制动系统控制器的前制动摩擦副温度控制模块中，汽车制动系统控制器与空气压缩机继电器、左前冷却阀和右前冷却阀电连接。
37.本发明还提供如上所述制动安全保护系统的控制方法，所述控制方法如下，其中，i＝1时对应左前制动摩擦副，i＝2时对应右前制动摩擦副：
38.s1、前制动摩擦副温度的下限值为环境温度te，如果对应的前制动摩擦副当前温度t
di
(k)超过着火点阈值tf，则启动制动安全保护系统，空气压缩机继电器闭合，左/右前冷却阀打开，空气压缩机将空气从左/右前冷却排气口吹到左/右前摩擦片上；
39.s2、计算左/右前制动摩擦副的主动冷却能量w
ci
：
40.w
ci
＝(t
di
(k)-te)qcceρeδt(i＝1,2)，其中，t
di
(k)为前制动摩擦副当前温度，qc为空气压缩机从冷却阀排出的空气排量，ce为空气比热，ρe为空气密度，δt为采样时间间隔；
41.s3、计算前制动摩擦副的主动冷却温度降低量δt
ci
：其中，cd为前制动盘热力学系数，md为前制动盘质量；
42.s4、确定着火点阈值tf：当δt
ai
＝δt
bi
+δt
ci
时，其中，δt
ai
为前制动摩擦副的摩擦温度增加量，δt
bi
为前制动摩擦副的被动冷却温度降低量；前制动摩擦副的摩擦温度增加量与降低量平衡，此时前制动摩擦副的温度不再升高，即此时的前制动摩擦副温度t
di
(k)为：其中，pi为轮缸压力，bi为轮缸截面积，μi为摩擦片摩擦系数，ω
wi
为轮速，ri为制动有效半径，c
vi
为速度相关冷却系数，cd为前制动盘热力学系数，md为前制动盘质量；取着火点阈值tf小于此时的前制动摩擦副温度，即：tf＝(0.8～0.9)
×
t
di
(k)(i＝1,2)；
43.s5、当前制动摩擦副温度t
di
(k)降低至环境温度te的1.1～1.2倍时，关闭制动安全保护系统，即如果t
d1
(k)《(1.1～1.2)te，则关闭左前冷却装置，如果t
d2
(k)《(1.1～1.2)te，则关闭右前冷却装置。
44.所述计算前制动摩擦副温度的方法如下，其中，i＝1时对应左前制动摩擦副，i＝2时对应右前制动摩擦副：
45.步骤一、计算前制动摩擦副的输入能量w
ai
：w
ai
＝2p
ibi
μiω
wiri
δt(i＝1,2)，其中，pi为轮缸压力，bi为轮缸截面积，μi为摩擦片摩擦系数，ω
wi
为轮速，ri为制动有效半径，δt为采样时间间隔；
46.步骤二、计算前制动摩擦副的摩擦温度增加量δt
ai
：其中，cd为前制动盘热力学系数，md为前制动盘质量；
47.步骤三、计算前制动摩擦副的被动冷却能量w
bi
：
48.w
bi
＝(t
di
(k)-te)c
vicd
mdδt(i＝1,2)，其中，t
di
(k)为前制动摩擦副当前温度，te为环境温度，c
vi
为速度相关冷却系数；
49.步骤四、计算前制动摩擦副的被动冷却温度降低量δt
bi
：
50.步骤五、计算下一时刻前制动摩擦副的温度t
di
(k+1)：
51.t
di
(k+1)＝t
di
(k)+δt
ai-δt
bi
(i＝1,2)，并以此循环往复。
52.制动安全保护系统与其他信号交互：
53.当空气悬架高度调节状态信号为正在调节时，左/右前冷却阀保持关闭，制动安全保护系统不能启动，只有当空气悬架高度调节状态信号为调节完毕时，左/右前冷却阀才有条件开启，制动安全保护系统有条件启动。
54.当车辆熄火时，左/右前冷却阀如果为开启状态，需要立即关闭。
55.当从点火开始，车辆行驶里程超过50km后，不论前制动摩擦副温度是否超过着火点阈值，只要空气悬架高度调节状态信号为调节完毕，则启动一次制动安全保护系统，持续时间20s，用于定时吹散残余的摩擦片粉末。