卞秀晗 許振飛 許齊放

摘要：設(shè)計(jì)了一種剎車片厚度探測方法。闡述了溫度探測的基本原理、探測裝置的組成及制作、剎車片探測尺寸范圍的劃分及電阻阻值的確定。該方法可用于對剎車片厚度范圍的探測，與汽車控制系統(tǒng)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)對剎車片溫度信息的反饋、預(yù)警或在剎車片厚度低于極限使用溫度的情況下對車輛的控制。

關(guān)鍵詞：溫度探測方法;剎車片;汽車安全

高溫壓力傳感器以其優(yōu)良的高溫工作能力在壓力傳感器中一直受到高度重視，是傳感器研究的重要領(lǐng)域之一，也是各國政府努力掌握的高科技技術(shù)之一。高溫壓力傳感器是指在高于125℃環(huán)境下能正常工作的壓力傳感器。其在石油、化工、冶金、汽車、航空航天、工業(yè)過程控制、兵器工業(yè)甚至食品工業(yè)中都有著廣闊的應(yīng)用前景，例如：高溫油井內(nèi)的壓力測量、各種發(fā)動(dòng)機(jī)腔體內(nèi)的壓力測量、汽車制動(dòng)系統(tǒng)中剎車片的實(shí)時(shí)監(jiān)測、宇宙飛船和航天飛行器的姿態(tài)控制、高速飛行器或遠(yuǎn)程超高速導(dǎo)彈的飛行控制、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、火箭、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等耐熱腔體和表面各部分的壓力測量。尤其在汽車領(lǐng)域耐高溫傳感器的應(yīng)用越來越廣泛。

1、國內(nèi)外現(xiàn)狀

在20世紀(jì)60年代，汽車上僅有機(jī)油壓力傳感器、油量傳感器和水溫傳感器，它們與儀表或指示燈連接。進(jìn)入70年代后，為了治理排放，又增加了一些傳感器來幫助控制汽車的動(dòng)力系統(tǒng)，因?yàn)橥诔霈F(xiàn)的催化轉(zhuǎn)換器、電子點(diǎn)火和燃油噴射裝置需要這些傳感器來維持一定的空燃比以控制排放。80年代，防抱死制動(dòng)裝置和氣囊提高了汽車安全性。

今天，傳感器有用來測定各種流體溫度和壓力（如進(jìn)氣溫度、氣道壓力、冷卻水溫和燃油噴射壓力等）的傳感器;有用來確定各部分速度和位置的傳感器（如車速、節(jié)氣門開度、凸輪軸、曲軸、變速器的角度和速度、排氣再循環(huán)閥（EGR）的位置等）;還有用于測量發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷、爆震、斷火及廢氣中含氧量的傳感器;確定座椅位置的傳感器;在防抱死制動(dòng)系統(tǒng)和懸架控制裝置中測定車輪轉(zhuǎn)速、路面高差和輪胎氣壓的傳感器;保護(hù)前排乘員的氣囊，不僅需要較多的碰撞傳感器和加速度傳感器。

2、研究方案的設(shè)計(jì)思想及論證

2.1存在問題。在車輛的運(yùn)輸過程中，其制動(dòng)系統(tǒng)的工作情況受到路況環(huán)境的影響較為明顯。例如在我國的西南地區(qū)，其長坡路段較為常見，在這種路況下行駛，如果長時(shí)間的對車輛進(jìn)行制動(dòng)，則會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)襯片持續(xù)的摩擦生熱，可能會(huì)超過制動(dòng)襯片的300℃左右的最高工作溫度，最高時(shí)制動(dòng)片的溫度可達(dá)400～500℃。制動(dòng)片的升溫會(huì)導(dǎo)致制動(dòng)片的摩擦性能下降，進(jìn)而導(dǎo)致制動(dòng)失效或者高溫引燃車輛輪胎著火。如何在車輛的行駛過程中，根據(jù)行駛的路況、車輛自身參數(shù)等對制動(dòng)系統(tǒng)的工作狀態(tài)進(jìn)行判斷，并且對影響車輛安全行駛的因素進(jìn)行預(yù)警，成為車輛安全駕駛領(lǐng)域需要解決的技術(shù)問題。

2.2設(shè)計(jì)理念。一款具有市場競爭力的耐高溫磨損傳感器不僅在功能上要求完善，其性能也必須穩(wěn)定可靠，才能在市場上具有長久的生命力。依據(jù)當(dāng)前電子技術(shù)的發(fā)展水平，針對汽車制動(dòng)系統(tǒng)的功能特性，對耐高溫磨損傳感器的性能提出了以下設(shè)計(jì)要求：耐高溫性，車輛在制動(dòng)的過程中，會(huì)在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，這就要求我們的傳感器必須是耐高溫的，能承受剎車片發(fā)熱帶來的影響，正常檢測和工作。

安裝于汽車剎車片位置的耐高溫磨損溫度傳感器能夠在感應(yīng)制動(dòng)襯片溫度的同時(shí)一并檢測其制動(dòng)襯片是否處于合理的厚度區(qū)間，可以對不同的磨損量發(fā)出不同的磨損報(bào)警信號(hào)，信號(hào)反饋至ECU，ECU對信號(hào)進(jìn)行處理以獲得車身重量是否超重、是否處于下坡路段、是否處于制動(dòng)襯片的高溫狀態(tài)以及是否需要更換制動(dòng)襯片。

耐高溫磨損溫度傳感器的二次儀表采用單片機(jī)及其外部電路組成，其能夠?qū)⒔尤牒蟮哪p端部分的電阻值進(jìn)行分析處理后，獲取對應(yīng)的溫度信息和制動(dòng)磨損信息，并且轉(zhuǎn)化為供ECU識(shí)別的信號(hào)輸出。ECU能夠?qū)⒃撔盘?hào)傳遞至汽車中控的顯示屏上進(jìn)行顯示，也可以將該信號(hào)通過無線通訊方式傳遞至遠(yuǎn)程服務(wù)器。

2.3設(shè)計(jì)思路。在整個(gè)儀表系統(tǒng)的研究過程中，研究工作主要設(shè)計(jì)思路如下：

傳感器理論的研究。通過閱讀大量傳感器技術(shù)方面的文獻(xiàn)，了解課題研究工作的最新進(jìn)展，較好的學(xué)習(xí)了傳感器的技術(shù)特點(diǎn)。為后續(xù)研究高分子耐高溫磨損傳感器奠定了理論基礎(chǔ)。

材料的準(zhǔn)備和結(jié)構(gòu)的組成，磨損端采用導(dǎo)熱性能好的銅柱作為材質(zhì)，熱電偶補(bǔ)償線采用正極導(dǎo)線為鎳鉻材質(zhì)的導(dǎo)線，負(fù)極導(dǎo)線為采用鎳硅材質(zhì)的導(dǎo)線，按照功能的技術(shù)要求對傳感器進(jìn)行結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和組裝。

3、研究內(nèi)容、路線及方法

3.1研究內(nèi)容。雙線型高分子耐高溫磨損傳感器設(shè)計(jì)包括磨損端和二次儀表，其中磨損端設(shè)計(jì)并聯(lián)的多級報(bào)警回路以及與多級報(bào)警回路串聯(lián)的熱敏電阻，磨損端的輸出端口通過內(nèi)部安裝的K型熱電偶補(bǔ)償線與二次儀表的輸入端口連接。雙線型高分子耐高溫磨損傳感器磨損端采用導(dǎo)熱性能好的銅柱作為材質(zhì)，并且設(shè)計(jì)多級報(bào)警回路設(shè)計(jì)無電阻串聯(lián)的一級導(dǎo)線回路、串聯(lián)有電阻R2的二級導(dǎo)線回路和串聯(lián)有電阻R1的三級導(dǎo)線回路。

3.2研究路線與方法。第一步：理論成型。針對公司研究發(fā)展方向及目標(biāo)客戶群提出的技術(shù)要求，結(jié)合我公司豐富的電子科技研發(fā)和工程現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)，選擇雙線型高分子耐高溫磨損傳感器為研究開發(fā)對象，搜集學(xué)術(shù)資料、技術(shù)報(bào)告，有針對性提出理論模型。第二步：理論轉(zhuǎn)化成現(xiàn)實(shí)。利用公司已有設(shè)備及研究開發(fā)人員，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和程序，并制作樣品。第三步：反復(fù)調(diào)試。樣品制作初步完成之后，由我公司人員進(jìn)行試用，發(fā)現(xiàn)存在的問題及遺漏，修改完善傳感器樣品，直至樣品工作效果達(dá)到預(yù)期目的。第四步：客戶試用。小范圍內(nèi)推廣，免費(fèi)給客戶試用，調(diào)查客戶試用過程中儀表信息采集不正確、反饋不準(zhǔn)確、無法正常工作等情況，及時(shí)調(diào)整修改。第五步：全國范圍內(nèi)推廣。

4、技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)及成熟度

安裝于汽車剎車片位置的耐高溫磨損溫度傳感器能夠在感應(yīng)制動(dòng)襯片溫度的同時(shí)一并檢測其制動(dòng)襯片是否處于合理的厚度區(qū)間，可以對不同的磨損量發(fā)出不同的磨損報(bào)警信號(hào)，信號(hào)反饋至ECU，ECU對信號(hào)進(jìn)行處理以獲得車身重量是否超重、是否處于下坡路段、是否處于制動(dòng)襯片的高溫狀態(tài)以及是否需要更換制動(dòng)襯片。

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（作者單位：臨沂高新區(qū)鴻圖電子有限公司）