商用车鼓式/盘式制动器制动效能监控系统设计文献综述
2020-04-14 16:21:49
目的及意义
我国山区面积较大，大约有75%的国土面积为山地、高原和丘陵地形，山地占地面积比较大，尤其是在中西部地区，以山岭区、高原和重丘为主，在这些地区存在着大量长大下坡，行驶的多为运输货物的车辆，多数为营运载货的重型汽车。重型车辆在我国长大下坡路段交通事故频发。据统计，由制动失效及制动不良所引发的事故数量占事故数量总数的 ４％以上，死亡人数占死亡总人数约 ７％，受伤人数占受伤总人数约４％，直接财产损失占总数的约４％。分析道路交通事故的引发原因，机械故障导致的制动失效所占比例极小，绝大部分是由于制动系统出现热衰退现象，且肇事车辆多为装配鼓式制动器的重型车辆。本文主要针对载货汽车鼓式制动器，设计一种商用车制动器制动效能监控系统，通过该系统实时的监测制动器制动效能，并及时将制动鼓温度信息传递给驾驶员，将温度控制在安全行驶温度以下，保证制动器在制动时具有足够的制动效能，使制动器处于最佳的工作状态，有效减少热衰退现象的出现，从而减少交通事故的发生，提高载货汽车的行驶安全性。
国内研究现状
| 作 者 | 研 究 内 容 |
| 郭长青 | 本实用新型公开了一种主动式汽车刹车系统温度实时检测与行车安全监控装置，包括控制装置、信号采集装置和喷水装置，所述的控制装置分别与喷水装置、信号采集装置连接，所述的信号采集之温度传感器设置于汽车轮毂或者盘式制动器上。 |
| 周阳, 刘云飞 | 针对目前机动车制动性能中检测依靠车管部门强制检测所带来的检测周期长、自主检测能力差的问题,利用三轴传感器的特性结合改进的向后积分算法实时检测机动车的制动性能信息并通过移动网络发送测试数据。简述了系统的硬件组成与操作流程。该系统功能齐全、成本低廉、安装方便具有较好的经济与社会效益。 |
| 罗文发, 郭建伟 | 论述基于ABS的轮胎气压监测和车辆制动性能监控的理论算法、工作原理和技术状态。该拓展功能通过ABS的轮速采集系统获得所需要的信号,无需增加零部件即可实现其功能,因此这种高度的集成化不仅可以大大降低成本,而且可以提高汽车的整体安全行驶性能。 |
| 金剑 | 开发了基于CAN总线的制动系统温度监测系统，有效的克服了布线复杂、运行可靠性低的缺点，能够对各种信号数据进行实时的监测，保障了行车的安全。 |
| 史培龙, 刘瑞, 余强 | 针对山区公路交通的安全问题,研究一种适用于重型货车的坡道运行安全监控系统。通过实际数据分析事故发生的原因确定需要监控的指标即制动器温度、制动主缸压力、制动轮缸压力、制动管路压力、制动减速度、下坡坡度等参数，选用Freescale MC9S12DG128B 单片机,并设计信号采集、信号处理、数据通信等功能模块和人机交互智能仪表,构建了重型货车坡道运行智能监控系统。 |
| 王坤, 李海斌, 刘晓东 | 对采用粉末冶金摩擦材料的制动器和采用陶瓷摩擦材料的制动器进行了试验研究，绘出单位平均制动力矩和初始制动温度之间的关系，得出不同摩擦材料热衰退性能有较大差异的结论，新型材料的制动器在200℃-400℃的高温区仍具有较高的制动效能或较稳定的制动性能。 |
| 傅向祥, 张博 | 提出在长下坡路侧设置载货汽车制动器温度实时监测与预警系统,并结合山区隧道洞口的主动安全措施,详细阐述了该系统的必要性、系统组成、工作模式及存在的不足。通过对该系统的构建,为载货汽车提供了一种长下坡主动安全措施。 |
| 李富明, 吴继宗, 朱萍玉 | 针对行车中制动鼓温度过高易导致破裂等的安全问题,分析了鼓式制动器的结构和制动器温升过高的成因,提出了一种基于热电偶和单片机的大型重载货车制动鼓温度实时监测和报警系统。 |
| 王丰元, 钟健, 杨立超 | 针对半挂车制动器温度过高带来的制动热衰退性, 摩擦材料失效和爆胎等风险, 给出了一种基于STM32单片机的驾敦员辅助多路制动器温度无线监测系统。 |
| 杨鹏飞, 付 锐, 王 畅 | 针对鼓式制动器温度测量中存在的难点，设计了一种基于无线数据传输的制动鼓温度测量系统。 |
| 秦梓华, 斯显冲 | 该专利涉及一种全自动汽车制动鼓温度测控装置，它基于红外测温技术实时监测制动鼓的温度。 |
国外研究状况
| 作 者 | 研 究 内 容 |
| Day | 通过有限元分析方法进行仿真分析，将制动器建立二维建模，然后分析制动器接触摩擦面的压力分布，找出不同摩擦系数对制动性能影响关系。
|
| A.F. Emery | 主要描述了制动和制动释放过程中，在三种不同的操作车辆类型情况下，利用有限元分析的方法来预测和测量制动系统中制动液和制动盘的温度、压力以及其它量。 |
| Frank，Joseph Sonzala 等 | 发明了一种轮端总成高温预警系统，该发明是针对轮端总成温度过高问题而设计了一种预警系统，当发生轮端组件轴承故障或拖拉机拖车等车辆制动相关故障时，组件和轮轴区的温度可能使轮胎或润滑剂被点燃，从而引起燃烧或使车辆车轮锁止。当温度过高时，本系统能够根据预设的温度值，及时向驾驶员发出报警。 |
| Adrian Yoneda, á lvaro Costa 等 | 主要运用计算方法来模拟鼓式制动器上的冷却效果，从而在制动器最后设计阶段提供必要的改进。研究中运用计算流体研究技术来描述了制动器总成的热效应，并且运用该方法描述了制动过程中在一个典型循环内卡车后轮组件(包括中心、制动鼓、制动片、钢圈和轮胎)的不稳定热消耗情况。 |
| G. Xue，L. Hu，Y. Sun. | 基于标准《货车、客车制动器台架试验方法》进行模拟中型货车满载状态连续长下坡鼓式制动器制动实验，详述了实验方案和实验分析的过程，拟合出在不同初速度下中型货车满载状态连续长下坡时鼓式制动器摩擦片表面、制动蹄顶部和制动蹄内侧３个部位的温度变化规律，推导出摩擦片失效温度与制动蹄顶部及内侧危险温度阈值之间对应关系，得到当初速度不断上升的过程中，摩擦片表面失效温度和制动蹄顶部和内侧的拟合危险温度阈值在一定范围内也同时上升的结论。 |
| Wibowo, D. B , Haryanto等 | 根据印尼商用巴士的特点，从热分析角度出发，发现对于载车质量为15吨，初速度为80 km/h的客车，当停在平坦道路上时，温度随着时间的推移而升高，在偏角为20°时，最高温度达到270.1°C，达到311.2°C。这些温度超过了制动油DOT 3和DOT 4的蒸发温度。除此之外，制动温度的大小也可能降低30%以上的摩擦系数。制动器反复踩下，高减速度也会导致制动衬片很快磨损，必须每1个月更换一次，同时会出现较大的热应力，从而导致热裂纹或热疲劳裂纹。 |
| | 建立了一个新的温度集，用于表征盘式制动器的摩擦温升。制动过程中产生的摩擦温升是直接影响盘式制动器摩擦性能的一个重要因素。目前，已有的研究大多只通过平均温度或最高温度等静态参数来表征自由流温度，不能准确反映制动过程中温度变化的动态特性。本文提取了一个新的温度参数集，并通过实验研究了制动条件对这些参数的影响。 |
2. 研究的基本内容与方案
{title}研究的基本内容：
（1）研究分析制动过程中的能量转换过程。
（2）研究制动鼓温度对制动效能的影响，建立温度与制动效能间的关系。
（3）制动鼓温度监控方案。
研究目标是完成一套能实时监控车辆的制动效能，根据预设危险温度发出警报的监控系统，以提高驾驶的主动安全性，减少事故发生。
技术方案：了解制动器结构原理→制动过程能量分析→确定制动失效温度阈值→制动蹄摩擦衬片温度监测模块设计→数据处理模块设计→预警报警模块设计→人机交互模块设计→各模块链接，完成监控系统→系统验证及改善优化→相关图纸绘制→整理资料系统总结。
3. 参考文献[1] 王占国, 苏琳. 重型货车制动鼓温度监控报警系统设计[J]. 大众汽车, 2015(2).
[2] 国俭. 载货汽车制动器温度监测及预警系统研究[D]. 吉林大学, 2014.
[3] 郭长青.主动式汽车刹车系统温度实时检测与行车安全监控装置:中国,CN201220087123.X[P].2012-11-28.
[4] 周阳, 刘云飞. 基于加速度传感器的机动车制动性能监测系统[J]. 山西电子技术, 2014(3):34-36.
[5] 罗文发, 郭建伟. 基于ABS的轮胎气压监测和车辆制动性能监控[J]. 汽车电器, 2007(11):52-55.
[6] 金剑. 基于CAN总线的车辆制动装置监控系统设计[J]. 智慧工厂, 2014(5):92-94.
[7] 史培龙, 刘瑞, 余强, et al. 重型货车坡道运行安全监控系统[J]. 科技导报, 2015, 33(4):104-110.
[8] 王坤, 李海斌, 刘晓东. 制动器制动温度对制动性能的影响[J]. 中国新技术新产品, 2013(23).
[9] 傅向祥, 张博. 长下坡载货汽车制动器温度监测及预警系统搭建[J]. 城市地理, 2017:230.
[10] 李富明, 吴继宗, 朱萍玉. 大型重载货车制动鼓温度实时监测系统研究[J]. 农机使用与维修, 2017(1).
[11] 王丰元, 钟健, 杨立超, et al. 基于STM32单片机的卡车制动器温度无线监测系统设计[J]. 工业仪表与自动化装置, 2017(6):65-69.
[12] 杨鹏飞, 付 锐, 王 畅. 基于nRF2401的鼓式制动器温度监测系统设计[J]. 科技导报, 2010, 28(18):84-88.
[13] 秦梓华, 斯显冲. 一种全自动汽车制动鼓温度测控装置:.
[14] A.J.Day. Drum brake interface pressure distributions. Proceeding of The Institution of Mechanical Engineers,1991,205(2):127-136.
[15] A.F. Emery. Measured and Predicted Temperatures of Automotive Brakes under Heavy or Continuous Braking. Department of Mechanical Engineering University of Washington 2003 SAE International Truck and Bus Meeting and Exhibition Fort Worth, Texas November 10-12, 2003.
[16] Frank Joseph Sonzala,San Antonio,TX(US) at.l.Wheelend Assembly High-temprature Warning.Uniated States Patent, Patent NO. :US 8186403B2,May 29, 2012.
[17] Adrian Yoneda, á lvaro Costa at.l. Analysis of Drum Brake System with Computational Methods. 11th Colloquium Internacional SAE BRASIL de Freios amp; Mostra de Engenharia.2013-36-0022
[18] Xue G , Hu L , Sun Y , et al. Analysis of the temperature thresholds of medium-sized truck's drum brake system based on simulative continuous brake in the continuous long downhill[J]. Journal of Wuhan University of Technology, 2015.
[19] Wibowo, D. B , Haryanto, et al. Indonesian commercial bus drum brake system temperature model[C]// Sustainable Energy amp; Advanced Materials: Proceeding of the International Conference amp; Exhibition on Sustainable Energy amp; Advanced Materials. AIP Publishing LLC, 2016.
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1．目的及意义目的及意义
我国山区面积较大，大约有75%的国土面积为山地、高原和丘陵地形，山地占地面积比较大，尤其是在中西部地区，以山岭区、高原和重丘为主，在这些地区存在着大量长大下坡，行驶的多为运输货物的车辆，多数为营运载货的重型汽车。重型车辆在我国长大下坡路段交通事故频发。据统计，由制动失效及制动不良所引发的事故数量占事故数量总数的 ４％以上，死亡人数占死亡总人数约 ７％，受伤人数占受伤总人数约４％，直接财产损失占总数的约４％。分析道路交通事故的引发原因，机械故障导致的制动失效所占比例极小，绝大部分是由于制动系统出现热衰退现象，且肇事车辆多为装配鼓式制动器的重型车辆。本文主要针对载货汽车鼓式制动器，设计一种商用车制动器制动效能监控系统，通过该系统实时的监测制动器制动效能，并及时将制动鼓温度信息传递给驾驶员，将温度控制在安全行驶温度以下，保证制动器在制动时具有足够的制动效能，使制动器处于最佳的工作状态，有效减少热衰退现象的出现，从而减少交通事故的发生，提高载货汽车的行驶安全性。
国内研究现状
