一種剎車片溫度探測及熱量報警傳感器

卞秀晗 許振飛 許齊放

摘要：設計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)結合可實現(xiàn)對剎車片溫度信息的反饋、預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域之一，也是各國政府努力掌握的高科技技術之一。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)中都有著廣闊的應用前景，例如：高溫油井內的壓力測量、各種發(fā)動機腔體內的壓力測量、汽車制動系統(tǒng)中剎車片的實時監(jiān)測、宇宙飛船和航天飛行器的姿態(tài)控制、高速飛行器或遠程超高速導彈的飛行控制、噴氣發(fā)動機、火箭、導彈、衛(wèi)星等耐熱腔體和表面各部分的壓力測量。尤其在汽車領域耐高溫傳感器的應用越來越廣泛。

1、國內外現(xiàn)狀

在20世紀60年代，汽車上僅有機油壓力傳感器、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力系統(tǒng)，因為同期出現(xiàn)的催化轉換器、電子點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)動機負荷、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;在防抱死制動系統(tǒng)和懸架控制裝置中測定車輪轉速、路面高差和輪胎氣壓的傳感器;保護前排乘員的氣囊，不僅需要較多的碰撞傳感器和加速度傳感器。

2、研究方案的設計思想及論證

2.1存在問題。在車輛的運輸過程中，其制動系統(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，如果長時間的對車輛進行制動，則會導致制動襯片持續(xù)的摩擦生熱，可能會超過制動襯片的300℃左右的最高工作溫度，最高時制動片的溫度可達400～500℃。制動片的升溫會導致制動片的摩擦性能下降，進而導致制動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)等對制動系統(tǒng)的工作狀態(tài)進行判斷，并且對影響車輛安全行駛的因素進行預警，成為車輛安全駕駛領域需要解決的技術問題。

2.2設計理念。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)當前電子技術的發(fā)展水平，針對汽車制動系統(tǒng)的功能特性，對耐高溫磨損傳感器的性能提出了以下設計要求：耐高溫性，車輛在制動的過程中，會在短時間內產生大量的熱，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制動襯片溫度的同時一并檢測其制動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)出不同的磨損報警信號，信號反饋至ECU，ECU對信號進行處理以獲得車身重量是否超重、是否處于下坡路段、是否處于制動襯片的高溫狀態(tài)以及是否需要更換制動襯片。

耐高溫磨損溫度傳感器的二次儀表采用單片機及其外部電路組成，其能夠將接入后的磨損端部分的電阻值進行分析處理后，獲取對應的溫度信息和制動磨損信息，并且轉化為供ECU識別的信號輸出。ECU能夠將該信號傳遞至汽車中控的顯示屏上進行顯示，也可以將該信號通過無線通訊方式傳遞至遠程服務器。

2.3設計思路。在整個儀表系統(tǒng)的研究過程中，研究工作主要設計思路如下：

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

材料的準備和結構的組成，磨損端采用導熱性能好的銅柱作為材質，熱電偶補償線采用正極導線為鎳鉻材質的導線，負極導線為采用鎳硅材質的導線，按照功能的技術要求對傳感器進行結構的設計和組裝。

3、研究內容、路線及方法

3.1研究內容。雙線型高分子耐高溫磨損傳感器設計包括磨損端和二次儀表，其中磨損端設計并聯(lián)的多級報警回路以及與多級報警回路串聯(lián)的熱敏電阻，磨損端的輸出端口通過內部安裝的K型熱電偶補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熱性能好的銅柱作為材質，并且設計多級報警回路設計無電阻串聯(lián)的一級導線回路、串聯(lián)有電阻R2的二級導線回路和串聯(lián)有電阻R1的三級導線回路。

3.2研究路線與方法。第一步：理論成型。針對公司研究發(fā)展方向及目標客戶群提出的技術要求，結合我公司豐富的電子科技研發(fā)和工程現(xiàn)場經驗，選擇雙線型高分子耐高溫磨損傳感器為研究開發(fā)對象，搜集學術資料、技術報告，有針對性提出理論模型。第二步：理論轉化成現(xiàn)實。利用公司已有設備及研究開發(fā)人員，設計結構和程序，并制作樣品。第三步：反復調試。樣品制作初步完成之后，由我公司人員進行試用，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到預期目的。第四步：客戶試用。小范圍內推廣，免費給客戶試用，調查客戶試用過程中儀表信息采集不正確、反饋不準確、無法正常工作等情況，及時調整修改。第五步：全國范圍內推廣。

4、技術創(chuàng)新點及成熟度

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制動襯片溫度的同時一并檢測其制動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)出不同的磨損報警信號，信號反饋至ECU，ECU對信號進行處理以獲得車身重量是否超重、是否處于下坡路段、是否處于制動襯片的高溫狀態(tài)以及是否需要更換制動襯片。

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（作者單位：臨沂高新區(qū)鴻圖電子有限公司）