实时监测制动盘温度的方法、存储介质和车辆与流程

1.本发明涉及车辆技术领域，尤其是涉及一种实时监测制动盘温度的方法、计算机存储介质和车辆。


背景技术：

2.目前对于制动盘温度的测量主要通过设置采集装置，例如，在制动盘上加装传感器进行直接测量。
3.在一些方案中，通过在制动盘上加装测量装置，对制动盘的温度进行测量，如图1所示，该测量装置包括两个制动盘触片1，热电偶2以及数据采集系统。两制动盘触片1与制动盘表面紧密贴合，在两个制动盘触片1背面分别固定热电偶2，利用数据采集系统并通过热电偶2记录制动盘温度测量数据。
4.但是，在实际应用中，通过加装装置来测量制动盘温度，会增加成本，而且不是每个车辆都适合加装制动盘温度检测装置，通用性较低，使开发难度上升。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种实时监测制动盘温度的方法，该方法可以节约成本，提高监测制动盘温度的通用性。
6.本发明的第二个目的在于提出一种计算机存储介质。
7.本发明的第三个目的在于提出一种车辆。
8.为了达到上述目的，本发明的第一方面实施例提出了一种实时监测制动盘温度的方法，该方法包括：获取前一时刻制动盘温度和环境温度；计算所述前一时刻制动盘温度与所述环境温度的第一温度差；所述第一温度差大于预设温差阈值，且制动踏板未处于制动状态，则获取监测周期内车速平均值；根据所述前一时刻制动盘温度、所述环境温度、所述车速平均值以及散热计算模型计算散热温度；根据所述散热温度和所述前一时刻制动盘温度获得制动盘实时温度。
9.根据本发明实施例的实时监测制动盘温度的方法，基于适合车辆的温度模型，在前一时刻制动盘温度与环境温度的温差值大于预设温差阈值，且制动踏板未处于制动状态时，使用温度模型对散热温度进行计算，实现对制动盘温度的实时监测，相较于加装温度测量设备，该方法通过利用车辆的状态数据和温度模型对制动盘温度进行监测，无需增加硬件装置，可以节约成本，不受限于车辆加装条件，适用于更多类型车辆，提高了制动盘温度监测的通用性。
10.在一些实施例中，所述方法还包括：检测到所述制动踏板的制动信号；获取制动开始时刻的车速值和制动结束时刻的车速值以及环境温度；根据所述制动开始时刻的车速值、所述制动结束时刻的车速值、所述环境温度以及升温计算模型计算制动盘升温值；根据所述制动盘升温值和制动开始时刻的制动盘温度获得制动结束时刻制动盘温度。
11.在一些实施例中，所述升温计算模型满足以下公式：其中，其中，δt
‘
为制动盘升温值，v0为制动初始时刻的车速值，v为制动结束时刻的车速值，t
e
为环境温度，m为整车质量，m
p
为单个制动盘的质量，c为材料比热容，ρ
d
为制动盘密度，c
d
为制动盘比热容，γ
d
为制动盘热导率，ρ
p
为摩擦块密度，c
p
为摩擦块比热容，γ
p
为摩擦块热导率。
12.在一些实施例中，所述散热温度包括对流散热温度和热辐射散热温度，所述根据所述前一时刻制动盘温度、所述环境温度、所述车速平均值以及散热计算模型计算散热温度，包括：根据所述前一时刻制动盘温度、所述环境温度、所述车速平均值以及对流散热计算模型计算所述对流散热温度；以及根据所述前一时刻制动盘温度、所述环境温度以及热辐射散热计算模型计算所述热辐射散热温度。
13.在一些实施例中，所述对流散热计算模型满足以下公式：其中，其中，t
convection
为对流散热温度，t为前一时刻制动盘温度，t
e
为环境温度，a为制动盘表面积，t为监测周期时间，c为材料比热容，m
p
为单个制动盘总质量，d为制动盘外径，θ为空气热传导系数，r
e
为雷洛系数，v为所述车速平均值，ρ
air
为空气密度，μ为动力粘度。
14.在一些实施例中，所述热辐射散热计算模型满足以下公式：
15.其中，t
radi
为热辐射散热温度，f
e
为辐射率，f
g
为波尔兹常数，t为前一时刻制动盘温度，t
e
为环境温度，a为制动盘表面积，t为监测周期时间，c为材料比热容，m
p
为单个制动盘总质量。
16.在一些实施例中，所述方法还包括：计算所述制动盘实时温度与所述环境温度的第二温度差；所述第二温度差超过报警温差阈值，发送高温报警指令，并激活主动液压装置以辅助制动。通过实时监测制动盘的温度，在制动盘温度达到报警温差阈值时，通过控制液压装置的液压力使得相同制动踏板行程下有更大的液压力，进而防止由于热衰退现象导致的制动力不足现象。
17.为了达到上述目的，本发明的第二方面实施例提出了一种非临时性计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现上面实施例所述的实时监测制动盘温度的方法。
18.为了达到上述目的，本发明的第三方面实施例提出了一种车辆，该车辆包括制动系统，制动系统包括制动盘和制动踏板；环境温度传感器，用于采集环境温度；制动踏板传感器，用于采集所述制动踏板的制动信号；车速传感器，用于采集车速值；存储有计算机程序的存储器；处理器，与所述环境温度传感器、所述制动踏板传感器、所述车速传感器和所述存储器连接，用于执行计算机程序时实现上面实施例所述的实时监测制动盘温度的方法。
19.根据本发明实施例的车辆，通过温度计算模型对制动盘温度进行计算，实现对制动盘温度的实时监测，相较于加装温度测量设备，该车辆无需增加任何传感器和装置，成本
较低，以及，通过对制动盘温度进行实时监测，可以避免因制动盘温度过高引起热衰退，造成制动力下降，从而无法保障车辆安全。
20.在一些实施例中，所述车辆还包括：报警装置，与所述处理器连接，用于根据高温报警指令进行报警；主动液压装置，与所述处理器连接，用于在被激活时增加液压压力以辅助制动。在监测到制动盘温度大于预设温度阈值时，通过报警装置进行报警，并控制主动液压装置增加液压压力，用于防止由于热衰退造成的制动力不足的情况，提高车辆驾驶安全性。
21.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
22.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
23.图1是现有技术中测量装置的示意图；
24.图2是根据本发明一个实施例的实时监测制动盘温度的方法的流程图；
25.图3是根据本发明一个实施例的实时监测制动盘温度的方法的流程图；
26.图4是根据本发明一个实施例的实时监测制动盘温度的方法的流程图；
27.图5是根据本发明一个实施例的车辆的框图。
具体实施方式
28.下面详细描述本发明的实施例，参考附图描述的实施例是示例性的，下面详细描述本发明的实施例。
29.车辆在行驶的过程中，每次制动都会使得制动盘温度升高。当制动盘温度过高时，由于热衰退会导致制动力下降。比如连续长下坡制动时，制动盘温度会急剧上升，再次制动时，相同液压下会出现制动力不足现象，安全得不到保障。因此，实时监测制动盘温度是必要。
30.本发明实施例的实时监测制动盘温度的方法，通过建立的制动盘温度模型，通过一定的计算方法来实现制动盘温度的实时监测功能，下面先介绍一下温度模型的建立。
31.其中，车辆上电激活时，认为制动盘温度和环境温度一样，车辆在行驶的过程中，每次制动都会使得制动盘温度升高，而在制动盘制动升温过程中，散热的影响较小，制动时间相对较短，因而，在实施例中，在制动过程中可以基于升温模型来获得制动盘温度，以及，在未制动状态时，制动盘温度逐渐降低，处于散热状态，则可以基于散热模型来获得制动盘温度，实现对制动盘温度的实时监测，实时监测可以是每隔一个监测周期监测制动盘温度，例如每秒或每分钟，以及，由于制动时间比较短，出现制动几率相对较少，因而在制动状态下，可以监测制动前一刻和制动结束时刻的制动盘温度。
32.对于升温计算模型的建立，具体地，车辆的重量不同，对车辆制动时总能量的影响很大，安全起见，以车辆满载的重量进行计算。车辆在直线运动时的总能量q可以表示为：
33.34.其中，考虑到风阻和轮胎与地面产热的影响，给总能量乘上系数0.9。
35.车辆制动时分配到每个制动盘中的能量可以表示为：
36.q
f
＝q
·
β/2、q
r
＝q
·
(1-β)/2；
ꢀꢀ
公式(2)
37.车辆制动盘单盘的升温量，例如以前盘为例，后盘计算方式相同，单盘的升温量可以表示为：
[0038][0039]
其中，
[0040]
由公式(1)、公式(2)和公式(3)通过转换可以得到升温计算模型如下：
[0041][0042]
其中，δt
‘
为制动盘升温值，v0为制动初始时刻的车速值，v为制动结束时刻的车速值，t
e
为环境温度，m为整车质量，m
p
为单个制动盘的质量，c为材料比热容，ρ
d
为制动盘密度，c
d
为制动盘比热容，γ
d
为制动盘热导率，ρ
p
为摩擦块密度，c
p
为摩擦块比热容，γ
p
为摩擦块热导率。
[0043]
在实施例中，考虑到对流散热和热辐射散热，建立对流散热计算模型和热辐射散热模型。
[0044]
其中，对流散热的主要问题是随着车速的变化，对流换热系数会发生变动，对流散热量也于温差有关。
[0045]
对于对流散热计算模型的建立，首先进行如下换热系数求救：
[0046][0047]
其中，
[0048]
进一步地，对流散热量可以表示为：
[0049][0050]
对流散热温度可以表示为：
[0051][0052]
其中，t
convection
为对流散热温度，t为前一时刻制动盘温度，t
e
为环境温度，a为制动盘表面积，t为监测周期时间，c为材料比热容，m
p
为单个制动盘总质量，d为制动盘外径，θ为空气热传导系数，r
e
为雷洛系数，v为所述车速平均值，ρ
air
为空气密度，μ为动力粘度。
[0053]
对于热辐射散热计算模型的建立，热辐射散热量可以表示为：
[0054]
q
radi
＝fe
·
fg
·
a
·
(t
4-te4)
·
t；
ꢀꢀ
公式(8)
[0055]
根据热力学计算，可以得到热辐射散热计算公式如下：
[0056][0057]
其中，t
rddi
为热辐射散热温度，f
e
为辐射率，f
g
为波尔兹常数，t为前一时刻制动盘温度，t
e
为环境温度，a为制动盘表面积，t为监测周期时间，c为材料比热容，m
p
为单个制动盘总质量。
[0058]
将以上温度计算公式中涉及到的车辆固定参数例如制动盘外径、制动盘质量、车辆重量、材料比热容、材料热导率、制动盘表面积和前后制动力分配比导入该温度计算公式中例如公式(4)、公式(7)和公式(9)，从而建立适合该车辆的制动盘温度计算模型，包括升温计算模型和散热计算模型，并存储在处理器中，在后续监测制动盘温度时调用即可。
[0059]
基于上面实施例的制动盘温度模型，下面参考图2-图4描述根据本发明第一方面实施例的实时监测制动盘温度的方法。
[0060]
如图2所示，本发明实施例的实时监测制动盘温度的方法至少包括步骤s1-步骤s5，具体描述如下。
[0061]
步骤s1，获取前一时刻制动盘温度和环境温度。
[0062]
其中，可以通过车辆自身的温度传感器来采集环境温度，并将环境温度传输给处理器，以及处理器记录有前一时刻制动盘温度。
[0063]
步骤s2，计算前一时刻制动盘温度与环境温度的第一温度差。
[0064]
具体地，前一时刻制动盘温度与环境温度存在温差，说明存在散热，即制动盘温度处于散热状态，例如制动之后。
[0065]
步骤s3，第一温度差大于预设温差阈值，且制动踏板未处于制动状态，则获取监测周期内车速平均值。
[0066]
例如，监测周期设为1秒，即每隔1秒监测一次制动盘温度，第一温度差例如记为δt，当δt>0时，计算1s内车辆速度的平均值例如记为v3。
[0067]
步骤s4，根据前一时刻制动盘温度、环境温度、车速平均值以及散热计算模型计算散热温度。
[0068]
具体地，在未制动状态时，由于对流和热辐射，制动盘温度逐渐降低，即制动盘处于散热状态，则将第一温度差δt、车速平均值v3和环境温度t
e
带入散热计算模型，计算得到散热温度。
[0069]
在实施例中，散热温度包括对流散热温度和热辐射散热温度，根据前一时刻制动盘温度、环境温度、车速平均值以及对流散热计算模型计算对流散热温度；以及根据前一时刻制动盘温度、环境温度以及热辐射散热计算模型计算热辐射散热温度。
[0070]
例如，前一时刻制动盘温度与环境温度形成了温差δt＝t-t
e
，如果δt>0，每1s计算一次制动盘散热温度，包含对流散热和辐射散热，具体地，取1s内车速的平均值v3，将δt和v3代入r
e
公式，计算出雷洛系数r
e
的值，计算当r
e
≤2.4
×
105和r
e
>2.4
×
105下的两种情况，得出对流散热量q
convection
和热辐射散热量q
radi
，进而计算散热温度t
convection
和t
radi
，即带入公式(7)和(9)，基于散热计算模型获得对流散热温度和热辐射散热温度。
[0071]
步骤s5，根据散热温度和前一时刻制动盘温度获得制动盘实时温度。
[0072]
具体地，当第一温差值δt>0,且制动踏板处于未制动状态，每1s计算一次制动盘
的实时温度t，制动盘的实时温度t为前一时刻制动盘温度t1减去散热温度，在车辆行驶过程中，车辆每次制动会使制动盘温度升高，此时制动盘的散热热量相比升温热量可以忽略不计，因此在车辆处于制动状态，停止散热计算。
[0073]
例如，当温差δt>0，且车辆不处于制动状态，每1s计算一次制动盘实时温度t＝t1-t
convection-t
radi
，温差δt＝t-t
e
，如果车辆处于制动状态，停止散热计算。
[0074]
根据本发明实施例的实时监测制动盘温度的方法，基于适合车辆的温度模型，在前一时刻制动盘温度与环境温度的温差值大于预设温差阈值，且制动踏板未处于制动状态时，使用温度模型对散热温度进行计算，实现对制动盘温度的实时监测，相较于加装温度测量设备，该方法通过利用车辆的状态数据和温度模型对制动盘温度进行监测，无需增加硬件装置，可以节约成本，不受限于车辆加装条件，适用于更多类型车辆，提高了制动盘温度监测的通用性。
[0075]
在一些实施例中，实时监测制动盘温度的方法还包括：检测到制动踏板的制动信号；获取制动开始时刻的车速值和制动结束时刻的车速值以及环境温度；根据制动开始时刻的车速值、制动结束时刻的车速值、环境温度以及升温计算模型计算制动盘升温值；根据制动盘升温值和制动开始时刻的制动盘温度获得制动结束时刻制动盘温度。
[0076]
具体地，在车辆运动过程中实时监测制动踏板的状态，即监测制动踏板的can(controller area network，can总线)信号，当检测到制动踏板处于踩下状态时，记录踩下时刻的车速值即制动开始时刻的车速值例如v1，继续检测，在检测到制动踏板松开时，记录松开时刻的车速值即制动结束时刻的车速值例如v2，并获取当前的环境温度，将车辆制动开始时的车速值v1、结束时的车速值v2以及环境温度带入温度模型例如升温计算模型例如上文中公式(4)，计算得到制动盘升温值例如δt
′
，进而计算制动开始时刻的制动盘温度与制动盘升温值的差值，获得制动结束时刻制动盘温度，其中，制动开始时刻的制动盘温度可以为制动开始前一时刻的制动盘温度，以及，制动结束后，制动盘温度高于环境温度，开始散热，即基于上文的散热模型来实时监测制动盘温度，此时，获得的制动结束时刻的制动盘温度成为开始散热计算时刻的前一时刻的制动盘温度。
[0077]
在一些实施例中，实时监测制动盘温度的方法还包括：计算制动盘实时温度与环境温度的第二温度差；第二温度差超过报警温差阈值，发送高温报警指令，并激活主动液压装置以辅助制动。实时监测制动盘温度，在制动时如果制动盘温度达到设置的临界点例如报警温差阈值，可以通过控制液压装置的液压力，使得相同制动踏板行程下有更大的液压力，进而防止由于热衰退现象导致的制动力不足现象。
[0078]
如图3所示，为本发明一个实施例的实时监测制动盘温度的方法的流程图，具体包括以下步骤。
[0079]
步骤s21，车辆匹配。
[0080]
步骤s22，车辆状态检测，在检测到制动信号时，基于升温计算模型进行升温计算，在制动结束后制动盘温度升高，制动盘温度与环境温度存在温度差，制动盘进行散热，则基于散热计算模型进行降温计算，并监测制动盘的实时温度。该过程是一个循环的检测过程。
[0081]
步骤s23，监测制动盘实时温度。
[0082]
步骤s24，若第二温差超过报警温差阈值，发送高温报警指令例如在仪表盘上警告提醒，若车辆处于制动状态通知esp(electronic stability program，车身电子稳定系统)
增加相应的辅助动力，在驻车状态下，增加液压压力。
[0083]
非制动状态下每1s输出一个温度值，作为下一次初始温度的计算，当δt＝0时停止散热计算，δt可以表示第二温度差，由于实际计算值难以保证δt正好等于0。因此，可以设定制动盘报警温度阀值t
waring
，当第二温差达到报警温度线时，提醒驾驶员并激活主动液压装置例如esp，在制动时注意适当增加液压压力，来防止由于热衰退导致的制动力不足现象。
[0084]
下面结合图4对本发明实施例的实时监测制动盘温度的过程进行说明，如图4所示，为本发明实施例的实时监测制动盘温度过程的流程图，其中包括了升温计算和散热计算，并监控制动盘实时温度与报警温度的情况，具体包括如下步骤。
[0085]
步骤s31，输入车辆基本参数。
[0086]
步骤s32，建立制动盘温度模型，包括升温模型和散热模型。
[0087]
步骤s33，检测到制动踏板踩下。
[0088]
步骤s34，记录制动开始时刻的车速值v1。。
[0089]
步骤s35，检测到制动踏板松开。
[0090]
步骤s36，记录制动结束时刻的车速值v2。
[0091]
步骤s37，将v1和v2带入升温模型，以计算温度上升值t+
[0092]
其中步骤s33-步骤s37为制动升温计算过程，下面步骤为散热实时监测制动盘温度的过程。
[0093]
步骤s38，输出制动盘温度。
[0094]
步骤s39，获取环境温度te。
[0095]
步骤s40，计算制动盘温度与环境温度的第一温度差，判断第一温度差值是否满足δt>0，若是，执行步骤s41，否则执行步骤s44。
[0096]
步骤s41，获取监测周期内车速平均值v3。
[0097]
步骤s42，将参数带入散热计算模型，以计算温度下降值t-，并输出制动盘温度。
[0098]
步骤s43，制动盘温度是否高于报警温度阀值，若是，执行步骤s45，若否，执行步骤s40。
[0099]
步骤s44，结束计算。
[0100]
步骤s45，报警并激活主动液压装置。
[0101]
概括来说，根据本发明实施例的实时监测制动盘温度的方法，通过建立适合车辆的温度模型，在前一时刻制动盘温度与环境温度的温差值大于预设温差阈值，且制动踏板未处于制动状态时，使用温度模型对散热温度进行计算，实现对制动盘温度的实时监测，相较于加装温度测量设备，该方法通过利用车辆的状态数据和温度模型对制动盘温度进行监测，无需增加硬件装置，可以节约成本，不受限于车辆加装条件，适用于更多类型车辆，提高制动盘温度监测的通用性。以及，通过对制动盘温度进行实时监测，可以避免制动盘温度过高引起热衰退，造成制动力下降，从而无法保障车辆安全。
[0102]
本发明第二方面实施例的计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被执行上面实施例提到的任一项实时监测制动盘温度的方法。
[0103]
下面参照附图描述根据本发明第三方面实施例的车辆。
[0104]
图5是根据本发明一个实施例的车辆的框图，如图5所示，本发明实施例的车辆10
包括制动系统11、环境温度传感器12、制动踏板传感器13、车速传感器14、存储器15和处理器17。
[0105]
其中，制动系统11包括制动盘和制动踏板；环境温度传感器12用于采集环境温度；制动踏板传感器13用于采集制动踏板的制动信号；车速传感器14用于采集车速值；存储有计算机程序的存储器15；处理器16与环境温度传感器12、制动踏板传感器13、车速传感器14和存储器15连接，用于执行计算机程序时实现上面实施例提到的实时监测制动盘温度的方法。
[0106]
根据本发明实施例的车辆10，通过温度计算模型对制动盘温度进行计算，实现对制动盘温度的实时监测，相较于加装温度测量设备，该车辆10无需增加任何传感器和装置，成本较低，以及，通过对制动盘温度进行实时监测，可以避免因制动盘温度过高引起热衰退，造成制动力下降，从而无法保障车辆安全。
[0107]
在一些实施例中，车辆10还包括：报警装置17和主动液压装置18，报警装置17与处理器16连接，用于根据高温报警指令进行报警；主动液压装置18与处理器16连接，用于在被激活时增加液压压力以辅助制动。通过实时监测制动盘的温度，在制动盘温度达到报警装置17的温差阈值时，通过控制主动液压装置18的液压力使得相同制动踏板行程下有更大的液压力，进而防止由于热衰退现象导致的制动力不足现象。
[0108]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
[0109]
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。