一种刹车片温度探测及热量报警传感器

卞秀晗 许振飞 许齐放

摘要：设计了一种刹车片厚度探测方法。阐述了温度探测的基本原理、探测装置的组成及制作、刹车片探测尺寸范围的划分及电阻阻值的确定。该方法可用于对刹车片厚度范围的探测，与汽车控制系统结合可实现对刹车片温度信息的反馈、预警或在刹车片厚度低于极限使用温度的情况下对车辆的控制。

关键词：温度探测方法;刹车片;汽车安全

高温压力传感器以其优良的高温工作能力在压力传感器中一直受到高度重视，是传感器研究的重要领域之一，也是各国政府努力掌握的高科技技术之一。高温压力传感器是指在高于125℃环境下能正常工作的压力传感器。其在石油、化工、冶金、汽车、航空航天、工业过程控制、兵器工业甚至食品工业中都有着广阔的应用前景，例如：高温油井内的压力测量、各种发动机腔体内的压力测量、汽车制动系统中刹车片的实时监测、宇宙飞船和航天飞行器的姿态控制、高速飞行器或远程超高速导弹的飞行控制、喷气发动机、火箭、导弹、卫星等耐热腔体和表面各部分的压力测量。尤其在汽车领域耐高温传感器的应用越来越广泛。

1、国内外现状

在20世纪60年代，汽车上仅有机油压力传感器、油量传感器和水温传感器，它们与仪表或指示灯连接。进入70年代后，为了治理排放，又增加了一些传感器来帮助控制汽车的动力系统，因为同期出现的催化转换器、电子点火和燃油喷射装置需要这些传感器来维持一定的空燃比以控制排放。80年代，防抱死制动装置和气囊提高了汽车安全性。

今天，传感器有用来测定各种流体温度和压力（如进气温度、气道压力、冷却水温和燃油喷射压力等）的传感器;有用来确定各部分速度和位置的传感器（如车速、节气门开度、凸轮轴、曲轴、变速器的角度和速度、排气再循环阀（EGR）的位置等）;还有用于测量发动机负荷、爆震、断火及废气中含氧量的传感器;确定座椅位置的传感器;在防抱死制动系统和悬架控制装置中测定车轮转速、路面高差和轮胎气压的传感器;保护前排乘员的气囊，不仅需要较多的碰撞传感器和加速度传感器。

2、研究方案的设计思想及论证

2.1存在问题。在车辆的运输过程中，其制动系统的工作情况受到路况环境的影响较为明显。例如在我国的西南地区，其长坡路段较为常见，在这种路况下行驶，如果长时间的对车辆进行制动，则会导致制动衬片持续的摩擦生热，可能会超过制动衬片的300℃左右的最高工作温度，最高时制动片的温度可达400～500℃。制动片的升温会导致制动片的摩擦性能下降，进而导致制动失效或者高温引燃车辆轮胎着火。如何在车辆的行驶过程中，根据行驶的路况、车辆自身参数等对制动系统的工作状态进行判断，并且对影响车辆安全行驶的因素进行预警，成为车辆安全驾驶领域需要解决的技术问题。

2.2设计理念。一款具有市场竞争力的耐高温磨损传感器不仅在功能上要求完善，其性能也必须稳定可靠，才能在市场上具有长久的生命力。依据当前电子技术的发展水平，针对汽车制动系统的功能特性，对耐高温磨损传感器的性能提出了以下设计要求：耐高温性，车辆在制动的过程中，会在短时间内产生大量的热，这就要求我们的传感器必须是耐高温的，能承受刹车片发热带来的影响，正常检测和工作。

安装于汽车剎车片位置的耐高温磨损温度传感器能够在感应制动衬片温度的同时一并检测其制动衬片是否处于合理的厚度区间，可以对不同的磨损量发出不同的磨损报警信号，信号反馈至ECU，ECU对信号进行处理以获得车身重量是否超重、是否处于下坡路段、是否处于制动衬片的高温状态以及是否需要更换制动衬片。

耐高温磨损温度传感器的二次仪表采用单片机及其外部电路组成，其能够将接入后的磨损端部分的电阻值进行分析处理后，获取对应的温度信息和制动磨损信息，并且转化为供ECU识别的信号输出。ECU能够将该信号传递至汽车中控的显示屏上进行显示，也可以将该信号通过无线通讯方式传递至远程服务器。

2.3设计思路。在整个仪表系统的研究过程中，研究工作主要设计思路如下：

传感器理论的研究。通过阅读大量传感器技术方面的文献，了解课题研究工作的最新进展，较好的学习了传感器的技术特点。为后续研究高分子耐高温磨损传感器奠定了理论基础。

材料的准备和结构的组成，磨损端采用导热性能好的铜柱作为材质，热电偶补偿线采用正极导线为镍铬材质的导线，负极导线为采用镍硅材质的导线，按照功能的技术要求对传感器进行结构的设计和组装。

3、研究内容、路线及方法

3.1研究内容。双线型高分子耐高温磨损传感器设计包括磨损端和二次仪表，其中磨损端设计并联的多级报警回路以及与多级报警回路串联的热敏电阻，磨损端的输出端口通过内部安装的K型热电偶补偿线与二次仪表的输入端口连接。双线型高分子耐高温磨损传感器磨损端采用导热性能好的铜柱作为材质，并且设计多级报警回路设计无电阻串联的一级导线回路、串联有电阻R2的二级导线回路和串联有电阻R1的三级导线回路。

3.2研究路线与方法。第一步：理论成型。针对公司研究发展方向及目标客户群提出的技术要求，结合我公司丰富的电子科技研发和工程现场经验，选择双线型高分子耐高温磨损传感器为研究开发对象，搜集学术资料、技术报告，有针对性提出理论模型。第二步：理论转化成现实。利用公司已有设备及研究开发人员，设计结构和程序，并制作样品。第三步：反复调试。样品制作初步完成之后，由我公司人员进行试用，发现存在的问题及遗漏，修改完善传感器样品，直至样品工作效果达到预期目的。第四步：客户试用。小范围内推广，免费给客户试用，调查客户试用过程中仪表信息采集不正确、反馈不准确、无法正常工作等情况，及时调整修改。第五步：全国范围内推广。

4、技术创新点及成熟度

安装于汽车刹车片位置的耐高温磨损温度传感器能够在感应制动衬片温度的同时一并检测其制动衬片是否处于合理的厚度区间，可以对不同的磨损量发出不同的磨损报警信号，信号反馈至ECU，ECU对信号进行处理以获得车身重量是否超重、是否处于下坡路段、是否处于制动衬片的高温状态以及是否需要更换制动衬片。

参考文献：

[1]陈伟力， 周汉昌， 郝晓剑.高温传感器动态校准系统中激光器响应时间的测试分析[J]. 计量与测试技术， 2015（7）.

[2]李岩峰， 张志杰， 郝晓剑.温度传感器动态校准系统中光学聚焦系统设计[J]. 激光与光电子学进展， 2016（3） .

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（作者单位：临沂高新区鸿图电子有限公司）