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专利名称：刹车系统温度自动控制装置的制作方法
技术领域：
实用新型涉及一种刹车系统温度自动控制装置，属于车辆刹车系统的温 度的测量和控制技术领域。
背景技术：
汽车刹车系统对于车辆来说是极其重要的一部分。众所周知，现代汽车
的刹车制动系统均采用摩擦制动方式，靠工作零件之间相互摩擦产生所需的 制动力。因此，在刹车制动系统中，工作零件摩擦系数的稳定性直接影响刹 车系统工作的稳定性和车辆4亍驶的安全性。
由于采用了摩^"制动方式，在整个制动过程中，车辆的积4成能将转换为 热能并释放，造成刹车系统温度升高，导致热衰退现象。这里所谓的"热衰 退现象"指的是当制动初速度大、压力增大、制动频繁而导致刹车系统温度 升高时，工作零件摩擦系数降低的一种现象。由于这一原因，车辆的制动性 能会显著下降甚至丧失，从而产生安全事故。同时，过高的温度也极易造成 刹车系统各工作零件氧化，加速零件损耗，减少刹车系统的使用寿命。这类 问题在车辆历经连续下坡路段或长时间在路况较差的道路上行驶时尤为显 著。
目前，国内外针对如何解决车辆刹车系统热衰退现象，增加刹车系统使 用寿命，提高车辆行驶安全性，都作了不少的研究工作，并提出了一些实际 的解决方案。但这些方案大部分都是从制动器的材料成分和结构布置入手， 对刹车系统进行改进，而并不是通it^车辆刹车系统进行适当的温度控制来 解决热衰退现象所造成的安全问题。
例如，在刹车系统工作零件材料方面，对于粉末冶金类刹车片来说，由 于在这类工作零件中，材料所含的低熔点金属在高温环境中液化是热衰退现 象产生的关键所在，因此，只要控制好低熔点金属的含量，或用其他非金属 元素进行代替，即可保证粉末冶金材料在具备足够机械强度的同时，也具有 很好的抗热衰退能力。而对于树脂类刹车片，只要提高树脂材料的耐热性， 即可提高其热分解温度，延緩分解及氧化速率，这样，刹车片便可在高温环 境下具有稳定的摩擦性能。使用各种改性酚醛树脂能大幅度提高树脂的分解温度。
对于刹车系统结构上的改进，比较典型的是为车辆增加緩行器。緩行器
3作为车辆的辅助制动部件，被称为"第四制动器"。其最早用于解决火车短 距离制动减速困难问题。后来，西欧国家将其推广应用于高速公路和山区行 驶的重型货车和大中型客车上，以提高车辆刹车制动效果。目前緩行器的应用在发达国家已经非常广泛。该设备的主要优点在于l)有效提高车辆行 驶的安全性，降低制动热衰退的产生，2)提高车辆运行的经济性(延长了 刹车系统零件的使用寿命，减少维护成本)，3)减轻驾驶人员的劳动强度， 提高车辆的舒适性。目前，各类緩行器按其工作原理可分为电涡流式、液力 式、永磁式、发动机緩速器式和电机式，后者仅用于电动汽车和电传动汽车。虽然很多能有效緩解车辆刹车系统热衰退现象，提高车辆行驶安全性， 延长刹车系统使用寿命的方法已被提出，并且相关硬件设备也已投入了实际 生产和应用中。同时，我国也已经发布了 GB7258、 GB12676标准，来失见范各 类客车、货车刹车制动装置，以提高车辆行^t的安全性。^f旦在实际生活中， 用于解决这类问题的硬件设备往往价格较高，车辆安装后会增加运营成本， 而且，由于一些车辆自身的问题，对于这类设备的加装，还需要对车辆中的 其他设备进行更换。因此，该类设备的实际配备情况并不是很理想。除此之 外，由于这类设备很多都只是将热衰退现象发生所需的条件提高、延迟发生 时间，或在热衰退现象发生时，提供一定的安全保护辅助措施。而并未选择 对刹车系统进行温度控制，从根本上解除热衰退现象造成的安全隐患。因此， 即使配备了诸如緩速器等硬件设备，有时也不能很好的克服由于热衰退现象 而造成的安全隐患。对于因热衰退现象造成的车辆行驶安全隐患，最直接、有效、廉价的解 决方法，还是应该通过对刹车系统进行温度控制加以实现。目前，很多驾驶员虽然会在车辆行驶过程中对刹车系统进行冷却处理， 通过控制刹车系统温度，来尽可能消除因热衰退现象而造成的安全隐患，但 是，由于缺少必要的硬件设备，该过程只能通过人工手动完成。驾驶员往往 需要根据自己的实践经验，每行马史一段路程后，停下车辆，通过自然冷却或 水冷等方法，降低刹车系统温度。这样的做法，在一定程度上可以使刹车系 统温度过高的状况得到緩解，但由于未对刹车系统进行实时的温度监控，仅 仅凭借个人经验，驾驶员往往无法获得一个准确的停车时间。停车过少，刹 车系统依然会存在温度过高的问题，从而造成安全隐患；停车过多，不但影 响了工作效率，增加油耗，更提高了驾驶员的工作强度。同时，驾驶员也可 能因为个人的疏忽，而遗忘了对车辆的刹车系统进行冷却处理。实用新型内容本实用新型目的是针对现有技术存在的缺陷提供一种刹车系统温度自 动控制装置。本实用新型为实现上述目的，采用如下技术方案本实用新型刹车系统温度自动控制装置，其特征在于包括温度^r测单 元、液位检测单元、人机接口单元和微型计算机控制单元，其中温度检测单 元的输入端接刹车系统的输出端，温度检测单元的输出端接微型计算机控制 单元的输入端，微型计算机控制单元与人机接口单元双向连接，微型计算机 控制单元的输出端接车辆各水冷系统的输入端，水冷系统的输出端串接液位 检测单元后接微型计算机控制单元的输入端。本实用新型采用温度传感器对汽车刹车系统进行实时温度冲全测，并由微 型计算机根据检测到的温度信号，生成相应的控制输出，对刹车系统温度进行控制。当刹车系统温度过高时，可自动实现降温功能。本实用新型不但可 提高刹车系统的^f吏用寿命，同时也可增强车辆行马史的安全性，具有一定的使用价值和应用前景。


图1:本实用新型结构示意图。图2:温度传感器寄生电源供电电路图。图3:外部电源供电电路图。图4:接近开关测量头安装位置图。图5: ^fel建输入电路图。图6:显示电路图。图7:稳压电路图。图8:微型计算机基本电路图。图9:微型计算机控制单元总体电路图。
具体实施方式

以下结合附图对实用新型的技术方案进行详细说明如图l所示，刹车系统温度自动控制装置，其特征在于包括温度检测单 元、液位检测单元、人机接口单元和微型计算机控制单元，其中温度4企测单 元的输入端接刹车系统的输出端，温度检测单元的输出端接微型计算机控制 单元的输入端，微型计算机控制单元与人机接口单元双向连接，微型计算机 控制单元的输出端接车辆各水冷系统的输入端，水冷系统的输出端串接液位 检测单元后接微型计算机控制单元的输入端。主要包括四部分温度检测单 元、液位检测单元、人机接口单元、微型计算机控制单元。本实用新型利用 12K汽车电源，通过LM7805芯片稳压至5r后供电。该系统支持温度多点测 量，每隔一秒对刹车系统温度进行检测，当温度超过设定界限值时，由微型 计算机发出控制信号，对刹车系统进行点射式喷水降温。同时，本实用新型 也提供了简易的水箱液位检测功能，当水箱缺水时，系统关闭自动降温功能， 并发出报警。本系统在实际使用时，灵活方便，温度传感器支持即插即用，供了一个基本的人机接口单元，使 用者通过该单元，可进行温度界限值的设定，以达到不同的控温效果。同时，通过LED数码管，可对测量所得的温度值进行实时观察。温度检测元件的选择对于设计出准确、高效的温度检测元件，是极其重 要的一个环节。以往，我们常常采用热电阻或热电偶作为测量的基本元件， 通过模拟电路，将温度信号转换为电流或电压信号，再使用A/D转换，将模 拟信号转换为数字信号后，输入微型计算机进行控制。以此方案设计温度冲全 测单元，虽然也可以实现基本的温度测量功能，^a^更件电路复杂，占用口线 较多，系统可靠性不高。任何一个电路环节处理不当，都可能大大降低温度 测量的精准度，从而影响整个温度控制系统的控制性能。为此，在本实用新型中，采用美国Dallas半导体公司推出的数字温度 传感器DS18B20作为温度传感元件。如图2所示，传感器的硬件电路设计可使用如图2所示的寄生电源供电 电路。在此电路中，传感器的电源输送和数据传输，均通过数据线实现。为 了在有效的传感器时钟周期内提供足够的电流，j呆i正传感器正常工作，需增 加一个MOSFET进行控制。当传感器进行温度转换时，由微型计算机向 MOSFET发出控制信号，将数据线强行上拉，以达到供电需求[16]。除寄生电源供电电路外，也可使用如图3所示的外部电源供电电路。在 该电路中，温度传感器的数据线只用于数据传输，其工作所需的电源由电源 引脚所连接的外部电源提供。对上述两种电路进行比较，寄生电源供电电路的优点在于l)进行远 程温度检测时，无需本地电源，2)当缺少外部供电电源时，传感器依然可 正常工作。但为了实现这些优点，需要占用较多的口线，且控制复杂。在本 设计中，考虑到温度测量距离不远，且有可靠的外部电源供电，为了提高系 统的可靠性，降低设计难度，因此，选用外部电源供电电路作为传感器硬件 电路。如图4所示，液位检测单元i殳计自动启动降温功能，对刹车系统进行喷 水降温。因此，需对水箱液位进行监控，防止因水箱缺水导致降温失败。由 于在此无需知道具体的液位高度，只要当水箱缺水时，产生报警提示即可， 所以可选用接近开关作为基本的检测元件来使用。由于在此单元中，被测对象为水，综合考虑测量效果及成本后，选择电 容式�？�接近开关作为检测元件。所谓电容式接近开关，主要利用被测物体 对介电常数的影响制作而成。在实际检测时，电容式接近开关的测量头与被 测物体构成电容的两极板，当被测物体移动时，介电常数发生变化，使得电 容值改变。这一改变，Y更可控制开关的开通和关断。根据上述说明，可将接近开关的测量头安装在水箱底部位置，如图8所 示。当水箱有水时，接近开关闭合，并输出对应信号，否则，开关断开，无 信号输出。对该输出信号 6水时，液位检测信号为高电平信号，反之，则为低电平信号，微型计算机通 过这一信号，即可对水箱液位状况进4于;险测。如图5所示，为了增强温度控制的灵活性，让使用者可根据实际环境， 调节温度控制效果，同时也为了让使用者可实时观察到温度测量值，所以增 加了一个人机接口单元。该单元主要实现按键输入和显示输出两部分功能。对于按键输入部分，采用了三个�？�按键作为输入器件，通过这三个按 键实现温度界限值设定及蜂鸣器开关等功能，各按键对应的具体功能已在表 l中列出。每个"^4建与微型计算机的一个引脚相连。当^4建按下时，电i W妄 通，信号输入端产生一低电平输入微型计算机。反之，电路断路，输入信号 变为高电平。微型计算机对相应端口信号进行检测，若检测到低电平信号， 则执行对应功能。表l按键功能表按键操作实现功能短按SET键开启/关闭蜂鸣器、退出设定状态长按SET键进入温度界限值设定状态短按UP键增加界限值编辑位数值短4姿DOWN减少界限值编辑位数值同时4妄下UP、 D0WN4建改变界P艮值编辑位如图6所示，对于显示输出部分，则采用4位共阳极LED数码管来实现 温度显示功能。数码管的2至4位用于显示同一时刻内，各温度传感器所测 得的最大温度数值，而第l位则显示测得该温度值的传感器的编号。在显示 电路中，微型计算机通过引脚a至g,向数码管发送7段显示码，控制显示 数值。同时通过LS5M/至Z巡W，端口 ，向数码管发送显示位使能控制信号。 在实际显示过程中，采用循环扫描方法，依次使能各显示位。当某一位使能 的同时，向数码管发送该位所需显示教:值对应的7,殳码。当循环扫描周期调 节适当时，利用人眼的视觉暂留现象，便可产生在同一时间内，各显示位显 示对应数值的现象。利用这点，即可实现所需的显示功能。AT89C51单片机作为本设计的硬件核心部分，与上述各硬件单元紧密相 连。通过微型计算机，实现对各硬件单元的控制。对于本部分的硬件电路设 计具体如下。如图7所示，为了使孩i型计算机可以正常工作，首先必须提供5K的直流 稳压电源，而汽车电源电压为12r,若直接给微型计算机进行供电，则会烧 毁芯片。因此，采用LM7805稳压芯片对汽车电源进行降压处理，将电压调 整至5K后，再为微型计算机供电。如图8所示，配置微型计算机的基本工作电路，具体如图12所示。这 部分配置分为三个步骤，首先是振荡电路设置。振荡电路用于产生单片机工 作所需的时钟信号。在综合考虑了系统性能要求及成本等因素后，选择12M历7的晶振和30; /的电容来组成振荡电路。通过这一电路，微型计算机的工作频 率可达到12M历。配置的第一步完成后，需要设置微型计算机的复位电路， 在本设计中，使用10"/电解电容及8.2*电阻組成自动上电复位电^各["]，当系 统接通电源后，微型计算机自动进行正确复位。在配置的最后，还需确定微 型计算机的31号引脚保持高电平，否则，微型计算机将无法执行片内程序 存储器中的程序。微型计算机基本电路配置完毕后，需将各硬件单元与微型计算机连接， 加以控制，同时还需加配对应的指示灯，以方便使用者使用。对于这一部分 的电鴻4殳计具体如图9所示。在图中，将4个温度传感器的数据线分别与微型计算机的32至35号引 脚相连，以进行信息交互操作，同时在微型计算机的21至24号引脚上，分 别为每一个温度传感器配置一个对应的指示灯。当传感器正常工作且测得温 度低于界限值时，指示灯正常亮起；当温度超标时，指示灯闪烁进行提示。 对于两个液位传感器，则使其与微型计算机的8号以及13号引脚相连，同 时使36、 37号引脚上的指示灯与其对应。当水箱有水，且传感器正常工作 时，指示灯亮起；若水箱缺水，则指示灯同样以闪烁方式进行提示。对于微 型计算机与人机接口单元的连接，则需重点对SET按键连接引脚的选择加以说明。考虑到实际应用中，进入设定状态以及开关蜂鸣器的操作频率较低， 若在系统处于温度测控状态时，采用定时扫描的方式来判断SET键是否按下， 对系统资源的开销较大，造成不必要的浪费。因此，将SET键与微型计算机 的第12号引脚相连，通过外部中断对其进行响应。在此电路中，还为系统 配置了一个蜂鸣器，当水箱缺水或刹车系统温度长时间超标时，便会提示报 警。最后，微型计算机根据各传感器采集到的数值，生成对应的控制信号， 通过38、 39号引脚对外输出。至此，系统各^5更件单元设计均已完成。
权利要求1、一种刹车系统温度自动控制装置，其特征在于包括温度检测单元、液位检测单元、人机接口单元和微型计算机控制单元，其中温度检测单元的输入端接刹车系统的输出端，温度检测单元的输出端接微型计算机控制单元的输入端，微型计算机控制单元与人机接口单元双向连接，微型计算机控制单元的输出端接车辆各水冷系统的输入端，水冷系统的输出端串接液位检测单元后接微型计算机控制单元的输入端。
2、 根据权利要求1所述的刹车系统温度自动控制装置，其特征在于所 述温度检测单元采用外部电源供电电路。
3、 根据权利要求1或2所述的刹车系统温度自动控制装置，其特征在 于所述人机接口单元包括^4建输入电路和显示输出电路，其中4斜定输入电路 接微型计算机控制单元的输入端，显示输出电路接微型计算机控制单元的输 出端。
4、 根据权利要求1或2所述的刹车系统温度自动控制装置，其特征在 于所述温度检测单元采用型号为DS18B20的数字温度传感器。
专利摘要本实用新型公布了一种刹车系统温度自动控制装置，包括温度检测单元、液位检测单元、人机接口单元和微型计算机控制单元，其中温度检测单元的输入端接刹车系统的输出端，温度检测单元的输出端接微型计算机控制单元的输入端，微型计算机控制单元与人机接口单元双向连接，微型计算机控制单元的输出端接车辆各水冷系统的输入端，水冷系统的输出端串接液位检测单元后接微型计算机控制单元的输入端。本实用新型提高了刹车系统的使用寿命，同时也增强车辆行驶的安全性。
文档编号G01K7/00GK201410943SQ20092004327
公开日2010年2月24日 申请日期2009年6月25日 优先权日2009年6月25日
发明者琦 罗, 顾颖成 申请人:南京信息工程大学