一種基于 EBS 系統(tǒng)的摩擦片磨損報警功能設(shè)計

摘要：本文提出一種基于E B S 系統(tǒng)的摩擦片磨損報警功能設(shè)計。該系統(tǒng)通過集成傳感器、控制器及儀表顯示等關(guān)鍵組件，實現(xiàn)了對摩擦片磨損余量的實時監(jiān)測與預(yù)警功能。本文詳細(xì)闡述了整體設(shè)計方案、系統(tǒng)組成及工作原理，旨在提升車輛行駛過程中的安全性與可靠性。

關(guān)鍵詞：EBS 系統(tǒng) ；磨損報警；控制器技術(shù)；預(yù)警

中圖分類號：U463 DOI ：10.20042/j.cnki.1009-4903.2024.03.004

0 引言

隨著汽車智能化的快速發(fā)展、車輛速度的提升及行駛工況的復(fù)雜化，駕駛員對車輛安全性的要求日益提高。制動系統(tǒng)作為保障車輛安全的關(guān)鍵組成部分，其性能直接關(guān)系到行車安全。每年因制動系統(tǒng)故障導(dǎo)致的事故頻發(fā)，其中部分原因是摩擦片磨損嚴(yán)重而未及時更換，導(dǎo)致制動力減弱。為解決這一問題，本文設(shè)計了一種基于EBS 系統(tǒng)的摩擦片磨損報警功能，旨在通過實時監(jiān)測和預(yù)警，減少因摩擦片磨損導(dǎo)致的行駛風(fēng)險，提高駕駛安全性。

1 系統(tǒng)框架

該系統(tǒng)采用CAN 網(wǎng)絡(luò)機(jī)制，實現(xiàn)各系統(tǒng)組件之間的數(shù)據(jù)交互。整體框架包括傳感器、控制器、儀表顯示等部分。磨損報警傳感器負(fù)責(zé)采集摩擦片的磨損狀態(tài)信息，并將這些信息通過CAN 總線傳輸至控制器?？刂破鲗邮盏降臄?shù)據(jù)進(jìn)行計算分析，并將處理結(jié)果發(fā)送至車輛儀表進(jìn)行顯示和預(yù)警。

2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)功能主要包括系統(tǒng)自檢、摩擦片磨損余量監(jiān)測、信號轉(zhuǎn)換功能、預(yù)警功能、摩擦片余量顯示、 故障診斷功能等。

⑴系統(tǒng)自檢：在系統(tǒng)啟動時， 自動檢驗控制器、傳感器及整車相關(guān)系統(tǒng)的功能是否正常。運(yùn)行過程中，持續(xù)監(jiān)測各部件的故障信息，并通過 CAN 總線輸出故障碼， 由儀表進(jìn)行顯示。

⑵摩擦片磨損余量監(jiān)測：通過高精度磨損傳感器實時監(jiān)測摩擦片的磨損狀態(tài)，將磨損量轉(zhuǎn)化為電信號輸出至控制器?？刂破鞲鶕?jù)接收到的信號，計算并更新摩擦片的剩余磨損量。

⑶信號轉(zhuǎn)換功能：控制器將傳感器傳輸?shù)哪M信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并重新組包為CAN 總線報文信息。儀表通過解析這些報文信息，實時顯示摩擦片的磨損狀態(tài)。

⑷預(yù)警功能：當(dāng)控制器檢測到摩擦片磨損量達(dá)到預(yù)設(shè)閾值時，會觸發(fā)預(yù)警機(jī)制。通過儀表顯示故障提示信息，并發(fā)出聲光報警，提醒駕駛員及時更換摩擦片。

⑸摩擦片余量顯示：儀表根據(jù)控制器發(fā)送的摩擦片磨損狀態(tài)信息，實時顯示剩余磨損量，幫助駕駛員直觀了解摩擦片的磨損情況。

⑹故障診斷功能：控制器支持UDS（ 統(tǒng)一診斷服務(wù)） 協(xié)議，支持電源、短路檢測及摩擦片磨損低于閾值時的故障信息輸出。儀表能夠?qū)崟r顯示這些故障信息，為故障診斷和維修提供便利。

3 摩擦片磨損報警系統(tǒng)的設(shè)計思路

該系統(tǒng)的設(shè)計旨在實時監(jiān)控并預(yù)警車輛制動器摩擦片的磨損狀態(tài)，確保行車安全。該系統(tǒng)主要由傳感器、控制器以及儀表顯示單元等核心部件組成。

傳感器設(shè)計：持續(xù)式磨損報警傳感器裝置被精準(zhǔn)安裝在制動器摩擦襯片附近，以實現(xiàn)對摩擦片磨損情況的實時監(jiān)控。該傳感器能夠?qū)z測到的磨損狀態(tài)轉(zhuǎn)化為電壓信號，隨著摩擦片的磨損，輸出電壓呈線性增大趨勢。具體而言，當(dāng)摩擦片未磨損時，輸出電壓為1 V；當(dāng)摩擦片完全磨損時，輸出電壓達(dá)到3.5V ；若繼續(xù)磨損（ 即未更換新摩擦片），則輸出電壓會突然跳變至（4±0.2）V，作為極限磨損的警示。

控制器處理：EBS 控制器負(fù)責(zé)接收來自橋控模塊傳輸?shù)膫鞲衅鲗崟r反饋信息。結(jié)合預(yù)設(shè)的摩擦片磨損量與輸出電壓的對應(yīng)關(guān)系及磨損剩余量的預(yù)警要求，EBS 控制器設(shè)定了合理的閾值范圍，通常設(shè)定在磨損量的5%～100%?？刂破鲗邮盏降碾妷盒盘栠M(jìn)行解析，判斷摩擦片的磨損程度是否處于合理范圍內(nèi)。若處于合理范圍內(nèi)，則控制器將磨損程度的百分比值（0%～100%） 重新封裝并反饋至儀表顯示單元；若超出合理范圍，則轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)的故障標(biāo)識碼。

儀表顯示與預(yù)警：儀表顯示單元接收到控制器轉(zhuǎn)發(fā)的信息后，進(jìn)行解析并實時顯示當(dāng)前的摩擦片磨損量。若接收到的是故障標(biāo)識碼，則儀表會立即點亮故障燈，向駕駛員發(fā)出預(yù)警信號，提醒其及時檢查并更換新的摩擦片，以避免因摩擦片過度磨損而影響行車制動性能。

4 傳感器選型

目前測量摩擦片磨損的傳感器主要有2 種結(jié)構(gòu)，一種是磨斷式磨損報警裝置，通過將磨損探頭加裝至摩擦片，當(dāng)摩擦片磨損至指定厚度時道線磨斷，產(chǎn)生短路信號， 以提示駕駛員及時更換摩擦襯片。另一種是連續(xù)式磨損報警裝置，通過加裝在自動間隙調(diào)整臂上監(jiān)測凸輪軸轉(zhuǎn)角的方式，反算摩擦片的剩余厚度，再將摩擦片厚度信息實時反饋至駕駛室。鑒于商用車運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜性和對制動系統(tǒng)高度依賴的特點，建議采用能夠?qū)崟r監(jiān)控摩擦片磨損情況的設(shè)計方案，即連續(xù)式磨損報警裝置完全滿足該系統(tǒng)的設(shè)計要求。

4.1 連續(xù)式磨損報警裝置

連續(xù)式磨損傳感器以其強(qiáng)大的抗環(huán)境干擾能力和不受使用工況限制的特性脫穎而出。它能夠?qū)崟r且準(zhǔn)確地測量摩擦片的磨損狀態(tài)，且其測量精度已經(jīng)過嚴(yán)格測試，滿足當(dāng)前車輛的使用需求。該裝置的工作原理是將傳感器預(yù)埋至摩擦襯片的一定深度，通過監(jiān)測磨損過程中傳感器與磨損報警轉(zhuǎn)接線之間輸出電壓的變化，來反映摩擦片的磨損量。這一信號隨后被傳輸至控制器進(jìn)行分析處理，并最終在駕駛室儀表上以報警和顯示的形式提醒駕駛員及時更換摩擦片。

4.2 連續(xù)式磨損報警裝置識別

連續(xù)式磨損報警傳感器具備實時監(jiān)測功能，能夠精準(zhǔn)地輸出摩擦片磨損量與磨損報警轉(zhuǎn)接線輸出電壓之間的對應(yīng)關(guān)系。當(dāng)摩擦片未磨損時，輸出電壓為1 V ；隨著摩擦片的逐漸磨損，輸出電壓呈線性增大趨勢；當(dāng)摩擦片完全磨損時，輸出電壓達(dá)到3.5 V。若此時仍未更換新摩擦片，繼續(xù)磨損將導(dǎo)致輸出電壓迅速躍升至（4±0.2）V。控制器結(jié)合以上傳感器輸送信息，進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換及閾值分析計算，重新封裝后組包轉(zhuǎn)發(fā)至駕駛室儀表進(jìn)行顯示及預(yù)警。

5 摩擦片磨損報警功能的系統(tǒng)布置

5.1 摩擦片傳感器的安裝

摩擦片傳感器的布置要合理。傳感器應(yīng)被安裝在車輛前后橋的摩擦襯片附近，以便直接感知摩擦片的磨損情況。同時，為了減少線束的復(fù)雜性和布線難度，傳感器的位置應(yīng)盡可能優(yōu)化。傳感器的輸出端需連接至前后車橋附近的EBS 橋控模塊，以確保信號的快速傳輸和有效處理。此外，在安裝過程中，必須嚴(yán)格遵循防水和防振要求，確保傳感器能在各種惡劣工況下穩(wěn)定工作。隨著摩擦片的磨損，傳感器將輸出線性增大的電壓信號，該信號將被用來精確識別摩擦片的磨損程度，并通過EBS 系統(tǒng)實時轉(zhuǎn)發(fā)至中央控制單元進(jìn)行進(jìn)一步處理。整體布置如圖3 所示。

5.2 控制器的安裝

摩擦片磨損報警系統(tǒng)的核心控制器為EBS 控制器。在安裝EBS 控制器時，應(yīng)充分考慮其防水和防塵等級，以確?？刂破髟趷毫迎h(huán)境下仍能正常工作。同時，由于電子元器件的老化速度受溫度和濕度等環(huán)境因素的影響較大，因此控制器的安裝位置應(yīng)盡可能選擇在駕駛室內(nèi)或其他相對干燥、溫度穩(wěn)定的環(huán)境中。

6 結(jié)束語

本文針對摩擦片磨損報警功能系統(tǒng)進(jìn)行了全面且深入的闡述，內(nèi)容涵蓋了系統(tǒng)框架的構(gòu)建、系統(tǒng)功能的明確、設(shè)計思路的梳理以及系統(tǒng)布局的詳細(xì)規(guī)劃。通過對這些關(guān)鍵環(huán)節(jié)的詳細(xì)探討，本文旨在為相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行類似系統(tǒng)設(shè)計時提供有益的參考和啟示，推動該領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步。

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