專利名稱：：一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)的制作方法一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)
技術領域：
汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)屬于汽車電子及安全
技術領域：
。技術背景汽車制動效能直接關系到人們的生命財產安全。為此，GB12676—1999《汽車制動系統(tǒng)結構、性能和試驗方法》提出了明確和詳盡的汽車制動系統(tǒng)結構要求、制動系統(tǒng)性能要求和制動系統(tǒng)試驗方法。國標針對可能造成汽車制動效能降低或喪失的多種情況如部件斷裂、制動器磨損等都提出相應的要求，例如國標中規(guī)定"液壓傳能裝置某部件失效，必須通過紅色報警信號燈通知駕駛員，該信號燈應不遲于促動控制裝置發(fā)亮"。為滿足國家標準的要求，目前汽車上已經有一些針對汽車制動效能失效的監(jiān)測報警技術，例如，專利CN1597405提出了一種利用電子線性變換位移差動測量裝置實時監(jiān)測車輛制動間隙的方法，但其實施方法復雜，需要對制動系統(tǒng)進行重新設計，并且只顧及制動間隙而無法對制動系統(tǒng)其它性能進行監(jiān)測。目前，雖然已經存在一些汽車制動效能監(jiān)測及報警裝置，但每年由于制動系統(tǒng)效能降低或失效仍導致大量的交通事故。例如，2005年12月4日八達嶺高速路進京方向49公里處，超載大貨車由于制動失靈與前方大客車后部右側相撞，造成24人死亡，9人受傷，成為新中國成立以來北京市發(fā)生最嚴重的一起交通事故。究其原因，主要是因為目前對制動性能的監(jiān)測報警裝置大都針對某一部件的故障等進行監(jiān)測，而從總體上針對整個系統(tǒng)性能進行監(jiān)測的裝置則幾乎沒有，另外，現(xiàn)有的報警監(jiān)測裝置大都是在制動系統(tǒng)失效后才給駕駛員提供報警信息，這勢必增加交通事故發(fā)生的概率。綜上所述，開發(fā)一種從總體上實時監(jiān)測汽車制動效能變化并能在制動系統(tǒng)失效之前便向駕駛員提供預警信息的技術和系統(tǒng)，對主動預防交通事故具有重要意義。
發(fā)明內容本發(fā)明的目的就是提供一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過實時監(jiān)測車輛制動踏板行程與制動壓力之間對應關系的變化情況，以判斷汽車制動系統(tǒng)是否因制動介質(制動液或制動氣體)泄露、制動部件磨損或損壞等原因造成的汽車制動效能失效或降低，及時提醒駕駛員采取安全措施，保障安全行車。該監(jiān)測及報警系統(tǒng)從汽車制動系統(tǒng)總體上實時監(jiān)測汽車制動效能，即可在其制動效能降低或失效時給駕駛員提供及時預警信息，更為重要的是能夠預測汽車制動效能的變化趨勢，為安全行車提供了一種有效的危險預防技術。該系統(tǒng)既可應用于在用車也可應用于新開發(fā)的車型，結構簡單，成本低廉。本發(fā)明是汽車運行安全性能監(jiān)測的重要內容，通過對汽車制動效能的實時監(jiān)測，判斷汽車制動性能的狀態(tài)，危險情況下及時向駕駛員提供報警信息，預防交通事故。該汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)在硬件上的結構組成如圖l所示。該系統(tǒng)主要利用車輛制動踏板位移傳感器和汽車制動壓力傳感器探測汽車制動踏板位移和制動壓力，利用信息采集及控制單元預先存儲該車輛制動性能良好以及滿足國家相關標準基本要求的情況下的關系曲線，車輛使用過程中，實時監(jiān)測兩者關系曲線的變化情況，如果存在制動介質泄露、制動部件磨損或損耗等原因即會造成制動效能的降低，反應在制動踏板行程與制動壓力關系的變化上，則表現(xiàn)為在同等制動踏板行程的情況下，制動壓力將變小，如圖2所示。曲線l是汽車制動性能良好情況下的曲線，若制動效能降低，則可能變?yōu)榍€2所示的情況。信息采集及控制單元根據(jù)一定的判定準則，判斷是否需要向駕駛員提供制動效能降低的報警信息，以提醒駕駛員。信息采集及控制單元還可以定期記錄汽車制動踏板行程與汽車制動壓力之間關系的變化情況，預測制動效能降低的趨勢，為駕駛員提供預警信息，幫助駕駛員及早發(fā)現(xiàn)問題，保證車輛能夠在制動性能狀態(tài)良好情況下運行，保障行車安全。本發(fā)明通過實時監(jiān)測汽車制動踏板行程和制動壓力關系的變化情況，監(jiān)測汽車制動效能的高低，其突出特點體現(xiàn)在第一，從制動系統(tǒng)總體上監(jiān)測其性能的狀況，與制動系統(tǒng)每個部件分別進行監(jiān)控報警的裝置相比，即增加了系統(tǒng)的可靠性，又降低了成本；第二，能夠記錄制動性能變化的整個過程，可以預測制動效能變化的趨勢，對預防因制動效能降低或喪失造成的交通事故具有極大的幫助作用；第三，該系統(tǒng)在在用車上使用時，對在用車的改造主要體現(xiàn)在增加壓力傳感器和制動踏板位移傳感器上，這兩者都容易安裝實現(xiàn)。而對于一些車輛上已經具有制動壓力和制動踏板位移信息的情況，則可以通過CAN總線技術與車輛原有信息進行通訊，簡單易行；第四，報警系統(tǒng)即可使用語音報警方式，也可使用圖形或數(shù)字信息的報警方式，可根據(jù)制動性能變壞的程度，采用分級的方式向駕駛員提供不同級別的報警，報警效果良好；第五，系統(tǒng)結構簡單，易于實現(xiàn)，成本低廉，即可在新開發(fā)的車型上應用，也可在在用車上改裝使用。圖1汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)結構示意圖。圖2汽車制動踏板行程與制動壓力關系曲線示意圖。圖3本發(fā)明信息采集及控制單元(單片機)電路原理圖。圖4本發(fā)明報警提示單元的人機交互界面示意圖。圖5燈光及聲音報警功能實施電路原理圖。圖6駕駛員監(jiān)控確認功能實施電路原理圖。圖7液晶顯示模塊與單片機的接口電路原理圖。圖8本發(fā)明各模塊的集成電路原理圖。具體實施方式圖l所示為本發(fā)明裝置的硬件結構框圖，其主要包括三個部分信號感知部分、信息采集與控制單元、報警提示單元。下面結合圖和實施例對本發(fā)明各部分內容分別作進一步說明。1、信號感知部分信號感知部分由車輛制動踏板位移傳感器、車輛制動壓力傳感器組成，二者分別感知車輛制動踏板的位移信號及車輛制動壓力信號，并將它們轉換成電壓信號輸出到信息采集及控制單元。在本發(fā)明實施例中，制動踏板位移傳感器釆用ISAAC儀器公司生產的型號為SENLIN5-500的線性位移傳感器，其具有防水防塵特性，工作溫度范圍為-30°C85°C，適用于汽車環(huán)境。SENLIN5-500位移傳感器量程為50誦，供電電壓為12VDC，輸出為在05V間變化并與所測位移量呈比例關系的模擬電壓信號。在本發(fā)明實施例中，SENLIN5-500位移傳感器一端固定于發(fā)動機艙和駕駛室之間的隔板上，一端固定在制動踏板上。本發(fā)明實施例所采用的制動壓力傳感器為安泰測控儀表有限公司生產的AT8051型壓力傳感器，其具有抗震動、耐沖擊的特性，工作溫度范圍為-40°C130°C，較適合于在惡劣的汽車發(fā)動機艙環(huán)境中使用。其供電電壓為5VDC，輸出為根據(jù)所測壓力的大小在0.5V4.5V之間線性變化的模擬電壓信號。在本發(fā)明實施例中，AT8051型壓力傳感器接于汽車制動主缸后續(xù)的制動管路之中。2、信息釆集及控制單元信息采集及控制單元所用單片機型號為摩托羅拉公司生產的八位單片機MC9S08DZ60，其主要實現(xiàn)兩路AD轉換及運行報警決策算法等功能。兩路AD轉換電路分別用于將車輛制動踏板位移傳感器和車輛制動壓力傳感器輸出的模擬電壓信號轉換成數(shù)字信號，其原理圖如圖3所示。其中，ADINO連接車輛制動踏板位移傳感器的信號輸出端，ADIN1則連接車輛制動壓力傳感器的信號輸出端。C3、C4、C5、C6為4個電容，R6、R7為兩個電阻。C3、C5以及R6構成第一路AD轉換電路的濾波減噪電路，C4、C6以及R7構成第二路AD轉換電路的濾波減噪電路。D2及D3為兩個二極管，其作用是保證單片機AD端口的輸入電壓不超過VCC。在信息采集及控制單元中，預先存儲車輛在制動性能良好及滿足國家相關標準基本要求情況下的制動壓力和制動踏板位移之間的關系曲線。在車輛使用過程中，利用上述信號感知部分實時采集制動壓力和制動踏板位移兩者關系曲線的變化情況，如果存在制動介質泄露、制動部件磨損或損耗等原因即會造成制動效能的降低，反應在制動踏板行程與制動壓力關系的變化上，則表現(xiàn)為在同等制動踏板行程的情況下，制動壓力將變小，如圖2所示。曲線l是汽車制動性能良好情況下的曲線。曲線2為僅能滿足國家相關標準最基本要求的制動效能曲線。例如，國標GB7258-2004《機動車運行安全技術條件》要求乘用車在附著系數(shù)大于0.7的水平路面上，無論載荷大小，在初始制動速度為50km/h時，制動距離不得超過20米。因此，對于乘用車而言，圖2中的曲線2即為在附著系數(shù)大于0.7的水平路面上，無論載荷大小，初始制動速度為50km/h并且制動距離剛好等于20米時對應的制動效能曲線。車型與車輛狀態(tài)不同，曲線2將有所不同，需要提前對其進行標定。對應某一踏板行程，將車輛制動壓力傳感器所采集到的實際制動壓力表示為，將曲線2對應的制動壓力表示為3/^2。為判斷車輛的制動效能狀態(tài)，本發(fā)明引入制動效能風險度評估函數(shù)R，其表達式如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>對應某一踏板行程，實際制動壓力^L,越小，風險度評估函數(shù)R越大，因此，R的大小能夠反映由于車輛制動效能降低而導致車輛行駛發(fā)生危險的可能性。風險度評估函數(shù)R越大，制動效能降低越多，車輛行駛發(fā)生危險的可能性就越大，因此，本發(fā)明根據(jù)風險評估函數(shù)R的大小分級別對駕駛員進行報警提示，設定報警級別G如下<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>上述報警規(guī)則能在車輛制動效能不能滿足相關國家標準之前便對駕駛員發(fā)出報警提示，克服了現(xiàn)有的其他一些報警監(jiān)測裝置在制動系統(tǒng)失效后才給駕駛員提供報警信息的缺點。信息采集及控制單元還可根據(jù)風險度評估函數(shù)R的大小變化定期記錄汽車制動踏板行程與汽車制動壓力之間關系的變化情況，預測制動效能降低的趨勢。從1040%開始，R每增加511/0便為駕駛員提供一次預警信息，進一步幫助駕駛員及早發(fā)現(xiàn)問題，保證車輛能夠在制動性能狀態(tài)良好情況下運行，保障行車安全。3、報警提示單元報警提示單元基于上述信息采集及控制單元所用的八位單片機MC9S08DZ60開發(fā)，能夠實現(xiàn)制動踏板行程、制動壓力及風險度的實時顯示、三色燈光報警、聲音提示報警以及駕駛員監(jiān)控確認等功能。報警提示單元的人機交互界面如圖4所示。對應于信息采集與控制單元所產生的四個報警級別，報警提示單元的報警方式也對應有四種狀態(tài)，如表l所示。表1報警方式<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>報警提示單元的三色燈光及聲音報警功能具體實施電路如圖5所示。其中，MC1412為集成了7路的復合管驅動專用集成電路，可以直接驅動各種指示燈及蜂鳴器。在本發(fā)明實施例中，MC1412的IN1IN4與單片機的4個I0口相連，以控制LED燈及蜂鳴器的開閉。當輸入端IN為高電平時，對應的輸出口將與GND導通，從而使對應的OUT電路形成閉合回路，即打開相應的LED燈或者蜂鳴器。反之，IN為低電平時，對應的OUT管腳懸空，即對應的OUT電路無法形成閉合回路。只要使單片機的10口輸出以一定的頻率間隔變化的低電平和高電平信號，便可控制LED燈以相應的頻率閃爍或者控制蜂鳴器發(fā)出相應頻率的蜂鳴報警聲。IN1所控制的LED1為人機交互界面的紅色報警燈，IN2所控制的LED2為人機交互界面的黃色報警燈，IN3所控制的LED3為人機交互界面的綠色報警燈。IN4則控制蜂鳴器電路的通斷。LED4為電源指示燈，用于指示系統(tǒng)供電是否正常。Rl、R2、R3、R4為限流電阻，其作用是防止通過各LED燈的電流過大。若在報警過程中，若駕駛員按下人機交互界面中的確認按鈕，系統(tǒng)則認為該報警提示已經引起駕駛員的注意，系統(tǒng)將自動暫停報警，直至系統(tǒng)重新啟動。駕駛員監(jiān)控確認功能具體實施電路如圖6所示。其中，SW1為人機交互界面的駕駛員確認按鈕，NetIO端與單片機的一個IO口連接。當駕駛員未按下SW1時，NetIO端為高電平，單片機采集到該信號后將保持系統(tǒng)的報警功能；在系統(tǒng)報警過程中，當駕駛員已意識到危險并按下確認按鈕時，NetIO端和電源地導通，變?yōu)榈碗娖?，單片機釆集到該信號后將暫時屏蔽報警功能，直至駕駛員重新按下確認按鈕。為實現(xiàn)人機交互界面的信息顯示功能，本發(fā)明實施例采用的液晶顯示屏為CM12864-2SLYB液晶顯示模塊，其自身內置兩個HD61202列控制器和一個HD61203行控制器，它和單片機的接口電路如圖7所示。VSS為液晶顯示模塊的電源地，VDD為液晶顯示模塊的供電電源正極，VO為液晶屏驅動電壓的正極，VEE為液晶屏驅動電壓的負極。RW1為可調電阻，通過對其調節(jié)可改變液晶屏的對比度。DB0DB7為數(shù)據(jù)線，它們均和單片機的10口相連接。ELA為顯示屏背光源的開關使能端口，CSl/CS2為顯示屏右/左半屏的芯片選擇使能端口，E為對DB7DB0中的數(shù)據(jù)進行鎖存的使能端口，R/W為對DB7DB0進行數(shù)據(jù)讀取/寫入的使能端口，D/I為數(shù)據(jù)類別使能端口，各使能端口均和單片機的IO口相連。綜上所述，本發(fā)明裝置包括信號感知、信息采集及控制單元、報警提示等三部分。信號感知部分利用車輛制動踏板位移傳感器和車輛制動壓力傳感器分別感知車輛制動踏板的位移信號及車輛制動壓力信號，并將它們轉換成電壓信號輸出到信息釆集及控制單元。如圖8所示，信息采集及控制單元以及報警提示單元均基于同一單片機MC9S08DZ60開發(fā)，其主要功能是將信號感知部分輸出的電壓信號轉換成數(shù)字信號，運行報警算法，并利用三色燈光、聲音提示等報警方式向駕駛員提供制動效能是否降低的預警信息，幫助駕駛員及早發(fā)現(xiàn)問題，保證車輛能夠在制動性能狀態(tài)良好情況下運行，保障行車安全。權利要求1、一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括車輛制動踏板位移傳感器、汽車制動壓力傳感器、信息采集及控制單元和報警裝置；車輛制動踏板位移傳感器采集車輛制動踏板位移信號；汽車制動壓力傳感器采集汽車制動壓力信號；信息采集及控制單元從車輛制動踏板位移傳感器和汽車制動壓力傳感器采集信號并進行處理，并根據(jù)處理情況將信號傳遞給報警裝置；車輛制動踏板位移傳感器、汽車制動壓力傳感器輸出分別和信息采集及控制單元輸入相連；信息采集及控制單元輸出與報警裝置信號輸入相連。2、根據(jù)權利要求1所述的一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)，其特征在于，所述信息釆集及控制單元根據(jù)國家標準標定滿足國標最基本要求的汽車制動效能曲線，并將其作為判斷汽車制動效能高低的基準制動壓力信號Si^2;對應某一制動踏板行程，所述信息采集及控制單元根據(jù)實際釆集的汽車制動壓力信號以及所述的基準制動壓力信號SiL2的大小，對汽車的制動效能風險度R進行評估，5尸，—^，所述信息采集及控制單元根據(jù)所述風險度R的大小分級別給報警裝置傳遞信號對駕駛員進行報警提示，設定報警級別G如下'0/<0.6，不報警10.6^^<0.8，初級報警G—乂—20.8Si<0.9，中級報警°3/20.9，高級報警3、根據(jù)權利要求2所述的一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)，其特征在于，所述信息采集及控制單元為摩托羅拉公司八位單片機MC9S08DZ60。4、根據(jù)權利要求2所述的一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)，其特征在于，所述報警裝置包括語音報警裝置和視覺報警裝置當報警級別為0時，視覺報警裝置綠燈亮，無聲音報警；當報警級別為l時，視覺報警裝置黃燈閃爍，并且語音報警裝置發(fā)出頻率為lHz的間斷蜂鳴聲報警；當報警級別為2時，視覺報警裝置紅燈閃爍，并且語音報警裝置發(fā)出頻率為2Hz的間斷蜂鳴聲報警；當報警級別為3時，視覺報警裝置紅燈和黃燈同時閃爍，并且語音報警裝置發(fā)出頻率為4Hz的間斷蜂鳴聲報警。5、根據(jù)權利要求1所述的一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)，其特征在于，所述制動踏板位移傳感器為ISAAC儀器公司SENLIN5-500線性位移傳感器。6、根據(jù)權利要求1所述的一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)，其特征在于，所述制動壓力傳感器為安泰測控儀表有限公司AT8051型壓力傳感器。7、根據(jù)權利要求l所述的一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)，其特征在于，所述報警裝置包括語音報警裝置和視覺報警裝置。全文摘要一種汽車制動效能監(jiān)測及報警系統(tǒng)，屬于汽車電子及安全
技術領域：
。該系統(tǒng)所述車輛制動踏板位移傳感器、汽車制動壓力傳感器輸出分別和信息采集及控制單元輸入相連；信息采集及控制單元輸出與報警裝置信號輸入相連。對應某一制動踏板行程，所述信息采集及控制單元根據(jù)實際采集的汽車制動壓力信號BP_act以及所述的基準制動壓力信號BP_line2的大小，對汽車的制動效能風險度R進行評估，根據(jù)評估的風險度R傳遞信號給報警裝置對駕駛員進行報警。信息采集及控制單元為摩托羅拉MC9S08DZ60。本發(fā)明增加了系統(tǒng)的可靠性，對預防因制動效能降低或喪失造成的交通事故具有極大的幫助作用；可根據(jù)制動性能變壞的程度采用分級報警；系統(tǒng)結構簡單，易于實現(xiàn)，成本低廉。文檔編號B60T17/18GK101332813SQ20081011785公開日2008年12月31日申請日期2008年8月6日優(yōu)先權日2008年8月6日發(fā)明者劉志峰,磊張,張德兆,李克強,李升波,波楊,王建強,連小珉申請人:清華大學