黃偉1,，胡國(guó)兵2,，龍禹1，石維1

　?。?.銅仁學(xué)院 材料與化學(xué)工程學(xué)院,，貴州 銅仁 554300；2.宜春學(xué)院 物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院,，江西 宜春 336000）

       摘要：設(shè)計(jì)了一種剎車片厚度探測(cè)方法,。闡述了厚度探測(cè)的基本原理、探測(cè)裝置的組成及制作,、剎車片探測(cè)尺寸范圍的劃分及電阻阻值的確定,。該方法可用于對(duì)剎車片厚度范圍的探測(cè)，與汽車控制系統(tǒng)結(jié)合可實(shí)現(xiàn)對(duì)剎車片厚度信息的反饋,、預(yù)警或在剎車片厚度低于極限使用厚度的情況下對(duì)車輛的控制,。采用該方法設(shè)計(jì)的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易實(shí)現(xiàn)小型化,，嵌入式結(jié)構(gòu),，便于安裝，可增強(qiáng)汽車主動(dòng)安全性,。該方法適合在各類制動(dòng)系統(tǒng)中推廣應(yīng)用,。

　　關(guān)鍵詞：探測(cè)方法；厚度,；剎車片,；汽車安全

0引言

　　據(jù)公安部交管局統(tǒng)計(jì)，截至2014年底,，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)2.64億輛,，其中汽車1.54億輛［1］；截至2015年底,，全國(guó)機(jī)動(dòng)車保有量達(dá)2.79億輛,，其中汽車1.72億輛［2］。機(jī)動(dòng)車的普及,，給人們生產(chǎn)生活帶來(lái)便捷的同時(shí),，也帶來(lái)了安全隱患。為減少交通事故傷亡率,、提高汽車乘員保護(hù)能力,，汽車安全技術(shù)逐漸成為中國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)最重要的研究方向之一［3］。

　　在各類公路交通事故中,因汽車剎車片過度磨損或高溫磨損等引起的汽車制動(dòng)效果減弱或失效的現(xiàn)象占相當(dāng)大比例,導(dǎo)致的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失十分嚴(yán)重,。剎車片是各種裝配有鼓剎或碟剎的交通工具制動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)重要的組成部分,。由于摩擦作用,，摩擦塊會(huì)被逐漸磨損，當(dāng)磨損到極限厚度時(shí),，必須更換,，否則將降低制動(dòng)的效果，甚至造成安全事故［4］,。為實(shí)現(xiàn)對(duì)摩擦片厚度的在線動(dòng)態(tài)測(cè)量,，以便于構(gòu)建剎車片性能監(jiān)測(cè)和隱患預(yù)警系統(tǒng)，羅慶生等人設(shè)計(jì)了一種可變電阻厚度傳感器［5］,，但由于電阻變化量較小且受溫度影響，難以獲得精確的厚度信息,，因此該技術(shù)未能得到推廣應(yīng)用,。黃偉等人發(fā)明了一種可探測(cè)剎車片厚度的裝置［6］，該裝置將電阻絲組成并聯(lián)電路用于探測(cè)剎車片厚度,，由于電阻絲直接與剎車片摩擦而產(chǎn)生溫度變化,，因此電阻變化較大。對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)的方法是用導(dǎo)線和電阻取代電阻絲,，將電阻置于遠(yuǎn)離剎車片的位置［7］,，從而使電阻變化幅度減小，可以對(duì)剎車片厚度范圍進(jìn)行較為精確的判斷,，并可以根據(jù)需要設(shè)計(jì)信號(hào)的變化量,，具有較大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。上述方法中,，均通過一定的方式將剎車片厚度信息轉(zhuǎn)化為電信號(hào),，進(jìn)而可通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行控制［8］，適應(yīng)于汽車向電子化,、智能化發(fā)展的需要［9］,。本文對(duì)通過并聯(lián)電路方式探測(cè)剎車片厚度范圍裝置的探測(cè)方法作進(jìn)一步討論。

1探測(cè)原理

　　對(duì)于多個(gè)電阻構(gòu)成的并聯(lián)電路,，假設(shè)各電阻的電阻值分別為R1,、R2，…,，Rn,，則由相關(guān)的物理學(xué)知識(shí)可知，其總的電阻值R總與各電阻值之間存在以下關(guān)系：

　　電路中,，如果部分與電阻連接的導(dǎo)線斷開,，則總電阻將會(huì)增加；如果所有導(dǎo)線都斷開,，則總電阻將為∞,。

　　將并聯(lián)電阻電路中與各個(gè)電阻相連接的導(dǎo)線與剎車片保持相對(duì)固定,，并在剎車片一定厚度范圍內(nèi)與剎車片一起受到摩擦。當(dāng)導(dǎo)線因摩擦而斷開時(shí),，將引起總電路電阻的變化,，由此將剎車片的厚度與電路的電阻聯(lián)系起來(lái)。將導(dǎo)線與剎車片指定的厚度相對(duì)應(yīng),，便可通過電阻值反映剎車片的厚度范圍,，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)剎車片厚度的探測(cè)。

2探測(cè)裝置的制作

　　根據(jù)上述基本原理,，設(shè)計(jì)制作了一種剎車片厚度范圍探測(cè)裝置,，該裝置由支撐體、導(dǎo)線和電阻等組成,。將部分導(dǎo)線按設(shè)計(jì)的并聯(lián)連接方式固定在支撐體上,，再與相應(yīng)的電阻連接，然后將電阻連接起來(lái)構(gòu)成電路,，示意圖如圖1所示,。將支撐體與剎車片保持相對(duì)固定，并在一定的剎車片厚度范圍內(nèi)與剎車1.支撐體,，2.導(dǎo)線,，3.電阻片一起受到摩擦。那么在某一尺寸時(shí)就會(huì)有相應(yīng)的導(dǎo)線因摩擦而斷開,，由此引起電路的總電阻發(fā)生變化,，且總電阻的每一次明顯變化都與剎車片相應(yīng)的厚度尺寸相對(duì)應(yīng)。將該電路與外電路或測(cè)試裝置連接,，再將測(cè)試信號(hào)傳輸給數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或汽車控制系統(tǒng),，便可實(shí)現(xiàn)對(duì)剎車片厚度情況的監(jiān)測(cè)甚至是對(duì)汽車的控制。在此裝置中,，支撐體的作用是使部分導(dǎo)線與剎車片保持相對(duì)固定并在剎車片一定厚度范圍內(nèi)與剎車片一起受到摩擦,，因此，可以采用塑料,、陶瓷等作為支撐體,，甚至可以以剎車片本身作為支撐體。

3剎車片厚度尺寸范圍的劃分

　　一般情況下,，新的剎車片厚度為14 mm左右,，而更換的極限厚度是7 mm左右，其中包括大約3 mm的鐵襯板厚度和近4 mm的摩擦材料厚度,。達(dá)到了使用極限的剎車片即使尚能使用一段時(shí)間,，也會(huì)降低制動(dòng)效果，影響行車安全,，因此必須更換,?；诖耍蓪x車片厚度尺寸劃分為3個(gè)區(qū)域：正常使用范圍,、極限預(yù)警范圍和禁止使用范圍,，并將相應(yīng)的信息通過汽車控制系統(tǒng)反映出來(lái)。正常使用情況下,，前輪剎車片的使用壽命一般在45 000 km左右,，后輪剎車片的使用壽命一般在85 000 km左右［10］。以設(shè)置三個(gè)探測(cè)點(diǎn)為例,，假如在達(dá)到剎車片極限厚度前500 km左右預(yù)警,，則可將第一個(gè)探測(cè)點(diǎn)設(shè)置在剎車片厚度為7.5~8.0 mm之間，將第二個(gè)探測(cè)點(diǎn)設(shè)置在7.0 mm左右,，將第三個(gè)探測(cè)點(diǎn)設(shè)置在6.5~7.0 mm之間,。當(dāng)剎車片厚度大于第一個(gè)探測(cè)點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的厚度時(shí)，電路處于完好狀態(tài),，總電阻基本保持不變，反映了剎車片在正常使用范圍,；當(dāng)剎車片厚度介于第一和第二個(gè)探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的厚度之間時(shí),，處于第一個(gè)探測(cè)點(diǎn)的導(dǎo)線因摩擦而斷開，引起電路總電阻增加,，反映了剎車片將達(dá)到極限使用厚度,，可通過汽車控制系統(tǒng)提醒使用者更換剎車片；當(dāng)剎車片厚度介于第二和第三個(gè)探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的厚度之間時(shí),，處于第二個(gè)探測(cè)點(diǎn)的導(dǎo)線也因摩擦而斷開,，引起電路總電阻再次增加，反映了剎車片達(dá)到極限使用厚度,，可通過汽車控制系統(tǒng)提醒使用者更換剎車片,；當(dāng)剎車片厚度低于第三個(gè)探測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的厚度之間時(shí)，處于第三個(gè)探測(cè)點(diǎn)的導(dǎo)線因摩擦而斷開,，電路總電阻為無(wú)窮大,，反映了剎車片已在極限使用厚度以下，可通過汽車控制系統(tǒng)禁止車輛行駛,，從而保證行車安全,。當(dāng)然，根據(jù)使用需求,，可以設(shè)置更多的探測(cè)點(diǎn)或?qū)?yīng)于其他厚度尺寸,。由于剎車時(shí)斷開的導(dǎo)線可通過金屬剎車盤而連通，因此,，僅在剎車片不與剎車盤接觸時(shí)測(cè)量的電路信號(hào)才能反映剎車片厚度信息,。

4電阻阻值的確定

　　為方便計(jì)算,，在確定總電阻變化范圍及間隔后，應(yīng)根據(jù)與電阻相連接的導(dǎo)線被摩擦的順序,，先確定最后一個(gè)電阻的阻值,，然后利用公式（1）計(jì)算出倒數(shù)第二個(gè)電阻的阻值，按此方式直至所有的電阻阻值被確定,。例如圖2所示電阻連接中,，依次斷開順序?yàn)镵1、K2,、K3,，若要求初始總電阻為50 Ω，K1斷開后電阻為100 Ω,，K2斷開后電阻為200 Ω,，則應(yīng)先確定出R3的阻值為200 Ω，然后由R2,、R3組成并聯(lián)電阻計(jì)算出R2的阻值為200 Ω,，以同樣的方式再計(jì)算出R1的阻值為100 Ω。由于電阻阻值存在偏差以及受溫度等因素影響會(huì)產(chǎn)生一定的誤差,，因此電路阻值變化間隔不宜過小,，以免因造成錯(cuò)誤判斷，同時(shí),，在一個(gè)電路中所并聯(lián)的電阻也不宜過多,。

5結(jié)論

　　本方法探測(cè)原理簡(jiǎn)單，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,，易實(shí)現(xiàn)小型化,、嵌入式結(jié)構(gòu)，便于安裝,，用于剎車片厚度探測(cè)可增強(qiáng)汽車自主安全性,，適合于各類機(jī)動(dòng)車輛及其他制動(dòng)系統(tǒng)推廣使用。

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