一种定点检测重型货车刹车片轮胎温度的预警装置及方法与流程

本发明属于车辆轮胎刹车温度预警，具体涉及一种定点检测重型货车刹车片轮胎温度的预警装置及方法。

背景技术：

1、随着我国高速公路的不断扩建，车辆行驶环境变得日益复杂。特别是在长下坡路段，重型货车司机经常需要频繁使用刹车，导致刹车系统摩擦时间过长，无法有效散热，尤其是在封闭的工作环境中，这可能导致刹车片过热、制动力下降甚至失灵，进而引发重大交通事故。

2、目前市场上的车辆轮胎温度检测设备通常是在刹车系统失灵即将失灵时才进行预警，不能提前为驾驶员提供清晰、明确的预警，使驾驶员无法有效避免潜在的安全事故，为高速公路安全驾驶带来了挑战。此外，目前市场上还通过在轮胎内部设置检测装置检测轮胎温度，但这种需要车辆的每个轮胎上均需设置检测装置，且车内还需要有设置相应的检测系统，成本较高。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，本发明提供了基一种定点检测重型货车刹车片轮胎温度的预警装置及方法，以解决现有技术中车辆轮胎温度检测设备不能提前为驾驶员提供清晰、明确的预警以及车辆轮胎温度检测设备成本较高的问题。

2、本发明通过工控机中数据传输模块、第二存储模块、环境温度模块、刹车失灵预测模块和刹车失灵控制模块的结合应用，可以在检测到刹车失灵的潜在风险时，提前为驾驶员提供清晰、明确的预警，从而有效避免潜在的安全事故，为高速公路安全驾驶提供可靠的保障；同时，基于定点位置设置红外线温度传感器、工控机和户外显示屏，并通过三者的结合可以广泛应用于多辆重型货车刹车片轮胎温度的检测，有效的降低了驾驶员在车辆轮胎温度检测设备上的支出。

3、本发明提供了一种定点检测重型货车刹车片轮胎温度的预警装置，该装置设置于高速公路长下坡路段，包括：

4、第一采集模块，垂直设置于高速公路波形护栏旁，与地面的垂直高度为重型货车轮胎高度的1/2±5mm处，以毫秒/次的采样频率实时获取当前高度下重型货车的轮胎温度数据；

5、第一存储模块，设置于重型货车内，用于存储车辆的基础数据；

6、第二采集模块，设置于重型货车内，以毫秒/次的采样频率实时采集车辆的行驶状态数据；

7、第三采集模块，设置于重型货车前保险杆处，以毫秒/次的采样频率实时采集车辆与第一采集模块之间的距离；

8、工控机，设置于第一采集模块前方路段处的定位杆上，且该工控机内设置有数据传输模块、第二存储模块、环境温度模块、刹车失灵预测模块和刹车失灵控制模块，其中：

9、数据传输模块，获取第三采集模块传输至工控机的数据，与内置的距离指标进行比较后根据比较结果发出相应的指令，具体为：

10、1）当≤时，数据传输模块调取第一存储模块存储的基础数据和第二采集模块采集的行驶状态数据传输至工控机；

11、2）当＞时，数据传输模块不发出任何指令；

12、第二存储模块，用于存储第一采集模块传输至工控机的温度数据；

13、环境温度模块，调取第二存储模块最新存储的n个温度数据生成数据集，并从数据集a中寻找重复最多的温度数据作为环境温度t，且环境温度每秒更新一次，其中环境温度t的寻找公式如下所示：

14、；

15、刹车失灵预测模块，接收工控机传输的基础数据和行驶状态数据时，同步获取第一采集模块传输至工控机的温度数据和环境温度模块传输的环境温度数据，预测出车辆的预失灵时间，其中预失灵时间指车辆的刹车皮轮胎温度将于时间后可能会出现温度过高致使刹车失灵的情况；

16、刹车失灵控制模块，获取刹车失灵预测模块预测出的预失灵时间，与内置的预失灵时间进行比较后根据比较结果发出相应的预警指令，具体为：

17、1）当＞时，刹车失灵控制模块不发出任何指令，此次预警结束；

18、2）当≤时，刹车失灵控制模块向工控机发出告警信息，工控机接收到告警信息后将异常车辆的车牌号信息及预失灵时间传输至位于前方路段的户外显示屏；

19、户外显示屏，设置于定位杆前方路段处。

20、优选的，所述第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块以40毫秒/次的采样频率实时采集数据；此外，第一采集模块为红外线温度传感器，第三采集模块为红外线测距传感器。

21、优选的，所述基础数据包括但不限于车牌号、轮胎比热容、轮胎表面积和轮胎表面的对流换热系数，行驶状态数据包括但不限于车辆重量、车辆速度、刹车次数和每次刹车的时间。

22、优选的，所述环境温度模块使用哈希算法从第二存储模块最新存储的n个温度数据中寻找重复最多的温度数据作为环境温度；

23、此外，当≤时，数据传输模块仅调取一次该重型货车的基础数据和行驶状态数据传输至工控机。

24、优选的，所述刹车失灵预测模块中预测步骤具体为：

25、s11、工控机将接收的基础数据和行驶状态数据传输至刹车失灵预测模块，刹车失灵预测模块同步获取第一采集模块传输至工控机的温度数据和环境温度模块传输的环境温度数据并进行比较，当第一采集模块传输至工控机的温度数据≥环境温度时开始记录温度数据，当第一采集模块传输至工控机的温度数据＜环境温度时则停止记录温度数据，随后将记录的k个温度数据生成数据集，并从数据集b中选择最高的温度数据作为刹车片轮胎温度；

26、s12、基于步骤s11中获得的基础数据、行驶状态数据和刹车片轮胎温度，计算车辆的刹车皮轮胎温度随时间的变化速率，计算公式如下所示：

27、，

28、，

29、，

30、，

31、式中，t表示每次刹车的时间，单位：秒；表示摩擦产生的热量，单位：焦耳；表示轮胎表面的热辐射产生的热量，单位：焦耳；表示轮胎表面散失的热量，单位：焦耳；m表示车辆重量，单位：千克；c表示轮胎的比热容，单位：焦耳/千克•摄氏度；表示刹车皮轮胎温度随时间的变化速率，单位：开尔文/秒；为比例常数，n表示刹车次数；v表示车辆速度，单位：米/秒；为stefan-boltzmann常数，；c表示轮胎表面积，单位：平方米；为刹车皮轮胎温度的开尔文温度表达形式；h表示轮胎表面的对流换热系数；t表示环境温度，单位：摄氏度；为刹车皮轮胎温度的摄氏度温度表达形式；

32、s13、基于步骤s12获得的刹车皮轮胎温度随时间的变化速率，计算车辆的预失灵时间，其中计算公式如下所示：

33、，

34、式中，q表示预设的刹车失灵临界值，q=90；表示刹车皮轮胎温度随时间的变化速率，单位：摄氏度/秒；预失灵时间的单位：分钟。

35、优选的，所述步骤s11中刹车失灵预测模块在记录温度数据的过程中，也在同步接收环境温度模块更新后的环境温度数据。

36、优选的，当数据集b中尚未停止记录温度数据时，刹车失灵预测模块已开始接收下一辆重型货车的基础数据和行驶状态数据，此时数据集b停止记录温度数据，刹车失灵预测模块从数据集b中选择最高的温度数据作为刚行驶过去的重型货车的刹车片轮胎温度，同时为下一辆重型货车生成新的数据集b。

37、优选的，所述步骤s13中车辆的预失灵时间为负值时，刹车失灵控制模块在获取刹车失灵预测模块预测出的预失灵时间后，会直接向工控机发出告警信息；

38、此外，当工控机接收到告警信息后，还通过4g网络将异常车辆的车牌号信息及预失灵时间发送至附近的交警路政指挥中心的一体机终端电脑上，以便交警路政指挥中心实时检测异常车辆行驶状态，及时救援。

39、优选的，所述第一采集模块通过485传输模块将采集的温度数据传输至工控机，第一存储模块、第二采集模块和第三采集模块通过无线传输方式将数据传输至工控机；此外，工控机通过有线传输方式将异常车辆的车牌号信息及预失灵时间传输至位于前方路段的户外显示屏。

40、本发明还提供了一种定点检测重型货车刹车片轮胎温度的预警方法，应用于一种定点检测重型货车刹车片轮胎温度的预警装置，具体步骤为：

41、s21、第一采集模块、第二采集模块和第三采集模块以毫秒/次的采样频率采集数据工控机；

42、s22、工控机将第一采集模块采集的温度数据传输至第二存储模块存储，环境温度模块调取第二存储模块最新存储的n个温度数据生成数据集a，并从数据集a寻找重复最多的温度数据作为环境温度t，且环境温度每秒更新一次；

43、s23、数据传输模块获取第三采集模块传输至工控机的数据，与内置的距离指标进行比较后根据比较结果发出相应的指令，具体为：

44、1）当≤时，数据传输模块调取第一存储模块存储的基础数据和第二采集模块采集的行驶状态数据传输至工控机；

45、2）当＞时，数据传输模块不发出任何指令；

46、s24、刹车失灵预测模块接收工控机传输的基础数据和行驶状态数据时，同步获取第一采集模块传输至工控机的温度数据和环境温度模块传输的环境温度数据，预测出车辆的预失灵时间；

47、s25、刹车失灵控制模块获取刹车失灵预测模块预测出的预失灵时间，与内置的预失灵时间进行比较后根据比较结果发出相应的预警指令，具体为：

48、1）当＞时，刹车失灵控制模块不发出任何指令，此次预警结束；

49、2）当≤时，刹车失灵控制模块向工控机发出告警信息，工控机接收到告警信息后将异常车辆的车牌号信息及预失灵时间传输至位于前方路段的户外显示屏；

50、s26、当户外显示屏接收到工控机发送的异常车辆的车牌号信息及预失灵时间后，在显示屏上实时显示车辆的车牌号信息及预失灵时间，从而提醒驾驶员及时采取措施，确保行车安全。

51、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

52、1、本发明通过工控机中数据传输模块、第二存储模块、环境温度模块、刹车失灵预测模块和刹车失灵控制模块的结合应用，可以在检测到刹车失灵的潜在风险时，提前为驾驶员提供清晰、明确的预警，从而有效避免潜在的安全事故，为高速公路安全驾驶提供可靠的保障。

53、2、本发明基于定点位置设置红外线温度传感器、工控机和户外显示屏，并通过三者的结合可以广泛应用于多辆重型货车刹车片轮胎温度的检测，有效的降低了驾驶员在车辆轮胎温度检测设备上的支出。