测量汽车刹车片厚度的传感器设计与分析

设计的实时测量刹车片厚度装置主要用于乘用车、商用车领域。目前，国内主流的同类装置为通断式[1]，其主要通过驾驶人的下车观察及驾驶经验来判断刹车片厚度。通断式装置无法实时测量显示刹车片厚度，需要定期检查维护，而运用最新的超声波探测原理，其装置繁琐且成本高。相比于通断式和超声波装置，本文介绍的采用传感器测量刹车片厚度的前期成本为40～60元，成本适中，而且能够实时显示刹车片厚度，并且在其达到极限厚度值时可及时报警[2]。

1 传感器整体结构

汽车刹车片的摩擦块由摩擦材料和背部钢板组成[3-4]，将传感器嵌置于摩块中与其一同磨损，从而实现对刹车片厚度的实时测量功能。传感器相对位置、摩擦材料与背板、传感器分别如图1、图2、图3所示。

  

图1 传感器相对位置

  

图2 摩擦材料与背板

  

图3 传感器

2 电阻格栅设计

电阻格栅是传感器实现厚度测量功能的主要构件，其封装于传感器内部。

2.1 电阻格栅的工作原理

电阻格栅采用多个电阻并联的方式，传感器总电阻R的计算公式为[5]：

 

(1)

式中：R1、R2、R3、R4…RN-1、RN为传感器并联电路中的各个电阻。

在工作过程中电阻格栅与摩擦材料共同磨损导致电阻减少，使电路中的电信号改变，从而反馈出摩擦片的实时磨损情况。

2.2 电阻格栅设计方案

电阻格栅的设计要求包括以下几点：①电阻格栅总阻值≤50 Ω；②测量精度达到1 mm；③符合封装要求，形状规整，便于生产。为满足上述要求，设计出“阶梯式”电阻格栅方案，即并联的中间电阻长度整体上呈“阶梯式”增长。“阶梯式”电阻格栅示意图如图4所示。

  

图4 电阻格栅示意图

2.3 电阻格栅理论计算

(2)取10片电阻格栅进行磨损试验，得到总阻值-磨损级数试验数据，取平均值；

  

图5 电阻计算简图

电阻计算简图如图5所示，电阻格栅中间的电阻丝电阻值以R1、R2、R3、R4…R17、R18表示，电阻值较大；而电阻格栅两边的电阻材料宽度大、长度小，电阻值相对较小。电阻格栅的每一并联支路均由中间大电阻与两边小电阻串联而成，综合组成电阻格栅并联电路。

总而言之，在初中数学之中开展合作学习，不但能够提高学生对于数学知识的兴趣，提高课堂教学的效果，提升学生的数学成绩，还能促进他们个人综合素质的提升，促进他们的全面发展。

经理论计算，电阻格栅每磨断一级，剩余电阻总电阻值及磨断前后电阻值变化量(级差)见表1。

表1 电阻格栅理论计算

  

磨断级数/级电阻值/Ω级差/Ω03.0-13.20.223.50.333.80.344.10.354.40.364.60.274.90.385.30.495.70.4106.20.5116.90.7127.91.0139.31.41411.52.21515.23.71622.67.4174522.418∞(装置报警)∞

2.4 电阻格栅试验数据

理论计算中假设了电流密度是均匀的，而电阻格栅两侧电阻材料宽度大、长度小，电阻值理论计算相对较小。事实上，格栅两侧电阻相对于中间电阻丝而言长宽比小得多，电流密度并不均匀[6]，有相当一部分电流密度很小，故作出以下猜测：对于格栅两侧电阻，实际电流流经电阻材料的宽度比理论上的要小，即实测电阻值比理论计算的电阻值要大。

四是要有好身体。自驾游比跟团游更考验人的体能。吃饭不及时、休息不及时、睡觉不及时，都是常事。有时前不着村、后不着店，只能咬牙坚持。我们此次所去的地方，一连好几天，都在海拔3500-4000米左右的地方活动，如果有高原反应，对身体会造成一定影响。在阿克塞县城，遇到一伙刚从西藏下来的游客。他们都穿着棉衣，但其中有一女的却一身背心短裤，精神抖擞。据说在西藏，此人毫无不适之感。而另有一个人高原反应十分厉害，头疼欲裂，氧气吸了一大袋，差点死在那里。

  

图6 电阻格栅成品

2.4.1 试验数据统计

在马克思主义哲学中，实践是主要和基本的概念。理论联系实践，要求我们在新时期，鼓舞大众学习中国特色社会主义理论体系，大力弘扬民族精神和时代精神，武装全党、教育人民，高举中国特色社会主义伟大旗帜，使广大人民群众凝聚一心。我们提倡的社会主义核心价值观，是我国人民对美好社会的生动表述，是公民所应遵守最基本的道德规范，是引导我国人民提高文化水平和意识的价值导向。

表2 电阻格栅试验数据

  

磨断级数/级平均电阻值/Ω电阻值方差/Ω2级差均值/Ω级差方差/Ω204.70.095——14.90.0860.20.00625.20.0890.30.00635.40.0940.20.00745.60.1050.20.00655.90.1080.30.00866.20.1120.30.00676.40.1120.20.00686.80.1040.40.00797.20.1170.40.010107.70.1300.50.021118.40.1320.70.028129.40.1461.00.0331310.70.2591.30.0631412.90.1532.20.1031516.50.2233.60.0831623.90.3877.40.1491746.11.32522.20.70118∞(装置报警)0.000∞0.000

由表2可以看出，平均电阻值方差在0.086～1.325之间变化，级差方差在0.006～0.701之间变化，均在可接受的范围内，故试验数据可靠，误差较小。

用电阻格栅成品进行试验，试验数据见表2。控制试验条件，取得100组试验数据样本，包括电阻格栅磨断级数所对应的总电阻值和磨断前后电阻值的变化量(级差)。经过计算得到平均电阻值和级差均值，再通过计算平均电阻值和级差均值的方差来观察数值的波动情况。

对于上面的猜测进行验证试验[7]：

根据表2绘制出平均电阻值-磨断级数图像和级差均值-磨断级数图像，分别如图7、图8所示。

  

图7 平均电阻值-磨断级数

  

图8 级差均值-磨断级数

由图7、图8可以看出，随着格栅电阻材料的磨损，其平均电阻值呈增大的趋势(4.7～46.1 Ω)，而且增长的幅度也越来越大(0.2～22.2 Ω)。而级差与总电阻值的比值(级差/总电阻值)也显著增大，传感器测量刹车片厚度相对更为容易，所得数据精度更高。

2.4.3 理论-试验数据误差分析

对比表1和表2的电阻值，可以发现理论计算值和试验所测得的数值存在一定的误差，理论计算值比试验测得的电阻值小1.1～1.7 Ω不等。一般而言，数据误差主要由以下三方面原因引起：①计算方法误差；②生产误差；③测量误差。而通过分析表2的方差，电阻值方差相对较小，数据几乎无波动，因此可以排除②、③两点原因，最后可以确定误差是由计算方法引起的系统误差。

经分析得知，理论计算并没有计入电阻格栅下方延长端子的阻值，而延长端子是为了封装后便于测取数据而设计的，其阻值实测为1.0Ω。电阻格栅局部示意图如图9所示。

  

图9 电阻格栅局部示意图1.两侧电阻；2.绝缘背板；3.延长端子；4.中间电阻丝

考虑了延长端子电阻值后的理论-试验电阻值数据对照表见表3。

使用空三加密成果输出DEM和DOM产品，完成接边、分幅等工作。DOM制作完成以后，使用三种方法对DOM进行精度检测：

表3 理论-试验电阻值数据对照

  

磨断级数/级理论电阻值A/Ω延长端子电阻值B/Ω试验电阻值C/Ω差值C-(A+B)/Ω03.01.04.70.713.21.04.90.723.51.05.20.733.81.05.40.644.11.05.60.554.41.05.90.564.61.06.20.674.91.06.40.585.31.06.80.595.71.07.20.5106.21.07.70.5116.91.08.40.5127.91.09.40.5139.31.010.70.41411.51.012.90.41515.21.016.50.31622.61.023.90.31745.01.046.10.118∞1.0∞—

由表3可知，理论计算的电阻值加上延长端子的电阻值后，仍然与试验测得的数值存在0.1～0.7 Ω的误差，且误差随着电阻格栅磨断级数的增加而减小。

根据设计方案制成的电阻格栅成品如图6所示。

2.4.2 试验数据

追溯起来，茶场原本是革命年代镇里组织建设起来的。后来破败，便交由村里代管。眼前的茶场已今非昔比。原来一溜平房，多数房子顶上已是烂瓦横陈，墙体上的窗户，窗框已经不知去向，留下一个个恐怖的窗洞。还有几间看守房子的人住过的稍微像样，门上落着锁。从窗户里看，里面也是一地的牛粪。几十亩的茶山，多半划出去租给人种了胡柚。剩下的茶园早已是芳草萋萋看不到茶树了。

(1)取同一批电阻格栅40片，平均分成四组，每组10片；

电阻格栅采用镍铬电阻材料(图4黑色部分)，格栅中间并联有18根宽度及厚度相同、长度不同的电阻丝。每根电阻丝间隔1 mm，格栅的电阻部分上下高度为17 mm。一根电阻丝被磨断，表示刹车片摩擦材料损耗1 mm，这一数值将由电阻格栅电阻值的突然增大经由传感器将数据转化并最终传递到汽车仪表上，实现汽车刹车片的实时测量。当最后一根(第18根)电阻丝被磨断，装置即自动报警。

从本质上来说，新陈代谢就是身体一天之内消耗的所有能量。身体不只是在运动时才消耗能量，每一分钟都在消耗。美国北卡罗来纳州大学助教史密斯·瑞恩表示，从消化食物到呼吸，包括用手机发短消息，身体无时无刻不在消耗能量，不管你是被动还是主动。

(3)取10片电阻格栅，分别在其电阻材料的左上角和右上角裁去一个边长为2 mm的等腰直角三角形，然后进行磨损试验，得到总阻值-磨损级数试验数据，取平均值；

基于合法性的一般理论，社会组织在社区治理中的合法性应由社区治理的制度环境和利益相关者界定。借助Scott的规制合法性、规范合法性、认知合法性三分法，在社区治理中社会组织的三种合法性应当分别有不同的表现形式(见表1)。基层政府部门、社区自治主体(社区居委会)、社区其他治理主体和社区居民都是重要的利益相关者。社会组织需要通过得到这些主体以及这些主体之间长期作用形成的环境的接纳、认可，获得合法性，包括认可其作为社区治理主体资格与地位、认同其行动和作用等方面。社会组织在社区治理中的合法化过程围绕这些被认可的结果展开行动。

(5)取10片电阻格栅，分别在电阻材料的左上角和右上角裁去一个边长为6 mm的等腰直角三角形，过程同(2)；

(4)取10片电阻格栅，分别在电阻材料的左上角和右上角裁去一个边长为4 mm的等腰直角三角形，过程同(2)；

(6)比较(2)、(3)、(4)、(5)数据，进行分析。

误差验证试验数据见表4。

表4 误差验证试验数据

  

磨断级数/级原件/Ω剪2mm边角/Ω剪4mm边角/Ω剪6mm边角/Ω04.64.64.64.814.84.84.84.925.05.05.05.135.25.25.25.345.45.55.55.655.75.75.75.966.06.06.06.176.26.36.26.386.56.66.66.697.07.17.07.0107.57.57.67.5118.28.28.38.3129.39.29.49.31310.710.610.810.51412.712.812.712.71516.416.316.216.51623.823.724.123.71745.345.945.646.8

由表4可以看出，当电阻格栅被裁去边长为2 mm和4 mm的等腰直角三角形边角时，其数据与原件所测数据几乎无变化，则电阻格栅此边角区域电流密度接近于0；但当被裁去电阻材料进一步扩大，边角尺寸达到6 mm时，前6个所测的电阻值的数据比原件要高0.1～0.2 Ω，说明电阻格栅此边角区域有电流通过。

由此可知，格栅两侧电阻的电流密度并不均匀，而且越靠近外部区域，电流密度越小，均匀电流区域的界限处于4～6 mm边角之间。

3 小结

此传感器装置用于汽车刹车片的厚度测量，成本适中，可实现实时测量，测量精度达到1 mm。

燕西只是配不上清秋而已。戴安娜和查尔斯王子也是如此而已。你看灰姑娘，王子是真的有王子的气质。不像燕西那么没责任感，这种人除了钱、家室，不过庸夫而已。清秋怎么就没看清呢。

采用Colaizzi七步法[10]，分析步骤：①反复听取访谈记录、阅读访谈记录；②提取有重要意义的陈述；③对反复出现的观点进行编码；④将编码后的观点汇集；⑤写出详细、无遗漏的描述。⑥总结出相似的主题；⑦求证回访者，保证结果准确性。

参考文献：

[1] 韩贤贤，姚毅超，赵紫薇，等.汽车刹车片厚度检测系统设计[J].林业机械与木工设备，2017，45(7)：32-36.

[2] 刘炳昌，杨华亭.汽车刹车片报警系统[J].大众汽车，2015(2)：4-5.

[3] 骆晓智.一种汽车刹车片：中国，201620163191.8[P].2016-12-01.

[4] 王磊，杨瑞，赵强.某乘用车正面偏置碰撞仿真分析及其优化对策研究[J].森林工程，2017，33(6)：83-87.

[5] 黄伟，胡国兵，龙禹，等.一种探测刹车片厚度的方法[J].微型机与应用，2016，35(18)：97-98+102.

上官星雨扑通一声，跳进黑暗的流水中，一点亮光随着她向不可测的深水中沉去，接下来是李离、吴耕，李离拉着吴耕的手，袁安托着吴耕的背，小心翼翼地跟在他身后。

[6] 赵晓玲.大电流材料及结构对滑动电接触性能的影响[D].秦皇岛：燕山大学，2013.

该公司的科学家通过“关闭”大豆中反式脂肪酸基因研发出这一款转基因大豆。与传统的大豆相比，这种大豆榨取的豆油含有更多“健康”的脂肪酸，而导致人体胆固醇增多的脂肪酸更少。

[7] 陆俭图，李奎，杜太行，等.塑壳断路器可靠性理论与验证试验方法[J].电工技术学报，2012，27(5)：180-185.