基于單片機的汽車制動性能檢測儀的設計

制動性能是機動車安全檢測的重點指標之一，檢驗的方法有路試法和臺架法。根據(jù)GB7258-1997規(guī)定,路試法主要在道路上對汽車制動性能進行檢測，其檢測的參數(shù)有制動距離;充分發(fā)出的平均減速度;制動踏板力;制動協(xié)調時間等[1][3]。

在道路上對汽車制動性能進行檢測，其測試儀器主要是車速傳感器，通過對汽車在道路上制動時的車速變化對汽車整車制動性能進行評價?，F(xiàn)在普遍使用的制動性能檢測儀大多是在車身上安裝傳感器，使用和維護比較困難。在機動車輛制動性能檢測和交通事故的勘查以及汽車維修行業(yè)中，一種能夠快速測出制動距離和制動時間，方便快捷，智能化，高精度，性價比高，無需與車輛進行機械和電氣安裝連接的汽車制動性能測試儀顯的特別重要。為提高檢測的自動化水平和檢測的精度，設計了一種基于C8051F206單片機和加速度傳感器的汽車制動性能檢測儀。

1 制動檢測儀的工作原理

汽車的制動過程是：當汽車以規(guī)定的初速度在平滑的路面上行駛，駕駛員一腳將制動器踩到底直到汽車停止。制動性能檢測儀完成對制動距離和制動時間的檢測，其工作原理是以加速度傳感器為主要探測部件,利用加速度傳感器在制動時對減速度

的測量，并經(jīng)過單片機進行運算處理分析，實現(xiàn)對制動距離和制動時間的計算，該系統(tǒng)主要包括3個過程：制動開始的判斷和數(shù)據(jù)的采集過程;數(shù)據(jù)的處理和分析過程;制動距離和制動時間的顯示過程。汽車制動過程的加速度、瞬時速度曲線如圖1所示：

圖1 汽車制動過程的加速度、瞬時速度曲線

1.1 制動開始的判斷和數(shù)據(jù)的采集過程

由于該測試儀與機動車輛沒有任何的電氣和機械的硬連接,所以制動何時開始必須由軟件根據(jù)傳感器的輸出進行判斷，從而確定數(shù)據(jù)的采集和存儲。

1.2 數(shù)據(jù)的處理和分析過程

1.2.1 制動距離的計算：

制動距離是在規(guī)定的初速度下急踩制動踏板，從腳接觸制動踏板至車輛停住時行駛過的距離。由于已得到實時車速，所以制動距離是實時車速的積分。

(1)

式中，S為制動距離(m); v為制動初速度(km/h) ; t為協(xié)調時間(s);.i為制動減速度(m/s2) 。

1.2.2 充分發(fā)出的平均減速度的計算

根據(jù)GB7358-1997,充分發(fā)出的平均減速度(MFDD)的計算公式如下：

m/s2 (2)

式中，V為試驗車制動初速度(km/h);Vb為0.8V試驗車速(km/h);Ve為0.1V試驗車速(km/h);Sb為試驗車速從Vv到Vb的行駛距離(m);Se為試驗車速從V到Ve的行駛距離(m)[2]。

2 制動檢測儀的硬件設計

制動檢測儀由加速度傳感器，制動踏板力傳感器及數(shù)據(jù)采集，微處理器C8051F206、LCD顯示器/鍵盤、微型打印機、串行通訊及數(shù)據(jù)存儲等組成,其硬件組成框圖如圖2所示：

圖2 硬件組成框圖

2.1 微處理器選擇

經(jīng)分析，我們決定采用C8051F206單片機。C8051F206芯片具有如下優(yōu)點：一是運行速度快。該芯片采用流水線指令結構，70%指令的執(zhí)行時間為1個或2個系統(tǒng)時鐘周期，當工作在最大系統(tǒng)時鐘頻率25MHz時，執(zhí)行速度可達25MIPS;二是ADC輸入口較多。最多可達32個12位ADC輸入，每個引腳都可被配置為ADC輸入。且采樣速率100ksps，不必外加ADC芯片就能滿足需要;三是片內(nèi)存儲空間大。該片具有8KB的FLASH存儲器，256 B數(shù)據(jù)SRAM和1024 B的XRAM;四是調試方便。該片片內(nèi)支持JTAG調試功能。五是安全機制可靠。該片具有7種復位源，大大提高了運行可靠性，并利用JTAG口編程對芯片加密，提高了系統(tǒng)的保密性;六是具有工業(yè)級工作溫度范圍，能滿足系統(tǒng)的使用要求。

2.2 加速度傳感器的選擇

加速度傳感器選擇摩托羅拉公司的2260D，該傳感器用單一5伏電源，測量范圍為±1.5g，對應輸出直流電壓范圍為1.3-3.7伏，線性度好，無須放大即可與單片機方便連接。

2.3 LCD顯示器的選擇

LCD顯示器選擇LM3033B，該液晶顯示模塊均是使用帶中文字庫ST7920控制器進行驅動。主要特性有：內(nèi)置漢字字庫、提供8192個16×16點陣漢字(簡體)、內(nèi)置128個16×8點陣字符、繪圖顯示畫面提供一個64×256點的繪圖區(qū)域GDRAM、含CGRAM提供2組軟件可編程的16×16點陣造字功能、單5V電源供電、顯示分辨率：128×64點。

2.4 數(shù)據(jù)存儲及時間芯片選擇

該儀器為便攜式道路測試儀器，所以需要大量數(shù)據(jù)存儲，為便于接口及數(shù)據(jù)保存，選用AT24C256非易失串口存儲器。用于保存最多256次測試結果。時間芯片選擇DS1302用于保存每次測試的日期和時間。

3 系統(tǒng)軟件設計　系統(tǒng)軟件采用模塊化設計，菜單式管理，主要包括：系統(tǒng)初始化、主菜單管理、系數(shù)標定、參數(shù)設定、打印、通訊、測量等模塊組成。系統(tǒng)軟件結構框圖如圖3所示：

圖3 軟件組成框圖

4 結論

本系統(tǒng)創(chuàng)新點如下：(1)采用加速度傳感器2260D，利用積分算法測量制動距離和瞬時速度，避免了儀器與被測車輛的硬性連接，提高了儀器使用的方便性。(2)選用C8051F206單片機和高精度的元器件，提高了測試精度;(3)選用中文LCD顯示器和觸摸鍵盤，顯示直觀、操作方便。目前，本儀器已經(jīng)批量生產(chǎn)。

參考文獻：

[1] 王 翔，一種汽車制動性能檢測儀的研制，傳感器技術，2004， 23-2：24-26

[2] 曹健，汽車制動性能的檢測，中南汽車運輸，1998， 6-2：13-14

[3] 陳建平，汽車安全監(jiān)測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)，微計算機信息，2006，12-2：229-231