基于单片机的汽车制动性能检测仪的设计

制动性能是机动车安全检测的重点指标之一，检验的方法有路试法和台架法。根据GB7258-1997规定,路试法主要在道路上对汽车制动性能进行检测，其检测的参数有制动距离;充分发出的平均减速度;制动踏板力;制动协调时间等[1][3]。

在道路上对汽车制动性能进行检测，其测试仪器主要是车速传感器，通过对汽车在道路上制动时的车速变化对汽车整车制动性能进行评价。现在普遍使用的制动性能检测仪大多是在车身上安装传感器，使用和维护比较困难。在机动车辆制动性能检测和交通事故的勘查以及汽车维修行业中，一种能够快速测出制动距离和制动时间，方便快捷，智能化，高精度，性价比高，无需与车辆进行机械和电气安装连接的汽车制动性能测试仪显的特别重要。为提高检测的自动化水平和检测的精度，设计了一种基于C8051F206单片机和加速度传感器的汽车制动性能检测仪。

1 制动检测仪的工作原理

汽车的制动过程是：当汽车以规定的初速度在平滑的路面上行驶，驾驶员一脚将制动器踩到底直到汽车停止。制动性能检测仪完成对制动距离和制动时间的检测，其工作原理是以加速度传感器为主要探测部件,利用加速度传感器在制动时对减速度

的测量，并经过单片机进行运算处理分析，实现对制动距离和制动时间的计算，该系统主要包括3个过程：制动开始的判断和数据的采集过程;数据的处理和分析过程;制动距离和制动时间的显示过程。汽车制动过程的加速度、瞬时速度曲线如图1所示：

图1 汽车制动过程的加速度、瞬时速度曲线

1.1 制动开始的判断和数据的采集过程

由于该测试仪与机动车辆没有任何的电气和机械的硬连接,所以制动何时开始必须由软件根据传感器的输出进行判断，从而确定数据的采集和存储。

1.2 数据的处理和分析过程

1.2.1 制动距离的计算：

制动距离是在规定的初速度下急踩制动踏板，从脚接触制动踏板至车辆停住时行驶过的距离。由于已得到实时车速，所以制动距离是实时车速的积分。

   (1)

式中，S为制动距离(m); v为制动初速度(km/h) ; t为协调时间(s);.i为制动减速度(m/s2) 。

1.2.2 充分发出的平均减速度的计算

根据GB7358-1997,充分发出的平均减速度(MFDD)的计算公式如下：

m/s2  (2)

式中，V为试验车制动初速度(km/h);Vb为0.8V试验车速(km/h);Ve为0.1V试验车速(km/h);Sb为试验车速从Vv到Vb的行驶距离(m);Se为试验车速从V到Ve的行驶距离(m)[2]。

2 制动检测仪的硬件设计

制动检测仪由加速度传感器，制动踏板力传感器及数据采集，微处理器C8051F206、LCD显示器/键盘、微型打印机、串行通讯及数据存储等组成,其硬件组成框图如图2所示：

图2 硬件组成框图

2.1 微处理器选择

经分析，我们决定采用C8051F206单片机。C8051F206芯片具有如下优点：一是运行速度快。该芯片采用流水线指令结构，70%指令的执行时间为1个或2个系统时钟周期，当工作在最大系统时钟频率25MHz时，执行速度可达25MIPS;二是ADC输入口较多。最多可达32个12位ADC输入，每个引脚都可被配置为ADC输入。且采样速率100ksps，不必外加ADC芯片就能满足需要;三是片内存储空间大。该片具有8KB的FLASH存储器，256 B数据SRAM和1024 B的XRAM;四是调试方便。该片片内支持JTAG调试功能。五是安全机制可靠。该片具有7种复位源，大大提高了运行可靠性，并利用JTAG口编程对芯片加密，提高了系统的保密性;六是具有工业级工作温度范围，能满足系统的使用要求。

2.2 加速度传感器的选择

加速度传感器选择摩托罗拉公司的2260D，该传感器用单一5伏电源，测量范围为±1.5g，对应输出直流电压范围为1.3-3.7伏，线性度好，无须放大即可与单片机方便连接。

2.3 LCD显示器的选择

LCD显示器选择LM3033B，该液晶显示模块均是使用带中文字库ST7920控制器进行驱动。主要特性有：内置汉字字库、提供8192个16×16点阵汉字(简体)、内置128个16×8点阵字符、绘图显示画面提供一个64×256点的绘图区域GDRAM、含CGRAM提供2组软件可编程的16×16点阵造字功能、单5V电源供电、显示分辨率：128×64点。

2.4 数据存储及时间芯片选择

该仪器为便携式道路测试仪器，所以需要大量数据存储，为便于接口及数据保存，选用AT24C256非易失串口存储器。用于保存最多256次测试结果。时间芯片选择DS1302用于保存每次测试的日期和时间。

3 系统软件设计　系统软件采用模块化设计，菜单式管理，主要包括：系统初始化、主菜单管理、系数标定、参数设定、打印、通讯、测量等模块组成。系统软件结构框图如图3所示：

图3 软件组成框图

4 结论

本系统创新点如下：(1)采用加速度传感器2260D，利用积分算法测量制动距离和瞬时速度，避免了仪器与被测车辆的硬性连接，提高了仪器使用的方便性。(2)选用C8051F206单片机和高精度的元器件，提高了测试精度;(3)选用中文LCD显示器和触摸键盘，显示直观、操作方便。目前，本仪器已经批量生产。

参考文献：

[1] 王 翔，一种汽车制动性能检测仪的研制，传感器技术，2004， 23-2：24-26

[2] 曹健，汽车制动性能的检测，中南汽车运输，1998， 6-2：13-14

[3] 陈建平，汽车安全监测系统的设计与实现，微计算机信息，2006，12-2：229-231