基于單片機的汽車(chē)制動(dòng)性能檢測儀的設計

制動(dòng)性能是機動(dòng)車(chē)安全檢測的重點(diǎn)指標之一，檢驗的方法有路試法和臺架法。根據GB7258-1997規定,路試法主要在道路上對汽車(chē)制動(dòng)性能進(jìn)行檢測，其檢測的參數有制動(dòng)距離;充分發(fā)出的平均減速度;制動(dòng)踏板力;制動(dòng)協(xié)調時(shí)間等[1][3]。

在道路上對汽車(chē)制動(dòng)性能進(jìn)行檢測，其測試儀器主要是車(chē)速傳感器，通過(guò)對汽車(chē)在道路上制動(dòng)時(shí)的車(chē)速變化對汽車(chē)整車(chē)制動(dòng)性能進(jìn)行評價(jià)?，F在普遍使用的制動(dòng)性能檢測儀大多是在車(chē)身上安裝傳感器，使用和維護比較困難。在機動(dòng)車(chē)輛制動(dòng)性能檢測和交通事故的勘查以及汽車(chē)維修行業(yè)中，一種能夠快速測出制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間，方便快捷，智能化，高精度，性?xún)r(jià)比高，無(wú)需與車(chē)輛進(jìn)行機械和電氣安裝連接的汽車(chē)制動(dòng)性能測試儀顯的特別重要。為提高檢測的自動(dòng)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(chē)制動(dòng)性能檢測儀。

1 制動(dòng)檢測儀的工作原理

汽車(chē)的制動(dòng)過(guò)程是：當汽車(chē)以規定的初速度在平滑的路面上行駛，駕駛員一腳將制動(dòng)器踩到底直到汽車(chē)停止。制動(dòng)性能檢測儀完成對制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)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(dòng)時(shí)對減速度

的測量，并經(jīng)過(guò)單片機進(jìn)行運算處理分析，實(shí)現對制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間的計算，該系統主要包括3個(gè)過(guò)程：制動(dòng)開(kāi)始的判斷和數據的采集過(guò)程;數據的處理和分析過(guò)程;制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間的顯示過(guò)程。汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程的加速度、瞬時(shí)速度曲線(xiàn)如圖1所示：

圖1 汽車(chē)制動(dòng)過(guò)程的加速度、瞬時(shí)速度曲線(xiàn)

1.1 制動(dòng)開(kāi)始的判斷和數據的采集過(guò)程

由于該測試儀與機動(dòng)車(chē)輛沒(méi)有任何的電氣和機械的硬連接,所以制動(dòng)何時(shí)開(kāi)始必須由軟件根據傳感器的輸出進(jìn)行判斷，從而確定數據的采集和存儲。

1.2 數據的處理和分析過(guò)程

1.2.1 制動(dòng)距離的計算：

制動(dòng)距離是在規定的初速度下急踩制動(dòng)踏板，從腳接觸制動(dòng)踏板至車(chē)輛停住時(shí)行駛過(guò)的距離。由于已得到實(shí)時(shí)車(chē)速，所以制動(dòng)距離是實(shí)時(shí)車(chē)速的積分。

(1)

式中，S為制動(dòng)距離(m); v為制動(dòng)初速度(km/h) ; t為協(xié)調時(shí)間(s);.i為制動(dòng)減速度(m/s2) 。

1.2.2 充分發(fā)出的平均減速度的計算

根據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(chē)制動(dòng)初速度(km/h);Vb為0.8V試驗車(chē)速(km/h);Ve為0.1V試驗車(chē)速(km/h);Sb為試驗車(chē)速從Vv到Vb的行駛距離(m);Se為試驗車(chē)速從V到Ve的行駛距離(m)[2]。

2 制動(dòng)檢測儀的硬件設計

制動(dòng)檢測儀由加速度傳感器，制動(dòng)踏板力傳感器及數據采集，微處理器C8051F206、LCD顯示器/鍵盤(pán)、微型打印機、串行通訊及數據存儲等組成,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(diǎn)：一是運行速度快。該芯片采用流水線(xiàn)指令結構，70%指令的執行時(shí)間為1個(gè)或2個(gè)系統時(shí)鐘周期，當工作在最大系統時(shí)鐘頻率25MHz時(shí)，執行速度可達25MIPS;二是ADC輸入口較多。最多可達32個(gè)12位ADC輸入，每個(gè)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(mǎn)足需要;三是片內存儲空間大。該片具有8KB的FLASH存儲器，256 B數據SRAM和1024 B的XRAM;四是調試方便。該片片內支持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，提高了系統的保密性;六是具有工業(yè)級工作溫度范圍，能滿(mǎn)足系統的使用要求。

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(xiàn)性度好，無(wú)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(jìn)行驅動(dòng)。主要特性有：內置漢字字庫、提供8192個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字(簡(jiǎn)體)、內置128個(gè)16×8點(diǎn)陣字符、繪圖顯示畫(huà)面提供一個(gè)64×256點(diǎn)的繪圖區域GDRAM、含CGRAM提供2組軟件可編程的16×16點(diǎn)陣造字功能、單5V電源供電、顯示分辨率：128×64點(diǎn)。

2.4 數據存儲及時(shí)間芯片選擇

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

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

圖3 軟件組成框圖

4 結論

本系統創(chuàng )新點(diǎn)如下：(1)采用加速度傳感器2260D，利用積分算法測量制動(dòng)距離和瞬時(shí)速度，避免了儀器與被測車(chē)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(pán)，顯示直觀(guān)、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(chē)制動(dòng)性能檢測儀的研制，傳感器技術(shù)，2004， 23-2：24-26

[2] 曹健，汽車(chē)制動(dòng)性能的檢測，中南汽車(chē)運輸，1998， 6-2：13-14

[3] 陳建平，汽車(chē)安全監測系統的設計與實(shí)現，微計算機信息，2006，12-2：229-231