基于單片機(jī)的汽車制動(dòng)性能檢測儀的設(shè)計(jì)

制動(dòng)性能是機(jī)動(dòng)車安全檢測的重點(diǎn)指標(biāo)之一，檢驗(yàn)的方法有路試法和臺(tái)架法。根據(jù)GB7258-1997規(guī)定,路試法主要在道路上對(duì)汽車制動(dòng)性能進(jìn)行檢測，其檢測的參數(shù)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(diào)時(shí)間等[1][3]。

在道路上對(duì)汽車制動(dòng)性能進(jìn)行檢測，其測試儀器主要是車速傳感器，通過對(duì)汽車在道路上制動(dòng)時(shí)的車速變化對(duì)汽車整車制動(dòng)性能進(jìn)行評(píng)價(jià)?，F(xiàn)在普遍使用的制動(dòng)性能檢測儀大多是在車身上安裝傳感器，使用和維護(hù)比較困難。在機(jī)動(dòng)車輛制動(dòng)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(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間，方便快捷，智能化，高精度，性價(jià)比高，無需與車輛進(jìn)行機(jī)械和電氣安裝連接的汽車制動(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(shè)計(jì)了一種基于C8051F206單片機(jī)和加速度傳感器的汽車制動(dòng)性能檢測儀。

1 制動(dòng)檢測儀的工作原理

汽車的制動(dòng)過程是：當(dāng)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(dòng)器踩到底直到汽車停止。制動(dòng)性能檢測儀完成對(duì)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(duì)減速度

的測量，并經(jīng)過單片機(jī)進(jìn)行運(yùn)算處理分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)制動(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間的計(jì)算，該系統(tǒng)主要包括3個(gè)過程：制動(dòng)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(dòng)距離和制動(dòng)時(shí)間的顯示過程。汽車制動(dòng)過程的加速度、瞬時(shí)速度曲線如圖1所示：

圖1 汽車制動(dòng)過程的加速度、瞬時(shí)速度曲線

1.1 制動(dòng)開始的判斷和數(shù)據(jù)的采集過程

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

1.2 數(shù)據(jù)的處理和分析過程

1.2.1 制動(dòng)距離的計(jì)算：

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

(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(diào)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(jì)算

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

m/s2 (2)

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

2 制動(dòng)檢測儀的硬件設(shè)計(jì)

制動(dòng)檢測儀由加速度傳感器，制動(dòng)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(jī)、串行通訊及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jī)。C8051F206芯片具有如下優(yōu)點(diǎn)：一是運(yùn)行速度快。該芯片采用流水線指令結(jié)構(gòu)，70%指令的執(zhí)行時(shí)間為1個(gè)或2個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，當(dāng)工作在最大系統(tǒng)時(shí)鐘頻率25MHz時(shí)，執(zhí)行速度可達(dá)25MIPS;二是ADC輸入口較多。最多可達(dá)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芯片就能滿足需要;三是片內(nèi)存儲(chǔ)空間大。該片具有8KB的FLASH存儲(chǔ)器，256 B數(shù)據(jù)SRAM和1024 B的XRAM;四是調(diào)試方便。該片片內(nèi)支持JTAG調(diào)試功能。五是安全機(jī)制可靠。該片具有7種復(fù)位源，大大提高了運(yùn)行可靠性，并利用JTAG口編程對(duì)芯片加密，提高了系統(tǒng)的保密性;六是具有工業(yè)級(jí)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(duì)應(yīng)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(jī)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(qū)動(dòng)。主要特性有：內(nèi)置漢字字庫、提供8192個(gè)16×16點(diǎn)陣漢字(簡體)、內(nèi)置128個(gè)16×8點(diǎn)陣字符、繪圖顯示畫面提供一個(gè)64×256點(diǎn)的繪圖區(qū)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(shù)據(jù)存儲(chǔ)，為便于接口及數(shù)據(jù)保存，選用AT24C256非易失串口存儲(chǔ)器。用于保存最多256次測試結(jié)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(tǒng)軟件設(shè)計(jì)　系統(tǒng)軟件采用模塊化設(shè)計(jì)，菜單式管理，主要包括：系統(tǒng)初始化、主菜單管理、系數(shù)標(biāo)定、參數(shù)設(shè)定、打印、通訊、測量等模塊組成。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示：

圖3 軟件組成框圖

4 結(jié)論

本系統(tǒng)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輛的硬性連接，提高了儀器使用的方便性。(2)選用C8051F206單片機(jī)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(xiàn)：

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

[2] 曹健，汽車制動(dòng)性能的檢測，中南汽車運(yùn)輸，1998， 6-2：13-14

[3] 陳建平，汽車安全監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，微計(jì)算機(jī)信息，2006，12-2：229-231