近年來，我國汽車行業(yè)的發(fā)展十分迅速,。汽車道路交通安全的重要性更加凸顯,，而解決這一問題所面臨的難度進(jìn)一步加大，這就意味著需要提高對新開發(fā)車型和在用車型基本性能測試的效率,。在汽車各項基本性能中,，制動性能與行車安全的關(guān)系最為密切，在新車推出階段,、使用保養(yǎng)階段甚至事故判定中,，都需要快速完成對汽車制動性能的檢測與評價。傳統(tǒng)臺式檢測的方法雖然可靠性高,，但是檢測效率低,試驗成本高,，不利于普及和推廣,僅適合企業(yè)、研究單位,、大型檢測機構(gòu)酌情應(yīng)用,。與之相比，道路測試的方法可以有效彌補上述不足,。

1 相關(guān)技術(shù)背景和研究現(xiàn)狀
1.1 MEMS技術(shù)簡介
    MEMS 傳感器是采用微電子和微機械加工技術(shù)制造的新型傳感器[1],，其具有快響應(yīng)、低功耗,、高靈敏,、易集成、低成本以及易構(gòu)成大規(guī)模和多功能陣列以實現(xiàn)全新功能等一系列優(yōu)勢,。因此MEMS傳感器非常適合于汽車方面的應(yīng)用[2],，主要應(yīng)用于汽車發(fā)動機管理,、車輛自適應(yīng)導(dǎo)航、汽車行駛安全,、車輛動力學(xué)控制以及車輛監(jiān)護(hù)和自診斷等方面。
1.2 虛擬儀器技術(shù)簡介
    虛擬儀器（Virtual Instrumentation）最大特點就是用戶可以自行定義儀器的各種功能以滿足不同的使用需求,。在虛擬儀器中,，硬件僅僅實現(xiàn)信號的輸入、輸出等功能,，軟件才是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵,。因此，在虛擬儀器中,，可以說“軟件即儀器”,。LabVIEW是目前應(yīng)用最為廣泛的虛擬儀器開發(fā)平臺，在大幅提升工程師編程效率的同時,，進(jìn)一步拓展應(yīng)用范圍?，F(xiàn)今已有數(shù)以百萬的工程師和科學(xué)家使用LabVIEW來構(gòu)建其測試、測量與控制系統(tǒng)[3],。
1.3 汽車制動性能測試技術(shù)
    汽車制動效能包括制動距離和制動減速度,，它是汽車制動性能評價的基本指標(biāo)。依據(jù)《機動車安全運行技術(shù)條件GB7258-2004》中“路試檢驗制動性能”的相關(guān)要求,，主要從制動距離,、充分發(fā)出的平均減速度MFDD以及制動時的穩(wěn)定性要求三個方面對汽車制動性能進(jìn)行快速評價。
　        儀,、采用非接觸式測速傳感器以及采用加速度計[4],。近年來MEMS傳感器技術(shù)迅速發(fā)展，已經(jīng)成為汽車制動性能道路測試系統(tǒng)的理想方法,本文即是采用了這一方法,。
2 汽車制動性能評價模型的建立
    汽車制動過程中制動減速度,、平移車速和制動距離之間的關(guān)系曲線如圖1所示。由數(shù)值分析的相關(guān)知識可知,，當(dāng)采樣頻率足夠高,，能夠滿足計算精度的要求。

到Ve之間車輛行駛的距離(m),。
3 基于MEMS的制動性能測試系統(tǒng)的構(gòu)建
3.1 系統(tǒng)的總體構(gòu)建
　    系統(tǒng)的硬件部分主要包括：ADXL203加速度傳感器,、5 V直流電源、GPS速度測量模塊,、信號采集器以及便攜式計算機,，如圖2所示。

    ADXL203雙軸型加速度傳感器安裝于立方體支架上,，由5 V直流電源為其供電,。實車時可將該支架固定于汽車質(zhì)心處(這里采用工作室現(xiàn)有加速度傳感器構(gòu)建測試系統(tǒng),，實際只需要單軸傳感器)，用以獲得汽車制動過程中的制動減速度,。
   系統(tǒng)的工作流程為：通過GPS測速模塊獲得汽車的制動初速度,，通過NI9205信號采集卡對ADXL203進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，獲得汽車制動過程中逐點制動減速度ax的值,，通過LabVIEW中開發(fā)的制動性能測試模塊,，可以在線獲得汽車的制動距離和充分發(fā)揮的平均減速度MFDD。
3.2 加速度傳感器的標(biāo)定
　通過對加速度計的誤差分析[6]可知,，影響加速度計的電壓信號輸出值的主要因素是靈敏度,、零偏和隨機噪聲。因此針對性地設(shè)計了標(biāo)定系統(tǒng),，主要對傳感器的零偏和靈敏度進(jìn)行標(biāo)定,。
　加速度傳感器的通頻帶從零開始，故可以用靜態(tài)標(biāo)定代替動態(tài)標(biāo)定,，只要將加速度計合理地定位,，利用其受到的已知的重力加速度(當(dāng)?shù)丶s為9.794 m/s2)即可以進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定結(jié)果如表1所示,。

3.3 軟件模塊的開發(fā)
    本文所采用的軟件版本分別為LabVIEW2010,，NI-DAQmx9.4以及MAX5.0[7-8]。
    以GPS模塊的USB通信模塊開發(fā)為例簡要介紹如下：程序采用模塊化設(shè)計思路,，由一個主程序調(diào)用4個子程序?qū)崿F(xiàn)整體功能,。子程序主要有：解析NMEA信號SubVI、判斷字符輸入特征SubVI,、GPS時間解析SubVI以及GPS方向信號判斷SubVI等,。
3.4 汽車制動性能評價模塊編程實現(xiàn)
    汽車制動性能評價的軟件模塊是本文重點開發(fā)的軟件模塊，下面將從軟件開發(fā)的目標(biāo),、實現(xiàn)方式和MFDD的編程求解等方面做出介紹,。
    開發(fā)目標(biāo)：在實時地完成試驗曲線再現(xiàn)和試驗結(jié)果顯示與儲存的基礎(chǔ)上，力求操作簡潔,、友好并兼顧軟件模塊的易擴展和易調(diào)試的需求,。
　實現(xiàn)方式：充分利用LabVIEW強大的界面優(yōu)勢、合理布局輸入控件以及數(shù)據(jù)錄入,、顯示界面,，從而大幅提升了軟件的界面友好性；在后面板的程序框圖中,，通過應(yīng)用LabVIEW提供的多種數(shù)組運算節(jié)點以及合理設(shè)置局部變量,，保障了程序運行的高效、穩(wěn)定,；同時,，設(shè)置探針和部分觀測數(shù)組,、數(shù)據(jù)(例如MFDD中的Se和Sb的索引值、索引地址對應(yīng)元素和Ve,、Vb實際的微小差值等,，這睦顯示控件，可提高開發(fā)人員進(jìn)行二次調(diào)試的效率),，這些顯示控件利用其可以隱藏的屬性,，不會在前面板直接顯示而影響美觀和干擾操作，但是可以供調(diào)試人員后臺選擇顯示觀測[9],。
4 汽車制動性能道路試驗與結(jié)果分析
4.1 信號觸發(fā)開關(guān)的選擇與安裝
　　在評價汽車制動性能時，加速度信號的采集時刻從踩制動踏板開始,，此開始信號可通過在制動踏板處布置一個開關(guān)量來觸發(fā)信號采集,。所選用的微動開關(guān)原理圖與實物圖如圖4所示,開關(guān)包括a、b,、c,、d四個輸出端，其中,，a端與b端保持常通,，c端與d端保持常通，a,、b端與c,、d端之間斷開。在制動性能測試過程中,，當(dāng)駕駛員腳踩制動踏板時,，開關(guān)隨即接通，直至駕駛員釋放制動踏板時開關(guān)在內(nèi)部結(jié)構(gòu)彈簧的作用下復(fù)位斷開,。微動開關(guān)的選擇主要考慮了開關(guān)頭部高度和腳踩產(chǎn)生制動作用力的范圍這兩個參數(shù),。制動踏板微動開關(guān)的安裝通過自行設(shè)計的安裝盒組合套裝與制動踏板固連。

4.2 試驗方法
    試驗按照GB7258-2004(《機動車安全運行技術(shù)條件》中“7.13 路試檢驗制動性能”部分的要求進(jìn)行,，主要以汽車制動距離S和制動過程中的平均減速度MFDD為評價指標(biāo),。
    試驗條件主要包括試驗車輛的選擇、試驗駕駛?cè)藛T和測試系統(tǒng)操作人員的素質(zhì)要求,、試驗道路條件以及試驗氣候條件等方面,。其中，試驗車輛選擇別克凱越HRV,；試驗駕駛?cè)藛T需要能夠熟練操作試驗車輛,；試驗系統(tǒng)操作人員需要能夠基本掌握測試軟件的應(yīng)用；試驗道路選擇平直空曠的城郊水泥公路,，該路寬度30 m,，路面平整,、干燥,道路坡度小于1%，道路附著系數(shù)約為0.8,；試驗過程中天氣晴朗,，溫度為25，接近無風(fēng),。
4.3 試驗數(shù)據(jù)處理與試驗結(jié)果分析
    遵循上述試驗步驟,，綜合考慮試驗標(biāo)準(zhǔn)要求以及非專業(yè)測試人員在模擬性測試場地進(jìn)行此類試驗的安全性等因素，分別在制動初速度為50 km/h,、40 km/h,、30 km/h和20 km/h的制動初速度下(根據(jù)GPS測速模塊獲得)，各完成3組制動性試驗,，在線得到試驗結(jié)果,。表2和圖5~圖7展示了在V0=50 km/h初速度下完成的一組直線制動試驗的結(jié)果。

    表3詳細(xì)給出了各組制動初速度下的試驗結(jié)果,。
    對各初速度下實測得到的制動距離S取算術(shù)平均值,，并以初速度值為自變量，制動距離S為函數(shù),，進(jìn)行二次函數(shù)擬合,，得到S=0.005V02-0.004V0-0.002。
    在各初速下實測得到制動距離并擬合得到S-V0的二次函數(shù)：S=0.004 51V02+0.003 4V0(該曲線表征了90年代轎車的平均制動水平),，對比試驗值與該曲線值,，如圖7所示，可以看到兩者在趨勢上是相近的,，試驗實測的各制動初速下的制動距離相對偏高,，與測試人員踩制動踏板相對緩和的實時也比較吻合，如圖8所示,。

    本文應(yīng)用MEMS技術(shù)和LabVIEW虛擬儀器技術(shù)展開了汽車制動性能道路測試技術(shù)的研究,，構(gòu)建了測試系統(tǒng)并進(jìn)行了實車試驗。試驗結(jié)果充分說明了所建立的測試系統(tǒng)的可行性,，此外,，系統(tǒng)具有高度的可擴展性和靈活的自定義性，通過增加傳感器類型和改變布置方式,，同時增加相應(yīng)的軟件模塊,，就可以擴展到汽車操縱穩(wěn)定性、動力性,、平順性和燃油消耗性等綜合性能的測試中,。
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