近年來，我國汽車行業的發展十分迅速。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一步加大，這就意味著需要提高對新開發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系最為密切，在新車推出階段、使用保養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、研究單位、大型檢測機構酌情應用。與之相比，道路測試的方法可以有效彌補上述不足。

1 相關技術背景和研究現狀
1.1 MEMS技術簡介
    MEMS 傳感器是采用微電子和微機械加工技術制造的新型傳感器[1]，其具有快響應、低功耗、高靈敏、易集成、低成本以及易構成大規模和多功能陣列以實現全新功能等一系列優勢。因此MEMS傳感器非常適合于汽車方面的應用[2]，主要應用于汽車發動機管理、車輛自適應導航、汽車行駛安全、車輛動力學控制以及車輛監護和自診斷等方面。
1.2 虛擬儀器技術簡介
    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，硬件僅僅實現信號的輸入、輸出等功能，軟件才是整個系統的關鍵。因此，在虛擬儀器中，可以說“軟件即儀器”。LabVIEW是目前應用最為廣泛的虛擬儀器開發平臺，在大幅提升工程師編程效率的同時，進一步拓展應用范圍。現今已有數以百萬的工程師和科學家使用LabVIEW來構建其測試、測量與控制系統[3]。
1.3 汽車制動性能測試技術
    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。依據《機動車安全運行技術條件GB7258-2004》中“路試檢驗制動性能”的相關要求，主要從制動距離、充分發出的平均減速度MFDD以及制動時的穩定性要求三個方面對汽車制動性能進行快速評價。
　        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傳感器技術迅速發展，已經成為汽車制動性能道路測試系統的理想方法,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系曲線如圖1所示。由數值分析的相關知識可知，當采樣頻率足夠高，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的構建
3.1 系統的總體構建
　    系統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心處(這里采用工作室現有加速度傳感器構建測試系統，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進行數據采集，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揮的平均減速度MFDD。
3.2 加速度傳感器的標定
　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。因此針對性地設計了標定系統，主要對傳感器的零偏和靈敏度進行標定。
　加速度傳感器的通頻帶從零開始，故可以用靜態標定代替動態標定，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(當地約為9.794 m/s2)即可以進行標定。標定結果如表1所示。

3.3 軟件模塊的開發
    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通信模塊開發為例簡要介紹如下：程序采用模塊化設計思路，由一個主程序調用4個子程序實現整體功能。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
    汽車制動性能評價的軟件模塊是本文重點開發的軟件模塊，下面將從軟件開發的目標、實現方式和MFDD的編程求解等方面做出介紹。
    開發目標：在實時地完成試驗曲線再現和試驗結果顯示與儲存的基礎上，力求操作簡潔、友好并兼顧軟件模塊的易擴展和易調試的需求。
　實現方式：充分利用LabVIEW強大的界面優勢、合理布局輸入控件以及數據錄入、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，通過應用LabVIEW提供的多種數組運算節點以及合理設置局部變量，保障了程序運行的高效、穩定；同時，設置探針和部分觀測數組、數據(例如MFDD中的Se和Sb的索引值、索引地址對應元素和Ve、Vb實際的微小差值等，這睦顯示控件，可提高開發人員進行二次調試的效率)，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果分析
4.1 信號觸發開關的選擇與安裝
　　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量來觸發信號采集。所選用的微動開關原理圖與實物圖如圖4所示,開關包括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，當駕駛員腳踩制動踏板時，開關隨即接通，直至駕駛員釋放制動踏板時開關在內部結構彈簧的作用下復位斷開。微動開關的選擇主要考慮了開關頭部高度和腳踩產生制動作用力的范圍這兩個參數。制動踏板微動開關的安裝通過自行設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條件》中“7.13 路試檢驗制動性能”部分的要求進行，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。
    試驗條件主要包括試驗車輛的選擇、試驗駕駛人員和測試系統操作人員的素質要求、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；試驗駕駛人員需要能夠熟練操作試驗車輛；試驗系統操作人員需要能夠基本掌握測試軟件的應用；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%，道路附著系數約為0.8；試驗過程中天氣晴朗，溫度為25，接近無風。
4.3 試驗數據處理與試驗結果分析
    遵循上述試驗步驟，綜合考慮試驗標準要求以及非專業測試人員在模擬性測試場地進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GPS測速模塊獲得)，各完成3組制動性試驗，在線得到試驗結果。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果。

    表3詳細給出了各組制動初速度下的試驗結果。
    對各初速度下實測得到的制動距離S取算術平均值，并以初速度值為自變量，制動距離S為函數，進行二次函數擬合，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：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。

    本文應用MEMS技術和LabVIEW虛擬儀器技術展開了汽車制動性能道路測試技術的研究，構建了測試系統并進行了實車試驗。試驗結果充分說明了所建立的測試系統的可行性，此外，系統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，同時增加相應的軟件模塊，就可以擴展到汽車操縱穩定性、動力性、平順性和燃油消耗性等綜合性能的測試中。
參考文獻
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[8] 程學慶．LABVIEW 圖形化編程與實例應用[M]． 北京：中國鐵道出版社，2009.31-87.
[9] KEHTARNAVAZ N, KIM N. Digital signal processing system-level design using LabVIEW[M]. Newnes, 2005.