张　贺　张保国　刘世明　刘　莉

(辽宁省计量科学研究院，沈阳 110004)

0　引言

随着时代的发展，人们对日常出行所使用车辆的安全性越来越重视，而机动车的制动性能(即刹车性能)是评判机动车安全性能的首要因素。减速度仪(也称便携式制动性能测试仪)是一种通过检测车辆在制动时充分发出的平均减速度(MFDD)和制动协调时间等指标，进而判别机动车的制动性能的仪器[1]。减速度仪广泛应用于各机动车检验机构、司法鉴定、仲裁、交通事故勘查等领域。为了保证减速度仪的检测数据准确、可靠，就要使减速度仪得到定期、有效的量值溯源，减速度仪检定装置的成功研制有效解决了减速度仪的溯源问题。该装置通过对减速度仪采用静态检测和动态检测结合的组合检测方式，实现对减速度仪计量指标的准确有效检测。

1　组成结构和工作原理

减速度仪检定装置由静态检测系统和动态检测系统组成,如图1所示。静态检测系统主要由控制模块、驱动模块、执行模块构成，动态检测系统主要分为传感器模块、主控制器模块和液晶显示模块。

图1　减速度仪检定装置组成结构框图

该装置通过静态检测和动态检测的组合检测方法对减速度仪进行检测。静态检测是通过在操作系统界面设定检测程序，伺服电机接收上位机发出的脉冲指令，通过减速机构及传动机构使校准平台按目标角度旋转，使校准平台连同被检测减速度仪按照设定程序，同步的准确旋转到设定角度，比较减速度仪显示的减速度示值和减速度仪检定装置静态检测系统的减速度标准值，确定误差。动态检测是将减速度仪和动态检测系统同时安装在实验车辆上，将车辆提速至设定速度后急踩刹车，然后比较减速度仪的显示值和减速度仪检定装置动态检测系统的标准值，确定误差。微处理器通过对放大转换后的加速度传感器信号进行数据分析、处理，得到相应的数据参数，其主要计量指标MFDD(充分发出的平均减速度)的计算过程是:微处理器记录车辆制动初速度；0.8倍车辆制动初速度；0.1倍车辆制动初速度；在车辆制动初速度和0.8倍车辆制动初速度之间车辆行驶过的距离；车辆制动初速度和0.1倍车辆制动初速度之间车辆行驶过的距离；进而计算出车辆充分发出的平均减速度MFDD[2]。依据公式：

式中：Vb为0.8V试验车速(km/h)；Ve为0.1V试验车速(km/h)，V为试验车制动初速度(km/h)；Sb为试验车速从V到Vb的行驶距离(m)；Se为试验车速从V到Ve的行驶距离(m)。最终根据静态系统和动态系统的检测结果，判定减速度仪是否合格。该装置静态检测系统由系统程序控制，自动完成多检测点的数据检测，自动记录测量结果，大大提高了检测效率；动态检测系统采用高性能的单片机微处理器80C196和高精度的MMA系列加速度传感器，并采取多种降噪音、抗干扰设计，使系统运行稳定，准确度高。减速度仪检定装置的静态检测系统实现了自动检测，动态检测系统实现了在线检测。

2　硬件设计

静态系统的设计，通过主机发出脉冲信号，经驱动电路处理后发送给电机，经减速、传动装置实现角位移的精确控制。结构框图如图2。

图2静态检测系统硬件结构框图

动态检测系统采用了80C196微处理器及高精度加速度传感器。硬件结构框图如图3所示。动态检测系统是以80C196微处理器为核心，该芯片在诸多领域都有广泛的应用。它的主要特色：内含488字节的寄存器RAM，具有8个高速输入输出口，2个硬件定时器，4个软件定时器，1个8路十位A/D转换器，1个全双工通用串行口等[3]。由于控制器涉及的输入输出量较多，80C196的I/O口不够用，需要进行扩展，另外80C196还需外挂存储器，考虑到可编程器件PSD813F具有丰富的存储器资源，并有26个可编程的输入输出口，将80C196和PSD813F结合使用，可满足控制器对存储器及输入输出口的需求。动态系统采用飞思卡尔公司MMA系列加速度传感器，该传感器具有稳定性好，灵敏度高，线性度好的特点。

图3　动态检测系统硬件结构框图

动态检测系统由制动脚踏板被踩下而产生触发信号，加速度传感器将采集到的模拟信号，经AD转换器转换成数字信号发送给微处理器，由微处理器分析、判断，计算出相应计量参数数据，并列表显示出来，生成检测记录。

3　软件设计

静态检测系统软件设计主要包括主菜单、测量结果显示及相关参数设置界面，电机驱动和通讯，要实现的功能包括检测程序设定功能、检测数据存储、自动生成检测记录等功能。

动态检测系统软件采用模块化设计，主要包括：主菜单管理、系统初始化、系数标定、参数设定、打印、通讯、测量等模块组成。动态检测系统软件结构框图如图4所示。

图4　动态检测系统软件结构框图

为了降低系统噪音信号，软件系统的滤波采用基于递归方程的计算方法：以输入信号和前一个输出信号与各自相关权重系数乘积的和作为当前输出信号。该滤波方式用数字方法实现滤波功能，实现了参数可调整的软件滤波器，具有一定的灵活性。通过这种算法，在一定程度上对检测试验中的路面坑洼和倾斜进行了补偿。

4　实验验证

为验证减速度仪检定装置的检测能力，分别进行静态检测实验和动态检测实验，被测设备为山东科大微机应用研究所有限公司生产的WZD-A减速度仪，测量结果如表1。其中静态检测在实验室条件下进行；动态检测在试验路面条件下进行，以标准试验车为载体。

表1　实验验证结果

检测过程中静态检测实验和动态检测实验均顺畅，减速度仪检测装置工作无异常。由表1可以得出结论，静态检测和动态检测均可满足对减速度仪的检测要求，符合校准规范的要求。

5　结论

减速度仪检定装置是根据减速度仪计量溯源要求而研制的，具有技术先进、操作方便、自动化程度高、响应速度快、检测功能完备、可靠等特点。该检定装置的成功研制，为减速度仪的溯源提供了行之有效的检定手段，在国内减速度仪的计量检定领域中填补了一项空白。

[1]GA/T 485—2004便携式制动性能测试仪[S]

[2]JJF 1168—2007便携式制动性能测试仪[S

[3]刘复华.8XC196KX单片机及其应用系统设计[M].北京：清华大学出版社，2002

[4]朱弋,王振洲,杨舒波,等.MMA系列加速度传感器的原理及其应用[J].医疗卫生装备,2008,29(4)：97-98