徐 弢 高文翔 陳建國 黃 海

(上海西派埃自動化儀表工程有限責(zé)任公司1，上海 200233;司法部司法鑒定科學(xué)技術(shù)研究所2，上海 200063)

0 引言

隨著國民經(jīng)濟的持續(xù)快速發(fā)展，我國汽車工業(yè)取得了長足的進步，汽車正快速地進入普通居民家庭，機動車保有量迅猛增加。已有的機動車檢測線設(shè)備無論是設(shè)計能力還是設(shè)計方法，在許多方面已不能滿足機動車制動性能檢測的需要。目前，不能上機動車檢測線進行制動性能檢測的車輛也越來越多，如超長、超重以及多軸的車輛;還有一些車輛雖然能夠上機動車檢測線進行制動性能檢測，但檢測結(jié)果有明顯偏差，如某些帶ABS制動防抱死裝置的機動車、發(fā)動機后置的大客車和三輪農(nóng)用車等。在道路交通事故涉案車輛的檢驗鑒定中，反映出來的問題更為突出。

根據(jù)《機動車運行安全技術(shù)條件》(GB 7258-2004)和《機動車安全運行檢驗項目和方法》(GB 21861-2008)的要求，如何對道路交通事故涉案車輛、無法上機動車檢測線檢驗的車輛以及當(dāng)車輛經(jīng)臺架檢驗后對其制動性能有質(zhì)疑的車輛進行科學(xué)、規(guī)范、正確的檢測，是一個值得探索的新課題。

1 測試儀簡介和工作原理

1.1 測試儀的組成

便攜式制動性能測試儀是運用于測量整車動態(tài)制動全過程的檢測儀器。該測試儀器采用了高靈敏度、耐沖擊的硅微電容式固態(tài)加速度傳感器和大規(guī)?；旌衔⑻幚砥?MCU)，能充分滿足機動車輛在動態(tài)制動過程中高速數(shù)據(jù)采集和處理的要求。便攜式制動性能測試儀主要由主機、加速度傳感器、踏板觸點開關(guān)、踏板力傳感器、微型打印機、充電器、數(shù)據(jù)分析軟件及配套電纜等組成。

1.2 工作原理

在動態(tài)制動測試過程中，當(dāng)儀器在車內(nèi)安裝完畢，并設(shè)置好被測車輛的車牌、車型后(大約用時1～2 min)，便可進入測試準(zhǔn)備狀態(tài)。此時儀表會進行零點標(biāo)定，消除安裝偏差。按GB 7258-2004中規(guī)定的路試檢驗方法，對車輛行車進行制動測試。當(dāng)腳踩踏板力傳感器(或制動踏板)時，安裝在汽車制動踏板上的踏板力傳感器(或制動踏板觸點開關(guān))將制動起始信號發(fā)送給主機，主機開始進行高速采樣(采樣速度高達10 μs)，將制動全過程的數(shù)據(jù)進行存儲和處理，根據(jù)所測量到的瞬間的減速度和制動時間，計算出充分發(fā)出的平均減速度(mean fully developed deceleration，MFDD)和制動協(xié)調(diào)時間，并顯示在液晶顯示器上;同時，顯示計算得到的制動初速度和制動距離。由于主機中已固化了GB 7258-2004路試要求中的判斷標(biāo)準(zhǔn)，因此，當(dāng)測量完成時，也就可以自動判定車輛制動性能是否合格，并且可通過配備的便攜式微型打印機打印出測試結(jié)果，也可以通過有線或無線通信將數(shù)據(jù)傳輸?shù)诫娔X中進行保存和打印，所保存的數(shù)據(jù)能夠很方便地被查閱，并可根據(jù)相關(guān)的曲線分析整個制動過程。其原理框圖和制動測試曲線分別如圖1和圖2所示。

1.3 傳感器原理

1.3.1 加速度傳感器

MBK-01便攜式汽車制動性能測試儀采用的是目前處于國內(nèi)外先進水平的硅微電容式固態(tài)加速度傳感器。眾所周知，加速度傳感器是根據(jù)最基本的力學(xué)原理F=ma制成的，其內(nèi)部有一個對加速度敏感的質(zhì)量塊。這個質(zhì)量塊通過具有彈性的懸臂固定在敏感器殼體上，質(zhì)量塊的上方和下方分別設(shè)置一個電極板，它們與質(zhì)量塊相隔一個很窄的相等的間隙，這樣，這兩個極板分別與質(zhì)量塊形成一個相等的電容。當(dāng)殼體沿著這個質(zhì)量塊的上下方向發(fā)生加速度時，慣性力使質(zhì)量塊產(chǎn)生位移，改變了間隙，從而使電容量發(fā)生變化。這兩個電容量的差值與加速度成正比，從而構(gòu)成了電容式加速度傳感器。

本文采用的電容式加速度傳感器以硅為基本材料，利用微光刻和蒸汽沉積技術(shù)制作而成，具有溫度漂移小的特點。

當(dāng)傳感器工作時，利用電容與位移的關(guān)系，使慣性元件和兩個固定電極組成可變電容器，振動時慣性元件經(jīng)電容測量電路轉(zhuǎn)化為加速度量輸出。加速度傳感器原理圖和結(jié)構(gòu)框圖分別如圖3和圖4所示。

1.3.2 踏板力傳感器

踏板力傳感器采用輪輻式應(yīng)變傳感器，傳感器以金屬彈性體變形原理和電阻應(yīng)變計的應(yīng)變原理為基礎(chǔ)。應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 應(yīng)變傳感器結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure of the strain sensor

電阻應(yīng)變計采用熱固性樹脂粘結(jié)劑牢固地粘貼在踏板力彈性體應(yīng)變區(qū)表面，四片電阻應(yīng)變計連接成惠斯登電橋線路。在外力作用下，電阻應(yīng)變計隨踏板力傳感器彈性體變形而改變電阻值，從而使應(yīng)變電橋產(chǎn)生一個與外力成正比的電壓輸出信號。應(yīng)變傳感器原理如圖6所示。

圖6 應(yīng)變傳感器原理圖Fig.6 Principle of the strain sensor

2 技術(shù)創(chuàng)新

MBK-01型便攜式制動性能測試儀的成功研制，完善了《機動車運行安全技術(shù)條件》(GB 7258-2004)實施中行車制動性能路試檢驗的設(shè)備，解決了道路交通事故涉案車輛制動性能檢驗鑒定的設(shè)備選用、某些車輛無法上檢測線檢驗的技術(shù)難題等問題。其主要具有以下幾個方面的技術(shù)創(chuàng)新。

①建立了機動車輛制動性能特征數(shù)據(jù)庫，并將專家經(jīng)驗和檢測技術(shù)相結(jié)合，從而確定了優(yōu)化的數(shù)據(jù)處理模型。

②開發(fā)研制了精度高、抗擾能力強、耐沖擊的傳感器，能夠充分滿足機動車輛動態(tài)路試檢測。

③在采用先進的電子計算機技術(shù)的基礎(chǔ)上，編制可滿足檢測機動車輛制動性能的各項技術(shù)參數(shù)的高效率、高性能數(shù)據(jù)處理軟件。

④通過采用先進無線通信技術(shù)，實現(xiàn)了檢測數(shù)據(jù)與中心數(shù)據(jù)庫連網(wǎng)以及對交通管理等有關(guān)部門的資源共享。

⑤除具有制動性能檢測的基本功能外，還可測驗道路坡度、附著系數(shù)，并可作為事故車輛車速鑒定的輔助檢測設(shè)備。

3 在事故鑒定中的應(yīng)用

對于機動車輛行車制動性能常用的評價、檢驗方法主要有以下三種。

①使用制動力的指標(biāo)，采用檢測線上的反力式滾動試驗臺;

②使用制動距離的指標(biāo)，一般采用第五輪測試儀;

③使用充分發(fā)出的平均減速度(MFDD)指標(biāo)，采用便攜式制動性能測試儀。

其中，第一種方法是臺架試驗，另兩種方法的設(shè)備均在路試檢驗中使用。根據(jù)測試儀的結(jié)構(gòu)原理及使用情況的比較，都各自存在優(yōu)勢與缺陷。

目前，對于機動車制動性能的檢驗均依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 7258-2004和GB 21861-2008的要求進行，但在對道路交通事故車輛進行制動性能檢測時，往往像機動車輛安全檢測一樣，必須將事故車輛行駛到檢測站上臺架測試制動力。由于其制動力的測試數(shù)據(jù)不完整，對事故分析來說不直觀，再加上有相當(dāng)一部分車輛本身不能上臺測試。因此，這種測試方法越來越顯露出其在事故車輛檢驗鑒定中的弊病。便攜式制動性能測試儀正是根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 7258-2004中規(guī)定的、用平均減速度(MFDD)和制動協(xié)調(diào)時間判定制動性能的測試要求開發(fā)出來的一種儀器。

便攜式制動性能測試儀在路試檢驗制動后，立即顯示平均減速度(MFDD)、制動協(xié)調(diào)時間、制動初速度和制動距離等數(shù)據(jù)，并可當(dāng)場打印相關(guān)測試報告。該類檢測儀器為機動車輛路試檢驗提供了便捷的檢測手段，提高了檢驗的透明度和檢測的合理性和科學(xué)性。因此，路試檢驗逐漸成為事故車輛檢驗鑒定時的常用方法。使用MBK-01型便攜式汽車制動性能測試儀，就可以在事故車輛路試檢驗中僅憑操作人員的經(jīng)驗、設(shè)標(biāo)桿測距和憑制動時車輪與地面產(chǎn)生的拖、壓印來判斷制動性能是否合格。測試結(jié)果完整、直觀，達到了科學(xué)性和正確性的要求。

在對道路交通事故車輛制動性能動態(tài)檢驗中，MBK-01型便攜式制動性能測試儀除了能夠?qū)δ切┎荒苌蠙C動車檢測線進行制動性能檢測的超長、超重以及多軸的車輛進行制動性能檢測以外，還具有以下一些優(yōu)點。

①可進行現(xiàn)場檢測，不需要將事故車開到檢測線。

由于已經(jīng)發(fā)生事故，車輛機件可能受到一定程度的損壞，其安全性能已經(jīng)不能和正常使用中的機動車相比了，如果仍需要將機動車開到檢測線進行檢測，不但費時、耗力、影響交通、浪費資源，還有可能因為事故車本身的原因再次發(fā)生交通事故。使用MBK-01型便攜式制動性能測試儀，就可以方便地在事故現(xiàn)場或停車場就近進行路試檢測，既避免了上述情況的發(fā)生，又能夠客觀真實地取得現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)。

②可測量出臺架試驗裝置上無法檢測到的制動協(xié)調(diào)時間。

在臺架試驗裝置上對機動車的制動性能進行檢測時，無法檢測出機動車的制動協(xié)調(diào)時間，在實際工作中也常常會發(fā)現(xiàn)某些機動車在上線檢測時制動力滿足要求，但制動協(xié)調(diào)時間偏長，而制動協(xié)調(diào)時間偏長會增加其制動距離，并嚴(yán)重影響該車的安全性能。如果運用MBK-01型便攜式制動性能測試儀對該類車輛進行路試檢驗，將能夠真實地反映被檢車輛的制動協(xié)調(diào)時間，并對被檢車輛的制動性能作出客觀的評價。

③便攜式制動測試儀測量的是整車制動性能而不是單個車輪的制動性能，其更具客觀性。

在檢測線上對機動車的制動性能進行檢測時，是分別對每個車輪的制動力進行檢測及對左、右輪和前、后軸的制動力分配作出評價，有可能機動車幾個車輪中有一個車輪的制動力不合格或左、右輪的制動力差而被判定被檢車輛的制動性能不合格，而在道路交通事故中，凸顯的是肇事車輛的整車制動性能。運用MBK-01型便攜式制動性能測試儀對肇事車輛進行路試檢驗測出的整車制動性能，既符合國標(biāo)的要求，又能客觀地反映車輛制動性能狀況及與事故的關(guān)系。由此可見，汽車整車的制動性能是否達標(biāo)比單個車輪的數(shù)據(jù)在事故分析中更具有說服力和客觀性。

④能夠測量并記錄整車動態(tài)制動的全過程，且便于分析。

運用MBK-01型便攜式制動性能測試儀進行路試檢驗時，能夠測量并記錄整車動態(tài)制動全過程，并可繪制出整個制動過程的曲線，可以方便地對機動車的制動性能進行分析。

⑤能夠利用地面制動痕跡模擬事故車輛事發(fā)時的狀態(tài)，進行速度測試，具備一些特殊檢測功能。

把事故現(xiàn)場測量得到的制動痕跡長度作為已知條件，模擬事發(fā)時的情況進行制動試驗，由該儀器直接讀出其制動時的初速度。根據(jù)要求，該儀器還可作為道路坡度、附著系數(shù)測定的兼用儀器。

⑥事故車輛駐車制動性能檢驗的應(yīng)用

根據(jù)GB 7258-2004，駐車制動性能檢驗要求是駐車制動力總和不小于該車在測試狀態(tài)下整車重量的20%(對總質(zhì)量為整備質(zhì)量1.2倍以下的機動車為不小于15%)。該檢測方法可以在檢測站的制動臺上或坡道上進行測試，但事故現(xiàn)場并不具備檢測站的檢測條件。通過運用MBK-01型便攜式制動性能測試儀所測出的車輛駐車制動時所發(fā)出的充分發(fā)出的平均減速度，就可以方便地實現(xiàn)駐車制動性能檢測。其理論依據(jù)具體如下。

以GB 7258-2004中第7.14.2的要求，當(dāng)駐車制動力大于整車重量的20%為例，駐車制動力為:

式中:F為駐車制動力，N;m為整車質(zhì)量，kg;a為制動減速度，m/s2;g 為重力加速度，9.8 m/s2。

由式(1)、式(2)可知:

由式(3)可知，當(dāng)a＞1.96 m/s2時，駐車制動性能合格。

因此，通過路試檢驗得到的駐車制動的平均減速度，即可判別其駐車制動性能的合格與否。駐車性能測試結(jié)果如表1所示。

表1 駐車性能測試結(jié)果Tab.1 Test result of the parked performance

4 結(jié)束語

本文介紹了便攜式制動性能測試儀的組成、工作原理及其在交通事故檢測中的應(yīng)用。通過對不同試驗方法及其結(jié)果的分析表明，便攜式制動性能測試儀提供了行之有效的檢測手段，彌補了其他檢測方式的不足，是道路交通事故檢測中理想的檢測儀器。便攜式制動性能測試儀的成功研制和應(yīng)用，其總的目的是保障交通、運輸過程中機動車輛的運行安全。該儀器較真實地反映了車輛的制動系統(tǒng)的情況，目前已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)機動車安檢機構(gòu)和道路交通事故鑒定機構(gòu)，為調(diào)查事故的原因提供了重要的技術(shù)支持和保障。

［1］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 7258-2004機動車運行安全技術(shù)條件［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［2］公安部道路交通管理標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.GB 7258-2004《機動車運行安全技術(shù)條件》理解與實施［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［3］國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 21861-2008機動車安全檢驗項目和方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2008.

［4］國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.GB 12676-1999汽車制動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗方法［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

［5］中華人民共和國公安部.GA/T 485-2004便攜式制動性能測試儀［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

［6］張學(xué)福.傳感器電子學(xué)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，1991:180－181.

［7］劉迎春.傳感器原理設(shè)計與應(yīng)用［M］.長沙:國防科技大學(xué)出版社，1995:98.

［8］蔣偉，戴義保，何偉.基于ARM9的便攜式測力儀設(shè)計［J］.自動化儀表，2008，29(12):54－57.