徐 弢 高文翔 陳建國 黃 海

(上海西派埃自動(dòng)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(jì)的持續(xù)快速發(fā)展，我國汽車工業(yè)取得了長足的進(jìn)步，汽車正快速地進(jìn)入普通居民家庭，機(jī)動(dòng)車保有量迅猛增加。已有的機(jī)動(dòng)車檢測線設(shè)備無論是設(shè)計(jì)能力還是設(shè)計(jì)方法，在許多方面已不能滿足機(jī)動(dòng)車制動(dòng)性能檢測的需要。目前，不能上機(jī)動(dòng)車檢測線進(jìn)行制動(dòng)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(jī)動(dòng)車檢測線進(jìn)行制動(dòng)性能檢測，但檢測結(jié)果有明顯偏差，如某些帶ABS制動(dòng)防抱死裝置的機(jī)動(dòng)車、發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)鑒定中，反映出來的問題更為突出。

根據(jù)《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》(GB 7258-2004)和《機(jī)動(dòng)車安全運(yùn)行檢驗(yàn)項(xiàng)目和方法》(GB 21861-2008)的要求，如何對(duì)道路交通事故涉案車輛、無法上機(jī)動(dòng)車檢測線檢驗(yàn)的車輛以及當(dāng)車輛經(jīng)臺(tái)架檢驗(yàn)后對(duì)其制動(dòng)性能有質(zhì)疑的車輛進(jìn)行科學(xué)、規(guī)范、正確的檢測，是一個(gè)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(dòng)性能測試儀是運(yùn)用于測量整車動(dòng)態(tài)制動(dòng)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(jī)動(dòng)車輛在動(dòng)態(tài)制動(dòng)過程中高速數(shù)據(jù)采集和處理的要求。便攜式制動(dòng)性能測試儀主要由主機(jī)、加速度傳感器、踏板觸點(diǎn)開關(guān)、踏板力傳感器、微型打印機(jī)、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(dòng)態(tài)制動(dòng)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(shí)1～2 min)，便可進(jìn)入測試準(zhǔn)備狀態(tài)。此時(shí)儀表會(huì)進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定，消除安裝偏差。按GB 7258-2004中規(guī)定的路試檢驗(yàn)方法，對(duì)車輛行車進(jìn)行制動(dòng)測試。當(dāng)腳踩踏板力傳感器(或制動(dòng)踏板)時(shí)，安裝在汽車制動(dòng)踏板上的踏板力傳感器(或制動(dòng)踏板觸點(diǎn)開關(guān))將制動(dòng)起始信號(hào)發(fā)送給主機(jī)，主機(jī)開始進(jìn)行高速采樣(采樣速度高達(dá)10 μs)，將制動(dòng)全過程的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，根據(jù)所測量到的瞬間的減速度和制動(dòng)時(shí)間，計(jì)算出充分發(fā)出的平均減速度(mean fully developed deceleration，MFDD)和制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，并顯示在液晶顯示器上;同時(shí)，顯示計(jì)算得到的制動(dòng)初速度和制動(dòng)距離。由于主機(jī)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(shí)，也就可以自動(dòng)判定車輛制動(dòng)性能是否合格，并且可通過配備的便攜式微型打印機(jī)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(jìn)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(gè)制動(dòng)過程。其原理框圖和制動(dòng)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(dòng)性能測試儀采用的是目前處于國內(nèi)外先進(jìn)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(gè)對(duì)加速度敏感的質(zhì)量塊。這個(gè)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(gè)電極板，它們與質(zhì)量塊相隔一個(gè)很窄的相等的間隙，這樣，這兩個(gè)極板分別與質(zhì)量塊形成一個(gè)相等的電容。當(dāng)殼體沿著這個(gè)質(zhì)量塊的上下方向發(fā)生加速度時(shí)，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(gè)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(diǎn)。

當(dāng)傳感器工作時(shí)，利用電容與位移的關(guān)系，使慣性元件和兩個(gè)固定電極組成可變電容器，振動(dòng)時(shí)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(jì)的應(yīng)變?cè)頌榛A(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(jì)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(jì)連接成惠斯登電橋線路。在外力作用下，電阻應(yīng)變計(jì)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(gè)與外力成正比的電壓輸出信號(hào)。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(dòng)性能測試儀的成功研制，完善了《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》(GB 7258-2004)實(shí)施中行車制動(dòng)性能路試檢驗(yàn)的設(shè)備，解決了道路交通事故涉案車輛制動(dòng)性能檢驗(yàn)鑒定的設(shè)備選用、某些車輛無法上檢測線檢驗(yàn)的技術(shù)難題等問題。其主要具有以下幾個(gè)方面的技術(shù)創(chuàng)新。

①建立了機(jī)動(dòng)車輛制動(dòng)性能特征數(shù)據(jù)庫，并將專家經(jīng)驗(yàn)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(qiáng)、耐沖擊的傳感器，能夠充分滿足機(jī)動(dòng)車輛動(dòng)態(tài)路試檢測。

③在采用先進(jìn)的電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的基礎(chǔ)上，編制可滿足檢測機(jī)動(dòng)車輛制動(dòng)性能的各項(xiàng)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(jìn)無線通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了檢測數(shù)據(jù)與中心數(shù)據(jù)庫連網(wǎng)以及對(duì)交通管理等有關(guān)部門的資源共享。

⑤除具有制動(dòng)性能檢測的基本功能外，還可測驗(yàn)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(duì)于機(jī)動(dòng)車輛行車制動(dòng)性能常用的評(píng)價(jià)、檢驗(yàn)方法主要有以下三種。

①使用制動(dòng)力的指標(biāo)，采用檢測線上的反力式滾動(dòng)試驗(yàn)臺(tái);

②使用制動(dòng)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(dòng)性能測試儀。

其中，第一種方法是臺(tái)架試驗(yàn)，另兩種方法的設(shè)備均在路試檢驗(yàn)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(duì)于機(jī)動(dòng)車制動(dòng)性能的檢驗(yàn)均依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB 7258-2004和GB 21861-2008的要求進(jìn)行，但在對(duì)道路交通事故車輛進(jìn)行制動(dòng)性能檢測時(shí)，往往像機(jī)動(dòng)車輛安全檢測一樣，必須將事故車輛行駛到檢測站上臺(tái)架測試制動(dòng)力。由于其制動(dòng)力的測試數(shù)據(jù)不完整，對(duì)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(tái)測試。因此，這種測試方法越來越顯露出其在事故車輛檢驗(yàn)鑒定中的弊病。便攜式制動(dòng)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(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間判定制動(dòng)性能的測試要求開發(fā)出來的一種儀器。

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

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

①可進(jìn)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(jī)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(jī)動(dòng)車相比了，如果仍需要將機(jī)動(dòng)車開到檢測線進(jìn)行檢測，不但費(fèi)時(shí)、耗力、影響交通、浪費(fèi)資源，還有可能因?yàn)槭鹿受嚤旧淼脑蛟俅伟l(fā)生交通事故。使用MBK-01型便攜式制動(dòng)性能測試儀，就可以方便地在事故現(xiàn)場或停車場就近進(jìn)行路試檢測，既避免了上述情況的發(fā)生，又能夠客觀真實(shí)地取得現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)。

②可測量出臺(tái)架試驗(yàn)裝置上無法檢測到的制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間。

在臺(tái)架試驗(yàn)裝置上對(duì)機(jī)動(dòng)車的制動(dòng)性能進(jìn)行檢測時(shí)，無法檢測出機(jī)動(dòng)車的制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，在實(shí)際工作中也常常會(huì)發(fā)現(xiàn)某些機(jī)動(dòng)車在上線檢測時(shí)制動(dòng)力滿足要求，但制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間偏長，而制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間偏長會(huì)增加其制動(dòng)距離，并嚴(yán)重影響該車的安全性能。如果運(yùn)用MBK-01型便攜式制動(dòng)性能測試儀對(duì)該類車輛進(jìn)行路試檢驗(yàn)，將能夠真實(shí)地反映被檢車輛的制動(dòng)協(xié)調(diào)時(shí)間，并對(duì)被檢車輛的制動(dòng)性能作出客觀的評(píng)價(jià)。

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

在檢測線上對(duì)機(jī)動(dòng)車的制動(dòng)性能進(jìn)行檢測時(shí)，是分別對(duì)每個(gè)車輪的制動(dòng)力進(jìn)行檢測及對(duì)左、右輪和前、后軸的制動(dòng)力分配作出評(píng)價(jià)，有可能機(jī)動(dòng)車幾個(gè)車輪中有一個(gè)車輪的制動(dòng)力不合格或左、右輪的制動(dòng)力差而被判定被檢車輛的制動(dòng)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(dòng)性能。運(yùn)用MBK-01型便攜式制動(dòng)性能測試儀對(duì)肇事車輛進(jìn)行路試檢驗(yàn)測出的整車制動(dòng)性能，既符合國標(biāo)的要求，又能客觀地反映車輛制動(dòng)性能狀況及與事故的關(guān)系。由此可見，汽車整車的制動(dòng)性能是否達(dá)標(biāo)比單個(gè)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(dòng)態(tài)制動(dòng)的全過程，且便于分析。

運(yùn)用MBK-01型便攜式制動(dòng)性能測試儀進(jìn)行路試檢驗(yàn)時(shí)，能夠測量并記錄整車動(dòng)態(tài)制動(dòng)全過程，并可繪制出整個(gè)制動(dòng)過程的曲線，可以方便地對(duì)機(jī)動(dòng)車的制動(dòng)性能進(jìn)行分析。

⑤能夠利用地面制動(dòng)痕跡模擬事故車輛事發(fā)時(shí)的狀態(tài)，進(jìn)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(dòng)痕跡長度作為已知條件，模擬事發(fā)時(shí)的情況進(jìn)行制動(dòng)試驗(yàn)，由該儀器直接讀出其制動(dòng)時(shí)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(dòng)性能檢驗(yàn)的應(yīng)用

根據(jù)GB 7258-2004，駐車制動(dòng)性能檢驗(yàn)要求是駐車制動(dòng)力總和不小于該車在測試狀態(tài)下整車重量的20%(對(duì)總質(zhì)量為整備質(zhì)量1.2倍以下的機(jī)動(dòng)車為不小于15%)。該檢測方法可以在檢測站的制動(dòng)臺(tái)上或坡道上進(jìn)行測試，但事故現(xiàn)場并不具備檢測站的檢測條件。通過運(yùn)用MBK-01型便攜式制動(dòng)性能測試儀所測出的車輛駐車制動(dòng)時(shí)所發(fā)出的充分發(fā)出的平均減速度，就可以方便地實(shí)現(xiàn)駐車制動(dòng)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(dòng)力大于整車重量的20%為例，駐車制動(dòng)力為:

式中:F為駐車制動(dòng)力，N;m為整車質(zhì)量，kg;a為制動(dòng)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(shí)，駐車制動(dòng)性能合格。

因此，通過路試檢驗(yàn)得到的駐車制動(dòng)的平均減速度，即可判別其駐車制動(dòng)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(dòng)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(duì)不同試驗(yàn)方法及其結(jié)果的分析表明，便攜式制動(dòng)性能測試儀提供了行之有效的檢測手段，彌補(bǔ)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(dòng)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(yùn)輸過程中機(jī)動(dòng)車輛的運(yùn)行安全。該儀器較真實(shí)地反映了車輛的制動(dòng)系統(tǒng)的情況，目前已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)機(jī)動(dòng)車安檢機(jī)構(gòu)和道路交通事故鑒定機(jī)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(yàn)檢疫總局.GB 7258-2004機(jī)動(dòng)車運(yùn)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(huì).GB 7258-2004《機(jī)動(dòng)車運(yùn)行安全技術(shù)條件》理解與實(shí)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(yàn)檢疫總局.GB 21861-2008機(jī)動(dòng)車安全檢驗(yàn)項(xiàng)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(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、性能和試驗(yàn)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(dòng)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(jì)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(jì)［J］.自動(dòng)化儀表，2008，29(12):54－57.