近年来，我国汽车行业的发展十分迅速。汽车道路交通安全的重要性更加凸显，而解决这一问题所面临的难度进一步加大，这就意味着需要提高对新开发车型和在用车型基本性能测试的效率。在汽车各项基本性能中，制动性能与行车安全的关系最为密切，在新车推出阶段、使用保养阶段甚至事故判定中，都需要快速完成对汽车制动性能的检测与评价。传统台式检测的方法虽然可靠性高，但是检测效率低,试验成本高，不利于普及和推广,仅适合企业、研究单位、大型检测机构酌情应用。与之相比，道路测试的方法可以有效弥补上述不足。

1 相关技术背景和研究现状
1.1 MEMS技术简介
    MEMS 传感器是采用微电子和微机械加工技术制造的新型传感器[1]，其具有快响应、低功耗、高灵敏、易集成、低成本以及易构成大规模和多功能阵列以实现全新功能等一系列优势。因此MEMS传感器非常适合于汽车方面的应用[2]，主要应用于汽车发动机管理、车辆自适应导航、汽车行驶安全、车辆动力学控制以及车辆监护和自诊断等方面。
1.2 虚拟仪器技术简介
    虚拟仪器（Virtual Instrumentation）最大特点就是用户可以自行定义仪器的各种功能以满足不同的使用需求。在虚拟仪器中，硬件仅仅实现信号的输入、输出等功能，软件才是整个系统的关键。因此，在虚拟仪器中，可以说“软件即仪器”。LabVIEW是目前应用最为广泛的虚拟仪器开发平台，在大幅提升工程师编程效率的同时，进一步拓展应用范围。现今已有数以百万的工程师和科学家使用LabVIEW来构建其测试、测量与控制系统[3]。
1.3 汽车制动性能测试技术
    汽车制动效能包括制动距离和制动减速度，它是汽车制动性能评价的基本指标。依据《机动车安全运行技术条件GB7258-2004》中“路试检验制动性能”的相关要求，主要从制动距离、充分发出的平均减速度MFDD以及制动时的稳定性要求三个方面对汽车制动性能进行快速评价。
　        仪、采用非接触式测速传感器以及采用加速度计[4]。近年来MEMS传感器技术迅速发展，已经成为汽车制动性能道路测试系统的理想方法,本文即是采用了这一方法。
2 汽车制动性能评价模型的建立
    汽车制动过程中制动减速度、平移车速和制动距离之间的关系曲线如图1所示。由数值分析的相关知识可知，当采样频率足够高，能够满足计算精度的要求。

到Ve之间车辆行驶的距离(m)。
3 基于MEMS的制动性能测试系统的构建
3.1 系统的总体构建
　    系统的硬件部分主要包括：ADXL203加速度传感器、5 V直流电源、GPS速度测量模块、信号采集器以及便携式计算机，如图2所示。

    ADXL203双轴型加速度传感器安装于立方体支架上，由5 V直流电源为其供电。实车时可将该支架固定于汽车质心处(这里采用工作室现有加速度传感器构建测试系统，实际只需要单轴传感器)，用以获得汽车制动过程中的制动减速度。
   系统的工作流程为：通过GPS测速模块获得汽车的制动初速度，通过NI9205信号采集卡对ADXL203进行数据采集，获得汽车制动过程中逐点制动减速度ax的值，通过LabVIEW中开发的制动性能测试模块，可以在线获得汽车的制动距离和充分发挥的平均减速度MFDD。
3.2 加速度传感器的标定
　通过对加速度计的误差分析[6]可知，影响加速度计的电压信号输出值的主要因素是灵敏度、零偏和随机噪声。因此针对性地设计了标定系统，主要对传感器的零偏和灵敏度进行标定。
　加速度传感器的通频带从零开始，故可以用静态标定代替动态标定，只要将加速度计合理地定位，利用其受到的已知的重力加速度(当地约为9.794 m/s2)即可以进行标定。标定结果如表1所示。

3.3 软件模块的开发
    本文所采用的软件版本分别为LabVIEW2010，NI-DAQmx9.4以及MAX5.0[7-8]。
    以GPS模块的USB通信模块开发为例简要介绍如下：程序采用模块化设计思路，由一个主程序调用4个子程序实现整体功能。子程序主要有：解析NMEA信号SubVI、判断字符输入特征SubVI、GPS时间解析SubVI以及GPS方向信号判断SubVI等。
3.4 汽车制动性能评价模块编程实现
    汽车制动性能评价的软件模块是本文重点开发的软件模块，下面将从软件开发的目标、实现方式和MFDD的编程求解等方面做出介绍。
    开发目标：在实时地完成试验曲线再现和试验结果显示与储存的基础上，力求操作简洁、友好并兼顾软件模块的易扩展和易调试的需求。
　实现方式：充分利用LabVIEW强大的界面优势、合理布局输入控件以及数据录入、显示界面，从而大幅提升了软件的界面友好性；在后面板的程序框图中，通过应用LabVIEW提供的多种数组运算节点以及合理设置局部变量，保障了程序运行的高效、稳定；同时，设置探针和部分观测数组、数据(例如MFDD中的Se和Sb的索引值、索引地址对应元素和Ve、Vb实际的微小差值等，这睦显示控件，可提高开发人员进行二次调试的效率)，这些显示控件利用其可以隐藏的属性，不会在前面板直接显示而影响美观和干扰操作，但是可以供调试人员后台选择显示观测[9]。
4 汽车制动性能道路试验与结果分析
4.1 信号触发开关的选择与安装
　　在评价汽车制动性能时，加速度信号的采集时刻从踩制动踏板开始，此开始信号可通过在制动踏板处布置一个开关量来触发信号采集。所选用的微动开关原理图与实物图如图4所示,开关包括a、b、c、d四个输出端，其中，a端与b端保持常通，c端与d端保持常通，a、b端与c、d端之间断开。在制动性能测试过程中，当驾驶员脚踩制动踏板时，开关随即接通，直至驾驶员释放制动踏板时开关在内部结构弹簧的作用下复位断开。微动开关的选择主要考虑了开关头部高度和脚踩产生制动作用力的范围这两个参数。制动踏板微动开关的安装通过自行设计的安装盒组合套装与制动踏板固连。

4.2 试验方法
    试验按照GB7258-2004(《机动车安全运行技术条件》中“7.13 路试检验制动性能”部分的要求进行，主要以汽车制动距离S和制动过程中的平均减速度MFDD为评价指标。
    试验条件主要包括试验车辆的选择、试验驾驶人员和测试系统操作人员的素质要求、试验道路条件以及试验气候条件等方面。其中，试验车辆选择别克凯越HRV；试验驾驶人员需要能够熟练操作试验车辆；试验系统操作人员需要能够基本掌握测试软件的应用；试验道路选择平直空旷的城郊水泥公路，该路宽度30 m，路面平整、干燥,道路坡度小于1%，道路附着系数约为0.8；试验过程中天气晴朗，温度为25，接近无风。
4.3 试验数据处理与试验结果分析
    遵循上述试验步骤，综合考虑试验标准要求以及非专业测试人员在模拟性测试场地进行此类试验的安全性等因素，分别在制动初速度为50 km/h、40 km/h、30 km/h和20 km/h的制动初速度下(根据GPS测速模块获得)，各完成3组制动性试验，在线得到试验结果。表2和图5~图7展示了在V0=50 km/h初速度下完成的一组直线制动试验的结果。

    表3详细给出了各组制动初速度下的试验结果。
    对各初速度下实测得到的制动距离S取算术平均值，并以初速度值为自变量，制动距离S为函数，进行二次函数拟合，得到S=0.005V02-0.004V0-0.002。
    在各初速下实测得到制动距离并拟合得到S-V0的二次函数：S=0.004 51V02+0.003 4V0(该曲线表征了90年代轿车的平均制动水平)，对比试验值与该曲线值，如图7所示，可以看到两者在趋势上是相近的，试验实测的各制动初速下的制动距离相对偏高，与测试人员踩制动踏板相对缓和的实时也比较吻合，如图8所示。

    本文应用MEMS技术和LabVIEW虚拟仪器技术展开了汽车制动性能道路测试技术的研究，构建了测试系统并进行了实车试验。试验结果充分说明了所建立的测试系统的可行性，此外，系统具有高度的可扩展性和灵活的自定义性，通过增加传感器类型和改变布置方式，同时增加相应的软件模块，就可以扩展到汽车操纵稳定性、动力性、平顺性和燃油消耗性等综合性能的测试中。
参考文献
[1] 闫冬，管欣，高振海. 基于MEMS技术的微惯性传感器及在汽车上的应用[J].汽车技术，2006(2):1-6.
[2] ESTRIN D, GOVINDAN R, HEIDEM J,et al. Next century challenges:Scalable coordinate in sensornetwork [C].Proceedings of the 5th ACM IEEE International Conference on Mobile Computing and Networking. Seattle:IEEE Computer Society，1999:263-270.
[3] SILVA R N, MURRAY L W. Low cost quarte rate sensor applied to tactic IMU[J]. IEEE PLAN LAS Vegas Nevada.1994(1):37-42.
[4] 张珊珊，赵书尚，张长营.一种便携式汽车制动性能测试仪的设计[J].安阳工学院学报,2009(4):1-3.
[5] GB7258-2004机动车运行安全技术条件[S]. 2004.
[6] 孙宏伟, 房建成，盛蔚. 一种基于MEMS的微惯性测量单元标定补偿方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2008,34(4):439-442.
[7] LabVIEW8.2.1与DAQ数据采集[M].北京：清华大学出版社，2008.
[8] 程学庆．LABVIEW 图形化编程与实例应用[M]． 北京：中国铁道出版社，2009.31-87.
[9] KEHTARNAVAZ N, KIM N. Digital signal processing system-level design using LabVIEW[M]. Newnes, 2005.