制动性能测试仪在交通事故车辆鉴定中的应用

徐 弢 高文翔 陈建国 黄 海

(上海西派埃自动化仪表工程有限责任公司1，上海 200233;司法部司法鉴定科学技术研究所2，上海 200063)

0 引言

随着国民经济的持续快速发展，我国汽车工业取得了长足的进步，汽车正快速地进入普通居民家庭，机动车保有量迅猛增加。已有的机动车检测线设备无论是设计能力还是设计方法，在许多方面已不能满足机动车制动性能检测的需要。目前，不能上机动车检测线进行制动性能检测的车辆也越来越多，如超长、超重以及多轴的车辆;还有一些车辆虽然能够上机动车检测线进行制动性能检测，但检测结果有明显偏差，如某些带ABS制动防抱死装置的机动车、发动机后置的大客车和三轮农用车等。在道路交通事故涉案车辆的检验鉴定中，反映出来的问题更为突出。

根据《机动车运行安全技术条件》(GB 7258-2004)和《机动车安全运行检验项目和方法》(GB 21861-2008)的要求，如何对道路交通事故涉案车辆、无法上机动车检测线检验的车辆以及当车辆经台架检验后对其制动性能有质疑的车辆进行科学、规范、正确的检测，是一个值得探索的新课题。

1 测试仪简介和工作原理

1.1 测试仪的组成

便携式制动性能测试仪是运用于测量整车动态制动全过程的检测仪器。该测试仪器采用了高灵敏度、耐冲击的硅微电容式固态加速度传感器和大规模混合微处理器(MCU)，能充分满足机动车辆在动态制动过程中高速数据采集和处理的要求。便携式制动性能测试仪主要由主机、加速度传感器、踏板触点开关、踏板力传感器、微型打印机、充电器、数据分析软件及配套电缆等组成。

1.2 工作原理

在动态制动测试过程中，当仪器在车内安装完毕，并设置好被测车辆的车牌、车型后(大约用时1～2 min)，便可进入测试准备状态。此时仪表会进行零点标定，消除安装偏差。按GB 7258-2004中规定的路试检验方法，对车辆行车进行制动测试。当脚踩踏板力传感器(或制动踏板)时，安装在汽车制动踏板上的踏板力传感器(或制动踏板触点开关)将制动起始信号发送给主机，主机开始进行高速采样(采样速度高达10 μs)，将制动全过程的数据进行存储和处理，根据所测量到的瞬间的减速度和制动时间，计算出充分发出的平均减速度(mean fully developed deceleration，MFDD)和制动协调时间，并显示在液晶显示器上;同时，显示计算得到的制动初速度和制动距离。由于主机中已固化了GB 7258-2004路试要求中的判断标准，因此，当测量完成时，也就可以自动判定车辆制动性能是否合格，并且可通过配备的便携式微型打印机打印出测试结果，也可以通过有线或无线通信将数据传输到电脑中进行保存和打印，所保存的数据能够很方便地被查阅，并可根据相关的曲线分析整个制动过程。其原理框图和制动测试曲线分别如图1和图2所示。

1.3 传感器原理

1.3.1 加速度传感器

MBK-01便携式汽车制动性能测试仪采用的是目前处于国内外先进水平的硅微电容式固态加速度传感器。众所周知，加速度传感器是根据最基本的力学原理F=ma制成的，其内部有一个对加速度敏感的质量块。这个质量块通过具有弹性的悬臂固定在敏感器壳体上，质量块的上方和下方分别设置一个电极板，它们与质量块相隔一个很窄的相等的间隙，这样，这两个极板分别与质量块形成一个相等的电容。当壳体沿着这个质量块的上下方向发生加速度时，惯性力使质量块产生位移，改变了间隙，从而使电容量发生变化。这两个电容量的差值与加速度成正比，从而构成了电容式加速度传感器。

本文采用的电容式加速度传感器以硅为基本材料，利用微光刻和蒸汽沉积技术制作而成，具有温度漂移小的特点。

当传感器工作时，利用电容与位移的关系，使惯性元件和两个固定电极组成可变电容器，振动时惯性元件经电容测量电路转化为加速度量输出。加速度传感器原理图和结构框图分别如图3和图4所示。

1.3.2 踏板力传感器

踏板力传感器采用轮辐式应变传感器，传感器以金属弹性体变形原理和电阻应变计的应变原理为基础。应变传感器结构图如图5所示。

图5 应变传感器结构图Fig.5 Structure of the strain sensor

电阻应变计采用热固性树脂粘结剂牢固地粘贴在踏板力弹性体应变区表面，四片电阻应变计连接成惠斯登电桥线路。在外力作用下，电阻应变计随踏板力传感器弹性体变形而改变电阻值，从而使应变电桥产生一个与外力成正比的电压输出信号。应变传感器原理如图6所示。

图6 应变传感器原理图Fig.6 Principle of the strain sensor

2 技术创新

MBK-01型便携式制动性能测试仪的成功研制，完善了《机动车运行安全技术条件》(GB 7258-2004)实施中行车制动性能路试检验的设备，解决了道路交通事故涉案车辆制动性能检验鉴定的设备选用、某些车辆无法上检测线检验的技术难题等问题。其主要具有以下几个方面的技术创新。

①建立了机动车辆制动性能特征数据库，并将专家经验和检测技术相结合，从而确定了优化的数据处理模型。

②开发研制了精度高、抗扰能力强、耐冲击的传感器，能够充分满足机动车辆动态路试检测。

③在采用先进的电子计算机技术的基础上，编制可满足检测机动车辆制动性能的各项技术参数的高效率、高性能数据处理软件。

④通过采用先进无线通信技术，实现了检测数据与中心数据库连网以及对交通管理等有关部门的资源共享。

⑤除具有制动性能检测的基本功能外，还可测验道路坡度、附着系数，并可作为事故车辆车速鉴定的辅助检测设备。

3 在事故鉴定中的应用

对于机动车辆行车制动性能常用的评价、检验方法主要有以下三种。

①使用制动力的指标，采用检测线上的反力式滚动试验台;

②使用制动距离的指标，一般采用第五轮测试仪;

③使用充分发出的平均减速度(MFDD)指标，采用便携式制动性能测试仪。

其中，第一种方法是台架试验，另两种方法的设备均在路试检验中使用。根据测试仪的结构原理及使用情况的比较，都各自存在优势与缺陷。

目前，对于机动车制动性能的检验均依据标准GB 7258-2004和GB 21861-2008的要求进行，但在对道路交通事故车辆进行制动性能检测时，往往像机动车辆安全检测一样，必须将事故车辆行驶到检测站上台架测试制动力。由于其制动力的测试数据不完整，对事故分析来说不直观，再加上有相当一部分车辆本身不能上台测试。因此，这种测试方法越来越显露出其在事故车辆检验鉴定中的弊病。便携式制动性能测试仪正是根据标准GB 7258-2004中规定的、用平均减速度(MFDD)和制动协调时间判定制动性能的测试要求开发出来的一种仪器。

便携式制动性能测试仪在路试检验制动后，立即显示平均减速度(MFDD)、制动协调时间、制动初速度和制动距离等数据，并可当场打印相关测试报告。该类检测仪器为机动车辆路试检验提供了便捷的检测手段，提高了检验的透明度和检测的合理性和科学性。因此，路试检验逐渐成为事故车辆检验鉴定时的常用方法。使用MBK-01型便携式汽车制动性能测试仪，就可以在事故车辆路试检验中仅凭操作人员的经验、设标杆测距和凭制动时车轮与地面产生的拖、压印来判断制动性能是否合格。测试结果完整、直观，达到了科学性和正确性的要求。

在对道路交通事故车辆制动性能动态检验中，MBK-01型便携式制动性能测试仪除了能够对那些不能上机动车检测线进行制动性能检测的超长、超重以及多轴的车辆进行制动性能检测以外，还具有以下一些优点。

①可进行现场检测，不需要将事故车开到检测线。

由于已经发生事故，车辆机件可能受到一定程度的损坏，其安全性能已经不能和正常使用中的机动车相比了，如果仍需要将机动车开到检测线进行检测，不但费时、耗力、影响交通、浪费资源，还有可能因为事故车本身的原因再次发生交通事故。使用MBK-01型便携式制动性能测试仪，就可以方便地在事故现场或停车场就近进行路试检测，既避免了上述情况的发生，又能够客观真实地取得现场实测数据。

②可测量出台架试验装置上无法检测到的制动协调时间。

在台架试验装置上对机动车的制动性能进行检测时，无法检测出机动车的制动协调时间，在实际工作中也常常会发现某些机动车在上线检测时制动力满足要求，但制动协调时间偏长，而制动协调时间偏长会增加其制动距离，并严重影响该车的安全性能。如果运用MBK-01型便携式制动性能测试仪对该类车辆进行路试检验，将能够真实地反映被检车辆的制动协调时间，并对被检车辆的制动性能作出客观的评价。

③便携式制动测试仪测量的是整车制动性能而不是单个车轮的制动性能，其更具客观性。

在检测线上对机动车的制动性能进行检测时，是分别对每个车轮的制动力进行检测及对左、右轮和前、后轴的制动力分配作出评价，有可能机动车几个车轮中有一个车轮的制动力不合格或左、右轮的制动力差而被判定被检车辆的制动性能不合格，而在道路交通事故中，凸显的是肇事车辆的整车制动性能。运用MBK-01型便携式制动性能测试仪对肇事车辆进行路试检验测出的整车制动性能，既符合国标的要求，又能客观地反映车辆制动性能状况及与事故的关系。由此可见，汽车整车的制动性能是否达标比单个车轮的数据在事故分析中更具有说服力和客观性。

④能够测量并记录整车动态制动的全过程，且便于分析。

运用MBK-01型便携式制动性能测试仪进行路试检验时，能够测量并记录整车动态制动全过程，并可绘制出整个制动过程的曲线，可以方便地对机动车的制动性能进行分析。

⑤能够利用地面制动痕迹模拟事故车辆事发时的状态，进行速度测试，具备一些特殊检测功能。

把事故现场测量得到的制动痕迹长度作为已知条件，模拟事发时的情况进行制动试验，由该仪器直接读出其制动时的初速度。根据要求，该仪器还可作为道路坡度、附着系数测定的兼用仪器。

⑥事故车辆驻车制动性能检验的应用

根据GB 7258-2004，驻车制动性能检验要求是驻车制动力总和不小于该车在测试状态下整车重量的20%(对总质量为整备质量1.2倍以下的机动车为不小于15%)。该检测方法可以在检测站的制动台上或坡道上进行测试，但事故现场并不具备检测站的检测条件。通过运用MBK-01型便携式制动性能测试仪所测出的车辆驻车制动时所发出的充分发出的平均减速度，就可以方便地实现驻车制动性能检测。其理论依据具体如下。

以GB 7258-2004中第7.14.2的要求，当驻车制动力大于整车重量的20%为例，驻车制动力为:

式中:F为驻车制动力，N;m为整车质量，kg;a为制动减速度，m/s2;g 为重力加速度，9.8 m/s2。

由式(1)、式(2)可知:

由式(3)可知，当a＞1.96 m/s2时，驻车制动性能合格。

因此，通过路试检验得到的驻车制动的平均减速度，即可判别其驻车制动性能的合格与否。驻车性能测试结果如表1所示。

表1 驻车性能测试结果Tab.1 Test result of the parked performance

4 结束语

本文介绍了便携式制动性能测试仪的组成、工作原理及其在交通事故检测中的应用。通过对不同试验方法及其结果的分析表明，便携式制动性能测试仪提供了行之有效的检测手段，弥补了其他检测方式的不足，是道路交通事故检测中理想的检测仪器。便携式制动性能测试仪的成功研制和应用，其总的目的是保障交通、运输过程中机动车辆的运行安全。该仪器较真实地反映了车辆的制动系统的情况，目前已广泛应用于国内机动车安检机构和道路交通事故鉴定机构，为调查事故的原因提供了重要的技术支持和保障。

［1］国家质量监督检验检疫总局.GB 7258-2004机动车运行安全技术条件［S］.北京:中国标准出版社，2004.

［2］公安部道路交通管理标准化技术委员会.GB 7258-2004《机动车运行安全技术条件》理解与实施［S］.北京:中国标准出版社，2004.

［3］国家质量监督检验检疫总局.GB 21861-2008机动车安全检验项目和方法［S］.北京:中国标准出版社，2008.

［4］国家质量技术监督局.GB 12676-1999汽车制动系统结构、性能和试验方法［S］.北京:中国标准出版社，1999.

［5］中华人民共和国公安部.GA/T 485-2004便携式制动性能测试仪［S］.北京:中国标准出版社，2004.

［6］张学福.传感器电子学［M］.北京:国防工业出版社，1991:180－181.

［7］刘迎春.传感器原理设计与应用［M］.长沙:国防科技大学出版社，1995:98.

［8］蒋伟，戴义保，何伟.基于ARM9的便携式测力仪设计［J］.自动化仪表，2008，29(12):54－57.