汽車安全測控系統中車輛報檢的設計方法研究

摘 要：為更好地提高汽車安全測控系統的性能，基于面向對象管理技術，討論了車輛信息與報檢信息的分析、設計方法，并依據現行檢測標準與數學模型做出了說明。通過對管理規律的深刻認識，高度抽象出了車輛模板和報檢模板，并提出了信息的動態繼承模板技術。同時，檢測項目的樹狀結構設計和組件化架構突破了測控系統任務處理受硬件工藝布局的限制。

關鍵詞：檢測控制系統；車輛安全；檢測項目；對象屬性

中圖分類號：TP39文獻標識碼：A文章編號：1004373X(2008)1916004

Study on the Method of Vehicles and Testing Information

Design for Vehicle Safety Performance Inspection Control System

JIN Tao1，ZHAO Xiangmo2，YANG Yang3

(1.Xi′an Highway Research Institute，Xi′an，710054，China;2.School of Information Engineering，Chang′an University，Xi′an，710064，China;

3.Chongqing Province Research Institute of Communications，Chongqing，400076，China)

Abstract：To improve performance of vehicle safety performance inspection control system，based on object-oriented managementtechniques，vehicles and testing information design method are discussed.And the paper makes explanation judgingby standard currently in effect.Through deep understanding of the management rules，vehicles and testing templates are abstracted，and dynamic inheritance template technology is proposed.Meanwhile，the tree structure design of testing item and component-based framework break hardware restricting.

Keywords：inspection control system;vehicle;test item;object property

目前，汽車檢測控制系統的各項檢測技術日趨成熟，但大多數的文獻都集中在對系統結構框架和具體檢測項目的研究上，而在實際的汽車檢測軟件中存在著大量的檢測填報信息與檢測過程無關的現象。對于汽車安全性能檢測系統的信息輸入來說主要包括兩部分:一部分是車輛報檢信息，即車輛信息和報檢信息；另一部分是檢測信息。前者主要通過人機交換方式來完成，受人員對計算機操作的影響較大，而后者是儀器設備對車輛進行檢測所得到的數據，并依據特定協議返回給計算機，該過程受人員對計算機操作的影響較小，尤其在聯網檢測模式下，甚至可以實現無人值守的自動檢測。本文將討論受人員操作影響較大的車輛信息和報檢信息的設計以及信息管理的實現。

1 面向管理的汽車檢測系統

汽車安全性能檢測控制系統的目標是服務于管理。出廠檢測線，為工業企業管理提供支持，社會檢測線則為行政部門對社會在用車輛管理提供支持。而對于不同的檢測線，用戶都有各自不同的管理要求。

面向對象的管理技術就是總結出各項專業管理的共同規律，建立起各種各樣的管理模型，并尋找滿足用戶個性需要的方法。利用面向對象的管理技術進行汽車安全性能檢測系統的分析與設計，可以將管理中的共性充分挖掘出來，將用戶的需求高度抽象化，使得系統具有較強的通用性，并且可以通過將各種管理需要提升為管理對象，通過屬性來定義信息的特征，進而來滿足自己獨特的管理要求。

2 車輛信息的設計

對于汽車安全性能檢測控制系統來說，其主要的管理對象為檢測車輛，它的信息設計主要依據檢測需求(即基本需求)及用戶對個體對象管理的要求。因此，在本系統中將車輛的屬性分為基本屬性、個體屬性和附加屬性三種。

2.1 基本屬性

基本屬性是與檢測關系最密切的車輛信息種類，它將成為必要的檢測參數。在實際的檢測過程中，所有的檢測項目、條件、方法、以及判定依據都應遵照國家以及行業的相關標準來進行，因而車輛的基本屬性是依據這些標準而確定的。

按照相關標準規定^［1］，汽車安全性能檢測包括線內檢驗、線外檢驗和路試檢驗。通常而言，汽車檢測控制系統軟件主要負責控制線內檢驗的各環節，線內檢驗的項目主要包括：臺式制動力性能檢測； 轉向輪橫向測滑量檢測；前照燈檢測；喇叭聲級檢測；車速表示值誤差檢測；排氣污染物檢測。

以汽車的制動力性能檢測為例，對于乘用車和總質量不大于3 500 kg的貨車，國家標準中的判定要求如表1所示^［2］。

表1 車輛制動性能臺試檢驗的判定標準

判 定 項 目判定要求

制動率 /%

整車制動率

軸制動率

空載≥60

滿載≥50

前軸≥60

后軸≥20

不平衡率 /%

前軸≤20

后軸及其他軸

制動率≥60%時≤24

制動率＜60%時≤8

協調時間 /s阻滯率 /%駐車制動率 /%

氣壓制動≤0.35

液壓制動≤0.60

前軸≤5

后軸≤5

質量系數＜1.2≥15

質量系數≥1.2≥20

在進行汽車制動力臺式檢驗時，通過汽車輪重臺(或軸重臺)可以稱量得到車輛各軸的軸荷；通過汽車制動檢驗臺可以檢測得到車輛的各輪的制動力、制動系統協調時間、車輪阻滯力、駐車軸駐車制動力。同時，可通過數學模型計算得到汽車的質量系數、各軸的軸制動率、不平衡率、阻滯率、駐車制動率以及整車制動率。

質量系數計算公式：

θ=∑ni = 1Mi/

∑nj = 1MZj

(1)

式中：M為空載軸荷(kg)；MZ為滿載軸荷(kg)；n為軸數。

軸制動率計算公式：

α=FS/M

(2)

式中：FS為軸制動力(daN)；M為空載軸荷(kg)。

前軸不平衡率及后軸(及其他軸)在軸制動力不小于該軸軸荷60% 時的不平衡率計算公式：

λ=|FLMax－FRMax|Max{FLMax，FRMax}

(3)

式中：FLMax為左輪制動力最大值(daN)；FRMax為右輪制動力最大值(daN)。

后軸(及其他軸)制動力小于該軸軸荷60% 時的不平衡率計算公式：

λ=|FLMax－FRMax|/M

(4)

式中：FLMax為左輪制動力最大值(daN)；FRMax為右輪制動力最大值(daN)；M為空載軸荷(kg)。

阻滯率計算公式：

η=FLP+FRPM

(5)

式中：FLP為左輪阻滯力(daN)；FRP為右輪制阻滯力(daN)；M為空載軸荷(kg)。

駐車制動率計算公式：

ρ=∑mi = 1FZi/∑nj = 1Mj

(6)

式中：FZ為駐車動力(daN)；m為駐車軸數；M為空載軸荷(kg)；n為軸數。

整車制動率計算公式：

β=∑ni=1(FLi+FRi)/∑nj=1Mj

(7)

式中：FL為左輪制動力(daN)；FR為右輪制動力(daN)； M為空載軸荷(kg)；n為軸數。

為實現對檢測過程的控制和計算所必須的參數是車輛軸數和駐車軸是第幾軸；在進行檢測結果判定時所必須的參數是車輛的制動方式。因此，在車輛信息設計時應將車輛的軸數、駐車軸、制動方式作為對象的基本屬性。

利用這樣與標準比對和建立數學模型計算的方法，可以同樣推理得到其他項目檢測所必須的參數。具體來說，汽車轉向輪橫向測滑量檢測需要轉向軸信息；汽車前照燈檢測需要燈制信息；汽車排氣污染物檢測需要燃料種類和根據車輛生產時間與輕重類型劃分的車輛種類信息，對壓燃式發動機汽車檢測時還需要車輛有無增壓裝置、車型核準批準的排氣煙度排放限值信息^［3］，對點燃式發動機汽車檢測時還需要發動機最高額定轉速、車輛的排氣管數信息^［4］。 這些參數都應設計為對象的基本屬性。而汽車喇叭聲級和車速表示值誤差檢測無需特定參數。

2.2 個體屬性

個體屬性是用來描述與檢測車輛個體有關的特征信息，它以用戶對個體對象的管理需求為設計依據，可以包括車輛識別代碼、類型、型號、發動機號、發動機型號、底盤號碼、底盤型號、驅動形式、車身顏色、發動機額定功率、外廓尺寸等。

此外，在對對象個體屬性的分析設計時，還應考慮到系統的使用范圍，對于社會汽車檢測線來說，車輛的號牌、中文品牌、車主姓名、出廠日期、使用性質等也是受到關注的個體屬性。

2.3 附加屬性

附加屬性是當基本屬性和個體屬性不足以描述對象的全部所需特征，或不足以滿足系統設計要求時，對對象附加的屬性，例如：車輛信息的登記日期作為附加屬性，是進行事件追蹤和查詢統計的重要條件。將車輛各軸的軸荷作為附加屬性設計在車輛信息中，可使制動力檢測時所需的軸荷和整車重量等參數通過軸重臺稱量和通過從車輛填報信息中取得兩種方式實現。

2.4 車輛信息的模板

系統所管理的每個對象的屬性都會不盡相同，但經過我們詳細分析并合理抽象，就會發現管理是有規律可循的，而且大量的對象及其屬性都有著類似，若對于每個對象都需要進行逐一管理，對每一個車輛的信息都需要逐一登錄，勢必會費時費力，而且也增加了人為錯誤的機率，為了有效地解決這一問題，本系統采取了對大量相似對象進行一致管理的方式，即引用了模板管理方式。

車輛信息的模板是根據對象某一屬性對對象進行分類，并按照類別對其進行統一管理的樣板。對對象分類所依據的屬性可以由系統設計的管理粒度來確定，但分類所依據的屬性不同，設計出的模板也就不同。在本系統中，我們以同一種型號的車輛具有眾多相同屬性為前提，設計出了以車輛型號為劃分依據的車輛信息模板。模板中包括了車輛軸數、駐車軸、制動方式、轉向軸、燈制、燃料種類等大部分在車輛信息申報時需要填報的項目，只要在使用前建立了各種型號車輛信息的模板，在使用時就可直接套用，從而極大地提高系統使用的效率。

3 車輛報檢的設計

車輛報檢將確定要進行的檢測任務，它的設計關系到整個系統的通用性和可擴展性。在此環節中，系統所管理的對象是報檢車輛，對象所需填報的檢測項目及個體所處的檢測狀態是設計的中心。在此，仍然將報檢對象的屬性分為基本屬性、個體屬性和附加屬性。

3.1 報檢對象的基本屬性

在報檢事務的處理中，對象最重要的屬性不是反映其各自特征的屬性信息，而是反映其所要處理的業務屬性信息。對象所報檢的檢測項目的不同，決定著整個系統的檢測調度及任務處理。因此，報檢對象的基本屬性是以對象的檢測項目為基礎的信息種類。在傳統的汽車聯網檢測系統中，檢測項目的設計通常受檢測線的硬件工藝布局限制，每個項目根據檢測布局設計在具體某個工位，各工位只完成各自特定的檢測功能，這使得檢測控制系統的通用性極大的降低。如果其他檢測線的工藝布局與此不同，那么控制系統軟件就需重新開發。

為將檢測項目的申報與具體的檢測工位之間的關系完全脫離，系統把各檢測項目放在沒有先后順序的同等級位置上，形成了檢測項目的樹狀結構(如圖1所示)。使用者無需再考慮檢測項目與工位之間的關系，一切的任務處理與條件判斷都交給了調度子系統來完成。在這種結構的設計下，我們建立了檢測任務處理的組件化架構，將每個檢測項目封裝為獨立的組件，并預留配置接口。當檢測線工藝布局發生變化時，只需簡單地調整接口參數，調度子系統即可將檢測工位與檢測項目對應起來，完成組件的重新拼接，從而高效、便捷地實現控制系統向新檢測線的移植。

此外，檢測項目的樹狀結構設計還具有良好的可擴展性。圖1所示的系統只具備四軸車的檢測能力，如果要將其升級為具備對六軸或更多軸車輛的檢測能力，只需修改制動組件的接口參數，再通過組件復用技術實現制動檢測能力的擴展。而系統的這種擴展，對其他項目的報檢不會帶來任何的影響。

圖1 檢測項目的樹狀結構圖

3.2 報檢對象的個體屬性

在報檢處理中，報檢對象的個體屬性是描述對象個體所處狀態的特征信息，此特征是隨業務處理的進程而改變的。為了能夠明確表明對象在檢測控制系統中的處理狀態，使其得到及時合理的調度，系統將對象分為了“已報”、“上線”、“檢測中”和“檢測完成”四種狀態。

在對象完成檢測項目申報后，其狀態標識為“已報”，這是一種準備就緒的狀態。但使用者可以根據現場的控制要求，將任意“已報”狀態的對象進行上線處理，處理后的對象則進入了待檢隊列，調度程序會依次對待檢隊列中的對象依據報檢項目進行任務調度。對象通過調度進入檢測處理時，其狀態標識為“檢測中”。在完成所有報檢項目的檢測并打印檢測結果報告后，狀態標識為“檢測完成”。這種以“已報”和“上線”兩種狀態分別標識檢測申報完成和進入待檢隊列的方式突破了兩者之間順序對應的關系，實現檢測申報與調度的無序處理，即可以先報后檢，后檢先報。而全系統的4種狀態標識可以實時監控到每個對象接受調度和任務處理情況。

3.3 報檢對象的附加屬性

報檢對象的附加屬性是為滿足系統的管理要求而對基本屬性和個體屬性的必要補充。它可以包括報檢對象的檢測日期、初復檢標識、填報人、引車員、檢驗員等屬性信息，這些都為事件的追蹤和統計查詢提供了可能。

3.4 報檢信息的模板

報檢信息模板是為減少大量重復性操作，降低操作失誤的機率，我們從管理中尋求規律，合理抽象出大量對象及其屬性的相似處，將其納入模板式一致管理。本系統中，我們設計了典型模板與繼承模板。

3.4.1 典型模板

典型報檢模板用于描述日常檢測中經常性的報檢信息，即將日常檢測中大多數報檢對象共通的屬性內容抽象為典型報檢模板。這樣，在大多數報檢事務發生時可套用該模板，用戶只需對其作少量修改，即可生成所需的報檢信息。

3.4.2 繼承模板

繼承模板的設計可以使當前報檢對象繼承先前任意已報檢對象的屬性內容。這樣，在當前報檢對象與先前任意已報檢對象的信息特征相同或相似時，通過屬性的繼承而實現信息的復制，在繼承之后，只需對個別的屬性內容稍加修改，即可生成當前對象的報檢信息。

繼承模板具有很強的適應性。一般的模板在事前已經生成以便套用，但這種模板事先沒有固定的屬性內容，它利用繼承的思想將先前對象的特征繼承給新的對象，使得先前的每一個已報檢對象都成為了一個繼承模板，并且這樣的模板屬性內容可以隨業務處理內容的變化而變化，即動態繼承模板。

4 信息管理的實現

4.1 信息的業務流轉管理

在汽車安全性能檢測控制系統中，信息管理的核心任務之一就是要確保對象信息在整個業務流程中安全、有序、順暢地流動，并進行有效地管理。對于本系統而言，其核心業務即為汽車安全性能檢測，因而有著嚴格的業務流程，對象自進入報檢環節后就進入了核心的業務處理過程，隨著對象完成各檢測任務并做出檢測判定而結束業務處理。由于要求檢測車輛在檢測線中不可逆行，因而系統的業務處理也有著確定的順序，即：車輛信息錄入→車輛報檢→一工位項目檢驗→二工位項目檢驗→三工位項目檢驗→檢驗結果判定→檢驗結果表打印。在系統中，信息的流轉也是隨這樣的業務處理流程而進行的。

4.2 信息的分級管理結構

汽車測控系統要求現場網絡連接方便，發生故障時可以快速診斷恢復，且網絡中由主控服務器提供服務，各工位機之間無需訪問，實現集中監控與管理。根據這些需求，系統采用星型對等網絡拓撲結構，如圖2所示。

圖2 系統的網絡拓撲結構示意圖

整個系統分為兩級：直接過程控制級和集中監控級^［5］，直接過程控制級為各檢測工位的工控機，承擔信號的變換、輸入、運算和輸出等分散任務。集中監控級為主控服務器，承擔檢測任務調度、數據存儲、監控管理、報表打印與統計查詢等任務。采用這種實現方式可以使系統結構清晰，任務分散處理，過程控制與管理一體化，系統資源得到充分共享，各功能模塊化以使系統具有良好的可擴展性。

4.3 信息的網絡通信管理

在目前國內汽車檢測控制系統中，網絡通信方式主要有串行通信方式、文件共享通信方式、網絡數據庫方式、WinSock通信方式^［6］。由于測控系統實時性要求高，網絡訪問量大，而單一的通信方式效率較低，且容易產生訪問沖突，因此本系統采用了網絡數據庫與WinSock相結合的通信方式。網絡數據庫通信方式主要應用于主控機對檢測任務的調度管理，WinSock通信方式主要應用于主控機對檢測過程的監控管理，這樣的網絡通信方式可以實現調度的可靠和監控的實時，且確保系統通信的安全性，避免訪問沖突等問題。

5 結 語

每個軟件系統都要實現其具體的業務和相應的業務流程。每個業務實現的基本過程都遵循IPO(Input-Process-Output)模型。其環節中，信息的輸入是整個系統的數據來源，是確保處理和輸出結果正確的先決條件，也是人機交互最為頻繁的環節。一個友好的信息輸入設計對優化軟件性能，減少誤操作和數據冗余，提高操作人員工作效率和系統執行效率都起著重要的作用。

參考文獻

［1］公安部交通管理科學研究所.GA 468-2004 機動車安全檢驗項目和方法［S］.2004.

［2］公安部交通管理科學研究所，交通部公路科學研究所.GB 7258-2004 機動車運行安全技術條件［S］.2004.

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［4］中國環境科學研究院，交通部公路科學研究所.GB 18285-2005 點燃式發動機汽車排氣污染物排放限值及測量方法(雙怠速法及簡易工況法)［S］.2005.

［5］趙祥模，許宏科，施惟穎.基于LAN的汽車安全性能自動測控系統研制［J］.計算機工程，2005，31(22):217-219，222.

［6］趙祥模，郭曉汾，徐志剛，等.汽車檢測控制系統網絡通信技術［J］.交通運輸工程學報，2006，6(1):98-102.

作者簡介

金 濤 男，1978年出生，上海嘉定人，碩士。主要研究領域為分布式計算機網絡測控技術及應用、計算機在交通領域的應用。

趙祥模 男，1966年出生，博士，教授，博士生導師。主要研究領域為分布式計算機網絡測控技術及應用、交通信息技術及ITS、智能測控技術及其在交通中的應用。

楊 洋 男，1982年出生，碩士。

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文