汽车检测设备检定值和测量值差异分析

汽车检测设备检定值和测量值差异分析 
---汽车检测设备计量检定规程中一些问题的质疑与建议 
                  
        殷建民1        马强骏2 
(1.深圳巴士集团 518036 深圳2.深圳泰克交通科技公司 518049 深圳） 
摘 要：台架式汽车检测设备，使用前都是经过计量检定的合格产品，但在使用中发现功能相同而结构不同的设备测量结果差异很大，针对这一现象本文就检测设备计量检定规程中存在的一些问题提出质疑与建议，对检定手段、检定用仪器设备、误差允许值规定提出了看法和建议。 

关键词：汽车检测设备 计量检定   动态测量   静态标定   误差    
     Difference Analysis on ExamiNIng and Measuring of Automotive Inspection Equipment  
                YIN Jianming           Ma Qiangjun 
(Bus group of Shenzhen, Shenzhen 518036,china;  2. Shenzhen team work Transportation  technology CO.LTD. Shenzhen 518049, china) 

Abstract: The pedestal Automotive Inspection Equipment, before usage is all to has been calculated the qualified product , but discovered the function  homology but the different structure measure result difference very big, aim at this phenomenon this text  to  put forward query in some existent problems with suggestion, to examination means, examine value to rule ,  instrument equipments, error margin. 

Key words: Automotive Inspection Equipment; Calculate and examine; dynamic measurement, static calibration, error value.  

   汽车检测设备（本文主要指的是台架检测设备）作为一种计量器具必须经过计量检定取得计量合格证后才能使用，设备使用中用户还需对设备定期或不定期进行标定才能保证设备的使用精度。在实际使用中我们发现不同厂家生产的同类汽车检测设备虽然都是经过计量检定的产品但测量结果离散性很大，检测结果有时达到不可信的地步。分析除了因设备的结构、制造、安装质量、数据采集和处理方法及设备操作是造成检测结果离散的原因外，汽车检测设备计量检定规程中一些不够合理的规定也是造成设备动态测量结果和静态标定结果存在较大差异的原因。这里就我们在执行规程中发现的一些问题提出探讨。 
一．    静态检定和动态测量引起误差 
以JJG-906-96《滚筒反力式制动检验台检定规程》为例。规程第十条关于示值误差的检定，规定了制动力检定时，将专用杠杆紧固在制动台适当部位进行加力，但没有规定什么地方为“适当部位”。目前对制动力的检定主要有两种形式，一种是在主动滚筒或者和它同轴的适当部位加力如图一示。另一种是在变速箱或其它部位对传感器直接加力如图二示。 
    汽车制动台在检测车轮制动力时力的传递顺序为：制动阻力 →滚筒→皮带轮（如果有的话）→变速箱→力臂→传感器→仪表。采用对传感器直接加力的方法仅能够确定传感器输出信号和仪表显示值的比例关系，它没有考虑制动力传递过程中有关环节的影响。在制动力的传递过程中蜗轮蜗杆式变速箱要损失30%左右的功率，摆线齿轮变速器也要损失10%以上的功率；而皮带轮也要损失10%左右的功率。这里讲的是在动态情况下的损失，静态加力不一定有这么多传递损失。而且由于标定是在静态方式下进行的，加力时变速箱齿轮间的啮合面是随机的，由机械原理可知齿轮在不同啮合点由于对力传动的方向不同其传递效率也不一样，这样就可能会造成两次标定数据之间的差异。据我们试验当第一次标定完成后卸下标定杆，让电机带动滚筒转动几圈后重新标定其差值可达到5%以上。所以说在不同的部位进行加力标定制动力和制动台动态测试的数据的接近程度是不一样的。 
              图一  在主动滚筒或同轴部位加力标定 
图二    对制动传感器直接加力的标定法 
为了克服上诉问题国外汽车检测设备制造厂家，多采用动态标定的方法。采用两只车轮和机架、差速器等构成的模拟汽车车桥来进行动态标定，该模拟车桥有对制动台垂直加力的液压机构和对车轮施加制动力的机构，加力机构上都安装有测力传感器可以准确的测量出实际制动力和垂直压力（见图三），通过这两个力和制动台仪表测量的轴重值和制动力对比就可对制动台进行动态标定。至于现场检定采用什么方法可在此基础上制造一种简易装置解决。 
在目前的条件下，我们建议在检定规程中规定，加力点必须和汽车检测台工作时对设备施加的外部力一致；对有变速箱的设备应在实施第一次标定后卸下加力装置通过外力随机转动后再次标定，取三次平均值为检定结果。 
  
         图三  汽车制动台动态标定装置 

二．    部分规程的检定精度低于测量精度 
我们都知道检定用仪器设备的精度必须高于被检定的设备，这是计量检定的基本原则，但是按照现有的检定规程某些项目就很难达到这个要求。以汽车速度的计量为例，在滚筒式车速表检验台和汽车底盘测功机的检定规程都规定了检定用测速仪的精度为±0.6%，而目前检定单位所采用的仪器实际上都达不到这个精度。现用的转速仪主要有两种类型：一种是机械式转速仪，通过旋转体带动转速表指针读数，这种仪器由于接触不稳、视觉误差等原因很难保证1%以下的精度，且使用不便；另一种是光电反射式转速仪，测量时需要在旋转件的表面贴反光条，通过计算反光脉冲数来换算转速。这种方式在数字电路上成为测频法，采用测频法测量速度的示意图如图四所示。图中设固定测量时间为T（秒），滚筒反射的脉冲个数为m。一般情况下滚筒上贴一个反射条它每周反射的脉冲个数为一，滚筒的直径为Φ（米），此时可根据下面的公式计算出滚筒的速度值： 
                  S（㎞/h）=  m. πΦ.3.6/T 
   如果在测量过程中，计取的脉冲个数出现一个脉冲的误差（这在数字电路中是不可避免的），就会造成车速计算值具有较大的相对误差： 
                 ΔS/S=1/m 
    设滚筒的直径为318mm,即周长为一米（这是常用的尺寸），光电反射式转速表的测量周期一般为一秒，当测量车速为30㎞/h时m≈8个脉冲， 
          图四     光电反射式转速表测量原理示意图 

其相对误差 ΔS/S=1/m=1/8=12.5%，即使在车速为60㎞/h时也有6%的相对误差远高于检定规程规定的示值误差范围。要增加测量精度就需要在滚筒上增加反光 
条，这样对贴条时的分度值就要求很严，且增加了操作难度。 
实际上测量车速用的传感器滚筒每转一圈都有数十个甚至数百个脉冲输出(设为n)，只要知道滚筒的直径采用频率计可以精确的计算出一定转速下的频率f(Hz)通过换算就可确定滚筒的线速度： 
            S(km/h)= (πΦ/n)×f×3.6 
由于在检定点所测的频率都有几百赫兹 ,所以这种方法比用转速计可获得更高的计量精度。另外也可以采用接触式五轮仪，只要轮胎和滚筒不打滑也可以获得很高的速度测量精度。    

三．    部分检定参数不合理 
有关汽车检测设备的检定规程部分参数定义不明确，或规定的示值误差不合理，也是造成实际测量误差增大的因素。 
在JJG906-96《滚筒反力式制动检验台检定规程》12条规定的滚筒表面当量附着系数的检定方法中规定了轮胎气压、车辆载荷等条件，给出了当量附着系数的计算公式： 
       当量附着系数=轮制动力测定值/（轮质量×重力加速度） 
规程中没有规定当量附着系数测量时对车辆安置角的要求，实际上对与车辆（或车轮）质量相同而安置角不同的情况下滚筒所受到的支反力是完全不同的，其受力示意图见图五所示： 

               图五     汽车在滚筒试验台上受力分析图 
由图五可以看出制动力的测定值大小决定于滚筒所受到的正压力N1、N2的大小，显然正压力是轮质量G和安置角α的函数，由于其安置角不可能为零，N1、N2之和绝不等于轮质量G，在前后滚筒水平放置的情况下： 
           N1+ N2 =(G×g/cosα) 
（式中，g为重力加速度） 
  由于cosα小于1，所以（N1+ N2 ）＞G。在轴质量一定的情况下，安置角越大正压力也越大。我们认为JJG906-96中规定的附着系数的计算公式应修正为： 
当量附着系数=轮制动力测定值/滚筒正压力 
   图六是一种测量滚筒附着系数的装置，它通过杠杆对摩擦片加力，通过传感器直接测量出滚筒正压力，再根据当时制动力的量值就可以根据上面的公式算出当量附着系数。              

图六    滚筒当量附着系数测量装置 

部分规程中的限值规定过于示值误差的要求偏松，失去了检定的意义。如前照灯检验仪检定规程和滤纸式烟度计检定规程示值误差的要求就偏松。在前照灯检验仪检定规程中发光强度的相对误差可允许达15%，按照这个误差两灯制的在用车在检测时12000cd的发光强度可能实际只有10000cd接近四灯制的要求；偏移角的允许误差为±4.4cm/dam，而两灯制前照灯的左右偏要求小于10cm/dam这样其检测误差就可能超过50%，失去检测、调整的意义。这可能是考虑到我国灯光仪在制定检定规程时的现状，现在灯光仪的制造水平有了很大提高，应该考虑修订了规程中的限值了。 
 而部分规程中的限值规定过于严格也没有太大的必要，如JJG907-96《轴（轮）重仪检定规程》3.1条规定“测量值不大于4%（F.S）:±5%;测量值大于4%（F.S）:±2%”。按照这个规定轴重仪的绝对误差要求小于0.2%,在4%（F.S）附近的点测量甚至要求小于0.1%才能满足要求。上面的规定实际上已经超过国家有关Ⅲ级称的要求，要满足这个要求轴重仪采用的测力传感器的精度应该在0.02%以上。而传感器一般采用测力计对其标定，测力计一般对10%以下量程不做标定，因为测力计机架本身的重量往往超过传感器量程10%，这样传感器的低端的精度是很难标定的相应的轴重仪在4%量程以下的精度也是难以达到规程的要求。为此我们建议高、低量程的分界放在10%为好。 
轴重仪在汽车检测中的作用是为了对汽车制动力是否满足有关要求提供一个判断条件，它并不是作为衡器使用其精度要求不应高于对制动台示值误差的要求，而制动台检定规程中规定低端示值误差为4%（F.S）低于轴重台的要求，反力式制动台是对汽车制动性能一种粗略、快速的检测方式，主要用于判定在用汽车是否满足道路安全的最低标准，仅仅要求这种检测设备有很小的示值误差是没有太大意义的。 
结束语 
    汽车检测设备的检定规程对设备的检测结果有直接的影响，其检定方法应该和实际使用情况基本一致，以保证动态测量结果接近检定值。检定时采用的方法要提出明确的要求，对保证检定精度的检定仪器也应提出明确的要求，对不符合使用要求的示值误差规定应及时修订。 

参考文献：　　　　 
1．公安部道路交通管理标准化技术委员会 编著  《机动车运行安全技术条件》理解与实施    
                                           中国标准出版社   2004.9.第一版 
2．马强骏       《高级汽车检测工培训教材》   电子工业出版社 2203.6. 
3  吴道悌      《 非电量电测技术》     西安交通大学出版社 2004.10 第三版 
4．交通部公路司审定  《汽车综合性能检测》   上海科学技术文献出版社 1999.5 第一版 
5．张宝芬等编    《自动检技术及仪表控制系统》 化学工业出版社  2002.2. 第一版 
6．JJG 906-1996 《 滚筒反力式制动检验台检定规程》 


作者简介：殷建民 ：男，（1957-）深圳巴士集团工程师，主要从事汽车检测研究、培训工作。 
         马强骏 ：男（1952-）高级工程师，研究生导师，主要从事汽车检测技术研究工作。