機動車方向盤轉向力-轉向角檢測儀測量結果不確定度評定

文 昊

（陜西省計量科學研究院，陜西 西安 710065）

1 概述

機動車方向盤轉向力-轉向角檢測儀用來直接測量機動車方向盤的轉向力及轉動角度，達到判定機動車轉向系統的工作狀況，該狀況直接影響機動車的安全性和操作性。將被校準機動車轉向盤轉向力轉向角檢測儀(以下簡稱轉向儀)固定在專用轉盤上，在轉向儀外緣切線方向通過鋼絲與力傳感器相連接，用游標卡尺測量轉向儀的半徑。轉向儀力矩測量點為40Nm，角度測量點為50°，測力傳感器示值200N，轉向儀半徑0.2m(200mm)。

2 數學模型

2.1 轉向儀力矩數學模型

式中：△—轉向儀的力矩示值誤差，單位Nm；

X—轉向儀力矩的示值，單位Nm；

F—標準測力儀示值，單位N；

R—轉向儀半徑，單位m；

依方差，由不確定度傳播率得：

2.2 轉向儀角度數學模型

式中：△—轉向儀的角度示值誤差，單位°；

Y—轉向儀的角度示值，單位°；

θ—標準角度示值，單位°；

依方差，由不確定度傳播率得：

其中：

3 轉向儀力矩輸入量的標準不確定度評定

3.1 被校轉向儀力矩示值引入的標準不確定度

被校轉向儀示值引入的標準不確定度主要來源于轉向儀的測量結果重復性及其數顯量化誤差。

3.1.1 被校轉向儀力矩測量結果重復性引入的標準不確定度

測量結果重復性可以通過連續測量得到的測量列，采用A類方法進行評定。等精度重復測量10次，測量結果分別為39.8Nm、39.8 Nm、39.9 Nm、40.1 Nm、40.2 Nm、40.0 Nm、40.1 Nm、40.0 Nm、40.1 Nm、40.0 Nm，平均值40.00 Nm，用貝塞爾公式得單次測量實驗標準差s(X)：

實際測量時，在重復條件下連續測量3次，以3次測量的算術平均值作為測量結果，則可得標準不確定度為：

3.1.2 由被校轉向儀數顯量化誤差引入的標準不確定度

被校轉向儀的示值分辨力0.1Nm，半寬為0.1/2=0.05Nm，均勻分布。則其標準不確定度為：

重復性和數顯量化誤差取大者，取重復性引入的標準不確定度。

3.2 標準測力儀引入的標準不確定度

依據證書，測力傳感器的最大允許誤差為MPE±0.5%，200N時，其誤差為200*0.5%=1N，均勻分布，則：

3.3 方向盤半徑引入的標準不確定度

3.3.1 游標卡尺引入的標準不確定度

依據證書，游標卡尺的最大允許誤差為MPE±0.05mm，即0.00005m，均勻分布，則：

3.3.2 方向盤半徑測量引入的標準不確定度

估計用游標卡尺測量方向盤半徑的讀數誤差為0.5mm，即0.0005m，均勻分布，則

3.3.3 方向盤半徑引入的標準不確定度

4 轉向儀角度輸入量的標準不確定度評定

4.1 被校轉向儀角度示值引入的標準不確定度

4.1.1 被校轉向儀角度測量結果重復性引入的標準不確定度

測量結果重復性可以通過連續測量得到的測量列，采用A類方法進行評定。等精度重復測量10次，測量結果分別為52.1°、51.1°、51.3°、52.4°、52.5°、52.6°、51°、51.1°、52.3°、52.6°，平均值51.9°，用貝塞爾公式得單次測量實驗標準差s(X)：

實際測量時，在重復條件下連續測量3次，以3次測量的算術平均值作為測量結果，則可得標準不確定度為：

4.1.2 由被校轉向儀數顯量化誤差引入的標準不確定度

被校轉向儀的示值分辨力0.1°，半寬為0.1/2=0.05°，均勻分布。則其標準不確定度為：

4.2 標準裝置示值誤差引入的標準不確定度

依據證書，校準裝置的最大允許誤差為 MPE±0.5°，均勻分布，則：

5 輸出量的標準不確定度分量一覽表

5.1 轉向儀力矩輸出量的標準不確定度分量一覽表

表1

5.2 轉向儀角度輸出量的標準不確定度分量一覽表

表2

6 合成標準不確定度

6.1 轉向儀力矩合成標準不確定度

6.2 轉向儀角度合成標準不確定度

7 擴展不確定度

7.1 轉向儀力矩擴展不確定度

取k=2。故擴展不確定度應為：

7.2 轉向儀角度擴展不確定度

取k=2。故擴展不確定度應為：

8 測量不確定度報告

轉向儀力矩在40Nm校準時，力矩的測量結果的不確定度為：

轉向儀在1080°校準時，其轉角的測量不確定度為：