汽車用車速表不確定度評估

徐明輝　張紅燭

摘 要：以YT1100型道路性能測試儀對標致牌DC7169TSAB型乘用車的車速表示值進行檢測，并對其結果進行不確定度的簡化評估為例，探討車速表示值的檢測結果不確定度的評估。

關鍵詞：道路性能測試儀 車速表 測量不確定度

Evaluation of Measurement Uncertainty for the Automotive Speedometer

Xu Minghui Zhang Hongzhu

Abstract：Taking YT1100 type road performance tester for the speedometer value of Peugeot DC7169TSAB passenger car as an example， this paper discusses the evaluation of the uncertainty of the test result of the speedometer value and the simplified evaluation of the uncertainty of the result.

Key words：road performance tester， speedometer， measurement uncertainty

1 概述

GB 15082-2008《汽車用車速表》中要求對汽車用車速表進行檢測，本方法依據該標準和JJF 1059.1-2012《測量不確定度評定與表示》對汽車用車速表檢測過程中所產生的不確定度進行全面的評估。該方法中未明確說明的內容均按照GB 15082-2008《汽車用車速表》進行測量。

1.1 目的

為規范汽車用車速表的檢測方法、步驟，評估汽車用車速表檢測過程中所產生的不確定度。

1.2 依據文件

GB 15082-2008 《汽車用車速表》

JJF 1059.1-2012 《測量不確定度評定與表示》

CNAS GL023-2018 《汽車和摩托車檢測領域典型參數的測量不確定度評估指南及實例》

1.3 檢測儀器、設備

1.4 檢測程序

按GB 15082-2008《汽車用車速表》規定的測量方法進行。本次不確定度評估只評估標準要求的車速表指示車速為80km/h時的汽車用車速表的不確定度，共重復20次。

2 不確定度評估

2.1 不確定度評估的流程

不確定度評估的一般由6個步驟組成，見圖1。

a）建立數學模型

建立滿足測量不確定度評估要求的數學模型，即被測量Y和所有各影響量Xi（i=1，2，…，Xn）間的具體函數關系，一般形式可寫成Y=f（X1，…，Xn）。式中，Y稱為被測量或輸出量，Xi稱為影響量或輸入量。若被測量Y的估計值為y，輸入量Xi的估計值為xi，則有y=f（x1，…，xn）。

b）分析產生不確定度的來源

c）各不確定度分量的評估

評估標準不確定度分量有兩種方法，即A類評估和B類評估。A類評估用對在規定的測量條件下測量所得量值的統計分析的方法來對測量不確定度分量的評估，有貝塞爾公式法和極差法兩種方式計算標準偏差;B類評估是用不同于測量不確定度A類評估的方法確定測量不確定度分量的評估，B類不確定度的主要來源有：有關儀器和材料的一般知識、制造說明書、校準或其他報告提供的數據、取自手冊提供的參考數據的不確定度等。

d）計算合成標準不確定度

汽車領域不確定度評估的數學模型一般為線性數學模型，函數的一般形式為：

y=f（x1，…，xn）=y0+c1x1+c2x2+…+cnxn，數學模型中僅包含各輸入量的一階項。根據方差合成定理，各輸入量相互獨立或各輸入量之間的相關性可以忽略的情況下，被測量Y的合成方差uc2（y）可表示為：

用靈敏系數的符號表示為：

e）確定擴展不確定度

擴展不確定度：U=kuc（y）或UP=kPuc（y），

其中：U或UP為擴展不確定度，k或kP為包含因子，uc（y）為合成標準不確定度。

被測量的最終測量結果可表示為：Y=y±U或Y=y±UP

f）報告結果

擴展不確定度有兩種表示方式，U或UP表示。包含因子的獲得方式決定了應該采用何種表示方式。當包含因子是根據被測量的分布并由規定的包含概率計算得到，則用UP表示。當包含因子的數值是設定時，則用U表示。

2.2 數學模型

汽車用車速表檢測的數學模型為：

Y=V

式中Y為道路性能測試儀輸出的結果，km/h，V為車速表的測量結果，km/h。

2.3 不確定度的來源分析

影響汽車用車速表測量結果的不確定因素主要有：

2.3.1 測量重復性引入的測量不確定度u1（x），用A類評估。

被核查道路性能測試儀測量重復性引入的不確定度u1（x），用A類評估;

2.3.2 環境溫度的影響

根據GB 15082-2008中規定“試驗用車速表處的基準溫度應為23℃±5℃”，基本可以保證測試在此溫度范圍內進行，因而溫度的影響歸在A類評估中考慮。

2.3.3 駕駛員操作的影響

按GB 15082-2008中規定駕駛員進行汽車用車速表檢測，期間駕駛員觀察汽車用車速表的速度指示產生誤差，在A類不確定度中考慮。

2.3.4 道路性能測試儀的影響

道路性能測試儀是用于每次測量車速表指示實際車速的儀器，其準確度直接影響測量結果，在B類評估中考慮。

2.4 標準不確定度評估

2.4.1 標準不確定度A類評估

標準不確定度的A類評估按表1分別采集數據（重復測量20次，每次重新拆裝儀器，讀取數據值）。

指示車速v1：80km/h;v2：實際車速;指示車速（v1）與實際車速（v2）之間應符合下列關系式：0≤v1-v2≤v2/10+4，單位km/h。

20次獨立觀測結果的算術平均值：

由貝塞爾公式得到的平均值的試驗標準偏差為：

因測量結果由單次試驗得出，所以測量結果A類標準不確定度為：

2.4.2 不確定度B類評估

道路性能測試儀引起的標準不確定度

道路性能測試儀允許誤差為±0.5%，為雙三角分布，包含因子，由此得到車速表測量不確定度：

其中：a=73.7km/h×0.5%=0.37km/h

道路性能測試儀所帶來的標準不確定度分量為：

2.5 合成標準不確定度

根據上述數據，計算并帶入表2

3 擴展不確定度的評估結果

取包含因子k=2，擴展不確定度為：

則80km/h的汽車用車速表測量結果為：

v=73.7km/h±0.8km/h，k=2。

4 結語

文中的試驗選了車速表的80km/h的示值進行評估，經過計算得到了測量不確定度。汽車其他檢測項目的不確定度也可以運用文中方法進行評估，通過先分析檢測過程，找出產生不確定度的原因，經過多次獨立觀測后用貝塞爾公式得到的平均值的試驗標準偏差，為A類評估，再根據測量儀器的準確度進行B類評估，最后將所有分量合成，得到合成標準不確定度，根據需要再將合成標準不確定度與包含因子相乘即可得到擴展不確定度。

參考文獻：

[1]GB 15082-2008汽車用車速表[S].

[2]JJF 1059.1-2012測量不確定度評定與表示[S].

[3]CNAS GL023-2018 汽車和摩托車檢測領域典型參數的測量不確定度評估指南及實例[Z].