基于實驗室場景下測速儀校準方法研究

【摘要】 本文首先介紹了機動車測速儀的用途與基本原理，并分析了機動車測速儀在交通道路安全中的重要作用，然后研究了機動車測速儀檢測現狀及存在的問題，并且根據現狀設計了基于實驗室場景下測速儀的校準方法。該方法實現了實驗室內對機動車測速儀的檢測，方法科學可行，不受道路環境干擾，為機動車測速儀的準確溯源提供了技術保障。

【關鍵詞】 機動車測速儀;校準方法;實驗室場景;同步帶

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2022.01.009

Study on Calibration Method of Speedometer Based on Laboratory Scene

WU Jing

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： This paper first introduces the use and basic principle of motor vehicle speedometer， and? analyzes the important role of motor vehicle speedometer in traffic safety. Then this paper studies the current situation and existing problems of motor vehicle speedometer detection，and according to the present situation，designed speedometer calibration method based on laboratory scenarios. This method implements the laboratory detection of motor vehicle speedometer，it is scientific and feasible，and the method is not affected by road environment interference，it provides the technical support for motor vehicle speedometer accurate traceability.

Key words： motor vehicle speedometer;calibration method;laboratory scene;synchronous belt

1 引言

機動車測速儀安裝在道路上，用于測量行駛車輛的速度。目前使用較多的為雷達測速儀。雷達測速儀主要通過接收的反射波頻移量來計算被測物體的運動速度，這類測速儀主要安裝在一些重點路段以及事故高發路段。測速儀計量性能的準確程度將直接影響交警部門執法的公正性。

目前，機動車測速儀的現場檢定需要將標準測速儀安裝在試驗車上，試驗車以被檢速度值勻速行駛，將標準測速儀對試驗車測得的速度與機動車測速儀對試驗車測得的速度進行比較，從而實現溯源。該種方法雖簡單可行，但受現場檢測環境因素影響較大，比如安全因素、雨雪霧等天氣因素干擾，尤其在對高速公路安裝機動車測速儀進行檢測時，由于車流量較大，限速值較高，并且一些車輛會在即將到達測速監控點時減速，因此試驗車輛車速很難到達限速值，給現場檢測的準確度帶來一定影響。針對上述情況，本文設計了一種基于實驗室場景下測速儀校準方法，該方法準確度高且不受現場環境干擾，可為機動車測速儀提供良好的溯源保障。

另外，對非接觸式測速儀校準方法的研究，我院采用伺服電機控制輪轂旋轉，使輪轂直徑盡量大，從而模擬出一個速度值穩定的標準路面，從而實現對測速儀的校準。該裝置如圖1所示，裝置速度按式（1）計算：

[V=60×10-6×π×D×n] （1）

式中，[V]——校準裝置的速度示值，km/h;

[D]——齒輪加齒帶（或轉鼓）的直徑，mm;

n——齒輪（轉鼓）的轉速，r/min。

該方法雖可實現非接觸式測速儀的實驗室校準，但由于模擬路面并非直線路面，而是由輪轂模擬出來的，當輪轂直徑較小時，需要反復調整非接觸式測速儀的安裝位置，使其照射點為輪轂水平運動的切點，否則將產生速度分量，影響檢測結果。若輪轂直徑較大，則會增加輪轂重量及慣性，電機功率及運行噪聲也會相應增加，為后期維護帶來負擔。因此本文提出了一種模擬實際道路路面的測速儀實驗室檢測方法。該方法不僅可以不受現場道路環境干擾，而且也彌補了輪轂模擬實際道路裝置的不足。

2 溯源系統的設計

本文采用高精度伺服電機控制齒輪旋轉，轉速誤差不大于0.01%。通過齒輪與同步帶的嚙合（同步帶的線速度與齒輪轉速存在一定比例關系）從而獲得標準速度源。該設計的目的是模擬出一個速度值穩定且準確的標準路面，從而實現對測速儀的校準。另外，在傳送帶上固定一個汽車模型，使其與傳送帶具有相同的線速度。該裝置可以提供一個標準速度源模擬機動車的行駛情況，將機動車測速儀對準汽車模型，從而實現對機動車測速儀的溯源工作。裝置圖如圖2所示。

在該系統的設計過程中，主要需要考慮的問題有以下幾點：

1）采用同步帶作為傳動裝置。同步帶是嚙合傳動，因此帶與帶輪之間沒有相對滑動，傳動準確度較高，能達到同步傳動;另外同步帶傳動允許的線速度值很高，最高可達50 m/s，且傳送距離較遠。

2）為保證傳送帶線速度精度，采用高精度伺服電機提供轉速，轉速波動率小于0.01%。另外，伺服電機更加適合應用在高精度的場合，與異步電機及步進電機相比，伺服電機具有精度高、響應快、分辨率高的特點。另外由于本系統需要達到的轉速較高，因此需選擇高轉速穩定的伺服電機。

3）汽車模型在傳送帶上的固定。由于傳送帶的運行速度最高可達到50 m/s，因此保證傳送帶上的物體固定不飛出傳動帶，并使其與傳送帶以相同的速度共同運行是關鍵。目前有三種解決方案：第一種方案，在同步帶上打孔并用螺絲進行固定，并且在齒輪上打一個槽，避免當固定的螺絲運行到齒輪處時對速度值產生影響;第二種方案，用強力膠將物體固定在傳送帶上;第三種方案，在同步帶上制作一個與其一體化的物體，這樣可以避免速度過快使被測物體飛出。但在設計時要注意凸起部分的尺寸，以便物體可以接收到雷達測速儀發送的信號。需對以上三種方案進行試驗，為保證安全，在試驗過程中要對整個裝置加保護罩。

4）為保證傳送帶線速度值的精度，在安裝過程中要保證兩個不同齒輪轉軸之間的平行度，避免傳送帶跑偏。另外，盡量選擇彈性小的材質制成傳送帶，以避免由于彈性變形影響速度值精度。還可以在同步帶上添加張緊機構，在同步帶變形時對其進行調節。由于同步帶的彈性形變與其負載大小有關，所以在選擇汽車模型材質時，盡量選擇輕質軟體材質，以減少同步帶的彈性形變。

5）為實現本系統的設計，本文主要需要解決的技術問題如圖3所示。由于考慮到裝置的可靠性、數據準確性及運行維護的安全性，需要對帶輪的速度及尺寸進行分析，既保證速度的高精度輸出，又要確保裝置長期安全可靠的運行。

3 校準方法的研究

本文利用觸摸屏作為上位機控制界面，實現PLC對電機轉速的控制。在觸摸屏上位機的人機界面中輸入電機運行的轉速值，并將齒輪的直徑通過換算得到與該轉速值對應的線速度值。觸摸屏上位機通過串口與PLC連接，PLC根據給定的轉速值實現對伺服電機轉速的控制。結構框圖如圖4所示。

通常，機動車測速儀的測量范圍應為20～180 km/h，因此在測量范圍內可均勻選擇若干個測量點，通過上位機控制電機提供標準的線速度值。將機動車測速儀對準測量同步帶上固定的被測模型，實現對機動車測速儀測量誤差的檢測。測速儀的速度測量誤差計算公式為：[δ1=V1-V]，單位為km/h，其中，[V1]為機動車測速儀測得并顯示的速度值，[V]為本文設計的溯源系統所提供的速度標準值。

4 結語

本文主要介紹了機動車測速儀的原理及用途，并設計了基于實驗室場景下測速儀的校準系統與方法。該方法將更有效地解決機動車測速儀溯源過程中由于道路情況、環境因素以及人為因素產生的不確定性，也將減少在現場測速過程中，由于限速值過高而產生的安全隱患。該方法準確度高、重復性好，為機動車測速儀的溯源提供了一種實驗室校準方法，為交警部門的執法公正保駕護航。另外，該系統的完成不僅可為機動車測速儀提供溯源保障，在低速測量領域也可為汽車關門速度測量以及非接觸式扶梯速度測量儀、激光測速儀等多種測速設備溯源，從而完善我省測速領域的溯源體系，為我省乃至全國的速度測量儀的準確提供技術保障。

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【作者簡介】

吳晶，女，1988年出生，工程師，碩士，研究方向為扭矩、轉速、測速和檢車線檢測。