滚筒式车速表检验台在线自动标准装置

冯敏杰 邵建文 赵 雷 / 浙江省计量科学研究院

0 引言

滚筒式机动车车速表检验台是一种以滚筒模拟路面，利用车轮与滚筒在无相对滑移时限速度一致的原理，通过与滚筒同步的转速传感器进行测量机动车车速，并与机动车车速表指示进行比较的设备。按有无驱动装置可分标准型与驱动型两种。标准型无驱动装置，它靠被测机动车驱动轮带动滚筒旋转；驱动型由电动机驱动滚筒旋转，再由滚筒带动车轮旋转。此外，还有把车速检验台与制动检验台或底盘测功机组合在一起的综合式检验台。目前，机动车检测站使用最多的是标准型滚筒式车速表检验台[1]。它由滚筒、举升装置、测速传感器和显示仪表等组成[2]。

根据JJG 909-2009《滚筒式车速表检验台检定规程》规定，滚筒式车速表检验台需进行检定，检定周期为1 a。根据检定规程，对滚筒式车速表检验台进行检定时，需要将机动车缓慢地驶入车速检验台，使机动车驱动轮置于前、后滚筒之间，并与前、后滚筒可靠地接触，驱动车速检验台滚筒使其稳速旋转。当车速检验台示值在30 km/h、40 km/h、60 km/h时，分别记录车速检验台显示仪表示值和转速表（或测速仪）的示值[3]。

从检定规程可以看出，现行的检定方法中需要使用到机动车，给检定带来不便的同时也带来其他一些问题。如不同的车辆的轮胎的胎压、摩擦因数等都存在差异，给整个检定过程引入误差。因此，研制一种滚筒式车速表检验台在线自动标准装置，用于在检定过程中代替使用机动车，避免机动车引入的误差，提高不同设备间的结果的可比性。

1 工作原理

装置由机械机构、上位机、下位机组成（图1），矢量变频器执行下位机的命令，通过调整模拟电压输入量的方式控制电动机的转速，实现30 km/h、40 km/h、60 km/h检定点速度；测速传感器执行下位机的命令，采集转速信息，并反馈给上位机，在MCGS触摸屏上实时显示；通过3G DTU模块，将滚筒式车速表检验台显示的实时速度反馈给上位机，并在MCGS触摸屏上实时显示；通过3G DTU模块，可将采集到的数据传回给电脑，实现数据的保存、生成及打印原始记录和检定报告。该装置可以实现整个检定过程的自动化，减少误差的引入，提高检定的准确性。

图 1 工作原理框图

2 硬件设计

滚筒式车速表检验台在线自动标准装置主要实现两方面的工作，一是实现对滚筒式车速检验台滚筒的带动，实现30 km/h、40 km/h、60 km/h的控制，二是实时测量转速值。

选用普通的2.2 kW三相电机，配某公司的JXBP3系列矢量变频器，通过调节变频器的频率实现对速度的控制。图2为滚筒式车速检验台标准装置结构，电机通过链条带动滚筒，滚筒带动滚动式车速台的滚筒转动。另外边上两个小轮子和提手是为方便携带而设计。

图 2 滚筒式车速检验台标准装置结构

转速的测量采用非接触式测量方法中的激光传感器和霍尔传感器。

2.1 霍尔测速传感器

霍尔元件是一种磁敏感元件，它与施密特电路集成在同一块硅片上做成的磁控开关型电子器件，具有很高的响应频率、优良的波形特性（输出脉冲为矩形波）和很高的测量准确度。

2.2 激光测速传感器

激光器发射出超高亮的红色光束，照射到测试盘的定向反光纸，反射到传感器顶端小孔内的光敏管，通过整形放大电路输出TTL电平的光电脉冲信号。在反光纸特性较好时，传感器与测试盘的间距可达1 m、光点为3 ～ 5 mm的椭圆，有较高的测速灵敏度和重复性。

2.3 测速原理

目前最常用的测速方法是电子定时计数测速法，主要包括测频率法、测周期法和多周期测频法[4]。

测频率法是在一定时间间隔T内对被测转速信号进行计数，该方法虽然检测时间一定，但测量的起始时间具有随机性，测量过程在极端情况下会产生±1个转速脉冲的检测误差。测周期法是在一个被测转速脉冲信号周期内对具有恒定频率f0的标准时钟脉冲信号进行计数，该方法在极端情况下会产生±1个转速脉冲的检测误差。本装置采用的是多周期测频法。

多周期测频法是同时测量检测时间及在此检测时间内脉冲发生器发送的脉冲数来确定被测的转速的。设检测时间T1为被测信号的m1个周期，计数时钟脉冲数为m2，其中m1由测量准确度来确定。当达到检测时间T1后，时钟脉冲计数器终止，并由此计数器值来确定检测时间T1。如果发动机每转1圈脉冲发生器发出z1个脉冲，在时间T1内计数值为m1，则角位移X= 2πm1/z1。同时，考虑在检测时间T1内由计数频率f0来定时，且计数值为m2，则检测时间T1可表示为T1=m2/f0，被测转速n为

可以得到，多周期测频法相对误差δ为

由式（1）可知，多周期测频法的相对误差δ与转速无关，增大f0或T1可提高测量准确度。本装置的时基脉冲的频率为10 MHz，采样时间1s计数量可达1×107，因而在测量转速和频率的全量程内都可以保证测量值达到不少于7位十进制数。如果采用统一的采样时间，就可实现等准确度测量频率的要求。

3 软件设计

为了方便工作人员的现场操作，MCGS触摸屏的控制界面包括：流程画面、系统参数显示、预警信号、点击运行情况显示等，具有直观、易操作的特点，可实现测量数据的实时显示、查询及调用。软件界面的编写采用组态的方式，开发和维护方便。在设置好各项参数的情况下，可对滚筒式车速表检验台进行检定，免去实车检验的麻烦，大大节省了时间和人力[5-7]。图3为主程序的流程。

软件控制流程如图3。在该控制程序中，可以通过模拟量的设定来控制电机的转速，通过软件的控制，可以精确地控制电机至预定转速30 km/h、40 km/h、60 km/h[3]，避免手工调整引起的误差。程序可以通过串口输入，实时采集滚筒式车速表检验台测得的速度，并与本标准器提供的速度进行比较，同时在MCGS显示屏上直观显示，便于比较。程序可以实现检测结果的查询和打印，方便检定。

图 3 软件控制流程

4 试验及结果

转速的校准结果如表1所示。

表1 转速校准

滚筒式车速检验台速度示值误差要求±3%[3]，经评定，该装置的相对扩展不确定度为0.6%，完全满足要求。

表2是使用本标准装置对某一挑选过较准确的滚筒式车速检验台进行检测时的一组数据。

经过试用，本装置完全可以满足规程要求。另外省却了用机动车带动滚筒转动的老方法。

表2 速度实测值

5 结语

根据JJG 909-2009的要求，该标准装置能够便捷地提供30 km/h、40 km/h、60 km/h等常用检测点，经过测试和校准，该装置最大测速误差远远小于测速检验台示值误差要求的1/3，可以用于检定校准；同时，该装置能够实时采集和显示转速、速度、波形图于触摸屏上，方便观察、记录和比较。因此，利用该装置能够满足规程要求，方便、快捷地完成检定，能够消除安全隐患，提高工作效率。

[1] 周健鹏, 黄虎, 严运兵. 现代汽车性能检测技术[M]. 上海: 上海科学技术出版社, 2009.

[2] 夏均忠. 汽车检测技术与设备[M]. 北京: 机械工业出版社, 2009.

[3] 全国振动冲击转速计量技术委员会. JJG 909-2009 [S] .北京：中国计量出版社，2009.

[4] 许善珍, 魏民祥. 发动机瞬时转速测量方法及实验研究[J]. 汽车技术, 2011, 10: 49-52.

[5] 李高峰, 王宏伟, 刘灿. 基于PLC的天然气流量计检定系统的设计[J]. 计量技术, 2012, 4: 56-58.

[6] 林慧英. 汽车车轮侧滑检测与诊断专家系统的研究[D]. 吉林大学,2003.

[7] 叶振洲, 林峰, 邵建文. 汽车侧滑检验台自动检定装置[J]. 科技资讯, 2011, 20: 42.