汽车外廓尺寸测量仪量值溯源方法研究

陈 玲

（福建省计量科学研究院，福建 福州 350003）

1 引言

长期以来，部分车主因利益驱使，为达到超载运输目的，对车辆进行各种改装，如对车辆加厚钢板，加大车厢尺寸等。车辆超载超限已成为严重影响国家和人民生命财产安全，危及社会经济秩序稳定的一个突出问题。为了从源头上把好关，GB 1589-2004《道路车辆外廓尺寸、轴荷及质量限值》对车辆的外廓尺寸做了强制规定，各个公安车辆管理所、机动车检测站必须对超限的新注册车辆和在用机动车辆的外廓尺寸进行强制测量与复核；公路、隧道管理部门在治理超载超限行政执法中，也需要对超限的各种车辆外廓尺寸进行检测［1］。汽车外廓尺寸测量仪是近些年新研制的对各种车辆外廓尺寸进行自动检测分析，自动化程度较高的智能仪器。汽车外廓尺寸测量仪的使用，解决了以往人工测量的不确定性以及费时、费力、不安全等问题，减少了测量工作强度及人为因素的干扰。

汽车外廓尺寸测量仪测量方法主要有激光法、视频法、光幕法等几种［2，3］；测量手段有两种，一种是车辆动，测量仪不动；一种是车辆不动，测量仪移动。无论使用哪种测量方法和手段，其主要特点是：对车辆外廓尺寸数据进行自动采集，数据经计算机处理后与该车辆原始数据或标准尺寸进行比较，判断出该车辆外廓尺寸是否超出规定要求。

2 外廓尺寸测量仪的校准

2.1 校准项目与校准用标准设备

针对汽车外廓尺寸测量仪校准技术要求，提出校准项目和标准器及其它设备，见下表1。

表1 校准项目和标准器及其它设备

3 校准方法

3.1 绝缘电阻试验

仪器处于非工作状态，开关置于接通位置，用500V兆欧表测量测量仪的电源对地绝缘电阻，应满足电源对地（外壳）的绝缘电阻不得小于5MΩ要求。

3.2 绝缘强度试验

试验应在绝缘电阻检验合格后进行，用交流耐压测试仪进行试验，试验电压应在（5～10）s内由零平稳地升到规定值，保持1min，随后以同样的速度降到零。试验中，测量仪不应出现飞弧或击穿现象，试验后，测量仪应能正常工作。

3.3 示值误差的测量方法

3.3.1 车辆长度、宽度的测量

测量前把选择试验用汽车停在一个平整的地面上（地面的平整度会影响测量误差）。用激光测距仪或钢卷尺对试验用汽车进行测量，方法如图1、图2所示。在汽车前后突出位置，使用线锤或激光标线仪在地面画出“十”字标记；在汽车两侧突出位置用线锤或激光标线仪在地面画出“十”字标记。

图1 车辆长度的测量示意图

为防止车辆前后突出位置不在同一中心线上，影响测试精度，可将车辆移走，在地面的长宽标记点上分别画出平行线，在地面形成一个长方形框架（可用对角线进行校正）找出车辆中心位置，用钢卷尺或激光测距仪分别测量出长、宽的直线距离。

图2 车辆宽度的测量示意图

2.3.2 车辆高度的测量

高度测量方法如图3所示。测量前试验车停放在符合规定的场地，检查各轮胎气压符合规定，左右胎压保持一致。驾驶员坐在空载的试验车辆驾驶室内不得离开。用一块长于车辆宽度的平板，放在车辆的最高处，在两边放垂线，用钢卷尺垂直测量两边平板下边沿与地面之间的距离。采用水平尺调整平板与地面的平行度，用钢卷尺或激光测距仪测量出平板与地面的高度，即为该车的实际高度值并记录，作为高度参考标称值。

图3 车辆高度的测量示意图

3.3.3 示值误差的测量

将试验车辆以规定的速度通过测量仪的测试通道，用测量仪分别对试验车辆的长、宽、高进行测量，重复测量三次，

按照式（1）或式（2）计算其示值误差。

式中：

所有被检测量仪的长、宽、高的示值误差满足以下要求：

①宽度、高度大于2m，示值误差不大于±1.0%；

②宽度、高度小于等于2m，示值误差不大于±20 mm；

③长度大于5m，示值误差不大于±1.0%；

④长度小于等于5m，示值误差不大于±50 mm。

3.4 重复性的测量方法

式中：

所有被检测量仪的长、宽、高的重复性不大于1%。

3.5 漂移试验

电子产品还应关注其示值漂移情况。将试验车辆放置在试验区域内，进行长、宽、高的测量。每隔3min观察1次，记录显示值，观察3次；示值间最大值与最小值之差即为测量仪的示值漂移。示值漂移在10min时间内一般不超过1个分辨力。

3.6 性能试验

为验证测量仪的纠偏能力，笔者用不同规格的两部车，做了以下试验：试验车以规定的速度正直驶过检测通道3次，取其平均值；试验车向左偏离中心线20cm～30cm 正直驶过检测通道3次，取其平均值；试验车向右偏离中心线20cm～30cm 正直驶过检测通道3次，取其平均值。测量仪显示并记录测量结果、示值误差和重复性误差，如下：

表2 测量结果、示值误差和重复性误差

试验结果说明在车辆动态情况下，测量仪能满足要求。

为检验测量仪的功能是否齐备，识别能力是否满足要求，笔者增加车辆长宽高三个方向突出物检测，将杆状突出物分别固定在试验车长、宽、高方向的车体上并进行调节，以车辆前后最外端点、两侧固定突出物以及最高点为基准，调节范围为100mm～300mm，重复进行示值误差和重复性试验，试验结果满足要求。

4 汽车外廓尺寸测量仪测量结果的不确定度评定

4.1 测量方法

使用0级的激光测距仪对试验车辆进行外廓尺寸测量，然后用该试验车辆以规定的速度通过汽车外廓尺寸测量仪，即可得出该测量仪的实测数值。

4.2 测量模型

以长度方向上的测量过程为例，建立数学模型

式中：

4.3 方差和灵敏系数

4.4 测量不确定度的主要来源

由式（4）可知，示值误差的测量结果不确定度的主要来源有：

表3 标准不确定度一览表

4.5 输入量的测量不确定度评定

（1）测试点上的测量仪示值显示特性引入的不确定度。

测量重复性引入的不确定度。

以试验车辆10次通过外廓尺寸测量仪测得10组数据，列表4如下：

表4 重复性测量数据

实际测量过程取三次平均值得

由激光测距仪证书可知，0级激光测距仪的示值误差为±(1.5mm+0.005%D)。根据要求，在6090mm处，激光测距仪的示值误差为±1.81mm。

平行度误差为2°，估计为三角分布

③ 标准块引入的不确定度

4.6 合成标准不确定度

由式（4）得：

4.7 扩展不确定度

5 结论

文中通过对汽车外廓尺寸测量仪几何量参数的测量所采用的校准设备、校准项目、校准方法及校准结果不确定度评定等分析探讨，提出对汽车外廓尺寸测量仪示值误差、重复性、漂移等主要参数的校准方法，并对汽车外廓尺寸测量仪校准结果进行不确定度评定分析。解决了福建省汽车外廓尺寸测量仪的量值溯源问题，为技术机构开展汽车外廓尺寸测量仪校准提供了技术依据。

[1]何晓呁.一种车辆轮廓尺寸参数全自动测量系统［J］.现代计算机,2011：06.

[2]禹琳琳.基于激光测距技术的车辆宽高检测系统的设计［J］.电子设计工程,2011,19(10)：5.

[3]瞿乃斌，等.基于计算机视觉的汽车整车尺寸测量系统［J］.交通与计算机，2006,24（3）.

[4]刘慧英.基于0pencv的车辆轮廓检测［J］.科学技术与工程，2010，10（12）：04.