【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(xiàn)狀及存在的問題，并且根據(jù)現(xiàn)狀設(shè)計了基于實驗室場景下測速儀的校準(zhǔn)方法。該方法實現(xiàn)了實驗室內(nèi)對機動車測速儀的檢測，方法科學(xué)可行，不受道路環(huán)境干擾，為機動車測速儀的準(zhǔn)確溯源提供了技術(shù)保障。

【關(guān)鍵詞】 機動車測速儀;校準(zhǔn)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(dá)測速儀。雷達(dá)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(fā)路段。測速儀計量性能的準(zhǔn)確程度將直接影響交警部門執(zhí)法的公正性。

目前，機動車測速儀的現(xiàn)場檢定需要將標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)行比較，從而實現(xiàn)溯源。該種方法雖簡單可行，但受現(xiàn)場檢測環(huán)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(jìn)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(dá)測速監(jiān)控點時減速，因此試驗車輛車速很難到達(dá)限速值，給現(xiàn)場檢測的準(zhǔn)確度帶來一定影響。針對上述情況，本文設(shè)計了一種基于實驗室場景下測速儀校準(zhǔn)方法，該方法準(zhǔn)確度高且不受現(xiàn)場環(huán)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(zhǔn)方法的研究，我院采用伺服電機控制輪轂旋轉(zhuǎn)，使輪轂直徑盡量大，從而模擬出一個速度值穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)路面，從而實現(xiàn)對測速儀的校準(zhǔn)。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(zhǔn)裝置的速度示值，km/h;

[D]——齒輪加齒帶（或轉(zhuǎn)鼓）的直徑，mm;

n——齒輪（轉(zhuǎn)鼓）的轉(zhuǎn)速，r/min。

該方法雖可實現(xiàn)非接觸式測速儀的實驗室校準(zhǔn)，但由于模擬路面并非直線路面，而是由輪轂?zāi)M出來的，當(dāng)輪轂直徑較小時，需要反復(fù)調(diào)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(chǎn)生速度分量，影響檢測結(jié)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(yīng)增加，為后期維護(hù)帶來負(fù)擔(dān)。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(xiàn)場道路環(huán)境干擾，而且也彌補了輪轂?zāi)M實際道路裝置的不足。

2 溯源系統(tǒng)的設(shè)計

本文采用高精度伺服電機控制齒輪旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速存在一定比例關(guān)系）從而獲得標(biāo)準(zhǔn)速度源。該設(shè)計的目的是模擬出一個速度值穩(wěn)定且準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)路面，從而實現(xiàn)對測速儀的校準(zhǔn)。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(biāo)準(zhǔn)速度源模擬機動車的行駛情況，將機動車測速儀對準(zhǔn)汽車模型，從而實現(xiàn)對機動車測速儀的溯源工作。裝置圖如圖2所示。

在該系統(tǒng)的設(shè)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(zhǔn)確度較高，能達(dá)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(dá)50 m/s，且傳送距離較遠(yuǎn)。

2）為保證傳送帶線速度精度，采用高精度伺服電機提供轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)速波動率小于0.01%。另外，伺服電機更加適合應(yīng)用在高精度的場合，與異步電機及步進(jìn)電機相比，伺服電機具有精度高、響應(yīng)快、分辨率高的特點。另外由于本系統(tǒng)需要達(dá)到的轉(zhuǎn)速較高，因此需選擇高轉(zhuǎn)速穩(wěn)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(dá)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(guān)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(jìn)行固定，并且在齒輪上打一個槽，避免當(dāng)固定的螺絲運行到齒輪處時對速度值產(chǎn)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(shè)計時要注意凸起部分的尺寸，以便物體可以接收到雷達(dá)測速儀發(fā)送的信號。需對以上三種方案進(jìn)行試驗，為保證安全，在試驗過程中要對整個裝置加保護(hù)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(zhuǎn)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(zhì)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(gòu)，在同步帶變形時對其進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于同步帶的彈性形變與其負(fù)載大小有關(guān)，所以在選擇汽車模型材質(zhì)時，盡量選擇輕質(zhì)軟體材質(zhì)，以減少同步帶的彈性形變。

5）為實現(xiàn)本系統(tǒng)的設(shè)計，本文主要需要解決的技術(shù)問題如圖3所示。由于考慮到裝置的可靠性、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性及運行維護(hù)的安全性，需要對帶輪的速度及尺寸進(jìn)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(zhǔn)方法的研究

本文利用觸摸屏作為上位機控制界面，實現(xiàn)PLC對電機轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速值，并將齒輪的直徑通過換算得到與該轉(zhuǎn)速值對應(yīng)的線速度值。觸摸屏上位機通過串口與PLC連接，PLC根據(jù)給定的轉(zhuǎn)速值實現(xiàn)對伺服電機轉(zhuǎn)速的控制。結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

通常，機動車測速儀的測量范圍應(yīng)為20～180 km/h，因此在測量范圍內(nèi)可均勻選擇若干個測量點，通過上位機控制電機提供標(biāo)準(zhǔn)的線速度值。將機動車測速儀對準(zhǔn)測量同步帶上固定的被測模型，實現(xiàn)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(shè)計的溯源系統(tǒng)所提供的速度標(biāo)準(zhǔn)值。

4 結(jié)語

本文主要介紹了機動車測速儀的原理及用途，并設(shè)計了基于實驗室場景下測速儀的校準(zhǔn)系統(tǒng)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(huán)境因素以及人為因素產(chǎn)生的不確定性，也將減少在現(xiàn)場測速過程中，由于限速值過高而產(chǎn)生的安全隱患。該方法準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好，為機動車測速儀的溯源提供了一種實驗室校準(zhǔn)方法，為交警部門的執(zhí)法公正保駕護(hù)航。另外，該系統(tǒng)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(lǐng)域也可為汽車關(guān)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(shè)備溯源，從而完善我省測速領(lǐng)域的溯源體系，為我省乃至全國的速度測量儀的準(zhǔn)確提供技術(shù)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(zhuǎn)速、測速和檢車線檢測。