动态汽车衡测量不确定度分析与评定方法的研究.docx

1、动态汽车衡测量不确定度分析与评定方法的研究作者姓名：王振磊专业班级：机械三班指导教师：刘艳华摘要随着改革开放的深入和经济的快速发展，边境贸易不断增加，高速公路的快速发展,港口货物吞吐量迅速增长。实现快速准确的计量，有着非常重要的现实意义。现阶段我国的动态称重系统在研究上有了很大的进展，但还有一些问题需要解决。这些问题包括如何提高测量精度，因为在汽车通行速度比较低的时候，测量精度较高,但在汽车通行速度高时，我们所希望满足的精度无法达到。车辆在进行动态称重时是一个复杂的测量过程，许多影响因素会干扰系统获得车辆的真实轴重。如：车辆的通行速度、车辆自身运动产生的振动、车辆轮胎对系统的作用力。这些干扰因

2、素，严重影响了WIM系统的测量精度。因此在后续的研究中，如何在各种干扰因素的干扰下获得准确的真实轴重是动态称重系统的研究难点和重点。本文主要通过对动态汽车衡测量的不确定性的分析与研究，将提高测量的准确性,以期使系统具有最好的性能，满足对运输车辆的管理要求。动态称重系统的发展将会对社会做出巨大的贡献，它将会有效的减少交通事故发生的数量，减少路面的损坏，大幅节约路面维护资金。关键词：动态汽车衡；动态称重系统；不确定度分析；不确定度评定2. 2汽车衡的工作原理当车辆进入称重收费车道时车辆分离器检测到车辆到达，产生一个信号通知动态称重设备进入称重工作状态；车辆各轴依次通过动态称重设备时可实时测量各轴负

3、载重量并进行记录；轮胎识别器根据车辆轮轴特征检测车辆所属类型依据标准进行分类；当车辆完全通过后系统产生一个信号通知控制机进入数据处理状态；根据称重控制机累加所记录的轴负荷计算车辆总负荷，根据检测到的车型分类计算该车辆是否超限以及超限的具体数量，并将车型分类、车辆总负荷、车辆限载值等数据通过标准接口输出至收费控制室，同时进行显示。用户可要求实现数据分析、统计查询和打印报表等功能称重系统前置安装于收费车道的出口，是一个完整的、可以独立工作的子系统，收费车道前检测,车辆的行驶情况变化较多（加速、减速、倒车），称重系统与收费软件是以一辆车为一个流程，因而要求不仅应能够处理各种情况，而且必须确保证准确获

4、取每一车辆的数据，确保两者间的数据一一对应。下图2-2为其工作过程流程图：图2-2动态汽车衡称重系统工作流程图称重传感器称重传感器位于称重平台下方的四个角上，他们有相同的规格，可以将重虽信号转化为电信号。接线盒因为四个传感器的规格不可能完全致，会产生定的误差。接线盒连接4个传感器，可以调节4个传感器之间的误差，使其具有一定的一致性。称重仪表称重仪表有以下儿部分组成：放大器，它将传感器获得的重量信号进行放大。滤波器，它可将信号中的高频噪声滤去。A/D转换器，它将放大后的信号采样，然后转换为数字信号。数据处理部分，它对电信号进行预处理，运用算法进行更高的处理，处理的最后结果就是称重系统获得的质量轴

5、重。上位工控机上位工控机也就是工业控制计算机，用于测量过程中的测量流程、数据参数的监测、控制和数据储存。如果监测到车辆超重，系统会自动报警。它可以为操作员和用户提供直观的数据，方便管理。2.3动态汽车衡相关标准与规程ASTM-E1318是现阶段全球惟正式发行的动态称重系统标准，由美国德克萨斯大学撰写发表。它对各种称重系统进行了规范，被全球内动态称重制造商广泛采用。它不仅对动态称重系统做了详细的分类，还对系统的性能要求，用户的使用做了规定。ASTM-E1318规定称重系统以16km/i作为车辆的分界速度，高速公路上的称重系统属于高速系统（16）,车辆称重的总重误差为6%。低速系统为4%。欧洲科技

6、委员会颁布的C0ST323与ASTM-E1318类似，但它比ASTM-E1318拥有,更为I：富的内容和技术水准。C0ST323规定15-20km/h为车辆的分界速度，在精度方面分的更为详细。山西省地方检定规程可以看成我国最早的动态称重系统标准，它的相关标准包括以下儿点，如表2-3。表2-3不同类型动态称重系统的精度要求I类：固定式系统，用于交通数据采集，适用车速16km/h113km/h。功能精度（置信度95%）1类II类III类IV类我荷2kg土kg轮载荷±25%±20%2300100轴载荷±20%±30%±15%5400200轴群载荷&#

7、177;15%±20%±10%11300500车辆载荷±10%±15%±6%272001100II类:移动式系统，用于交通数据采集，适用车速16km/h113kni/h。III类:用于超限检测，用以识别可能的超重车辆，即辅助实施限重法规，适用车速24km/h50km/hoIV类:用于超限检测，用以识别超重车辆实施限重法规，适用车速Okm/h16km/h。表2-4为车辆超限超载的认定标准。表2-4车辆超限超载认定标准备注车辆轴数二轴三轴四轴五轴2六轴车辆总重>20吨230吨>40吨>50吨>55吨双联轴按二个轴计算，三联轴

8、按三个轴计算，以此类推。2.4动态汽车衡静态称量的检定2.4.1动态汽车衡作为非自动衡器使用JJG555-1996规程要求对于称量过程中需要人员干预的秤，为非自动秤，可以作为静态秤使用。作为静态秤使用时，应符合JJG539-1997中01以秤或)及秤的要求。2.4.2动态汽车衡作为控制衡器使用JJG907-2006规程要求用于确定车辆重量的衡器为控制衡器。它可以在静态称量时使用，称为集成控制衡器，也可作为独立的衡器。规程规定控制衡器的误差不超过最大允许误差的l/3o2.5动态汽车衡动态称量的检定2.5.1动态检定标准器动态检定标准器为符合要求的车辆一参考车辆。参考车辆町以为：双轴刚性车辆；(2

9、) 三轴/四轴的刚性车辆；至少四轴的钗接挂车；双轴/三轴刚性车辆，再加挂一辆两轴/三轴的拖车。2.5.2参考车辆轴重和车重的确定(1) 双轴刚性车辆轴重和车重的确定双轴刚性车辆(图2-5)轴重通过在控制衡器上静态称量获得。轴重的约定真值按下式计算：函TTw1图2-5双轴刚性车辆示意图(a)单轴载荷的平均值10稀='10式中：A'农为第/轴十次静态称重的平均值；AH%为第i轴第j次称重的轴重值。(b)计算参考车辆总重的平均值10_£TMVjTMV=10TMVAxleti=l式中：丽7为该车重的平均值；TMVj为该车第/次单轴称重的轴重值之和，即：2TMV,=£

10、Ax/qi=(C)单轴载荷的修正平均值，亦即单轴载荷的约定真值rMV.CorrAxle：=Axle：x(2-1)(2-1)TMV式中：。'心力右为单轴载荷的修正平均值；Vref为整车髀态称量确定的车辆总质量。车辆总重通过在控制衡器整车静态称量获得，即为整车重量的约定真值第三章测量结果不确定度3.1测量不确定度的发展历史1927年，海森堡提出了量子力学中的测不准关系，也就是不确定关系，1970年前后,一些计量学和其他领域学者，逐渐使用不确定度一词，但含义不清。鉴于国际间理解和表示不确定度的不一致，1978年5月，国际计量局(BIPM)发出了不确定度征求意见书。1980年国际计量局在讨论了

11、各国及国际专业组织意见后，提出了实验不确定度建议书INC-1(1980)实验不确定度表示。1986年国际计量委员会(CIPM)第75届会议决定推广INC-1,提出了建议书1(CI-1986)O同年，国际计量委员会(CTPM),由国际标准化组织TS0,国际法制计量组织(0TML),国际电工委员会(IEC)联合组成了国际不确定度工作组，负责制定在标准化、检定、实验室认可及计量服务中使用的测量不确定度指南。1993年国际不确定度工作组经多年研究、讨论，征求各国及国际专业组织意见，反复修改，制定了测量不确定度表示指南。指南得到了ISO、BIPM、IEC、OIML及国际理论与应用化学联合会(IUPAC)

12、,国际临床化学联合会(IFCC),国际理论与应用物理联合会(TUPAP)的批准，由ISO出版成为国际组织的重要权威文献。中国计量学院于1996年11月制定了不确定度规范L1991年1月国家质量技术监督局发布了国际计量技术规范JJF1059-1999测量不确定度评定与表示。3.2测量不确定度的基本概念测量不确定度的基本术语主要有：(1) 标准不确定度(StandardUncertainty).以标准差表示的测量结果不确定度，记为HO(2) A类不确定度评定(TypeAEvaluation),可以用统计方法进行评定的不确定度分量，称为A类不确定度评定。(3) B类不确定度评定(TypeBEvalu

13、ation),不能用统计方法进行评定的不确定度分量，称为B类不确定度评定。(4) 合成标准不确定度(CombinedStandardUncertainty),将A类和B类不确定度按平方之后加和再开方的方法得到的算术平方根就是合成标准不确定度，记为缶。(5)扩展不确定度(ExpandedUncertainty),指被测量的值以较高的置信概率存在的区间宽度，将合成标准不确定度乘以一个包含因子可得到扩展不确定度，记为U。(6)包含因子(CoverageFactor),为获得扩展不确定度，对标准不确定度所乘的数值，记为k。3.3不确定度的评定方法尽管测量不确定度有许多的来源，但按评定方法可将其分为两类

14、:A类不确定度评定：用统计方法评定的分量;B类不确定度评定：用非统计方法评定的分量。3.3.1A类不确定度的评定方法(1)贝塞尔法(基本方法)在重复测量的前提下，对一个被测量进行n次等精度测量，得到测量值x：x=工1，乂2,，打伐=12,")(3-1)在数列x中不包括系统误差，粗大误差。x的最佳估计值是n次测量的算数平均值五(3-2)k=l由于影响量的随机变化，每次独立观测值和不一定相同，它与兄之间的差异，定义为残余误差或剩余误差(简称残差)。表征测量结果分散性的量，称为实验标准偏差，简称标准误差或标准差。标准差。按下式计算:跖2711(3-3)式(3-3)称为Bessel(贝塞尔)

15、公式，它是计算标准差最基本的公式。贝塞尔公式是德国测量学家、数学家贝塞尔在研究仪器误差理论时得出的。标准差恰是方差的平方根，因此方差的估计为s2,如式(3-4)所示:nS2(">=洁-力之k-1(3-4)实验标准差或方差都可以说明以元估计x的期望值的接近程度，因此均可做为对兄不确定度的度量。尽管方差在不确定度评定与表示中是更为基本的量，但由于标准差与X的量纲相同，更为直观和便于理解，故其使用更加广泛。在使用上述公式时，要注意观测次数n应充分多，以使天成为x的期望值的町靠估计，并使、2(我)成为概率分布的方差的可靠估计值，从而使计算出来的不确定度更加可靠。以算术平均值兄作为测量结

16、果，则该结果的标准不确定度为：p=s/jn(3-5)(2)其他方法1、最大残差法设测量列服从正态分布，则由最大残差得到标准差的估计为：s=cnmaxv(3-6)其中cn(n3更准确)是最大参差系数，其取值见表。n123456789101520Cn1.771.020.830.740.680.640.610.590.570.510.482、极差法设等精度多次观测得到的测量值Xi，无，Xn服从正态分布，从其中选取最大值与最小值工汨“，则两者之差称为极差：(3-7)(3-8)(3-9)3=XmaxXmin由极差的分布函数，可求出极差的数学期望为:E(co)=dna则可得。的无偏估计为:s=n/dn式(

17、3-9)中如(33更准确)为极差系数，其数值见表。n123456789101520dn1.131.692.062.332.532.702.852.973.083.473.733.3.2B类不确定度的评定方法B类评定方法11不同于统计分析法。当被测量的估计值不能由重复测量得到，其标准不确定度可以由有关信息或资料来评定。B类评定的信息来源:(1) 以前的观测数据；(2) 对有关技术资料和测量仪器特性的了解和经验；(3) 生产部门提供的技术说明；(4) 校准证书、检定证书或其他文件提供的数据、准确度的等别或级别，包括目前暂时使用的极限误差等；(5) 手册或某些资料给出的参考数据及其不确定度；(6)

18、规定试验方法的国家校准或类似技术文件中给出的重复新限或复现性。B类评定标准不确定度的讨论是建议性的，它是一项发展的和逐步完善的评定，只要掌握充分的参考数据，就能够和A类评定一样可靠。1、已知置信区间和包含因了k校准证书、检定证书或其他文件提供的信息表明被测量之值勤分散区间的半宽度为a(相当于传统的测量误差限)，且豹落在区间(x-a,x+a)的概率为100%,即全部落在此范围中，通过对其概率分布的估计可以得出，则B类标准不确定度度为：u(x)=a/k(310)k的取值与分布状态有关，见表。分布类别置信概率ku(x)正态99.733q/3三角100V6a/y/6均匀100V3a/y/3反正弦100

19、V2a/yj2两点1001a在缺乏任何其他信息的情况下，一般假设为服从均匀分布。2、已知扩展不确定度U(x)和包含因子k当估计值x取自有关资料如制造说明书、校准证书、手册或其他来源，且所给出的测量不确定度U(x)为标准差的k倍，指明了包含因子k的大小，则标准不确定度为：u(x)=U(x)/Zc(3-11)3、己知扩展不确定度U(p)及置信水准(概率)p的正态分布当估计值x受到多个独立因素的影响，且影响的大小相近，可假设其服从正态分布，其标准不确定度u(x)为：u(x)=Uy/ky(3-12)卜.表3给出了正态分布情况卜置信水准P与包含因子k的关系。p(%)5068.27909595.45999

20、9.73kp0.6711.6451.96022.57634测量结果及其不确定度的表示1、合成标准不确定度在计量学基础研究、基本物理常数的测量以及复现国际单位制单位的国际比对时,要用合成不确定度。(1) 当测量结果y是用合成标准不确定度uc(y)度量时，应做到： 说明被测量Y是如何定义的； 给出被测量Y的估计值y及其合成标准不确定度ujy),并给出它们的单位； 如果'击要，还应给出相对含成标准不确足没Uc(y)/|y|,|y|壬。； 如果测量过程同时需要确定两个或多个输出量的估计值y”则还应给出协方差或相关系数。(2) 当不确定度报告以合成不确定度表述时，可用下面四种形式之一来说明测量的

21、数字结果。以标称值为100g的标准破码m为例.其测量结果为100.02147,合成标准不确定度”c(m)为0.35mgom=100.02147g,合成标准不确定度=0.35mg)。m=100.02147(35)g,括号内的数为合成标准不确定度的值，其末位与所述结果内的末位数对齐。m=100.02147(0.00035)g,括号内的数为合成标准不确定度的值，与所述结果有相同的计量单位。m=(100.02147g±0.00035)g,其中加减号后面的数不表示置信区间，而是合成标准不确定度的数值。2、扩展不确定度除上述使用合成不确定度情况外.通常的测量结果的不确定度都用扩展不确定度表示。尤

22、其对工业、商业及涉及健康和安全方面的测量都用扩展不确定度。(1)当测量结果是用扩展不确定度U=kpucy)度量时，应按下列方式表示： 说明被测量Y是如何定义的。 给出被测量Y的估计值y,写出测量结果Y=y±U,并注明相应的单位。 如果需要，也可以给出相对扩展不确定度Ug=U/|y|,|y|AO。给出用以获得扩展不确定度15时所用包含因子k的值，或为用户方便，最好同时给出合成标准不确定度i/c(y)。 给出与区间y±U相关的置信水准p,并说明它是如何确定的。(2)扩展不确定度U的报告，可用下面两种形式之一来说明测量的数字结果。以标称值为100g的标准磋码m为例，测量的估计值y

23、=100.02147g,对应的合成标准不确定度=0.35mg,则测量结果可表示为： m=(100.02147±0.0097)g,其中加减号后面的数值是扩展不确定度U=k&,而U由合成标准不确定度&=0.35mg和包含因了k=2.26确定的，k的取值是基于自由度v=9的t分布，置信水准为95%o m=100.02147g,其扩展不确定度U=0,79mg,U由合成标准不确定度uc=0.35mg及基于自由度v=9,置信水准p=0.95的t分布临界值所得包含因子k=2.26而得到的。ResearchofDynamictruckscalemeasurementuncertain

24、tyanalysisandevaluationmethodsAbstractWiththerapiddevelopmentofreformandopeningupoftheeconomybordertrade,therapiddevelopmentofhighway,therapidlyincreasedthroughputofportcargo.Toachievefastaccuratemeasurementhasveryimportantpracticalsignificance.AtpresentDynamicweighingsystemofourcountryhasmadegreatp

25、rogressontheresearch,buttherearealsosomeproblemsneedtobesolved.Thesequestionsincludinghowtoimprovetheaccuracyofmeasurement.Becausecarsinlowspeedwillgethighaccuracyofmeasurement,butwhencarsathighspeed,wecannotgettheaccuracywhichwehopetomeet.Vehiclesprocessinthedynamicweighingmeasurementiscomplex,many

26、factorscaninterferewiththesystemtoobtainrealaxleloadofthevehicle.Suchas:thevehicle'strafficspeed,thevibrationofthevehiclemovementitself,vehicletireforcesonthesystem.TheseinterferencefactorsseriouslyinfluencethemeasuringaccuracyofWIMsystem.Thereforeinthefollow-upstudy,howtoobtainaccurateundervari

27、ousinterferencefactorsofinterferencerealaxleloadistheresearchemphasisanddifficultyofdynamicweighingsystem.Thisarticlemainlythroughtothedynamictruckscaletomeasuretheuncertaintyoftheanalysisandresearch,toimprovetheaccuracyofmeasurement,inordertomakethesystemhasthebestperformance,satisfiestherequiremen

28、tofthemanagementofthetransportvehicle.Vehicledynamicweighingtechnologydevelopmentwillbebeneficialtoreducethenumberoftrafficaccidents,reducingpavementdamage,savenationalhighwaymaintenancefundsandsoon,itwillhaveadirectandindirecteconomicbenefits.Topreventtollboothcollectorcheat,Governanceoverloadflood

29、andoverloadprotectionprovidedimportantmeansforthehighway.Keywords:Dynamictruckscale;Dynamicweighingsystem;Theuncertaintyanalysis;Theuncertaintyevaluation第四章动态汽车衡测量结果不确定度的主要影响因素分析4.1车辆运动状态以简单的两轴汽车为示例7,将汽车简化为一个立方体。如图所示，建立直角坐标系，假设汽车沿X方向运动。图运动汽车的简化模型汽车有以下儿种运动形式：(1) 车辆在x方向上的平移和绕x轴的摇头运动；(2) 车辆在y方向上的平移和绕y轴

30、的点头运动；(3) 由于路面因素导致的车辆沿z方向的平移和绕z方向的摆动。在以上多种运动中，汽车绕x轴的摇头运动、绕y轴的点头运动以及绕z轴的摆动等，般比较微弱，不会对称重造成影响，可以通过巧妙设计称重仪而使由此带来的误差降至最低。这样就可以只考虑汽车在x、y、z三个方向的平移运动对动态称重的影响。在这三种运动中，汽车沿z轴方向的运动影响最大。通常情况下车辆的减震系统和路面的凸凹程度会带来车辆的振动。车辆振动的振动形式主要有以下几个方面： 车辆本身的振动；路面引起的振动；车辆、公路和测量平台三者共同作用弓I起的振动。为了简化分析，将三者组成的系统简化为由两个弹簧串联组成的系统。如图4-1所示。

31、图4-1汽车与称重仪组成的振动系统的简化模型图中Mi是汽车某一轮轴的减震弹簧以上部分的质量，河2是汽车某一轮轴的汽车减振弹簧以下部分及称重平合的质量，Ki车减振弹簧的刚度系数，圣称重平台弹性系统的刚度系数。汽车的主要振动形式有以下儿种:T=2jiMlKi汽车减振弹簧以上的部分作谐振运动，可以把它视为弹簧振子，则其周期T为:(4-1)从公式中可以看出弹簧的刚度系数和车辆的总重对振动周期有影响。在公路系统中,车辆总重一般比较大，刚度系数比较小，产生的振动周期会很大，频率因此很小，一般为2.57.0Hz。汽车减振弹簧以下部分与称重平台的机械结构产生的振动、由于这个系统的质量相对比较小，而称重平台机械

32、结构的刚度比较大，故这个振动的频率比较高，约为2040Hz（3）冲击性振动，主要是由于一些偶然因素引起的，如汽车驶上称重平台瞬间对平台的冲击、路面的突然起伏、汽车运动状态的突然变化等。总之，运动中的车辆相对于称重设备是一个存在多项干扰的激励源，包括客观存在的车辆自身弹簧系统的振动、阻尼、来自于路面的激振、车轮轮毅圆度、油箱中汽油运动中的激振、车载货物的重心转移和惯性干扰以及个别驾驶员有意无意的“作弊”行驶问题。4.2车辆运动速度汽车经过称重仪时7,称重平台要产生振动把称重平台和汽车视为”称重弹性系统”，如图4-2。图4-2中，k、c分别为测量板的刚度系数、阻尼系数，M为作用于称重台面汽车某一轮

33、轴的静质量，m为标重台面的质量,x为称重台面竖直方向的位移。当汽车某一轮轴驶上称重台后，称重系统的动力学方程(4-2)(4-2)d2xdx(M+m)+c+/cx=F(t)令o22P=(4-3)fo=公式中：3。表示系统的无阻尼固有频率，B为阻尼因数。由式(4-2)、(4-3)得:(4-4)(4-5)d2xdx+2/?-+co0x=/0该方程的通解为x=刀1。一伙ptcos(a)2+a)+%cos(a)it+<p)海=Vo2-P2式中：为、Th、a、B是由初始条件决定的常数，为激励频率，口2为有阻尼固有频率。式(4-5)中第1项为由阻尼引起的振动项，考虑到汽车经过称重台的时间很短,该项振幅

34、的衰减可忽略；第2项是受迫力引起的谐振项，由于汽车自身谐振频率低以及过秤时间短，该项可视为常数。故式(4-4)的解町简化为x=A。cos(a)it：+以)+刀0(4-6)式中：。是由汽车轮轴重力引起的系统形变，处是由初始条件决定的常数。可以看出系统形变是一个固定分量叠加一个振动分量。这样由于振动引起的称重绝对误差为e=xx0=/10cos(a)4-a)(4-7)式(4-7)是只考虑车辆以匀速直线运动的方式驶上测量板时，引起的车辆与测量板的冲击振动对测量板上载荷传感器测量数据的影响。在式(4-2)中,P(t)由稳态载荷F(t)和动态载荷凡F20)组成，Fi(t)是要检测的对象，它由车辆自身质量引

35、起;F2(t)由车辆振动引起，具有明显的峰值,据实际采集波形及二阶微分方程求解、分析可知，不同的车型20)振动频率集中在320Hz的低频范围内，而振幅可达静态载荷10%左右。设称重台的有效采样宽度为900mm(固定式轴重仪秤台宽度般为800900mm),车辆行驶速度为20km/h,则载荷作用于称重台的时间-=0.15s,假设动态载荷的低频干扰为10Hz(即振动周期为0.1s)时，而称重台固有频率足够高，此时，称重设备的采样信号长度是动态载荷干扰长度的1.5倍，采集数据中包含一个完整周期的动态干扰信号,勉强满足对于低频动态干扰信号的滤除)因此，若行驶速度大于20km/h,则采样数据中动态干扰信号

36、将不足一个完整周期，这样的干扰称为短历程的周期干扰，时域中的均值滤波和频域中的各种滤波方法对这种干扰效果都不大，同时考虑到动态载荷干扰的幅值、相位和频率都是随机的，使目前在动态车辆称重设备中所广泛采用的滑动均值滤波的算法失效，造成了更大的随机误差和不确定度因此，在有效采样宽度更窄、车辆速度更高的高速预检测系统应用中，必须采用更为先进的数学模型和软件处理方式以保证称重准确度。4.3其他影响因素引道的影响13引道的长度对动态汽车衡的的计量产生的影响远远大于静态称量。当车辆以固定不变的速度通过称重系统时，如果引道短，将会导致产生较大的振幅，振幅的变化无法获得准确的预知，使计算机难以获得准确的数据。如

37、果将引道的振动简化为弹性振子，由公式：f=-kx(4-1)可以看出：当长度x发生变化时，f也相应变化，进而影响测量精度。因此，适当改变引道的长度，将有效提高计量精度。车辆轮胎气压的影响相同的轮胎，气压各不相同，将其振动简化为弹性振子，k不相同，秤体受的力也将发生变化。车速的影响由弹簧谐振T=2虾不,振动周期影响质量，也就是影响车辆称量的最终结果。车速越快，周期越小，通过周期影响车辆质量。汽车减振系统的影响每辆车的减震系统有很大不同，将影响车辆的振幅，进而影响车辆称重的准确度。计算机软件的影响后期的数据处理全部依靠计算机软件，计算机软件处理信息的能力，影响处理数据的效率和准确度。第五章动态汽车衡

38、测量不确定度的评定分析5.1静态称量的不确定度分析动态汽车衡的静态称量可以分为两种情况，一是可以作为法非自动衡器使用，也就是作为静态称使用；二是可以作为控制衡器使用，用来确定车辆的轴重、轴组重合整车重。结果分为称量结果和检定时得到的示值误差。静态称量过程是采用递增的方法在被测动态电子汽车衡秤台上加放标准法码，直至最大秤量，完成加载过程中的不同称量点的检定、校准或检测；采用递减的方法将被测动态电子汽车衡秤台上的彼码由最大秤量递减至零点，完成卸载过程中的不同称量点的检定、校准或检测。静态称量时，加载和减载的最大允许误差见表5-1o表5-1最大允许误差准确度等级载荷（m）以分度值d表示最大允许误差首

39、次检定使用中检验0.20<m<500±0.5d±1.0d0.5500<m<2000±1.0d±1.0d12000<m<5000±1.5d±3.0d20<m<50±0.5d±1.0d550<m<200±1.0d±2.0d10200<m<1000±1.5d±3.0d电子衡器的发展使许多衡器的分度值可以做到进一步细分，因此电子衡器可以分为有细分分度值和无细分分度值。两种不同的动态汽车衡，其静态称量不确定度分析是

40、不样的。5.1.1无细分分度值动态汽车衡静态测试不确定度分析1、衡器以称量示值作为结果，示值的标准不确定度通过A类或B类方法评定 A类评定在重复测量的前提下，对一个被测量进行n次等精度测量，其单次测量结果的标准不确定度以实验标准差表征，=恢。（乂，-万（5-1） B类评定采用原厂或检定证书给定的衡器的最大允许误差为扩展不确定度，计算可得标准不确定度。u(x)=a/k(5-2)2、衡器以示值误差作为测量结果衡器的显示分度值就是检定分度值，不能对此进行细分。因此可以利用附加秩码,通过公式计算得到示值误差来确定示值误差。该数据来源于三个：标准秩码质量值、被检测衡器显示值和附加成码质量值。(1)、数学

41、模型建立数学模型：(5-3)E=I+d/2IV一敏式中：E为示值误差；I为被检测衡器显示值；d为被检测衡器的分度值；W为标准6去码质量值；AW为附加Ji码的质量值。由模型：I,W,相互独立，E的合成方差为：(E)=Jc2(/)“2(=+*(0)“2(")+c2(A14/)“2(a”)(5-4)其中灵敏系数：C哥】d(E)c(W)=-=1d(E)MW)=无而=i(2)、不确定度分量评定 标准破码引起的不确定度p(W)已知质量允许误差MPE,也就是扩展不确定度|i(W)=MPE,按照均匀分布，k=V3,则标准彼码引起的不确定度：“(W)=MPE/沔(5-5) 与附加标准砍码有关的不确定度

42、p(AW)由中可知，扩展不确定度MAW)二MPE,按照均匀分布，k=V3,则标准秩码引起的不确定度:H(AW)=MPE/3(5-6)与被检测示值有关的不确定度p(I)包含两个方面的不确定度,首先是示值分辨力有关的不确定度由0)。系统采用O.ldk的分度值。由于服从均匀分布，k=V3,可得不确定度分量：山(/)=0.1d/2V3(5-7)其次是与重复性有关的不确定度分量肉(/)：阮(/)=dMPE/2.83以上两种情况导致的不确定度彼此独立，所以:合成不确定度灵敏度系数:0(E)c(I)=w=13(E)c(W)=而=-1d(E)MW)=W=1H(E)=Vc2(Z)2(/)+C2(IV)2(I4Z

43、)+c2(AlV)AZ2(Aiy)扩展不确定度U=k-n(E)其中k=2(5-8)(5-9)(5-10)(5-11)5.1.2有细分分度值动态汽车衡静态测试不确定度分析1、衡器以称量示值作为测试结果，可以按照5.1.1中的评定方法进行标准不确定度的评定。2、衡器以示值误差作为测虽结果利用标准秩码质量值和被检衡器显示值进行比较完成。该数据来源有两个：标准缺码质量值、显示器显示值。数学模型建立数学模型：E=I-W式中：E为示值误差；I为被检测衡器显示值；W为标准秩码质量值;(5-12)由模型：1,W相互独立，E的合成方差为：r2(E)=Vc2(/)M2(O+c2(VK)m2(W)其中灵敏系数:c(

44、I)=0(E)疝c(W)=a(E)d(W不确定度分度测量标准缺码引起的不确定度p(W)已知质量允许误差MPE,也就是扩展不确定度p(W)=MPE,按照均匀分布,k=V3,则标准破码引起的不确定度：(W)=MPE/V3(5-13)与被检测示值有关的不确定度”1)包含两个方面的不确定度,首先是示值分辨力有关的不确定度R(/)o系统采用0.2dk的分度值。由于服从均匀分布，k=V3,可得不确定度分量：|ii(/)=0.2d/2V3(5-14)式中：d为被检衡器分度值。其次是与重复性有关的不确定度分量n2(/)：p2(/)=MPE/2.83(5-15)以上两种情况导致的不确定度彼此独立，所以：区I)=

45、+22U)(5-16) 合成不确定度p(E)=Jc2(/)“2(/)+c2(W)“2(“)(5-17) 扩展不确定度根据国家计量技术规范，k般取23,大多数情况下取k=2(5-18)(5-18)U=kn(E)其中k=22动态称量的不确定度分析动态称量过程是在被测动态电子汽车衡处于动态模式卜,进行的，所用计量设备为已知车重的参考车辆。启动动态称量程序后，参考军辆的各轮轴依次通过被测动态电子汽车衡的承载器，当车辆完全通过承载器时，被测动态电子汽车衡应能辨别出车辆轴组类型，并显示单轴重虽和整车总重量，并以此得到动态轴重称量误差和动态整车总重虽称量误差。5.2.1总车重动态称量示值的不确定度分析总车重

46、称量误差是对参考车辆在衡器上动态称量，得到的示值与通过静态整车称量得到的重量值之差。数学模型和方差传播公式数学模型：Etmv=TMV-TMVre/(5-19)式中：TMVre/为通过整车静态称量得到的参考车辆总量值；TMV为每次称量总重示值；E/mu为总车重称量示值误差。根据数学模型可知：ETMv=f(VJMVref)其方差传播公式：“惟)=»冬"0)OXj妒(Etmv)=c2(TMV)w2(彻v)+c2(TMVref)u2(TMVref)灵敏系数：c(TMV)=df/dTMV=1c(TMVref)=df/dTMVref=1不确定度分量评定与单次测量总车重有关的不确定度Jl

47、/MV。(a) 整车称重的动态汽车衡单次测量总车重的不确定度通过贝塞尔公式计算其实验标准差得到单次称量总车重的标准不确定度：目录第一章动态汽车衡的发展现状51. 1研究背景51.2车辆动态称重51.3汽车衡发展趋势61.4国内外动态汽车衡称重系统的发展与现状61.4.1国外动态汽车衡称重系统的发展与现状61.4.2国内动态汽车衡称重系统的发展与现状71.5存在问题71.6研究的目的与意义81.7本文研究的内容8第二章动态汽车衡称重系统的构成与工作原理92. 1结构组成92. 2汽车衡的工作原理102.3动态汽车衡相关标准与规程112.4动态汽车衡静态称量的检定122.4.1动态汽车衡作为非自动

48、衡器使用122.4.2动态汽车衡作为控制衡器使用122.5动态汽车衡动态称量的检定122.5.1动态检定标准器122.5.2参考车辆轴重和车重的确定12第三章测量结果不确定度143.1测量不确定度的发展历史143.2测量不确定度的基本概念143.3不确定度的评定方法153.3.1 A类不确定度的评定方法153.3.2 B类不确定度的评定方法163. 4测量结果及其不确定度的表示18第四章动态汽车衡测量结果不确定度的主要影响因素分析204. 1车辆运动状态204.2车辆运动速度224.3其他影响因素24第五章动态汽车衡测量不确定度的评定分析255.1静态称量的不确定度分析255.1.1无细分分度

49、值动态汽车衡静态测试不确定度分析255.1.2有细分分度值动态汽车衡静态测试不确定度分析275.2动态称量的不确定度分析295.2.1总车重动态称量示值的不确定度分析295.2.1双轴刚性车辆单轴动态测试结果的不确定度分析31第六章动态汽车衡测量结果不确定度评定方法的实践验证366.1动态汽车衡作为非自动秤静态称量结果的不确定度分析376.1.1静态测试分辨力376.1.2静态测试重复性38丽)2MME丽)2MME(5-20)(b) 单轴(轴组)称重的动态汽车衡单次测量总车重的不确定度TMV=+支Gm",根据数学模型同心可知:u(TMV)=Ju2(Axlet)+«2(Gro

50、upf)V<='，=o(5-21)式(5-13)中:u(Axlei)=YAxle-Axlej=iu(Group>)=Yproup.-Group7=1参考车辆总重的不确定度分量"(TMVG(a) A类评定：'“岭"为在控制衡器上整车静态称量获得，如为，次测量结果的平均值，则:g)"一(5-22)(b) B类评定采用给定的控制衡器的最大允差作控制衡器的扩展不确定度。即:u(TMVref)=MPE/y3(c) 根据控制衡器的分辨力和重复性引入的分量合成与控制衡器示值分辨力有关的不确定度分量与测量重复性有关的不确u(TMVref)=J妒(秫&g

51、t;)+必(所。)不确定度的合成由方差传递公式可知，动态称量总车重示值误差的合成标准不确定度：uc(Elinv)=ylcTMV)u2(TMV)+cTMVref)u2(TMVref)(5_23)扩展不确定度U(Etmv)=k(Emv)k=22.1双轴刚性车辆单轴动态测试结果的不确定度分析双轴刚性车辆(图2.1)轴称量误差是指单轴单次称量的轴重值与该轴经修正后的静态称量的轴重平均值(修正平均值)之差。动态轴称量检测的数据来源有：参考车辆重量值、单轴轴重和总车重。数学模型和方差传播公式数学模型：J=Axle,-Co/rAg(5_2q式中：旦川,为第j次轴动态称重示值误差；Ax*第，次动态称重的轴重值

52、；CorrAxle；为轴载荷的修正平均值，作为该轴重的约定真值。TMVmCo"Axlei=AxlCix_-TMV_TMV，式中：A*'也为该轴十次静态称重的平均值，V为修正系数。瑚为整车称量确定的车辆总重量，nTv为通过轴称量计算得到的车辆总重量的平均值，即：10£tmv,TMV=1027W二»*nVr=l为了简化其数学模型和方差传播公式，设：E=EA电x=Axlety=CorrAxle.凡=Axleix2=TMVrefx3=TMV示值误差的数学模型E=fy)=x-y(5_25)式中，尤(膈弓)为动态称量结果，(CorrAxlet)来自静态称量，两者无相关

53、性。«2(E)=c2(x)u2(x)4-c2(y)w2(y)c(x)=dfIox=c(y)=df/d(y)=对于轴载荷的修正平均值，其4*和丽7之间有明显的相关性。修正平均值的数学模型y=/(x1,x2,xv)=x1x担易(5-26)(a)考虑相关相的不确定度的合成式(4-5)为一非线性模型，忽略高阶项，其方差传播公式为:必)=»gw+2：££3xxii=lj=i+10Xj式中：矿二，3,一)PS«JS&3),为输入量玉与易的相关系数，由于玉和沔正相关，可取心，七)=心，易)=°5灵敏系数:c(xl)=df/dxi=c(x2)

54、=df/dx2=c(x3)=df/dx3=c(x3)=df/dx3=xx2方差传播公式可简化为:W2(y)=/3)w2(Xj)+c2(x2)u2(x2)+c2(x3)w2(x3)+2c(x1'(明)c(x3)4，与)M2(xj4-W2(Z2)4-1W2(X3)4-L-W(XJ'(羽)(5-27)X3*3X3X3（b）考虑非线性引入的高阶项的不确定度的合成若），='3，工2，"）为非线性模型，其不确定度的传播定律为:“GE囹成）+芸d2f,dfd3fdxtdxxw2(x,.)w2(x.).V=i由得:/()')="3心)+必(y)o3)+-心2

55、卜）（5-28）（c）用不确定度传播率的相对形式合成由于修正平均值数学模型是以乘或除的形式表示的，可用不确定度相对形式表示可简化计算公式。妒3）=必3）+必化）+以沔）+2与3k怎）,3，沔）不确定度分量评定(5-29)与单轴单次测量示值有关的不确定度“（X）由于JJG907-2006对动态测试无重复性要求，故该不确定度直接通过贝塞尔公式计算其实验标准差得到:£Axle,-Axlet)w(x)=77*(T)(5-30)与单轴载荷修正平均值有关的不确定度"3)(a) 单轴10次静态称重测量结果平均值的不确定度"GJ£(Axlet-Axle,j2i=iST)(5-31)式中：=1。(b) 整车静态称量确定的车辆总质量的不确定度“(*2)整车静态称量确定的车辆总