測量不確定度評定在道路性能測試儀期間核查中的應(yīng)用

胥峰，吳云兵，林德強(qiáng)，韓飛

（卡達(dá)克機(jī)動車質(zhì)量檢驗(yàn)中心（寧波）有限公司，浙江 寧波 315336）

前言

道路性能測試儀是一套廣泛應(yīng)用于汽車動力性及經(jīng)濟(jì)性測試的試驗(yàn)儀器，能采集試驗(yàn)樣車的行駛里程、時(shí)間、速度及加速度數(shù)據(jù)，其測量結(jié)果的準(zhǔn)確性對汽車動力性及燃油經(jīng)濟(jì)性有重要影響。

汽車整車試驗(yàn)所用GPS汽車測速儀，應(yīng)納入每年的期間核查計(jì)劃，同時(shí)在每一認(rèn)可周期內(nèi)進(jìn)行至少一次試驗(yàn)室間比對[1]。由于道路性能測試儀使用頻率較高且環(huán)境惡劣，故在兩次校準(zhǔn)之間需對道路性能測試儀進(jìn)行一次期間核查。

本文通過利用兩套道路性能測試儀對同一輛樣車同時(shí)進(jìn)行動力性測試，對其測量結(jié)果進(jìn)行比對分析，并進(jìn)行不確定度計(jì)算，以驗(yàn)證該試驗(yàn)儀器的校準(zhǔn)狀態(tài)是否得到保持。

1 期間核查

當(dāng)需要利用期間核查以保持設(shè)備校準(zhǔn)狀態(tài)的可信度時(shí)，應(yīng)按照規(guī)定的程序進(jìn)行[2]。

1.1 期間核查方法

本次期間核查，通過利用一套被核查的道路性能測試儀與一套剛校準(zhǔn)且技術(shù)指標(biāo)相同的道路性能測試儀對同一輛樣車同時(shí)進(jìn)行動力性測試，然后對兩套試驗(yàn)儀器的測量結(jié)果進(jìn)行比對分析。道路性能測試儀的照片見圖1。

圖1 YT1500型道路性能測試儀

1.2 期間核查儀器

期間核查儀器見表1，其中1#道路性能測試儀為被核查的試驗(yàn)儀器，2#道路性能測試儀為剛校準(zhǔn)的試驗(yàn)儀器。

表1 期間核查儀器信息表

1.3 期間核查結(jié)果

表2為兩套試驗(yàn)儀器測得的距離示值數(shù)據(jù)。

表2 期間核查距離示值S（m）

2 測量不確定度評定

測量不確定度是表征賦予被測量量值分散性的非負(fù)參數(shù)[3]。測量不確定度的評定包括數(shù)學(xué)模型的建立、不確定度來源分析、標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定、合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定及擴(kuò)展不確定度評定。

2.1 數(shù)學(xué)模型

道路性能測試儀期間核查的數(shù)學(xué)模型如式（1）所示：

其中：

△s——兩套試驗(yàn)儀器的示值差，單位為m；

s1——與被核查試驗(yàn)儀器技術(shù)指標(biāo)相同的另一套試驗(yàn)儀器；

s2——被核查試驗(yàn)儀器距離示值，單位為m。

2.2 不確定度來源

此次期間核查不確定度來源主要有以下2類，共4種。一類是由測量重復(fù)性引入的不確定度，用A類評估；另一類是由試驗(yàn)儀器允許誤差引入的不確定度，用B類評估。道路性能測試儀期間核查（距離示值差）不確定度的因果關(guān)系如圖2所示。

圖2 距離示值差不確定度的因果關(guān)系圖

2.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)不確定的A類評估

重復(fù)性測量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度用A類評估按，根據(jù)表1采集的數(shù)據(jù)，按式（2）計(jì)算可得到平均值 如表2所示。

同樣，根據(jù)表2采集的數(shù)據(jù)，按式（3）計(jì)算得到標(biāo)準(zhǔn)差s(s)如表2所示。

從表2可以看出1#道路性能測試儀與2#道路性能測試儀的標(biāo)準(zhǔn)差分別為：

實(shí)際情況中，參數(shù)只測量1次，所以測量重復(fù)性的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分別為：

2.3.2 標(biāo)準(zhǔn)不確定的B類評估

1#道路性能測試儀的距離示值精度為±0.1m，為均勻分布，取包含因子，得到由允許誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度如式（8）所示。

同理，得到2#道路性能測試儀的允許誤差引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度如式（9）所示。

表3 距離示值標(biāo)準(zhǔn)不確定度匯總表

2.4 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

各輸入量的靈敏度計(jì)算結(jié)果如式（9）及式（10）所示。

由于各分量相互獨(dú)立，因此得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度如式（12）所示。

2.5 擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)不確定度評定

取包含因子 k=2，期間核查距離測量示值的擴(kuò)展不確定度如式（13）所示。

同理，得到其他兩個參數(shù)的擴(kuò)展不確定度如式（14）及式（15）所示。

3 結(jié)果分析

期間核查的評價(jià)通常通過En值來判定，En值表達(dá)式如式（16）所示。

其中：

x1——被核查測量設(shè)備的測量值；

x2——與被核查設(shè)備技術(shù)指標(biāo)相同的另一臺測量設(shè)備的測量值；

U——實(shí)驗(yàn)室核查測量結(jié)果擴(kuò)展不確定度。

利用式（16），可求得各個被測量參數(shù)的En值如式（17）、式（18）及式（19）所示。

由以上結(jié)果可知，被核查道路性能測試儀的校準(zhǔn)狀態(tài)得到保持。

4 結(jié)論

本文闡述了道路性能測試儀的期間核查方法及所用儀器設(shè)備，建立了測量不確定度評定的數(shù)學(xué)模型，分析了不確定度的主要來源，評定了各測量參數(shù)的擴(kuò)展不確定度，并計(jì)算了期間核查各測量參數(shù)的 En值。結(jié)果表明，道路性能測試儀的校準(zhǔn)狀態(tài)得到保持。

[1] CNAS-CL13:2011檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則在汽車和摩托車檢測領(lǐng)域的應(yīng)用說明 [Z].

[2] CNAS-CL01:2006檢測和校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室能力認(rèn)可準(zhǔn)則[Z].

[3] JJF 1001-2011 通用計(jì)量術(shù)語及定義[S].