基于实验室场景下测速仪校准方法研究

【摘要】 本文首先介绍了机动车测速仪的用途与基本原理，并分析了机动车测速仪在交通道路安全中的重要作用，然后研究了机动车测速仪检测现状及存在的问题，并且根据现状设计了基于实验室场景下测速仪的校准方法。该方法实现了实验室内对机动车测速仪的检测，方法科学可行，不受道路环境干扰，为机动车测速仪的准确溯源提供了技术保障。

【关键词】 机动车测速仪;校准方法;实验室场景;同步带

【DOI编码】 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

机动车测速仪安装在道路上，用于测量行驶车辆的速度。目前使用较多的为雷达测速仪。雷达测速仪主要通过接收的反射波频移量来计算被测物体的运动速度，这类测速仪主要安装在一些重点路段以及事故高发路段。测速仪计量性能的准确程度将直接影响交警部门执法的公正性。

目前，机动车测速仪的现场检定需要将标准测速仪安装在试验车上，试验车以被检速度值匀速行驶，将标准测速仪对试验车测得的速度与机动车测速仪对试验车测得的速度进行比较，从而实现溯源。该种方法虽简单可行，但受现场检测环境因素影响较大，比如安全因素、雨雪雾等天气因素干扰，尤其在对高速公路安裝机动车测速仪进行检测时，由于车流量较大，限速值较高，并且一些车辆会在即将到达测速监控点时减速，因此试验车辆车速很难到达限速值，给现场检测的准确度带来一定影响。针对上述情况，本文设计了一种基于实验室场景下测速仪校准方法，该方法准确度高且不受现场环境干扰，可为机动车测速仪提供良好的溯源保障。

另外，对非接触式测速仪校准方法的研究，我院采用伺服电机控制轮毂旋转，使轮毂直径尽量大，从而模拟出一个速度值稳定的标准路面，从而实现对测速仪的校准。该装置如图1所示，装置速度按式（1）计算：

[V=60×10-6×π×D×n] （1）

式中，[V]——校准装置的速度示值，km/h;

[D]——齿轮加齿带（或转鼓）的直径，mm;

n——齿轮（转鼓）的转速，r/min。

该方法虽可实现非接触式测速仪的实验室校准，但由于模拟路面并非直线路面，而是由轮毂模拟出来的，当轮毂直径较小时，需要反复调整非接触式测速仪的安装位置，使其照射点为轮毂水平运动的切点，否则将产生速度分量，影响检测结果。若轮毂直径较大，则会增加轮毂重量及惯性，电机功率及运行噪声也会相应增加，为后期维护带来负担。因此本文提出了一种模拟实际道路路面的测速仪实验室检测方法。该方法不仅可以不受现场道路环境干扰，而且也弥补了轮毂模拟实际道路装置的不足。

2 溯源系统的设计

本文采用高精度伺服电机控制齿轮旋转，转速误差不大于0.01%。通过齿轮与同步带的啮合（同步带的线速度与齿轮转速存在一定比例关系）从而获得标准速度源。该设计的目的是模拟出一个速度值稳定且准确的标准路面，从而实现对测速仪的校准。另外，在传送带上固定一个汽车模型，使其与传送带具有相同的线速度。该装置可以提供一个标准速度源模拟机动车的行驶情况，将机动车测速仪对准汽车模型，从而实现对机动车测速仪的溯源工作。装置图如图2所示。

在该系统的设计过程中，主要需要考虑的问题有以下几点：

1）采用同步带作为传动装置。同步带是啮合传动，因此带与带轮之间没有相对滑动，传动准确度较高，能达到同步传动;另外同步带传动允许的线速度值很高，最高可达50 m/s，且传送距离较远。

2）为保证传送带线速度精度，采用高精度伺服电机提供转速，转速波动率小于0.01%。另外，伺服电机更加适合应用在高精度的场合，与异步电机及步进电机相比，伺服电机具有精度高、响应快、分辨率高的特点。另外由于本系统需要达到的转速较高，因此需选择高转速稳定的伺服电机。

3）汽车模型在传送带上的固定。由于传送带的运行速度最高可达到50 m/s，因此保证传送带上的物体固定不飞出传动带，并使其与传送带以相同的速度共同运行是关键。目前有三种解决方案：第一种方案，在同步带上打孔并用螺丝进行固定，并且在齿轮上打一个槽，避免当固定的螺丝运行到齿轮处时对速度值产生影响;第二种方案，用强力胶将物体固定在传送带上;第三种方案，在同步带上制作一个与其一体化的物体，这样可以避免速度过快使被测物体飞出。但在设计时要注意凸起部分的尺寸，以便物体可以接收到雷达测速仪发送的信号。需对以上三种方案进行试验，为保证安全，在试验过程中要对整个装置加保护罩。

4）为保证传送带线速度值的精度，在安装过程中要保证两个不同齿轮转轴之间的平行度，避免传送带跑偏。另外，尽量选择弹性小的材质制成传送带，以避免由于弹性变形影响速度值精度。还可以在同步带上添加张紧机构，在同步带变形时对其进行调节。由于同步带的弹性形变与其负载大小有关，所以在选择汽车模型材质时，尽量选择轻质软体材质，以减少同步带的弹性形变。

5）为实现本系统的设计，本文主要需要解决的技术问题如图3所示。由于考虑到装置的可靠性、数据准确性及运行维护的安全性，需要对带轮的速度及尺寸进行分析，既保证速度的高精度输出，又要确保装置长期安全可靠的运行。

3 校准方法的研究

本文利用触摸屏作为上位机控制界面，实现PLC对电机转速的控制。在触摸屏上位机的人机界面中输入电机运行的轉速值，并将齿轮的直径通过换算得到与该转速值对应的线速度值。触摸屏上位机通过串口与PLC连接，PLC根据给定的转速值实现对伺服电机转速的控制。结构框图如图4所示。

通常，机动车测速仪的测量范围应为20～180 km/h，因此在测量范围内可均匀选择若干个测量点，通过上位机控制电机提供标准的线速度值。将机动车测速仪对准测量同步带上固定的被测模型，实现对机动车测速仪测量误差的检测。测速仪的速度测量误差计算公式为：[δ1=V1-V]，单位为km/h，其中，[V1]为机动车测速仪测得并显示的速度值，[V]为本文设计的溯源系统所提供的速度标准值。

4 结语

本文主要介绍了机动车测速仪的原理及用途，并设计了基于实验室场景下测速仪的校准系统与方法。该方法将更有效地解决机动车测速仪溯源过程中由于道路情况、环境因素以及人为因素产生的不确定性，也将减少在现场测速过程中，由于限速值过高而产生的安全隐患。该方法准确度高、重复性好，为机动车测速仪的溯源提供了一种实验室校准方法，为交警部门的执法公正保驾护航。另外，该系统的完成不仅可为机动车测速仪提供溯源保障，在低速测量领域也可为汽车关门速度测量以及非接触式扶梯速度测量仪、激光测速仪等多种测速设备溯源，从而完善我省测速领域的溯源体系，为我省乃至全国的速度测量仪的准确提供技术保障。

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【作者简介】

吴晶，女，1988年出生，工程师，硕士，研究方向为扭矩、转速、测速和检车线检测。