王海

前言

在汽車制動系統(tǒng)中，制動襯片磨損率是其重要的性能指標，主要受溫度等因素影響，并決定著制動器使用壽命。在利用定速摩擦試驗機對其進行檢測的過程中，不確定性影響因素主要包括測量分散性、傳感器誤差等，需要在相關檢測標準要求下，明確不確定性影響因素的產(chǎn)生原因和影響作用。

1　定速摩擦試驗機測量試驗

在實際測量活動中，不確定性影響因素客觀存在，測量不確定度的意義是表征被測量值的分散性以及與測量結果相關聯(lián)的參數(shù)。在進行不確定度評定之前，首先要明確其測量試驗過程。根據(jù)《汽車用制動器襯片》（GB5763-2008）的規(guī)定，其摩擦性能的關鍵參數(shù)主要是指摩擦系數(shù)與磨損率，需要使用定速摩擦試驗機進行檢測試驗[1]。

具體的檢測方法可采用《汽車用制動器襯片》（GB5763-2008）標準中規(guī)定的方法。測量試驗使用的儀器設備具體為XD-MSM型定速摩擦試驗機，其正壓強0.98MPa，圓盤旋轉軸中心距離試片中心的距離為0.150m，設定轉速490r/min，轉數(shù)5000r。被檢測對象是某廠生產(chǎn)的盤式汽車制動器襯片，共包含4類襯片，分別從每個襯片上取量塊樣片，制成標稱尺寸25×25mm、厚度為5～7mm的標準樣片[2]。

2　檢測結果不確定度評定模型的構建

要得出定速摩擦試驗機檢測結果不確定度，首先要建立數(shù)學分析模型，列出判斷結果的不確定度公式。在對摩擦材料磨損率進行測量時，要采用數(shù)顯卡尺對摩擦片尺寸進行測量，采用千分尺對摩擦片厚度變化進行測量，采用力傳感器對摩擦力進行測量，并采用轉速傳感器對試驗機轉速進行測量。然后利用公式V=（1/2πR）×（A/n）×[（d1-d2）/fm]計算出摩擦片磨損率。考慮多次測量結果的分散度影響，采用△d=（d1-d2）替換到上述公式中，得到計算模型 V=λ×（1/2πR）×（A/n）×[△d/fm]。在該模型中，V是摩擦片磨損率，單位是cm3/（N·m），λ是多次測量分散度，取值為λ=1。R是圓盤旋轉軸中心與試片中心的距離，取值為R=0.150m，A是試片摩擦面總面積，取值為A=12.50cm2，n是圓盤總轉數(shù)?！鱠為試驗前后的摩擦片厚度變化量，d1為試驗前平均厚度，d2為試驗后平均厚度，單位為cm。fm為總平均摩擦力，單位為N。將已知參數(shù)代入上述模型，即可得到測量結果數(shù)學模型 V=13.263×λ×（1/n）×（△d/fm）。模型中的各分量互不相關，可以根據(jù)不確定度傳播率，得到不確定度計算公式。其中c1～c4的值分別為1，-1，1，-1。其不確定度來源于：①多次測量結果的分散性；②轉速傳感器誤差；③試驗前后摩擦厚度平均變化量；④總平均摩擦力測量誤差。

3　不確定度分量評估及合成

3.1　不確定度分量評估

在進行定速摩擦試驗機測量結果不確定度評定過程中，首先要對不確定度分量進行評估。具體評定過程如下：

（1）測量分散性的不確定度，采用不確定度A類評定方法，對200℃下的試驗數(shù)據(jù)進行檢測分析。在試驗中采用統(tǒng)一品牌、材料、規(guī)格和批次的盤式汽車制動器襯片兩組，按《汽車用制動器襯片》（GB5763-2008）標準進行切割，得到8對標準試件，進行8次測量試驗，分別記錄試驗試件的總轉數(shù)、總平均摩擦力和平均厚度差，并采用上述數(shù)學模型計算試片磨損率。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)結果，測量試驗標準差為0.0149，標準不確定度為0.0086，自由度為7，計算得到相對不確定度為3.58%；

（2）傳感器誤差的不確定度，采用不確定度B類評定方法，首先測量轉數(shù)精度產(chǎn)生的不確定度，根據(jù)設備技術規(guī)格書的要求，試驗機的磨盤總轉數(shù)測量誤差為±1r，基于均勻分布的考慮，k取值為，得到標準不確定度為0.577。每次試驗的設定轉速為5000r，則相對不確定度為0.012%，自由度為+∞。然后測量顯示分辨力導致的不確定度，試驗機顯示最小分辨力為1r，基于均勻分布的考慮，k取值為，則標準不確定度為0.289，每次試驗轉數(shù)為5000r，可以得到相對不確定度為0.0058%，自由度為+∞。最后測量轉數(shù)測量合成的不確定度，由于傳感器的多次重復測量不確定度包含在了λ中，不再重復考慮，轉數(shù)測量合成的不確定度為0.013%，自由度為+∞。

（3）試驗前后摩擦片厚度的平均變化量測量不確定度，采用B類評定方法，其中△d=d2-d1包含d2和d1的不確定度，d1不確定度來源于千分尺精度、千分尺分辨力和千分尺合成不確定度。根據(jù)千分尺的技術規(guī)格書，精度取±0.01mm，k值取，精度的標準不確定度為0.0577，試片平均厚度6mm，相對不確定度為0.00096%，自由度為+∞。千分尺最小分辨力為0.001mm，k值取，標準不確定度為0.00029，相對不確定度為0.0048%，自由度為+∞。千分尺合成不確定度為0.096%，自由度為+∞。d2的不確定度與d1相等，也為0.096%，然后根據(jù)互不相關合成規(guī)則，可得到△d的不確定度為0.14%，自由度為+∞。

（4）總平均摩擦力測量誤差的不確定度采用B類方法進行評定，總平均摩擦力誤差主要是因傳感器精度引起的，測量誤差為±10N，基于均勻分布的考慮，k取值為，標準不確定度為5.77N，8次試驗中的總平均摩擦力為339.63N，可以計算出相對不確定度為1.69%，自由度為+∞?？紤]到摩擦力顯示分辨力是1N，精度允許誤差為1/10，可以忽略因分辨力產(chǎn)生的不確定度，多次測量重復性的不確定度已經(jīng)包含在λ中，也不需要重復計算。

3.2　不確定度分量合成

得到各不確定度分量的評定結果后，根據(jù)標準不確定度分量的互不相關性，可以得出合成不確定度為3.96%，有效自由度為10。按照置信概率p取0.95進行計算，查閱t分布表，可以得到k=2.23，由此可以確定定速摩擦試驗機測量結果擴展不確定度為8.83%。

3.3　測量不確定度報告

測量不確定度報告的分析和計算主要根據(jù)《測量不確定度評定與表示》（JJF1059.1-2012）標準要求進行，得到試驗機速度示值的誤差測量結果擴展不確定度為8.83%，有效自由度為10。從上述不確定度評定過程來看，由于同批次取樣試件數(shù)量較少，僅做8組重復實驗，所以數(shù)據(jù)穩(wěn)定性相對較差。但磨損率檢測試驗完全根據(jù)規(guī)定的壓力、轉數(shù)和摩擦軌跡要求進行，基本能夠反映出各不確定分量對測量整體的影響度。測量前后的摩擦片體積變化量根據(jù)試片面積和厚度變化量乘積確定。試驗中采用的摩擦試片采取磨削方法制成，加工誤差和模具測量誤差均較小。

4　結束語

綜上所述，通過對定速摩擦試驗機測量結果不確定度進行評定分析，采用數(shù)學模型分析方法，在明確不確定度分量的基礎上，對其具體影響進行研究，可以得出各不確定分量與測量結果不確定性的關聯(lián)性。以此為依據(jù)，對試驗過程進行控制，可以提高定速摩擦試驗機測量檢測結果的可靠性。

[1]姜禮義，黃長城，姜志堅，吳沨.定速式摩擦試驗機自動化檢測技術的研究[J].科技與企業(yè)，2016（09）：189+191.

[2]孫慶華，李曉盼，張雪竹.定速式摩擦試驗機磨損率測量不確定度評定分析[J].北京汽車，2015（06）：7～10.