何厚來(lái)、孫戰(zhàn)峰、尹青春、周奇盛、李言明

（上汽通用五菱汽車股份有限公司，柳州 545007）

0 引言

車輛速度表、里程表校正是開(kāi)展耐久試驗(yàn)測(cè)試前的常規(guī)環(huán)節(jié)，其目的是減小速度表、里程表示值偏差對(duì)試驗(yàn)車速、試驗(yàn)里程的影響，以確保測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的一致性。耐久性試驗(yàn)里程往往長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)公里甚至數(shù)十萬(wàn)公里，里程表的細(xì)微偏差會(huì)導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)的試驗(yàn)里程出現(xiàn)較大的偏離。耐久試驗(yàn)中各類特征路面有嚴(yán)格的行駛車速要求，車速的偏離會(huì)導(dǎo)致振動(dòng)強(qiáng)度及頻率的變化，從而影響試驗(yàn)強(qiáng)度。

速度表、里程表校正作業(yè)，就是通過(guò)檢測(cè)出速度表、里程表指示值與實(shí)際速度和里程之間的偏差規(guī)律，通過(guò)擬合計(jì)算出校正系數(shù)并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行校正。本文就車輛速度表、里程表校正實(shí)際作業(yè)過(guò)程中各環(huán)節(jié)產(chǎn)生的誤差進(jìn)行分析，剖析誤差產(chǎn)生原因及其影響。

1 測(cè)試方法因素

根據(jù)GB/T 12548—2016《汽車速度表、里程表檢驗(yàn)校正方法》中4.1.2部分對(duì)里程表校正系數(shù)的定義[1]，里程表校正需要的2個(gè)關(guān)鍵值為：里程表行走10.0 km時(shí)車輛的行駛里程Lb與安裝于測(cè)試車輛上VBOX測(cè)量設(shè)備記錄的實(shí)際里程L。為獲得準(zhǔn)確的車輛行駛里程Lb，根據(jù)國(guó)標(biāo)中的方法要求，測(cè)試人員應(yīng)在車輛里程表在接近10.0 km時(shí)，降低車速至隨時(shí)可以使車速降為零為止，以獲取里程表數(shù)值從9.0 km（或9.9 km，不同車型有所差異）跳轉(zhuǎn)至10.0 km瞬間車輛的行駛里程Lb。

在實(shí)際測(cè)試中，由于測(cè)試人員從肉眼發(fā)現(xiàn)里程表顯示值轉(zhuǎn)變?yōu)?0.0 km至執(zhí)行制動(dòng)操作需要一定的反應(yīng)時(shí)間，以及制動(dòng)停車過(guò)程必然存在一定的制動(dòng)距離，因此在此期間，車輛會(huì)存在一個(gè)移動(dòng)的距離ΔL。ΔL可按以下方式進(jìn)行計(jì)算：

式中 t—測(cè)試人員的反應(yīng)時(shí)間，單位：s

v— 車輛停車前的移動(dòng)速度，單位：m/s

a— 車輛制動(dòng)時(shí)的減速度，單位：m2/s

根據(jù)統(tǒng)計(jì)信息，駕駛員的制動(dòng)反應(yīng)時(shí)間t一般為0.3～1.0 s，取t=0.3 s；制動(dòng)前的車速為10 km/h（約為2.78 m/s），全制動(dòng)時(shí)平均減速度取9 m2/s，根據(jù)式（1）可計(jì)算得出ΔL≈1.26 m。

由于里程表的結(jié)構(gòu)及指示精度限制，車輛在行駛ΔL的距離后，里程表指示的里程指示值仍為10.0 km；而在VBOX測(cè)量設(shè)備顯示的實(shí)際里程L中，則是包括距離ΔL。因此根據(jù)里程表校正系數(shù)計(jì)算，必然會(huì)導(dǎo)致里程表校正系數(shù)C偏大。由于ΔL的存在，在4萬(wàn)km的耐久性道路試驗(yàn)中，其造成的直接影響是統(tǒng)計(jì)的實(shí)際試驗(yàn)里程會(huì)偏小5 040.00 m。

根據(jù)GB/T 12548-2016《汽車速度表、里程表檢驗(yàn)校正方法》中速度表的測(cè)試方法,是使車輛速度表保持某一車速勻速行駛一段距離內(nèi),然后計(jì)算平均速度值。再通過(guò)重復(fù)測(cè)試至少6個(gè)速度點(diǎn)數(shù)據(jù)擬合出校正函數(shù)，從而推算出其他區(qū)間的速度表顯示值與實(shí)際速度值的關(guān)系。由于VBOX數(shù)據(jù)中時(shí)間與里程是完全同步關(guān)系，截取計(jì)算區(qū)間的長(zhǎng)度理論上不會(huì)對(duì)結(jié)果造成影響，主要誤差在于測(cè)試速度點(diǎn)的數(shù)量及分布、以及擬合計(jì)算。

以某車型的速度表設(shè)計(jì)策略為例說(shuō)明：儀表單元收到車輛穩(wěn)定系統(tǒng)控制（ESC）單元發(fā)送的實(shí)際車速信號(hào)后，會(huì)基于車速信號(hào)的基礎(chǔ)車速進(jìn)行一定比例的放大[2]，再把放大后的車速信號(hào)發(fā)送至速度表面板驅(qū)動(dòng)顯示，以保證在源信號(hào)正確的前提下更可靠地滿足GB 15082-2008《汽車用車速表》要求。其放大策略如下式表示：

式中 V顯示車速—速度表顯示的車速

V實(shí)際車速—ESC發(fā)動(dòng)的實(shí)際車速

k—放大系統(tǒng)，取值為1.02～1.22

c— 小于5的常數(shù)

在0＜V實(shí)際車速≤10.0 km/h、10.0 km/h＜V實(shí)際車速≤100.0 km/h以及100.0 km/h＜V實(shí)際車速共3個(gè)區(qū)間內(nèi)，k、c為對(duì)應(yīng)的常數(shù)。由此可知，速度表設(shè)計(jì)策略中V顯示車速與V實(shí)際車速為一條由3段折線組成的函數(shù)關(guān)系。實(shí)際操作中，把6個(gè)測(cè)試點(diǎn)進(jìn)行線性擬合計(jì)算出其他預(yù)測(cè)值，這樣擬合計(jì)算出的速度預(yù)測(cè)值與設(shè)計(jì)值會(huì)存在一定的偏差。這個(gè)偏差值比較小，在實(shí)際耐久試驗(yàn)中其影響不明顯，GB/T 12548-2016中選擇線性擬合的方式，就已意味著可忽略該偏差的影響。

2 測(cè)試場(chǎng)地因素

根據(jù)GB/T 12534—1990《汽車道路試驗(yàn)方法通則》中關(guān)于測(cè)試場(chǎng)地要求：測(cè)試應(yīng)在清潔干燥、平坦的瀝青或混凝土鋪裝直線道路上進(jìn)行[3]，道路長(zhǎng)2.0～3.0 km,縱向坡度在0.1%以內(nèi)?，F(xiàn)實(shí)中各汽車試驗(yàn)場(chǎng)的測(cè)試道路均為環(huán)形結(jié)構(gòu)，必然存在彎道，部分環(huán)道還有反向彎道（圖1）。為了平衡車輛過(guò)彎的離心力，高速環(huán)道彎道位置的橫截面處必然存在漸變的橫向坡度。當(dāng)車輛在橫向傾角為θ的車道行駛時(shí)，安裝在車頂中部的GPS天線運(yùn)行軌跡與車輛運(yùn)動(dòng)中心在垂直方向的投影并非重合的，二者的相對(duì)關(guān)系如圖2所示。

圖1 某試驗(yàn)場(chǎng)高速環(huán)道

圖2 彎道中車輛與設(shè)備的運(yùn)行軌跡

本文為簡(jiǎn)化計(jì)算，暫以半圓形（彎道圓弧角度180°）為模型估算高速環(huán)道一側(cè)彎道路行駛里程產(chǎn)生的誤差。車輛在彎道中穩(wěn)態(tài)行駛時(shí)，車道中心路面與水平面的傾角θ即為車輛的傾角。由此造成的里程偏差ΔS可計(jì)算為：

式中 h—GPS天線安裝頂面至車輪平面的垂直高度，單位：m

R0—彎道行駛時(shí)車輛中心的轉(zhuǎn)彎半徑，單位：m

R1—彎道行駛時(shí)GPS接收天線實(shí)際運(yùn)行軌跡半徑,單位：m

測(cè)試道路中彎道內(nèi)側(cè)某一車道的環(huán)道半徑取190.00 m，車道的車輪平面的與水平面夾角θ約15°，常規(guī)乘用車輛天線安裝頂面至車輪平面的距離h一般為1.10～1.40 m，取h=1.10 m，根據(jù)式（3）計(jì)算出的誤差值ΔS為2.40 m。

同理，車輛在反向彎道行駛時(shí),也同樣存在路面傾斜的影響。且車輛在反向彎道行駛時(shí)，懸架相對(duì)靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)處于拉伸狀態(tài)，從而引起h值增大，ΔS亦隨之增大。

車速表的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)明確只能在高速環(huán)道的平直路段進(jìn)行，因此不受彎道的影響。

3 測(cè)試設(shè)備因素

VBOX測(cè)量設(shè)備是基于衛(wèi)星信號(hào)，采用空間測(cè)距后方交會(huì)原理進(jìn)行定位[4]，其精度主要會(huì)受GPS信號(hào)傳播環(huán)節(jié)誤差、GPS接收機(jī)的鐘誤差、天線相位中心位置偏差以及零點(diǎn)速度漂移等因素影響。忽略信號(hào)傳播環(huán)節(jié)中大氣層空間的不可控因素，傳播環(huán)節(jié)的誤差主要為多路徑誤差[5]，是由于GPS衛(wèi)星信號(hào)在發(fā)射或傳播過(guò)程中受環(huán)境因素的影響，使得接收到的信號(hào)中含有周圍環(huán)境造成的反射信號(hào)。這種信號(hào)與直射信號(hào)出現(xiàn)干涉，導(dǎo)致接收信號(hào)的能量發(fā)生衰減且出現(xiàn)延遲，從而產(chǎn)生測(cè)距偏差。這種由于多路徑信號(hào)傳播所引起的干涉時(shí)延效應(yīng)也稱為多路徑效應(yīng)。

多路徑誤差的大小，取決于反射波的強(qiáng)弱和GPS接收機(jī)天線抗衡反射波的能力。多路徑誤差對(duì)點(diǎn)位坐標(biāo)的影響在一般環(huán)境下可達(dá)0.05～0.09 m ，在高反射環(huán)境下可達(dá)0.15 m。測(cè)試道路附近的高層建筑、高大樹(shù)木、高架橋等均會(huì)產(chǎn)生反射波，因此測(cè)試道路兩側(cè)應(yīng)為空曠開(kāi)闊地帶。

GPS接收機(jī)的鐘誤差主要與設(shè)備相關(guān)。天線相位中心位置偏差一定程度上受接收天線的傾角、運(yùn)行速度以及車輛運(yùn)行時(shí)的彈跳影響。在里程表校正過(guò)程中，測(cè)試車輛沿高速環(huán)道行駛時(shí)的速度值是呈一定范圍內(nèi)波動(dòng)的，在基于GPS衛(wèi)星信號(hào)測(cè)試設(shè)備中的里程并非直接測(cè)量值，無(wú)論其算法構(gòu)型采用黎曼積分還是勒貝格積分，其本質(zhì)是基于速度時(shí)間積分法做累計(jì)運(yùn)算。

v(t)曲線波動(dòng)的結(jié)果是導(dǎo)致運(yùn)算值必然存在因統(tǒng)計(jì)失實(shí)而產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)誤差，通過(guò)無(wú)限縮小Δt區(qū)間可提升運(yùn)算結(jié)果的精確度，增加慣性測(cè)量單元、采用卡爾曼濾波等方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理有助于減小誤差。因此在里程校核的過(guò)程中，應(yīng)盡量按規(guī)定車速保持測(cè)試車輛的平穩(wěn)運(yùn)行，可降低天線相位中心位置偏差。在GB/T 12548—2016的第4.1.1條規(guī)定了里程校正過(guò)程中，對(duì)行駛速度加以±2.0 km的公差定義，其中就蘊(yùn)含有統(tǒng)一測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)、提升測(cè)試精準(zhǔn)度之意。

此外，零點(diǎn)速度漂移也會(huì)對(duì)實(shí)際里程L的數(shù)值產(chǎn)生影響。由于VBOX的里程計(jì)算構(gòu)型是基于速度時(shí)間積分算法實(shí)現(xiàn)的，車輛長(zhǎng)時(shí)間停車時(shí)會(huì)因零點(diǎn)速度漂移形成累計(jì)里程偏差。因此，應(yīng)在試驗(yàn)開(kāi)始前才開(kāi)始數(shù)據(jù)記錄，在測(cè)試結(jié)束后盡快按下LOG按鍵結(jié)束記錄。當(dāng)然，VBOX測(cè)量設(shè)備在正式測(cè)試前均應(yīng)進(jìn)行充分的熱機(jī)。

4 測(cè)試車輛狀態(tài)及測(cè)試人員狀態(tài)因素

測(cè)試車輛的輪胎磨耗程度、輪胎氣壓是直接影響速度表、里程表校正的一項(xiàng)重要因素。因此速度表、里程表校正一般都會(huì)安排在試驗(yàn)前進(jìn)行。如果樣車輪胎已經(jīng)有明顯磨損，應(yīng)更換新輪胎后再進(jìn)行速度表、里程表校正作業(yè)。輪胎磨耗程度、輪胎氣壓都會(huì)導(dǎo)致車輪的滾動(dòng)半徑偏離預(yù)設(shè)的滾動(dòng)半徑值，從而影響車輛的行駛里程Lb以及V顯示車速的實(shí)際值。因此在進(jìn)行校正前，一定要確認(rèn)輪胎狀態(tài)并使用符合要求的輪胎，且輪胎氣壓測(cè)量應(yīng)在冷胎狀態(tài)下進(jìn)行。校正測(cè)試時(shí)的輪胎氣壓為，樣車在該載荷工況下額定氣壓基礎(chǔ)上再增加20 kPa。

5 減小誤差的措施

根據(jù)速度表、里程表在校正過(guò)程中的影響因素分析，為減小誤差，提升速度表、里程表校正結(jié)果的準(zhǔn)確性，可采取如下措施。

（1）采用觸發(fā)開(kāi)關(guān)或讀取CAN報(bào)文的方式記錄車輛的行駛里程Lb，即在量程表指示值到達(dá)10.0 km瞬間使用觸發(fā)開(kāi)關(guān)進(jìn)行標(biāo)識(shí)，再讀取原始記錄，如此可消除制動(dòng)停車距離導(dǎo)致的誤差。然后可通過(guò)讀取CAN里程報(bào)文實(shí)時(shí)獲取里程數(shù)據(jù)的方式，準(zhǔn)確獲得10.0 km的里程報(bào)文節(jié)點(diǎn)時(shí)間，進(jìn)而從原始記錄中讀取實(shí)際里程L。此方法的前提是要保證報(bào)文的同步。

（2）測(cè)試場(chǎng)地環(huán)境：關(guān)注測(cè)試場(chǎng)地的周圍環(huán)境維護(hù)，保證測(cè)試道路兩側(cè)周圍保持空曠，避免高大樹(shù)木等高大物體，防止對(duì)衛(wèi)星信號(hào)形成反射干擾。

（3）提升測(cè)量設(shè)備的性能并確保測(cè)試設(shè)備的有效性。

（4）加強(qiáng)測(cè)試人員的培訓(xùn)，提高測(cè)試人員的操作熟練程度及反應(yīng)速度。

（5）使用底盤測(cè)功機(jī)上進(jìn)行速度表、里程表校正：行駛里程Lb、V顯示車速可直接通過(guò)讀取車輛儀表或CAN報(bào)文獲取，實(shí)際里程L、V實(shí)際車速可從底盤測(cè)功機(jī)的報(bào)文獲取。此方法不需借助GPS衛(wèi)星信號(hào)，校正作業(yè)誤差主要受底盤測(cè)功機(jī)的最大允差影響，其誤差可遠(yuǎn)小于在道路上車速表、里程表校正作業(yè)的誤差。

6 結(jié)束語(yǔ)

速度表、里程表校正作業(yè)方法雖然有一定的局限性，但目前仍為國(guó)內(nèi)主要檢測(cè)中心耐久性試驗(yàn)中車速控制和里程統(tǒng)計(jì)環(huán)節(jié)最常用、最便利的控制方法。隨著GPS定位技術(shù)的發(fā)展，利用GPS定位技術(shù)并結(jié)合云計(jì)算技術(shù)統(tǒng)計(jì)汽車行駛里程以及測(cè)試過(guò)程數(shù)據(jù)的采集已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)[6]，并可根據(jù)需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析以實(shí)現(xiàn)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程質(zhì)量的監(jiān)控。這種方法相對(duì)傳統(tǒng)的速度表、里程表校正方法，更有利于確保測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的一致性。

不過(guò)，在長(zhǎng)周期、場(chǎng)地變換頻繁的耐久性試驗(yàn)中，利用GPS定位技術(shù)統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)里程的技術(shù)在斷點(diǎn)續(xù)傳、以及信號(hào)穩(wěn)定性方面還有一定的局限性。通過(guò)結(jié)合測(cè)試車輛CAN報(bào)文的方法，在信號(hào)缺失的工況下使用測(cè)試車輛CAN數(shù)據(jù)對(duì)GPS定位統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，未來(lái)會(huì)是提升GPS定位統(tǒng)計(jì)技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。這將為耐久性試驗(yàn)過(guò)程中的測(cè)試信息統(tǒng)計(jì)和質(zhì)量分析監(jiān)控的自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。