轮胎强度试验不确定度评定报告

轮胎强度试验不确定度评定报告

徐征 周克彬

盐城市质量技术监督综合检验检测中心 江苏盐城 224000

摘要：轮胎强度性能反映的是轮胎防刺穿能力，该性能直接关系到车辆和人员的安全。本论文以轿车轮胎的强度测试为研究对象，研究了其测试结果的不确定度。在测试中，力测量的不确定因素来源于测量仪器的示值分辨率、力可重复性和力标定时存在的误差。其中，行程的不确定度是由示值精度、行程标定和行程可重复性等因素引起的。根据各输入量之间的相关性计算合成标准不确定度,由合成标准不确定度和包含因子的乘积得到扩展不确定度。

关键词：汽车轮胎；强度性能；不确定度评定；A类评定；B类评定

Evaluation report on uncertainty of tire strength test

Zheng Xu Zhou Kebin  

Yancheng Quality and Technology Supervision Comprehensive Inspection Testing Center Jiangsu Yancheng 224000

Abstract: Tire strength performance reflects tire puncture resistance, which is directly related to the safety of vehicles and personnel. This paper takes the strength test of car tires as the research object, and studies the uncertainty of the test results. In the test, the uncertain factors of force measurement come from the indication resolution of measuring instruments, the repeatability of force and the errors in force calibration. Among them, the uncertainty of travel is caused by the accuracy of indication, travel calibration and travel repeatability. The combined standard uncertainty is calculated according to the correlation between the inputs, and the extended uncertainty is obtained by the product of the combined standard uncertainty and the inclusion factor.

Keywords: automobile tires; Strength performance; Evaluation of uncertainty; Class a assessment; Class b assessment

测量不确定度用于表征合理赋予被测量值的分散性。文章中所述，它可以表示为标准偏差（或其指定倍数）或给定置信度区间的半宽度。 该方法所得到的实测数据只是实测数据的估算，由于存在着随机因素以及系统因素的影响，存在着较大的误差。在测量过程中，要综合考虑各种影响，如仪器设备、环境、人员和测量手段等。

汽车轮胎强度性能试验是反映轮胎安全指数的重要试验，GB/T 4502-2023《轿车轮胎性能室内试验方法》规定了强度性能的具体试验方法，并且用破坏能（W）来表征强度性能。本文主要按照GB/T 4502-2023《轿车轮胎性能室内试验方法》、JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》针对汽车轮胎强度性能试验的不确定度进行评定。

一、试验设备材料：

试验设备：轮胎强度/脱圈阻力试验机

规格型号：LQD-3/4；试验负荷：0-100kN

生产厂家：天津久荣车轮技术有限公司；出厂编号：B2078

试验轮胎规格型号：195/65R15 91H

试验温度：21℃；充气压力：180kPa；压头直径：19mm；

试验最小破坏能（Wmin）：295J

二、轮胎强度性能试验步骤（1）：

1、试验轮辋符合GB/2978有关测量轮辋的规定

2、将规格型号为：195/65R15 91H的试验轮胎安装在试验轮辋上，并充入180kPa的气压。

3、充气后的试验轮胎轮辋组合体在21℃的环境温度下停放3h。

4、沿轮胎外周圆周方向用记号笔标记5个大致等间距分布的试验点，并好编序号。

5、 3小时之后，将轮胎空气压力进行修正至180千帕，并且在试验期间，将已进行空气压力调节的测试轮胎与稳固地连接到强度测试机上。压力（F）逐渐地以50毫米/分钟的速率作用于轮胎胎顶，直到它被挤压或到达预先设定的最小损坏能量值。然后，在下一个测试点重复同样的步骤。在进行下一个测试点前，必须对空气压力进行修正。在各测试点上，分别测定各测试点的受力 F和压实深度 P。

各试验点的破坏能计算公式如下：

                           （1）

式中：

W 为破坏能，单位为焦耳（J）；

F  为作用力，单位为牛顿（N）；

p  为行程，单位为毫米（mm）。

表1        轮胎强度试验测量数据

三、测量不确定度来源分析

从破坏能方程可以看出，测试结果的误差很大程度上是受力 F和行程 p影响的。力 F测量的不确定因素主要来自测量仪器的示值分辨率、力的重复性测量和力的标定。其中，行程 p测量的不确定度是由测量仪器的示值分辨率、行程重复性测量和行程标定决定的。根据JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》中的规定，力 F测试仪的示值分辨率引进的基准不确定度按 B级进行，力可重复计量引进的基准不确定度按A级进行，而力基准标定采用 B级。GB/T13576-1992测试仪器冲程 P读数分辨率引进的不确定度按 B级评定，行程p重复性测量引入的不确定度遵循A类评定，行程p校准引入的标准不确定度遵循B类评定（2）。

四、测量模型的建立

由公式可知输出量W是由两个其他量（F、p）通过函数f确定，因此轮胎强度的测量模型即为。

五、标准不确定度的评定

5.1 轮胎强度不确定度计算公式的确定

由于轮胎强度计算公式中破坏能的合成方差为：

其中

式中uc(W)为轮胎强度试验合成标准不确定度

u(F)为作用力测量不确定度

u(p)为行程测量不确定度。

5.2 测量不确定度的计算

5.2.1 作用力测量不确定度的计算

（1） 从测试仪器力 F读数分辨率引进的不确定度（按 B级评价）

试验设备的示值分辨力为1N，由经验可知该分布特征遵循平均分布，因此查表可知置信因子，因此由试验设备作用力F示值分辨力引入的标准不确定度:

（2）由作用力重复性测量引入的标准不确定度（遵循A类评定）

该试验为同一试验员用同一设备针对同一样品进行的5次重复测量，由表（1）可知5次重复测量的平均值N。

作用力测量重复性实验标准偏差：

==3.46

由于该测量过程是对同一样品在同一条件下进行5次独立重复测量，以算术平均值为测量结果，因此由作用力重复性测量引入的不确定度：

1.55

（3）由作用力校准引入的标准不确定度（遵循B类评定）

轮胎强度/脱圈阻力试验机计量证书中给出的试验力校准不确定度为0.3%（k=2）因此作用力校准引入的相对标准不确定度：

由表一可知=6112N，则试验设备作用力引入的标准不确定度：

=9.17

因此由作用力的测量不确定度uF由三个分量uF1、uF2、uF3的标准不确定度合成得：

==9.32N

5.2.2行程测量不确定度的计算

（1）由试验设备的行程p示值分辨力引入的标准不确定度（遵循B类评定）

试验设备行程示值分辨率为0.1mm,由经验可知该分布特征遵循平均分布，因此查表可知置信因子，因此由试验设备的行程p示值分辨力引入的标准不确定度:

mm

（2）由行程p重复性测量引入的不确定度（遵循A类评定）

该试验为同一试验员用同一设备针对同一样品进行的5次重复测量，由表（1）可知5次重复测量的平均值。

作用力测量重复性实验标准偏差：

=0.10mm

由于该测量过程是对同一样品在同一条件下进行5次独立重复测量，以算术平均值为测量结果，因此由作用力重复性测量引入的不确定度：

0.04mm

（3）由行程p校准引入的标准不确定度（遵循B类评定）

轮胎强度/脱圈阻力试验机计量证书中给出的强度压头行程校准不确定度为0.3（k=2）因此作用力校准引入的标准不确定度：

mm

因此由行程p的测量不确定度up由三个分量up1、up2、up3的标准不确定度合成得：

==0.17mm

5.3 合成标准不确定度的确定

由公式：

其中

得轮胎强度试验的合成标准不确定度：

=0.6J

六、扩展不确定度的确定

当k取2时，轮胎强度测量不确定度：

=1.2J

七、测量不确定度报告

按照GB/T4502-2023对规格型号为195/65R15 91H的汽车轮胎进行轮胎强度性能试验达到标准值为295J，扩展不确定度为 1.2J（k=2）

八、结论

试验结果表明，试验结果存在较大的误差。作用力的测定不确定因素主要来自于实验仪器的示值精度、力的可重复性和力的标定误差。其中，行程的测量误差是由测试仪器的示值分辨率、行程校准和行程可重复检测引起的标定误差等因素决定的。进一步地，为了降低轮胎强度实验中的不确定度，需要采取一系列措施。首先，应选用高精度的试验设备，以提高示值分辨力，减少测量误差。同时，定期对试验设备进行校准和维护，确保其测量结果的准确性和稳定性。

其次，在作用力的测量过程中，应优化重复性测量方法，减少人为因素和环境因素对测量结果的影响。例如，可以通过多次测量取平均值的方式来降低单次测量的随机误差。

对于行程的测量，同样需要重视其重复性和准确性。在实验过程中，应严格控制行程的变化范围，避免超出设备的测量范围或引起测量结果的异常波动。

此外，还可以通过改进实验方法、优化实验条件等方式来进一步降低轮胎强度实验中的不确定度。例如，可以尝试采用更先进的测量方法或技术，提高测量的灵敏度和准确性；

参考文献：

[1]GB/T 4502-2023《轿车轮胎性能室内试验方法》

[2]JJF1059.1-2012《测量不确定度评定与表示》

[3]邓敏[1],张利[1].轿车轮胎强度性能试验不确定度评定研究[J].科学与信息化, 2019(11):2.

[4]刘广.轮胎强度及脱圈试验机负荷示值误差测量不确定度评定[J].内燃机与配件,2018(16):2.