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汽車被動安全試驗假人的標定分類及技術(shù)方法

2018-02-27 14:12:41·  
　
【摘要】本文簡要描述乘用汽車安全試驗中假人的標定分類,分別敘述了各類標定的技術(shù)方法從環(huán)境要求、技術(shù)參數(shù)和操作步驟上進行具體描述。最后對了二類常用試驗假人在標定上的技術(shù)差異性?！娟P(guān)鍵詞】被動安全試驗假人 標定1汽車安全試驗假人的應(yīng)用汽車被動安全性能隨著汽車保有量的增加而倍受人們的關(guān)注， 而評價汽車被動安全
【摘要】本文簡要描述乘用汽車安全試驗中假人的標定分類,分別敘述了各類標定的技術(shù)方法從環(huán)境要求、技術(shù)參數(shù)和操作步驟上進行具體描述。最后對了二類常用試驗假人在標定上的技術(shù)差異性。
 
【關(guān)鍵詞】被動安全試驗假人   標定
 
1 汽車安全試驗假人的應(yīng)用
汽車被動安全性能隨著汽車保有量的增加而倍受人們的關(guān)注， 而評價汽車被動安全性能最直觀的體現(xiàn)形式就是進行汽車碰撞試驗。碰撞試驗極具危險性使得在試驗中利用假人來代替人類進行碰撞試驗，模擬真人在碰撞過程中的受傷情況，試驗后經(jīng)標定通過可重復(fù)使用，便于對汽車安全性能的統(tǒng)一評價，因此假人的標定試驗至關(guān)重要。
 
為了全面覆蓋交通事故發(fā)生后人類的傷害狀況，假人可根據(jù)汽車碰撞試驗的不同工況主要分為正碰假人和側(cè)碰假人。中國新車評價規(guī)程（CNCAP）標準中規(guī)定，正面100%重疊剛性壁障碰撞試驗和正面40%重疊可變形壁障碰撞試驗中采用Hybrid III 50%男性假人和5%女性假人。側(cè)面碰撞試驗中采用ES-2型側(cè)碰假人和SID-IIs側(cè)碰假人。本文主要針對試驗中最常用的Hybrid III 50%男性正碰假人和ES-2型側(cè)碰假人的標定試驗進行介紹。

2 假人的標定分類
 
假人的標定可根據(jù)假人結(jié)構(gòu)組成部件分為三個部分，一是傳感器的標定，二是假人部件的標定，三是完整假人的標定。其中傳感器的標定主要包括加速度、位移、力和力矩的標定，假人部件的標定主要包括頭部、頸部及膝蓋。完整假人的標定包括胸部、腹部和肩部三個部分。
 
2.1 傳感器標定
2.1.1 加速度傳感器的標定
加速度傳感器廣泛應(yīng)用于振動、沖擊的測量，其標定校準方法常用的有絕對法和比較法。用于汽車碰撞試驗的加速度傳感器通常采用基于激振臺的比較法校準。將傳感器固定在激振臺上，通過差分放大器連接到Pulse Analysis分析儀，分別用10-400Hz的低頻和400-5000Hz的高頻校準頻率響應(yīng)，得出傳感器的靈敏度、幅值誤差比例以及角度響應(yīng)等參數(shù)。
 
2.1.2 位移傳感器標定
     車輛安全試驗中最常用的位移傳感器是拉線位移傳感器和電位計，其中試驗假人中都用電位計。一般位移傳感器可用線性千分尺和二次儀表測量值關(guān)系來計算靈敏系數(shù)標定。而電位計則一般采用組件來整體標定，如下圖所示：


a)電位計固定底座  b)電位計固定支架  c)胸部電位計  d)電位計移動導(dǎo)向槽  e)胸部電位計連接桿
2.1.3 力和力矩傳感器
試驗假人中力傳感器標定方法與其他通用力傳感器標定類似，其標定系統(tǒng)主要由：a)加載機構(gòu)，b)與力傳感器對應(yīng)的標定夾具，c)標定臺操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，d)數(shù)據(jù)后處理軟件等。
2.2. 假人部件標定

2.2.1頭部標定
假人頭部標定是將固定加速度傳感器的螺栓力矩擰至7.5Nm，頭部顱骨后蓋處的螺栓力矩擰至18Nm。懸掛頭部部件，保證假人頭部最低點距離碰撞跌落臺表面376±1mm，假人的前額最低點與假人鼻尖相距12.7±1mm，并保證頭部中心對稱面處于垂直狀態(tài)。利用釋放裝置使頭部部件從規(guī)定高度落下，通過數(shù)采系統(tǒng)得到合成加速度的波形峰值。
 
2.2.2 頸部標定
假人頸部標定在正碰試驗中分為兩個部分，包括頸部彎曲標定和頸部伸展標定，兩者在標定試驗時除頸部部件安裝方向相反外，標定步驟基本一致。頸部彎曲試驗主要是調(diào)整假人頸部鋼纜螺母的扭矩至1.36 Nm±0.27 Nm，將頭-頸部總成安裝在剛性擺錘上，保證頭部縱向中心線與擺錘縱向軸線的運動平面重合。將蜂窩鋁固定到撞擊平面上，根據(jù)不同的假人型號調(diào)整蜂窩鋁蜂窩個數(shù)，并用擺錘進行輕微預(yù)撞擊，保證蜂窩鋁與擺臂沖擊面90 % - 100 %接觸。將擺錘上升至120°的高度釋放，使之自由落下。
 
2.2.3 膝部標定
假人膝部標定分為膝部緩沖部件的標定和膝部滑塊的標定兩個部分。
    
2.2.3.1膝部緩沖部件的標定
膝部緩沖部件的標定是通過固定質(zhì)量的撞錘按一定速度對正碰假人的膝部進行沖擊，考察膝部皮膚及內(nèi)部橡膠墊的緩沖性能。將膝蓋及小腿部件連帶的力傳感器安裝于標定夾具，力傳感器固定螺栓扭矩至40.7 Nm，調(diào)整小腿部件與垂直線成24°±1°，避免腳部接觸到其他物體。將撞錘放置于假人膝蓋前部，撞錘中心和力傳感器中心保持在同一直線上且與水平線夾角需控制在±0.5°以內(nèi)。利用撞錘以2.10 m/s ± 0.03 m/s的速度沖擊假人膝部，通過數(shù)采系統(tǒng)檢測力的峰值。

2.2.3.2膝部滑塊的標定
膝部滑塊標定是通過固定質(zhì)量的撞錘按一定速度對假人的膝部外的附加夾具進行沖擊，以檢驗膝部滑塊的性能。將假人膝蓋部件及其力傳感器安裝于標定夾具，力傳感器固定螺栓扭矩擰至40.7 Nm，在膝蓋前加裝馬蹄形受力支架，注意在膝蓋部件的內(nèi)外側(cè)要適當(dāng)與膝蓋部件固定。將撞錘放置于馬蹄形受力支架前端，使得撞錘中心點與馬蹄形受力支架中心點在同一直線上且保證與水平線夾角在±0.5°以內(nèi)。利用撞錘以2.75 m/s ± 0.05 m/s的速度沖擊假人膝部滑塊。
 
2.3 完整假人的標定

2.3.1 胸部標定
假人胸部的標定根據(jù)標定方式不同可分為正碰假人的胸部標定和側(cè)碰假人的胸部標定兩個部分。
    
2.3.1.1正碰假人的胸部標定
在正碰試驗中，胸部標定主要是利用固定質(zhì)量的撞錘按一定速度對假人胸部進行沖擊,檢測胸部變形量是否符合試驗要求,因此標定需要除假人鞋子以外的整個假人模塊。
將假人以坐姿形式放置在一個干凈光滑且干燥的鋼材料平臺上，平臺的長度要足以支撐假人的臀部及平伸的腿部。調(diào)整假人頸部至0°刻度位置。將假人手臂伸直與水平線的夾角在±2°內(nèi)，肋骨調(diào)整至與水平線夾角在±0.5°內(nèi)，調(diào)整臀部角度為13°±2°。將撞錘放置于假人胸部第三根肋骨向下12.7mm ± 1.0mm處，并確保撞錘中心線與水平線的夾角± 0.5°內(nèi)，撞錘沖擊平面盡量靠近假人胸部放置，注意平面不可觸碰假人胸部。利用撞錘以6.71m/s±0.12m/s的速度沖擊假人胸部。
   
2.3.1.2側(cè)碰假人的胸部標定
    
側(cè)碰假人的胸部標定主要是對假人的每根肋骨分別進行標定，阻尼器和肋骨部件這兩個部分決定了側(cè)撞假人的胸部性能，因此側(cè)碰假人的胸部標定分成假人肋骨部件的標定和阻尼器的標定。
    
肋骨部件的標定是將側(cè)碰假人胸部部件分解成多個肋骨部件，檢查每根肋骨部件的海綿肉體、線性軸承等狀態(tài)，如有損壞應(yīng)及時調(diào)整或維修。將單根肋骨通過螺栓緊固在標定臺上，利用7.78kg鋁制撞擊塊以815mm、204mm和459mm的高度自由落下分別沖擊肋骨，檢測肋骨位移峰值。
 
阻尼器是每根肋骨部件的重要組成部分，阻尼器的標定步驟是將單根肋骨通過螺栓緊固在標定臺上，利用1.0kg±0.01kg鋁制撞擊塊以459mm、815mm、1274mm、2153mm、3261mm和5096mm六個高度自由落下分別沖擊肋骨，檢測肋骨位移峰值。
 
2.3.2 腹部標定
 
腹部標定主要是測試側(cè)碰假人特有的腹部海綿覆蓋物，它是模擬人體在受到側(cè)面碰撞時腹部吸能的重要部件。將假人以坐姿形式放置在一個干凈光滑且干燥的鋼材料平臺上，并在假人與平臺表面間墊兩塊厚度2mm的特氟龍板，將假人腿部放置水平，兩腳踝之間距離為100±5mm，保證胸部垂直角在±2°內(nèi)。在標定撞錘前端中心處加裝一個質(zhì)量1.0 kg±0.01 kg，高70 mm，寬150 mm，至少60 mm深的硬物（模擬汽車內(nèi)部門板扶手），確保硬物中心點與假人腹部中間力傳感器（側(cè)撞假人腹部力傳感器以前、中、后分布于假人一側(cè)）中心點保持在同一水平直線上，兩點間X、Y向距離均不應(yīng)超過±5mm。利用撞錘以4.0 m/s ± 0.1 m/s的速度撞擊假人腹部。
 
2.3.3 肩部標定
 
肩部標定主要用于側(cè)碰假人的標定，拆下假人肩部部件檢查，先做靜態(tài)測試，確定肩部松緊帶所連接的手臂在受到27.5 N-32.5 N 的力時會向前移動。將假人以坐姿放置在一個干凈光滑且干燥的鋼材料平臺上，并在假人與平臺表面間墊上二塊厚度2 mm的特氟龍板，假人的腿保證水平，二腳踝之間距離應(yīng)在100 ± 5 mm,胸部保證垂直，測量胸部背板與垂直線應(yīng)在±2°之內(nèi)。確保撞錘中心點與假人肩部手臂旋轉(zhuǎn)中心點在同一水平直線上，兩點間X、Y向距離均不超過±5mm，手臂向前抬起與垂直線成40°夾角。釋放撞錘以4.3 m/s ± 0.1 m/s的速度沖擊假人肩部。
 
3 正面碰撞假人和側(cè)面碰撞假人標定技術(shù)要求與試驗的關(guān)系
 
為了全面檢測汽車安全性能，汽車碰撞試驗需模擬實際交通事故中車輛碰撞的不同工況，假人的受力情況有所不同。因此，正碰假人和側(cè)碰假人的標定技術(shù)要求也存在著顯著的區(qū)別。下面根據(jù)假人的結(jié)構(gòu)部件分別對正碰假人和側(cè)碰假人的標定進行對比。
類別 正碰假人 側(cè)碰假人
頭部 假人頭部因慣性受到向前沖擊力，額頭是碰撞過程中的第一接觸點，頭部中心對稱面處于垂直狀態(tài)跌落。 假人的頭部是在肩部、手臂、胸部碰撞后才受到?jīng)_擊，由于假人軀干在碰撞過程中受到擠壓，頭部已經(jīng)與水平存在一定角度，因此標定時側(cè)碰假人頭部側(cè)面與水平碰撞面呈35°±1°角度跌落。
頸部 頸部標定分為頸部彎曲和頸部伸展標定。 碰撞過程中，側(cè)碰假人的肩部及軀干已吸收大部分沖擊能量，頸部只向撞擊側(cè)彎曲，且頸部以更換三種硬度的橡膠阻尼塊來調(diào)節(jié)頸部的軟硬。
胸部 碰撞時正碰假人胸部整體會與駕駛員或側(cè)氣囊直接接觸，正碰假人的胸部標定是一個完整的假人整體。 由于側(cè)面內(nèi)飾板扶手是個明顯的突出物，導(dǎo)致試驗中側(cè)碰假人胸部只有一或兩根肋骨受到?jīng)_擊，因此側(cè)撞假人胸部的標定需要對每根肋骨進行單獨標定。
肩部 正碰假人因慣性受到前后方向的撞擊力，其肩部因存在較大的運動空間而未受到明顯作用力，因此正碰假人的肩部無需進行標定試驗。 側(cè)碰假人的肩部為試驗過程中的第一碰撞點，它與假人的手臂是吸收側(cè)面碰撞能量的重要部件，因此手臂也作為肩部部件的一個組成部分，它們的性能狀態(tài)直接影響側(cè)碰假人的各項指標。
腹部 正碰試驗時，人體腹部前端存在較大的運動空間，且有氣囊保護緩沖受力，對假人腹部和臀部的傷害幾乎可以忽略，無需標定。 在側(cè)面碰撞試驗中因車輛架構(gòu)布置，側(cè)碰假人的腹部的側(cè)向運動緩沖空間緊湊且部分車型無側(cè)氣囊保護，對人體可能造成極大的傷害。側(cè)撞假人在腹部用尼龍泡沫模擬人體腹部，且在腹部尼龍泡沫內(nèi)部的前中后位置各安裝了力傳感器，因此需要通過標定來確定腹部模塊性能。
膝部 碰撞過程中乘員艙本身的結(jié)構(gòu)變形和假人因慣性向前運動導(dǎo)致儀表板面與假人膝部互相擠壓而產(chǎn)生的力，可能會對人體造成一定傷害，因此正碰假人需要進行膝部標定 側(cè)碰假人腿部橫向運動緩沖空間較大，假人膝部幾乎沒有傷害，無需標定。

4 總結(jié)
   
    汽車安全試驗的試驗假人標定分類較細，各自的技術(shù)要求非常具體，其目的是為了保證各次汽車碰撞試驗得到的數(shù)據(jù)的一致性，提高試驗間的數(shù)據(jù)可比性。所以試驗假人標定的技術(shù)要求非常高，是一門既需要基礎(chǔ)知識又需要經(jīng)驗積累的專業(yè)技術(shù)工作。需要長期的試驗積累和操作技術(shù)水平的提高。
 
 
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