劉 磊，李 充，李 春

(中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心 天津300300)

HPM-Ⅱ裝置研究

劉 磊，李 充，李 春

(中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心 天津300300)

在汽車(chē)碰撞試驗(yàn)中，假人傷害值是最重要的結(jié)果參數(shù)。相同試驗(yàn)條件下，指定的車(chē)輛內(nèi)的假人姿態(tài)是影響試驗(yàn)結(jié)果的最重要因素，而假人H點(diǎn)是假人定位的基礎(chǔ)并最終決定假人姿態(tài)。HPM-Ⅱ是新一代H點(diǎn)測(cè)量裝置，在不久的將來(lái)(10年左右)將取代原有的HPM裝置。該裝置是在第1代HPM裝置的基礎(chǔ)上，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期優(yōu)化改進(jìn)得到的。對(duì)HPM-Ⅱ裝置的結(jié)構(gòu)、功能、操作規(guī)范等進(jìn)行了研究。結(jié)果表明，相對(duì)第1代HPM裝置，HPM-Ⅱ裝置具有明顯優(yōu)勢(shì)。

H點(diǎn) HPM裝置 碰撞試驗(yàn)

0 引 言

在汽車(chē)設(shè)計(jì)中，H點(diǎn)(Hip Point)裝置用于確定車(chē)內(nèi)參考點(diǎn)和乘員艙尺寸以及驗(yàn)證這些關(guān)鍵參考點(diǎn)的位置和尺寸。HPM(H Point Machine)裝置顧名思義是測(cè)量H點(diǎn)的裝置，到目前為止共有兩代HPM裝置。SAE J826中規(guī)定了第1代HPM裝——HPM，第1版發(fā)布于 1962年，歷經(jīng)多次修訂，最新 1版為 SAE J826—2008。SAE J4002中規(guī)定了第 2代 HPM 裝置——HPM-Ⅱ，第1版發(fā)布于2002年，最新1版修訂于2010年。從2009年SAE J4002的發(fā)布開(kāi)始，進(jìn)入到兩代HPM裝置的過(guò)渡期，過(guò)渡期為10年。過(guò)渡期內(nèi)SAE J826和SAE J4002共同存在，車(chē)輛設(shè)計(jì)人員可自主決定使用哪種 HPM 裝置。這段過(guò)渡期以后，SAE J826將不再使用。

1 HPM-Ⅱ裝置結(jié)構(gòu)

與人體構(gòu)造類(lèi)似，HPM-Ⅱ裝置由以下部分組成：頭部——頭部空間桿；軀干——背板＋坐板；四肢——大腿、小腿、腳部以及配重。頭部空間桿、坐板、背板和大腿均在 H點(diǎn)軸銷(xiāo)處連接，軸銷(xiāo)軸線(xiàn)的中點(diǎn)即為假人的H點(diǎn)。大腿與小腿通過(guò)膝關(guān)節(jié)連接，小腿和腳部通過(guò)腳踝連接。

1.1 背板

背板可用于測(cè)量軀干角、H點(diǎn)、腰部支撐等參數(shù)。由胸部、腹部、骨盆 3塊板，與坐板相連的 H 點(diǎn)軸銷(xiāo)、配重桿等連接機(jī)構(gòu)，軀干角測(cè)量基準(zhǔn)面、測(cè)量凹點(diǎn)等測(cè)量機(jī)構(gòu)組成。

1.2 坐板

坐板可用于測(cè)量坐墊傾角、輔助測(cè)量臀部角度以及確認(rèn) HPM 裝置是否水平。坐板由與背板、大腿相連的 H點(diǎn)軸銷(xiāo)、配重桿等連接機(jī)構(gòu)，坐墊傾角測(cè)量基準(zhǔn)面、測(cè)量凹點(diǎn)等測(cè)量機(jī)構(gòu)以及水泡組成。

1.3 頭部空間桿

頭部空間桿主要用于測(cè)量車(chē)輛乘員艙的有效頭部空間并可輔助測(cè)量座椅軀干角。主要由滑動(dòng)探測(cè)套管、頭部空間刻度尺和叉組成，如圖 1所示。當(dāng)用于確認(rèn)座椅H點(diǎn)時(shí)無(wú)需安裝。

圖1 頭部空間桿Fig.1 Head room fixture

1.4 大腿

用于測(cè)量大腿角度并輔助測(cè)量臀部角度。主要由叉、鎖止軸套等連接機(jī)構(gòu)，大腿長(zhǎng)度調(diào)整機(jī)構(gòu)和測(cè)量基準(zhǔn)面、凹點(diǎn)等測(cè)量機(jī)構(gòu)組成，如圖 2所示。當(dāng)用于確認(rèn)座椅H點(diǎn)時(shí)無(wú)需安裝。

圖2 大腿Fig.2 Thigh segment

1.5 小腿

用于測(cè)量小腿角度、膝部間隙、腿部間隙等空間參數(shù)。主要由膝蓋、腳踝連接機(jī)構(gòu)，小腿長(zhǎng)度調(diào)整機(jī)構(gòu)及膝部角度尺、小腿角度測(cè)量基準(zhǔn)面等測(cè)量機(jī)構(gòu)組成，如圖3所示。當(dāng)用于確認(rèn)座椅H點(diǎn)時(shí)無(wú)需安裝。

1.6 腳部

用于測(cè)量足跟點(diǎn)、鞋平面角度、腳踝角度等。主要由腳部位置保持機(jī)構(gòu)、與小腿連接機(jī)構(gòu)以及腳踝刻度尺等測(cè)量機(jī)構(gòu)組成，如圖 4所示。當(dāng)用于確認(rèn)座椅H點(diǎn)時(shí)無(wú)需安裝。

圖3 小腿Fig.3 Lower leg segment

圖4 腳部Fig.4 Shoe tool and shoe fixture

1.7 配重

HPM-Ⅱ裝置總共有24塊配重，其中胸腹部配重12塊，單塊重1.79,kg；骨盆配重6塊，其中帶倒角配重 2塊，單塊重 3.13,kg，不帶倒角配重 4塊，單塊重3.2,kg；大腿配重 6塊，單塊重 2.14,kg。HPM-Ⅱ總重為 72.69,kg。

2 HPM-Ⅱ安裝流程

HPM-Ⅱ裝置使用過(guò)程中，需要將各部分按流程組裝到一起才可進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的測(cè)量。根據(jù)不同需要，HPM-Ⅱ有兩種安裝模式：當(dāng)需要確定或校核車(chē)內(nèi)參考點(diǎn)和乘員艙尺寸時(shí)，需安裝全部結(jié)構(gòu)；只需確認(rèn)座椅 H點(diǎn)時(shí)，安裝坐板、背板，加載配重后即可測(cè)量。本文將采用第1種安裝方式，流程為：

2.1 車(chē)輛準(zhǔn)備

首先，將車(chē)輛置于水平面上，利用支撐消除懸架的影響，固定加速踏板，保證測(cè)量過(guò)程中不會(huì)運(yùn)動(dòng)并標(biāo)記踏板中心線(xiàn)；然后在溫度為 19～26,℃、濕度為50±5%,的環(huán)境預(yù)置一段時(shí)間，保證座椅材料達(dá)到室溫；最后將座椅調(diào)整至座椅位置，新座椅需加載 70～80,kg的配重，并保證測(cè)量前空載30,min。

2.2 HPM-Ⅱ安裝

①安裝鞋架：調(diào)整水泡至水平，將鞋裝入鞋架，調(diào)整鞋面角 SPA為設(shè)計(jì)角度，擰緊鎖止螺栓；調(diào)整鞋位置，保證鞋中心線(xiàn)與踏板中心線(xiàn)重合，使跖球與踏板接觸點(diǎn)重合。②坐板背板安裝：在座椅上鋪一層棉布，尺寸應(yīng)保證 HPM-Ⅱ裝置不與座椅接觸，保證整個(gè)座椅織物的摩擦面一致。背板和坐板可作為總成安裝也可單獨(dú)安裝，安裝時(shí)將背板在 LSP＜0時(shí)鎖止，目測(cè)坐板中心位于座椅中心線(xiàn)上，松開(kāi)背板鎖止；鎖止背板坐板之間的軸銷(xiāo)，握住背板 T型桿晃動(dòng)背板，使之與座椅靠背充分貼合。根據(jù)坐板上的水泡，輕微晃動(dòng)并調(diào)整 HPM-Ⅱ裝置，使之在座椅上橫向水平，確保 HPM 裝置與座椅靠背緊密接觸。③腿部安裝：將腿部長(zhǎng)度調(diào)整為設(shè)計(jì)參考長(zhǎng)度，也就是大腿長(zhǎng)度456,mm，小腿長(zhǎng)度 459,mm，將大腿叉放在 H點(diǎn)桿上將鎖止套向內(nèi)滑并鎖止。在不移動(dòng)鞋的情況下，將小腿安裝在腳踝軸上。大腿和小腿，如果必要，將大腿抬起來(lái)。利用膝蓋桿上的套保證小腿的位置。④頭部空間桿安裝：將頭部空間組件一端的叉形結(jié)構(gòu)滑入坐板上鎖止摩擦套的凹槽內(nèi)，此時(shí)調(diào)整螺栓處于完全向外的狀態(tài)，將螺栓擰到背板可旋轉(zhuǎn)裝置上，保證頭部組件完全靠在背板上。

2.3 加載配重

加載就是向 HPM-Ⅱ裝置安裝配重，加載 HPM-Ⅱ裝置時(shí)軀干連接機(jī)構(gòu)不應(yīng)鎖止。為防止 HPM-Ⅱ裝置從座椅上滑出，應(yīng)由 H點(diǎn)向外、向上安裝配重。每次加載配重之前，用彈簧測(cè)力計(jì)向?qū)?yīng)的施力點(diǎn)施加89,N的力兩次，施力過(guò)程保證HPM-Ⅱ裝置仍然充分包裹在座椅中。完整的加載過(guò)程如表1所示。

表1 加載流程Tab.1 Loading procedure

2.4 參數(shù)測(cè)量

測(cè)量數(shù)據(jù)前，利用三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備建立與整車(chē)坐標(biāo)系平行的直角坐標(biāo)系，用于測(cè)量關(guān)鍵參考點(diǎn)的坐標(biāo)。HPM-Ⅱ裝置安裝完成后會(huì)繼續(xù)沉入座椅，其程度取決于座椅類(lèi)型。因此，安裝完 HPM-Ⅱ裝置后等待 5,min再記錄數(shù)據(jù)。用于駕駛員座椅測(cè)量時(shí)，所有可測(cè)量的參數(shù)、測(cè)量方法以及測(cè)量位置如表2所示。

3 ,HPM-Ⅱ優(yōu)勢(shì)

與SAE J826中描述的H點(diǎn)裝置相比，該裝置可重復(fù)性更好、便于使用，特征豐富且測(cè)量能力強(qiáng)。

表2 測(cè)量統(tǒng)計(jì)表Tab.2 Statistical table of measurement

①各部分單獨(dú)分開(kāi)：對(duì)于 HPM-Ⅱ，大小腿、腳部(鞋)、坐盆和背板都是單獨(dú)的部分，便于安裝。②無(wú)腿：HPM-Ⅱ允許在測(cè)量 H點(diǎn)的時(shí)候?qū)⑹褂猛炔孔鳛榭蛇x項(xiàng)。③鞋腳：對(duì)腳部(鞋)結(jié)構(gòu)和其車(chē)內(nèi)擺放做出了多項(xiàng)改進(jìn)，用BOFRP(Ball of Foot Reference Point)代替 Pedal Reference Point；定義了腳部(鞋)在踏板上擺放的新流程。④坐墊傾角：可以在測(cè)量坐墊傾角的同時(shí)完成其余測(cè)量。SAE J826中的坐墊傾角根據(jù)腿線(xiàn)測(cè)量，而且需要單獨(dú)安裝 H點(diǎn)裝置。⑤腰部支撐：提出“Lumbar Support Prominence (LSP)”測(cè)量方法，即座椅靠背輪廓對(duì)腰椎提供支撐。■

［1］ H-point Machine(HPM-Ⅱ)Specifications and Procedure for H-Point Determination——Auditing Vehicle Seats[S]. SAE J4002—2010.

［2］ H-point Machine(HPM-Ⅱ)Procedure for H-Point Determination-Benchmarking Vehicle Seats [S]. SAE J4003—2008.

［3］ Devices for Use in Defining and Measuring Vehicle Seating Accommodation [S]. SAE J826—2008.

［4］ Carol A C F. Reproducibility and Repeatability of the SAE J4002 and J826 H-point Machines [Z]. SAE Paper.

Research on HPM-Ⅱ

LIU Lei，LI Chong，LI Chun
(China Automotive Technology & Research Center，Tianjin 300300，China)

Dummy injury is the most important output parameters in vehicle impact tests. In the same test condition，the dummy position will have an important influence on test results for a specified vehicle. The H point of the dummy is the foundation of the dummy positioning，which will determine the dummy position in the end. The HPM-Ⅱ is a new generation H point measurement equipment，which will take the place of the old HPM specified in SAE J826 in the future.The HPM-Ⅱ was developed based on the old generation of HPM. The HPM-Ⅱ was deeply studied in this paper，including structure，function and operation procedure. It was found that HPM-Ⅱ has more advantages in H point measurement compared to the old HPM.

H point；HPM-II；vehicle crash test

U467

A

1006-8945(2016)11-0036-03

2016-10-09