摘要：本文依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，對HybridⅢ50th假人胸部結(jié)構(gòu)的標(biāo)定試驗(yàn)進(jìn)行研究，確定對試驗(yàn)結(jié)果影響的因素，探討其不確定度的評價(jià)方式。

關(guān)鍵詞：HybridⅢ50th假人胸部結(jié)構(gòu);不確定度;標(biāo)定試驗(yàn)

中國分類號：U462文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

HybridⅢ50th假人作為車輛被動安全試驗(yàn)中主要使用的碰撞假人，使用的假人必須定期的進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測量假人各部位傳感器，在某一標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀態(tài)下的實(shí)際加速度或者位移量，是否滿足標(biāo)定要求的數(shù)值范圍。本文按照NHTSACFR Part 572規(guī)定的程序，探討假人胸部標(biāo)定試驗(yàn)中不確定度的評價(jià)方法。

1假人胸部標(biāo)定試驗(yàn)

1.1試驗(yàn)方式

HybridⅢ50th碰撞假人其胸部標(biāo)定程序按照N HTSACFRPart 572規(guī)定的程序，假人放置于水平臺面上，上身保持垂直，雙臂水平向前與臺面平行，用一個擺錘以6.59～6.83m/s的速度撞擊假人胸部肋骨指定位置，標(biāo)定過程中，擺錘用鋼絲繩水平懸吊，通過從懸吊高度下落獲得速度。

1.2試驗(yàn)要求

每次試驗(yàn)前將假人放置于假人標(biāo)定等待區(qū)，保證假人在20.6℃～22.2℃環(huán)境溫度和10%～70%相對濕度的環(huán)境中靜置4h以上。假人放置在光滑平整的試驗(yàn)平臺上，使用直徑為152.40±0.25mm，質(zhì)量為23.36±0.02kq的擺錘水平?jīng)_擊處于垂直坐姿的假人胸部指定位置。擺錘初始撞擊速度文6.71±0.12m/s。

1.2標(biāo)定結(jié)果的選用

標(biāo)定試驗(yàn)分為高速標(biāo)定試驗(yàn)和低速標(biāo)定試驗(yàn)，之前的試驗(yàn)要求中選擇了高速標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)方法，其中對于試驗(yàn)結(jié)果的評判標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

假人胸部結(jié)構(gòu)經(jīng)過多次沖擊試驗(yàn)后，其中的金屬部件和發(fā)泡材料性能發(fā)生衰退在所難免，當(dāng)標(biāo)定結(jié)果滿足上表所述的要求時，表示假人此部件沒有損壞可以繼續(xù)試驗(yàn)使用，當(dāng)不能通過標(biāo)定試驗(yàn)后，說明假人胸部結(jié)構(gòu)的零部件可能發(fā)生了變形或斷裂，此時應(yīng)當(dāng)檢查出損壞的部件，進(jìn)行更換，或者使用專用工具設(shè)備調(diào)節(jié)復(fù)原，再進(jìn)行標(biāo)定沖擊試驗(yàn)。

2校準(zhǔn)方法

本文以高速標(biāo)定試驗(yàn)為例，為其進(jìn)行不確定度評價(jià)。其試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。根據(jù)這7次假人胸部沖擊試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，對假人胸部標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果的不確定度分析校準(zhǔn)。

2.1建立數(shù)學(xué)模型

建立測量模型：y=x（1）

將此次假人胸部標(biāo)定試驗(yàn)不確定度的的傳播系數(shù)絕對值設(shè)為1，且每一個不確定度分量之間是相互獨(dú)立的，其數(shù)學(xué)模型為：

2.2不確定度的來源

不確定度的來源包括試驗(yàn)方式、溫度和濕度的影響、量化誤差、算法誤差和重復(fù)性等。

2.3試驗(yàn)方式引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

（1）撞擊擺錘的速度。標(biāo)定試驗(yàn)中假人胸部結(jié)構(gòu)所受到的撞擊力來自于撞擊擺錘下落時產(chǎn)生的速度。高速標(biāo)定試驗(yàn)對于速度的要求是6.71+0.12m/s，其允許范圍是±1.8%，因此引入撞擊擺錘速度的不確定度1.20mm。

（2）撞擊接觸中心位置。撞擊擺錘中心和假人胸部結(jié)構(gòu)中心線允許偏差范圍是+2.50mm，而撞擊擺錘的直徑是152.40+0.25mm，因此估算引入標(biāo)準(zhǔn)不確定度0.30mm。

2.4溫度和濕度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

在標(biāo)定試驗(yàn)的過程中，試驗(yàn)溫度保持在20.6～22.2℃之間，因此在實(shí)際的碰撞假人使用過程之中，溫度變化量共計(jì)1.6℃。標(biāo)定試驗(yàn)中要求試驗(yàn)環(huán)境相對濕度為10%～70%RH，每次標(biāo)定試驗(yàn)前假人需要在恒溫恒濕的環(huán)境中放置4h以上。

但是對于溫濕度在撞擊過程的持續(xù)時間上有影響，所以其引起的持續(xù)時間變化控制在10%以內(nèi)。引入胸部壓縮變形量的標(biāo)準(zhǔn)不確定度0.05mm。

2.5數(shù)據(jù)采集器引入的相對不確定度

數(shù)據(jù)采集器具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，并能存儲假人胸部位移傳感器的輸出電信號，數(shù)據(jù)采樣頻率和傳感器幅值滿足標(biāo)定試驗(yàn)要求。幅值分辨力不小于10bit，則假人胸部位移傳感器輸出電壓峰值測量的不確定度為0.1%。

2.6算法引入的相對不確定度

由于數(shù)據(jù)離散化、零線漂移、傳感器噪聲等與算法相關(guān)因素引入的不確定度，采用國標(biāo)GB/T20485.22-2008附錄B給出該項(xiàng)取值0.29%。

2.7重復(fù)測量引入的相對不確定度

采用A類評定，在相同測量條件下7次高速標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

標(biāo)準(zhǔn)差Sp的計(jì)算公式為：

假人胸部壓縮變形量總Dp=65.91mm，合并樣品標(biāo)準(zhǔn)偏差Sp=1.28mm。

經(jīng)過判斷測量狀態(tài)穩(wěn)定，采用樣本Sp為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，即重復(fù)測量引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度S=Sp=1.28mm

3合成不確定度

高速HybridⅢ50th假人胸部沖擊試驗(yàn)標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果不確定度評價(jià)分量如表3所示。

由上表可知，合并不確定度：

4擴(kuò)展不確定度

由于標(biāo)定試驗(yàn)屬于一般工程應(yīng)用問題，一次使用置信概率為95%，包含因子k為2，所以此假人胸部沖擊試驗(yàn)高速標(biāo)定測量結(jié)果的不確定度U的最終結(jié)果為：

U=kU1=3.56mm

5結(jié)語

HybridⅢ50th假人胸部結(jié)構(gòu)是一個復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此對于每次標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果的影響因素也較為復(fù)雜。即使嚴(yán)格依據(jù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求操作，相同假人相同胸部結(jié)構(gòu)在相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，依然會獲得不同的試驗(yàn)結(jié)果。

因此，法規(guī)中明確要求2次相同的標(biāo)定項(xiàng)目間隔至少5min，以保證假人胸部結(jié)構(gòu)中的彈簧部件更加徹底的釋放出內(nèi)應(yīng)力，從而排除結(jié)構(gòu)材料力學(xué)特性變化造成的標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果的測量誤差。

根據(jù)上文中沖擊試驗(yàn)不確定度評價(jià)，考慮的試驗(yàn)方法、試驗(yàn)中溫濕度變化、數(shù)據(jù)采集器的誤差和試驗(yàn)的重復(fù)性，此假人在高速胸部沖擊試驗(yàn)中可以期望在65.91±3.56mm的范圍內(nèi)，包含假人胸部位移值Dp的標(biāo)定結(jié)果可能性為95%。