武鵬云

摘 要：假人標(biāo)定試驗(yàn)的目的是檢驗(yàn)其是否滿足性能要求，直接決定了汽車(chē)碰撞試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為提高假人頸部標(biāo)定試驗(yàn)的效率，文章從擺錘的撞擊速度、蜂窩鋁的數(shù)量2個(gè)方面入手，采用控制變量法設(shè)計(jì)了7組HybridⅢ-50th假人頸部標(biāo)定試驗(yàn)，分析其對(duì)頸部標(biāo)定結(jié)果的影響。結(jié)果表明：擺錘的撞擊速度對(duì)D平面的最大轉(zhuǎn)角和枕骨處最大力矩影響顯著;蜂窩鋁的數(shù)量對(duì)枕骨處的最大力矩影響顯著;二者皆對(duì)擺錘的減速度有一定影響。

關(guān)鍵詞：HybridⅢ-50th假人;頸部標(biāo)定試驗(yàn);影響因素

中圖分類(lèi)號(hào)：U467? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1671-7988（2020）22-105-03

Abstract： The purpose of the dummy calibration test is to check whether it meets the performance requirements， which directly determines the accuracy of the car crash test results. In order to improve the efficiency of the neck calibration test of the dummy， this article started from the two aspects of the impact speed of the pendulum and the number of aluminum honeycomb. The control variable method was used to design 7 groups of HybridⅢ-50th dummy neck calibration tests. The impact of the Departments calibration results. The results show that the impact speed of the pendulum has a significant effect on the maximum rotation angle of the D plane and the maximum moment at the occipital bone; the amount of honeycomb aluminum has a significant influence on the maximum moment at the occipital bone; both have a certain effect on the deceleration of the pendulum.

Keywords： HybridⅢ-50th dummy; Neck calibration test; Influence factor

CLC NO.： U467? Document Code： A? Article ID： 1671-7988（2020）22-105-03

前言

碰撞假人作為汽車(chē)安全性能的重要評(píng)價(jià)工具，國(guó)內(nèi)外各大法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)（如C-NCAP）規(guī)定每2次碰撞試驗(yàn)后均需要對(duì)假人各部位進(jìn)行1次標(biāo)定試驗(yàn)，以驗(yàn)證假人各方面性能指標(biāo)是否符合規(guī)定要求[1]。頸部標(biāo)定是整個(gè)假人標(biāo)定試驗(yàn)中的一部分，直接決定了假人標(biāo)定的結(jié)果。

國(guó)內(nèi)外的許多專(zhuān)家學(xué)者對(duì)假人頸部標(biāo)定試驗(yàn)做了一些研究。汽車(chē)噪聲振動(dòng)和安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的周虎、許艾、楊華明等人[2]總結(jié)了H3系列假人頸部標(biāo)定過(guò)程中遇到的問(wèn)題并提供了相應(yīng)的解決方法，大大提高了標(biāo)定試驗(yàn)的效率。武漢理工大學(xué)的李建功等人[3]主要研究了頸部標(biāo)定過(guò)程中使擺錘減速度合格的經(jīng)驗(yàn)方法。劉洋、師玉濤、張世凱等人[4]發(fā)現(xiàn)可以通過(guò)改變假人點(diǎn)頭塊的高度和硬度來(lái)改善標(biāo)定結(jié)果，高度越小硬度越低，其曲線延遲、角度峰值增大，力矩峰值降低。

本文從擺錘的撞擊速度、蜂窩鋁的數(shù)量2個(gè)方面入手，采用控制變量法設(shè)計(jì)了7組HybridⅢ-50th假人頸部標(biāo)定試驗(yàn)，研究擺錘的撞擊速度和蜂窩鋁的數(shù)量對(duì)標(biāo)定結(jié)果的影響，以此來(lái)指導(dǎo)假人的頸部標(biāo)定，提高標(biāo)定效率。

1 頸部標(biāo)定試驗(yàn)

1.1 標(biāo)定方法

頸部標(biāo)定試驗(yàn)需要的設(shè)備主要有：頸部標(biāo)定試驗(yàn)臺(tái)，DTS車(chē)載數(shù)據(jù)采集儀，蜂窩鋁，頭部總成，頸部總成，六通道頸部力傳感器，角度傳感器，加速度傳感器等[5]，部分試驗(yàn)設(shè)備如圖1所示。

由于假人的材料性能會(huì)受到環(huán)境溫度和濕度的影響，因此標(biāo)定試驗(yàn)之前，需要將假人保存在溫度為20.6～22.2℃，相對(duì)濕度為10%～70%的環(huán)境中至少4個(gè)小時(shí)，同時(shí)應(yīng)該保證試驗(yàn)環(huán)境也具有相同的溫度和濕度。另外在試驗(yàn)前應(yīng)保證假人各部件完整無(wú)損傷。假人頸部標(biāo)定試驗(yàn)的步驟為：

a. 將假人的頭頸總成固定在擺錘的下端，使頭部的中截面垂直于地面和撞擊平面，且與擺錘縱向中心線的運(yùn)動(dòng)平面重合。

b. 給頸索上的螺母施加1.36±0.27 N·m的扭矩。

c. 安裝蜂窩鋁，所需蜂窩鋁的孔數(shù)與具體的材料有關(guān)，一般選用27孔，采用“5+6+5+6+5”的形式，蜂窩鋁的安裝位置如圖2所示。

d. 將擺錘拉升到一定高度，使其自由下落時(shí)的撞擊速度達(dá)到6.89～7.13 m/s。

e. 釋放擺錘，擺錘自由下落并撞擊蜂窩鋁，采集各傳感器中的數(shù)據(jù)。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

CFR 49 PART 572[6]標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的頸部標(biāo)定評(píng)價(jià)指標(biāo)有三個(gè)，分別是擺錘的減速度、D平面的旋轉(zhuǎn)角度和枕骨處力矩。具體的評(píng)價(jià)要求為：

a. 擺錘在各個(gè)時(shí)刻的減速度應(yīng)該滿足表1中的要求;擺錘的減速度應(yīng)在34～42 ms之內(nèi)降到5 g。

b. D平面的旋轉(zhuǎn)角度必須在57.0～64.0 ms之內(nèi)達(dá)到最大值，且最大值應(yīng)在64.0°～78.0°范圍之內(nèi);擺錘撞擊蜂窩鋁之后，D平面的旋轉(zhuǎn)角度必須在113.0～128.0 ms之內(nèi)達(dá)到0°。

c. 枕骨處力矩必須在47.0～58.0 ms之內(nèi)達(dá)到最大值，且最大值應(yīng)在88.1～108.4 N·m范圍內(nèi);擺錘撞擊蜂窩鋁之后，枕骨處力矩必須在97.0～107.0 ms之內(nèi)達(dá)到0。

1.3 標(biāo)定結(jié)果

本文首先對(duì)該假人進(jìn)行了一次頸部標(biāo)定試驗(yàn)，標(biāo)定結(jié)果如表2所示，表中各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)均符合要求，故本次標(biāo)定結(jié)果合格。

2 影響因素分析

盡管標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)對(duì)假人的標(biāo)定過(guò)程做了詳細(xì)的規(guī)定，但是實(shí)際操作中還是會(huì)出現(xiàn)假人符合使用要求卻仍標(biāo)定失敗的情況，大大地影響了標(biāo)定的效率。影響頸部標(biāo)定的因素有很多，主要包括擺錘的撞擊速度、蜂窩鋁的數(shù)量、頸索螺母的扭矩、環(huán)境的溫度和濕度、點(diǎn)頭塊的高度和硬度等。本文從擺錘的撞擊速度、蜂窩鋁的數(shù)量2個(gè)方面入手，采用控制變量法分析其對(duì)頸部標(biāo)定結(jié)果的影響。在分析某一因素對(duì)結(jié)果的影響時(shí)，需要保證其他影響因素盡可能相同，以期得到準(zhǔn)確的結(jié)論。

2.1 擺錘的撞擊速度

給頸索上的螺母施加1.36 N·m的扭矩，保持試驗(yàn)室的溫度為21.5 ℃，濕度為45%，蜂窩鋁設(shè)置為27孔，僅改變擺錘的撞擊速度進(jìn)行4組頸部標(biāo)定試驗(yàn)，試驗(yàn)得到的結(jié)果如表3所示。

由表3可以看出，擺錘的撞擊速度對(duì)假人頸部的標(biāo)定會(huì)產(chǎn)生很大的影響。隨著擺錘的撞擊速度增大，同一時(shí)刻擺錘的減速度有增大的趨勢(shì)，擺錘減速度降到5g時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻提前;D平面的最大轉(zhuǎn)角隨著擺錘撞擊速度的增大而增大，擺錘的撞擊速度由6.63 m/s增加到7.07 m/s時(shí)，D平面的最大轉(zhuǎn)角增加了18.6%，達(dá)到最大轉(zhuǎn)角和0°所用的時(shí)間變化不明顯;隨著擺錘的撞擊速度增大，枕骨處的最大力矩明顯增大，擺錘的撞擊速度由6.63 m/s增加到7.07 m/s時(shí)，枕骨處的最大力矩增加了37.2%，枕骨處力矩達(dá)到最大和0時(shí)所用的時(shí)間變化不明顯。

2.2 蜂窩鋁的數(shù)量

蜂窩鋁的數(shù)量決定了其硬度，進(jìn)而會(huì)影響到標(biāo)定結(jié)果。給頸索上的螺母施加1.36 N·m的扭矩，保持試驗(yàn)室的溫度為21.5 ℃，濕度為45%，擺錘的撞擊速度控制在6.61±0.02 m/s左右，僅改變蜂窩鋁的數(shù)量，進(jìn)行3組頸部標(biāo)定試驗(yàn)，3組試驗(yàn)的蜂窩鋁分別采用“5+6+5+6+5”、“5+6+5+6+6”和“6+6+5+6+6”的形式，試驗(yàn)得到的結(jié)果如表4所示。

由表4可以看出，蜂窩鋁的數(shù)量對(duì)枕骨處的最大力矩會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，隨著蜂窩鋁的數(shù)量增加，枕骨處的最大力矩也在增大，蜂窩鋁的數(shù)量由27孔增加為29孔時(shí)，枕骨處的最大力矩增加了27.2%，枕骨處力矩達(dá)到最大和0時(shí)所用的時(shí)間變化不明顯;同一時(shí)刻擺錘的減速度隨著蜂窩鋁數(shù)量的增加也有增加的趨勢(shì);蜂窩鋁數(shù)量對(duì)D平面的轉(zhuǎn)角無(wú)明顯影響。

3 結(jié)論

本文從擺錘的撞擊速度、蜂窩鋁的數(shù)量2個(gè)方面入手，采用控制變量法設(shè)計(jì)了7組假人頸部標(biāo)定試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

a. 隨著擺錘的撞擊速度增大，同一時(shí)刻擺錘的減速度有增大的趨勢(shì)，擺錘減速度降到5g時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻提前;D平面的最大轉(zhuǎn)角隨著擺錘撞擊速度的增大而增大，達(dá)到最大轉(zhuǎn)角和0°所用的時(shí)間變化不明顯;隨著擺錘的撞擊速度增大，枕骨處的最大力矩明顯增大，枕骨處力矩達(dá)到最大和0時(shí)所用的時(shí)間變化不明顯。

b. 隨著蜂窩鋁的數(shù)量增加，枕骨處的最大力矩也在增大，枕骨處力矩達(dá)到最大和0時(shí)所用的時(shí)間變化不明顯;同一時(shí)刻擺錘的減速度隨著蜂窩鋁數(shù)量的增加也有增加的趨勢(shì);蜂窩鋁數(shù)量對(duì)D平面的轉(zhuǎn)角無(wú)明顯影響。

c. 在頸部標(biāo)定試驗(yàn)中可以通過(guò)調(diào)節(jié)擺錘的撞擊速度和蜂窩鋁的數(shù)量來(lái)校正標(biāo)定結(jié)果，提高標(biāo)定試驗(yàn)的效率。擺錘的減速度或枕骨處的最大力矩過(guò)大時(shí)，可以通過(guò)減小擺錘的撞擊速度或者減少蜂窩鋁的數(shù)量來(lái)調(diào)節(jié);D平面的最大轉(zhuǎn)角過(guò)大時(shí)，可以通過(guò)減小擺錘的撞擊速度調(diào)節(jié)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)汽車(chē)技術(shù)研究中心.C-NCAP管理規(guī)則（2018 版）[S].天津：2018.

[2] 周虎，許艾，楊華明，等.H3系列假人頸部標(biāo)定的研究[C].中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集， 2015：560-563.

[3] 李建功，李永剛，盧冶，等.Hybrid Ⅲ第50百分位男性假人頸部標(biāo)定的研究[C].中國(guó)汽車(chē)工程學(xué)會(huì)年會(huì)論文集，2009： 667-669.

[4] 劉洋，師玉濤，張世凱，等.H3-50 nodding block 對(duì)頸部標(biāo)定影響研究[J].中國(guó)汽車(chē)， 2019（07）： 44-48.

[5] 張毅，韓剛，劉衛(wèi)國(guó)，等.正面碰撞用HⅢ 50百分位男性假人頸部標(biāo)定系統(tǒng)的研究[J].現(xiàn)代交通技術(shù)，2013（02）：81-84.

[6] USA NHTSA.Hybrid III Test Dummy，NHTSA CFR PART 572： E[S]. USA NHTSA， 2010.