賴政劍

（阿維塔科技有限公司，重慶 401120）

隨著人們生活水平的提高，轎車作為代步工具，普及率逐年提升。近年，中國(guó)轎車市場(chǎng)增長(zhǎng)率達(dá)到了 6%～9%。汽車成為人們生活必需品的同時(shí)，道路交通事故量也在逐年增長(zhǎng)，汽車安全性能已經(jīng)受到消費(fèi)者的重視[1-2]。為了準(zhǔn)確評(píng)估新車安全性能，國(guó)內(nèi)外的歐洲新車評(píng)價(jià)流程（Europe New Car Assessment Program, E-NCAP），中國(guó)新車評(píng)價(jià)流程（China-New Car Assessment Program,C-NCAP），聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)汽車法規(guī)（Economic Commission of Europe, ECE），全球統(tǒng)一汽車技術(shù)法規(guī)等新車安全性能法規(guī)，逐漸趨于完善[3-6]。在所有安全性能評(píng)估法規(guī)中，行人保護(hù)腿型試驗(yàn)均占有一定比重。為了公平準(zhǔn)確地評(píng)估新車對(duì)行人腿型造成的傷害程度，采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的腿型沖擊模塊[7-8]。目前，較為成熟的模塊是FLEX PLI腿型，其膝部測(cè)量值有內(nèi)側(cè)副韌帶（Medial Collateral Ligament, MCL）、前十字韌帶（Anterior Cruciate Ligament, ACL）、后交叉韌帶（Posterior Cruciate Ligament, PCL），均會(huì)作為行人保護(hù)安全性能的重要指標(biāo)。FLEX PLI腿型使用一年或者出現(xiàn)異常時(shí)，必須進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定校準(zhǔn)。這是保證 FLEX PLI腿型試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確的重要方法。然而，在FLEX PLI腿型靜態(tài)標(biāo)定過(guò)程中，普遍采用試錯(cuò)法調(diào)整腿型狀態(tài)，這種方法對(duì) FLEX PLI腿型膝部標(biāo)定結(jié)果的影響很不穩(wěn)定，大概率出現(xiàn)如圖1所示不通過(guò)的標(biāo)定結(jié)果。對(duì)于FLEX PLI腿型膝部標(biāo)定不通過(guò)狀態(tài)，無(wú)法判斷是腿型沒調(diào)整到位，還是腿型膝蓋中的韌帶彈簧性能下降到極限。為此需要一種將FLEX PLI腿型膝部調(diào)整到最佳狀態(tài)的方法。

圖1 FLEX PLI腿型膝部MCL標(biāo)定結(jié)果

1 膝部標(biāo)定判定值

使用FLEX PLI腿型進(jìn)行行人保護(hù)試驗(yàn)時(shí)，膝部韌帶指標(biāo)在整車評(píng)價(jià)中占有很大比重。所以，每年定期或試驗(yàn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，需要對(duì)內(nèi)置傳感器——位移傳感器、加速度傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)。在位移傳感器、加速度傳感器拆卸校準(zhǔn)或者更換其他部件后，F(xiàn)LEX PLI腿型膝部模塊，均需要重新組裝，組裝后按照C-NCAP管理規(guī)則進(jìn)行標(biāo)定。在組裝膝部模塊過(guò)程中，調(diào)整圖 2中標(biāo)號(hào)螺母 1記為nut1、螺母2記為nut2、螺母3記為nut3、螺母4記為nut4的韌帶彈簧壓緊螺母，以調(diào)節(jié)韌帶彈簧壓縮量，使MCL在如圖3所示的容差上下限內(nèi)，使ACL、PCL在如圖4所示的容差上下限內(nèi)。所以，調(diào)節(jié)韌帶彈簧壓緊螺母，控制韌帶彈簧壓縮量，對(duì)膝部模塊標(biāo)定結(jié)果至關(guān)重要。

圖2 FLEX PLI腿型膝部側(cè)面

圖3 FLEX PLI腿型膝部標(biāo)定MCL判斷值

圖4 FLEX PLI腿型膝部標(biāo)定ACL和PCL判斷值

測(cè)量結(jié)果越靠近容差中間值，腿型膝部調(diào)教的越好，故容差中間值為腿型膝部性能最佳指標(biāo)。為方便定量分析試驗(yàn)測(cè)試曲線與腿型標(biāo)定結(jié)果容差的關(guān)系，引入?yún)?shù)MV作為測(cè)量的MCL曲線中，距離容差中間值最遠(yuǎn)的測(cè)量值，表示其性能偏差。引入?yún)?shù)AV作為測(cè)量的ACL曲線中，距離容差中間值最遠(yuǎn)的測(cè)量值，表示其性能偏差。引入?yún)?shù)PV作為測(cè)量的PCL曲線中，距離容差中間值最遠(yuǎn)的測(cè)量值，表示其性能偏差。計(jì)算方法為

式中，MU為上限值；ML為下限值；Mmcl為MCL的測(cè)試值。

式中，AU為上限值；AL為下限值；Aacl為ACL的測(cè)試值。

式中，PU為上限值；PL為下限值；Ppcl為PCL的測(cè)試值。

通過(guò)上述公式，計(jì)算出標(biāo)定試驗(yàn)測(cè)量的MCL、ACL、PCL曲線的性能偏差MV、AV、PV（最靠近容差中間值的最大距離）。該值趨近于0時(shí)，彈簧壓縮量調(diào)整為最佳狀態(tài)。

2 影響因子確定

由FLEX PLI腿型靜態(tài)標(biāo)定過(guò)程，不難得知韌帶彈簧壓縮量直接影響膝部標(biāo)定結(jié)果。然而，韌帶彈簧壓縮量是由如圖 2所示的四排壓緊螺母松緊程度所決定。故四排螺母nut1、nut2、nut3、nut4的松緊程度成為膝部標(biāo)定的可控影響因子。螺母擰入螺栓，測(cè)量螺紋露出長(zhǎng)度，可直接表示四排壓緊螺母的松緊程度。當(dāng)螺紋露出長(zhǎng)度為 0 mm時(shí)，作為低水平，當(dāng)螺母沒入膝部模塊孔內(nèi)，不能再擰入時(shí)，作為高水平，測(cè)量螺紋露出長(zhǎng)度為3.4 mm。采用Minitab，進(jìn)行部分因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)。

3 Minitab部分因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)及優(yōu)化

使用Minitab工具產(chǎn)生試驗(yàn)計(jì)劃，如圖5所示，按照試驗(yàn)計(jì)劃矩陣進(jìn)行8次標(biāo)定試驗(yàn)，分別得到相應(yīng)的Mmcl、Aacl、PPCL，使用式（1）、式（2）、式（3），計(jì)算出MV、AV、PV。

圖5 Minitab產(chǎn)生的試驗(yàn)矩陣

采用Minitab中的因子分析，得到如圖6所示的標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)圖。從MV、PV、AV標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)圖中可以得到，第四排彈簧的松緊程度對(duì)柔性腿膝部標(biāo)定所有指標(biāo)的影響最大，第二排彈簧松緊對(duì) PCL的標(biāo)定結(jié)果影響較大，第三排彈簧松緊對(duì)ACL的標(biāo)定結(jié)果影響較大，第一、二、三排彈簧松緊對(duì)MCL的標(biāo)定結(jié)果均有一定影響。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)效應(yīng)圖

根據(jù)前面分析可知，韌帶彈簧壓縮量調(diào)整為最佳狀態(tài)時(shí)，MV、AV、PV均需要趨近于0。使用Minitab中的優(yōu)化響應(yīng)器進(jìn)行優(yōu)化處理，結(jié)果如圖7所示，得到nut1、nut2、nut3、nut4螺紋露出長(zhǎng)度分別為2.7 mm、3.1 mm、3.2 mm、0.9 mm時(shí)，靜態(tài)標(biāo)定輸出結(jié)果最接近中間值，柔性腿調(diào)整為最佳狀態(tài)。

圖7 優(yōu)化結(jié)果圖

4 試驗(yàn)驗(yàn)證優(yōu)化結(jié)果

將nut1、nut2、nut3、nut4螺紋露出長(zhǎng)度分別調(diào)整至優(yōu)化結(jié)果2.7 mm、3.1 mm、3.2 mm、0.9 mm，進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)。標(biāo)定結(jié)果如圖8、圖9所示。MCL與中間值的最大距離為6.11 Nm，在±17 Nm判斷范圍內(nèi)，ACL與中間值的最大距離為-0.11 mm，在±1 mm判斷范圍內(nèi)，PCL與中間值的最大距離為0.09 mm，在±1 mm判斷范圍內(nèi)。

圖8 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果MCL

圖9 試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果ACL和PCL

5 總結(jié)

試驗(yàn)所用的優(yōu)化后腿型測(cè)試結(jié)果與理論測(cè)試優(yōu)化值存在一定誤差，與螺紋調(diào)節(jié)精度和膝部模塊的復(fù)合剛度有一定關(guān)系。但不影響使用Minitab對(duì)柔性腿膝部韌帶調(diào)節(jié)的優(yōu)化。根據(jù)Minitab優(yōu)化過(guò)程，得出結(jié)論如下：

（1）膝部韌帶螺母松緊程度，對(duì)MCL、PCL、ACL均有較大影響。

（2）通過(guò)Minitab優(yōu)化螺母松緊程度，可以使韌帶性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)。由于韌帶彈簧自身性能影響，不能確定測(cè)試結(jié)果在要求范圍內(nèi)。