BioRID II 型假人沖擊標定的研究

楊凱　李英杰　邱天羿　張傲同　麥文杰

摘 要：BioRID II 假人主要用于評估鞭打試驗中，座椅及頭枕對人體頸部揮鞭傷防護的效果。假人用于試驗評價用于判斷試驗是否精確則需要通過定期對 BioRID II 假人進行標定，確保各個通道滿足法規要求。沖擊標定是 BioRID II 假人標定試驗中標定最困難的一項。本文主要介紹沖擊標定中常見問題項目的解決方法與經驗。

關鍵詞：BioRID II;沖擊;標定

1 引言

在后碰事故中，乘員頸部容易受到難以量化的揮鞭傷害，而且會導致受傷者很虛弱及長期的后遺癥。所以歐洲研發出用于模擬后碰事故中評價駕駛證者頸部受到傷害程度的假人。

早在 1986 年，Seemann 發現 Hybrid III 假人用于后碰試驗時，由于其頸部是由聚氨酯材料整體澆注成型，頸部彎曲時響應剛度過高，曲率不正常。Deng 提出 Hybrid III 假人仿真模型用于后碰試驗，與人體頸部頸部有著相似的力矩響應，但頸部 x 方向的剪切力過高。1991 年，Bruno 將 Hybrid III 假人與尸體進行后碰模擬試驗對比時發現，Hybrid III 假人顯示相當大的剪切力，與尸體顯示的無傷害特征與測量到的剪切力對應特征不符合。

假人標定試驗是為了保證試驗中假人的生物仿真度與測量的精度，定期需按照法規要求對假人進行標定。BioRID II 假人標定程序包括滑軌性能標定、脊椎曲率檢查與假人沖擊標定。無法滿足性能要求時，需進行部件更換等措施。沖擊標定為 BioRID II 假人標定項目中最難一項，本文主要介紹沖擊標定的調整方法與對策。

2? BioRID II 假人脊椎曲率檢查

BioRID II 假人脊椎由頸部 C1～C7、胸椎 T1～T12 和腰椎 L1～L5 組成，與人體擁有相同數量的椎骨。深層肌肉產生的力由椎骨間的剛度進行模擬，淺層肌肉則由頸部上端為起點的三根纜繩模擬。在進行動態標定之前，需滿足靜態曲率的各項要求。各椎骨前后之間附有聚氨酯橡膠塊，表現出了肌肉與椎骨之間的活動范圍與特性。汽車后碰事故中，頭部因為慣性作用位移延遲，頸部發生如鞭子一樣彎曲的運動，而頭部在向前回彈的過程中，由椎間聚氨酯塊于纜繩組成的肌肉替代塊模擬了假人的回彈效果。

3 BioRID II 假人沖擊標定與描述。

根據 C-NCAP 規范中對假人各個部位標定的要求，性能指標和通道的規定。

3.1? 沖擊標定試驗流程

①將假人與能量轉換裝置至于滑臺設備上

②標定試驗時，安裝 BioRID II 假人（無下軀干和手臂）至滑臺的假人安裝板處后，安裝上下頸部及滑臺處的角度傳感器。

③使擺錘自由懸掛，將滑臺導軌向擺錘方向移動，直至擺錘撞擊面與能量轉換裝置剛好接觸。調整假人頭部前后水平角度后將擺錘以 4.7m/s～4.8m/s 速度沖擊能量轉換裝置（如圖 2 所示），完成沖擊標定。

4 BioRID II 假人沖擊標定與描述

頭部枕骨轉角曲線與脊椎處阻尼器松緊有關。通過長期對 BioRID II 假人的標定經驗及常見的改善各個參數值對應的措施，總結出如下調整的方法：

4.1? 電位計 A 影響因素

①若釋放擺錘后測量得到的頭部枕骨最大轉角值電位計 A 值低于下限，其原因主要是脊椎處控制頸部線纜的阻尼器過緊，通常采取松開適量阻尼器螺栓的方法。在多次調整后電位計 A 值改善依然不是很明顯的情況下，可將 T1 處橡膠緩沖塊更換為更軟的緩沖塊。而緩沖塊的硬度與顏色有一定的關系，顏色越冷，硬度越高。

②在最大轉角值電位計 A 值高于上限制，反之亦然，通常采取擰緊適量阻尼器螺栓的方法進行調整。

③當枕骨轉角 potA 值滿足通道要求，但枕骨 OC 的時刻在區間 100ms～160ms 之間，說明電位計 A 的轉角在受到擺錘撞擊后傾的角度沒有向前回彈的角度大。通常采取將 BioRID II 頭部在允許范圍內適當后傾一定角度，可改善回彈角度過大的情況。

4.2? 電位計 B 影響因素

①頸部最大轉角電位計 B 峰值低于下限時，通常調整彈簧線纜，將控制頸部前端的彈簧擰緊，控制后端的彈簧擰松，從而使頭部向前傾斜。

③頸部在 98ms～108ms 區間時，若頸部鏈接處轉角電位計 B 值過大，表示控制線纜的阻尼器過于松弛，或者頭部被調整的過于靠后，反之亦然。

4.3? 電位計 A 與 B 頸部轉角總和

電位計 A 與 B 轉角之和表示了頸部在脊椎聯動的作用下，在受到沖擊后向前的最大位移。轉角和在 100ms～110ms 區間時，若值超過上限，說明了頸部缺少向前的阻力，建議更換頸部前端的橡膠緩沖塊。

4.4? 電位計 C 在 T1 處轉角值

①轉角和在 73ms～78ms 區間時，若轉角值未超過轉角要求的低限值，說明了脊椎處轉動不足，建議于 T2、T3 之間更換薄的白色橡膠緩沖塊。

5 結論

BioRID II 假人標定考察項目較多，主要約束脊椎各個椎骨可動域與生物仿真度。頭部枕骨轉角影響的因素與擺錘和能量轉換裝置接觸時的速度有關，同時與控制頸部線束阻尼器的松緊有關，因此可通過調整擺錘高度與調節頸部線束松緊的方法，以控制頸部在實際標定中擺動角度的仿真度。主要闡明了不同參數在分別受到阻尼器螺栓松緊調整下、各部位橡膠緩沖塊軟硬情況下的影響。

參考文獻：

[1]Johan Davidsson， BioRID II final report. G？teborg， Sweden. Chalmers University of Technology， 1999.

[2]L? ?vsund， P. and Wiklund， K.， BioRID-A New Biofidelic Rear Impact Dummy.Proc. 1998 Int. IRCOBI Conf.，G? ?teborg， Sweden， 1998b：pp.377-390.