HybridⅢ-50th假人頸部標定試驗的影響因素研究

武鵬云

摘 要：假人標定試驗的目的是檢驗其是否滿足性能要求，直接決定了汽車碰撞試驗結果的準確性。為提高假人頸部標定試驗的效率，文章從擺錘的撞擊速度、蜂窩鋁的數量2個方面入手，采用控制變量法設計了7組HybridⅢ-50th假人頸部標定試驗，分析其對頸部標定結果的影響。結果表明：擺錘的撞擊速度對D平面的最大轉角和枕骨處最大力矩影響顯著;蜂窩鋁的數量對枕骨處的最大力矩影響顯著;二者皆對擺錘的減速度有一定影響。

關鍵詞：HybridⅢ-50th假人;頸部標定試驗;影響因素

中圖分類號：U467? 文獻標識碼：A? 文章編號：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

碰撞假人作為汽車安全性能的重要評價工具，國內外各大法規及標準（如C-NCAP）規定每2次碰撞試驗后均需要對假人各部位進行1次標定試驗，以驗證假人各方面性能指標是否符合規定要求[1]。頸部標定是整個假人標定試驗中的一部分，直接決定了假人標定的結果。

國內外的許多專家學者對假人頸部標定試驗做了一些研究。汽車噪聲振動和安全技術國家重點實驗室的周虎、許艾、楊華明等人[2]總結了H3系列假人頸部標定過程中遇到的問題并提供了相應的解決方法，大大提高了標定試驗的效率。武漢理工大學的李建功等人[3]主要研究了頸部標定過程中使擺錘減速度合格的經驗方法。劉洋、師玉濤、張世凱等人[4]發現可以通過改變假人點頭塊的高度和硬度來改善標定結果，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、蜂窩鋁的數量2個方面入手，采用控制變量法設計了7組HybridⅢ-50th假人頸部標定試驗，研究擺錘的撞擊速度和蜂窩鋁的數量對標定結果的影響，以此來指導假人的頸部標定，提高標定效率。

1 頸部標定試驗

1.1 標定方法

頸部標定試驗需要的設備主要有：頸部標定試驗臺，DTS車載數據采集儀，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]，部分試驗設備如圖1所示。

由于假人的材料性能會受到環境溫度和濕度的影響，因此標定試驗之前，需要將假人保存在溫度為20.6～22.2℃，相對濕度為10%～70%的環境中至少4個小時，同時應該保證試驗環境也具有相同的溫度和濕度。另外在試驗前應保證假人各部件完整無損傷。假人頸部標定試驗的步驟為：

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動平面重合。

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，所需蜂窩鋁的孔數與具體的材料有關，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，使其自由下落時的撞擊速度達到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據。

1.2 評價指標

CFR 49 PART 572[6]標準中規定的頸部標定評價指標有三個，分別是擺錘的減速度、D平面的旋轉角度和枕骨處力矩。具體的評價要求為：

a. 擺錘在各個時刻的減速度應該滿足表1中的要求;擺錘的減速度應在34～42 ms之內降到5 g。

b. D平面的旋轉角度必須在57.0～64.0 ms之內達到最大值，且最大值應在64.0°～78.0°范圍之內;擺錘撞擊蜂窩鋁之后，D平面的旋轉角度必須在113.0～128.0 ms之內達到0°。

c. 枕骨處力矩必須在47.0～58.0 ms之內達到最大值，且最大值應在88.1～108.4 N·m范圍內;擺錘撞擊蜂窩鋁之后，枕骨處力矩必須在97.0～107.0 ms之內達到0。

1.3 標定結果

本文首先對該假人進行了一次頸部標定試驗，標定結果如表2所示，表中各項評價指標均符合要求，故本次標定結果合格。

2 影響因素分析

盡管標準中已經對假人的標定過程做了詳細的規定，但是實際操作中還是會出現假人符合使用要求卻仍標定失敗的情況，大大地影響了標定的效率。影響頸部標定的因素有很多，主要包括擺錘的撞擊速度、蜂窩鋁的數量、頸索螺母的扭矩、環境的溫度和濕度、點頭塊的高度和硬度等。本文從擺錘的撞擊速度、蜂窩鋁的數量2個方面入手，采用控制變量法分析其對頸部標定結果的影響。在分析某一因素對結果的影響時，需要保證其他影響因素盡可能相同，以期得到準確的結論。

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，保持試驗室的溫度為21.5 ℃，濕度為45%，蜂窩鋁設置為27孔，僅改變擺錘的撞擊速度進行4組頸部標定試驗，試驗得到的結果如表3所示。

由表3可以看出，擺錘的撞擊速度對假人頸部的標定會產生很大的影響。隨著擺錘的撞擊速度增大，同一時刻擺錘的減速度有增大的趨勢，擺錘減速度降到5g時對應的時刻提前;D平面的最大轉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，D平面的最大轉角增加了18.6%，達到最大轉角和0°所用的時間變化不明顯;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，枕骨處的最大力矩增加了37.2%，枕骨處力矩達到最大和0時所用的時間變化不明顯。

2.2 蜂窩鋁的數量

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

由表4可以看出，蜂窩鋁的數量對枕骨處的最大力矩會產生明顯的影響，隨著蜂窩鋁的數量增加，枕骨處的最大力矩也在增大，蜂窩鋁的數量由27孔增加為29孔時，枕骨處的最大力矩增加了27.2%，枕骨處力矩達到最大和0時所用的時間變化不明顯;同一時刻擺錘的減速度隨著蜂窩鋁數量的增加也有增加的趨勢;蜂窩鋁數量對D平面的轉角無明顯影響。

3 結論

本文從擺錘的撞擊速度、蜂窩鋁的數量2個方面入手，采用控制變量法設計了7組假人頸部標定試驗，得到以下結論：

a. 隨著擺錘的撞擊速度增大，同一時刻擺錘的減速度有增大的趨勢，擺錘減速度降到5g時對應的時刻提前;D平面的最大轉角隨著擺錘撞擊速度的增大而增大，達到最大轉角和0°所用的時間變化不明顯;隨著擺錘的撞擊速度增大，枕骨處的最大力矩明顯增大，枕骨處力矩達到最大和0時所用的時間變化不明顯。

b. 隨著蜂窩鋁的數量增加，枕骨處的最大力矩也在增大，枕骨處力矩達到最大和0時所用的時間變化不明顯;同一時刻擺錘的減速度隨著蜂窩鋁數量的增加也有增加的趨勢;蜂窩鋁數量對D平面的轉角無明顯影響。

c. 在頸部標定試驗中可以通過調節擺錘的撞擊速度和蜂窩鋁的數量來校正標定結果，提高標定試驗的效率。擺錘的減速度或枕骨處的最大力矩過大時，可以通過減小擺錘的撞擊速度或者減少蜂窩鋁的數量來調節;D平面的最大轉角過大時，可以通過減小擺錘的撞擊速度調節。

參考文獻

[1] 中國汽車技術研究中心.C-NCAP管理規則（2018 版）[S].天津：2018.

[2] 周虎，許艾，楊華明，等.H3系列假人頸部標定的研究[C].中國汽車工程學會年會論文集， 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定的研究[C].中國汽車工程學會年會論文集，2009： 667-669.

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

[5] 張毅，韓剛，劉衛國，等.正面碰撞用HⅢ 50百分位男性假人頸部標定系統的研究[J].現代交通技術，2013（02）：81-84.

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