汽車專用三維H點假人裝置（HPM）校準的不確定度分析

【摘" 要】汽車專用三維H點假人裝置的校準項目包括諸多質量和空間尺寸等，本文依據GB/T 29120—2012 《H點和R點確定程序》以及JJF（機械）1065—2021《汽車專用三維H點假人裝置（HPM）校準規范》對三維H點裝置的質量、幾何尺寸等計量特性進行深入探究，認真分析了校準過程中的不確定度，并總結出了分析示例。

【關鍵詞】汽車碰撞假人；不確定度；三維H點；校準

中圖分類號：U463.6" " 文獻標志碼：A" " 文章編號：1003-8639（ 2022 ）12-0084-02

Uncertainty Analysis of Calibration of Three-dimensional H-point Machine for Vehicle Dedicated

SU Heng，FENG Zhu，HAN Yan-xiang，WANG Hai-jun

（CATARC Automotive Test Center（Tianjin）Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

【Abstract】The calibration project of 3D H-point dummies for automobiles includes many qualities and space dimensions，etc. In this paper，based on GB/T 29120—2012“Procedure for H-point and R-point Determination”and JJF（mechanical）1065—2021“Calibration Specifications of Three-dimensional H-point Machine for Vehicle Dedicated”，the quality，geometric size and other measurement characteristics of three-dimensional H point device are deeply explored，and the uncertainty in the calibration process is carefully analyzed. And the analysis example is summarized.

【Key words】dummies for auto crash test；the uncertainty；3D H-point；calibration

1" 引言

三維H點裝置用于測定車輛上的實際H點和實際軀干角的裝置[1]。汽車專用三維H點假人裝置（HPM）校準項目包括諸多質量和空間尺寸等，以H點（中心）與水平面的距離、軀干角測量面相對鉛垂面角度、座板和背板總成質量為例，分別進行尺寸、角度、質量的測量不確定評定。校準所用到的標準器及設備精度指標如下。

1）幾何尺寸測量可使用以下測量儀器：①卡尺，最大允許誤差不大于±0.25mm；②坐標測量機，最大允許誤差不大于±0.25mm。

2）角度測量使用傾角儀測量，傾角儀測量范圍±90°或 ±180°，最大允許誤差不大于±0.05°。

3）質量測量使用電子秤測量，電子秤示值量程100kg，精度等級III級。

由于人員主觀操作和標準器具測量，試驗過程有諸多因素會造成校準結果的偏差，因此有必要對其結果進行不確定度的評定。

2" 三維H點裝置簡述

三維H點裝置簡稱HPM，如圖1所示。背板和座板用增強塑料和金屬制成；它們模擬人體的軀干和大腿，兩者機械地鉸接于“H”點處。一個量角器固定在鉸接于“H”點的探測桿上，用于測量實際靠背角。固定在座板上的可調節大腿桿確定大腿中心線，并作為臀部張角量角器的基準線。

小腿桿件在連接膝部的T形桿處與座板總成相連，該T形桿是可調大腿桿的橫向延伸。在小腿桿上裝有量角器，以便測量膝部角。鞋和腳總成上刻有度數，用來測量腳部角。兩個水平儀確定裝置的空間位置，軀干各重塊放在對應部位重心處，用以提供76kg男子對座椅相同的壓力。

3" H點（中心）與水平面的距離的不確定度評定

3.1" 測量模型

將HPM按照標準方法定位完成后，使用坐標測量機分別測量HPM左右H點坐標。其z坐標即為左右H點到水平面的距離，因此H點（中心）與水平面的距離可表示為：

d=

式中：zl——左側H點z坐標值；zr——右側H點z坐標值。

靈敏度系數：c1==0.5，c2==0.5。

因此，H點（中心）與水平面的距離測量的合成標準不確定度為：

uc=

3.2" 不確定度的計算

1）左側H點z坐標引入的不確定度u1

測量重復性引入的不確定度采用A類評定方法，重復測量10次，測量結果見表1，均值zl=97.708mm，標準差s（zl）=0.125mm，即測量重復性引入的不確定度u1A=0.125mm。

根據坐標測量機的設備校準證書，擴展不確定度U=0.013mm（k=2），因此設備引入的標準不確定度u1B==6.500×10-3mm。

因此左側H點z坐標引入的不確定度u1==0.126mm。

2）右側H點z坐標引入的不確定度u2

采用相同方法，重復測量結果見表2，均值zr=97.276mm，標準差s（zr）=0.050mm，測量重復性引入的不確定度u2A=0.050mm，測量設備引入的不確定度u2B=6.500×10-3 mm，不確定分量u2==0.051mm。

3）合成不確定

各不確定度分量及其靈敏度系數見表3，按照下式計算合成不確定度。

uc==0.068mm

4）擴展不確定度

取包含因子k=2，其擴展不確定為U=k×uc=0.136mm。

4" 軀干角測量面相對鉛垂面角度的不確定度評定

4.1" 測量模型

將HPM按照標準方法定位完成后，使用傾角測量儀直接測量軀干角測量面的角度。

因此可直接對軀干角測量面相對鉛垂面角度測量值α進行標準不確定度評估。

4.2" 不確定度計算

1）標準不確定度的計算

測量重復性引入的不確定度采用A類評定方法，重復測量10次，測量結果見表4，均值α=0.01°，標準差s（α）=0.01°，即測量重復性引入的不確定度uA=0.01°。

傾角測量儀的精度為lt;0.05°，即區間半寬a=0.05°，按照矩形分布取k=，因此設備引入的標準不確定度uB==0.03°。

因此軀干角測量面角度的不確定度u==0.03°。

2）擴展不確定度

取包含因子k=2，其擴展不確定為U=k×u=0.06°。

5" 座板和背板總成質量的不確定度評定

5.1" 測量模型

該質量為直接測量，因此可直接對座板背板總成質量測量值m1進行標準不確定度評定。

5.2" 不確定度計算

1）標準不確定度的計算

測量重復性引入的不確定度采用A類評定方法，重復測量10次，測量結果見表5，均值m1=19.279kg，標準差s（m1）=0.001kg，即測量重復性引入的不確定度uA=0.001kg。

根據電子秤的設備校準證書，擴展不確定度U=0.0008kg（k=2），因此設備引入的標準不確定度uB==0.0004kg。

因此座板背板總成質量的不確定度u==0.001kg。

2）擴展不確定度

取包含因子k=2，其擴展不確定為U=k×u=0.002kg。

6" 總結

本文對汽車專用三維H點假人裝置的校準過程進行了討論，針對各種誤差來源，結合實際試驗情況列出了一套完整的不確定度評定案例，對于提高三維H點假人裝置校準有效性有一定的意義。

參考文獻：

[1] GB/T 29120—2012，H點和R點確定程序[S].

[2] 陳錫林，朱凱捷，周新良. 測量用三維H點裝置的尺寸校準技術研究[J]. 北京汽車，2012（5）：2.

[3] PageAdmin CMS. 汽車碰撞試驗假人的部分標定試驗[Z].

[4] JJF（機械）1065—2021，汽車專用三維H點假人裝置（HPM）校準規范[S].

（編輯" 章" 子）