武鹏云

摘 要：假人标定试验的目的是检验其是否满足性能要求，直接决定了汽车碰撞试验结果的准确性。为提高假人颈部标定试验的效率，文章从摆锤的撞击速度、蜂窝铝的数量2个方面入手，采用控制变量法设计了7组HybridⅢ-50th假人颈部标定试验，分析其对颈部标定结果的影响。结果表明：摆锤的撞击速度对D平面的最大转角和枕骨处最大力矩影响显著;蜂窝铝的数量对枕骨处的最大力矩影响显著;二者皆对摆锤的减速度有一定影响。

关键词：HybridⅢ-50th假人;颈部标定试验;影响因素

中图分类号：U467  文献标识码：A  文章编号：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

碰撞假人作为汽车安全性能的重要评价工具，国内外各大法规及标准（如C-NCAP）规定每2次碰撞试验后均需要对假人各部位进行1次标定试验，以验证假人各方面性能指标是否符合规定要求[1]。颈部标定是整个假人标定试验中的一部分，直接决定了假人标定的结果。

国内外的许多专家学者对假人颈部标定试验做了一些研究。汽车噪声振动和安全技术国家重点实验室的周虎、许艾、杨华明等人[2]总结了H3系列假人颈部标定过程中遇到的问题并提供了相应的解决方法，大大提高了标定试验的效率。武汉理工大学的李建功等人[3]主要研究了颈部标定过程中使摆锤减速度合格的经验方法。刘洋、师玉涛、张世凯等人[4]发现可以通过改变假人点头块的高度和硬度来改善标定结果，高度越小硬度越低，其曲线延迟、角度峰值增大，力矩峰值降低。

本文从摆锤的撞击速度、蜂窝铝的数量2个方面入手，采用控制变量法设计了7组HybridⅢ-50th假人颈部标定试验，研究摆锤的撞击速度和蜂窝铝的数量对标定结果的影响，以此来指导假人的颈部标定，提高标定效率。

1 颈部标定试验

1.1 标定方法

颈部标定试验需要的设备主要有：颈部标定试验台，DTS车载数据采集仪，蜂窝铝，头部总成，颈部总成，六通道颈部力传感器，角度传感器，加速度传感器等[5]，部分试验设备如图1所示。

由于假人的材料性能会受到环境温度和湿度的影响，因此标定试验之前，需要将假人保存在温度为20.6～22.2℃，相对湿度为10%～70%的环境中至少4个小时，同时应该保证试验环境也具有相同的温度和湿度。另外在试验前应保证假人各部件完整无损伤。假人颈部标定试验的步骤为：

a. 将假人的头颈总成固定在摆锤的下端，使头部的中截面垂直于地面和撞击平面，且与摆锤纵向中心线的运动平面重合。

b. 给颈索上的螺母施加1.36±0.27 N·m的扭矩。

c. 安装蜂窝铝，所需蜂窝铝的孔数与具体的材料有关，一般选用27孔，采用“5+6+5+6+5”的形式，蜂窝铝的安装位置如图2所示。

d. 将摆锤拉升到一定高度，使其自由下落时的撞击速度达到6.89～7.13 m/s。

e. 释放摆锤，摆锤自由下落并撞击蜂窝铝，采集各传感器中的数据。

1.2 评价指标

CFR 49 PART 572[6]标准中规定的颈部标定评价指标有三个，分别是摆锤的减速度、D平面的旋轉角度和枕骨处力矩。具体的评价要求为：

a. 摆锤在各个时刻的减速度应该满足表1中的要求;摆锤的减速度应在34～42 ms之内降到5 g。

b. D平面的旋轉角度必须在57.0～64.0 ms之内达到最大值，且最大值应在64.0°～78.0°范围之内;摆锤撞击蜂窝铝之后，D平面的旋转角度必须在113.0～128.0 ms之内达到0°。

c. 枕骨处力矩必须在47.0～58.0 ms之内达到最大值，且最大值应在88.1～108.4 N·m范围内;摆锤撞击蜂窝铝之后，枕骨处力矩必须在97.0～107.0 ms之内达到0。

1.3 标定结果

本文首先对该假人进行了一次颈部标定试验，标定结果如表2所示，表中各项评价指标均符合要求，故本次标定结果合格。

2 影响因素分析

尽管标准中已经对假人的标定过程做了详细的规定，但是实际操作中还是会出现假人符合使用要求却仍标定失败的情况，大大地影响了标定的效率。影响颈部标定的因素有很多，主要包括摆锤的撞击速度、蜂窝铝的数量、颈索螺母的扭矩、环境的温度和湿度、点头块的高度和硬度等。本文从摆锤的撞击速度、蜂窝铝的数量2个方面入手，采用控制变量法分析其对颈部标定结果的影响。在分析某一因素对结果的影响时，需要保证其他影响因素尽可能相同，以期得到准确的结论。

2.1 摆锤的撞击速度

给颈索上的螺母施加1.36 N·m的扭矩，保持试验室的温度为21.5 ℃，湿度为45%，蜂窝铝设置为27孔，仅改变摆锤的撞击速度进行4组颈部标定试验，试验得到的结果如表3所示。

由表3可以看出，摆锤的撞击速度对假人颈部的标定会产生很大的影响。随着摆锤的撞击速度增大，同一时刻摆锤的减速度有增大的趋势，摆锤减速度降到5g时对应的时刻提前;D平面的最大转角随着摆锤撞击速度的增大而增大，摆锤的撞击速度由6.63 m/s增加到7.07 m/s时，D平面的最大转角增加了18.6%，达到最大转角和0°所用的时间变化不明显;随着摆锤的撞击速度增大，枕骨处的最大力矩明显增大，摆锤的撞击速度由6.63 m/s增加到7.07 m/s时，枕骨处的最大力矩增加了37.2%，枕骨处力矩达到最大和0时所用的时间变化不明显。

2.2 蜂窝铝的数量

蜂窝铝的数量决定了其硬度，进而会影响到标定结果。给颈索上的螺母施加1.36 N·m的扭矩，保持试验室的温度为21.5 ℃，湿度为45%，摆锤的撞击速度控制在6.61±0.02 m/s左右，仅改变蜂窝铝的数量，进行3组颈部标定试验，3组试验的蜂窝铝分别采用“5+6+5+6+5”、“5+6+5+6+6”和“6+6+5+6+6”的形式，试验得到的结果如表4所示。

由表4可以看出，蜂窝铝的数量对枕骨处的最大力矩会产生明显的影响，随着蜂窝铝的数量增加，枕骨处的最大力矩也在增大，蜂窝铝的数量由27孔增加为29孔时，枕骨处的最大力矩增加了27.2%，枕骨处力矩达到最大和0时所用的时间变化不明显;同一时刻摆锤的减速度随着蜂窝铝数量的增加也有增加的趋势;蜂窝铝数量对D平面的转角无明显影响。

3 结论

本文从摆锤的撞击速度、蜂窝铝的数量2个方面入手，采用控制变量法设计了7组假人颈部标定试验，得到以下结论：

a. 随着摆锤的撞击速度增大，同一时刻摆锤的减速度有增大的趋势，摆锤减速度降到5g时对应的时刻提前;D平面的最大转角随着摆锤撞击速度的增大而增大，达到最大转角和0°所用的时间变化不明显;随着摆锤的撞击速度增大，枕骨处的最大力矩明显增大，枕骨处力矩达到最大和0时所用的时间变化不明显。

b. 随着蜂窝铝的数量增加，枕骨处的最大力矩也在增大，枕骨处力矩达到最大和0时所用的时间变化不明显;同一时刻摆锤的减速度随着蜂窝铝数量的增加也有增加的趋势;蜂窝铝数量对D平面的转角无明显影响。

c. 在颈部标定试验中可以通过调节摆锤的撞击速度和蜂窝铝的数量来校正标定结果，提高标定试验的效率。摆锤的减速度或枕骨处的最大力矩过大时，可以通过减小摆锤的撞击速度或者减少蜂窝铝的数量来调节;D平面的最大转角过大时，可以通过减小摆锤的撞击速度调节。

参考文献

[1] 中国汽车技术研究中心.C-NCAP管理规则（2018 版）[S].天津：2018.

[2] 周虎，许艾，杨华明，等.H3系列假人颈部标定的研究[C].中国汽车工程学会年会论文集， 2015：560-563.

[3] 李建功，李永刚，卢冶，等.Hybrid Ⅲ第50百分位男性假人颈部标定的研究[C].中国汽车工程学会年会论文集，2009： 667-669.

[4] 刘洋，师玉涛，张世凯，等.H3-50 nodding block 对颈部标定影响研究[J].中国汽车， 2019（07）： 44-48.

[5] 张毅，韩刚，刘卫国，等.正面碰撞用HⅢ 50百分位男性假人颈部标定系统的研究[J].现代交通技术，2013（02）：81-84.

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