汽车正碰撞假人躯干标定装置设计
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关于正面碰撞乘员保护的设计规则(1999年10月28国机管[1999]567号文发布)1 范围1.1 本设计规则适用于M1类车辆就正面碰撞时前排外侧座椅乘员保护方面的认证。
2 定义2.1 保护系统:指用来约束乘员并有助于满足第5条要求的内部安装件及装置。
2.2 保护系统的型式:指在下列主要方面没有差异的保护装置:制造工艺;尺寸;材料。
2.3 碰撞角:指垂直于壁障前表面的直线与车辆纵向行进方向线之间的夹角。
2.4 壁障表面:指壁障紧贴着胶合板的那一部分表面。
2.5 (暂缺)2.6 车型:指在下列主要方面没有差异的车辆:2.6.1 对碰撞试验结果有影响的车辆长度和宽度。
2.6.2 对碰撞试验结果有不良影响的,通过驾驶员座椅“R”点的横向平面前方的车辆部分的结构、尺寸、轮廓和材料。
2.6.3 对碰撞试验结果有影响的乘员舱外形和内部尺寸以及保护系统的型式。
2.6.4 发动机的布置(前置、后置或中置)及排列方向(横向或纵向)。
2.6.5 对碰撞试验结果有不良影响的车辆质量。
2.6.6 对碰撞试验结果有不良影响的,由制造厂提供的选装设备或装置。
2.7 乘员舱:指容纳乘员的空间,由顶盖、地板、侧围、车门、玻璃窗和前围、后围或后座椅靠背支撑板围成。
2.8 “R”点:指制造厂为每个座椅规定的,与车辆结构有关的基准点,见附件6。
2.9 “H”点:指按附件6描述的程序所确定的每个座椅的基准点。
2.10 整备质量:指处于运行状态的车辆质量,没有驾驶员、乘客和货物,但加满燃料、冷却液、润滑油,并带有随车工具和备胎(如果这些由制造厂作为标准装备提供的话)。
注;本设计规则编号为CMVDR294,与ECER94法规对应。
3 认证申请3.1 车型的认证申请应由制造厂或其正式指定的代理人提出。
3.2 申请时应附有下列文件一式两份,以及有关详细资料:3.2.1 对该车型的结构、尺寸、外形及制造材料方面的详细说明。
3.2.2 表示该车型正、侧及后视图的照片或简图及图纸,以及车辆前部结构的设计详图(可以有别于生产图纸)。
曲镦锻成形过程中容易产生的模具型腔填充不满现象相一致㊂对铅锻件进行总体测量,其曲拐主轴颈为15mm ,曲柄颈为13.75mm ,锻件塌角量为0.2mm ,飞边量为1.8mm ㊂曲柄臂主要结构尺寸与原型锻件设计图中尺寸比例均符合系统几何相似系数㊂(a)滞留在弯曲模具中的锻件(b)铅曲轴图6 铅曲轴弯曲镦锻物理模拟结果3.3 曲轴成形载荷图7所示为N T R 弯曲物理模拟系统中模具传感器记录的铅曲轴成形载荷数据与铅曲轴数值模拟成形载荷数据㊂(a)镦锻力行程时间曲线(b)弯曲力行程时间曲线图7 铅曲轴成形模具载荷-行程时间物理模拟及数值模拟结果通过铅曲轴物理模拟成形载荷数据与数值模拟载荷数据对比,物理模拟镦锻力行程时间曲线㊁弯曲力行程时间曲线分别与数值模拟曲线变化趋势相吻合㊂它们的区别主要表现如下:①整个成形周期中,物理模拟载荷数据略高于数值模拟结果,终锻载荷偏差为9.1%,成形过程载荷最大偏差为14.6%;②镦锻模具运动起始时刻物理模拟载荷数据不为零㊂主要原因如下:①铅曲轴成形数值模拟材料数据与其实际力学性能存在一定误差;②铅曲轴成形物理模拟中镦锻模具运行初始速度加载不是瞬时实现的,曲轴变形前镦锻模具加速过程中模座与导轨的摩擦力致使模具测力传感器数据不为零㊂由图7a 可见,弯曲镦锻前期,曲轴镦锻力缓慢增大;随着金属材料填充型腔,与模具接触面积增大,材料的变形抗力增大,曲轴镦锻力随模具行程增大而迅速增大;弯曲镦锻后期,锻件飞边形成,模锻阻力急剧增大,镦锻结束时达到曲轴成形过程的最大值㊂图7b 很好地反映了镦镦弯”工艺方案曲轴整个变形过程中弯曲力随模具行程时间变化的实际情况,可以为曲轴原型工艺方案研究提供参考㊂4 结论(1)曲轴N T R 弯曲镦锻物理模拟系统轴坯与模具尺寸满足与原型系统的精确几何相似条件,通过控制三个步进电机,可以精确实现其与原型系统的运动学相似㊂(2)根据双曲正弦形式修正的A r r h e n i u s 流变应力数学模型,对于给定相关性水平毩=0.05,铅的室温塑性变形性能与42C r M o 钢的高温塑形变形性能近似相似㊂以铅作为模拟材料的曲轴N T R 弯曲镦锻系统可以实现与原型系统的近似动力学相似㊂(3)曲轴N T R 弯曲镦锻物理模拟系统可有效仿真原型系统中各种有关参数的效应和所期望的有关现象㊂所得锻件出现模锻工艺中容易产生的填充不满与飞边现象,并且主体结构尺寸与锻件设计尺寸满足相似常数㊂(4)基于相似理论的物理模拟方法可降低曲轴弯曲镦锻工艺研究成本,可为大型全纤维曲轴N T R 弯曲镦锻成形规律研究提供可靠研究方法与工艺参考数据㊂参考文献:[1] 崔怀旭,段志刚,张振纯. N T R ”法全纤维曲轴弯曲镦锻技术[J ].机械设计,2006,23(S ):151‐153.C u iH u a i x u ,D u a nZ h i g a n g ,Z h a n g Z h e n c h u n .N T R U p s e t ‐b e n d i n g P r o c e s s f o rC o n t i n u o u s G r a i n F l o w C r a n k s h a f t [J ].J o u r n a l o fM a c h i n eD e s i g n ,2006,23(S ):151‐153.[2] 樊志江,孙丹凤,孙晓鹏,等.N T R 法锻造18V 48/60曲轴可行性分析[J ].大型铸锻件,2009(5):14‐16.(下转第1414页)㊃9041㊃曲轴N T R 弯曲镦锻物理模拟系统相似性分析王栋彦 张连洪 李 航基于中国人体特征的正面碰撞假人的开发策略探讨曹立波 黄新刚 戴黄伟 颜凌波湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,410082摘要:采用计算机仿真方法探讨了在现有H yb r i d Ⅲ假人基础上通过较少的改变来开发符合中国人体特征的假人的可行性㊂根据比例缩放方法建立了整体符合中国50百分位人体的假人有限元模型㊂考虑到中美两国人体最大差异在于四肢,且躯干全部缩放后加工难度较大,故建立了以美国人体特征为基础仅缩放假人四肢和调整部分躯干部件的假人模型,同时,改变假人的材料参数得到了另外一个假人模型㊂对以上三个假人模型进行碰撞仿真,结果表明,改变假人的材料参数对其碰撞响应的影响很小,而缩放假人外形尺寸对其碰撞响应影响较大,且结果显示缩放假人四肢并调整部分躯干部件的假人与缩放全体段假人的动态响应基本吻合㊂因此,采用部分缩放的方法来开发中国假人是可行的㊂关键词:中国人体;假人;汽车碰撞;仿真;缩放中图分类号:U 461.91 D O I :10.3969/j.i s s n .1004-132X.2014.10.025D e v e l o p m e n t S t r a t e g y o f F r o n t a l C r a s hD u m m y B a s e do nC h i n e s eH u m a nB o d yC a oL i b o H u a n g X i n g a n gD a iH u a n g w e i Y a nL i n g b o S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fA d v a n c e dD e s i gna n d M a n u f a c t u r e f o r V e h i c l eB o d y ,H u n a nU n i v e r s i t y ,C h a n gs h a ,410082A b s t r a c t :B y u s i n g c o m p u t e r s i m u l a t i o nm e t h o d ,t h e f e a s i b i l i t y o f d e v e l o p i n g a f r o n t a l c r a s hd u m -m y w a s s t u d i e d ,w h i c h w a s i na c c o r d a n c ew i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fC h i n e s eh u m a nb o d y t h r o u gha f e wc h a n g e s t o t h e c u r r e n tH y b r i d Ⅲd u mm y .B a s e do nt h es c a l i n g me t h o d ,t h ef i n i t ee l e m e n t (F E )m o d e l o fd u mm y w a sd e v e l o p e d w h i c hc a nf i t t h ec h a r a c t e r i s t i c so f50t h p e r c e n t i l eC h i n e s eh u m a n b o d y .S i n c e t h e l i m b sw e r e t h em o s t d i f f e r e n t b o d ypa r t sb e t w e e nC h i n e s e a n dA m e r ic a n a nd t he t o r s o of d u mm y w a s d i f f i c u l t t o p r o c e s s a f t e r s c a l i ng ,th u s o n l yt h e s i z e s o f l i m b sw e r e s c a l e d a n d t h e s i z e o f s o m e p a r t s o f t o r s ow e r e a d j u s t e d t od e v e l o p a n o t h e rF Ed u mm y m o d e l .T h e t h i r dF Ed u mm y m o d e l w a sd e v e l o p e db y c h a n g i n g t h e p a r a m e t e r so fm a t e r i a l so f t h e s t a n d a r dd u mm y m o d e l .F r o n t a l c r a s h s i m u l a t i o n sw e r e c o n d u c t e db y u s i n g t h e s e t h r e ed u mm y m o d e l s .T h e r e s u l t s s h o wt h a t c h a n g i n g t h e p a r a m e t e r s o fm a t e r i a l h a s l i t t l ee f f e c to nd u mm y c o l l i s i o nr e s p o n s eb u t c h a n g i n g t h ed i m e n s i o n so f d u mm y h a s a g r e a te f f e c to ni t .I t i sa l s o i n d i c a t e dt h a t t h ed y n a m i cr e s po n s e so f t h e p a r t i a l s c a l e d d u mm y a r eb a s i c a l l y c o n s i s t e n t w i t ht h a to ft h ef u l ls c a l e dd u mm y .T h e r e f o r e ,t h e p a r t i a ls c a l i n gm e t h o d c a nb eu s e d t od e v e l o p t h eC h i n e s e o c c u p a n t d u mm y.K e y wo r d s :C h i n e s eh u m a nb o d y ;d u mm y ;v e h i c l e c r a s h ;s i m u l a t i o n ;s c a l i n g 收稿日期:2012 07 02基金项目:国家高技术研究发展计划(863计划)资助项目(2012A A 111802)0 引言目前国内正面碰撞试验中所采用的假人都是美国通用汽车公司于1976年开发的H yb r i d Ⅲ50百分位假人㊂该假人是根据美国人体尺寸设计的,其身高㊁体重㊁人体各部分的重心位置㊁转动惯量㊁旋转半径等参数与中国人体的相应参数相差较大㊂研究表明,在相同的车辆正面碰撞情况下,该假人与中国50百分位成年男性的损伤差别较大[1]㊂因此,有必要开发符合中国人体特性的碰撞试验假人㊂开发符合中国50百分位人体的假人最直接的办法是参照H yb r i d Ⅲ5百分位女性假人和95百分位男性假人的开发方法,根据中美两国人体尺寸对H yb r i d Ⅲ50百分位假人进行全体段缩放得到㊂然而,该方法会导致现有生产H yb r i d Ⅲ50百分位假人的模具和工装夹具的大量变化,成本很高㊂M o s s 等[2]的统计对比表明,亚洲人体尺寸和欧美人体尺寸最大的区别在于亚洲人的大腿的长度要比欧美人的大腿长度短很多㊂文献[3]中更是指出中国人体尺寸与该标准提供的人体尺寸相比,只需手臂长减小7%,腿长减小10%㊂考虑到上述统计规律,且四肢长短很大程度上决定了乘员乘坐的前后位置,同时为节省开发制造成本,本文提出了通过部分体段缩放方法,即缩放H yb r i d Ⅲ50百分位假人四肢并调整其躯干部分零部件,得到符合中国50百分位人体的碰撞假人的开发方案㊂㊃0141㊃中国机械工程第25卷第10期2014年5月下半月为分析上述部分体段缩放开发方案是否合理,本文应用有限元方法缩放H y b r i dⅢ50百分位假人,建立了缩放全体段和缩放部分体段两组假人有限元模型,对两组假人碰撞响应进行了对比㊂考虑到中国人体组织和美国人体组织的动态响应存在区别,且在开发中国假人时可能需要对一些材料进行替换,本文建立了缩放所有金属件㊁皮肤件材料参数的对比假人模型,并将其碰撞响应与原假人模型进行了对比㊂1 假人缩放方法本文采用的假人缩放方法为设计5百分位女性假人和95百分位男性假人时所用的比例缩放方法[4]㊂比例缩放将人体分为头㊁颈㊁躯干㊁左右臂㊁左右手㊁左右大腿㊁左右小腿10个体段,然后对各体段分别进行缩放㊂其缩放系数主要有相对于局部坐标系的外形尺寸缩放系数λx㊁λy㊁λz㊂为保证缩放后得到的假人模型与原假人模型有相同的生物拟合性,必须确保二者的质量分布相同,因此λx和λy必须相等,并通过质量比例R m来约束三者的关系㊂以下为各体段缩放系数确定的具体方法㊂头部缩放系数的确定:λx=λy=λz=(C1+W1+L1)/(C0+W0+L0)(1)w H e a d1/w H e a d0=R m=λ3x(2)式中,C为头部周长;W为头部宽度;L为头部长度;w H e a d 为头部质量;下标1表示中国50百分位人体,下标0表示美国50百分位人体㊂颈部和躯干缩放系数的确定:λz=H E S1/H E S0(3)R m=w T B1/w T B0(4)λx=λy=R12m/λ12z(5)式中,H E S为挺直状态下的坐高;w T B为总质量㊂对于四肢,λz为中美两国人体对应体段长度之比,R m为对应体段质量之比,λx和λy由式(5)确定㊂比例缩放方法中对人体各体段的划分和各体段参考点㊁参考坐标系㊁重心等的确定主要参考AMV O(t h e a n t h r o p o m e t r y f o rm o t o r v e h i c l e o c-c u p a n t s)[5]中提出的针对假人设计的人体测量方法,其坐标系等的确定如图1所示㊂2 假人模型的建立2.1 全体段缩放假人模型的建立根据上述假人缩放方法,对比在相同测量条图1 人体体段的划分及其局部坐标系的建立件下的两国人体尺寸[6‐7],得到了表1所示的各体段缩放系数㊂对假人各体段模型分别缩放,缩放后按原假人模型的装配方法进行装配,得到中国人体尺寸对比组假人模型,其和原假人对比如图2所示㊂缩放得到的中国假人模型质量为59.844k g,与中国50百分位人体的质量相符㊂表1 中国50百分位假人缩放系数人体分段中国50百分位假人缩放系数R mλzλy λx头0.91550.9710.9710.971颈部和躯干0.7610.9840.8790.879上臂0.7320.9050.8990.899下臂0.4980.9040.7420.742大腿0.7650.9400.9020.902小腿0.6310.9070.8340.834图2 全体段缩放假人(左)和H y b r i dⅢ假人(右) 2.2 部分体段缩放假人模型的建立部分体段假人缩放与全体段缩放的方法一样,是仅对假人四肢中长骨及少数连接件进行缩放㊂为使部分缩放后的假人模型在质量㊁质量分布及动态响应上与缩放全体段得到的中国50百分位假人相符,对该模型躯干进行了以下调整:对假人肋骨㊁腰椎和胸部传感器安装座进行缩放;应用H y p e r M e s h中的H y p e r M o r p h模块对假人上躯干皮肤形状进行调整,使皮肤与调整后的假人骨架结构相适应;对胸部和盆骨配重块及一些简单件进行调整㊂该方案避免了对头颈㊁肩部㊁盆骨等大量复杂件的改动㊂在相同参考坐标系㊁位置及相同状态下,缩放并调整躯干后,假人模型的尺寸㊁质量及质心位置等参数与缩放全体段假人模型的相应参数的对比如表2所示,缩放全体段假人模型与部分体段缩㊃1141㊃基于中国人体特征的正面碰撞假人的开发策略探讨 曹立波 黄新刚 戴黄伟等放假人模型对比如图3所示㊂由表2可知,两组缩放假人在重要尺寸㊁质量上的相对误差都小于5%,且重心位置也相差很小㊂表2 部分缩放与全体段缩放假人模型参数对比模型组缩放全体段缩放四肢和肋骨误差总质量(k g)59.84460.7411.5%(相对误差)挺直坐高(mm )869.8881.11.3%(相对误差)股膝距(mm )556.3563.51.3%(相对误差)膝到脚底距(mm )447.0455.71.9%(相对误差)肩肘距(mm )305.7305.70肘腕距(mm )268.7268.70相对全局坐标系重心位置(mm )x 1201.61206.24.6mm y -338.7-339.00.3mm z410.7420.19.4mm 图3 全体段缩放假人(左)与部分体段缩放假人(右)2.3 改变材料参数的假人模型的建立正常情况下,假人在碰撞过程中只发生弹性变形,并没有发生失效变形,因此,仅改变假人骨骼中金属件材料和皮肤材料的密度㊁弹性模量或体积模量即可㊂考虑到同百分位中国人体相对美国人体更轻,将中国假人模型中所选零件材料的密度㊁弹性模量或体积模量统一减小5%㊁10%㊁20%(相对于美国模型),得到了仅材料参数不同于H y b r i d Ⅲ50百分位假人的三个对比模型㊂3 碰撞原始模型的建立及验证基于L S -D Y N A 的分析方法建立了某量产车型的驾驶员侧正面碰撞有限元模型㊂该模型主要包括车体系统㊁安全带系统㊁安全气囊系统以及H yb r i dⅢ50百分位假人模型,如图4所示㊂该模图4 碰撞仿真模型型中,通过将试验中车体B 柱下方所测得的加速度脉冲施加到驾驶员假人系统中进行仿真,得到的部分仿真结果和试验结果对比如图5和表3所示㊂(a)头部x 向加速度对比(b)胸部x 向加速度对比(c)盆骨x 向加速度对比1.试验曲线 2.仿真曲线图5 部分试验与仿真结果对比表3 仿真与试验结果峰值对比仿真试验误差(%)头部x 向加速度-49.49g -45.26g 9.35胸部x 向加速度-44.32g -41.82g5.98盆骨x 向加速度-44.25g -43.58g 1.51胸部压缩量(mm )-28.58-28.810.80肩带力(k N )3.984.174.56腰带力(k N )6.317.1211.38由图5和表3可得,仿真中假人的各动态响应㊁肩带力及腰带力与试验结果均达到了较好的一致性,因此,该模型可以用于后续的研究㊂4 不同假人碰撞仿真对比4.1 部分缩放与全体段缩放假人仿真对比将原碰撞模型中的假人模型用全体段缩放和部分体段缩放假人模型替换,并对模型中的座椅及安全带进行调整㊂两个假人模型的外形尺寸相差很小,其乘坐前后位置也基本相同,在相同的碰撞条件下进行碰撞仿真,结果如图6和表4所示㊂由图6和表4可得,两组模型的各动态响应在曲线走势㊁峰值时刻及峰值大小上都基本吻合,㊃2141㊃中国机械工程第25卷第10期2014年5月下半月(a)头部加速度对比(b)胸部x 向加速度对比(c)盆骨x 向加速度对比(d)胸部变形量的对比(e)左大腿力的对比(f)右大腿力的对比1.全体段仿真结果 2.部分体段缩放图6 缩放全体段和缩放四肢头颈假人响应对比缩放模型误差小于5%(以原假人模型中的参数为基准)㊂因此,可认为缩放四肢并调整上躯干得到的假人与缩放全体段得到的假人的碰撞动态响应基本一致㊂表4 各组假人损伤值峰值对比模型组缩放全体段缩放四肢肋骨缩放模型偏差(%)头部H I C 值536.52540.020.6颈部y 向扭矩(N ㊃m )67.87865.4363.6胸部压缩量(mm )26.6125.862.8胸部3m s 加速度36.94g 38.61g 4.5左大腿力(k N )1.0971.0652.3右大腿力(k N )1.3131.3553.24.2 缩放材料参数假人与原假人仿真对比将原来的H yb r i d Ⅲ50百分位假人用改变材料参数的假人替换㊂将仿真结果与原模型的结果对比发现,改变材料参数对假人的碰撞响应影响很小㊂表5为材料参数减小最多的一个模型(假人所有金属件和除头部与膝部外的皮肤件材料参数中的密度㊁弹性模量或体积模量统一缩小20%)与原假人的仿真结果对比㊂抛开对假人耐用性㊁重复性的影响,对比结果很好地证明了在一定范围内均匀替换假人材料对假人的动态响应影响很小㊂因此,在开发中国假人时不需考虑两国人体组织力学响应的差异㊂表5 材料参数缩小20%和标准假人仿真结果对比测量项目原模型材料参数缩小20%最大偏差峰值偏差(%)头部总加速度峰值60.71g62.29g3.65g2.5胸部x 向加速度峰值-44.32g -46.19g -4.99g4.2盆骨x 向加速度峰值-44.25g -46.36g 2.60g 4.8胸部压缩量峰值(mm )-28.58-29.632.593.7左大腿力峰值(k N )1.8631.7820.1464.3右大腿力峰值(k N )1.4331.3520.2195.65 结语由仿真对比结果可知,材料参数对假人的碰撞响应影响较小㊂因此在没有大量的人体生物力学试验数据的前提下开发中国碰撞假人时,直接参照H yb r i d Ⅲ50百分位假人选取各部件的材料是合理的,且在制造过程中对一些部件材料用近似材料替换是可行的㊂缩放假人外形尺寸对其碰撞响应影响相对较大,本文通过缩放四肢并调整躯干得到的部分体段缩放假人模型与缩放全体段假人模型的碰撞响应基本吻合㊂由此可见,通过缩放H yb r i d Ⅲ50百分位假人的四肢和调整其躯干的肋骨㊁腰椎及一些简单件来开发中国碰撞假人,既可以得到与缩放全体段得到的中国50百分位碰撞假人相一致的质量㊁质量分布㊁主要外形尺寸㊁乘坐位置及碰撞响应,又能大幅降低开发㊃3141㊃基于中国人体特征的正面碰撞假人的开发策略探讨曹立波 黄新刚 戴黄伟等。
根据碰撞范围的不同,固定壁碰撞试验可以分为全宽碰撞和偏置碰撞,如图2.1所示。
(a)余宽碰掩(b)偏置碰撞图2.1全宽碰撞和偏置碰撞(·,正面酣恤1重一鸯蛀td’幛鼍墨卡事Ic'30*翔盘擅图22不同彤状的碰撞璧汽车碰撞方向也可以和固定壁成~定角度,有时还可以在固定壁前面附加各种形状的障碍物,以研究汽车在不同情况下的碰撞特性,如图2.2。
在汽车碰撞实验中,为了把试验车辆的加速增加到碰撞实验所要求的速度,有多种方法可以采用,表2.1列出了国内外进行撞车试验所普遍采用的加速方法及其特点。
表21试验车的加速方法型式分类特点需要大型牵引车,动力损失较大。
需要较长=的路段。
使崩牵引乍撞车速度要靠司机调整,需要训练司机。
优点是试验容易进行,成本低。
需要准备较长的行车距离,容易调整撞车速度,并牵引式使用绞盘且可以仔细的调赘撞车速度。
在较短的行驶距离中即可达到较高的速度。
因为直使用直线电机接牵引试验车,故不会发生由丁二钢索的原因而产生的故障,适台干室内试验。
缺点是成本较高。
如果提高可动滑轮的速比.在短的行程内可以达到重锤下落较高的速度。
缺点是在重锤、钢索、滑轮和试验车利用重的连接中产生的动力损失较多,速度糟度不高。
力式为达到撞车速度,行驶距离要足够长,并且试验车下坡行驶的姿态也不是水平的,速度调节比较困难。
优点是不需要特殊的加速装置。
可以在较短的加速距离内产生较高的碰撞速度。
缺发射式橡皮绳弹射点是速度控制比较圉难。
自动行遥控驾驶需要在试验车上安装特殊的自动驾驶设备,成本较驶式高,但速度控制比较方便。
目前所进行的各种汽车碰撞测试,主要采用的是平面固定壁的正面全宽碰撞试验,如图2.3,这种方法也是美国FMVSS208要求进行的试验。
FMVSS208和SAEJ850中对固定壁试验进行了规定,主要项目参见表2.2。
圈2.3聱车正面全宽碰撞8∞犍墨糖艟(”嗽湃酥堆图2.5移动壁碰撞试验2.1.1.3车对车的碰撞试验为了检查撞车后双方车辆的外形和刚度变化情况,要进行车对车的碰撞试验。
CNCAP中Q10儿童假人标定试验方法研究作者:蒋熊力忍来源:《时代汽车》2021年第22期摘要:Q10兒童假人是目前应用比较多的一种假人,特别是随着C-NCAP的改版,在2021年版中引入了新的碰撞试验类型和Q10儿童假人。
本文从Q10儿童假人的标定试验构成、假人的结构模块以及标定试验方法等多方面进行分析,研究了满足C-NCAP要求的Q10儿童假人的标定试验方法,并给出了标定步骤以及标定评价方法。
关键词:Q10假人标定试验汽车安全Research on Calibration Test Method of Q10 Child Dummy in CNCAPJiang XionglirenAbstract:Q10 dummy is a kind of dummy which is widely used at present. Especially with the revision of C-NCAP, a new type of crash test and Q10 dummy are introduced in the 2021 edition. This paper analyses the composition of Q10 child dummy calibration test, structure module analysis of dummy and calibration test method, studies the calibration test method of Q10 child dummy which meets the requirements of C-NCAP, and gives calibration steps and calibration evaluation method.Key words:Q10 Dummy, calibration test, automobile safety1 前言随着汽车碰撞安全领域技术的不断发展,相关测试标准也在不断更新,逐步推出更贴近真实事故形态的测试试验方法,比如正面40%重叠可变形壁障碰撞试验将碰撞试验速度从56KM/H提高到64KM/H,再到2021年CNCAP评价规程中取消ODB试验,而采用MPDB试验来模拟车辆前部碰撞事故形态[1]。
Q/JLY J721 -2009侧面碰撞假人伤害值处理流程与规范编制:校对:审核:审定:标准化:批准:浙江吉利汽车研究院有限公司二〇〇九年三月前言为了给新车型开发提供设计依据,指导新车设计,评估新车结构性能,结合本企业实际能力,制定出整车侧面碰撞假人伤害值处理流程与规范。
本标准由浙江吉利汽车研究院有限公司提出。
本标准由浙江吉利汽车研究院有限公司工程分析部负责起草。
本标准主要起草人:王志涛本标准于2009年03月31日发布并实施。
1 ESⅡ假人介绍1.1 侧碰各部位受伤机理a)头部:主要伤害形式有头皮挫伤、颅骨破损和脑组织损伤。
其损伤机理在于惯性作用与车窗或其他部件相撞。
b)颈部:乘员在头部的惯性载荷作用下,肌肉和韧带拉伤,甚至导致骨折和脊髓损伤。
c)胸部:主要形式有软组织损伤、肋骨骨折、心脏和肺挫伤、连枷胸、血管破裂、心脏穿孔。
人体胸部主要受到安全带(有约束时)的勒紧力及以及车门等外物的钝性冲击力,加上人体自身的惯性力,从而造成胸部擦伤、挫伤和骨折。
软组织的损伤主要由胸部的速率敏感变形引起的。
d)腹部:主要伤害形式为软组织的损伤,一般是车门和安全带的直接机械作用造成的轻微挫伤。
e)盆骨:主要是软组织的损伤和骨折,软组织是损伤主要是由于车门和安全带的直接机械作用造成的,骨折主要是车门的撞击造成的。
1.2 侧碰胸部损伤生物力学基础a)除头部外,胸部是最重要的保护区域。
胸部包含有肋骨及肋骨腔里的一些重要器官:心脏、肺、气管、大血管、神经、食道等。
肋骨腔由12根胸部椎1块胸骨和12对肋骨组成一个对胸部起到保护作用的结构框架。
b)胸部在钝性冲击下的损伤机理有三种:直接压缩、胸腔内的粘性载荷和内部器官的惯性载荷。
肋骨的压缩变形可能直接导致肋骨、肺部或大血管的损伤。
胸部损伤可以分三类:一是肋骨腔骨折;二是肺部损伤,像气胸以及血胸等;三是其他胸部器官的损伤,像大动脉破裂等。
c)Stanlnaker和Mohan以及Melvin等人总结出胸部的最大压缩变形量是肋骨骨折的决定因素,当变形超过76mm时肋骨就很容易骨折而当变形小于58mm时基本上就不会发生骨折。
整车碰撞试验acu标定摘要:一、整车碰撞试验概述二、ACU标定的重要性三、ACU标定流程与方法四、ACU标定的实用性与可读性分析五、我国在ACU标定领域的现状与展望正文:整车碰撞试验是汽车安全性能测试的重要环节,通过对车辆在碰撞过程中的各项性能指标进行测试,以评估车辆的安全性能。
在整车碰撞试验中,ACU (Airbag Control Unit)标定起着关键作用。
本文将从整车碰撞试验概述、ACU标定的重要性、ACU标定流程与方法、ACU标定的实用性与可读性分析以及我国在ACU标定领域的现状与展望等方面进行详细阐述。
一、整车碰撞试验概述整车碰撞试验是为了模拟真实道路交通事故中车辆碰撞过程,测试车辆在碰撞过程中的安全性能。
试验主要包括正面碰撞、侧面碰撞和追尾碰撞等,通过对车辆结构、乘员保护装置以及车辆控制系统等方面的测试,评估车辆的安全性能。
二、ACU标定的重要性ACU(气囊控制单元)是汽车安全气囊系统的核心部件,主要负责控制气囊的触发时机和气体发生器的点燃。
在整车碰撞试验中,准确的ACU标定对于确保气囊在碰撞过程中能够及时触发,发挥保护作用至关重要。
三、ACU标定流程与方法ACU标定主要包括以下几个步骤:1.收集整车碰撞试验数据,包括碰撞速度、加速度等关键参数;2.分析数据,确定合适的气囊触发条件,如碰撞速度、加速度阈值等;3.对ACU进行编程,设置相应的触发逻辑;4.进行碰撞试验,验证ACU标定的准确性。
四、ACU标定的实用性与可读性分析ACU标定的实用性主要体现在以下几个方面:1.提高气囊触发准确性,确保乘员在碰撞过程中得到有效保护;2.优化气囊触发策略,降低误触发概率;3.提高整车碰撞试验效率,降低试验成本。
可读性方面,ACU标定结果以数据和图表形式呈现,便于工程师分析和比较不同车型、不同试验条件下的气囊触发性能。
五、我国在ACU标定领域的现状与展望近年来,我国在ACU标定领域取得了显著成果,技术水平不断提高。
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2019年第20期·45·文章编号:2095-6835(2019)20-0045-03混III 5百分位女性假人胸部标定方法探究李志,段丙旭,何成,孟凡超(中汽研汽车检验中心(天津)有限公司,天津300300)摘要:针对混III 5百分位女性假人,目前的胸部标定方法中指定的胸部压缩量区间不在大部分试验样本所处的区间。
针对实车碰撞试验数据进行统计,胸部压缩量为20~30mm 的样本共占63%,其中中位压缩量为27.1mm 。
利用改进的更接近于安全带的冲击块对混III 5百分位女性假人进行标定试验,得到冲击速度为3.47~4.18m/s 区间内,胸部压缩量为23.53~29.98mm ,选择此区间能够更加真实反映碰撞工况中假人的响应。
关键词:5百分位;胸部标定;胸部压缩量;冲击块中图分类号:U467.14文献标识码:ADOI :10.15913/ki.kjycx.2019.20.019在中国新车评价规程(China New Car Assessment Programme ,C-NCAP )2012版中,首次将混III 5百分位女性假人引入到正面碰撞试验中,将假人放置于车辆第二排座椅左侧,进行量化分析[1]。
C-NCAP 2012版和C-NCAP 2015版中,正面碰撞和偏置碰撞的总分最高均为18分,后排得分最高为2分,其中女性胸部变形压缩量为1分。
C-NCAP 2018版中,正面碰撞和偏置碰撞最高得分均为20分,后排的分最高为4分,后排分值比率提高了1倍,因此作为后排女性得分中占比最高,也是最容易失分的胸部变形压缩量,显得尤为重要。
目前C-NCAP 2018版中,对于混III 5百分位女性假人的标定方法是使用半径为12.7±0.3mm 的圆柱形冲击摆锤对假人胸部特定部位进行冲击。
仪表板头部碰撞区域确定设计指南一护膝带确定KNEE BOLSTER ZONE1 确定三种人体姿态:95%美国人体姿态,H点处于坐椅行程中间J点处,J点为坐椅行程中间点。
脚分两种状态:加速踏板处于被踏下到极限的状态1;制动踏板处于自然状态的状态2。
50%美国人体姿态加速踏板处于被踏下到极限的状态3,H点处于K点,K点的确定由J点沿X负方向115处得到。
状态一95%人体+加速踏板最大行程状态状态二95%人体+制动踏板自然状态K POINT115mm状态三50%人体+加速踏板最大行程状2 根据状态1,可以得到小腿外轮廓偏移25mm的曲线A,同理,根据状态2可得曲线B蓝色为曲线A棕色为曲线B3 根据状态3,将50%人体小腿中心线偏移67mm得到直线C直线C674 以50%人体踝点为圆心,半径245mm作圆,与直线C交于点E。
以95%人体状态1的踝点为圆心,半径499mm作圆,与直线C交于点F。
并以点E和F为始点,做直线C的垂线,分别与曲线A交于G点,与曲线B交于Q点。
曲线A和曲线B交于I点。
245499FQEIG5 E、F、Q、I、J五点围成的图形即是护膝带区域(KNEE BOLSTER ZONE)。
以H点Y坐标为中心,向左延伸225mm,向右延伸315,得到护膝带的原始数据,需要供应商共同做护膝带的数模和固定支架。
6 膝部碰撞点的确定:在膝部护膝带区域内确定膝部碰撞点。
二仪表板上部头部碰撞测试区域的确定1 根据仪表板表面形状和结构,可以大致确定假人可能碰到的区域。
但是这个不是我们测试的区域,因为这些都是可能碰到的区域,但碰到的几率太小,我们需要在此基础上找出最有可能碰到的区域,并对该区域的材料改进,从而避免伤害人体头部。
红色和蓝色所覆盖的区域是人体头部有可能碰到的区域2 首先我们对副驾驶一侧的区域进行筛选。
方法是:在副驾驶侧的H 点,以H 点为始点做Z 方向上的直线,长度736,然后以最高点向下82.5处点为圆心,做直径为165的圆,我们称其为碰撞柱3 然后以H 点为旋转点,使碰撞柱与仪表板碰撞,产生一系列交点,这些点连成线,就是仪表板副驾驶碰撞区域的下边界4 上边界的求法:改变碰撞柱的旋转点,在原来H 点的基础上沿X 负方向127,Z 正方向19,得到又一状态的碰撞柱,我们按照3的方法,使碰撞柱与仪表板产生一系列交点,并得到头部碰撞区域的上边界。
第1篇一、实验目的本实验旨在通过模拟现实交通事故中的碰撞情况,对汽车的安全性能进行评估。
通过不同形式的碰撞试验,验证汽车的结构强度、乘员保护系统、安全气囊等关键部件在碰撞过程中的表现,为汽车设计和安全性能改进提供科学依据。
二、实验原理汽车碰撞试验主要模拟现实交通事故中常见的碰撞形式,包括正面碰撞、侧面碰撞、追尾碰撞、翻滚碰撞等。
通过高速摄像机、传感器等设备,记录碰撞过程中的各项数据,分析碰撞对汽车结构、乘员保护系统等的影响。
三、实验材料与设备1. 实验材料:测试车辆、假人、安全气囊、传感器、高速摄像机等。
2. 实验设备:碰撞试验台、单边桥、冲击吸收装置、数据采集系统等。
四、实验方法1. 正面碰撞试验:测试车辆以一定速度与固定障碍物发生正面碰撞,记录碰撞过程中的各项数据。
2. 侧面碰撞试验:测试车辆以一定速度与固定障碍物发生侧面碰撞,记录碰撞过程中的各项数据。
3. 追尾碰撞试验:测试车辆以一定速度追尾前车,记录碰撞过程中的各项数据。
4. 翻滚碰撞试验:测试车辆在特定条件下发生翻滚,记录碰撞过程中的各项数据。
五、实验步骤1. 实验准备:选择合适的测试车辆,检查实验设备是否正常,设置碰撞试验参数。
2. 实验实施:- 正面碰撞试验:将测试车辆固定在碰撞试验台上,调整碰撞速度和角度,进行碰撞试验。
- 侧面碰撞试验:将测试车辆固定在侧面碰撞试验台上,调整碰撞速度和角度,进行碰撞试验。
- 追尾碰撞试验:将测试车辆固定在追尾碰撞试验台上,调整碰撞速度和角度,进行碰撞试验。
- 翻滚碰撞试验:将测试车辆固定在翻滚试验台上,调整翻滚速度和角度,进行碰撞试验。
3. 数据采集:利用高速摄像机、传感器等设备,记录碰撞过程中的各项数据。
4. 数据分析:对采集到的数据进行分析,评估汽车的结构强度、乘员保护系统等在碰撞过程中的表现。
六、实验结果与分析1. 正面碰撞试验:在正面碰撞试验中,测试车辆的车身结构表现出良好的强度,乘员保护系统在碰撞过程中发挥了重要作用,有效降低了乘员的受伤风险。
碰撞假人碰撞实验假人:是根据人体工程学原理,用特殊材料制成的实验仪器,它可以代替人体用于汽车碰撞实验,从而模拟出真人受到的伤害情况,并且可以重复使用。
假人大部分是由金属与塑料制作的,其胸腔是钢制的,肩胛骨是铝制的,盆骨是塑料的,造价高达4万美元左右,如果加上传感器配套设备,得需6~7万美元。
一、假人的发展史在碰撞试验假人的历史中最值得的一提的是Hybrid系列假人。
1971年ARL 公司和Sierra合作开发出Hybrid I型标准假人:1971年,在美国汽车巨头的支持下,第一安全系统技术公司(FTSS:First Technology Safety Systems)制造出Hybrid II型假人,美国政府决定将其作为汽车碰撞试验标准假人使用。
1997年,FTSS开发成功Hybrid III系列假人,该系列假人是目前世界上应用最为广泛的假人家族。
在NACP欧洲安全撞击测试中心,Hydrid III用于收集正面撞击信息。
一“家”Hy brid III假人——男人、女人和三个不同大小的孩子。
Hybrid III的三个儿童假人,其体重分别为16.2千克(三岁)、23.4千克(六岁)和35.2千克(十岁)。
这三个模型是在成人模型后添加的。
二、假人的分类1、正面碰撞假人:百分位:是个人体工程学中的概念,它指根据一个地区的人体统计数据会有百分之多少的人小于假人。
按人的体态特征可分为男性假人、女性假人和儿童假人等。
成人假人(Hydrid III)按百分位可分为以下三种:1)、50%假人: 代表身高1.77米和体重86公斤的中等身材;2)、95%假人: 代表身高1.88米和体重108公斤的大型身材;3)、5%假人: 代表身高1.48米和体重56公斤的矮小身材;儿童假人可分为:1)、6月假人:身高67cm,体重10kg;2)、12月假人:身高76cm,体重13kg;3)、18月假人:身高83cm,体重16kg;4)、3岁假人:身高97cm,体重20kg;5)、6岁假人:身高130cm,体重30kg;6)、10岁假人:身高138cm,体重36kg;儿童假人有两大系列:P系列和Q系列。
两种正面碰撞试验中后排女性假人伤害对比研究随着人们对汽车安全性的关注度日益增加,汽车碰撞试验也越来越受到重视。
这些碰撞试验的目的是测试汽车在意外情况下的安全性能,以确保各种汽车满足国家和国际安全标准。
其中,后排女性假人的碰撞试验是其中之一。
随着女性在汽车中的数量增加,有关汽车安全性的研究也开始关注女性的安全性问题。
然而,当前的汽车安全性测试常常只考虑男性的身体构造,而不充分考虑女性身体在意外情况下的反应。
因此,后排女性假人的存在变得至关重要。
后排女性假人被设计用于模拟在汽车事故中女性乘客的承受力和受损程度,以更好地了解女性乘客在事故中的安全状况。
在后排女性假人的碰撞试验中,一般会根据碰撞速度、角度和汽车的大小等因素,以及女性乘客可能遇到的不同种类的碰撞试验来进行测试。
本文将比较两种测试方法中后排女性假人的伤害情况。
第一种测试方法是正面碰撞测试。
这种测试方法重点考虑汽车与前方障碍物的碰撞情况,以及车内乘客所受的压力和惯性力。
在正面碰撞测试中,假人被置于汽车后排座椅上,随后汽车与另一车辆或静态壁面发生头部碰撞,以测试女性乘客受到冲击时的反应。
针对女性乘客的不同坐姿和头发的长度等特点,后排女性假人设计出不同版本,以更真实地模拟女性乘客在汽车事故中的真实情况。
第二种测试方法是侧面碰撞测试。
这种测试方法重点考虑侧面碰撞可能对女性乘客造成的伤害。
对于这种测试方法,后排女性假人被放置在汽车的副驾驶座位上,而汽车则以某种速度沿着特定的轨道进行行驶,随后将其撞向一侧墙壁。
这种测试方法可以更直观地模拟在意外情况下女性乘客受到侧面冲击时的反应情况。
经过对这两种测试方法进行比较研究,结论是在正面碰撞测试和侧面碰撞测试中,后排女性假人在侧面碰撞测试中受到的伤害程度更为严重。
这是因为侧面碰撞会降低乘客前后方向的自由度,同时创造更大的侧向加速度,从而可能对后排女性乘客的颈部、肩部和胸部造成更严重的伤害。
总之,这两种测试方法的研究表明,后排女性假人在汽车安全性测试中具有重要的作用,并能够更好地评估女性乘客在意外情况下的安全性能。
正面碰撞后排假人颈部力学响应分析与应用卢放;张君媛;马悦;刘静岩;叶文涛【摘要】目前车辆在正面碰撞过程中后排假人颈部失分严重,相关研究较少,开发过程缺少科学指导和工程经验.因此,本文中根据对后排假人在碰撞过程中颈力学响应过程的解析分析,获得后排假人颈部力的等效计算公式,分析假人颈部力的组成部分和伤害来源,以及假人主要部位的理想运动趋势和设计目标;然后建立设计目标与后排约束系统设计参数之间的相关性,用以指导后排约束系统的参数设计,达到降低后排假人颈部力的目标.最后将该方法应用于某A类乘用车后排乘员约束系统的改进设计.【期刊名称】《汽车工程》【年(卷),期】2016(038)007【总页数】7页(P828-834)【关键词】正面碰撞;后排乘员;乘员约束系统;颈部力学响应【作者】卢放;张君媛;马悦;刘静岩;叶文涛【作者单位】一汽轿车股份有限公司,长春130012;吉林大学,汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130022;吉林大学,汽车仿真与控制国家重点实验室,长春130022;一汽-大众汽车有限公司,长春130011;一汽-大众汽车有限公司,长春130011【正文语种】中文在几个普遍认可的NCAP评价体系中,C-NCAP和J-NCAP均对后排5百分位女性假人进行单独评价[1]。
由于安全气囊和安全带的联合作用,车辆前排假人颈部伤害已经得到了较好控制,而后排乘员约束系统配置低,相关研究少,因此车辆后排假人颈部失分严重。
目前国外的研究主要针对新型约束系统,例如充气式安全带和双级限力等装置保护效果的研究[2-4],但受到成本等因素的制约,并没有得到广泛应用;国内的研究则通过仿真和试验分析某些参数,如车体波形或安全带特性等,对假人颈部伤害的影响[5-6]。
整体来说现阶段研究成果缺少对颈部伤害的全面理解,导致在约束系统开发过程中依旧存在盲目性。
因此,对后排假人颈部力学响应的分析,可以整体把握其伤害来源和设计方向,为后排约束系统设计提供理论指导,避免参数设计的盲目性[7-8]。
整车碰撞试验acu标定摘要:1.整车碰撞试验acu 的定义和重要性2.整车碰撞试验acu 的标定方法3.整车碰撞试验acu 的标定对车辆安全性的影响4.整车碰撞试验acu 的未来发展趋势正文:一、整车碰撞试验acu 的定义和重要性整车碰撞试验acu(Accelerometer Calibration Unit)是指车辆在发生碰撞时,用于测量车辆加速度的装置。
在车辆碰撞试验中,acu 扮演着非常重要的角色。
通过对acu 的标定,可以更准确地获取车辆在碰撞过程中的加速度数据,从而为车辆安全性能的提升提供科学依据。
二、整车碰撞试验acu 的标定方法1.静态标定:静态标定是在实验室中进行的一种标定方法,主要通过模拟实际碰撞中的加速度曲线,对acu 进行标定。
标定过程中,需要对acu 的安装位置、安装角度以及连接线进行严格控制,以确保标定结果的准确性。
2.动态标定:动态标定是在实际道路上进行的一种标定方法,主要通过实际行驶中的加速度数据对acu 进行标定。
标定过程中,需要确保车辆的实际行驶速度、行驶路线以及路况等因素与实际碰撞情况相符,以提高标定结果的可靠性。
三、整车碰撞试验acu 的标定对车辆安全性的影响整车碰撞试验acu 的标定对车辆安全性能具有重要影响。
通过对acu 的精确标定,可以获取更准确的车辆碰撞数据,为车辆安全性能的提升提供科学依据。
同时,精确的标定结果还可以为车辆碰撞模拟提供更为真实的数据支持,从而进一步提高车辆的安全性能。
四、整车碰撞试验acu 的未来发展趋势随着车辆安全性能的不断提升,整车碰撞试验acu 在未来将呈现出以下发展趋势:1.标定方法的进一步优化:为了提高标定结果的准确性,未来的标定方法将更加注重实验室与实际道路的结合,以提高标定结果的可靠性。
2.标定设备的智能化:随着人工智能技术的发展,未来的acu 标定设备将具备更高的智能化水平,可以自动进行标定数据的采集和处理,提高标定效率。
第13卷第2期2014年4月江南大学学报(自然科学版)
JournalofJiangnanUniversity(NaturalScienceEdition)V01.13No.2
Apr.2014
汽车正碰撞假人躯干标定装置设计盛晨函,曾忠+(上海理工大学机械工程学院,上海200093)
摘要:参照Hybrid系列汽车正碰撞假人的标定参数,基于HybridⅢ型5百分位女性假人模型,设计开发了一套汽车正碰撞假人躯干标定装置,包括机械结构设计、信号采集方案的选择、上位机LabVIEw与单片机结合的控制系统编写。该装置用于对假人的上下躯干结合处进行准静态标定试验,验证其是否符合美国国家公路安全管理局(NHTSA)49CFR,Part572法规规定的要求。装置在实践中获得了满意的使用效果。关键词:汽车正碰撞假人;躯干标定装置;结构设计;信号采集方案;控制系统中图分类号:TH69文献标志码:A文章编号:167l一7147(2014)02—0189—07
DesignoftheTorsoFlexionCalibrationFixtureforFrontalImpactDummy
SHENGChenhan,
ZENG
Zhong‘
(schoolofMechalIicalEngineeIing,Universityofshan曲aiforscienceandTechnolog)r,sh如ghai200093,china)
Abstract:ReferringtothecalibrationparametersofHybridf而ntalimpac£dummy,atorsonexioncalibmtion矗xtureisdevelopedbasedonHybridⅢ5th
femaledummymodel,includingthemechanicalstructure
design,dataacquisition
selection,pro铲舢ingoftllecontrolsystembyLabVIEWandsingle-chipmicrocomputer.Thefixtureisusedto
calibmtemearticulationbetweentheupperandlowertorsoassemblyunderquasi—staticconditions,in
ordertotes“fit
meetstheneedsof49CFR,Pan572fmmtheNationalHighwayTmmcS如tyAdministration.Thefixturegotthesatisfactoryre8Illtinte8ts.
Keywords:vehiclefrontalimpactdummy,torsonexionfixture,stnlcturedesign,d8taacquisitionscheme,conh-olsvstem
汽车的安全问题随着汽车数量的增加日益受到重视。汽车碰撞试验是检验汽车安全性能的重要手段,而试验用假人作为汽车碰撞试验的基础工具,它对汽车安全事业的发展起着重要的作用。碰撞试验假人的生物拟合性好坏将直接关系到车辆的碰撞安全性能是否得到正确评估,同时也间接影响乘员或行人的生命及财产安全。对假人进行标定是保证其生物拟合性的关键措施。通过标定,能够得到该假人在模拟环境下的各项参数,从而为验证假人是否符合标准提供了依据¨J。对试验假人进行标定,需要有一套完善的标定系统。我国与欧美,日本等汽车制造业发达的国家相比,对于汽车碰撞安全的研究起步较晚,对假人标定系统的开发也较为落后旧J。目前,国内针对正碰撞试验假人的标定系统,主要是对假人的头、颈、胸、膝4个部位进行标定。并未对上、下躯干结合处,即腰脊柱部位做出相关的标定规定,同时也没有相应的试验设备。但是,针对这一部位的标定,在世界各国的汽车碰撞法规以及新车星级评定中却是明确规定的。
收稿日期:2013—07—16;修订日期:2013—09一18。作者简介:盛晨函(1988一),男,上海人,机械制造及自动化专业硕士研究生。宰通信作者:曾忠(19“一),男,四川德阳人,教授,硕士生导师。主要从事精密加工工艺研究。
Email:zengz@189.cn
万方数据190江南大学学报(自然科学版)第13卷
文中主要以HybridⅢ型5百分位女性假人模型为基础,开发了一台躯干弯曲标定装置,对其机械结构、运动控制及信号采集部分分别进行了设计。以满足49CFR,Part572法规针对正碰撞试验假人躯干结合处的标定要求。对假人的固定夹具稍加改动,该装置同样适用于其余型号的Hybrid系列正碰撞试验假人。1正碰撞试验假人躯干标定方式在试验假人的头、颈部结合处受到持续外力作用的情况下,其上躯干会相对下躯干产生弯曲,假人体内的腰椎及腹部嵌人物会产生形变,具体结果如图1和图2所示。49CFR,Part572法规规定,试验假人在投入使用前、相关部位零件受到破坏或进行更换后以及经过一定数量试验后,都需对其进行躯干标定,以保证零件满足设计要求。标定试验由两部分组成:预弯曲试验和弯曲试验。其中,预弯曲试验并不要求每次都做。在假人经过一定数量弯曲试验后,对其进行一次预弯曲试验即可。此外,假人在放置了一段时间后和第一次投入使用前也需对其进行预弯曲试验。预弯曲试验主要步骤是:连接假人前部的绳索自动释放装置和后部的绳索快速连接装置;牵引假人使其上躯干弯曲至预定角度300,再返回竖直状态,重复往返上述动作3次;等待30min;30min后,松脱约束,即假人前后部的绳索自动释放装置和绳索快速连接装置断开,使假人处于无支撑状态;继续等待2min,测得此时上躯干的弯曲角度,即试验初始角。弯曲试验主要步骤是:连接绳索自动释放装置;牵引假人使其上躯干弯曲至试验角度45。;保持该弯曲状态10s;记录下10s内的最大牵引力;松脱约束,假人保持无支撑状态3min;记录躯干弯曲角度,即回归角。
图l假人上躯干在竖直状态Fig.1Verticalstateofdunlmy
图2假人上躯干在弯曲状态Fig.2Flexedstateofdummy
美国国家公路安全管理局的法规49cFR,Part572对躯干弯曲标定试验的参数做出了规定,具体如表1所示‘3|。
表1标定参数要求Tab.1Requirementsofcanbra60nparameters
2结构设计方案宝罢釜磊嘉盏絮裟惹冀嚣嚣之嚣壶旱磊菩2.1试验台外形尺寸
的;支撑架安装在试验台后端,连接骨盆支架,对试
试验台为刚性水平面,尺寸为:1200mm×620验假人进行固定;电气箱安装在试验台下部。装置mm×640mm,质量为125
kg,4个支脚分别安装万结构如图3所示。
万方数据第2期盛晨函等:汽车正碰撞假人躯干标定装置设计191
图3装置结构示意Fig.3Diagr啪offixture
2.2颈部支架不同型号的Hybrid系列假人配备不同型号的颈部支架。颈部支架前端的圆形支撑杆上安装了柱式拉压力称重传感器,用于测量试验过程中假人头、颈结合处受到的拉力;颈部支架的后端安装了倾角传感器,用于测量试验过程中假人上躯干弯曲的角度。HybridⅢ型5百分位女性假人的颈部支架如图4所示。试验时,颈部支架依靠4个螺栓固定在假人背部,支架的枢轴必须与假人颈部枢轴销Ho同轴;当假人躯干弯曲至试验角度时,颈部支架的导杆必须与绳索共线,避免产生分力。
图4颈部支架结构Fig.4Structureofneckbracket2.3骨盆支架
骨盆支架是一个简易钢结构件,一端通过螺栓和定位销与试验台后端支撑架连接,另一端通过螺钉与假人的骨盆腔体连接。和颈部支架一样,不同
型号的Hybrid系列假人配备不同型号的骨盆支架。图5为HybridⅢ型5百分位女性假人的骨盆支架。
图5骨盆支架结构Fig.5Structureofpel、,isbracket2.4步进电机驱动机构试验台下部安装了一套步进电机驱动机构,是由一个贯通轴式混合型丝杆步进电机、一根丝杆和电机支撑架组成。电机支撑架内部的滚筒所组成的导轨系统起到减小振动的作用,并增大电机组件的刚度;电机支撑架上端安装了一个钢丝绳索固定块,绳索固定块上开有上下布置的两个孔,分别将两根绳索的端部固定。下孔的绳索穿过试验台台面的滑轮装置与绳索快速释放装置的前端连接,上孔的绳索穿过试验台后部支撑架上的滑轮装置与绳索快速连接装置相连。试验时,步进电机做前后的直线运动,经试验台上的滑轮装置牵引绳索,拉动试验假人的上躯干,使其完成往复弯曲的动作。电机支撑架的结构如图6所示。步进电机选型参数见表2。
图6电机支撑架结构Fig.6StrIlctureofmotorsupporter表2步进电机选型参数Tab.2Parametersofstep
motor
万方数据192江南大学学报(自然科学版)第13卷此外,步进电机不能直接接到电源上工作,必须连接步进电机驱动器。步进电机驱动器从控制端接收到脉冲信号和方向信号,脉冲信号控制电机的运行距离,方向信号控制电机的旋转方向。同时,可以通过控制脉冲个数和频率达到准确定位和调速的目的”J。本装置选用YI(2404MA型两相步进电机细分驱动器,它能适配电流4.5A以下、外径57mm
的各种二相混合步进电机,与所选电机匹配。脉冲信号由低变高,上升沿触发,电机转动。2.5滑轮机构在试验台台面及端部支架上布置了滑轮机构。滑轮机构为:试验台台面上安装的两个滑轮装置,呈前后布置;端部支架上安装的3个滑轮装置,呈上下布置。2.6绳索自动释放装置绳索自动释放装置由一个直流电磁铁驱动的机械锁扣组成。其内部结构如图7所示。作为一个自动装置,当假人上躯干弯曲到规定角度需要处于无约束状态时,电磁铁接收到控制端发送的电信号,其内部的电磁铁通电,机械锁扣松脱,释放绳索。同时,该装置还具有手动释放功能:只需将装置上的拨动开关从“关”档拨到“开”档,机械弹簧闩就会打开。
图7绳索自动释放装置内部结构Fig.7InnerstructureOfr叩eauto-releasedeVice2.7绳索快速连接装置绳索快速连接装置由一个开有槽沟的盒体和一根插销组成。预弯曲试验中,经过30min等待时间后,假人需要处于完全无支撑状态,试验人员手动拔出插销,连接颈部支架和步进电机的绳索松脱,此时假人即处于完全无支撑状态。进行下一次预弯曲试验前,只需将插销插入销孔即可。当试验假人被安装到标定装置上,整体结构如图8所示¨J。
图8整体安装示意
Fig.8Diagmmofto玮。嬲sembIy6xture
3信号采集方案3.1拉压力称重传感器拉压力称重传感器安装在颈部支架前端的圆形支撑杆上,用于测量试验中假人头、颈结合处受到的拉力。拉压力称重传感器直接与数据采集系统连接,进行信号采集。数据采集系统提供传感器10V直流