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(guī)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(jīng)驗。

關(guān)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(dǎo)致受傷者很虛弱及長期的后遺癥。所以歐洲研發(fā)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(fā)現(xiàn) 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(yīng)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(yīng)，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(fā)現(xiàn)，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(yīng)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(guī)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(diào)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(shù)量的椎骨。深層肌肉產(chǎn)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(tài)標定之前，需滿足靜態(tài)曲率的各項要求。各椎骨前后之間附有聚氨酯橡膠塊，表現(xiàn)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(fā)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(jù) C-NCAP 規(guī)范中對假人各個部位標定的要求，性能指標和通道的規(guī)定。

3.1? 沖擊標定試驗流程

①將假人與能量轉(zhuǎn)換裝置至于滑臺設(shè)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(dǎo)軌向擺錘方向移動，直至擺錘撞擊面與能量轉(zhuǎn)換裝置剛好接觸。調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)角曲線與脊椎處阻尼器松緊有關(guān)。通過長期對 BioRID II 假人的標定經(jīng)驗及常見的改善各個參數(shù)值對應(yīng)的措施，總結(jié)出如下調(diào)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(zhuǎn)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(diào)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(guān)系，顏色越冷，硬度越高。

②在最大轉(zhuǎn)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(diào)整。

③當枕骨轉(zhuǎn)角 potA 值滿足通道要求，但枕骨 OC 的時刻在區(qū)間 100ms～160ms 之間，說明電位計 A 的轉(zhuǎn)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(nèi)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(zhuǎn)角電位計 B 峰值低于下限時，通常調(diào)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(qū)間時，若頸部鏈接處轉(zhuǎn)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(diào)整的過于靠后，反之亦然。

4.3? 電位計 A 與 B 頸部轉(zhuǎn)角總和

電位計 A 與 B 轉(zhuǎn)角之和表示了頸部在脊椎聯(lián)動的作用下，在受到?jīng)_擊后向前的最大位移。轉(zhuǎn)角和在 100ms～110ms 區(qū)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(zhuǎn)角值

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

5 結(jié)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(zhuǎn)角影響的因素與擺錘和能量轉(zhuǎn)換裝置接觸時的速度有關(guān)，同時與控制頸部線束阻尼器的松緊有關(guān)，因此可通過調(diào)整擺錘高度與調(diào)節(jié)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(shù)在分別受到阻尼器螺栓松緊調(diào)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.