BIORIDⅡ假人頭頂角度對于標定中的影響及分析

王丹妮 王旭 劉委坤

摘 要：本文針對BIORIDII假人頭部角度對于其標定總各項數(shù)據(jù)的影響問題，通過對頭部角度唯一變量的控制，分析BIORIDII假人標定中頭部角度與頸部OC角度、T1角度與MY等輸出數(shù)值與曲線的關(guān)系，并最終分析出頭部角度對于BIORIDII假人標定的影響。

關(guān)鍵詞：BIORIDII假人；頭部角度；頸部OC角度；T1角度；MY

Influence of the angle of BIORIDⅡ dummy’s head on calibration and analysis

WANG Danni，WANG Xu，LIU Weikun

（China Automotive Technology and Research Center Co.，Ltd. ， Tianjin 300300，China）

Abstract： In view of the influence of BIORIDII dummy’s head angle on the total calibration data， this paper analyzes the relationship between the output values and curves of BIORIDII dummy’s calibration， such as head Angle and neck OC Angle， T1 Angle and My Angle， through the control of the unique variable of head Angle. Finally， the influence of the head Angle on the calibration of BIORIDII dummy was analyzed.

Keywords：BIORIDII dummy； head Angle； neck OC Angle； T1 Angle； MY

BIORIDII假人是考察汽車在低速后碰撞過程中頭部與頸部受到傷害值的重要測量工具。BIORIDII假人作為碰撞假人中高度仿真人體頸部與脊柱的假人，他的構(gòu)成主要由頸椎、胸椎以及腰椎組成，并且包括了模擬人體生物力學的Damper阻尼塊、兩根彈簧以及模擬軟組織結(jié)構(gòu)的橡膠阻尼塊?？梢愿叨饶M出在低速后碰撞的工況下人體頭部與頸部所收到的揮鞭傷等各項數(shù)值。而作為測量工具的BIORIDII假人，其標定過程也是極為復雜與嚴苛的，本文針對BIORIDII假人頭頂平臺角度對于其標定總各項數(shù)據(jù)的影響進行研究并分析。

1 BIORIDⅡ假人的結(jié)構(gòu)介紹

BIORIDⅡ假人主要由三大部分組成，分別是：由頭與脊椎構(gòu)成的主要力學響應結(jié)構(gòu)，也是各項數(shù)據(jù)輸出的主要來源部分；胸皮與骨盆組成的軀干，作為BIORIDⅡ假人的胸皮與HIII假人的胸皮從材料與結(jié)構(gòu)上有很大的區(qū)別，在試驗中也起著不可忽視的作用；由雙臂與雙腿組成的四肢部分，與HIII系列假人結(jié)構(gòu)與材料上基本相似。

脊椎的構(gòu)成主要由7塊頸椎、12塊胸椎以及5塊腰椎組成，并且包括了模擬人體生物力學的Damper阻尼塊、兩根彈簧以及模擬軟組織結(jié)構(gòu)的橡膠阻尼塊，如圖1所示。

如圖2所示，Damper阻尼塊內(nèi)部填充阻尼油與一長一短兩根彈簧為整個脊柱提供了合理的生物力學性能。

頸部的橡膠阻尼塊有黑色與黃色兩種，其中黑色橡膠阻尼塊分別安裝在7塊頸椎的前部間隙以及前3塊頸椎的后部間隙；而黃色橡膠阻尼塊分別安裝在后4塊頸椎的后部間隙。黑色橡膠阻尼塊與黃色橡膠阻尼塊硬度分別為45.5A、42.5A。

2 BIORIDⅡ假人的標定介紹

2.1 假人靜態(tài)標定

BIORIDⅡ假人靜態(tài)標定目的是校準假人脊椎部分。通過專用夾具將假人脊椎固定并將脊椎塊之間的間距鎖止，保證每一次標定后假人脊椎塊之間距離保持一致；然后通過調(diào)整鋼絲繩的張緊程度，將脊柱各個部分角度與距離調(diào)整一致，如圖3所示：L1為614～604mm；L2為570～580mm；L3為151～161mm；L4為199～209mm；α為29～30°；β為36.5～37.5°。

BIORIDⅡ假人動態(tài)標定將上半身置于迷你滑臺之上進行實驗，如圖4所示。其中用33.4KG的擺錘以4.7m/s的速度對迷你滑臺進行沖擊，碰撞曲線如圖5所示。

其中擺錘力的計算公式為：

擺錘力（N） = 擺錘加速度（1/2） × 擺錘質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)與區(qū)域限值如下表1所示：

如圖6所示，其中POTA為頸部OC軸轉(zhuǎn)動角速度，POTB為假人左側(cè)T1軸轉(zhuǎn)動角速與POTD以桿相連，其中POTC為另一側(cè)的T1軸轉(zhuǎn)動角速度，POTD則為上肢軀干整體轉(zhuǎn)動角速度。

標定中假人頭頂平臺角度與上述兩根連接桿應保持90°垂直，假人頭頂平臺角度應為0°，如圖7所示。

3 頭部角度對各項數(shù)值影響分析

根據(jù)上述BIORIDII假人動態(tài)標定介紹，在保證其他影響因素及環(huán)境均不變的條件下，將頭頂平臺角度分別調(diào)整為-5°至+5°區(qū)間，假人頭部向前為正值后仰則為負值，每間隔1°進行一次標定，并觀測數(shù)據(jù)。

如圖8、圖9所示，假人頭頂平臺角在-5°、-4°、4°、5°這四個角度的標定環(huán)境下，考核項POTA或POTB均出現(xiàn)FAIL情況，由此可見頭頂平臺角的臨界限值為|θ|<4°，以-5°與+5°為例進行分析。

3.1 影響因素及分析

當頭頂平臺角θ≤-4°時，在標定過程中由于POTA向后角度達到限值，OC面前端鋼絲達到限力值限制了角度的增大，導致POTA角度偏?。欢捎陬^頂平臺角為-5°，導致頭部重心后移，從圖8與圖9 POTB曲線圖對比可以看出，POTB角度變化率上升，而POTA角度達到限值，能量通過POTA與POTB連桿傳遞，從而POTB整體曲線上移，第一峰值增加。

當頭頂平臺角θ≥4°時，在標定過程中由于頭頂平臺角為+5°，頭部重心前移，導致POTB角度變化率下降，從而POTB曲線第一峰值降低，整體曲線下移；由于頭頂平臺角θ前傾過大，在標定過程中呈收顎移動狀態(tài)，導致POTA變小。

如表2所示，當-3°≤θ≤3°時，將部分數(shù)據(jù)提取進行對比，頭頂平臺角度對于POTA與 MY影響最大，當頭頂平臺角θ向后偏轉(zhuǎn)POTA變大，當頭頂平臺角θ向前偏轉(zhuǎn)POTA變??；當頭頂平臺角θ向后偏轉(zhuǎn)MY值變小，當頭頂平臺角θ向前偏轉(zhuǎn)MY值變大。

4 總結(jié)

對于BIORIDII假人頭部角度對于其標定總各項數(shù)據(jù)的影響問題，通過對頭部角度唯一變量的控制，分析BIORIDII假人標定中頭部角度與頸部OC角度、T1角度與MY等輸出數(shù)值與曲線的關(guān)系，最后得出結(jié)論：當頭部角度θ≤-4°時，POTA角度變小，POTB整體曲線上移，第一峰值增加；當頭部角度θ≥4°時，POTA變小，POTB曲線第一峰值降低，整體曲線下移；當-3°≤θ≤3°時，θ向后偏轉(zhuǎn)（負值），POTA變大，MY值變??；θ向前偏轉(zhuǎn)（正值），POTA變小，MY值變大。

參考文獻

[1]劉東春，鄭玉玉，王旭，楊舒涵.鞭打假人頸部標定中OC轉(zhuǎn)角影響因素的研究[J].機械工程與自動化，1672-6413（2018）06-0042-03.

[2]楊喜. BIORIDⅡ假人頸部動態(tài)標定方法研究[J].研究與應用，重慶，2018.

[3]Procedures for Assembly， Disassembly，and Inspection of the BiORID II Rear impact Crash Test Dummy，June 20，2011.