汽车正面碰撞试验用人形试验装置校准规范

1汽车正面碰撞试验用人形试验装置校准规范本规范适用于GB11551--2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》中汽车正面碰撞试GB/T20913~-2007乘用车正面偏置碰撞的乘员保护IS()6487:2000道路车辆碰撞试验测量技术仪器设备使用本规范时.应注意使用上述引用文献的现行有效版本。3.1人形试验装置anthropomorphi指用于汽车碰撞试验的人形试验装置(以下简称“假1)尺寸、重量分布、关节的活动、头部、胸部等各部分在受载荷时的变形特性应2)应能对人体相对应的各部分的加速度、负荷等参量进行测定。3)个体间的差异小，复现性好，并且具有优良的耐久性。本规范中被校对象特指GB11551-2003《乘用车正面碰撞的乘员保护》中规定的假人，即混合三型第50百分位男性假人。“百分位”指对人体生理数据〈身高、体重〉的人口普查所得的正态分布统计比例.试验常用的是第5百分位(5*)、第50百分位(50*)和第95百分位(95*)。用以表示人体某项尺寸数据的等级。例如：第50百分位成年男子.表示男性人群中有50%的信号序列幅值的正信号最大值(用max表示)或负信号最小值(用min3.5“B”平面B-plane2参照GB11551--2003中条款B.2.4.3.2,指插入假人H点测量孔中的骨盆角度量规76mm平面上的水平面角度。汽车正面碰撞用人形试验装置(以下简称正碰撞假人)是由与真实人体一一对应的似的抗冲击特性，其大小和质量代表一无下臂的第50百分位的成年男子。其内部特定工作原理见图1所示：1)激励源设备对人形试验装置特定部位施加2)人形试验装置的特定部位(仿真人体相应部位)吸收部分能量。并用安装在该3)数据通道及记录设备对传感器信号进行处理，计算分析其信号峰值和响应图1校准原理示意图正碰撞假人计量特性见表1。表1计量特性校准项目1二次振幅比β3表1(续)校准项日2“ID”平面旋转角度Oopam的峰值“D”平面旋转角度的峰值34弯曲力矩203Nm时骨盆角度θ56足上部(不穿鞋)足下部(不穿鞋)足下部(穿鞋)6校准条件6.1校准环境条件校准环境条件见表2。4校准项Ⅱ头部颈部足部校准项日1参见6.2.l参见6.2.2.1头部跌落设备参见附录A.12参见6.2.1参见6.2.2.1参见6.2.2.2参见6.2.2.3参见附录A.23参见6.2.1参见6.2.2.1参见6.2.2参见附录A.34参见6.2.1参见6.2.2.25表3(续)校准项目5参见6.2.1参见6.2.2.1参见6.2.2.7参见附录A.56参见6.2.1参见6.2.2.1小腿载荷传感器参见6.2.2.8足部冲击设备6.2.2.1加速度传感器：量程2000g,阻尼系数≤0.05,频率响应±2.5%(0Hz~6.2.2.2角度传感器：量程180°,非线性度≤0.5°,旋转速度≥9600(°)/s。6.2.2.3颈部载荷传感器：量程5kN,150Nm。非线性度≤1%F.S.,多通道串扰≤5%,迟滞≤1%。6.2.2.4骨盆力矩传感器：量程300Nm,非线性度≤1%F.S.,迟滞≤1%。6.2.2.5胸部位移传感器：量程75mm,非线性度≤0.5%F.S.。6.2.2.6大腿力传感器：量程5kN.非线性度≤1%F.S.,迟滞≤1%。6.2.2.7膝部位移传感器：量程38mm,非线性度≤0.5%F.S.。6.2.2.8小腿载荷传感器：量程5kN,300Nm.非线性度≤1%F.S.,多通道串扰≤5%,迟滞≤1%。7.1.2.2头部组件由①头骨、②头骨皮肤、③头骨后盖皮肤、④头骨后盖、⑤固定头骨后盖的螺栓、⑥上颈部载荷传感器的替代件、⑦三向加速6(见图2),在头部重心处安装三向加速度传感器。图2头解姐件案整示意图7.1.2.3将头都组件与头部支撑绳索连接，并将绳索安装到快速释放机构上。头骨孔中心线与水平刚性板表面平行，误卷小于1°.头部最低点距离水平刚性板表面376mm±1mm。(如图3、图4所示)图3头部悬吊水平示意图安装加速度传感器测量头部重心处X,Y,Z方向的加速度ax,ay和az。7图4头部悬吊高度示意图7.1.4.2如图4所示将头部总成悬吊起来，确保头部的Y方向处于水平，同时确保假人额头最低点在假人鼻子最低点的下方12.7mm处。7.1.4.3使假人头部自由落下并撞击受冲击表面，避免头部组件与受冲击表面的二次7.1.4.4假人头部两次校准时间间隔为3h。7.1.6.1合成加速度ag的峰值：头部重心处的二向合成加速度ag的峰值。7.1.6.2二次振幅比β:合成加速度第二次峰值与峰值的比值。β=aRpk2/aky7.2颈部弯曲、拉伸特性校准7.2.1校准用设备技术要求参见附录A.2。87.2.2.1将颈部钢缆螺栓力矩调整为(1.36±0.27)Nm。7.2.2.2将颈部组件安装在刚性摆臂上。确保摆臂静止时假人头部“D”平面与摆锤7.2.3.1距转轴1835.2mm处安装单轴加速度传感器，敏感轴方向指向碰撞方向，测7.2.3.2在假人头部安装颈部载荷传感器，测量上颈部力Fx和上颈部力矩My(如图5、图6)。7.2.3.3分别在颈部组件安装平板上和假人颈部链接处安装两个角度传感器，测得的7.2.4.1被校对象应做外观检查以确定其是否损坏，其大小、质量应符合附录B、附录C的要求，不符合时应修补或更换。被校对象应置于表2规定的环境条件中至少7.2.4.2预先挤压蜂窝铝表面，使摆臂撞击板与蜂窝铝90%以上的面积接触。安装好过程须满足表4要求。7.2.4.3假人颈部两次校准时间间隔为30min。9图6颈部拉伸安装示意图图7角度传感器安装示意图表4摆臂运动过程要求表颈部弯曲领部拉伸碰撞速度(测量位置为摆锤的轴线处10ms时摆锤减速度20ms时摆锤减速度30ms时摆锤减速度表4(续)颈部弯曲颈部拉伸摆锤减速度全5g时刻Ob-Plame=Orendutum+7.2.6.4头颈部链接力矩峰值：头部相对颈部链My-—上颈部力矩My,Nm;7.2.6.5最大力矩时刻：头颈部力矩M为峰值的时刻tMmax,ms。7.2.6.6力矩减至零时刻：头颈部力矩Ma为零的时刻txo,ms。7.3.2.2确保假人中心对称面与试验平台垂直，摆锤的中心线位于假人第三根肋骨中心线以下12.7mm处(如图8)。7.3.3.1在摆锤上沿其中轴线安装单轴加速度传感器，敏感轴方向指向碰撞方向，测7.3.4.1被校对象应做外观检查以确定其是否损坏，其大小、质量应符合附录B、附录C要求，不符合时应修补或更换。被校对象应置于表2规定的环境条件中至少7.3.4.2将摆锤以6.71m/s±0.12m/s的碰撞速度(测量位置为摆锤的轴线处)冲击7.3.4.3假人胸部两次校准时间间隔为30min。7.3.6.2胸部位移峰值：胸部冲击过程中假人胸部位移Dchs的峰值。7.3.6.3滞后率：胸部冲击力加载曲线和卸载曲线之间面积与加载曲线投影面积的用骨盆支架替换原骨盆加速度安装支架及盖板，将骨盆支架安装在骨盆弯曲拉伸设备上，使假人骨盆B平面保持水平(如图9、图10)。图9骨盆支架安装示意图图10骨盆校准安装示意图7.4.3.1在臀部旋转中心(H点)处安装力矩传感器，测量骨盆弯曲力矩M。7.4.3.2在臀部旋转中心(H点)处安装角度传感器、测量骨盆弯曲角度Bim。7.4.4.1被校对象应做外观检查，其大小、质量应符合附录B、附录C的要求，不符合时应修补或更换。被校对象应置于表2规定的环境条件中至少4h。7.4.4.2将大腿相对躯干在±30°范围内进行弯曲及拉伸，弯曲角速度不小于5.0(°)/s.不大于10.0(°)/s.记录弯曲力矩为203Nm时的骨盆角度和骨盆角度为7.4.4.3假人骨盆两次校准时间间隔为30min。7.4.6.1弯曲力矩203Nm时骨盆角度：M为203Nm时的角度值Otm,(°)。7.5.1校准用设备1)将膝部组件以41Nm的紧固力矩安装在大腿力传感器上并保持水平，允许偏差±0.5°,调节小腿角度使小腿与水平方向呈66°夹角.腿部不应与任何地方接触(如图图11膝部冲击安装示意图2)将膝部转轴和脚踝转轴做1g～2g调整。1)将缓冲支架和位移传感器安装在膝部组件上，再将膝部组件以41Nm的紧固力2)将膝部转轴做1g～2g调整。在摆锤上沿其中轴线安装单轴加速度传感器，敏感轴方向指向碰撞方向，测量摆锤1)在大腿内部安装单轴力传感器，测量大腿力值Frcmx。2)在膝盖内部安装位移传感器，测量膝部位移值Dk…。7.5.4.1膝部冲击1)被校对象应做外观检查以确定其是否损坏，其大小、质量应符合附录B、附录C的要求，不符合时应修补或更换。被校对象应置于实验室环境条件中至少4h。2)将摆锤以2.10m/s±0.03m/s的碰撞速度(测量位置为摆锤的轴线处)冲击膝部，测量膝部冲击力。在冲击过程中确保摆锤没有横向及垂直运动。3)假人膝部冲击两次校准时间间需为30min。7.5.4.2膝部滑动1)被校对象应做外观检查以确定其是否横坏，其大小、质量应符合附录B、附录C。必要时，被校对象应置于实验室犟境条件中至少4h。2)将摆锤以2.75m/s±0.05m/4的碰撞速度(测量位置为摆锤的轴线处)冲击膝部，测量大腿轴向受力和膝部位移值。在冲击过程中确保摆锤没有横向及垂直运动。3)假人膝部滑动两次校准时间间隔为30min。加速度传感器通道按照IS()6487:2000CFC1000滤波。1)力传感器通道按照IS()6487:2000CFC600滤波。2)位移传感器通道按照IS()6487:2000CFC180滤波。7.5.6结果表达冲击力峰值：膝部冲击过程中摆锤力Fkne的峰值。akme——摆锤加速度，g。1)膝部位移-10.2mm时大腿力：D为-10.2mm时的大腿力值Frmr。2)膝部位移-17.8mm时大腿力：Dkm为-17.8mm时的大腿力值Ffemur。7.6足部冲击特性校准7.6.1校准用设备技术要求见附录A.6。7.6.2安装要求7.6.2.1足上部(不穿鞋)冲击将不穿鞋的足部装在足部冲击标定台上，使膝盖弯曲处链接螺栓与脚踝弯曲处链接螺栓处于同一高度，脚底板处于垂直位置(如图13)。7.6.2.2足下部(不穿鞋)冲击将不穿鞋的足部装在足部冲击标定台上，使膝盖弯曲处链接螺栓与脚踝弯曲处链接螺栓处于同一高度，脚底板处于垂直位置(如图14)。7.6.2.3足下部(穿鞋)冲击将穿鞋的足部装在足部冲击标定台上，使膝盖弯曲处链接螺栓与脚踝弯曲处链接螺栓处于同一高度，脚底板处于垂直位置(如图15)。7.6.3测点布置7.6.3.1足上部(不穿鞋)冲击小腿下部安装力矩传感器，测量小腿下部脚踝处Y方向的力矩My。7.6.3.2足下部(不穿鞋)冲击7.6.3.3足下部(穿鞋)冲击小腿下部安装力传感器，测量小腿下部脚踝处Z方向的力Fz。7.6.4.1足上部(不穿鞋)冲击1)被校对象应做外观检查以确定其是否损坏，其大小、质量应符合附录B、附录C的要求，不符合时应修补或更换。被校对象应置于实验室环境条件中至少4h。2)将摆锤以6.7m/s±0.1m/s的碰撞速度(测量位置为摆锤的轴线处)冲击足上部，冲击过程中确保摆锤没有横向及垂直运动。3)假人足上部(不穿鞋)冲击两次校准时间间隔为30min。7.6.4.2足下部(不穿鞋)冲击1)被校对象应做外观检查以确定其是否损坏，其大小、质量应符合附录B、附录C的要求，不符合时应修补或更换。被校对象应置于实验室环境条件中至少4h。2)将摆锤以4.4m/s±0.1m/s的碰撞速度(测量位置为摆锤的轴线处)冲击不穿鞋的足下部，冲击过程中确保摆锤没有横向及垂直运动。3)假人足下部(不穿鞋)冲击两次校准时间间隔为30min。7.6.4.3足下部(穿鞋)冲击1)被校对象应做外观检查以确定其是否损坏，其大小、质量应符合附录B、附录C的要求.不符合时应修补或更换。被校对象应置于实验室环境条件中至少4h。2)将摆锤以6.7m/s+0.1m/s的碰撞速度(测量位置为摆锤的轴线处)冲击穿鞋的足下部.冲击过程中确保摆锤没有横向及垂直运动。3)假人足下部(穿鞋)冲击两次校准时间间隔为30min。7.6.5数据处理7.6.5.1足上部(不穿鞋)冲击力矩传感器通道按照IS()6487:2000CFC600滤波。7.6.5.2足下部(不穿鞋)冲击加速度传感器通道按照IS()6487:2000CFC1000滤波。7.6.5.3足下部(穿鞋)冲击力传感器通道按照ISC)6487:2000CFC600滤波。7.6.6结果表达7.6.6.1足上部(不穿鞋)冲击脚踝力矩M;的峰值：冲击过程中，小腿下部脚踝处力矩Mγ·的峰值。7.6.6.2足下部(不穿鞋)冲击摆锤加速度am的峰值：冲击过程中、摆锤加速度am的峰值。7.6.6.3足下部(穿鞋)冲击脚踝力Fz的峰值：冲击过程中，小腿下部脚踝处力Fz的峰值。8校准结果表达8.1校准结果表达应包括头部、颈部、胸部、骨盆、膝部、足部的结果。8.2各部位校准结果应在校准证书或校准报告上反映。校准证书或校准报告至少应包b)实验室名称和地址；c)证书或报告的编号.每页及总页数的标识；d)校准单位校准专用章；c)送校单位的名称和地址；{)被校设备的名称、制造厂、型号规格、编号；g)进行校准的目期；h)对校准所依据的技术规范的标识，包括名称及代号；i)本次校准所用的测量标准的名称、出厂编号、准确度/等级、证书编号、溯源性j)校准环境条件的描述，包括：温度、湿度等；对试校准用设备的技术指标A.2颈部摆锤校准设备(见图A.2)。A.2.1摆臂由正方型结构钢管制作，边长76.2mm,壁厚4.8mm。摆锤由至少3.5m长的8根刚性铰链悬吊连接，其与摆锤中心线的夹角不大于20°。A.4.1能够将大腿自由升降的骨盆弯曲校准设备(见图A.4)。A.4.2将假人固定在校准设备上的骨盆安装支架(见图A.5和图A.6)。A.5.2膝部冲击摆锤质量5.0kg±0.01kg,直径76.2mm±0.25mm(见图A.7)。A.5.3膝部位移摆锤质量12.0kg±0.14kg,直径76.2mm±0.25mm(见图A.8)。A.5.5膝部位移缓冲支架质量1.06kg±0.01kg,前端覆A.6.1摆臂质量258g±5g,摆臂长度1250mm±1mm,摆锤质量1250g±20g。摆锤图A.6骨盆安装支架图A.7膝部冲击摆锤图A.8膝部位移摆锤图B.1正碰撞假人尺寸示意图表B.1正碰撞假人尺寸表整体坐姿高度肩关节离坐平面高度137.2士2.5肩关节到背平面距离大腿厚度表B.1(续)R寸/mm头骨后侧到背平面距离肩部到肘部距离肘部下侧到坐平面高度小腿后侧到背平面距离足部宽度足部长度肩部宽度瞥部宽度胸围腰围228.6士2.5附录C正碰撞假人部件质量表C.1部件名称头部下躯干大腿(1个)5.99士0.09小腿和脚(1个)上臂(1个)小臂和手(1个)总计正碰撞假人头部加速度校准测量结果的不确定度评定汽车正面碰撞试验用人形试验装置的校准项目包括头部跌部冲击、骨盆弯曲、膝部冲击和滑动、足部冲击等，校准时其输入输出参数不尽相同。用于提供冲击输入能量的头部跌落试验装置(见附录A.1)、测量加速度量值的传感器(配套信号适调仪),以及数据处理(算法)组成。跌落试验装置输入冲击能量，被试件(头部)按照一定方式安装、跌落并吸收一定的能量后，其输出的加速度响应由测量传感器(配套信号适调仪)转换为电信号并经数据采集变为电压序列，经过一定的算法，最终得到输出的加速度峰值(见7.1)。(1)头部跌落试验装置(2)测量传感器(配套信号适调仪)(3)数据采集(4)算法D.4.1头部跌落试验装置的高度引入的相对不确定度头部所获得的能量直接来源于跌落高度，试验装置所标称的高度为376mm±1mm,高度和速度之间的关系为v=√2gh,微分求导得到速度最大时的高度变化引起速度变化表达式为,代入数值后为1/376/2≈0.13%,考虑冲击持续时间不变，则引入加速度峰值的相对标准不确定度为0.13%。610mm,当水平度为0.5°,表面平面度为0.054mm时，若假定二者引起的跌落高度变化为5.3mm,标称高度为376mm,引起速度变化为5.3/376/2≈0.7%,考虑冲击持续时间不变，则引入加速度峰值的相对标准不确定度为0.7%。钢板作为跌落冲击的接受面，其质量影响冲击能量的分配。标称尺寸允差控制在0.001%,其在跌落冲击过程中吸收的能量变化为0.00