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【安全专栏】加载位置对Hybrid Ⅲ假人胸部响应影响
2021-02-25 00:39:51· 来源：AUTO行家
结果分析
男性假人
Hybrid Ⅲ 50th男性假人胸部低速冲击试验中的加载情况如表1所示。
被测试假人的实验室编号为1925#。在5组冲击试验中的摆锤冲击速度v 均位于SAE J2779规定的2. 94~3. 06 m/s范围内，摆锤总质量为23. 38 kg，在假人胸部上形成的最大冲击力F约在2. 43~2. 58 kN之间，假人胸部最大压缩变形量D 响应值为23. 0~25. 0 mm。试验中获得的胸部压缩量-力曲线如图5所示。
图5 男性假人胸部压缩量与摆锤冲击力曲线
从图中可看出，胸部展现出的较为明显的黏性响应，且5组试验获得的曲线形状基本一致。表明撞击中心位置的Z 向偏移对胸部的响应形式影响较小，但在胸部的最大压缩量和峰值力存在一定差异。
图6为摆锤最大冲击力和Hybrid Ⅲ 50th男性假人胸部最大压缩变形与摆锤冲击中心位置Z 的变化关系。从图中可看出，最大冲击力和最大压缩变形与摆锤冲击中心位置Z 呈现出近乎线性的负相关性。若以式（1）线性方程对结果进行拟合，可以获得在低速标定冲击强度下最大冲击力和最大压缩变形与摆锤冲击中心位置Z 的关系，如图6所示。
y = kx + b （1）
图6 Hybrid Ⅲ 50th男性假人试验结果：摆锤冲击力峰值和胸部最大压缩变形量与撞击位置的相关性
女性假人
使用试验室编号为7058# Hybrid Ⅲ 5th 女性假人在改进摆锤的低速标定试验条件下，对绕x轴转动角度α 的影响展开研究。试验结果如表2所示。
在该系列试验中，加载速度v 为3. 04~3. 05 m/s，均位于SAE J2878 规定的2. 94~3. 06 m/s 范围内。在假人胸部上形成的最大冲击力F 约在1. 93~2. 00 kN之间，假人胸部最大压缩变形量D 响应值为20. 2~20. 6 mm。
进一步分析摆锤最大冲击力和Hybrid Ⅲ 5th女性假人胸部最大压缩变形与摆锤绕x 轴转动角度α的变化关系，如图7所示。若同样以式（1）对结果进行拟合，可以获得在低速标定冲击强度下最大冲击力和最大压缩变形与摆锤绕x 轴转动角度α 的关系，如图7所示。可以看出最大冲击力与摆锤绕x 轴转动角度α 呈现出较好的线性相关性，但最大压缩变形与摆锤绕x 轴转动角度α 的相关性R2 仅为0. 331 1。还可以看出，当摆锤绕x 轴转动角度α 在16°~26°变化时，胸部最大压缩变形量随α 增大而增大，但在α 为31°时假人的胸部最大压缩变形量反而出现了下降，没有呈现出很好的正相关性。
图7 Hybrid Ⅲ 5th女性假人试验结果：摆锤冲击力峰值和胸部最大压缩变形量与摆锤转角的相关性
在摆锤绕x 轴转动角度α 为26°的情况下，采用实验室编号3544# Hybrid Ⅲ 5th 女性假人研究摆锤中轴线在Z 向不同位置上对假人胸部最大压缩变形的影响，以尽量避免女性假人乳房对试验结果的影响。试验数据如表3所示。在该系列试验中，加载速度在2. 92~3. 05 m/s之间，其中试验P20速度低于SAE J2878规定的2. 94~3. 06 m/s范围内。因此，在分析中剔除了该次试验的结果。在假人胸部上形成的最大冲击力约在1. 83~1. 97 kN之间，假人胸部最大压缩变形量响应值为18. 5~19. 9 mm。
图8 为女性假人试验拟合结果。从图中可看出，最大冲击力和最大压缩变形与摆锤冲击中心位置Z 呈现出的负相关性，即随着摆锤冲击中心上移，最大冲击力和最大压缩变形减小。线性拟合最大冲击力和最大压缩变形与摆锤冲击中心位置Z 的关系如图8所示。可以看出，最大冲击力与摆锤冲击中心位置Z 呈现出较好的线性相关性，但最大压缩变形与摆锤冲击中心位置Z 的相关性R2仅为0. 691 4。分析原因主要是由于女性假人乳房的影响，尽管改进摆锤以降低女性假人乳房对试验结果的影响，但无论是在摆锤绕x 轴转动角度α 还是摆锤冲击中心位置Z 的研究中，均有部分试验的摆锤冲击到了女性假人的胸部，从而使假人的胸部最大压缩变形与摆锤角度或位置变化量没有呈现出很好的相关性。
因此，若要深入研究Hybrid Ⅲ 5th女性假人胸部最大压缩变形因测量位置引起的误差，须进一步改进试验以消除女性假人乳房对冲击试验的影响。
图8 Hybrid Ⅲ 5th女性假人试验结果：摆锤冲击力峰值和胸部最大压缩变形量与摆锤冲击位置的相关性
实车试验中的应用
由于实车碰撞试验的不可逆性，且Hybrid Ⅲ50th假人胸部压缩变形量传感器单点测量的结构特性，引发了试验中安全带佩戴位置偏离测量点导致胸部压缩变形量测量数值小于实际数值的问题。为此提出了一种基于假人胸部低速标定试验的胸部压缩变形量修正方法，以便更客观、公正地评价汽车对乘员胸部防护的安全性能。
由于女性胸部最大压缩变形量与摆锤撞击中心位置Z 的相关性差，因此在应用中仅考虑了HybridⅢ 50th 男性假人在实车试验中的修正应用。在两次同车型的实车碰撞试验中，在驾驶位置均布置同一试验编号的Hybrid Ⅲ 50th 男性假人（ID：1925）。两次试验中，假人佩戴的安全带位置存在一定差异：试验1中安全带中心线与假人胸部矢状面的交点到下颚距离为146 mm；试验2中该距离为97 mm。而假人胸部测量点至假人下颚距离为210 mm。因此，在两次试验中相比测量点，分别上移64和113 mm。
两次实车试验中获得的假人胸部位移量曲线如图9所示。从图中可看出，两次试验曲线形状基本一致，对其中一条曲线进行等比例缩放能够很好地拟合另一条曲线。表明男性假人胸部压缩变形量与安全带佩戴位置的高度线性相关。两曲线中的最大胸部压缩变形分别为24. 89和20. 44 mm，两者在CNCAP中的评分分别为4. 48 分和满分5 分，相差0. 52分。
图9 两次试验假人胸部最大压缩变形量
利用式（2）Hybrid Ⅲ 50th 男性假人最大压缩变形与摆锤冲击中心位置Z 的关系（R2=0. 9554）对实车中最大压缩变形进行修正。
D=-0. 0235Z+25. 08 （2）
利用式（3）将它们统一修正为加载在Z 为0位置时假人胸部压缩变形量的响应值。
Dd=Dm+0. 0235Z （3）
式中：Dd为修正后，即换算至Z 为0位置撞击时假人胸部压缩变形量响应值；Dm为实际位置撞击时假人胸部压缩变形量响应值。
试验1中的假人胸部最大压缩变形量由24. 89修正为26. 39 mm，试验2中的20. 44修正为23. 10 mm，修正率分别为6%和13%，两次试验修正后假人胸部得分分别为4. 21分和4. 8分。
结 论
利用假人胸部低速冲击标定试验，研究了加载中心和测量点之间的高度差对假人胸部最大压缩变形量的影响。试验结果表明，在相同冲击强度下，不同的冲击位置对假人胸部最大压缩变形存在明显影响：Hybrid Ⅲ 50th 男性假人的最大胸部压缩变形与摆锤中心在Z 方向的偏移量呈近乎完全线性（R2=0. 9554）的负相关性。Hybrid Ⅲ 5th 女性假人由于乳房对试验结果的影响，使胸部最大压缩变形与冲击加载位置的相关性不如男性假人统一，但加载位置对胸部最大压缩变形的影响仍然较为明显，还须进一步深入研究以获得相关性。上述低速标定试验中获得的Hybrid Ⅲ 50th男性假人的最大胸部压缩变形与摆锤中心在Z 方向偏移量的相关性进一步被应用于实车试验中的假人胸部最大压缩变形结果的修正，修正率分别为6%和13%，修正后Hybrid Ⅲ 50th假人胸部得分分别为4. 21分和4. 80分，即分别降低了0. 27分和0. 2分。
【参考文献】
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