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【安全專欄】加載位置對Hybrid Ⅲ假人胸部響應影響

2021-02-25 00:39:51·  來源：AUTO行家  
　
結果分析
 
男性假人
Hybrid Ⅲ 50th男性假人胸部低速沖擊試驗中的加載情況如表1所示。
被測試假人的實驗室編號為1925#。在5組沖擊試驗中的擺錘沖擊速度v 均位于SAE J2779規(guī)定的2. 94~3. 06 m/s范圍內，擺錘總質量為23. 38 kg，在假人胸部上形成的最大沖擊力F約在2. 43~2. 58 kN之間，假人胸部最大壓縮變形量D 響應值為23. 0~25. 0 mm。試驗中獲得的胸部壓縮量-力曲線如圖5所示。
圖5 男性假人胸部壓縮量與擺錘沖擊力曲線
從圖中可看出，胸部展現出的較為明顯的黏性響應，且5組試驗獲得的曲線形狀基本一致。表明撞擊中心位置的Z 向偏移對胸部的響應形式影響較小，但在胸部的最大壓縮量和峰值力存在一定差異。
圖6為擺錘最大沖擊力和Hybrid Ⅲ 50th男性假人胸部最大壓縮變形與擺錘沖擊中心位置Z 的變化關系。從圖中可看出，最大沖擊力和最大壓縮變形與擺錘沖擊中心位置Z 呈現出近乎線性的負相關性。若以式（1）線性方程對結果進行擬合，可以獲得在低速標定沖擊強度下最大沖擊力和最大壓縮變形與擺錘沖擊中心位置Z 的關系，如圖6所示。
y = kx + b （1）
圖6 Hybrid Ⅲ 50th男性假人試驗結果：擺錘沖擊力峰值和胸部最大壓縮變形量與撞擊位置的相關性
 
 
女性假人
使用試驗室編號為7058# Hybrid Ⅲ 5th 女性假人在改進擺錘的低速標定試驗條件下，對繞x軸轉動角度α 的影響展開研究。試驗結果如表2所示。
在該系列試驗中，加載速度v 為3. 04~3. 05 m/s，均位于SAE J2878 規(guī)定的2. 94~3. 06 m/s 范圍內。在假人胸部上形成的最大沖擊力F 約在1. 93~2. 00 kN之間，假人胸部最大壓縮變形量D 響應值為20. 2~20. 6 mm。
 
進一步分析擺錘最大沖擊力和Hybrid Ⅲ 5th女性假人胸部最大壓縮變形與擺錘繞x 軸轉動角度α的變化關系，如圖7所示。若同樣以式（1）對結果進行擬合，可以獲得在低速標定沖擊強度下最大沖擊力和最大壓縮變形與擺錘繞x 軸轉動角度α 的關系，如圖7所示。可以看出最大沖擊力與擺錘繞x 軸轉動角度α 呈現出較好的線性相關性，但最大壓縮變形與擺錘繞x 軸轉動角度α 的相關性R2 僅為0. 331 1。還可以看出，當擺錘繞x 軸轉動角度α 在16°~26°變化時，胸部最大壓縮變形量隨α 增大而增大，但在α 為31°時假人的胸部最大壓縮變形量反而出現了下降，沒有呈現出很好的正相關性。
圖7 Hybrid Ⅲ 5th女性假人試驗結果：擺錘沖擊力峰值和胸部最大壓縮變形量與擺錘轉角的相關性
在擺錘繞x 軸轉動角度α 為26°的情況下，采用實驗室編號3544# Hybrid Ⅲ 5th 女性假人研究擺錘中軸線在Z 向不同位置上對假人胸部最大壓縮變形的影響，以盡量避免女性假人乳房對試驗結果的影響。試驗數據如表3所示。在該系列試驗中，加載速度在2. 92~3. 05 m/s之間，其中試驗P20速度低于SAE J2878規(guī)定的2. 94~3. 06 m/s范圍內。因此，在分析中剔除了該次試驗的結果。在假人胸部上形成的最大沖擊力約在1. 83~1. 97 kN之間，假人胸部最大壓縮變形量響應值為18. 5~19. 9 mm。
圖8 為女性假人試驗擬合結果。從圖中可看出，最大沖擊力和最大壓縮變形與擺錘沖擊中心位置Z 呈現出的負相關性，即隨著擺錘沖擊中心上移，最大沖擊力和最大壓縮變形減小。線性擬合最大沖擊力和最大壓縮變形與擺錘沖擊中心位置Z 的關系如圖8所示。可以看出，最大沖擊力與擺錘沖擊中心位置Z 呈現出較好的線性相關性，但最大壓縮變形與擺錘沖擊中心位置Z 的相關性R2僅為0. 691 4。分析原因主要是由于女性假人乳房的影響，盡管改進擺錘以降低女性假人乳房對試驗結果的影響，但無論是在擺錘繞x 軸轉動角度α 還是擺錘沖擊中心位置Z 的研究中，均有部分試驗的擺錘沖擊到了女性假人的胸部，從而使假人的胸部最大壓縮變形與擺錘角度或位置變化量沒有呈現出很好的相關性。
 
因此，若要深入研究Hybrid Ⅲ 5th女性假人胸部最大壓縮變形因測量位置引起的誤差，須進一步改進試驗以消除女性假人乳房對沖擊試驗的影響。
圖8 Hybrid Ⅲ 5th女性假人試驗結果：擺錘沖擊力峰值和胸部最大壓縮變形量與擺錘沖擊位置的相關性
 
實車試驗中的應用
由于實車碰撞試驗的不可逆性，且Hybrid Ⅲ50th假人胸部壓縮變形量傳感器單點測量的結構特性，引發(fā)了試驗中安全帶佩戴位置偏離測量點導致胸部壓縮變形量測量數值小于實際數值的問題。為此提出了一種基于假人胸部低速標定試驗的胸部壓縮變形量修正方法，以便更客觀、公正地評價汽車對乘員胸部防護的安全性能。
 
由于女性胸部最大壓縮變形量與擺錘撞擊中心位置Z 的相關性差，因此在應用中僅考慮了HybridⅢ 50th 男性假人在實車試驗中的修正應用。在兩次同車型的實車碰撞試驗中，在駕駛位置均布置同一試驗編號的Hybrid Ⅲ 50th 男性假人（ID：1925）。兩次試驗中，假人佩戴的安全帶位置存在一定差異：試驗1中安全帶中心線與假人胸部矢狀面的交點到下顎距離為146 mm；試驗2中該距離為97 mm。而假人胸部測量點至假人下顎距離為210 mm。因此，在兩次試驗中相比測量點，分別上移64和113 mm。
 
兩次實車試驗中獲得的假人胸部位移量曲線如圖9所示。從圖中可看出，兩次試驗曲線形狀基本一致，對其中一條曲線進行等比例縮放能夠很好地擬合另一條曲線。表明男性假人胸部壓縮變形量與安全帶佩戴位置的高度線性相關。兩曲線中的最大胸部壓縮變形分別為24. 89和20. 44 mm，兩者在CNCAP中的評分分別為4. 48 分和滿分5 分，相差0. 52分。
圖9 兩次試驗假人胸部最大壓縮變形量
利用式（2）Hybrid Ⅲ 50th 男性假人最大壓縮變形與擺錘沖擊中心位置Z 的關系（R2=0. 9554）對實車中最大壓縮變形進行修正。
D=-0. 0235Z+25. 08 （2）
利用式（3）將它們統一修正為加載在Z 為0位置時假人胸部壓縮變形量的響應值。
Dd=Dm+0. 0235Z （3）
式中：Dd為修正后，即換算至Z 為0位置撞擊時假人胸部壓縮變形量響應值；Dm為實際位置撞擊時假人胸部壓縮變形量響應值。
試驗1中的假人胸部最大壓縮變形量由24. 89修正為26. 39 mm，試驗2中的20. 44修正為23. 10 mm，修正率分別為6%和13%，兩次試驗修正后假人胸部得分分別為4. 21分和4. 8分。
 
結 論
利用假人胸部低速沖擊標定試驗，研究了加載中心和測量點之間的高度差對假人胸部最大壓縮變形量的影響。試驗結果表明，在相同沖擊強度下，不同的沖擊位置對假人胸部最大壓縮變形存在明顯影響：Hybrid Ⅲ 50th 男性假人的最大胸部壓縮變形與擺錘中心在Z 方向的偏移量呈近乎完全線性（R2=0. 9554）的負相關性。Hybrid Ⅲ 5th 女性假人由于乳房對試驗結果的影響，使胸部最大壓縮變形與沖擊加載位置的相關性不如男性假人統一，但加載位置對胸部最大壓縮變形的影響仍然較為明顯，還須進一步深入研究以獲得相關性。上述低速標定試驗中獲得的Hybrid Ⅲ 50th男性假人的最大胸部壓縮變形與擺錘中心在Z 方向偏移量的相關性進一步被應用于實車試驗中的假人胸部最大壓縮變形結果的修正，修正率分別為6%和13%，修正后Hybrid Ⅲ 50th假人胸部得分分別為4. 21分和4. 80分，即分別降低了0. 27分和0. 2分。
 
【參考文獻】
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