HybridⅢ50th假人胸部標定試驗的校準方法

摘要：本文依據(jù)標準要求，對HybridⅢ50th假人胸部結構的標定試驗進行研究，確定對試驗結果影響的因素，探討其不確定度的評價方式。

關鍵詞：HybridⅢ50th假人胸部結構;不確定度;標定試驗

中國分類號：U462文獻標識碼：A

0引言

HybridⅢ50th假人作為車輛被動安全試驗中主要使用的碰撞假人，使用的假人必須定期的進行標定試驗。依據(jù)試驗標準測量假人各部位傳感器，在某一標準環(huán)境狀態(tài)下的實際加速度或者位移量，是否滿足標定要求的數(shù)值范圍。本文按照NHTSACFR Part 572規(guī)定的程序，探討假人胸部標定試驗中不確定度的評價方法。

1假人胸部標定試驗

1.1試驗方式

HybridⅢ50th碰撞假人其胸部標定程序按照N HTSACFRPart 572規(guī)定的程序，假人放置于水平臺面上，上身保持垂直，雙臂水平向前與臺面平行，用一個擺錘以6.59～6.83m/s的速度撞擊假人胸部肋骨指定位置，標定過程中，擺錘用鋼絲繩水平懸吊，通過從懸吊高度下落獲得速度。

1.2試驗要求

每次試驗前將假人放置于假人標定等待區(qū)，保證假人在20.6℃～22.2℃環(huán)境溫度和10%～70%相對濕度的環(huán)境中靜置4h以上。假人放置在光滑平整的試驗平臺上，使用直徑為152.40±0.25mm，質(zhì)量為23.36±0.02kq的擺錘水平?jīng)_擊處于垂直坐姿的假人胸部指定位置。擺錘初始撞擊速度文6.71±0.12m/s。

1.2標定結果的選用

標定試驗分為高速標定試驗和低速標定試驗，之前的試驗要求中選擇了高速標定實驗的試驗方法，其中對于試驗結果的評判標準如表1所示。

假人胸部結構經(jīng)過多次沖擊試驗后，其中的金屬部件和發(fā)泡材料性能發(fā)生衰退在所難免，當標定結果滿足上表所述的要求時，表示假人此部件沒有損壞可以繼續(xù)試驗使用，當不能通過標定試驗后，說明假人胸部結構的零部件可能發(fā)生了變形或斷裂，此時應當檢查出損壞的部件，進行更換，或者使用專用工具設備調(diào)節(jié)復原，再進行標定沖擊試驗。

2校準方法

本文以高速標定試驗為例，為其進行不確定度評價。其試驗結果如表2所示。根據(jù)這7次假人胸部沖擊試驗的數(shù)據(jù)，對假人胸部標定試驗結果的不確定度分析校準。

2.1建立數(shù)學模型

建立測量模型：y=x（1）

將此次假人胸部標定試驗不確定度的的傳播系數(shù)絕對值設為1，且每一個不確定度分量之間是相互獨立的，其數(shù)學模型為：

2.2不確定度的來源

不確定度的來源包括試驗方式、溫度和濕度的影響、量化誤差、算法誤差和重復性等。

2.3試驗方式引入的標準不確定度

（1）撞擊擺錘的速度。標定試驗中假人胸部結構所受到的撞擊力來自于撞擊擺錘下落時產(chǎn)生的速度。高速標定試驗對于速度的要求是6.71+0.12m/s，其允許范圍是±1.8%，因此引入撞擊擺錘速度的不確定度1.20mm。

（2）撞擊接觸中心位置。撞擊擺錘中心和假人胸部結構中心線允許偏差范圍是+2.50mm，而撞擊擺錘的直徑是152.40+0.25mm，因此估算引入標準不確定度0.30mm。

2.4溫度和濕度引入的標準不確定度

在標定試驗的過程中，試驗溫度保持在20.6～22.2℃之間，因此在實際的碰撞假人使用過程之中，溫度變化量共計1.6℃。標定試驗中要求試驗環(huán)境相對濕度為10%～70%RH，每次標定試驗前假人需要在恒溫恒濕的環(huán)境中放置4h以上。

但是對于溫濕度在撞擊過程的持續(xù)時間上有影響，所以其引起的持續(xù)時間變化控制在10%以內(nèi)。引入胸部壓縮變形量的標準不確定度0.05mm。

2.5數(shù)據(jù)采集器引入的相對不確定度

數(shù)據(jù)采集器具有模數(shù)轉(zhuǎn)換功能，并能存儲假人胸部位移傳感器的輸出電信號，數(shù)據(jù)采樣頻率和傳感器幅值滿足標定試驗要求。幅值分辨力不小于10bit，則假人胸部位移傳感器輸出電壓峰值測量的不確定度為0.1%。

2.6算法引入的相對不確定度

由于數(shù)據(jù)離散化、零線漂移、傳感器噪聲等與算法相關因素引入的不確定度，采用國標GB/T20485.22-2008附錄B給出該項取值0.29%。

2.7重復測量引入的相對不確定度

采用A類評定，在相同測量條件下7次高速標定試驗結果如表2所示。

標準差Sp的計算公式為：

假人胸部壓縮變形量總Dp=65.91mm，合并樣品標準偏差Sp=1.28mm。

經(jīng)過判斷測量狀態(tài)穩(wěn)定，采用樣本Sp為標準不確定度，即重復測量引入的標準不確定度S=Sp=1.28mm

3合成不確定度

高速HybridⅢ50th假人胸部沖擊試驗標定試驗結果不確定度評價分量如表3所示。

由上表可知，合并不確定度：

4擴展不確定度

由于標定試驗屬于一般工程應用問題，一次使用置信概率為95%，包含因子k為2，所以此假人胸部沖擊試驗高速標定測量結果的不確定度U的最終結果為：

U=kU1=3.56mm

5結語

HybridⅢ50th假人胸部結構是一個復雜的結構，因此對于每次標定試驗結果的影響因素也較為復雜。即使嚴格依據(jù)法規(guī)標準的規(guī)范要求操作，相同假人相同胸部結構在相同的試驗條件下進行試驗，依然會獲得不同的試驗結果。

因此，法規(guī)中明確要求2次相同的標定項目間隔至少5min，以保證假人胸部結構中的彈簧部件更加徹底的釋放出內(nèi)應力，從而排除結構材料力學特性變化造成的標定試驗結果的測量誤差。

根據(jù)上文中沖擊試驗不確定度評價，考慮的試驗方法、試驗中溫濕度變化、數(shù)據(jù)采集器的誤差和試驗的重復性，此假人在高速胸部沖擊試驗中可以期望在65.91±3.56mm的范圍內(nèi)，包含假人胸部位移值Dp的標定結果可能性為95%。