Hybrid III 50th假人胸部標(biāo)定試驗(yàn)的校準(zhǔn)方法

景潤申

（上海機(jī)動車檢測認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司 201805）

0 引言

Hybrid III 50th 假人作為車輛被動安全試驗(yàn)中主要使用的碰撞假人[1]，使用的假人必須定期的進(jìn)行標(biāo)定試驗(yàn)。依據(jù)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)測量假人各部位傳感器，在某一標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境狀態(tài)下的實(shí)際加速度或者位移量，是否滿足標(biāo)定要求的數(shù)值范圍[2]。本文按照NHTSACFR Part 572 規(guī)定的程序，探討假人胸部標(biāo)定試驗(yàn)中不確定度的評價(jià)方法。

1 假人胸部標(biāo)定試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)方式

Hybrid III 50th 碰撞假人其胸部標(biāo)定程序按照NHTSACFR Part 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(gè)擺錘以6.59 ～6.83 m/s 的速度撞擊假人胸部肋骨指定位置，標(biāo)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[3]。

表1 高速標(biāo)定沖擊試驗(yàn)參數(shù)要求

1.2 試驗(yàn)要求

每次試驗(yàn)前將假人放置于假人標(biāo)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4 h 以上。假人放置在光滑平整的試驗(yàn)平臺上，使用直徑為152.40±0.25 mm，質(zhì)量為23.36±0.02 kg 的擺錘水平?jīng)_擊處于垂直坐姿的假人胸部指定位置[4]。擺錘初始撞擊速度文6.71±0.12 m/s。

1.2 標(biāo)定結(jié)果的選用

標(biāo)定試驗(yàn)分為高速標(biāo)定試驗(yàn)和低速標(biāo)定試驗(yàn)，之前的試驗(yàn)要求中選擇了高速標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)方法，其中對于試驗(yàn)結(jié)果的評判標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

假人胸部結(jié)構(gòu)經(jīng)過多次沖擊試驗(yàn)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(dāng)標(biāo)定結(jié)果滿足上表所述的要求時(shí)，表示假人此部件沒有損壞可以繼續(xù)試驗(yàn)使用，當(dāng)不能通過標(biāo)定試驗(yàn)后，說明假人胸部結(jié)構(gòu)的零部件可能發(fā)生了變形或斷裂，此時(shí)應(yīng)當(dāng)檢查出損壞的部件，進(jìn)行更換，或者使用專用工具設(shè)備調(diào)節(jié)復(fù)原，再進(jìn)行標(biāo)定沖擊試驗(yàn)[5]。

表2 高速標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果

2 校準(zhǔn)方法

本文以高速標(biāo)定試驗(yàn)為例，為其進(jìn)行不確定度評價(jià)。其試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。根據(jù)這7 次假人胸部沖擊試驗(yàn)的數(shù)據(jù)，對假人胸部標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果的不確定度分析校準(zhǔn)。

2.1 建立數(shù)學(xué)模型

建立測量模型：

將此次假人胸部標(biāo)定試驗(yàn)不確定度的的傳播系數(shù)絕對值設(shè)為1，且每一個(gè)不確定度分量之間是相互獨(dú)立的，其數(shù)學(xué)模型為：

2.2 不確定度的來源

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

2.3 試驗(yàn)方式引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

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

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

2.4 溫度和濕度引入的標(biāo)準(zhǔn)不確定度

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

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

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(biāo)定試驗(yàn)要求。幅值分辨力不小于10 bit，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(guān)因素引入的不確定度，采用國標(biāo)GB/T20485.22-2008 附錄B給出該項(xiàng)取值0.29%。

2.7 重復(fù)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(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

標(biāo)準(zhǔn)差Sp 的計(jì)算公式為：

假人胸部壓縮變形量總Dp=65.91 mm，合并樣品標(biāo)準(zhǔn)偏差Sp=1.28 mm。

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

3 合成不確定度

表3 標(biāo)定試驗(yàn)測量結(jié)果分量不確定度

高速Hybrid III 50th 假人胸部沖擊試驗(yàn)標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果不確定度評價(jià)分量如表3所示。

由上表可知，合并不確定度：

4 擴(kuò)展不確定度

由于標(biāo)定試驗(yàn)屬于一般工程應(yīng)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(yàn)高速標(biāo)定測量結(jié)果的不確定度U 的最終結(jié)果為：

5 結(jié)語

Hybrid III 50th 假人胸部結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，因此對于每次標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果的影響因素也較為復(fù)雜。即使嚴(yán)格依據(jù)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范要求操作[6]，相同假人相同胸部結(jié)構(gòu)在相同的試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn)，依然會獲得不同的試驗(yàn)結(jié)果。

因此，法規(guī)中明確要求2 次相同的標(biāo)定項(xiàng)目間隔至少5 min，以保證假人胸部結(jié)構(gòu)中的彈簧部件更加徹底的釋放出內(nèi)應(yīng)力，從而排除結(jié)構(gòu)材料力學(xué)特性變化造成的標(biāo)定試驗(yàn)結(jié)果的測量誤差。

根據(jù)上文中沖擊試驗(yàn)不確定度評價(jià)[7]，考慮的試驗(yàn)方法、試驗(yàn)中溫濕度變化、數(shù)據(jù)采集器的誤差和試驗(yàn)的重復(fù)性，此假人在高速胸部沖擊試驗(yàn)中可以期望在65.91 ±3.56 mm 的范圍內(nèi)，包含假人胸部位移值Dp 的標(biāo)定結(jié)果可能性為95%。