BioRID II 型假人沖擊標(biāo)定的研究

楊凱　李英杰　邱天羿　張傲同　麥文杰

摘 要：BioRID II 假人主要用于評(píng)估鞭打試驗(yàn)中，座椅及頭枕對(duì)人體頸部揮鞭傷防護(hù)的效果。假人用于試驗(yàn)評(píng)價(jià)用于判斷試驗(yàn)是否精確則需要通過定期對(duì) BioRID II 假人進(jìn)行標(biāo)定，確保各個(gè)通道滿足法規(guī)要求。沖擊標(biāo)定是 BioRID II 假人標(biāo)定試驗(yàn)中標(biāo)定最困難的一項(xiàng)。本文主要介紹沖擊標(biāo)定中常見問題項(xiàng)目的解決方法與經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：BioRID II;沖擊;標(biāo)定

1 引言

在后碰事故中，乘員頸部容易受到難以量化的揮鞭傷害，而且會(huì)導(dǎo)致受傷者很虛弱及長期的后遺癥。所以歐洲研發(fā)出用于模擬后碰事故中評(píng)價(jià)駕駛證者頸部受到傷害程度的假人。

早在 1986 年，Seemann 發(fā)現(xiàn) Hybrid III 假人用于后碰試驗(yàn)時(shí)，由于其頸部是由聚氨酯材料整體澆注成型，頸部彎曲時(shí)響應(yīng)剛度過高，曲率不正常。Deng 提出 Hybrid III 假人仿真模型用于后碰試驗(yàn)，與人體頸部頸部有著相似的力矩響應(yīng)，但頸部 x 方向的剪切力過高。1991 年，Bruno 將 Hybrid III 假人與尸體進(jìn)行后碰模擬試驗(yàn)對(duì)比時(shí)發(fā)現(xiàn)，Hybrid III 假人顯示相當(dāng)大的剪切力，與尸體顯示的無傷害特征與測(cè)量到的剪切力對(duì)應(yīng)特征不符合。

假人標(biāo)定試驗(yàn)是為了保證試驗(yàn)中假人的生物仿真度與測(cè)量的精度，定期需按照法規(guī)要求對(duì)假人進(jìn)行標(biāo)定。BioRID II 假人標(biāo)定程序包括滑軌性能標(biāo)定、脊椎曲率檢查與假人沖擊標(biāo)定。無法滿足性能要求時(shí)，需進(jìn)行部件更換等措施。沖擊標(biāo)定為 BioRID II 假人標(biāo)定項(xiàng)目中最難一項(xiàng)，本文主要介紹沖擊標(biāo)定的調(diào)整方法與對(duì)策。

2? BioRID II 假人脊椎曲率檢查

BioRID II 假人脊椎由頸部 C1～C7、胸椎 T1～T12 和腰椎 L1～L5 組成，與人體擁有相同數(shù)量的椎骨。深層肌肉產(chǎn)生的力由椎骨間的剛度進(jìn)行模擬，淺層肌肉則由頸部上端為起點(diǎn)的三根纜繩模擬。在進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定之前，需滿足靜態(tài)曲率的各項(xiàng)要求。各椎骨前后之間附有聚氨酯橡膠塊，表現(xiàn)出了肌肉與椎骨之間的活動(dòng)范圍與特性。汽車后碰事故中，頭部因?yàn)閼T性作用位移延遲，頸部發(fā)生如鞭子一樣彎曲的運(yùn)動(dòng)，而頭部在向前回彈的過程中，由椎間聚氨酯塊于纜繩組成的肌肉替代塊模擬了假人的回彈效果。

3 BioRID II 假人沖擊標(biāo)定與描述。

根據(jù) C-NCAP 規(guī)范中對(duì)假人各個(gè)部位標(biāo)定的要求，性能指標(biāo)和通道的規(guī)定。

3.1? 沖擊標(biāo)定試驗(yàn)流程

①將假人與能量轉(zhuǎn)換裝置至于滑臺(tái)設(shè)備上

②標(biāo)定試驗(yàn)時(shí)，安裝 BioRID II 假人（無下軀干和手臂）至滑臺(tái)的假人安裝板處后，安裝上下頸部及滑臺(tái)處的角度傳感器。

③使擺錘自由懸掛，將滑臺(tái)導(dǎo)軌向擺錘方向移動(dòng)，直至擺錘撞擊面與能量轉(zhuǎn)換裝置剛好接觸。調(diào)整假人頭部前后水平角度后將擺錘以 4.7m/s～4.8m/s 速度沖擊能量轉(zhuǎn)換裝置（如圖 2 所示），完成沖擊標(biāo)定。

4 BioRID II 假人沖擊標(biāo)定與描述

頭部枕骨轉(zhuǎn)角曲線與脊椎處阻尼器松緊有關(guān)。通過長期對(duì) BioRID II 假人的標(biāo)定經(jīng)驗(yàn)及常見的改善各個(gè)參數(shù)值對(duì)應(yīng)的措施，總結(jié)出如下調(diào)整的方法：

4.1? 電位計(jì) A 影響因素

①若釋放擺錘后測(cè)量得到的頭部枕骨最大轉(zhuǎn)角值電位計(jì) A 值低于下限，其原因主要是脊椎處控制頸部線纜的阻尼器過緊，通常采取松開適量阻尼器螺栓的方法。在多次調(diào)整后電位計(jì) A 值改善依然不是很明顯的情況下，可將 T1 處橡膠緩沖塊更換為更軟的緩沖塊。而緩沖塊的硬度與顏色有一定的關(guān)系，顏色越冷，硬度越高。

②在最大轉(zhuǎn)角值電位計(jì) A 值高于上限制，反之亦然，通常采取擰緊適量阻尼器螺栓的方法進(jìn)行調(diào)整。

③當(dāng)枕骨轉(zhuǎn)角 potA 值滿足通道要求，但枕骨 OC 的時(shí)刻在區(qū)間 100ms～160ms 之間，說明電位計(jì) A 的轉(zhuǎn)角在受到擺錘撞擊后傾的角度沒有向前回彈的角度大。通常采取將 BioRID II 頭部在允許范圍內(nèi)適當(dāng)后傾一定角度，可改善回彈角度過大的情況。

4.2? 電位計(jì) B 影響因素

①頸部最大轉(zhuǎn)角電位計(jì) B 峰值低于下限時(shí)，通常調(diào)整彈簧線纜，將控制頸部前端的彈簧擰緊，控制后端的彈簧擰松，從而使頭部向前傾斜。

③頸部在 98ms～108ms 區(qū)間時(shí)，若頸部鏈接處轉(zhuǎn)角電位計(jì) B 值過大，表示控制線纜的阻尼器過于松弛，或者頭部被調(diào)整的過于靠后，反之亦然。

4.3? 電位計(jì) A 與 B 頸部轉(zhuǎn)角總和

電位計(jì) A 與 B 轉(zhuǎn)角之和表示了頸部在脊椎聯(lián)動(dòng)的作用下，在受到?jīng)_擊后向前的最大位移。轉(zhuǎn)角和在 100ms～110ms 區(qū)間時(shí)，若值超過上限，說明了頸部缺少向前的阻力，建議更換頸部前端的橡膠緩沖塊。

4.4? 電位計(jì) C 在 T1 處轉(zhuǎn)角值

①轉(zhuǎn)角和在 73ms～78ms 區(qū)間時(shí)，若轉(zhuǎn)角值未超過轉(zhuǎn)角要求的低限值，說明了脊椎處轉(zhuǎn)動(dòng)不足，建議于 T2、T3 之間更換薄的白色橡膠緩沖塊。

5 結(jié)論

BioRID II 假人標(biāo)定考察項(xiàng)目較多，主要約束脊椎各個(gè)椎骨可動(dòng)域與生物仿真度。頭部枕骨轉(zhuǎn)角影響的因素與擺錘和能量轉(zhuǎn)換裝置接觸時(shí)的速度有關(guān)，同時(shí)與控制頸部線束阻尼器的松緊有關(guān)，因此可通過調(diào)整擺錘高度與調(diào)節(jié)頸部線束松緊的方法，以控制頸部在實(shí)際標(biāo)定中擺動(dòng)角度的仿真度。主要闡明了不同參數(shù)在分別受到阻尼器螺栓松緊調(diào)整下、各部位橡膠緩沖塊軟硬情況下的影響。

參考文獻(xiàn)：

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[2]L? ?vsund， P. and Wiklund， K.， BioRID-A New Biofidelic Rear Impact Dummy.Proc. 1998 Int. IRCOBI Conf.，G? ?teborg， Sweden， 1998b：pp.377-390.