汽车碰撞试验假人部分标定试验

汽车碰撞试验假人部分标定试验

丁亮

安徽江淮汽车集团股份有限公司技术中心安徽省合肥市230000

摘要：汽车的安全问题随着汽车数量的增加日益受到重视。汽车碰撞试验是检验汽车安全性能的重要手段，而试验用假人作为汽车碰撞试验的基础工具，它对汽车安全事业的发展起着重要的作用。碰撞试验假人的生物拟合性好坏将直接关系到车辆的碰撞安全性能是否得到正确评估，同时也间接影响乘员或行人的生命及财产安全。对假人进行标定是保证其生物拟合性的关键措施。通过标定，能够得到该假人在模拟环境下的各项参数，从而为验证假人是否符合标准提供了依据。基于此，本文主要对汽车碰撞试验假人部分标定试验进行分析探讨。

关键词：汽车碰撞试验；假人部分；标定试验

前言

汽车安全问题随着汽车数量的增多日益受到重视。汽车碰撞试验是汽车安全研究中至关重要的一步，由于该试验极具危险性、破坏性，所以研制符合我国人体身材特点和生物力学特性的汽车碰撞假人是势在必行的。国外在这方面进行了大量的工作，成功开发了各种人体物理模型系统。

1、标定系统的组成

汽车碰撞试验是现代制造技术、测试技术、生物医学工程技术在汽车安全工程领域中的综合应用。在试验中，测量技术是关键技术之一。假人分体正面碰撞试验中主要应用的是电测量法。电测量系统由传感器、放大器、数据记录及采集处理系统构成。信号经过信号适调、放大器、低通滤波后由信号记录仪记录，或由计算机直接采集碰撞中的测量信号，然后进行数据处理。如图1所示。

图1汽车碰撞假人模拟试验标定系统工作原理图2采样系统界面

采样系统采用Visualc++形成友好的人机界面如图2所示，从图中可看出，采样的周期和整个采样时间均可方便地在界面上选择。最小采样周期为100μs，即最高采样频率为10kHZ，图中的停止通道窗口可选择所需的通道段，图形显示窗口可显示选定通道图形。

2、标定试验方法

试验中的信息处理是在人体和机械环境中物质能量的传递过程，必须使用耐冲击、阻尼小、可靠性高的传感器来提取速度、加速度、动量等信息。在此次假人分体正面碰撞标定试验中要测量的项目有加速度、位移和力。

2.1头部试验

2.1.1试验要求

头部从376mm高度下落后，按规定在头形内部装好的加速度传感器的最大合成加速度应在225~275g范围内。试验中加速度－时间历程曲线的主脉冲应为单峰值，且在主脉冲后的加速度振荡时间应小于主脉冲时间的10%，同时应保证横向加速度矢量不超过15g.。

2.1.2试验过程

（1）将头部总成在温度为19~25℃，相对湿度为10%~70%的环境中至少放置4h，然后再试验；

（2）用三氯乙烯或等效物质清洗头皮表面和碰撞板表面；

（3）悬挂头部，保证前额最低点低于鼻子最低点12.7mm，同时保证其中心对称面处于垂直状态；

（4）利用释放装置使头部从规定高度上落下，保证一经释放头部应立即落向表面平整、刚性支撑的水平表面，其光洁度应在0.2~2.0μm范围内；

（5）同一头部两次连续试验时间间隔不应少于3h。

2.2胸部试验

2.2.1试验要求

使用一试验摆锤，摆锤是一个直径为153mm的缸筒，安装仪器后质量为23.4kg。摆锤碰撞端为一刚性平直的正交表面，圆角半径为13mm。在摆锤与碰撞表面相对的一端安装一个加速度传感器，其敏感轴线与缸筒的纵向中心线相结合。摆锤以6.7±0.122m/s的速度撞击胸部时，双脚均未穿鞋的完整假人总成的胸部由试验摆锤所测到的反作用力应为5521N±366.7N，其胸骨相对于脊椎的位移应为68.0mm±4.6m。每次碰撞的内部滞后不应少于69%，且不大于85%。测量的反作用力等于摆臂质量与其减速度的乘积。

2.2.2试验过程

（1）将试验假人放置在湿度为10%~70%的环境中直至假人肋骨温度稳定在20.6~22.2℃之间为止；

（2）将假人放置在无背部和手臂支撑的表面上，按FMVSS208标准中规定的方法将假人骨盆调整为13°±2°；

（3）调整试验摆锤的纵向中心线，使之低于3号肋骨中心线12.7mm±1.0mm；

（4）调整试验摆锤的纵向中心线，使得摆锤与胸部接触时，其纵向中心线与假人中心对称平面内的某一水平线相重合，误差为±0.5°；

（5）用试验摆锤撞击假人胸部，保证在碰撞瞬间，试验摆锤的纵向中心线与假人中心对称平面内的某一水平线重合，误差为±2°；

（6）碰撞时对试验摆锤加以导向，保证它在运动过程中没有明显的横向和垂直方向上的运动或转动；

（7）用胸骨内的电位计沿碰撞时试验摆锤的纵向中心线，测量胸骨相对胸椎水平方向上的偏移；

（8）用偏移特性曲线中有负荷和无负荷曲线之间的面积与有负荷曲线下的面积之比确定滞后。

3、控制系统方案

3.1控制系统构成

本系统以AT89C52单片机和上位机组成前端控制单元，以上位机和数据采集仪组成后端数据采集单元，通过上位机中的LabVIEW程序实现设备的自动控制和实时数据采集。上位机根据数据采集仪采集到的倾角传感器和拉压力称重传感器信号，通过串行通信的形式发送字符指令给单片机，单片机判断字符，给步进电机驱动器发送相应的脉冲信号和方向信号，实现系统对步进电机的控制。并且，单片机发送通断信号(经信号放大)给绳索自动释放装置，使其内部的电磁铁通电，完成绳索自动释放的动作。一个完整的运动控制系统通常由上位机控制器、执行电机、机械传动机构和位置检测元件等组成。

3．2控制系统的软件编程

3．2．1主控制程序该躯干标定装置的控制程序

装置的控制软件采用LabVIEW8．6进行开发，其步骤如下：①按下启动按钮，程序运行；②选择试验；③开环控制步进电机，传感器反馈位置信号；④等待运动结束。程序整体框架采用层叠式顺序结构，确保试验按编写的顺序进行。预弯曲试验和弯曲试验的选择由一个事件结构实现。其中预弯曲试验中0～30°躯干往返弯曲过程通过状态机结构实现。首先系统初始化，然后进入试验假人预弯曲角度检测状态，当假人躯干弯曲角度达到30°时步进电机反转，当弯曲角度回到0°时电机正转。

3．2．2步进电机控制程序

本系统的步进电机控制模块由上位机LabVIEW程序和下位机单片机程序两部分组成。

上位机部分为LabVIEW串口通信模块，包括VisaConfigureSerialPortVI，VisaWriteVI及VisaCloseVI。其功能为：①实现串口的基本参数设定，如波特率、缓存区大小、奇偶校验位、数据位数和结束位等；②实现单片机与上位机之间的数据传输。程序中，波特率选用9600、8位数据位、不进行奇偶校验、1位停止位。下位机部分为单片机控制程序，利用AT89C52单片机的P1．0端口输出触发脉冲，P1．1端口输出方向电平，走步脉冲的产生方法即先对P1．0进行清0，再进行一次置位即可。

试验过程中，上位机发送字符指令“1”代表电机的启动和停止，指令“2”代表电机的转向。通过串口通信传输给单片机，单片机响应字符指令，发送脉冲信号。

4、结语

美国机动车法规第572部分规定了汽车碰撞试验用假人的设计标准和性能指标，描述了在相似的试验条件下，能给出重复并且有足够精度的试验结果的各种测量工具和试验方法,以充分反映机动车及其部件对乘员保护性能。本文所讨论的内容就是按照该规定检验假人的头部和胸部的标定试验。可以用来检验假人在相应的试验条件下,重复进行试验并且得出足够精度的试验结果的能力。

参考文献：

［1］张金换，杜汇良，马春生，等．汽车碰撞安全性设计［M］．北京：清华大学出版社，2010：62-73．

［2］乐中耀．基于碰撞生物力学的假人标定系统研究［D］．长沙：湖南大学，2005．