摘要：BioRID Ⅱ假人用于鞭打试验前需标定，确保其状态符合要求。由于脊柱结构复杂，多采用橡胶块和塑料，结构相对不稳定，性能易变化；且所评价指标多，运动姿态复杂并隐藏在夹克内部，无法观察不易理解，工程师得不到问题解决正确方向以及所以然。本文目的是基于假人结构特点，通过标定数据曲线与假人标定运动姿态对应分析，反推每个标定指标的内涵及意义，研究假人调整装置和调整方法的原理，最终利用所得知识及结论去解决标定不能通过的具体问题。
关键词：BioRID Ⅱ；脊柱动态标定；运动姿态；调整装置
Research of BioRIDⅡdummy spine dynamic calibration
Shi Yutao，Liu Yang，Zhang Shikai，Yang Jinsong
（R&D Center of Great Wall Motor Company,Automotive Engineering Technical Center of Hebei Province,Hebei Baoding 071000,China）
Abstract：Before the BioRID II dummy is used in the test,it must be calibrated to ensure its state meets the requirements.Because of complexity of spine,rubber blocks and plastics are mostly used,which led to instability in structure and active performance; moreover,there are many evaluation indexes,the motion posture of dummy is complex and hidden in the jacket,so difficult to observe and understand,and the engineer cann’t get the right direction to solve the problem and why it is.The purpose of this paper is to deduce the connotation and significance of each index,through the corresponding analysis of the calibration data curve and dummy movement,based on the characteristics of dummy structure,study the principle of dummy adjusting device and method,finally use the knowledge and conclusions to solve the specific problems.
Key words: BioRID Ⅱ,spine dynamic calibration,movement attitude,adjusting device
前言
BioRID Ⅱ假人是鞭打试验中的核心设备，我国C-NCAP以及Euro NCAP都有对鞭打试验的要求[1]，鞭打试验的目的是检测在低速后面碰撞中，座椅及头枕对驾驶员颈部保护的情况。假人在用于试验前，需要满足标定要求。
BioRID Ⅱ假人最不易通过的标定是假人脊柱动态标定。假人的核心结构是脊柱，可模拟人体柔性关节，相比于其它假人多刚性体，BioRID Ⅱ假人的脊柱每个关节都具有柔性特性，关节前后有橡胶块承压，颈部部分还包括可调整张紧度的damper钢丝绳以及弹簧套组，这些部件需要定期检查和调整来保证稳定和一致。
1 BioRID Ⅱ脊柱动态标定设置以及评价指标
1.1 脊柱动态标定设置
如图1所示，脊柱动态标定设置[2][3]。去掉假人胳膊，上躯干底座安装至滑台接口处。颈部右侧T1紧上方圆轴和OC点销轴处分别连接一个套筒，分别安装pot B的pot杆及pot A的pot杆，使用一根碳纤维杆从pot B和pot A本体由下向上穿过，调零后锁紧套筒和pot杆。
颈椎左侧T1紧上方圆轴连接一个套筒并安装pot杆，在滑台左前下方固定pot D本体，在pot C杆上连接一个套筒，使用一根碳纤维杆穿越该套筒和pot C本体，调零后锁死。滑台下端纵向中心线本体刚性位置安装滑台加速度传感器；摆锤后端安装加速度传感器；使用假人上颈部My和T1左X向加速度传感器。T1紧上方圆轴处安装延伸一套筒，另一端锁死pot C杆。
图1 脊柱动态标定设置 图2 各个pot正输出指示
1.2 脊柱动态标定评价指标
标定条件与性能指标，见表2。
表2 脊柱动态标定条件与性能指标
2 各指标内涵以及意义研究
Pot D输出量代表pot C点以pot D为圆心转动量，当纤维杆与地面垂直时，pot D输出为零，脊柱后仰时，pot C点按如图2所示顺时针转动，输出为正，pot C本体可沿碳纤维杆上下滑动。pot C输出量代表假人脊柱T1相对假人坐标系的Y轴的转动量，及T1自转量，当pot C杆按图2所示顺时针转动时，输出为正。
pot D意义是指脊柱发生剪切位移能力。pot C意义是指脊柱发生向后后仰弯曲压缩能力的特性。pot C + pot D矢量和内涵：胸、腰椎整体向后剪切移动和后仰压缩量能力的特性综合。
pot B输出量代表T1自转量、pot A以pot B为圆心转动的矢量和，当pot B杆顺时针自传时，输出为负；且当pot A沿着pot B逆时针旋转时，输出为正，因此两个运动造成的值恰好相反，趋势大的一方决定值的正负。pot A杆顺时针自传输出为正，逆时针自传输出为负。
pot B意义主要是指头部向后仰程度的压缩特性，pot A则是指头颈部之间的相对运动能力。
3 BioRID Ⅱ假人脊柱动态标定解决方法及其原理
3.1 橡胶块
橡胶块的作用起到关节间的缓冲、限位作用，其刚度和厚度决定缓冲、限位效果。根据经验，长期受到压缩的橡胶块，会导致其自身厚度降低，刚度变软。
根据橡胶块所处的部位，可以将其分为腰椎、胸椎、颈部的橡胶块。为了满足标定调整需要，橡胶块设计有不同厚度，从而可以根据标定结果来选择适合的橡胶块。针对于假人后侧的橡胶块，为了限制假人向后运动的程度，可以选择厚度较大的块。例如，后侧的12个胸椎橡胶块在出厂时一般使用是3mm黄色块，当块变薄变软后，限位能力下降时，导致pot C增大，应及时更换新块。假人用户手册建议每隔2年对关键橡胶块进行更新，可保证假人部件状态持续正常。
3.2 damper阻尼装置
胸椎T3位置设计有damper装置，连接了假人左侧的前后钢丝绳，其连接方式为假人前部的钢丝绳从damper右侧上方向下绕damper外圈一周后，从damper上方右侧顺出，连接至后部钢丝绳。damper外圈与钢丝绳固连，通过2个M3加紧螺栓固定。damper内圈固定在T3脊柱上。当颈部产生弯曲时，会带动钢丝绳运动，钢丝绳则带动damper外圈绕内圈转动。
内外圈之间的阻尼力可调，当拧紧螺丝时，内压增大，内外圈相对运动的阻尼增大；当拧松螺丝时，内压减小，内外圈相对运动阻尼减小。因此通过调整内外圈阻尼，从而使C1至T3关节的钢丝绳相对本体运动能力产生变化，最终调整颈部运动幅度。
3.3装置安装状态因素
第一，在试验前注意将C4加速度传感器安装块取下，否则影响pot A大小。第二，注意pot杆锁紧状态，安装装置及夹具一定要保证安装稳固，手动检查不产生晃动为准。
3.4其它条件及环境因素
条件因素包括摆锤冲击速度和滑轨滑动性能；环境因素包括温度和湿度。对于滑台积分速度，其指标极易出现波动，需要通过综合处理摆锤冲击速度和滑动性能来解决此类问题。对于摆锤力出现的波动问题，首先考虑湿度对ETD的影响，因ETD对湿度比较敏感，当湿度增大时，摆锤力增大，当湿度减小时，摆锤力减小。故应定期检查ETD外套的严密性，降低ETD内层结构对湿度的敏感性。建议将温度控制在22℃上下1℃。
3.5问题解决思路
第一，问题解决的方法要有针对性。第二，应按照从下部到上部的程序解决问题，应首先考虑解决脊柱的问题，即pot C，然后考虑解决pot B，最后考虑解决pot A问题。第三，damper调整时，根据经验，建议每次调整1/4圈。第四，当方案互相矛盾时，应考虑装置安装状态因素问题。第五，首先尝试调整damper，最后才考虑更换橡胶块。第六，不建议对假人右侧前后钢丝绳调整。
4 BioRID Ⅱ假人某脊柱动态标定无法通过问题分析与解决
标定结果见表3“问题列”的一列数据。从中可以明确问题，见表4。
表4 问题分析与解决方案
如图3所示，为pot B前后对比曲线。最终结果见表3最后一列数据。
图3 damper阻尼螺丝调整效果
5 总结
本文通过诠释BioRID Ⅱ假人脊柱动态标定各性能指标的涵义，研究各个调整装置以及调整方法的原理，利用调整原理及知识，对标定不满足情况进行解决，从而满足标定性能要求。
参考文献
[1]赵建新,汽车座椅开发中鞭打性能的改善研究[J].设计与分析，2017-21：109-112
[2]Procedures for Assembly,Disassembly,and Inspection(PADI)of the BioRID Ⅱ II Rear Impact Crash Test Dummy [R].(2011-6-20).http://www.humanetcisatd.com
[3]BioRID Ⅱ II Dummy Certification Manual ARA-9901 [Rev.B][R].http://www.humanetcisatd.com
论文作者:师玉涛 刘洋 张世凯 杨劲松
论文发表刊物:《新材料.新装饰》2019年2月下
论文发表时间:2019/7/19
标签：假人论文; 脊柱论文; 橡胶论文; 钢丝绳论文; 外圈论文; 颈部论文; 阻尼论文; 《新材料.新装饰》2019年2月下论文;