Ⅱ假人头顶角度对于标定中的影响及分析

刘魏坤

摘要:针对BIORIDII假人头部角度对其总标定数据的影响，通过控制头部角度这一唯一变量，分析了BIORIDII假人标定中头部角度与颈部OC角、T1角、MY等输出值与曲线的关系，最后分析了头部角度对BIORIDII假人标定的影响。

关键词:BIORIDII假人；头部角度；OC颈部角度；T1角；机动游艇

BIORID假人头部角度对标定和分析的影响

、刘、等

(中国汽车技术研究中心有限公司，中国天津300300)

摘要:针对BIORIDII假人头部角度对总标定数据的影响，通过对头部角度这一唯一变量的控制，分析了BIORIDII假人头部角度与颈部OC角、T1角和my角等标定输出值与曲线之间的关系。最后，分析了头部角度对BIORIDII假人标定的影响。

关键词:BIORIDII假人；头部角度；颈部OC角；T1角；机动游艇

BIORIDII假人是研究汽车低速追尾碰撞时头部和颈部损伤的重要测量工具。BIORIDII假人作为碰撞假人中高度模拟人体颈部和脊柱的假人，主要由颈椎、胸椎和腰椎组成，包括模拟人体生物力学的阻尼器阻尼块、两个弹簧和模拟软组织结构的橡胶阻尼块。它能高度模拟人体头颈部在低速后碰撞工况下受到的各种数值如挥鞭伤。作为测量工具，BIORIDII假人的标定过程极其复杂和严谨。研究和分析了BIORIDII假人头部平台角度对总标定数据的影响。

1 bioridⅱ假人结构介绍

BIORIDⅱⅱ假人主要由三部分组成，分别是:由头部和脊柱组成的主要力学响应结构，也是数据输出的主要来源；胸部皮肤和骨盆组成的躯干，作为BIORIDⅱII假人和HIII假人的胸部皮肤，在材料和结构上有很大的不同，在实验中也起着重要的作用。由手臂和腿组成的四肢，在结构和材质上与HIII系列假人基本相似。

脊柱主要由7块颈椎、12块胸椎和5块腰椎组成，包括模拟人体生物力学的阻尼器阻尼块、两个弹簧和模拟软组织结构的橡胶阻尼块，如图1所示。

如图2所示，Damper阻尼块中充满阻尼油和两个弹簧，一长一短，为整个脊柱提供合理的生物力学特性。

颈部橡胶减震块有黑色和黄色两种，其中黑色橡胶减震块分别安装在7块颈椎的前间隙和前3块颈椎的后间隙；黄色橡胶阻尼块分别安装在后四节颈椎的后间隙中。黑色橡胶阻尼块和黄色橡胶阻尼块的硬度分别为45.5A和42.5A。

Biorid假人校准介绍

2.1虚拟静态校准

BIORID假人静态校准的目的是校准假人的脊柱。用专用夹具固定假人脊柱，锁定椎块间距，确保每次校准后假人椎块间距一致；然后通过调整钢丝绳的张紧度，调整脊柱各部分的角度和距离一致，如图3: L1为614 ~ 604mm；L2为570 ~ 580mm；L3为151 ~ 161毫米；L4为199 ~ 209mm；α为29-30度；β为36.5 ~ 37.5。

BIORID假人动态校准:将假人上半身放在迷你滑台上进行实验，如图4所示。其中用33.4KG的摆以4.7m/s的速度撞击微型滑台，撞击曲线如图5所示。

其中摆锤力的计算公式为：摆力的计算公式为:

摆锤力(N) =摆锤加速度(1/2) ×摆锤质量测试数据和区域限值如下表1所示:

如图6所示，POTA为颈部OC轴的旋转角速度，POTB为假人左侧T1轴的旋转角速度，左侧T1轴通过杆与POTD相连，POTC为另一侧T1轴的旋转角速度，POTD为上肢躯干整体旋转角速度。

标定中假人头顶平台角度与上述两根连接杆应保持90°垂直，假人头顶平台角度应为0°，如图7所示。标定时，假人头顶平台的角度应与上述两个连杆垂直90°，假人头顶平台的角度应为0°，如图7所示。

3头部角度对各种数值的影响分析

根据以上BIORIDII假人动态标定的介绍，在其他影响因素和环境不变的情况下，将头部上方平台的角度调整到-5°到+5°的范围内，假人头部向前为正，向后为负。每隔1次进行校准，并观察数据。

如图8和图9所示，在假人头顶平台角度为-5°、-4°、4°、5°的标定环境下，评估项目POTA或POTB均不合格，说明头顶平台角度的临界极限为|θ| < 4°，以-5°和+5°为例进行分析。

3.1 影响因素及分析3.1影响因素及分析

当平台角度θ≤4°时，在标定过程中，POTA的后向角度达到极限值，OC面的前丝达到极限力值，限制了角度的增加，造成了POTA的小角度；但由于头顶的平台角为-5°，头部重心后移。从图8和图9的POTB曲线对比可以看出，POTB角变化率增大，而POTA角达到极限值，能量通过POTA和POTB连杆传递，使得POTB整体曲线上移，第一峰值增大。

当顶平台角θ≥4°时，在标定过程中，由于顶平台角为+5°，头部重心前移，POTB角变化率减小，从而POTB曲线第一峰值减小，整体曲线下移；由于头顶的平台角θ过于前倾，在标定过程中处于下颌回缩运动状态，导致POTA变小。

如表2所示，当-3 ≤ θ≤ 3时，提取部分数据进行比较，顶部平台角对POTA和MY的影响最大。当顶平台角θ向后偏转时，POTA变大，当顶平台角θ向前偏转时，POTA变小；当架空平台的角度θ向后偏转时，我的值变小，当架空平台的角度θ向前偏转时，我的值变大。

4摘要

针对BIORIDII假人头部角度对其标定数据的影响，通过控制头部角度这一唯一变量，分析了头部角度与颈部OC角、T1角和MY等BIORIDII假人标定输出值与曲线之间的关系。最后得出，当顶角θ≤4°时，POTA角减小，POTB总体曲线上移，第一峰值增大。当顶角θ≥4°时，POTA减小，POTB曲线第一个峰值减小，整体曲线下移；当-3 ≤ θ≤ 3时，θ向后偏转(负值)，POTA变大，我的值变小；当θ向前偏转(正值)时，POTA变小，我的值变大。

参考

[1]刘东春，郑玉玉，王旭，.鞭打假人颈部标定中OC角影响因素的研究[J].机械工程及其自动化，1672-6413(2018)06-0042-03。

[2]杨·。BIORID假人颈部动态标定方法研究[J].研究与应用，重庆，2018。

[3]bio rid II后部碰撞试验假人的组装、拆卸和检查程序，2011年6月20日。