《道路车辆 碰撞试验中的测量技术 测试设备》新版标准解读

文/沈莉 赵敬月

【机动车专栏】

《道路车辆 碰撞试验中的测量技术 测试设备》新版标准解读

文/沈莉 赵敬月

本文针对ISO 6487∶2012《道路车辆碰撞试验中的测量技术测试设备》标准与其2002版之间的差异进行了要点解读，围绕新版标准强调的机动车碰撞试验用仪器设备的性能要求，探讨了在计量校准方面的应用，为相关人员进一步保障量值传递的可靠，提升机动车碰撞安全试验数据的准确性提供一些借鉴。

ISO 6487 差异 校准

随着机动车工业的迅速发展，机动车已逐渐走入百姓日常生活。但汽车保有量的日益增加，伴随汽车交通事故带来的人员伤亡、财产损失日趋严重。由此，国际上越来越重视机动车安全方面的工作，不断制定并完善车辆安全性及行人保护方面的法规，以此来规范机动车碰撞安全性能的试验方法，提高行驶安全性。ISO6487∶2012（第五次修订）是国际标准化组织TC 22道路车辆分委员会SC 12被动碰撞安全保护系统技术委员会起草，并在2012年10月颁布，替代ISO6487∶2002。在机动车领域内，涵盖整车及零部件碰撞安全保护试验。

一、新旧版本差异

2012版标准是2002版标准在技术上整合美国汽车工程师学会标准SAEJ 211-1《碰撞试验用仪器第一部分电子测试仪器》形成的结果。与2002版相比，新标准更强调了仪器设备的计量性能，对校准提出了新要求，内容中增加了4.1条“数据通道频率等级（channel frequency class，CFC）定义及其性能要求”，4.10条“人型试验装置（ATD）的温度测量”，附录B.1“碰撞试验用传感器的等效要求（equivalence of transducers）”，附录C“温度测量系统（temperature measurement systems）”；修改了术语3.4“CFC”、3.9“非线性（non-linearity）”、4.6“校准（calibration）”；删除4.1条“线性误差（linearity error）”，4.2条“频率（amplitude against frequency）”。

2012版主要是围绕碰撞试验用仪器性能方面，针对CFC性能，校准所需达到的测量不确定度和假人温度测量等方面提出新要求，并由此引入了对术语“CFC”、“非线性”的修正。在附录中介绍了典型ATD用温度传感器类型——热电偶、热敏电阻和铂热电阻。

①CFC

2012版精炼了CFC的定义，等级覆盖高频段和低频段。CFC由某一数值表示，该值大小表明通道的频响特性必须在限定的范围内。CFC是碰撞试验仪器设备重要的参数之一，每一级别的频响函数有下限频率、上限频率、固有频率3个特征频率点，用值来定义这个频响函数的级别。目前，汽车碰撞试验制定了4个级别的CFC专用频响函数，分别为CFC 1000、600、180、60，从而确保测试系统取得的试验结果的正确性。

②非线性

2012版把术语“线性误差”改为“非线性”。将原定义“实际校准值与直线之间的最大差值同通道幅值等级（CAC）的比”修订为“校准值与校准值的最佳拟合值之间的最大差值CAC的比”。定义中把“直线”改为“校准值的最佳拟合值”，这样更为科学、合理（见图1）。

图1 非线性示意图

①CFC

2012版规定了在CFC任何频率下，数据通道非线性的绝对值需小于等于CAC满量程值的2.5%。同时，对CFC高频段与低频段的限制要求进行了区分——高频段CFC 1 000、600频响数据应落在图2阴影部分面积内，低频段CFC 180、60应符合图3曲线限制范围内。不超过CFC 180的低频段频响限制要求可通过四阶巴特沃兹无相数字滤波算法来进行计算。各级特征频率见表3。

表1 CFC 1 000、600频响曲线坐标位置

图2 CFC 1 000、600频率响应曲线

表2 CFC 180、60频响曲线坐标位置

图3 CFC 180、60频率响应曲线限制范围

表3 CFC各级频率特征点

②校准

2012版中对校准的部分，在内容上将2002版中的4.6.2.2静态校准与4.6.2.3动态校准条款整合，在校准时不强调采用静态或动态的校准方法，以设备所需校准参量出发，给出校准所需满足相对扩展测量不确定要求（见表4），所涉及的性能指标也较2002版有部分变化（见表5）。

表4 2012版校准参量及测量不确定要求表

表5 2002版与2012版性能变化对照表

在设备量值溯源体系方面，2012版做了较大改动。较之以往不同，强调校准需经专业授权机构进行，所有校准参量均能溯源到国家基准或更高。校准周期间隔最长为一年，或者按照相关试验的标准进行。

③人型试验装置温度测量

2012版首次提出了对人型试验装置（俗称假人）温度测量方面的要求。温度测量记录间隔需满足至少每分钟1次，测量范围覆盖10～40℃。测量用传感器安装位置可参考ISO/TR 27957:2008《道路车辆人体测量试验装置的温度测量温度传感器位置的定义》。测量用标准器的准确度必需是被校设备的3倍。比如，对HIII型假人，校准温度要求为（21.4±0.8）℃，那校准仪器的准确度需在±0.26℃之内。

测量用温度传感器的误差，需包含补偿导线、二次温度仪表（比如，数采、无纸记录仪等）。在温度动态响应方面，温度每变化一个台阶，传感器在1 min内需有大于90%的响应能力。

新增附录B.1碰撞试验用传感器的等效要求及附录C典型ATD用传感器。

①传感器的等效要求

为了满足此标准的要求，在碰撞测试中所选用的传感器都需具有等效性，即无论选择何种型号、生产厂家的传感器都需要达到最后试验结果的一致性。

②温度传感器

在ATD温度测量中，推荐了典型ATD用传感器—热电偶、热敏电阻和铂热电阻。在应用中需注意：热电偶的准确度应包含传感器及配套温度补偿导线，热敏电阻需独立电源，由引线方式引起的铂热电阻误差。

二、校准中应用

2012版标准中更强调了仪器设备的性能，对计量校准提出了更严密的要求，因此，必须根据新版要求，在计量校准中也做出相应的增加和调整，以此来保障机动车碰撞试验用仪器设备的量值溯源的可靠。

根据2012版的要求，校准用标准设备的准确度应是被校数据通道准确度的1/3。在实际应用中最好达到1/3～1/5或者更高，满足标准设备导致的误差不大于CAC的1%，频率范围和数据通道的频率范围应相匹配。校准可以按数据通道进行系统校准，也可以按各子系统分别进行校准。试验中典型数据通道类型为加速度、力、位移、扭矩、角度和温度。各校准参量及校准须达到的测量不确定度要求见表4（表中的相对扩展不确定以CAC校准量程最大值的百分比表示）。

校准方法可用静态方法也可用动态方法来校准。静态校准指被测量处于稳定状态时的输入输出关系。一般衡量静态特性的主要指标有线性度、重复性、稳定度等，这些指标越小，设备的静态性能越佳。动态校准指其输出对于随时间变化的输入量响应特性。由于输入量随时间变化的形式是各种各样的，不可能逐一进行研究。典型采用正弦信号和阶跃信号作为标准输入信号。对正弦信号的响应一般称为频率响应或稳态响应。对阶跃输入信号则称为时间响应。评价频率响应特性指标有频带、时间常数、固有频率等，评价时间响应特性指标有时间常数、上升时间、响应时间等等。动态校准与静态校准相比，须使用响应足够快的仪器设备。静态校准以量值（或标量）表示，而动态校准是确定一个函数（或矢量），可以将其理解为在规定条件下确定数据通道动态响应特性的一组操作。

在校准中注意，需根据仪器设备测量过程中被测量状态的动、静之分来选择合适的校准方法和相应的校准参数。举例来说：用作假人静态标定的设备可采用静态校准方法，而用作移动壁碰撞试验的设备则应采用动态校准。具体校准静态或动态哪些参数，可根据碰撞试验的实际要求出发，选择合适的参数进行有效校准。在力校准方面，无论是拉还是压两个方向，截至目前国内外专家均未找到合适的用于机动车碰撞试验用仪器设备动态校准方法，暂采用静态校准方法。

2012版中对CFC 1 000、600和CFC 180、60的特征频率点进行分列，加以区分。因此，校准时须在不同CFC等级的范围内，对整个数据通道有重要值的频率各处或某一段频率范围内进行校准。由于机动车碰撞试验仪器设备的特殊性，在数据通道校准测量点选择上，不能按其他常规仪器设备根据测量范围的上下限，线性地选择校准点。例如，在校准CFC 1 000、600时，对图2中7个校准点（坐标位置见表1）进行测量，根据测量所得数据，逐点计算各个特征点是否均落在图2阴影部分中，以此来判断被校数据通道的CFC是否满足标准中CFC频响规定要求。如果校准标准器不能满足校准范围的要求，校准应在相应的限制内进行，同时在校准报告中加以说明。

2012版中的新增条款。在所有类型假人温度测量项目中，HIII系列假人的胸部位移标定时对温度变化量最为敏感。通过已有大量试验数据表明：HIII50th假人在环境温度为19～23℃时，温度每变化1℃，胸部压缩量约变化1.5 mm，且温度越高，胸部压缩量越大。胸部压缩主要由胸部肋骨变形引起，因此，需要在标定试验前将整个假人在试验要求的环境温度中进行4 h浸渍。同时，对胸部肋骨这个部件做一个单独的温度控制。放置在假人胸腔内的温度传感器，根据标准要求公差带为±0.8℃，则此温度传感器的测量误差必须达到±0.26℃以内。鉴于此部位的高要求，体积小灵敏度高的热敏电阻和精度较高、性能稳定的铂电阻温度计较为常用。在假人其他项目试验中，试验的环境温度条件为18.9～25.6℃，公差带为±3.4℃，温度传感器的测量允差为±1.1℃，传感器选择上可以考虑除热敏电阻、铂热电阻之外的各类热电偶，如K型和J型。

对于ATD温度测试系统的校准，由于传感器与记录仪一般固定通道使用，建议对整套设备进行系统校准。传感器放置在恒温槽内，可取试验要求的环境温度及极限环境温度作为校准点。对于允差不得超过±0.26℃的传感器需要使用二等标准铂电阻作为标准器，恒温槽内的温场变化不超过±0.05℃。对于允差为±1℃的温度传感器可以直接使用高精度恒温槽作为标准器，其整个温度传感器校准系统误差不超过±0.3℃。

三、结语

由于道路车辆碰撞试验成本高且不可复制，尤其是整车实车碰撞试验，2012版标准为道路机动车测量进行碰撞试验用仪器设备的技术提出了新的建议，对校准提出了新要求。本文重点对2012版与2002版差异进行解读，从量值溯源方面对仪器设备的校准提出应用方法，以此来保障设备的准确可靠，保证碰撞试验数据的可靠，最大可能提升道路车辆碰撞试验的一次成功率，为我国汽车行业的不断发展提供基础性技术保障。

Aiming at ISO 6487:2012 Road vehicles-Measurement techniques in impact tests-Instrumentation,the article interprets the differences between version 2012 and 2002.Centered on the performance requirements for motor vehicle collision test instrumentation,which is emphasized in the new standard,the article discusses applications in calibration of metering.The article provides the reference to relevant personnel who is involved to further safeguard reliable delivery of measure measurement data,and enhance theaccuracy of vehiclecollision safetytest data.

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（作者单位：上海机动车检测中心/国家机动车专用检测设备计量站）