HybridⅢ50th假人胸部标定试验的校准方法

景润申

摘要：本文依据标准要求，对HybridⅢ50th假人胸部结构的标定试验进行研究，确定对试验结果影响的因素，探讨其不确定度的评价方式。

关键词：HybridⅢ50th假人胸部结构;不确定度;标定试验

中国分类号：U462文献标识码：A

0引言

HybridⅢ50th假人作为车辆被动安全试验中主要使用的碰撞假人，使用的假人必须定期的进行标定试验。依据试验标准测量假人各部位传感器，在某一标准环境状态下的实际加速度或者位移量，是否满足标定要求的数值范围。本文按照NHTSACFR Part 572规定的程序，探讨假人胸部标定试验中不确定度的评价方法。

1假人胸部标定试验

1.1试验方式

HybridⅢ50th碰撞假人其胸部标定程序按照N HTSACFRPart 572规定的程序，假人放置于水平台面上，上身保持垂直，双臂水平向前与台面平行，用一个摆锤以6.59～6.83m/s的速度撞击假人胸部肋骨指定位置，标定过程中，摆锤用钢丝绳水平悬吊，通过从悬吊高度下落获得速度。

1.2试验要求

每次试验前将假人放置于假人标定等待区，保证假人在20.6℃～22.2℃环境温度和10%～70%相对湿度的环境中静置4h以上。假人放置在光滑平整的试验平台上，使用直径为152.40±0.25mm，质量为23.36±0.02kq的摆锤水平冲击处于垂直坐姿的假人胸部指定位置。摆锤初始撞击速度文6.71±0.12m/s。

1.2标定结果的选用

标定试验分为高速标定试验和低速标定试验，之前的试验要求中选择了高速标定实验的试验方法，其中对于试验结果的评判标准如表1所示。

假人胸部结构经过多次冲击试验后，其中的金属部件和发泡材料性能发生衰退在所难免，当标定结果满足上表所述的要求时，表示假人此部件没有损坏可以继续试验使用，当不能通过标定试验后，说明假人胸部结构的零部件可能发生了变形或断裂，此时应当检查出损坏的部件，进行更换，或者使用专用工具设备调节复原，再进行标定冲击试验。

2校准方法

本文以高速标定试验为例，为其进行不确定度评价。其试验结果如表2所示。根据这7次假人胸部冲击试验的数据，对假人胸部标定试验结果的不确定度分析校准。

2.1建立数学模型

建立测量模型：y=x（1）

将此次假人胸部标定试验不确定度的的传播系数绝对值设为1，且每一个不确定度分量之间是相互独立的，其数学模型为：

2.2不确定度的来源

不确定度的来源包括试验方式、温度和湿度的影响、量化误差、算法误差和重复性等。

2.3试验方式引入的标准不确定度

（1）撞击摆锤的速度。标定试验中假人胸部结构所受到的撞击力来自于撞击摆锤下落时产生的速度。高速标定试验对于速度的要求是6.71+0.12m/s，其允许范围是±1.8%，因此引入撞击摆锤速度的不确定度1.20mm。

（2）撞击接触中心位置。撞击摆锤中心和假人胸部结构中心线允许偏差范围是+2.50mm，而撞击摆锤的直径是152.40+0.25mm，因此估算引入标准不确定度0.30mm。

2.4温度和湿度引入的标准不确定度

在标定试验的过程中，试验温度保持在20.6～22.2℃之间，因此在实际的碰撞假人使用过程之中，温度变化量共计1.6℃。标定试验中要求试验环境相对湿度为10%～70%RH，每次标定试验前假人需要在恒温恒湿的环境中放置4h以上。

但是对于温湿度在撞击过程的持续时间上有影响，所以其引起的持续时间变化控制在10%以内。引入胸部壓缩变形量的标准不确定度0.05mm。

2.5数据采集器引入的相对不确定度

数据采集器具有模数转换功能，并能存储假人胸部位移传感器的输出电信号，数据采样频率和传感器幅值满足标定试验要求。幅值分辨力不小于10bit，则假人胸部位移传感器输出电压峰值测量的不确定度为0.1%。

2.6算法引入的相对不确定度

由于数据离散化、零线漂移、传感器噪声等与算法相关因素引入的不确定度，采用国标GB/T20485.22-2008附录B给出该项取值0.29%。

2.7重复测量引入的相对不确定度

采用A类评定，在相同测量条件下7次高速标定试验结果如表2所示。

标准差Sp的计算公式为：

假人胸部压缩变形量总Dp=65.91mm，合并样品标准偏差Sp=1.28mm。

经过判断测量状态稳定，采用样本Sp为标准不确定度，即重复测量引入的标准不确定度S=Sp=1.28mm

3合成不确定度

高速HybridⅢ50th假人胸部冲击试验标定试验结果不确定度评价分量如表3所示。

由上表可知，合并不确定度：

4扩展不确定度

由于标定试验属于一般工程应用问题，一次使用置信概率为95%，包含因子k为2，所以此假人胸部冲击试验高速标定测量结果的不确定度U的最终结果为：

U=kU1=3.56mm

5结语

HybridⅢ50th假人胸部结构是一个复杂的结构，因此对于每次标定试验结果的影响因素也较为复杂。即使严格依据法规标准的规范要求操作，相同假人相同胸部结构在相同的试验条件下进行试验，依然会获得不同的试验结果。

因此，法规中明确要求2次相同的标定项目间隔至少5min，以保证假人胸部结构中的弹簧部件更加彻底的释放出内应力，从而排除结构材料力学特性变化造成的标定试验结果的测量误差。

根据上文中冲击试验不确定度评价，考虑的试验方法、试验中温湿度变化、数据采集器的误差和试验的重复性，此假人在高速胸部冲击试验中可以期望在65.91±3.56mm的范围内，包含假人胸部位移值Dp的标定结果可能性为95%。