BioRID II 型假人冲击标定的研究

杨凯　李英杰　邱天羿　张傲同　麦文杰

摘 要：BioRID II 假人主要用于评估鞭打试验中，座椅及头枕对人体颈部挥鞭伤防护的效果。假人用于试验评价用于判断试验是否精确则需要通过定期对 BioRID II 假人进行标定，确保各个通道满足法规要求。冲击标定是 BioRID II 假人标定试验中标定最困难的一项。本文主要介绍冲击标定中常见问题项目的解决方法与经验。

关键词：BioRID II;冲击;标定

1 引言

在后碰事故中，乘员颈部容易受到难以量化的挥鞭伤害，而且会导致受伤者很虚弱及长期的后遗症。所以欧洲研发出用于模拟后碰事故中评价驾驶证者颈部受到伤害程度的假人。

早在 1986 年，Seemann 发现 Hybrid III 假人用于后碰试验时，由于其颈部是由聚氨酯材料整体浇注成型，颈部弯曲时响应刚度过高，曲率不正常。Deng 提出 Hybrid III 假人仿真模型用于后碰试验，与人体颈部颈部有着相似的力矩响应，但颈部 x 方向的剪切力过高。1991 年，Bruno 将 Hybrid III 假人与尸体进行后碰模拟试验对比时发现，Hybrid III 假人显示相当大的剪切力，与尸体显示的无伤害特征与测量到的剪切力对应特征不符合。

假人标定试验是为了保证试验中假人的生物仿真度与测量的精度，定期需按照法规要求对假人进行标定。BioRID II 假人标定程序包括滑轨性能标定、脊椎曲率检查与假人冲击标定。无法满足性能要求时，需进行部件更换等措施。冲击标定为 BioRID II 假人标定项目中最难一项，本文主要介绍冲击标定的调整方法与对策。

2  BioRID II 假人脊椎曲率检查

BioRID II 假人脊椎由颈部 C1～C7、胸椎 T1～T12 和腰椎 L1～L5 组成，与人体拥有相同数量的椎骨。深层肌肉产生的力由椎骨间的刚度进行模拟，浅层肌肉则由颈部上端为起点的三根缆绳模拟。在进行动态标定之前，需满足静态曲率的各项要求。各椎骨前后之间附有聚氨酯橡胶块，表现出了肌肉与椎骨之间的活动范围与特性。汽车后碰事故中，头部因为惯性作用位移延迟，颈部发生如鞭子一样弯曲的运动，而头部在向前回弹的过程中，由椎间聚氨酯块于缆绳组成的肌肉替代块模拟了假人的回弹效果。

3 BioRID II 假人冲击标定与描述。

根据 C-NCAP 规范中对假人各个部位标定的要求，性能指标和通道的规定。

3.1  冲击标定试验流程

①将假人与能量转换装置至于滑台设备上

②标定试验时，安装 BioRID II 假人（无下躯干和手臂）至滑台的假人安装板处后，安装上下颈部及滑台处的角度传感器。

③使摆锤自由悬挂，将滑台导轨向摆锤方向移动，直至摆锤撞击面与能量转换装置刚好接触。调整假人头部前后水平角度后将摆锤以 4.7m/s～4.8m/s 速度冲击能量转换装置（如图 2 所示），完成冲击标定。

4 BioRID II 假人冲击标定与描述

头部枕骨转角曲线与脊椎处阻尼器松紧有关。通过长期对 BioRID II 假人的标定经验及常见的改善各个参数值对应的措施，总结出如下调整的方法：

4.1  电位计 A 影响因素

①若释放摆锤后测量得到的头部枕骨最大转角值电位计 A 值低于下限，其原因主要是脊椎处控制颈部线缆的阻尼器过紧，通常采取松开适量阻尼器螺栓的方法。在多次调整后电位计 A 值改善依然不是很明顯的情况下，可将 T1 处橡胶缓冲块更换为更软的缓冲块。而缓冲块的硬度与颜色有一定的关系，颜色越冷，硬度越高。

②在最大转角值电位计 A 值高于上限制，反之亦然，通常采取拧紧适量阻尼器螺栓的方法进行调整。

③当枕骨转角 potA 值满足通道要求，但枕骨 OC 的时刻在区间 100ms～160ms 之间，说明电位计 A 的转角在受到摆锤撞击后倾的角度没有向前回弹的角度大。通常采取将 BioRID II 头部在允许范围内适当后倾一定角度，可改善回弹角度过大的情况。

4.2  电位计 B 影响因素

①颈部最大转角电位计 B 峰值低于下限时，通常调整弹簧线缆，将控制颈部前端的弹簧拧紧，控制后端的弹簧拧松，从而使头部向前倾斜。

③颈部在 98ms～108ms 区间时，若颈部链接处转角电位计 B 值过大，表示控制线缆的阻尼器过于松弛，或者头部被调整的过于靠后，反之亦然。

4.3  电位计 A 与 B 颈部转角总和

电位计 A 与 B 转角之和表示了颈部在脊椎联动的作用下，在受到冲击后向前的最大位移。转角和在 100ms～110ms 区间时，若值超过上限，说明了颈部缺少向前的阻力，建议更换颈部前端的橡胶缓冲块。

4.4  电位计 C 在 T1 处转角值

①转角和在 73ms～78ms 区间时，若转角值未超过转角要求的低限值，说明了脊椎处转动不足，建议于 T2、T3 之间更换薄的白色橡胶缓冲块。

5 结论

BioRID II 假人标定考察项目较多，主要约束脊椎各个椎骨可动域与生物仿真度。头部枕骨转角影响的因素与摆锤和能量转换装置接触时的速度有关，同时与控制颈部线束阻尼器的松紧有关，因此可通过调整摆锤高度与调节颈部线束松紧的方法，以控制颈部在实际标定中摆动角度的仿真度。主要阐明了不同参数在分别受到阻尼器螺栓松紧调整下、各部位橡胶缓冲块软硬情况下的影响。

参考文献：

[1]Johan Davidsson， BioRID II final report. G？teborg， Sweden. Chalmers University of Technology， 1999.

[2]L   vsund， P. and Wiklund， K.， BioRID-A New Biofidelic Rear Impact Dummy.Proc. 1998 Int. IRCOBI Conf.，G   teborg， Sweden， 1998b：pp.377-390.