（长城汽车股份有限公司技术中心；河北省汽车工程技术研究中心，河北保定071000）
摘要：BioRIDⅡ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：BioRIDⅡ；脊柱动态标定；运动姿态；调整装置
ResearchofBioRIDⅡdummyspinedynamiccalibration
ShiYutao，LiuYang，ZhangShikai，YangJinsong
（R&DCenterofGreatWallMotorCompany,AutomotiveEngineeringTechnicalCenterofHebeiProvince,HebeiBaoding071000,China）
Abstract：BeforetheBioRIDIIdummyisusedinthetest,itmustbecalibratedtoensureitsstatemeetstherequirements.Becauseofcomplexityofspine,rubberblocksandplasticsaremostlyused,whichledtoinstabilityinstructureandactiveperformance;moreover,therearemanyevaluationindexes,themotionpostureofdummyiscomplexandhiddeninthejacket,sodifficulttoobserveandunderstand,andtheengineercann’tgettherightdirectiontosolvetheproblemandwhyitis.Thepurposeofthispaperistodeducetheconnotationandsignificanceofeachindex,throughthecorrespondinganalysisofthecalibrationdatacurveanddummymovement,basedonthecharacteristicsofdummystructure,studytheprincipleofdummyadjustingdeviceandmethod,finallyusetheknowledgeandconclusionstosolvethespecificproblems.
Keywords:BioRIDⅡ,spinedynamiccalibration,movementattitude,adjustingdevice
前言
BioRIDⅡ假人是鞭打试验中的核心设备，我国C-NCAP以及EuroNCAP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。
BioRIDⅡ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，BioRIDⅡ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。
1BioRIDⅡ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potB的pot杆及potA的pot杆，使用一根碳纤维杆从potB和potA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potD本体，在potC杆上连接一个套筒，使用一根碳纤维杆穿越该套筒和potC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potC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
PotD输出量代表potC点以potD为圆心转动量，当纤维杆与地面垂直时，potD输出为零，脊柱后仰时，potC点按如图2所示顺时针转动，输出为正，potC本体可沿碳纤维杆上下滑动。potC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potC杆按图2所示顺时针转动时，输出为正。
potD意义是指脊柱发生剪切位移能力。potC意义是指脊柱发生向后后仰弯曲压缩能力的特性。potC+potD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。
potB输出量代表T1自转量、potA以potB为圆心转动的矢量和，当potB杆顺时针自传时，输出为负；且当potA沿着potB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。potA杆顺时针自传输出为正，逆时针自传输出为负。
potB意义主要是指头部向后仰程度的压缩特性，potA则是指头颈部之间的相对运动能力。
3BioRIDⅡ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potC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。
3.2damper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potA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potC，然后考虑解决potB，最后考虑解决potA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。
4BioRIDⅡ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potB前后对比曲线。最终结果见表3最后一列数据。
图3damper阻尼螺丝调整效果
5总结
本文通过诠释BioRIDⅡ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]ProceduresforAssembly,Disassembly,andInspection(PADI)oftheBioRIDⅡIIRearImpactCrashTestDummy[R].(2011-6-20).http://www.humanetcisatd.com
[3]BioRIDⅡIIDummyCertificationManualARA-9901[Rev.B][R].http://www.humanetcisatd.com