1.背景

    Hybrid Ⅲ 50th男性假人是目前汽车被动安全碰撞测试中最常用的假人，而胸部冲击标定是Hybrid Ⅲ 50th男性假人标定项目中非常重要的一项指标。目前，国内外有许多文献对假人胸部冲击标定的影响因素进行了相关探讨，主要体现在对环境温度、间隔时间、腰椎钢索力矩、冲击速度等这些因素的研究，而这些因素在标定法规中已经给出了相关的范围要求。假人腹部作为胸腔的填充物位于肋骨腔内，腹部硬度对标定试验和碰撞试验中会造成什么影响，目前没有相关的研究，对腹部的硬度更没有相关的界定依据和范围。本文通过对不同硬度的腹部进行静压测试和胸部冲击标定，提出了一种Hybrid Ⅲ 50th男性假人腹部硬度的检测方法，对腹部硬度与假人胸部冲击标定的相关性进行了探索分析。

2.Hybrid Ⅲ 50th假人腹部硬度检测方案

    Hybrid Ⅲ系列假人腹部是由皮肤材料包裹发泡材料构成，外形轮廓多为不规则的曲面，无法采用常规的硬度计等工具检测腹部的整体软硬程度是否合适。根据已有的试验方法，结合腹部结构和性能特点，设计如下腹部硬度检测试验方法：

检测装置：脚部压缩装置或万能拉压试验机。（注：提供动力，对腹部进行静态压缩，利用装置上的传感器获取压缩位移和力的数据关系）

腹部工装：设计如下腹部塞块（注：使用时间较长后，假人腹部外形会有一定的变形，所以不宜直接采用与腹部设计时的内腔完全一致的塞块；腹部塞块高度需满足假人腹部试验过程中不接触操作面，同时接触面满足与50th假人腹部内腔顶部平面两侧无干涉）。基本尺寸如图1所示。

 图1 腹部塞块                                         图2 腹部压头

腹部压头：腹部压头需有足够的按压面积。目前所用的压头基本尺寸如图2所示。

按压位置：腹部最高点

压缩速度：15mm/min

压缩量：20mm

取值要求：压缩位移为18mm时的力（F18）。

  图3 混Ⅲ-50th假人腹部硬度检测方案图示

3.方案实施

    根据以上设计的试验方案，为了定量研究腹部软硬程度对胸部冲击的影响，探索出腹部静压数据与胸部冲击的对应关系，得出合理的腹部软硬程度的范围要求，我们在公司生产的腹部中选取了3个手感硬度不同的腹部和1个对照腹部进行了静压预检试验和高速胸部冲击试验及低速胸部冲击试验。

3.1静压试验与胸部高速冲击试验相关性分析

    在进行胸部冲击试验时，所用的肋骨和胸部皮肤是同一套。肋骨为近期新制的高低速都通过标定的肋骨，且数据稳定性较好。腹部静压实验也做了稳定性验证，静压数据稳定性比较好。因此，以下的试验均是在相同条件下进行的，选取了规律性明显的一组数据进行分析对比。

    静压试验数据与高速胸部冲击试验数据对比情况如表1所示。

图4  胸部位移曲线

图5  胸部标定合成曲线

    结合图4和图5，从表1数据可以看出：

    ①4个腹部在静压中所表现出来的软硬程度各有不同，其中编号120203的腹部与对照腹部软硬程度最为接近；

    ②腹部软硬程度在高速胸部冲击中，对胸部位移和滞后率影响较小；

    ③腹部软硬程度在高速胸部冲击中，对冲击力有一定影响，从数据上可以看到，随腹部的静压力增大，冲击力也有一定的增大趋势。

    基于以上的分析，下面主要把腹部的软硬程度对高速胸部冲击力的影响进行进一步比较分析：

    以对照假人腹部（FT-DJ8494）为参考标准，对比腹部软硬程度对高速冲击力的影响，对比数据如表2所示。

图6  腹部静压曲线

图7  胸部冲击力曲线

    结合图6和图7，从表2中可以看出，在抽取的3个腹部中，最硬的腹部对胸部冲击力的影响差异为1.31% ，从数值上来说，这个差异当然也不算太大。数据和曲线显示，腹部越硬，对冲击力影响越明显。

3.2 静压预检试验与低速胸部冲击试验数据分析

    在研究腹部软硬程度对低速胸部冲击试验的影响时，试验条件要求及数据选取与3.1中相同。静压预检试验数据与低速胸部冲击试验数据对比情况如表3所示。

图8  胸部位移曲线

图9  胸部标定合成曲线

    结合图8和图9，从表3数据可以看出：

    ①腹部软硬程度在低速胸部冲击中，对胸部位移和滞后率影响较小；当然，随着腹部静压力增大，胸部位移有减小的趋势。

    ②腹部软硬程度在低速胸部冲击中，对冲击力有一定影响，从数据上可以看到，随腹部的静压力增大，冲击力也有一定的增大趋势。

    基于以上的分析，下面主要把腹部的软硬程度对低速胸部冲击力的影响进行进一步比较分析：

    以对照假人腹部（FT-DJ8494）为参考标准，对比腹部软硬程度对低速冲击力的影响，对比数据如表4所示。

图10  腹部静压曲线

图11  胸部冲击力曲线

    从表4可以看出，在抽取的3个腹部中，最硬的腹部相对于对照的腹部对低速胸部冲击力的影响最大差异率为1.96% ，同时也能看出腹部软硬程度与对照腹部差异越大，对胸部冲击力的影响也越明显。该结论与腹部软硬程度对高速胸部冲击力的影响是相同的。

4.结论

    通过对软硬程度不同的腹部对假人胸部高速和低速冲击标定影响的研究分析，我们可以得出以下结论：

    ①腹部软硬程度可以通过静压试验进行定量检测，进行评判；

    ②腹部软硬程度对胸部冲击实验的位移和滞后率影响不太明显；

    ③腹部软硬程度对胸部冲击实验的冲击力影响也不太明显；

    ④为了保证产品质量的一致性和试验数据的稳定性，避免胸部标定时，冲击力压线时不便决择的情况，我们有必要给出一个合理的静压力范围对腹部软硬程度进行界定；

    ⑤结合生产实际情况及腹部静压力与胸部冲击试验的冲击力影响情况，我们认为，高速冲击由于冲击较大，与对照腹部相比，冲击力差异率不大于1%是可接受的，低速冲击有冲击力小一些，与对照腹部相比，冲击力差异率不大于1.5%是可接受的，由此推断腹部硬度的静压力评判标准为：预检压力应在100N～250N较为合适。

    腹部塞块作为假人模拟人体腹部的一个重要部件，本文只对Hybrid Ш 50th腹部硬度与胸部冲击标定的相关性进行了探索性研究，但其对假人躯干弯曲性能的影响情况以及在碰撞试验中腹部对假人姿态和安全带数据的影响情况也是值得我们进一步研究的。