EEVC行人头模块标定试验

1、EEV行人头模块标定试验EEV行人头模块标定试验刘奇夏勇周青清华大学汽车安全与节能国家重点实验室）摘要】本文介绍并讨论了EEV行人头模块的发展及相应的标定试验，利用LSDYN和Hyper软件对dyEEVC/W的头模块标定试验进行有限元模拟计算并做了敏感性分析，为实际试验提供了指导性建议。主题词：行人头模块 标定试验敏感性分析中图分类号：U46 74文献标识码：ASensi Ainva il tyysEi EVCHeadfoQanlsibrlie a t)nLi i,Yioaig,戏Hoig(StaKteeyabor ®Aanity3mcStaifffiatEnergy,TlS nii

2、nxgehiusaityAbst JT. hcot evelo p nEeEriV tpedes he idif a rmstcsalib itamtotrhodentro I rn d ed discus a ea. l A ni L S-YNAin HyperSitsid iytecstutilyeensi(ifi:VEEyC/WGhle7adform calibtameohod, ta.adwuggesttiihc5adibtatt.onKeywor :dPsedesttrian,HeadfOeim,teCaliibiivattiyoAnalysisEEV行人头模块标定试验EEV行人头模

3、块标定试验1前言降低行人事故的发生率，减小行人受伤的程度是当今世界面临的一个巨大课题。行人碰撞保护已经成为汽车被动安全研究领域的热点问题。欧洲提高车辆安全委员会（EEV）（经过多年研究，先后成立了第10工作组 WG1）（和第1工作组 WG1）制定并颁布 了 WG 1和WG1标准，采用行人模块试验，检验并评价车辆对行人下肢、髋部和头部的伤害，并促成了 欧洲行人碰撞保护法规的实施。头碰撞作为最致命的受伤形式，其相应的模块试验也引起了各汽车厂商和 研究机构的充分重视。EEV头模块包括成人头模块和儿童头模块。每个头模块由中心硬球体加上紧紧包裹在球体外面的 头皮材料组成，头模块的质心处有一个安装加速度传

4、 感器的刚性支座。在头模块及其相应试验技术发展过 程中，EEV工作组充分考虑事故统计、生物力学和 试验分析领域的研究成果，先后对头模块进行了修改。这些修改主要包括：为保证头模块的耐用性，WG1将头模块的中心球体材料从WG1的聚氨酯改为铝；头皮材料从WG1的橡胶改为WG1的 PVC199毎，头皮厚度从 WG1的7. mm改为 WG1的12 mm 2 0（年2,WG1又将成人头模块和 儿童头模块的头皮厚度分别改为13 mm和|1 1mmWG1头模块标定试验的速度控制范围和撞击点精1 19942盯*孑 China Academic Journal Klcctranic fublishinii Mot

5、h 度控制范围等规定对仪器设备的调节或测试精度提岀了很高的要求。为此，有必要分析标定试验中各因素对头模块质心合成加速度峰值的影响，从而为实际试验提供指导性建议。2 WG1头模块标定试验最新的 WG1头模块参数如表 1所列，其标定试 验过程如图1所示。头模块用绳子静止悬挂在空中，头模块的质心距离悬挂点的高度至少为2m。头模块后端面与水平夹角 悬挂角）为2°标定锤质量为1±0. （kg锤面直径为 7 ±1 mm,圆角半径为 5+ 0. m5m锤头端面材料为铝 ，粗糙度优于 2 。头模 块重心位置在标定锤的中心线上，上下及左右偏差均不得超过 5mm标定锤撞击静止的儿童头

6、模块和成 人头模块的速度分别为7±o. m/和1 ±0. m/,标定结果要求儿童头模块的加速度峰值范围为40*4 9 5成人头模块的加速度峰值范围为3 3 7.4 1 2.5g此外，试验还要求改变悬挂角大小，先后在头部的3个不同位置各标定 1次。表1 WG 1 72 0 ）2模块参数参数成人头模块儿童头模块直径/mm16+513 ±1球体材料铝铝头皮材料聚氯乙稀聚氯乙稀头皮厚度/mm13 ±0 9 511±00 5质量/kg4.±0.12 .±(5 . 0 5汽车技术I ritfhU reserved, httpwvwxnk

7、i .netEEV行人头模块标定试验2 0中国汽车安全技术国际研讨会图1 WG1头模标定试验过程示意SO2度长小最3 WG1头模块标定试验的敏感性分析利用LS9Y N欺件对 WG1头模块标定试验 进行有限元模拟，考察多个因素对头模块质心合成加 速度峰值的影响。以儿童头模块为例进行讨论，成人头模块的结果与儿童头模块类似。通用汽车研发中心根据WG1 19 9报告提岀的头模块参数建立了两个头模块的有限元模型，用于行人碰撞保护研究。基于这两个头模型和WG172 0 0的更新，修正了原有的头模块有限元模型，修正模型在摩擦因数为0 .、悬挂角为 4 °头模块重心位置在标定锤中心线上的情况下满足标

8、定试验的要 求。模型和合成加速度曲线如图2所示，图中两条基准线是加速度峰值的标定上、下限。度速加成合§ O494因数为0.、2方向初始撞击速度为7m/、悬挂角为4 °头模块重心位置在标定锤中轴线上的情况为基 准模型，分别改变撞击位置、撞击速度和摩擦因数，考察它们对合成加速度峰值的影响。3.1撞击位置的影响标定试验的共轴度要求对标定试验的发射设备 精度提出了很高要求，也给实际试验操作带来了很 大难度。若利用常见的较为经济的摆锤装置，需将标定锤拉高接近 2. m才可达到 7 m/的初始撞击速 度对寸于成人头模块标定试验，标定锤拉高距离甚至超过5 m），这样往往会导致共轴度偏差大

9、于10 mm在模拟计算中，采取了 5 mm和10mm两种共 轴度偏移量。其中| | 5mm是法规规定的偏移量上限，10mm则是实际试验中易岀现的偏移量。图4为模拟得到的加速度曲线。由图4可见，基准模型的合成加速度峰值最高 ，且位于法规规定的区间内。z向偏移5mm和1mm的曲线分别与y向偏移 5 mm和1mm的曲线重合，并且均使头模块的合成加速度 峰值降低，偏移量越大，合成加速度峰值越低。在z向或y向偏移5mm情况下，头模块的合成加速度 峰值仍然在法规规定的区间内；但是当z向和| y向同时偏移1（bm时，合成加速度峰值已经不能满足 法规要求。可见，撞击位置的控制对头模块标定试验| | 影响很显著

10、，需要在实际试验中特别注意。时间'图2修改后的WG1丿7童头模块标定试验模拟及结果 标定试验要求改变悬挂角的大小作3次标定，据此取2 5 下限）、5 °和9 0上限）3个悬挂角度分别 进行了模拟，结果如图3所示。00.20.40. ffl.8 1.01.21.41. 61.8 2.0时间/ms图4不同撞击位置对头模块合成加速度的影响3.2憧击速度的影响撞击速度的偏差主要来源于发射设备的精度和O594OC372Z度速加成合度速加成合 3时间不同悬挂角对头模块合成加速度的影响测量仪器的精度。分别采用6.、8.、$ 7.、1 . m/s等5个撞击速度进行模

11、拟 ，图5为模拟曲线。由图5 可看出，速度越大，合成加速度峰值越大，在5个撞 击速度下，合成加速度峰值均未超出法规要求范围。由图3可知，3条曲线几乎完全吻合，表明悬挂角的大小对标定试验结果几乎没有影响。考察WG1头模块标定试验过程可以发现，实际碰撞仅发生在 2 ms之内，在试验操作过程中 ，有 速度精度要求、共轴度要求、I粗糙度要求。设定摩擦3.3摩擦因数的影响标定试验提岀了优于丨丨2 ym的粗糙度要求。分 别采用0.、（和0 等3个摩擦因数进行模拟。图6的模拟结果表明，摩擦因数越大，合成加速度峰值1 越大。I2 0（年6增刊demicoum£il Klecii'anic h

12、ihlishiiit I louseE EV行人头模块标定试验3 .处QE分析击速度3个因素对头模块标定试验的结果均有较明为了进一步考察各因子的主效应和交互效应显的影响，其中撞击位置对合成加速度峰值的影响最以上述3个因素作为变量，头模块合成加速度峰值 作为响应变量，利用HyperS和：U dYN对该 有限元模型进行 DQ盼析，采用三因子二水平完全 析因法表2、表3）。图7、图8分别为主效应图和方 差分析图。大，摩擦因数的影响次之 ，撞击速度的影响最次。I由图 8可知，3个因子两两之间的交互效应可以忽略。5 54 94 433221105f49 5837261554050505J6. nf/s6

13、. m/s7. nf/s7. ml/s7. itf/s比分百响影00.81.01.82.时间/ms图5不同撞击速度对头模块合成加速度的影响由上述分析可知，为了在标定锤撞击试验中获得 头模块的正确响应，必须保证整个标定试验台的控制 精度，其中最关键的是确保头模块的重心在标定锤的 中轴线上，同时尽可能协调发射设备和测量仪器，以取得较可靠的速度精度 ，并保证一定的锤头粗糙度。4结束语水平撞击位置撞击速度 仗方向）/ms11摩擦因数高水平+偏移1 ®nm6.80.4低水平一中心对齐70.2表2 DQE分析因子和水平表3三因子二水平 2完全析因计划矩阵和响应

14、数据试验号撞击位置摩擦因数撞击速度合成加速度峰筆值/1中心对齐0 .27453.02中心对齐0.26.8434.93中心对齐0.47482.04中心对齐0.46.8462.85偏移1 mm0.27407.66偏移1 mm0.26.8391.27偏移1 mm0.47432.48偏移1 Ctam0.46.8415.14g 4值4峰4度4速4力口 4成4合444本文简介了EEV行人头模块的发展及相应的标定试验，建立了 EEVC/W（头模块标定试验的有 限元分析模型，以此对头模块标定试验进行了敏感性 分析，为实际试验提供了指导性建议。结合WG1头模块的标定试验规范和各影响因素可知，共轴度是实际操作中最

15、难控制的因素，很可能带来试验的反复调 试，从而增加试验时间，增大试验成本；而摩擦因数与 锤头粗糙度及头模块头皮材料都有关系，且难以测量，也是一个容易导致标定偏差的不定因素。参 考 文献1 EEVC，Worki1n 吨 Gpr aPurlpDp cf sWel tshtoodEva luJ,tdestrian，1994.2 Ma Qk Neal§fienm,i.T.WangdDeNoApmentFemcd eSlrismulatingEEV Cnlpea ct et Thnidaen rnatTo（nh rfCiocnaf leo Et hEsnhanScaefdetyofVehi cles，Nagoya，Japan.3 EEVC，ImTeMvehoHvalBa（tesRrcitaection Aforbdy? dsseCnag