CN112378575A

CN112378575A - 一种汽车碰撞试验用假人多轴力传感器轴间串扰校准方法

Info

Publication number: CN112378575A
Application number: CN202010580722.4A
Authority: CN
Inventors: 刘茹; 李昕; 涂远扬; 叶仁根; 贾莹莹
Original assignee: Xiangyang Daan Automobile Test Center Co Ltd
Current assignee: Xiangyang Daan Automobile Test Center Co Ltd
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2021-02-19
Anticipated expiration: 2040-06-23
Also published as: CN112378575B

Abstract

本发明是一种汽车碰撞试验用假人多轴力传感器轴间串扰校准方法，步骤是：校前准备、载荷试验、串扰计算；载荷试验包括加载试验和卸载试验；加载试验加载到满量程负荷后保持、采集器显示假人多轴力传感器各轴向输出值及拉压力机负荷值；卸载试验时，完全卸载已加载负荷；完成其各个轴向的试验，读取各轴向输出及拉压力机负荷值，利用经验公式，计算获得轴间串扰数值。串扰计算，加载力矩轴向时对与其平行力轴向的轴间串扰经验公式为：C _ji＝(θ _jFS－θ _jfs)/θ _nj×100%；除加载力矩轴向时对与其平行力轴向的情况外，其他情况的轴间串扰经验公式为：C′ _ji＝(Δθ _nj/θ _nj)×100%。本发明具有方法简便科学、数据直观、校准数据准确、操作重复性好的优点。

Description

一种汽车碰撞试验用假人多轴力传感器轴间串扰校准方法

技术领域

本发明属于汽车检测试验仪器设备校准领域，特别是一种汽车碰撞试验用假人多轴力传感器轴间串扰校准方法。

背景技术

现有技术中，国家计量技术规范JJF 1560-2016《多分量力传感器校准规范》，适用于压电式及应变式多分量力传感器的校准，其耦合误差的校准、计算方法不适用于多轴力传感器的串扰校准；安装于汽车碰撞试验假人身体各部位的传感器是多轴力传感器，针对这一类传感器，目前，只有核查参数，没有校准方法。

发明内容

本发明的目的是要提供一种汽车碰撞试验用假人多轴力传感器轴间串扰校准方法，它能够有效地实施多轴力传感器的轴间串扰校准。

本发明的技术方案是：设计一种汽车碰撞试验用假人多轴力传感器轴间串

扰校准方法，包括三个步骤：步骤一，校前准备，步骤二，载荷试验，步骤三，串扰计算；载荷试验阶段包括加载试验和卸载试验，串扰计算阶段利用经验公式；

加载试验时，调整夹装好的假人多轴力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向依次与各轴向相重合或与加点垂直重合，通过拉压力试验机的控制器，在假人多轴向力传感器各轴向加载点，加载至各轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录假人多轴向力传感器各轴向的输出值及拉压力试验机的标准力值。

假人多轴力传感器的载荷试验可以根据轴向总数选择两轴向、或者三轴向、或者四轴向、或者五轴向、或者六轴向的不同轴向组合，分别进行加载试验和卸载试验；

卸载试验时，完全卸载在假人多轴力传感器各轴向的加载负荷。

串扰计算阶段，加载力矩轴向时对与其平行的力轴向的串扰计算经验公式为：C _ji＝(θ _jFS－θ _jfs)/ θ _nj× 100%；式中：C _ji为多轴向力传感器加载i力矩轴向时对j力轴向的串扰，%FS；θ _jFS为多轴向力传感器在i力矩轴向从零加载至额定负荷时，j轴向输出值的变化量，mV；θ _jfs为多轴向力传感在加载i力矩轴向至额定负荷时，j轴向在该负荷点的理论输出值，mV；θ _nj为多轴向力传感器j轴的额定输出，mV。除上述情况外，其他情况下，加载某一轴时对其他各轴向的轴间串扰经验公式为：C′ _ji＝ (Δθ _nj/θ _nj) × 100%。式中： C′ _ji为多轴向力传感器加载i轴向时对j轴向的串扰，%FS；Δθ _nj为多轴向力传感器在加载i轴向从零点至额定负荷时，j轴向输出值的变化量，mV；θ _nj为多轴向力传感器j轴的额定输出，mV。

本发明的有益技术效果是：经过大量的校准实验研究，总结出了串扰经验计算公式，即加载某一轴向时对其他各轴向的串扰的计算方法，且两个公式覆盖了加载某一轴向时对其他轴向串扰影响的所有情况，可以实现对不同轴向的轴间串扰进行校准。本发明还具有方法简便科学、负载数据直观、校准数据精确、操作重复性好的优点。

具体实施方式

下面对本发明所述方法作进一步说明。

步骤一，校前准备：夹具适配，线束连接，平台调节。

夹具适配：选用与被校假人多轴力传感器相适配的夹具，对假人多轴力传感器进行夹装。

线束连接：连接假人多轴力传感器的信号线束，力信号线对应假人多轴力传感器的力信号线接口，力矩信号线对应假人多轴力传感器的力矩信号线接口。通过六通道雷蒙头转232接口转接盒，将所述多路信号线与两台直流放大器连接。通过直流放大器信号的BNC输出接口，将所述两台直流放大器的输出信号接入多通道数据采集器的BNC信号接口。通过拉压力试验机的BNC输出接口，将拉压力试验机的信号接入数据采集器。至此，通过BNC信号线，两台直流放大器、拉压力试验机已经与多通道数据采集器建立信号连接。

平台调节：拉压力试验机装载台设置有带滑动滚珠的位置调节平台，将夹装好的假人多轴力传感器置于位置调节平台上，使其加载点与拉压力试验机的加载轴方向重合。启动电源，拉压力试验机、控制计算机、直流放大器、数据采集器相应开机，打开数据采集器的操控软件，将接入的各路信号分别按对应信号命名。对直流放大器进行设置，假人多轴力传感器的激励电压为10V，输出信号放大倍数为1倍，选择对高于10kHz的信号启用滤波功能，在无加载负荷的情况下，对所述多路信号进行桥路平衡清零，并记录假人多轴力传感器各轴向的输出值。

步骤二，载荷试验。

载荷试验包括加载试验和卸载试验。

对于两轴向的假人多轴力传感器，以HⅢ3岁假人两轴向肩膀力传感器为例进行载荷试验说明：

加载试验时，调整夹装好的HⅢ3岁假人两轴向肩膀力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FX轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器，在HⅢ3岁假人两轴向肩膀力传感器FX轴向加载点，加载至FX轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录HⅢ3岁假人两轴向肩膀力传感器FX、FZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FX轴向的加载负荷，调整夹装好的HⅢ3岁假人两轴向肩膀力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FZ轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至FZ轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录HⅢ3岁假人两轴向肩膀力传感器FX、FZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FZ轴向的加载负荷。

对于三轴向的假人多轴力传感器，以三轴向肩膀力传感器为例进行载荷试验说明：

加载试验时，调整夹装好的三轴向肩膀力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FX轴向相重合,通过拉压力试验机的控制器，在三轴向肩膀力传感器FX轴向加载点，加载至FX轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录三轴向肩膀力传感器FX、FY、FZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FX轴向的加载负荷，调整夹装好的三轴向肩膀力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FY轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至FY轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录三轴向肩膀力传感器FX、FY、FZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FY轴向的加载负荷，调整夹装好的三轴向肩膀力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FZ轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至FZ轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录三轴向肩膀力传感器FX、FY、FZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FZ轴向的加载负荷。

对于四轴向的假人多轴力传感器，以四轴向背板力传感器为例进行载荷试验说明：

加载试验时，调整夹装好的四轴向背板力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FX轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器，在四轴向背板力传感器FX轴向加载点，加载至FX轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录四轴向背板力传感器FX、FY、MY、MZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FX轴向的加载负荷，调整夹装好的四轴向背板力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FY轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器，加载至FY轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录四轴向背板力传感器FX、FY、MY、MZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FY轴向的加载负荷，调整夹装好的四轴向背板力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与MY加载点垂直重合，通过拉压力试验机的控制器，加载至MY的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录四轴向背板力传感器FX、FY、MY、MZ的输出值及MY加载点拉压力试验机的标准力值。

卸载在MY加载点的加载负荷，调整夹装好的四轴向背板力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与MZ加载点垂直重合，通过拉压力试验机的控制器，加载至MZ的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录四轴向背板力传感器FX、FY、MY、MZ的输出值及MZ加载点拉压力试验机的标准力值。

卸载在MZ加载点的加载负荷。

对于五轴向的假人多轴力传感器，以HⅢ50%男性假人胫骨力传感器为例进行载荷试验说明：

加载试验时，调整夹装好的HⅢ50%男性假人胫骨力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FX轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器，在HⅢ50%男性假人胫骨力传感器FX轴向加载点，加载至FX轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录HⅢ50%男性假人胫骨力传感器FX、FY、FZ、MY、MZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FX轴向的加载负荷，调整夹装好的HⅢ50%男性假人胫骨力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FY轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至FY轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录HⅢ50%男性假人胫骨力传感器FX、FY、FZ、MY、MZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FY轴向的加载负荷，调整夹装好的HⅢ50%男性假人胫骨力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FZ轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至FZ轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录HⅢ50%男性假人胫骨力传感器FX、FY、FZ、MY、MZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FZ轴向的加载负荷，调整夹装好的HⅢ50%男性假人胫骨力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与MY加载点垂直重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至MY的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录HⅢ50%男性假人胫骨力传感器FX、FY、FZ、MY、MZ的输出值及MY加载点拉压力试验机的标准力值。

卸载在MY加载点的加载负荷，调整夹装好的HⅢ50%男性假人胫骨力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与MZ加载点垂直重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至MZ轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录HⅢ50%男性假人胫骨力传感器FX、FY、FZ、MY、MZ的输出值及MZ加载点拉压力试验机的标准力值。

卸载在MZ加载点的加载负荷。

对于六轴向的假人多轴力传感器，以六轴向上颈部力传感器为例进行载荷试验说明：

加载试验时，调整夹装好的六轴向上颈部力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FX轴向相重合,通过拉压力试验机的控制器，在六轴向上颈部力传感器FX轴向加载点，加载至FX轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录六轴向上颈部力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FX轴向的加载负荷，调整夹装好的六轴向上颈部力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FY轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至FY轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录六轴向上颈部力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FY轴向的加载负荷，调整夹装好的六轴向上颈部力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FZ轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至FZ轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录六轴向上颈部力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及拉压力试验机的标准力值。

卸载在FZ轴向的加载负荷，调整夹装好的六轴向上颈部力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与MX加载点垂直重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至MX的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录六轴向上颈部力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及MX加载点拉压力试验机的标准力值。

卸载在MX加载点的加载负荷，调整夹装好的六轴向上颈部力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与MY加载点垂直重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至MY轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录六轴向上颈部力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及MY加载点拉压力试验机的标准力值。

卸载在MY加载点的加载负荷，调整夹装好的六轴向上颈部力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与MZ加载点垂直重合，通过拉压力试验机的控制器,加载至MZ轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录六轴向上颈部力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及MZ加载点拉压力试验机的标准力值。

卸载在MZ加载点的加载负荷。

步骤三，串扰计算：串扰计算阶段利用经验公式。加载力矩轴向时对与其平行的力轴向的串扰计算经验公式为：

C _ji＝(θ _jFS－θ _jfs)/ θ _nj× 100%；式中，

C _ji为多轴向力传感器加载i力矩轴向时对j力轴向的串扰，%FS；

θ _jFS为多轴向力传感器在i力矩轴向从零加载至额定负荷时，j轴向输出值的变化量，mV；

θ _jfs为多轴向力传感在加载i力矩轴向至额定负荷时，j轴向在该负荷点的理论输出值，mV；

θ _nj为多轴向力传感器j轴的额定输出，mV。

加载MX轴向时，对FZ轴向的串扰计算：若MX的满量程为280Nm，力臂为0.03175m，在MX加载点加载至8.8kN至额定负荷。在MX从零加载至额定负荷时，FZ轴向输出值的变化量减去FZ轴向在8.8kN时的理论输出值，理论输出值由参比直线计算得到，除以FZ轴向的额定输出，即为加载MX轴向时对FZ轴向的串扰。

加载MY轴向时，对FZ轴向的串扰计算：若MY的满量程为280Nm，力臂为0.03175m，在MY加载点加载至8.8kN至额定负荷。在MY从零加载至额定负荷时，FZ轴向输出值的变化量减去FZ轴向在8.8kN时的理论输出值，理论输出值由参比直线计算得到，除以FZ轴向的额定输出，即为加载MY轴向时对FZ轴向的串扰。

加载MZ轴向时，对FX轴向的串扰计算：若MZ的满量程为280Nm，力臂为0.03175m，在MZ加载点加载至8.8kN至额定负荷。在MZ从零加载至额定负荷时，FX轴向输出值的变化量减去FX轴向在8.8kN时的理论输出值，理论输出值由参比直线计算得到，除以FX轴向的额定输出，即为加载MZ轴向时对FX轴向的串扰。

其他情况，加载某一轴向时对其他各轴向的串扰算计经验公式为：

C′ _ji ＝ (Δθ _nj/θ _nj) × 100%。式中，

C′ _ji为多轴向力传感器加载i轴向时对j轴向的串扰，%FS；

Δθ _nj为多轴向力传感器在加载i轴向从零点至额定负荷时，j轴向输出值的变化量，mV；

θ _nj为多轴向力传感器j轴的额定输出，mV。

加载FX轴向时，对FY/FZ/MX/MY/MZ轴向的串扰计算：若FX的满量程为9kN，在FX从零加载至额定负荷9kN时，FY/FZ/MX/MY/MZ输出值的变化量除以FY/FZ/MX/MY/MZ的额定输出，即为加载FX轴向时对FY/FZ/MX/MY/MZ轴向的串扰。

加载FY轴向时，对FX/FZ/MX/MY/MZ轴向的串扰计算：若FY的满量程为9kN，在FY从零加载至额定负荷9kN时， FX/FZ/MX/MY/MZ输出值的变化量除以FX/FZ/MX/MY/MZ的额定输出，即为加载FY轴向时对FX/FZ/MX/MY/MZ轴向的串扰。

加载FZ轴向时，对FX/FY/MX/MY/MZ轴向的串扰计算：若FZ的满量程为13kN，在FZ从零加载至额定负荷13kN时，FX/FY/MX/MY/MZ输出值的变化量除以FX/FY/MX/MY/MZ的额定输出，即为加载FZ轴向时对FX/FY/MX/MY/MZ轴向的串扰。

加载MX轴向时，对FX/FY /MY/MZ轴向的串扰计算：若MX的满量程为280Nm，力臂为0.03175m，则在MX加载点须加载至8.8kN，在MX加载点从零加载至8.8kN时， FX/FY/MY/MZ输出值的变化量除以FX/FY/MY/MZ的额定输出，即为加载MX轴向时对FX/FY/MY/MZ轴向的串扰。

加载MY轴向时，对FX/FY/MX/MZ轴向的串扰计算：若MY的满量程为280Nm，力臂为0.03175m，则在MY加载点须加载至8.8kN，在MY从零加载至8.8kN时， FX/FY/MX/MZ输出值的变化量除以FX/FY/MX/MZ的额定输出，即为加载MY轴向时对FX/FY/MX/MZ轴向的串扰。

加载MZ轴向时，对FY/FZ/MX/MY轴向的串扰计算：若MZ的满量程为280Nm，力臂为0.03175m，则在MZ加载点须加载至8.8kN，在MZ从零加载至8.8kN时， FY/FZ/MX/MY输出值的变化量除以FY/FZ/MX/MY的额定输出，即为加载MZ轴向时对FY/FZ/MX/MY轴向的串扰。

六轴向上颈部力传感器各项校准数据分别参考表1和表2，其中，表1 是各轴向输出数据表，表2 是各轴向相对串扰数据表。

Claims

1.一种汽车碰撞试验用假人多轴力传感器轴间串扰校准方法，它包括三个步骤：步骤一，校前准备，步骤二，载荷试验，步骤三，串扰计算，其特征在于：

载荷试验阶段包括加载试验和卸载试验，串扰计算阶段利用经验公式；

步骤二，载荷试验，

加载试验时，调整夹装好的假人多轴力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向依次与各轴向相重合或与加载点垂直重合，通过拉压力试验机的控制器，在假人多轴力传感器各轴向的加载点，加载至各轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录假人多轴力传感器加载各轴向时各轴向的输出值及拉压力试验机的标准力值；

假人多轴力传感器根据轴向总数可分为两轴力传感器、三轴力传感器、四轴力传感器、五轴力传感器、六轴力传感器，载荷试验可以根据轴向总数选择两轴向、或者三轴向、或者四轴向、或者五轴向、或者六轴向的不同轴向组合，分别进行加载试验和卸载试验；

卸载试验时，完全卸载在假人多轴力传感器各轴向的加载负荷；

串扰计算阶段，加载力矩轴向时对与其平行的力轴向的串扰计算经验公式为：C _ji＝(θ _jFS－θ _jfs)/ θ _nj× 100%；式中：C _ji为多轴向力传感器加载i力矩轴向时对j力轴向的串扰，%FS；θ _jFS为多轴向力传感器在i力矩轴向从零加载至额定负荷时，j轴向输出值的变化量，mV；θ _jfs为多轴向力传感在加载i力矩轴向至额定负荷时，j轴向在该负荷点的理论输出值，mV；θ _nj为多轴向力传感器j轴的额定输出，mV，

除上述情况外，其他情况下，加载某一轴时对其他各轴向的轴间串扰经验公式为：C′ _ji＝ (Δθ _nj/θ _nj) × 100%，

式中： C′ _ji为多轴向力传感器加载i轴向时对j轴向的串扰，%FS；Δθ _nj为多轴向力传感器在加载i轴向从零点至额定负荷时，j轴向输出值的变化量，mV；θ _nj为多轴向力传感器j轴的额定输出，mV。

2.根据权利要求1所述的一种汽车碰撞试验用假人多轴力传感器轴间串扰校准方法，其特征是：

调整夹装好的假人多轴力传感器的位置，使得拉压力试验机加载轴向与FX轴向相重合，通过拉压力试验机的控制器，在假人多轴力传感器FX轴向加载至满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录假人多轴力传感器各轴向的输出值及拉压力试验机的标准力值；

卸载在FX轴向的加载负荷，调整夹装好的假人多轴力传感器的位置，使得

拉压力试验机加载轴向与FY轴向相重合，加载至FY轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录上颈部力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及拉压力试验机的标准力值；

卸载在FY轴向的加载负荷，调整夹装好的假人多轴力传感器的位置，使得

拉压力试验机加载轴向与FZ轴向相重合，加载至FZ轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录假人多轴力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及拉压力试验机的标准力值；

卸载在FZ轴向的加载负荷，调整夹装好的假人多轴力传感器的位置，使得

拉压力试验机加载轴向与MX加载点垂直重合，加载至MX的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录假人多轴力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及MX加载点拉压力试验机的标准力值；

卸载在MX加载点的负荷，调整夹装好的假人多轴力传感器的位置，使得

拉压力试验机加载轴向与MY加载点垂直重合，加载至MY轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录假人多轴力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及MY加载点拉压力试验机的标准力值；

卸载在MY加载点的负荷，调整夹装好的假人多轴力传感器的位置，使得

拉压力试验机加载轴向与MZ加载点垂直重合，加载至MZ轴向的满量程负荷，保持时间30s，通过数据采集器及其控制软件，显示并记录假人多轴力传感器FX、FY、FZ、MX、MY、MZ的输出值及MZ加载点拉压力试验机的标准力值；

卸载在MZ加载点的负荷。