Szczegółowa historia manekinów testowych

Pierwszym manekinem do testów zderzeniowych był Sierra Sam utworzony w 1949 roku. Ten 95-centylowy manekin do testu zderzeniowego dla dorosłych mężczyzn został opracowany przez Sierra Engineering Co. na podstawie umowy z siłami powietrznymi Stanów Zjednoczonych, które mają być wykorzystane do oceny miejsc wyrzutowych samolotów na sankach rakietowych testy. - Źródło FTSS

W 1997 r. Manekiny GM Hybrid III do testów zderzeniowych oficjalnie stały się standardem branżowym w testowaniu zgodności z rządowymi przepisami dotyczącymi zderzeń czołowych i poduszka powietrzna bezpieczeństwo. GM opracowało to urządzenie testowe prawie 20 lat wcześniej w 1977 r., Aby zapewnić biofideliczne narzędzie pomiarowe - manekiny do testów zderzeniowych, które zachowują się bardzo podobnie do ludzi. Podobnie jak w przypadku wcześniejszego projektu Hybrid II, GM udostępnił tę najnowszą technologię rządowym organom regulacyjnym i przemysł samochodowy. Udostępniono to narzędzie w imię ulepszonych testów bezpieczeństwa i zmniejszenia liczby wypadków drogowych i ofiar śmiertelnych na całym świecie. Wersja Hybrid III z 1997 roku jest wynalazkiem GM z pewnymi modyfikacjami. To kolejny kamień milowy w pionierskiej podróży producenta samochodów pod względem bezpieczeństwa. Hybrid III jest najnowocześniejszym narzędziem do testowania zaawansowanych systemów bezpieczeństwa; GM stosuje go od lat przy opracowywaniu przednich poduszek powietrznych. Zapewnia szerokie spektrum wiarygodnych danych, które można powiązać ze skutkami awarii na obrażenia u ludzi.

Hybrid III ma posturę odzwierciedlającą sposób, w jaki kierowcy i pasażerowie siedzą w pojazdach. Wszystkie manekiny do testów zderzeniowych są wierne ludzkiej formie, którą symulują - pod względem całkowitej masy, wielkości i proporcji. Ich głowy są zaprojektowane tak, aby reagowały jak ludzka głowa w przypadku zderzenia. Jest symetryczny, a czoło odchyla się znacznie tak, jak gdyby ktoś uderzył w kolizja. Jama klatki piersiowej ma stalową klatkę piersiową, która symuluje mechaniczne zachowanie klatki piersiowej człowieka podczas wypadku. Gumowa szyja wygina się i rozciąga biofidelicznie, a kolana są tak zaprojektowane, aby reagowały na uderzenia, podobnie jak ludzkie kolana. Manekin do testów zderzeniowych Hybrid III ma płyta winylowa jest wyposażony w zaawansowane narzędzia elektroniczne, w tym akcelerometry, potencjometry i czujniki obciążenia. Te narzędzia mierzą przyśpieszenie, ugięcie i siły, których doświadczają różne części ciała podczas hamowania.

To zaawansowane urządzenie jest ciągle ulepszane i zostało zbudowane na podstawie naukowej biomechaniki, danych medycznych i danych wejściowych oraz testów obejmujących zwłoki i zwierzęta. Biomechanika to badanie ludzkiego ciała i jego zachowania mechanicznego. Uniwersytety przeprowadziły wczesne badania biomechaniczne z udziałem żywych ludzkich ochotników w niektórych bardzo kontrolowanych testach zderzeniowych. Historycznie przemysł motoryzacyjny oceniał systemy bezpieczeństwa za pomocą testów ochotniczych na ludziach.

Opracowanie Hybrid III posłużyło jako platforma startowa do przyspieszenia badań nad siłami zderzeniowymi i ich wpływem na obrażenia u ludzi. Wszystkie wcześniejsze manekiny do testów zderzeniowych, nawet Hybrid I i II GM, nie były w stanie zapewnić odpowiedniego wglądu, aby przełożyć dane testowe na konstrukcje zmniejszające obrażenia samochodów i ciężarówek. Wczesne manekiny do testów zderzeniowych były bardzo prymitywne i miały prosty cel - pomóc inżynierowie a badacze sprawdzają skuteczność urządzeń przytrzymujących lub pasów bezpieczeństwa. Zanim GM opracował Hybrid I w 1968 r., Producenci manekinów nie mieli spójnych metod produkcji urządzeń. Podstawowa waga i rozmiar części ciała były oparte na badaniach antropologicznych, ale manekiny były niespójne w zależności od jednostki. Nauka o antropomorficznych manekinach była w powijakach, a ich jakość produkcji była zróżnicowana.

W latach 60. XX wieku badacze GM stworzyli Hybrid I, łącząc najlepsze części dwóch prymitywnych manekinów. W 1966 roku Alderson Research Laboratories wyprodukował serię VIP-50 dla GM i Forda. Skorzystało z niego również Narodowe Biuro Standardów. Był to pierwszy manekin wyprodukowany specjalnie dla przemysłu motoryzacyjnego. Rok później Sierra Engineering wprowadziła model Sierra Stan, model konkurencyjny. Ani zadowoleni inżynierowie GM, którzy stworzyli własnego manekina, łącząc najlepsze cechy obu - stąd nazwa Hybrid I. GM zastosował ten model wewnętrznie, ale podzielił się swoim projektem z konkurentami podczas specjalnych spotkań komitetu w Society of Automotive Engineers (SAE). Hybrid I był bardziej trwały i dawał bardziej powtarzalne wyniki niż jego poprzednicy.

Zastosowanie tych wczesnych manekinów zostało zainspirowane testami amerykańskich sił powietrznych, które zostały przeprowadzone w celu opracowania i ulepszenia systemów przytrzymujących i wypychających pilota. Od późnych lat czterdziestych po wczesne lata pięćdziesiąte wojsko stosowało manekiny do testowania zderzeniowego i sanki do testowania różnych zastosowań i tolerancji człowieka na obrażenia. Wcześniej korzystali z ludzkich ochotników, ale rosnące standardy bezpieczeństwa wymagały wyższych testów prędkości, a wyższe prędkości nie były już bezpieczne dla ludzi. Aby przetestować uprzęże przytrzymujące pilota, jedno szybkie sanki napędzane były silnikami rakietowymi i przyspieszane do prędkości 600 km / h. Przełęcz. John Paul Stapp podzielił się wynikami badań manekinów Air Force w 1956 r. Na pierwszej dorocznej konferencji z udziałem producentów samochodów.

Później, w 1962 roku, GM Proving Ground wprowadził pierwszy, samochodowy, zaprzęgowy (HY-GE). Był w stanie symulować rzeczywiste przebiegi przyspieszenia zderzenia wytwarzane przez samochody pełnowymiarowe. Cztery lata później firma GM Research opracowała wszechstronną metodę określania stopnia zagrożenia obrażeniami powstałymi podczas pomiaru sił uderzenia na manekiny antropomorficzne podczas badań laboratoryjnych.

Jak na ironię przemysł motoryzacyjny dramatycznie przyspieszył samolot producenci w tej wiedzy technicznej na przestrzeni lat. Producenci samochodów współpracowali z przemysłem lotniczym w połowie lat 90., aby przyspieszyć ich rozwój dzięki postępom w testach zderzeniowych związanych z tolerancją u ludzi i obrażeniami. Kraje NATO były szczególnie zainteresowane badaniami wypadków samochodowych, ponieważ wystąpiły problemy śmigłowiec awarie i szybkie wyrzucanie pilotów. Uważano, że automatyczne dane mogą zwiększyć bezpieczeństwo samolotów.

Kiedy Kongres uchwalił ustawę o bezpieczeństwie ruchu drogowego i pojazdów silnikowych z 1966 r., Projektowanie i produkcja samochodów stały się regulowanym przemysłem. Niedługo potem rozpoczęła się debata między rządem a niektórymi producentami na temat wiarygodności urządzeń testowych, takich jak manekiny.

National Highway Safety Bureau nalegało, aby użyć atrapy VIP-50 Aldersona do walidacji systemy ograniczające. Wymagali czołowych testów barierowych 30 mil na godzinę w sztywnej ścianie. Przeciwnicy twierdzili, że wyniki badań uzyskane z testów z tym manekinem do testów zderzeniowych nie były powtarzalne z punktu widzenia produkcji i nie zostały zdefiniowane pod względem inżynieryjnym. Badacze nie mogli polegać na stałej wydajności jednostek testowych. Sądy federalne zgodziły się z tymi krytykami. GM nie wziął udziału w legalnym proteście. Zamiast tego GM udoskonalił manekina do testów zderzeniowych Hybrid I, reagując na problemy pojawiające się na posiedzeniach komisji SAE. GM opracowało rysunki definiujące manekina do testów zderzeniowych i stworzyło testy kalibracyjne, które ustandaryzują jego działanie w kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. W 1972 r. GM przekazał rysunki i kalibracje producentom manekina i rządowi. Nowy manekin do testów zderzeniowych GM Hybrid II zadowolił sąd, rząd i producentów stał się standardem w testach zderzeniowych czołowych, aby zachować zgodność z amerykańskimi przepisami motoryzacyjnymi dotyczącymi ograniczeń systemy. Filozofią GM zawsze było dzielenie się innowacyjnymi testami zderzeniowymi z konkurentami i nie zarabianie na tym procesie.

W 1972 roku, gdy GM dzielił Hybrid II z przemysłem, eksperci GM Research rozpoczęli przełomowy wysiłek. Ich misją było opracowanie manekina do testów zderzeniowych, który dokładniej odzwierciedlałby biomechanikę ludzkiego ciała podczas wypadku samochodowego. Nazywa się to Hybrid III. Dlaczego to było konieczne? GM przeprowadzał już testy, które znacznie przekroczyły wymagania rządowe i standardy innych krajowych producentów. Od samego początku GM opracował każdy ze swoich manekinów, aby odpowiedzieć na szczególną potrzebę pomiaru testowego i poprawy bezpieczeństwa. Inżynierowie wymagali urządzenia testowego, które pozwoliłoby im na dokonywanie pomiarów w unikalnych eksperymentach, które opracowali w celu poprawy bezpieczeństwa pojazdów GM. Celem grupy badawczej Hybrid III było opracowanie podobnego do człowieka manekina do testów zderzeniowych trzeciej generacji, którego reakcje były bliższe danych biomechanicznych niż manekina do testów zderzeniowych Hybrid II. Koszt nie był problemem.

Naukowcy badali sposób, w jaki ludzie siedzieli w pojazdach oraz związek ich postawy z pozycją oka. Eksperymentowali z materiałami i zmieniali je, aby stworzyć manekina, i rozważali dodanie elementów wewnętrznych, takich jak klatka piersiowa. Sztywność materiałów odzwierciedla dane biomechaniczne. Do konsekwentnego wytwarzania ulepszonego manekina zastosowano dokładne, sterowane numerycznie maszyny kontrolne.

W 1973 r. GM zorganizowało pierwsze międzynarodowe seminarium z wiodącymi światowymi ekspertami w celu omówienia cech reakcji na wpływ człowieka. Każde poprzednie spotkanie tego rodzaju koncentrowało się na kontuzji. Ale teraz GM chciał zbadać sposób, w jaki ludzie reagowali podczas awarii. Dzięki tej wiedzy GM opracował manekina do zderzenia, który zachowywał się znacznie bliżej ludzi. To narzędzie dostarczyło bardziej znaczących danych laboratoryjnych, umożliwiając zmiany w projekcie, które mogłyby faktycznie pomóc w zapobieganiu obrażeniom. GM jest liderem w opracowywaniu technologii testowania, aby pomóc producentom w tworzeniu bezpieczniejszych samochodów i ciężarówek. GM komunikował się również z komitetem SAE podczas całego procesu rozwoju, aby zebrać informacje od producentów manekinów i producentów samochodów. Zaledwie rok po rozpoczęciu badań nad Hybrid III GM zareagował na rządowy kontrakt z bardziej wyrafinowanym manekinem. W 1973 roku GM stworzył GM 502, który pożyczył wczesne informacje, których nauczyła się grupa badawcza. Obejmował on pewne ulepszenia postawy, nową głowę i lepsze cechy stawu. W 1977 r. GM udostępnił Hybrid III na rynku, w tym wszystkie nowe funkcje projektowe, które GM opracował i opracował.

W 1983 r. GM zwrócił się do National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) z prośbą o zezwolenie na użycie Hybrid III jako alternatywnego urządzenia testującego zgodność z wymogami rządowymi. GM dostarczył również przemysłowi swoje cele dotyczące dopuszczalnej wydajności manekina podczas testów bezpieczeństwa. Cele te (wartości referencyjne oceny obrażeń) miały kluczowe znaczenie w przełożeniu danych Hybrid III na poprawę bezpieczeństwa. Następnie w 1990 r. GM poprosił, aby manekin Hybrid III był jedynym dopuszczalnym urządzeniem testowym spełniającym wymagania rządu. Rok później Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) podjęła jednomyślną rezolucję uznającą wyższość Hybrid III. Hybrid III jest obecnie standardem w międzynarodowych badaniach zderzenia czołowego.

Przez lata Hybrid III i inne manekiny przeszły szereg ulepszeń i zmian. Na przykład GM opracował odkształcalną wkładkę, która jest rutynowo stosowana w testach rozwojowych GM w celu wskazania jakiegokolwiek ruchu pasa biodrowego od miednicy do brzucha. Ponadto SAE łączy talenty firm samochodowych, dostawców części, producentów manekinów i agencji rządowych USA we współpracy w celu zwiększenia możliwości manekina testowego. Niedawny projekt SAE z 1966 r., W połączeniu z NHTSA, poprawił staw skokowy i biodrowy. Jednak fikcyjni producenci są bardzo konserwatywni w kwestii zmiany lub ulepszania standardowych urządzeń. Zasadniczo producent samochodów musi najpierw wykazać potrzebę przeprowadzenia szczegółowej oceny projektu w celu poprawy bezpieczeństwa. Następnie, za porozumieniem branżowym, można dodać nowe możliwości pomiarowe. SAE działa jako techniczna izba rozliczeniowa, która zarządza tymi zmianami i minimalizuje je.

Jak dokładne są te antropomorficzne urządzenia testowe? W najlepszym wypadku są to prognozy tego, co może się zdarzyć na ogół w terenie, ponieważ nie ma dwóch prawdziwych ludzi pod względem wielkości, wagi lub proporcji. Jednak testy wymagają standardu, a nowoczesne manekiny okazały się skutecznymi prognostykami. Manekiny do testów zderzeniowych konsekwentnie udowadniają, że standardowe trzypunktowe systemy pasów bezpieczeństwa są bardzo skutecznymi ograniczeniami - a dane dobrze trzymają się w porównaniu z rzeczywistymi wypadkami. Pasy bezpieczeństwa ograniczają liczbę wypadków śmiertelnych wśród kierowców o 42 procent. Dodanie poduszek powietrznych podnosi ochronę do około 47 procent.

Testy poduszek powietrznych pod koniec lat siedemdziesiątych spowodowały kolejną potrzebę. Na podstawie testów z surowymi manekinami inżynierowie GM wiedzieli, że dzieci i mniejsi pasażerowie mogą być narażeni na agresywność poduszek powietrznych. Poduszki powietrzne muszą się napompować przy bardzo dużych prędkościach, aby chronić pasażerów w razie wypadku - dosłownie w mgnieniu oka. W 1977 r. GM opracował manekin do poduszek powietrznych dla dzieci. Naukowcy skalibrowali manekina przy użyciu danych zebranych z badania z udziałem małych zwierząt. Southwest Research Institute przeprowadził te testy, aby ustalić, jaki wpływ mogą bezpiecznie wytrzymać badani. Później GM udostępnił dane i projekt za pośrednictwem SAE.

GM potrzebował również urządzenia testowego do symulacji małej samicy do testowania poduszek powietrznych kierowcy. W 1987 r. GM przeniosło technologię Hybrid III na manekina reprezentującego kobietę z 5. percentyla. Również pod koniec lat 80. Centrum Kontroli Chorób wydało umowę na rodzinę manekinów Hybrid III, aby pomóc w testowaniu pasywnych ograniczeń. Ohio State University wygrał kontrakt i poprosił GM o pomoc. We współpracy z komitetem SAE GM przyczynił się do rozwoju rodziny manekinów Hybrid III, w tym 95-centylowego mężczyznę, małą kobietę, sześciolatka, dziecko-manekina i nową trzyletni. Każdy z nich ma technologię Hybrid III.

W 1996 r. GM, Chrysler i Ford zaniepokoili się obrażeniami spowodowanymi inflacją poduszek powietrznych i zwrócili się do rządu przez Amerykańskie Stowarzyszenie Producentów Samochodów (AAMA), aby zająć się sytuacją nieobecności pasażerów podczas poduszki powietrznej wdrożenia. Celem było wdrożenie procedur testowych zatwierdzonych przez ISO, w których wykorzystuje się małą samicę manekina testy po stronie kierowcy oraz sześcio- i trzyletnie manekiny, a także manekin niemowlęcy dla pasażera bok. Komitet SAE opracował później serię manekinów dla niemowląt z jednym z wiodących producentów urządzeń testowych, First Technology Safety Systems. Dostępne są teraz sześciomiesięczne, 12-miesięczne i 18-miesięczne manekiny do testowania interakcji poduszek powietrznych z urządzeniami przytrzymującymi dla dzieci. Znane jako manekiny interakcyjne z poduszką powietrzną CRABI lub dziecko, umożliwiają testowanie urządzeń przytrzymujących dla niemowląt skierowanych tyłem do kierunku jazdy, gdy są umieszczone na przednim siedzeniu pasażera wyposażonym w poduszkę powietrzną. Różne rozmiary i typy manekinów, które są małe, średnie i bardzo duże, pozwalają GM na wdrożenie szerokiej matrycy testów i typów awarii. Większość tych testów i ocen nie jest wymagana, ale GM rutynowo przeprowadza testy niewymagane przez prawo. W latach 70. badania nad skutkami ubocznymi wymagały kolejnej wersji urządzeń testowych. NHTSA, we współpracy z Centrum Badawczo-Rozwojowym Uniwersytetu Michigan, opracował specjalny manekin boczny lub SID. Następnie Europejczycy stworzyli bardziej wyrafinowany EuroSID. Następnie badacze GM wnieśli znaczący wkład za pośrednictwem SAE w opracowanie bardziej biofidelicznego urządzenia o nazwie BioSID, które jest obecnie wykorzystywane w testach rozwojowych.

W latach 90. przemysł motoryzacyjny w USA pracował nad stworzeniem specjalnego, małego manekina dla pasażerów do testowania bocznych poduszek powietrznych. Za pośrednictwem USCAR konsorcjum utworzone w celu wymiany technologii między różnymi branżami i ministerstwami, GM, Chrysler i Ford wspólnie opracowały SID-2. Manekin naśladuje małe kobiety lub młodzież i pomaga zmierzyć ich tolerancję na napełnienie bocznej poduszki powietrznej. Amerykańscy producenci współpracują ze społecznością międzynarodową, aby stworzyć to mniejsze urządzenie z bocznym uderzeniem jako podstawa wyjściowa dorosłego manekina do zastosowania w międzynarodowym standardzie skuteczności zderzenia bocznego pomiary. Zachęcają do przyjęcia międzynarodowych norm bezpieczeństwa i budują konsensus w celu zharmonizowania metod i testów. Przemysł motoryzacyjny jest bardzo zaangażowany w harmonizację norm, testów i metod, ponieważ coraz więcej pojazdów jest sprzedawanych na rynku globalnym.

Jaka jest przyszłość Modele matematyczne GM dostarczają cennych danych. Testy matematyczne pozwalają również na większą iterację w krótszym czasie. Przejście GM z mechanicznych na elektroniczne czujniki poduszek powietrznych stworzyło ekscytującą okazję. Obecne i przyszłe systemy poduszek powietrznych mają elektroniczne „rejestratory lotu” jako część swoich czujników zderzeniowych. Pamięć komputera przechwytuje dane pola ze zdarzenia kolizji i przechowuje informacje o awarii, które nigdy wcześniej nie były dostępne. Dzięki tym rzeczywistym danym naukowcy będą mogli zweryfikować wyniki badań laboratoryjnych i zmodyfikować manekiny, symulacje komputerowe i inne testy.

„Autostrada staje się laboratorium testowym, a każda katastrofa staje się sposobem, aby dowiedzieć się więcej o tym, jak chronić ludzi”, powiedział Harold „Bud” Mertz, emerytowany ekspert ds. Bezpieczeństwa i biomechaniki GM. „W końcu możliwe będzie włączenie rejestratorów zderzeniowych do kolizji w całym samochodzie.”

Badacze GM nieustannie udoskonalają wszystkie aspekty testów zderzeniowych, aby poprawić wyniki bezpieczeństwa. Na przykład, ponieważ systemy przytrzymujące pomagają eliminować coraz więcej katastrofalnych obrażeń górnej części ciała, inżynierowie bezpieczeństwa zauważają niepełnosprawność, uraz dolnej części nogi. Badacze GM zaczynają opracowywać lepsze reakcje dolnej części nogi dla manekinów. Dodali również „skórę” na szyjach, aby poduszki powietrzne nie zakłócały kręgów szyi podczas testów.

Pewnego dnia „manekiny” na ekranie komputera mogą zostać zastąpione przez wirtualnych ludzi, z sercami, płucami i wszystkimi innymi istotnymi narządami. Ale nie jest prawdopodobne, że te elektroniczne scenariusze zastąpią rzeczywistość w najbliższej przyszłości. Manekiny od wypadków będą zapewniać badaczom GM i innym niezwykły wgląd i inteligencję na temat ochrony pasażerów przed wypadkami przez wiele lat.

Specjalne podziękowania dla Claudio Paoliniego