碰撞测试假人

背景

像时装模特一样，这个假人看起来像一个人，但它比皮肤更深的美由高科技仪器和最先进的体格组成。就像口技师的版本一样，碰撞测试假人除了在一系列关于安全带安全的高效电视广告中外不能说话。

世界各地的公路安全机构依靠耐撞性测试来观察汽车的损坏情况并生成有关汽车性能的数据。测试车辆的乘员是碰撞测试假人（正确称为“拟人化测试设备”），它们被制造成类似于人体并像人体一样做出反应，并装有精密仪器。这些仪器记录有关加速度、速度、冲击减速度、冲击力以及每个假人躯干和四肢的各种运动和变形的信息。这些数据由安全工程师研究，并与人类乘员的行为及其潜在伤害有关。

碰撞测试方法尽管被普遍接受，但仍存在重大缺陷。汽车（或其他车辆）部分或完全损坏，具体取决于测试目标。假人可以多次改装和重复使用，但它们对人体所有复杂性的反应能力一直在完善中。

历史

在 1940 年代后期之前，使用尸体对汽车进行测试。在真实的身体上可以观察到受伤，但尸体没有像呼吸一样的灵活生物那样做出反应。碰撞测试假人是在 1949 年根据与美国空军的合同开发的，用于测试安装在轨道上的火箭推进雪橇上的飞机弹射座椅。 “塞拉山姆”是第一个假人。汽车工业后来使用相同类型的假人来开发膝部安全带和肩带。 Sierra Sam 与普通成年男性相似，具有统计学上正确的体重和四肢关节；然而，山姆的脊椎和脖子僵硬了。可以测量他的头部在弹射路径上的加速度，但这远不足以评估潜在的头部损伤。

到 1952 年，Mark 1 是用活人的石膏模型制成的，这个假人标志着最先进的技术水平的巨大进步。他的头骨装有用于测量加速度和冲击力的传感器，由两块铝铸成。 Mark l 的脊椎由一系列带有垫片的球窝关节组成，以模拟真实脊椎的运动范围。假人也有一组钢管肋骨、乙烯基皮肤和泡沫肉，但四肢僵硬。 1956 年开发的其他假人经过修改并配备仪器以测量选定的运动范围。首次制造了非平均尺寸和重量的假人，这些后 Mark 1 假人被用于测试拖拉机安全性、蛙人水下逃生服以及美国国家航空航天局太空研究的飞行和安全方面（美国宇航局）。

太空计划推动了假人设计的下一步发展。为了评估火箭推力对绑在太空舱座椅上的宇航员的影响，美国和欧洲的太空计划资助了格鲁曼-奥尔德森研究假人 (GARD) 的发明。坐着的宇航员必须与火箭推力的方向完美对齐，否则人和座椅都会扭曲到位。 GARD 是一个重要的技术步骤，因为定位重心和评估惯性矩（随加速度旋转的趋势）的过程在这个耐用的假人中得到了很好的检测。 GARD 仍然用于测试弹射座椅，因为座椅限制了这个人体模型的运动范围，使它们足够简单，工程师可以测量旋转、加速度历史以及人和座椅之间的应力。

直到 1966 年，航空工业、军事航空和航天计划引领了测试假人的发展。当年汽车行业成为开发碰撞测试假人的推动力，因为汽车死亡人数强调需要改进假人的肋骨、脊柱、骨盆和腹腔，以评估约束系统。不同身体范围的数学模型和实验表明，可以用弹簧连接模拟运动。弹簧在受到冲击时会移动，它们也会反弹，因此可以研究鞭打等效果。膝部安全带的测试集中在骨盆的损伤上，但肩带的开发要求假人有胸骨（胸骨）、锁骨和肩胛骨。佩戴过的假人配备了一个模拟内脏运动的仪器化内脏囊。仪器还安装在大腿、胸部和头部的空腔中，以便可以研究更复杂的运动和力的偏转。

到 1970 年，很明显，成人大小的男性假人并不能准确代表儿童和女性的较小比例。事实上，一些对较小体格的伤害是由普通假人证明安全的皮带和安全带造成的。 1970 年生产了更大的男性模型和第一个女性假人，并命名为 Sierra Stan 和 Sierra Susie。同年，他们与 Sierra Sammy（六岁）和 Sierra Toddler（三岁）一起加入了他们的家庭。两个孩子的体重分布都不正确，但至少他们是第一次被代表和研究。

由于许多儿童在车祸中受伤，因为他们在这些事故中通常是站立或不坐着，因此评估儿童伤害的问题变得复杂。因此，对于不受约束的儿童来说，运动范围和潜在影响的变化要大得多。儿童假人的重新设计紧随其后，从 1970 年代到 1990 年代，对儿童假人的修改仍然是碰撞测试设计中最受追捧的领域。在 1970 年代，改进的数据使儿童的骨骼比成人更灵活，四肢关节更柔软，使他们能够适应汽车中的各种位置，并改进了仪器仪表，从而可以测量或解释更广泛的变量。儿童安全座椅、加高座椅和安全气囊的开发和测试需要特别关注婴儿、学步儿童和青少年假人。

到 70 年代中期，计算机分析的改进也彻底改变了碰撞测试。计算机方法允许测量测试假人行为的近四十个不同参数。建筑材料也得到了类似的改进，使逼真的、完全铰接的假人成为可能。为了复制人类骨骼的行为，假人的骨头由具有更高断裂强度的玻璃纤维制成，因此假人可以再次使用。然而，这些许多改编导致了越来越多的专业假人，因此像 Supermorphic Dummy 这样的模型专门用于汽车碰撞测试——它们太脆弱了，无法进行弹射测试。

飞机测试假人的专业知识包括肢体约束评估器 (LRE) 拟人模型，该模型专为测试约束装置而设计，以防止在从军用喷气式飞机弹射过程中因挥舞而受伤。其他专门的假人测试了实验降落伞、直升机坠毁和赛车。例如，涉及赛车的碰撞测试（在印第安纳波利斯 500 英里赛或冠军赛车队 [CART] 赛道上比赛的类型）表明，车手佩戴的重型赛车头盔确实可以保护他们的头部免受撞击伤害，但头盔的重量会增加颈部受伤的风险 1950 年代和 1960 年代制造的第一个碰撞测试假人没有解决车身类型之间的差异。第一批假人是统计上正确的成年男性，因此，它们几乎不能代表典型的婴儿、儿童和女性身体类型。到 1970 年，假人的缺点很明显，并制造了各种体型。因为它迫使脖子伸长。 Indy 汽车撞击混凝土墙会在 70 毫秒内使汽车的速度降低 40 英里（64 公里）/小时，并且驾驶员会感受到 60 倍重力的冲击。在碰撞过程中，假人中的传感器“黑匣子”每秒评估所有作用力 2,000 次。

随着安全气囊的设计和测试，测试假人技术的发展再次加速。假人家族进一步多样化，包括更多的体型。安全气囊展开造成的死亡最常发生在统计维度之外的人群中。这些“不在位的小乘员”或 OOP 乘员刺激了人体模型的更多进化变化。安全气囊的部署使假人受到超出其设计能力的作用力。由于安全气囊测试和侧面碰撞安全气囊的开发，到 1997 年对假人系列进行了重大升级。

原材料

碰撞测试假人的车身由铝、青铜或钢（取决于设计、用途和车身部件）以及金属镀层材料组成的金属部件制成。大多数设计中还使用了各种各样的塑料，这些塑料包括 Delrin（一种耐久的醋酸树脂）、聚氨酯和聚氨酯泡沫以及乙烯基。大多数假人都穿着衣服来模拟现实，特定的供应商会提供衣服、油漆和粘合剂，用于在假人上标记关键目标或测量点。事实上，不仅外部供应商用于许多假人成分，而且批准假人设计的联邦测试机构还规定了某些材料必须使用的特定供应商。

虚拟制造商提供很少或不提供仪器。设计为仪器提供了安全的空间，但仪器对实际测试条件非常特殊，以至于假人制造商的客户自己安装。制造商的产品线中有时会内置一些小型电位计，但客户可以从自己的仪器包或专业供应商中选择更复杂的仪器，如加速度计和负载测量传感器。

设计

碰撞测试假人的设计是一个复杂且孤立的过程，仅限于政府机构、假人制造商和汽车制造商等客户。虚拟制造商不负责创建自己的设计。相反，他们会收到来自美国国家交通安全管理局 (NTSA) 的图纸包、施工规范集和所需测试规范。欧洲机构向假人制造商提供类似的文件集。根据他们在建造假人、修理或改造假人以及观察他们的事故后创伤方面的经验，假人的制造商和用户确实参与了设计变更。 NTSA 的设计基于大量数据，包括事故报告、车辆内的位置、体质和身体发育的变化、尸检和模拟。生物力学专家分析所有可用数据并创建发送给制造商的规格。

制造
过程

由于设计的复杂性和世界上合格制造商的数量很少，碰撞测试假人的制造是高度专有的。所有的设计和构造都符合一套极高的标准，没有“B 级”碰撞测试假人。

1. 收到新碰撞测试假人的图纸和规格包后，制造商首先确定哪些零件和材料必须从特定供应商处购买，哪些必须从一系列批准的供应商处获得，哪些必须内部制造。例如，假人的服装由特定供应商提供；但是，对于用于支撑乙烯基表皮的泡沫，避免了特定供应商的命名，制造商只需满足某些等效要求。
2. 根据设计图纸制作待切割或铸造的金属件的图案和模具，并完成必要的工具以准备制造金属件。它们经过铸造、切割、热处理多达 3 次、电镀和机加工以修整、平滑和精炼成品。最后，使用同样指定的紧固件组装金属件。
3. 塑料采用类似的设计、加工和成型方法，采用注塑成型或其他适合零件和材料的方法。塑料也被加工和组装或安装到金属部件上。
4. 组装好假人的金属和塑料主体后，将皮肤安装到假人上。一些皮肤由乙烯基制成，模制在假人上，并在乙烯基下注入泡沫，使皮肤具有与真品相似的坚固性和柔韧性。其他皮肤由带有泡沫层的乙烯基片组成。这些单品可以像衣服一样穿脱。覆盖头部的皮肤是一块适合铝制头骨的皮肤。颜色对于虚拟皮肤也很重要。许多客户想要肤色，但当假人将用于拍摄的测试时，有时更喜欢红色或黄色的皮肤。黄色和红色色调可以更轻松地精确测量胶片上的运动。
5. 假人设计有用于仪器和布线的开口。它们位于身体的较大部位，包括头骨、胸部、腹腔和大腿。有时会在工厂为假人穿上衣服或提供给客户，以便在插入仪器后给假人穿上衣服。

质量控制

NTSA（或其他机构）甚至在考虑制造之前就严格规定了质量控制。假装配工很清楚，他们的“家人”会为了成千上万公众的安全而牺牲，因此他们对质量问题负有强烈的责任。当身体的各个部分完成后，当整个身体和头部组装起来时，假人会在校准实验室中通过一系列严格的测试，在那里进行所需的测试和测量，以确认产品符合每个细节。设计图纸和规格。测试包括头部跌落测试、胸部（胸部）撞击 碰撞试验假人由铝、青铜或钢组成的金属部件以及金属电镀材料制成.大多数设计中还使用了多种塑料，包括 Delrin（一种耐久的醋酸酯树脂）、聚氨酯和聚氨酯泡沫以及乙烯基。大多数假人都穿着衣服来模拟现实，特定的供应商会提供衣服、油漆和粘合剂，用于在假人上标记关键目标或测量点。事实上，不仅外部供应商用于许多假人成分，而且批准假人设计的联邦测试机构还规定了某些材料必须使用的特定供应商。根据假人的使用情况，测试和校准头骨、颈部、膝盖、其他主要关节，有时还包括四肢的其他部位。根据假人打算代表的体格类型，测试结果会有所不同。例如，儿童的头部质量明显小于成人，因此头部跌落测试将大不相同。一套证书（一种出生证明）在假人的整个使用寿命期间一直伴随着假人，以证明其校准测试并用于重建、改造和重新校准。

副产品/废物

没有来自假人制造的副产品。废物仅限于可回收的金属和塑料。

未来

计算机技术通过设计改进、测试方法、仪器小型化和数据分析，使碰撞测试假人能够适应人类活动的极端情况。然而，最终，计算机可能对假人家庭来说是致命的。计算机模拟变得如此复杂，以至于它们可以模拟车祸、车辆本身的损坏和乘员的伤害。模拟对汽车制造商很有吸引力，因为它们消除了一些（如果不是全部）破坏性测试，每次测试的成本约为 750,000 美元。模拟碰撞后可对车辆乘员进行检查，尤其可以分析头部和脊椎受伤的细节。新车型的设计-生产计划中最多可以减少三个月的设计时间，而新设计对于更广泛的不同体型的驾驶员和乘客来说可能更安全。

另一方面，虚拟制造商坚持他们的家人会留下来。更多的修改和复杂性以及技术应用使碰撞测试假人成为衡量车辆性能的可靠晴雨表。政府机构认识到这一点，并要求制造商生产专注于非常具体的伤害的假人和传感器。 1995 年，这个焦点转向小腿、脚的运动以及正面撞击对跟腱造成的损伤。新传感器使 Hybrid 350（1997 年获得认证）的腿类似于仿生人的腿。 1999 年，重点转移到后方碰撞和通过机构、大学和制造商之间的合作研究开发最先进的椎骨。人们对在事故中会擦伤和磨损的皮肤模拟物的兴趣也在增长。这些发展的数据也将帮助医生改善皮肤损伤的治疗方法。与其人类对应物一样，碰撞测试假人也在不断进化，以挽救我们的生命和四肢。