碰撞試驗(yàn)假人發(fā)展及應(yīng)用研究綜述

劉鑫

摘 要：介紹了假人的產(chǎn)生和作用，重點(diǎn)介紹了Hybrid Ⅲ 系列假人的發(fā)展歷程，以及Hybrid Ⅲ 假人在汽車(chē)碰撞領(lǐng)域中研究人員受到撞擊時(shí)頭頸部和胸部的損傷情況，分析了Hybrid Ⅲ 假人應(yīng)用于沖擊碰撞領(lǐng)域的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞：碰撞試驗(yàn)假人；Hybrid Ⅲ；綜述

隨著汽車(chē)領(lǐng)域的快速發(fā)展，交通事故的發(fā)生也越來(lái)越頻繁，消費(fèi)者在購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)時(shí)開(kāi)始考慮所購(gòu)買(mǎi)車(chē)型的安全性能。因此，研究交通事故形式、改進(jìn)汽車(chē)設(shè)計(jì)從而提高安全性能成為一個(gè)重要的課題，正是在這樣的背景下誕生了碰撞試驗(yàn)假人（Crash Test Dummies）。碰撞實(shí)驗(yàn)假人是根據(jù)人體工程學(xué)原理，用特殊材料制成的實(shí)驗(yàn)儀器，它可以代替人體用于汽車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)，從而模擬出真人受到的傷害情況，并且可以重復(fù)使用。

1 假人的發(fā)展歷程

1.1 假人的發(fā)展歷程

第二次世界大戰(zhàn)中，美國(guó)在研制高速航空器彈射座椅時(shí)，開(kāi)始了對(duì)乘員經(jīng)受碰撞的研究，并在1949年研制成功了世界上第一個(gè)假人（Dummy）Sierra Sam [1-2]。后來(lái)德國(guó)的Geertz和Ruff在著作中就椅座安全性提出了基本的判斷，至今這些判斷還被用于評(píng)估座椅和約束系統(tǒng)的性能，并可在航空器墜撞生存設(shè)計(jì)指南中找到有關(guān)結(jié)論在軍用旋轉(zhuǎn)機(jī)中的應(yīng)用。1960年，美國(guó)制造試驗(yàn)飛行器彈射座椅的人的代用品（ARL）公司開(kāi)發(fā)了VIP系列假人，主要用于測(cè)試飛機(jī)的駕駛員逃離系統(tǒng)。1971年，混合I型假人（Hybrid I Dummy）由ARL公司和Sierra工程公司標(biāo)準(zhǔn)化。1972年美國(guó)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)界同美國(guó)第一技術(shù)安全公司（FTSS）合作，在Hybrid I Dummy基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)制造出混合Ⅱ型假人（Hybrid Ⅱ Dummy）。1976年起，美國(guó)第一安全技術(shù)公司同SAE集團(tuán)共用開(kāi)發(fā)了GM公司設(shè)計(jì)的混合Ⅲ型假人（Hybrid Ⅲ Dummy），如圖1所示。

圖1 碰撞試驗(yàn)中Hybrid Ⅲ型假人

國(guó)內(nèi)，湖南賽孚公司聯(lián)合湖南大學(xué)汽車(chē)碰撞實(shí)驗(yàn)室研究適合中國(guó)人體特征的實(shí)驗(yàn)假人，四川大學(xué)制造學(xué)院人機(jī)工程研究所研制了國(guó)內(nèi)第一款較為完整的智能化正面碰撞假人。

1.2 Hybrid Ⅲ 系列假人

在汽車(chē)碰撞領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用的混合Ⅱ型假人（Hybrid Ⅱ Dummy）包括第50百分位成年男性假人、第90百分位成年男性假人、百分位成人女性假人?？紤]到人的年齡、性別、身材的差異，在相同試驗(yàn)條件下所造成的結(jié)果是不同的，Hybrid Ⅱ型假人還包括不滿(mǎn)1歲的嬰兒、3歲的幼兒、13歲的兒童、老人甚至孕婦等各類(lèi)假人。但該型號(hào)系列假人自身存在一定的不足，如剛度大、生物逼真性仍有局限，不能很好地再現(xiàn)試驗(yàn)過(guò)程中人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1976年，通用汽車(chē)公司對(duì)Hybrid Ⅱ的頸部、胸部、膝部等進(jìn)行大量改進(jìn)，開(kāi)發(fā)出了更接近人體特性的混合Ⅲ型假人Hybrid Ⅲ，其可安裝的數(shù)據(jù)采集通道可根據(jù)需要多達(dá)100個(gè)以上，大大超過(guò)了Hybrid Ⅱ，適應(yīng)了更深一步的研究需要。而且頸部等處的改進(jìn)，使得Hybrid Ⅲ假人測(cè)得的傷害指標(biāo)值可能高于Hybrid Ⅱ。混合Ⅲ型假人（Hybrid Ⅲ Dummy）是一系列更加完善的試驗(yàn)裝置，因?yàn)榫哂休^高的生物逼真度，目前己被世界各國(guó)采用。關(guān)于汽車(chē)碰撞用試驗(yàn)假人，各國(guó)使用最多的還是Hybrid Ⅱ和Hybrid Ⅲ型假人，包括歐洲的奔馳汽車(chē)公司、大眾汽車(chē)公司等在內(nèi)的世界各大汽車(chē)公司在汽車(chē)碰撞試驗(yàn)研究中都大量使用Hybrid Ⅱ和Hybrid Ⅲ型假人。

2 碰撞假人的應(yīng)用

在汽車(chē)碰撞領(lǐng)域中，假人的應(yīng)用都經(jīng)歷了假人模型參數(shù)確定、模型制造、實(shí)驗(yàn)研究、相關(guān)參數(shù)標(biāo)定、改進(jìn)加工等一系列環(huán)節(jié)。其中，假人的標(biāo)定是合理進(jìn)行試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)研究是假人的最終目的。

2.1 Hybrid Ⅲ 假人的標(biāo)定

進(jìn)行碰撞試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在每次碰撞試驗(yàn)中，假人要承受巨大的沖擊載荷，而且還可能被方向盤(pán)、儀表盤(pán)、座椅等碰傷，因此，在經(jīng)歷一定數(shù)量的試驗(yàn)或者放置一段時(shí)間后，均應(yīng)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)定。曹立波等[5]在對(duì)Hybrid Ⅲ 假人的結(jié)構(gòu)及其生物力學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，分別設(shè)計(jì)了假人頭部、頸部、胸部和膝部的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)裝置，通過(guò)數(shù)據(jù)的采集和處理分析，對(duì)假人頭部、頸部、胸部和膝部進(jìn)行了參數(shù)標(biāo)定研究，并研制了一套符合要求的假人標(biāo)定裝置及其數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。王凱等首先分析了假人胸部受高速和低速碰撞時(shí)標(biāo)定程序的差別，而后進(jìn)行了同一假人高速和低速標(biāo)定實(shí)驗(yàn)的對(duì)比，以及同一假人低速標(biāo)定實(shí)驗(yàn)與真實(shí)碰撞試驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比。得出，低速標(biāo)定程序更符合歐洲裝備先進(jìn)安全技術(shù)汽車(chē)的假人標(biāo)定需求，可作為研究符合我國(guó)汽車(chē)安全國(guó)情的胸部低速撞擊標(biāo)定程序的參考。

2.2 Hybrid Ⅲ 假人在碰撞試驗(yàn)中的應(yīng)用

假人生產(chǎn)制造的目的是為了代替真人參加試驗(yàn)，通過(guò)其內(nèi)部裝載的傳感器，在碰撞的剎那獲取頭、頸、胸、膝等重點(diǎn)部位的力學(xué)數(shù)據(jù)。研究人員借助這些數(shù)據(jù)來(lái)模擬車(chē)禍中真人的受傷程度。郝霆等對(duì)汽車(chē)碰撞領(lǐng)域的部分法規(guī)做了對(duì)比分析，而后對(duì)Hybrid Ⅲ 假人的試驗(yàn)研究進(jìn)行了理論分析，針對(duì)Hybrid Ⅲ 假人與中國(guó)人體型差別較大的問(wèn)題，提出了解決思路。商恩義等研究了在正面碰撞中車(chē)體“剛度”對(duì)人體的傷害影響。通過(guò)碰撞試驗(yàn)中對(duì)假人運(yùn)動(dòng)的影響分析和對(duì)盆骨受力情況的分析，指出了試驗(yàn)中假人相對(duì)車(chē)體的加速度曲線(xiàn)是一近似正弦波，安全帶的約束是減緩假人相對(duì)車(chē)體相對(duì)運(yùn)動(dòng)的主要因素。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)介紹碰撞試驗(yàn)假人的誕生和發(fā)展歷程，表明假人應(yīng)用的重要性。分析Hybrid Ⅲ 假人在汽車(chē)碰撞領(lǐng)域代替真人的應(yīng)用，以及假人關(guān)鍵部位的標(biāo)定方法研究，發(fā)現(xiàn)假人自開(kāi)始制造出來(lái)至今，代替真人完成了許多受到限制的試驗(yàn)。Hybrid Ⅲ 假人以其高度的生物仿真性在使用過(guò)程中受到越來(lái)越多的青睞，為更好地研究交通事故形式、改進(jìn)汽車(chē)設(shè)計(jì)從而提高安全性能提供模型和依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張亮.探究世界汽車(chē)前沿技術(shù)及其市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)[J].商.2015（11）：273.

[2] 秦永剛 ，李艷松.新一代智能化假人[J].汽車(chē)與安全.2000（03）：18-19.

[3] 曹立波 ，樂(lè)中耀.正碰試驗(yàn)假人的生物力學(xué)特點(diǎn)及其標(biāo)定系統(tǒng)研制[J].汽車(chē)研究與開(kāi)發(fā).2005（01）：30-34.

[4] 郝霆 ，王雍.汽車(chē)碰撞試驗(yàn)及Hybrid Ⅲ（假人）應(yīng)用分析[J].城市車(chē)輛.2003（01）：21-23.

[5] 商恩義，李洪梅.車(chē)體“剛度”在正面碰撞中對(duì)人體傷害影響的研究[J].汽車(chē)技術(shù).2010（02）：12-16.

[6] 黃深榮，張志飛，賀巖松，等.面向體壓分布的人椅系統(tǒng)建模[J].汽車(chē)工程.2015（07）：842-847.

[7] 陳爽，袁中凡，林大全，等.國(guó)產(chǎn)碰撞假人的設(shè)計(jì)與分析[J].四川大學(xué)學(xué)報(bào)： 工程科學(xué)版.2008（03）：178-182.

[8] 李發(fā)宗，李傳志.汽車(chē)側(cè)面碰撞假人應(yīng)用分析[J].天津汽車(chē).2007（05）：21-24.