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碰撞車里的“人們”系列之正面碰撞假人介紹
2018-04-12 21:03:27· 來源：上汽安全與CAE技術
本文重點介紹正面碰撞假人中應用最為廣泛的Hybrid III型假人。
目前在車輛碰撞試驗中都是使用假人Anthropomorphic Test Device (ATD)來評測車輛對駕乘人員的保護效果。其中碰撞假人按照大小可分為：兒童假人和成年假人；按照用途可分為：正面碰撞假人、側面碰撞假人和后部碰撞假人。本文重點介紹正面碰撞假人中應用最為廣泛的Hybrid III型假人。
01、正面碰撞假人的發(fā)展史
在假人出現(xiàn)之前，為模擬出碰撞事故中人體的損傷情況，試驗中用過尸體和動物。雖然能獲取不少數(shù)據(jù)，但是面臨巨大的倫理挑戰(zhàn)和動物保護者的抗議等問題。由此假人也就應歷史的需要誕生了。從最初的VIP系列假人至今用于碰撞試驗的假人已經(jīng)有五十幾年的歷史了。
Hybrid假人發(fā)展史
為了提升假人的生物仿真度、動態(tài)響應性能和測量的可重復性等，1985年NHTSA就開始支持THOR假人的開發(fā)。THOR-50M作為HIII 50%假人的后繼模型，它更接近于實際人體結構，也更能反映出實際碰撞中人體受到的傷害。US NCAP從2018年開始在全寬正面碰撞和斜碰中使用THOR假人。Euro NCAP 在2020年以后會在正碰工況MPDB中采用THOR假人，但使用HIII 50%的小腿。
02、正面碰撞假人的結構
假人是為了模擬真人在碰撞中受傷的情況，因此我們就要求假人在最大程度上能和真人相似，特別是在體態(tài)特征和傷害指標方面。為使假人各部位特性接近實際人體，其制作材料種類眾多，比如胸腔是鋼制的，肩胛骨是鋁制的，假人的皮膚是采用硅膠材料制成的。
考慮身材規(guī)格的差異，Hybrid III系列成年假人包含：
1) 5百分位女性 — 代表身高148cm和體重56kg的矮小身材；
2) 50百分位男性 — 代表身高177cm和體重86kg的中等身材；
3) 95百分位男性假人 — 代表身高188cm和體重108kg的大型身材。
HIII 50% 假人 — 圖片來自Humanetics
以HIII 50%假人為例，假人由頭部、頸部、胸部、上肢、髖部、下肢、腳部以及各種形式的連接機構組成，包含近400個部件和約60個傳感器。其中傳感器包括：加速度、角加速度、力、彎矩和位移傳感器等，以測取碰撞中各部位損傷情況。
假人各部位的傳感器
03、正面碰撞假人損傷評估方法
目前CNCAP和Euro NCAP正面高速碰撞工況中放置的成年假人為HIII 50%男性假人和HIII 5%女性假人，主要考察頭部、頸部、胸部、大腿和小腿在碰撞中受到的傷害。針對假人每個部位的傷害指數(shù)設定高性能指標限值和低性能指標限值，分別對應每個部位的最高分和0分。其中各部位性能指標限值代表其受傷害的程度和風險。
Euro NCAP正面碰撞測試工況--圖片來自Carhs
正面碰撞假人傷害評價指標
HIII 50%假人各部位傷害限值 vs 受傷程度&風險
04、正面碰撞乘員防護策略
為了提高正面碰撞過程中對車內(nèi)駕乘人員的保護效果，需要從車身結構設計和約束系統(tǒng)設計兩個方面來實現(xiàn)。
籠式車身結構設計
籠式車身結構設計：車體采用大量高強鋼和超高強鋼，在碰撞中車身前端潰縮區(qū)域吸收盡可能多的能量，并最大程度地保持乘員艙的完整性，減少動力傳動系統(tǒng)等部件對乘員艙的侵入量，進而保護車內(nèi)乘員的安全。
約束系統(tǒng)設計
約束系統(tǒng)設計：配備駕駛員安全氣囊、副駕駛安全氣囊、預緊限力安全帶、可壓潰式轉(zhuǎn)向管柱和防下潛座椅等；通過對各部件的參數(shù)進行優(yōu)化匹配，實現(xiàn)對車內(nèi)乘員的最佳保護。
05、安全小貼士
實際交通碰撞事故形式是多種多樣的，即使具備很高碰撞安全水平的汽車也不可能在所有的碰撞工況中對駕乘人員都能起到很好的保護效果。請大家牢記以下安全小貼士：
1） 遵守交通規(guī)則，謹慎駕駛；
2） 上車后不管前后排先系安全帶；
3） 副駕駛儀表板上請不要覆蓋或放置硬物；
4） 注意關于安全氣囊的標簽，兒童乘車應正確使用兒童座椅。
01、正面碰撞假人的發(fā)展史
在假人出現(xiàn)之前，為模擬出碰撞事故中人體的損傷情況，試驗中用過尸體和動物。雖然能獲取不少數(shù)據(jù)，但是面臨巨大的倫理挑戰(zhàn)和動物保護者的抗議等問題。由此假人也就應歷史的需要誕生了。從最初的VIP系列假人至今用于碰撞試驗的假人已經(jīng)有五十幾年的歷史了。
Hybrid假人發(fā)展史
為了提升假人的生物仿真度、動態(tài)響應性能和測量的可重復性等，1985年NHTSA就開始支持THOR假人的開發(fā)。THOR-50M作為HIII 50%假人的后繼模型，它更接近于實際人體結構，也更能反映出實際碰撞中人體受到的傷害。US NCAP從2018年開始在全寬正面碰撞和斜碰中使用THOR假人。Euro NCAP 在2020年以后會在正碰工況MPDB中采用THOR假人，但使用HIII 50%的小腿。
02、正面碰撞假人的結構
假人是為了模擬真人在碰撞中受傷的情況，因此我們就要求假人在最大程度上能和真人相似，特別是在體態(tài)特征和傷害指標方面。為使假人各部位特性接近實際人體，其制作材料種類眾多，比如胸腔是鋼制的，肩胛骨是鋁制的，假人的皮膚是采用硅膠材料制成的。
考慮身材規(guī)格的差異，Hybrid III系列成年假人包含：
1) 5百分位女性 — 代表身高148cm和體重56kg的矮小身材；
2) 50百分位男性 — 代表身高177cm和體重86kg的中等身材；
3) 95百分位男性假人 — 代表身高188cm和體重108kg的大型身材。
HIII 50% 假人 — 圖片來自Humanetics
以HIII 50%假人為例，假人由頭部、頸部、胸部、上肢、髖部、下肢、腳部以及各種形式的連接機構組成，包含近400個部件和約60個傳感器。其中傳感器包括：加速度、角加速度、力、彎矩和位移傳感器等，以測取碰撞中各部位損傷情況。
假人各部位的傳感器
03、正面碰撞假人損傷評估方法
目前CNCAP和Euro NCAP正面高速碰撞工況中放置的成年假人為HIII 50%男性假人和HIII 5%女性假人，主要考察頭部、頸部、胸部、大腿和小腿在碰撞中受到的傷害。針對假人每個部位的傷害指數(shù)設定高性能指標限值和低性能指標限值，分別對應每個部位的最高分和0分。其中各部位性能指標限值代表其受傷害的程度和風險。
Euro NCAP正面碰撞測試工況--圖片來自Carhs
正面碰撞假人傷害評價指標
HIII 50%假人各部位傷害限值 vs 受傷程度&風險
04、正面碰撞乘員防護策略
為了提高正面碰撞過程中對車內(nèi)駕乘人員的保護效果，需要從車身結構設計和約束系統(tǒng)設計兩個方面來實現(xiàn)。
籠式車身結構設計
籠式車身結構設計：車體采用大量高強鋼和超高強鋼，在碰撞中車身前端潰縮區(qū)域吸收盡可能多的能量，并最大程度地保持乘員艙的完整性，減少動力傳動系統(tǒng)等部件對乘員艙的侵入量，進而保護車內(nèi)乘員的安全。
約束系統(tǒng)設計
約束系統(tǒng)設計：配備駕駛員安全氣囊、副駕駛安全氣囊、預緊限力安全帶、可壓潰式轉(zhuǎn)向管柱和防下潛座椅等；通過對各部件的參數(shù)進行優(yōu)化匹配，實現(xiàn)對車內(nèi)乘員的最佳保護。
05、安全小貼士
實際交通碰撞事故形式是多種多樣的，即使具備很高碰撞安全水平的汽車也不可能在所有的碰撞工況中對駕乘人員都能起到很好的保護效果。請大家牢記以下安全小貼士：
1） 遵守交通規(guī)則，謹慎駕駛；
2） 上車后不管前后排先系安全帶；
3） 副駕駛儀表板上請不要覆蓋或放置硬物；
4） 注意關于安全氣囊的標簽，兒童乘車應正確使用兒童座椅。
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