碰撞試驗假人發展及應用研究綜述

劉鑫

摘 要：介紹了假人的產生和作用，重點介紹了Hybrid Ⅲ 系列假人的發展歷程，以及Hybrid Ⅲ 假人在汽車碰撞領域中研究人員受到撞擊時頭頸部和胸部的損傷情況，分析了Hybrid Ⅲ 假人應用于沖擊碰撞領域的特點和優勢。

關鍵詞：碰撞試驗假人；Hybrid Ⅲ；綜述

隨著汽車領域的快速發展，交通事故的發生也越來越頻繁，消費者在購買汽車時開始考慮所購買車型的安全性能。因此，研究交通事故形式、改進汽車設計從而提高安全性能成為一個重要的課題，正是在這樣的背景下誕生了碰撞試驗假人（Crash Test Dummies）。碰撞實驗假人是根據人體工程學原理，用特殊材料制成的實驗儀器，它可以代替人體用于汽車碰撞實驗，從而模擬出真人受到的傷害情況，并且可以重復使用。

1 假人的發展歷程

1.1 假人的發展歷程

第二次世界大戰中，美國在研制高速航空器彈射座椅時，開始了對乘員經受碰撞的研究，并在1949年研制成功了世界上第一個假人（Dummy）Sierra Sam [1-2]。后來德國的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估座椅和約束系統的性能，并可在航空器墜撞生存設計指南中找到有關結論在軍用旋轉機中的應用。1960年，美國制造試驗飛行器彈射座椅的人的代用品（ARL）公司開發了VIP系列假人，主要用于測試飛機的駕駛員逃離系統。1971年，混合I型假人（Hybrid I Dummy）由ARL公司和Sierra工程公司標準化。1972年美國汽車產業界同美國第一技術安全公司（FTSS）合作，在Hybrid I Dummy基礎上開發制造出混合Ⅱ型假人（Hybrid Ⅱ Dummy）。1976年起，美國第一安全技術公司同SAE集團共用開發了GM公司設計的混合Ⅲ型假人（Hybrid Ⅲ Dummy），如圖1所示。

圖1 碰撞試驗中Hybrid Ⅲ型假人

國內，湖南賽孚公司聯合湖南大學汽車碰撞實驗室研究適合中國人體特征的實驗假人，四川大學制造學院人機工程研究所研制了國內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

在汽車碰撞領域得到廣泛應用的混合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。考慮到人的年齡、性別、身材的差異，在相同試驗條件下所造成的結果是不同的，Hybrid Ⅱ型假人還包括不滿1歲的嬰兒、3歲的幼兒、13歲的兒童、老人甚至孕婦等各類假人。但該型號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，不能很好地再現試驗過程中人的運動狀態。

1976年，通用汽車公司對Hybrid Ⅱ的頸部、胸部、膝部等進行大量改進，開發出了更接近人體特性的混合Ⅲ型假人Hybrid Ⅲ，其可安裝的數據采集通道可根據需要多達100個以上，大大超過了Hybrid Ⅱ，適應了更深一步的研究需要。而且頸部等處的改進，使得Hybrid Ⅲ假人測得的傷害指標值可能高于Hybrid Ⅱ。混合Ⅲ型假人（Hybrid Ⅲ Dummy）是一系列更加完善的試驗裝置，因為具有較高的生物逼真度，目前己被世界各國采用。關于汽車碰撞用試驗假人，各國使用最多的還是Hybrid Ⅱ和Hybrid Ⅲ型假人，包括歐洲的奔馳汽車公司、大眾汽車公司等在內的世界各大汽車公司在汽車碰撞試驗研究中都大量使用Hybrid Ⅱ和Hybrid Ⅲ型假人。

2 碰撞假人的應用

在汽車碰撞領域中，假人的應用都經歷了假人模型參數確定、模型制造、實驗研究、相關參數標定、改進加工等一系列環節。其中，假人的標定是合理進行試驗研究的基礎，實驗研究是假人的最終目的。

2.1 Hybrid Ⅲ 假人的標定

進行碰撞試驗發現，在每次碰撞試驗中，假人要承受巨大的沖擊載荷，而且還可能被方向盤、儀表盤、座椅等碰傷，因此，在經歷一定數量的試驗或者放置一段時間后，均應對其進行標定。曹立波等[5]在對Hybrid Ⅲ 假人的結構及其生物力學特點進行分析的基礎上，分別設計了假人頭部、頸部、胸部和膝部的標定實驗裝置，通過數據的采集和處理分析，對假人頭部、頸部、胸部和膝部進行了參數標定研究，并研制了一套符合要求的假人標定裝置及其數據采集系統。王凱等首先分析了假人胸部受高速和低速碰撞時標定程序的差別，而后進行了同一假人高速和低速標定實驗的對比，以及同一假人低速標定實驗與真實碰撞試驗數據的對比。得出，低速標定程序更符合歐洲裝備先進安全技術汽車的假人標定需求，可作為研究符合我國汽車安全國情的胸部低速撞擊標定程序的參考。

2.2 Hybrid Ⅲ 假人在碰撞試驗中的應用

假人生產制造的目的是為了代替真人參加試驗，通過其內部裝載的傳感器，在碰撞的剎那獲取頭、頸、胸、膝等重點部位的力學數據。研究人員借助這些數據來模擬車禍中真人的受傷程度。郝霆等對汽車碰撞領域的部分法規做了對比分析，而后對Hybrid Ⅲ 假人的試驗研究進行了理論分析，針對Hybrid Ⅲ 假人與中國人體型差別較大的問題，提出了解決思路。商恩義等研究了在正面碰撞中車體“剛度”對人體的傷害影響。通過碰撞試驗中對假人運動的影響分析和對盆骨受力情況的分析，指出了試驗中假人相對車體的加速度曲線是一近似正弦波，安全帶的約束是減緩假人相對車體相對運動的主要因素。

3 結語

通過介紹碰撞試驗假人的誕生和發展歷程，表明假人應用的重要性。分析Hybrid Ⅲ 假人在汽車碰撞領域代替真人的應用，以及假人關鍵部位的標定方法研究，發現假人自開始制造出來至今，代替真人完成了許多受到限制的試驗。Hybrid Ⅲ 假人以其高度的生物仿真性在使用過程中受到越來越多的青睞，為更好地研究交通事故形式、改進汽車設計從而提高安全性能提供模型和依據。

參考文獻：

[1] 張亮.探究世界汽車前沿技術及其市場發展趨勢[J].商.2015（11）：273.

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

[3] 曹立波 ，樂中耀.正碰試驗假人的生物力學特點及其標定系統研制[J].汽車研究與開發.2005（01）：30-34.

[4] 郝霆 ，王雍.汽車碰撞試驗及Hybrid Ⅲ（假人）應用分析[J].城市車輛.2003（01）：21-23.

[5] 商恩義，李洪梅.車體“剛度”在正面碰撞中對人體傷害影響的研究[J].汽車技術.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建模[J].汽車工程.2015（07）：842-847.

[7] 陳爽，袁中凡，林大全，等.國產碰撞假人的設計與分析[J].四川大學學報： 工程科學版.2008（03）：178-182.

[8] 李發宗，李傳志.汽車側面碰撞假人應用分析[J].天津汽車.2007（05）：21-24.