碰撞測試假人的歷史

第一個碰撞測試假人是 1949 年製造的 Sierra Sam。這款第 95 個百分位成年男性碰撞測試假人由 Sierra Engineering Co. 根據與美國空軍的合同開發，用於評估火箭雪橇測試中的飛機彈射座椅。— 來源 FTSS

1997年，通用汽車的 Hybrid III 碰撞測試假人正式成為符合政府正面碰撞法規和安全氣囊安全的測試行業標準。通用汽車在近 20 年前的 1977 年開發了這種測試設備，以提供一種生物特性測量工具——行為與人類非常相似的碰撞測試假人。與早期設計 Hybrid II 一樣，通用汽車與政府監管機構和汽車行業分享了這項尖端技術。共用此工具是為了改進安全測試和減少全球高速公路傷亡事故。1997 年版的 Hybrid III 是 GM 的發明，經過了一些修改。它標誌著該汽車製造商開拓性安全之旅的又一個里程碑。Hybrid III 是測試高級約束系統的最先進的技術;通用汽車多年來一直在使用它來開發前碰撞安全氣囊。它提供了廣泛的可靠數據，這些數據可能與碰撞對人身傷害的影響有關。

Hybrid III 具有代表駕駛員和乘客在車內坐姿的姿勢。所有碰撞測試假人都忠實於它們類比的人類形態——整體重量、大小和比例。他們的頭部被設計成像碰撞情況下的人類頭部一樣做出反應。它是對稱的，前額的偏轉方式與人在碰撞中被撞時的情況非常相似。胸腔有一個鋼製肋骨，用於類比人類胸部在碰撞中的機械行為。橡膠琴頸可以生物般地彎曲和伸展，膝蓋也旨在回應衝擊，類似於人類的膝蓋。Hybrid III 碰撞測試假人具有乙烯基皮膚，並配備了複雜的電子工具，包括加速度計、電位計和稱重感測器。這些工具測量各種身體部位在碰撞減速過程中所承受的加速度、偏轉和力。

這種先進的設備正在不斷改進，並建立在生物力學、醫療數據和輸入以及涉及人類屍體和動物的測試的科學基礎上。生物力學是研究人體及其機械行為的學科。大學在一些非常受控的碰撞測試中使用活體人類志願者進行了早期的生物力學研究。從歷史上看，汽車行業使用人類志願者測試來評估約束系統。

Hybrid III 的開發是推進碰撞力及其對人身傷害影響研究的跳板。所有早期的碰撞測試假人，甚至是通用汽車的 Hybrid I 和 II，都無法提供足夠的洞察力，無法將測試數據轉化為減少汽車和卡車傷害的設計。早期的碰撞測試假人非常粗糙，目的很簡單——幫助工程師和研究人員驗證約束裝置或安全帶的有效性。在 GM 於 1968 年開發 Hybrid I 之前，假人製造商沒有一致的方法來生產這些設備。身體部位的基本重量和大小基於人類學研究，但假人因單位而異。擬人化假人科學還處於起步階段，它們的生產質量參差不齊。

1960 年代和混合動力 I 的發展

在 1960 年代，通用汽車的研究人員通過合併兩個原始假人的最佳部分創造了 Hybrid I。1966 年，奧爾德森研究實驗室為通用汽車和福特生產了 VIP-50 系列。它也被國家標準局使用。這是第一款專門為汽車行業製造的假人。一年後，Sierra Engineering 推出了 Sierra Stan，這是一款有競爭力的型號。兩者都不能讓通用汽車的工程師滿意，他們通過結合兩者的最佳功能製作了自己的假人——因此得名 Hybrid I。通用汽車在內部使用這種模型，但通過汽車工程師協會 （SAE） 的特別委員會會議與競爭對手分享其設計。Hybrid I 比其前輩更耐用，併產生更多可重複的結果。

這些早期假人的使用是由美國空軍為開發和改進飛行員約束和彈射系統而進行的測試引發的。從四十年代末到五十年代初，軍隊使用碰撞測試假人和碰撞雪橇來測試各種應用和人類對傷害的容忍度。以前他們使用人類志願者，但不斷提高的安全標準需要更高的速度測試，而更高的速度對人類受試者來說不再安全。為了測試飛行員約束安全帶，一個高速雪橇由火箭發動機推動並加速到 600 英里/小時。約翰·保羅·斯塔普 （John Paul Stapp） 上校在 1956 年第一屆有汽車製造商參加的年會上分享了空軍碰撞假人的研究結果。

後來，在 1962 年，通用汽車試驗場推出了第一台汽車衝擊雪橇（HY-GE 雪橇）。它能夠類比全尺寸汽車產生的實際碰撞加速波形。四年後，GM Research 發明瞭一種多功能方法，用於確定在實驗室測試期間測量擬人假人上的衝擊力時產生的傷害危險程度。

飛機安全

具有諷刺意味的是，多年來，汽車行業在這項技術專長方面的發展速度大大超過了飛機製造商。汽車製造商在 1990 年代中期與飛機工業合作，使他們跟上與人類容忍度和傷害相關的碰撞測試的進步。北約國家對汽車碰撞研究特別感興趣，因為存在直升機墜毀和飛行員高速彈射的問題。人們認為汽車數據可能有助於使飛機更安全。

政府監管和開發混合動力 II

當國會通過 1966 年的《國家交通和機動車輛安全法》時，汽車的設計和製造成為一個受監管的行業。此後不久，政府和一些製造商之間開始就碰撞假人等測試設備的可信度展開辯論。

美國國家公路安全域堅持使用 Alderson 的 VIP-50 假人來驗證約束系統。他們需要以每小時 30 英里的速度對剛性牆進行障礙測試。反對者聲稱，從製造的角度來看，使用這種碰撞測試假人進行測試獲得的研究結果是不可重複的，也沒有用工程術語來定義。研究人員不能依賴測試單元的一致性能。聯邦法院同意這些批評意見。通用汽車沒有參加法律抗議。相反，通用汽車改進了 Hybrid I 碰撞測試假人，以應對 SAE 委員會會議上出現的問題。通用汽車開發了定義碰撞測試假人的圖紙，並創建了校準測試，這些測試將在受控實驗室環境中標準化其性能。1972年，通用汽車將圖紙和校准交給了假人製造商和政府。新的 GM Hybrid II 碰撞測試假人讓法院、政府和製造商滿意，它成為正面碰撞測試的標準，以符合美國汽車約束系統法規。通用汽車的理念一直是與競爭對手分享碰撞測試假人的創新，並在此過程中不賺取任何利潤。

Hybrid III：模仿人類行為

1972年，當 GM 與行業共用 Hybrid II 時，GM Research 的專家開始了一項開創性的努力。他們的任務是開發一種碰撞測試假人，更準確地反映車禍期間人體的生物力學。這將被稱為 Hybrid III。為什麼這是必要的？通用汽車已經進行了遠遠超過政府要求和其他國內製造商標準的測試。從一開始，通用汽車就開發了每一個碰撞假人，以滿足對測試測量和增強安全設計的特殊需求。工程師需要一種測試設備，使他們能夠在他們為提高 GM 車輛的安全性而開發的獨特實驗中進行測量。Hybrid III 研究小組的目標是開發第三代類似人類的碰撞測試假人，其回應比 Hybrid II 碰撞測試假人更接近生物力學數據。成本不是問題。

研究人員研究了人們在車內的坐姿以及他們的姿勢與眼睛位置的關係。他們試驗並改變了製作假人的材料，並考慮添加內部元素，例如肋骨。材料的剛度反映了生物力學數據。精確的數控機械被用來始終如一地製造改進的假人。

1973年，通用汽車與世界領先的專家舉辦了第一次國際研討會，討論人類碰撞響應特徵。以前每一次這樣的聚會都集中在傷病上。但現在，通用汽車想要調查人們在碰撞期間的反應方式。憑藉這一洞察力，通用汽車開發了一種行為更接近人類的碰撞假人。該工具提供了更有意義的實驗室數據，使設計更改成為可能，從而真正有助於防止受傷。通用汽車一直是開發測試技術的領導者，以説明製造商製造更安全的汽車和卡車。通用汽車還在整個開發過程中與 SAE 委員會進行了溝通，以彙編來自虛擬製造商和汽車製造商的意見。在 Hybrid III 研究開始僅一年後，通用汽車就用更精緻的假人回應了政府合同。1973年，通用汽車創造了 GM 502，它借用了研究小組學到的早期資訊。它包括一些姿勢改進、新頭部和更好的關節特性。1977 年，通用汽車將 Hybrid III 商業化，包括通用汽車研究和開發的所有新設計功能。

1983年，通用汽車向美國國家公路交通安全管理局 （NHTSA） 申請允許使用混合動力 III 作為政府合規的替代測試設備。通用汽車還為該行業提供了在安全測試期間可接受的假人性能目標。這些目標（傷害評估參考值）對於將 Hybrid III 數據轉化為安全性改進至關重要。然後在 1990 年，通用汽車要求 Hybrid III 假人成為唯一可接受的滿足政府要求的測試設備。一年後，國際標準化組織 （ISO） 通過了一項一致決議，承認 Hybrid III 的優越性。Hybrid III 現在是國際正面碰撞測試的標準。

多年來，Hybrid III 和其他假人經歷了許多改進和變化。例如，通用汽車開發了一種可變形的嵌件，通常用於通用汽車開發測試，以指示腰帶從骨盆到腹部的任何運動。此外，SAE 彙集了汽車公司、零部件供應商、假人製造商和美國政府機構的人才，共同努力提高測試假人的能力。最近的 1966 年 SAE 專案與 NHTSA 合作，增強了踝關節和髖關節。但是，虛擬製造商在更改或增強標準設備方面非常保守。通常，汽車製造商必須首先證明需要進行特定的設計評估以提高安全性。然後，在行業達成一致后，可以添加新的測量功能。SAE 充當技術資訊交換所，以管理和最大限度地減少這些更改。

這些擬人化的測試設備到底有多準確？充其量，它們是該領域通常可能發生的情況的預測指標，因為沒有兩個真實的人在體型、體重或比例上是相同的。然而，測試需要一個標準，而現代假人已被證明是有效的預測器。碰撞測試假人不斷證明，標準的三點式安全帶系統是非常有效的約束裝置——與現實世界的碰撞相比，數據仍然有效。安全帶使駕駛員車禍死亡人數減少了 42%。添加安全氣囊可將保護提高到大約47%。

適應安全氣囊

70 年代後期的安全氣囊測試產生了另一個需求。根據對粗糙假人的測試，通用汽車的工程師知道兒童和較小的乘客可能容易受到安全氣囊的侵蝕。安全氣囊必須以非常高的速度充氣，以便在碰撞中保護乘員——幾乎不到眨眼的時間。1977 年，通用汽車開發了兒童安全氣囊假人。研究人員使用從一項涉及小動物的研究中收集的數據校準了假人。西南研究所進行了這項測試，以確定受試者可以安全地承受什麼影響。後來，通用汽車通過 SAE 共用了數據和設計。

通用汽車還需要一個測試設備來類比一個小女性來測試駕駛員安全氣囊。1987年，通用汽車將 Hybrid III 技術轉讓給代表第 5 個百分位女性的假人。同樣在 1980 年代後期，疾病控制中心為一系列 Hybrid III 假人頒發了一份合同，以幫助測試被動約束。俄亥俄州立大學贏得了合同並尋求通用汽車的説明。通過與SAE委員會合作，通用汽車為混合動力III假人系列的開發做出了貢獻，其中包括一個第95個百分位的雄性、一個小型雌性、一個6歲的孩子、一個兒童假人和一個新的3歲孩子。每個都有 Hybrid III 技術。

1996年，通用汽車、克萊斯勒和福特開始擔心安全氣囊充氣引起的傷害，並通過美國汽車製造商協會 （AAMA） 向政府請願，要求解決安全氣囊展開期間錯位的乘員問題。目標是實施 ISO 認可的測試程式——使用小型女性假人進行駕駛員側測試，使用 6 歲和 3 歲的假人，以及乘客側的嬰兒假人。SAE 委員會後來與領先的測試設備製造商之一 First Technology Safety Systems 合作開發了一系列嬰兒安撫奶嘴。6 個月大、12 個月大和 18 個月大的假人現在可用於測試安全氣囊與兒童約束裝置的相互作用。它們被稱為 CRABI 或兒童約束安全氣囊交互假人，當放置在配備安全氣囊的前排乘客座椅上時，可以測試後向的嬰兒約束裝置。各種虛擬人和類型（包括小型、中等和非常大）使 GM 能夠實施廣泛的測試和碰撞類型矩陣。這些測試和評估中的大多數不是強制性的，但 GM 經常進行法律不要求的測試。在 1970 年代，側面碰撞研究需要另一個版本的測試設備。NHTSA 與密歇根大學研發中心合作開發了一種特殊的側面碰撞假人 （SID）。然後，歐洲人創造了更複雜的 EuroSID。隨後，通用汽車研究人員通過 SAE 為開發一種名為 BioSID 的更具生物特性的設備做出了重大貢獻，該設備現在用於開發測試。

在 1990 年代，美國汽車行業致力於製造一種特殊的小型乘員假人來測試側面碰撞安全氣囊。通用汽車、克萊斯勒和福特通過美國汽車公司（USCAR）聯合開發了 SID-2。該假人模仿小型女性或青少年，有助於測量他們對側面碰撞安全氣囊充氣的耐受性。美國製造商正在與國際社會合作，將這種較小的側面碰撞裝置作為成人假人用於側面碰撞性能測量國際標準的起點。他們鼓勵接受國際安全標準，並建立共識以協調方法和測試。隨著越來越多的汽車銷往全球市場，汽車行業高度致力於協調標準、測試和方法。

汽車安全測試的未來

未來是什麼？通用汽車的數學模型提供了有價值的數據。數學測試還允許在更短的時間內進行更多的反覆運算。通用汽車從機械安全氣囊感測器過渡到電子安全氣囊感測器創造了一個令人興奮的機會。現在和未來的安全氣囊系統都有電子「飛行記錄儀」作為其碰撞感測器的一部分。計算機記憶體將從碰撞事件中捕獲欄位數據，並存儲以前從未有過的崩潰資訊。有了這些真實數據，研究人員將能夠驗證實驗室結果並修改假人、計算機類比和其他測試。

“高速公路變成了測試實驗室，每一次碰撞都成為更多學習如何保護人們的方式，”通用汽車退休安全和生物力學專家哈羅德·默茨 （Harold “Bud” Mertz） 說。“最終，可能會包括用於汽車周圍碰撞的碰撞記錄儀。”

通用汽車的研究人員不斷改進碰撞測試的各個方面，以改善安全結果。例如，隨著約束系統有助於消除越來越多的災難性上半身傷害，安全工程師注意到了致殘性的小腿創傷。轉基因研究人員開始為假人設計更好的小腿反應。他們還在頸部添加了「皮膚」，以防止安全氣囊在測試期間干擾頸椎。

總有一天，螢幕上的計算機“假人”可能會被虛擬人取代，擁有心臟、肺和所有其他重要器官。但這些電子場景不太可能在不久的將來取代真實場景。在未來的許多年裡，碰撞假人將繼續為通用汽車的研究人員和其他人提供有關乘員碰撞保護的非凡見解和情報。