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。

關(guān)鍵詞：碰撞試驗(yàn)假人；Hybrid Ⅲ；綜述

隨著汽車領(lǐng)域的快速發(fā)展，交通事故的發(fā)生也越來越頻繁，消費(fèi)者在購買汽車時(shí)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(jìn)汽車設(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，美國在研制高速航空器彈射座椅時(shí)，開始了對乘員經(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(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，美國制造試驗(yàn)飛行器彈射座椅的人的代用品（ARL）公司開發(fā)了VIP系列假人，主要用于測試飛機(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年美國汽車產(chǎn)業(yè)界同美國第一技術(shù)安全公司（FTSS）合作，在Hybrid I Dummy基礎(chǔ)上開發(fā)制造出混合Ⅱ型假人（Hybrid Ⅱ Dummy）。1976年起，美國第一安全技術(shù)公司同SAE集團(tuán)共用開發(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

國內(nèi)，湖南賽孚公司聯(lián)合湖南大學(xué)汽車碰撞實(shí)驗(yàn)室研究適合中國人體特征的實(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(xiàn)試驗(yàn)過程中人的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

1976年，通用汽車公司對Hybrid Ⅱ的頸部、胸部、膝部等進(jìn)行大量改進(jìn)，開發(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假人測得的傷害指標(biāo)值可能高于Hybrid Ⅱ?；旌息笮图偃耍℉ybrid 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，目前己被世界各國采用。關(guān)于汽車碰撞用試驗(yàn)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(nèi)的世界各大汽車公司在汽車碰撞試驗(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、儀表盤、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)對其進(jìn)行標(biāo)定。曹立波等[5]在對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，通過數(shù)據(jù)的采集和處理分析，對假人頭部、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)汽車的假人標(biāo)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(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)來模擬車禍中真人的受傷程度。郝霆等對汽車碰撞領(lǐng)域的部分法規(guī)做了對比分析，而后對Hybrid Ⅲ 假人的試驗(yàn)研究進(jìn)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(yàn)中對假人運(yùn)動(dòng)的影響分析和對盆骨受力情況的分析，指出了試驗(yàn)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(yùn)動(dòng)的主要因素。

3 結(jié)語

通過介紹碰撞試驗(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)假人自開始制造出來至今，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(jìn)汽車設(shè)計(jì)從而提高安全性能提供模型和依據(jù)。

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