郭長(zhǎng)翔

摘 要：歐洲CNCAP確定2020年更改正面碰撞用假人，把目前廣泛使用的Hybrid III50%假人更改為50%的Thor假人。Thor假人更接近真人的損傷機(jī)理，在未來的正面碰撞中，使用Thor假人是一種趨勢(shì)。本文基于Euro-NCAP中的移動(dòng)可變形壁障偏置碰撞試驗(yàn)（簡(jiǎn)稱MPDB）試驗(yàn)工況條件下，對(duì)比了Thor假人與Hybrid-III50%假人的頭部、頸部、骨盆以及膝蓋等部位的坐標(biāo)，從而對(duì)比Thor假人與Hybrid-III50%假人的姿態(tài)。通過Thor假人與Hybrid-III50%假人空間位置的對(duì)比，為試驗(yàn)工程師做整車碰撞試驗(yàn)提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)可變形壁障偏置碰撞試驗(yàn)（MPDB） Thor假人 Hybrid-III50%假人 假人調(diào)節(jié)

Comparison of Posture Difference between Thor and Hybrid-III 50% Dummy Based on MPDB Front Passenger Adjustment

Guo Changxiang

Abstract：The European CNCAP decided to change the frontal collision dummy in 2020， changing the currently widely used Hybrid III 50% dummy to the 50% Thor dummy. The Thor dummy is closer to the damage mechanism of the real person. In the future frontal collision， the use of Thor dummy is a trend. This paper compares the head， neck， pelvis and knees of the Thor dummy and Hybrid-III 50% dummy based on the Euro-NCAP mobile deformable barrier offset crash test （MPDB） test conditions in order to compare the postures of Thor dummy and Hybrid-III 50% dummy. The comparison of Thor dummy and Hybrid-III 50% dummy space position provides a reference basis for test engineers to do vehicle crash test.

Key words：Mobile Deformable Barrier Offset Bump Test （MPDB）， Thor dummy， Hybrid-III 50% dummy， dummy adjustment

1 引言

目前，各國的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)及新車評(píng)價(jià)規(guī)程中的正面碰撞試驗(yàn)普遍使用Hybrid-III50%假人來模擬實(shí)際乘員受到的傷害情況。但碰撞試驗(yàn)假人仍在不斷的研發(fā)中，1995年研發(fā)出Thor假人并不斷更新，并于2018年假人被更新至Thor-50M SBL-B版。新一代Thor假人除了具有與真人一樣的外形外，內(nèi)部還設(shè)計(jì)了復(fù)雜的脊柱、 肋骨和先進(jìn)的合成肌肉。最重要的是，其全身布滿了各式傳感器，用于測(cè)試各個(gè)部位的碰撞響應(yīng)數(shù)據(jù)[1]。Thor假人在結(jié)構(gòu)上發(fā)生重大變化，能定量地、精確地測(cè)試出人體某部位所受沖擊載荷的大小， 從而更能準(zhǔn)確表征交通事故中乘員傷害情況，為汽車碰撞試驗(yàn)研究提供了更科學(xué)的依據(jù)。Euro-NCAP將于2020年推出的MPDB測(cè)試項(xiàng)目中將使用Thor假人替代Hybrid-III50%假人，由此可見Thor假人的使用將逐步成為各國新車評(píng)價(jià)規(guī)程中評(píng)價(jià)汽車碰撞安全性中重要一員，其應(yīng)用范圍將逐步擴(kuò)大。

對(duì)比Hybrid-III50%假人，Thor假人在外形、構(gòu)造、傳感器方面有很多不同，因此在整車碰撞試驗(yàn)時(shí)，由于假人結(jié)構(gòu)差異在調(diào)節(jié)定位假人時(shí)會(huì)有所差異。本文通過同樣的測(cè)量方式，同樣的樣品條件以及環(huán)境條件下，對(duì)Thor假人與Hybrid-III50%假人的測(cè)量結(jié)果以及姿態(tài)進(jìn)行比較分析。

2 假人對(duì)比分析

由于汽車行業(yè)的不斷發(fā)展，汽車碰撞試驗(yàn)也在不斷地改進(jìn)，Thor假人在當(dāng)今的汽車碰撞假人領(lǐng)域處于較高的水平，同時(shí)也滿足當(dāng)前嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑囼?yàn)數(shù)據(jù)的需求，因此在某些試驗(yàn)中也由Thor假人替代了Hybrid-III50%假人。

2.1 Thor假人與Hybrid-III50%假人簡(jiǎn)介

2.1.1 Thor假人

為了提升測(cè)試假人的生物仿真度、動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能和測(cè)量的可重復(fù)性，1985年，美國高速交通安全管理局（NHTSA）就開始支持Thor假人的開發(fā)。Thor假人是Hybrid-III50%假人的后繼模型，它比Hybrid-III50%有著更真實(shí)的人體結(jié)構(gòu)，也更能反映出實(shí)際碰撞中人體受到的傷害。

一具Thor假人擁有140多個(gè)數(shù)據(jù)通道。Thor假人中具備了加速度傳感器、力傳感器、力矩傳感器、位移傳感器，這些傳感器分布在假人全身數(shù)十甚至上百個(gè)部位，在碰撞發(fā)生時(shí)，傳感器能在瞬間采集人體受到的合成加速度、重力以及身體運(yùn)動(dòng)軌跡等重要信息;Thor假人胸腔傳感器中的每根肋骨，都具備采集碰撞時(shí)肋骨所受運(yùn)動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)的能力。Thor假人與Hybrid-III50%假人有很多區(qū)別。以胸部為例，首先是胸部肋骨鋼片的半徑從上往下越來越大，不像Hybrid-III50%所有肋骨幾乎都一樣大，其次就是胸部肋骨更像真人一樣是一種由后往前的傾斜狀[2]。2020年起，Thor假人也將逐步替代Hybrid-III50%假人，成為Euro-NCAP等測(cè)評(píng)規(guī)程中重要的試驗(yàn)設(shè)備。

目前，Thor是世界上最先進(jìn)的假人設(shè)備，單價(jià)上千萬人民幣，如圖1所示。

2.1.2 Hybrid-III50%假人

在60年代，汽車行業(yè)巨頭通用公司也著力研究碰撞測(cè)試與試驗(yàn)設(shè)備。結(jié)合Sierra Sam假人與VIP假人的優(yōu)點(diǎn)，通用公司推出了自己的試驗(yàn)假人，并命名為Hybrid I（混合I代）。1966年，通用公司按部就班地對(duì)Hybrid I假人進(jìn)行了升級(jí)，推出了Hybrid II系列假人，并且成功征服政府與汽車制造廠商，Hybrid II成為了那個(gè)時(shí)代汽車正面碰撞的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試設(shè)備。1972年，通用公司開始研發(fā)一具更擬人、數(shù)據(jù)采集更精確的假人設(shè)備。1977年，Hybrid III碰撞假人橫空出世。

Hybrid-III50%假人在當(dāng)時(shí)具備更好的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，并且能模擬人類在碰撞中的真實(shí)反應(yīng)。一具Hybrid-III50%假人有43個(gè)數(shù)據(jù)通道，它包含著加速度傳感器、力傳感器、力矩傳感器、位移傳感器，其分布在頭部、頸部、胸部、腹部、大腿等位置[3]。但Hybrid-III50%假人其價(jià)格比Thor假人低的多，所以在試驗(yàn)時(shí)根據(jù)試驗(yàn)需求選擇合適的假人進(jìn)行試驗(yàn)，其Hybrid-III50%假人也是目前正面碰撞試驗(yàn)使用最普遍的。

如今，一具Hybrid-III50%成年男性假人的價(jià)格在一百萬人民幣左右，如圖2所示。

接下來，本文將對(duì)比分析Thor假人與Hybrid-III50%假人定位時(shí)的數(shù)據(jù)差異以及假人姿態(tài)。

2.2 Thor假人與Hybrid-III50%假人的調(diào)節(jié)

基于Euro-NCAP中MPDB試驗(yàn)工況：座椅前后位置處于最前與95%假人設(shè)計(jì)位置的中間位置;座椅高低位置調(diào)至最低位置;座椅靠背角位置用HPM裝置調(diào)節(jié)至鉛垂面向后25°的位置，并測(cè)量記錄3DH裝置的H點(diǎn)用于后面假人的調(diào)節(jié)。

Thor假人與Hybrid-III50%假人在調(diào)節(jié)時(shí)存在一定的差異，因?yàn)椴煌募偃私Y(jié)構(gòu)不同，導(dǎo)致假人身體部位存在差異性，所以我們?cè)谡{(diào)節(jié)Thor假人與Hybrid-III50%假人時(shí)要滿足表1[4]的要求。

Thor假人與Hybrid-III50%假人根據(jù)表1內(nèi)的要求調(diào)節(jié)完畢后，系上安全帶，測(cè)量假人頭部CG點(diǎn)、鼻尖點(diǎn)、頸部點(diǎn)、骨盆H點(diǎn)以及膝蓋螺栓點(diǎn)坐標(biāo)，并記錄坐標(biāo)數(shù)據(jù)用以分析。

2.3 Thor假人與Hybrid-III50%假人調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

對(duì)于假人調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)分析，我們利用單一變量法進(jìn)行試驗(yàn)、分析數(shù)據(jù)，控制其他影響試驗(yàn)的變量只留單一假人變量，對(duì)Thor假人與Hybrid-III50%假人進(jìn)行假人定位與調(diào)節(jié)，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

此次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是基于MPDB的試驗(yàn)工況：座椅前后位置調(diào)節(jié)到最前與95%假人設(shè)計(jì)位置的中間位置并確認(rèn)好座椅滑軌系統(tǒng)已經(jīng)處于鎖止?fàn)顟B(tài);座椅高度位置調(diào)節(jié)至最低位置;座椅靠背角使用HPM 裝置調(diào)節(jié)至從鉛垂面向后傾斜25°角的位置;方向盤調(diào)節(jié)至行程幾何中心的位置;頭枕高度調(diào)節(jié)至行程的中間位置;安全帶固定點(diǎn)位置調(diào)節(jié)至中間位置。

首先，試驗(yàn)為同一型號(hào)規(guī)格的座椅，試驗(yàn)環(huán)境均為19℃-22℃環(huán)境下，通過HPM設(shè)備測(cè)得的H點(diǎn)，使Thor假人與Hybrid-III50%假人的H點(diǎn)保持一致，然后同一個(gè)人，同一套三坐標(biāo)測(cè)量設(shè)備根據(jù)表1內(nèi)的調(diào)節(jié)要求定位假人，使之滿足要求，最后測(cè)量假人各部位的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行分析比較，數(shù)據(jù)見表2。

拆下假人，讓座椅靜置2個(gè)小時(shí)，重新把假人依次放置到座椅上，再次調(diào)節(jié)假人并測(cè)量假人數(shù)據(jù)如下表3。

最后將假人拆下，使用另一型號(hào)規(guī)格的座椅再次進(jìn)行調(diào)節(jié)測(cè)量，座椅位置保持一致。

依次把Thor假人與Hybrid-III50%假人放置到座椅上，再次調(diào)節(jié)假人并測(cè)量假人數(shù)據(jù)見表4，同樣操作方法測(cè)得另一組數(shù)據(jù)見表5。為減小試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差與不確定度，再次進(jìn)行分析。

通過上面四組假人定位調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)可以分析得出：當(dāng)H點(diǎn)保持一致時(shí)，Thor假人相對(duì)于Hybrid-III50%假人的頭部CG點(diǎn)位置更高更靠近汽車尾部;鼻尖點(diǎn)和頸部點(diǎn)也更高更靠近汽車尾部;而膝蓋螺栓點(diǎn)分析得出Thor假人相對(duì)于Hybrid-III50%假人位置更高更靠近汽車前部。由此得出Thor假人比Hybrid-III50%假人在試驗(yàn)中頭部離車頂更近，膝部更靠近車前部?jī)?nèi)飾板。

3 結(jié)語

本文主要針對(duì)Thor假人與Hybrid-III50%假人在定位時(shí)假人各部位的數(shù)據(jù)以及姿態(tài)上的差異進(jìn)行了分析。通過數(shù)據(jù)分析得出，Thor假人相對(duì)于Hybrid-III50%假人頭部位置更高、更靠近汽車尾部;假人大腿位置更高、更靠近汽車前部，因此Thor假人更靠近車輛前部?jī)?nèi)飾。

通過假人的數(shù)據(jù)分析，整車碰撞試驗(yàn)工況的不斷改進(jìn)，更加逼真的模擬出了現(xiàn)實(shí)生活中的事故案例，對(duì)于車輛自身結(jié)構(gòu)、乘員的生存空間將顯得尤為重要，因此對(duì)汽車行業(yè)的發(fā)展也起到了一定的監(jiān)督與促進(jìn)作用[5]。

參考文獻(xiàn)：

[1]楊帥，程豹，候延軍.基于MPDB工況的碰撞相容性研究.《汽車實(shí)用技術(shù)》，2019.

[2]王占強(qiáng).EURO NCAP 最新MPDB試驗(yàn)及THOR假人介紹.《世界汽車》，2020，04.

[3]曹立波，余志剛，白中浩，吳俊.中國假人模型與Hybrid III假人模型碰撞響應(yīng)的差異.《中國機(jī)械工程第20卷第3期》.

[4]MPDB FRONTAL IMPACT TESTING PROTOCOL. Implementation 1st January 2020. Version 1.1.1October 2019.

[5]顏海棋，鐘利偉，喻俊成，姜偉.2020版E-NCAP MPDB碰撞研究.《汽車實(shí)用技術(shù)》，2019.