Kokkupõrketestide mannekeenide üksikasjalik ajalugu

Esimene kokkupõrketesti mannekeen oli 1949. aastal loodud Sierra Sam. Selle täiskasvanute meeste 95. protsentiili kokkupõrke katse mannekeeni töötas välja Sierra Engineering Co. koos Ameerika Ühendriikide õhuväega, mida kasutatakse õhusõidukite väljutuskohtade hindamiseks raketikeldal testid. - Allikas FTSS

1997. aastal sai GMi hübriid III kokkupõrketestide mannekeenid ametlikult valitsuse eesmise löögimääruse ja turvapadi ohutus. GM töötas selle katseseadme välja peaaegu 20 aastat enne 1977. aastat, et pakkuda biofiidset mõõtmisvahendit - kokkupõrketestide mannekeenid, mis käituvad inimestega väga sarnaselt. Nagu ka oma varasema disaini Hybrid II puhul, jagas GM seda tipptehnoloogiat valitsuse regulaatorite ja autotööstus. Selle tööriista jagamine toimus täiustatud ohutustestide ning maanteel vigastuste ja surmajuhtumite arvu vähendamise nimel. Hybrid III 1997. aasta versioon on GM leiutis koos mõnede muudatustega. See tähistab järjekordset verstaposti autotootja ohutusse jõudmisel. Hybrid III on tipptasemel arenenud turvasüsteemide testimiseks; GM on seda aastaid kasutanud esiotstarbeliste turvapatjade väljatöötamisel. See pakub laias valikus usaldusväärseid andmeid, mida saab seostada kokkupõrgete tagajärgedega inimese vigastustele.

instagram viewer

Hübriid III-l on poos, mis näitab, kuidas sõidukijuhid ja reisijad istuvad sõidukites. Kõik kokkupõrketestide mannekeenid on truud inimlikule kujule, mida nad simuleerivad - üldmassi, suuruse ja osakaalu järgi. Nende pead on kavandatud reageerima nagu inimese pea kokkupõrkes. See on sümmeetriline ja otsmik kaldub samamoodi nagu inimene lööks sisse kokkupõrge. Rindkere õõnsusel on terasest ribipuur, mis jäljendab inimese rindkere mehaanilist käitumist kokkupõrkes. Kummikael paindub ja venib biofiilselt ning ka põlved on kavandatud reageerima löökidele, sarnaselt inimese põlvedega. Hybrid III kokkupõrketesti mannekeenil on vinüül nahale ja on varustatud keerukate elektrooniliste tööriistadega, sealhulgas kiirendusmõõturid, potentsiomeetrid ja koormusandurid. Need tööriistad mõõdavad kiirendus, läbipaine ja jõud, mida erinevad kehaosad kogevad kokkupõrke aeglustuse ajal.

Seda täiustatud seadet täiustatakse pidevalt ja see rajati biomehaanika, meditsiiniliste andmete ja sisendite teaduslikele alustele ning katsetamisele, mis hõlmas inimese kadereid ja loomi. Biomehaanika on inimese keha ja selle mehhaanilise käitumise uurimine. Ülikoolid viisid varakult läbi biomehaanilisi uuringuid, kasutades elusaid vabatahtlikke inimesi väga kontrollitud kokkupõrketestides. Ajalooliselt oli autotööstus hinnanud turvasüsteeme, kasutades vabatahtlikke katseid inimestega.

Hübriidi III väljatöötamine oli stardiplatvorm, et edendada kokkupõrkejõudude ja nende mõju inimese vigastustele uurimist. Kõik varasemad kokkupõrketestide mannekeenid, isegi GMi hübriid I ja II, ei suutnud pakkuda piisavalt teavet, et muuta katseandmed sõiduautode ja veoautode vigastusi vähendavaks konstruktsiooniks. Varased kokkupõrketestide mannekeenid olid väga toored ja neil oli lihtne eesmärk - aidata insenerid ja teadlased kontrollivad turvasüsteemide või turvavööde tõhusust. Enne kui GM välja töötas Hybrid I 1968. aastal, polnud mannekeenitootjatel seadmete tootmiseks järjekindlaid meetodeid. Kehaosade põhikaal ja suurus põhines antropoloogilistel uuringutel, kuid mannekeenid olid ühikutelt ebaühtlased. Antropomorfsete mannekeenide teadus oli lapsekingades ja nende valmistamise kvaliteet varieerus.

1960ndad ja hübriid I areng

1960ndatel lõid GM-i teadlased hübriidi I, ühendades kahe primitiivse mannekeeni parimad osad. 1966. aastal tootis Alderson Research Laboratories GM-i ja Fordi jaoks VIP-50 seeria. Seda kasutas ka Riiklik Standardibüroo. See oli esimene spetsiaalselt autotööstusele toodetud mannekeen. Aasta hiljem tutvustas Sierra Engineering konkurentsimudelit Sierra Stan. Kumbki pole rahul GM inseneridega, kes valmistasid oma näitsiku, ühendades mõlema parimad omadused - sellest ka nimi Hybrid I. GM kasutas seda mudelit ettevõttesiseselt, kuid jagas selle konstruktsiooni konkurentidega autoinseneride seltsi (SAE) erikomiteede koosolekutel. Hybrid I oli vastupidavam ja andis korduvamaid tulemusi kui tema eelkäijad.

Nende varajaste mannekeenide kasutamist õhutasid USA õhujõudude katsed, mis viidi läbi pilootide turvasüsteemide väljatöötamiseks ja täiustamiseks. Neljakümnendate lõpust kuni viiekümnendate aastate alguseni kasutas sõjavägi kokkupõrketestide mannekeenid ja kokkupõrke kelke, et testida mitmesuguseid rakendusi ja inimeste vastupidavust vigastustele. Varem olid nad kasutanud vabatahtlikke inimesi, kuid kasvavad ohutusstandardid nõudsid suuremaid kiiruskatseid ja suurem kiirus polnud inimestele enam ohutu. Pilootide turvarihmade testimiseks tõukas rakettmootorid liikuma ühe kiire kelgu, mida kiirendati kuni 600 mph. Kolonel John Paul Stapp jagas õhuväe lennuõnnetuste-mannekeenide uurimistöö tulemusi 1956. aastal esimesel iga-aastasel konverentsil, kus osalesid autotootjad.

Hiljem, 1962. aastal, tutvustas GM Proving Ground esimest, mootorsõidukitele mõeldud löögikelku (HY-GE kelk). See oli võimeline simuleerima täisskaalautode tekitatud tegelikke kokkupõrkekiirenduse lainekujusid. Neli aastat pärast seda algatas GM Research mitmekülgse meetodi antropomorfsete mannekeenide löögijõudude mõõtmisel tekitatud vigastuste ulatuse määramiseks laborikatsete ajal.

Õhusõiduki ohutus

Irooniline, et autotööstus on dramaatiliselt edestanud tempot lennukid tootjad on selle tehnilise ekspertiisi jaoks läbi aastate. Autotootjad tegid 1990ndate keskel koostööd lennundustööstusega, et viia need kiiremini edasi kokkupõrke testimisel, mis on seotud inimeste sallivuse ja vigastustega. NATO riigid olid eriti huvitatud autoõnnetuste uurimisest, kuna seal olid probleemid helikopter lennuõnnetused ja pilootide kiire väljutamine. Arvati, et automaatsed andmed võivad aidata lennukit ohutumaks muuta.

Valitsuse määrus ja hübriidi II väljatöötamine

Kui kongress võttis vastu 1966. aasta riikliku liikluse ja mootorsõidukite ohutuse seaduse, muutus autode projekteerimine ja tootmine reguleeritud tööstuseks. Vahetult pärast seda algas valitsuse ja mõnede tootjate vahel arutelu katseseadmete usaldusväärsuse üle nagu näiteks mannekeenid.

Riiklik maanteeohutuse büroo nõudis, et valideerimiseks kasutataks Aldersoni VIP-50 mannekeeni turvasüsteemid. Nad nõudsid 30 miili tunnis edasi-tagasi takistustestit jäigasse seina. Vastased väitsid, et selle kokkupõrkekatse mannekeeniga katsetamisel saadud uurimistulemused ei olnud tootmise seisukohast korratavad ega olnud tehnilises mõttes määratletud. Teadlased ei saanud loota katseüksuste järjepidevale jõudlusele. Föderaalsed kohtud nõustusid nende kriitikutega. GM ei osalenud seaduslikus protestis. Selle asemel parandas GM hübriid I kokkupõrketesti näitu, vastates SAE komitee koosolekutel ilmnenud probleemidele. GM töötas välja joonised, mis määratles kokkupõrketesti mannekeeni, ja lõi kalibreerimistestid, mis standardiseeriksid selle jõudlust kontrollitud laboris. 1972. aastal edastas GM mannekeenitootjatele ja valitsusele joonised ja kalibreerimised. Uus GM Hybrid II kokkupõrketesti mannekeen rahuldas kohut, valitsust ja tootjaid ning ka seda sai eesmise kokkupõrke katsetamise standardiks, et see vastaks USA autotööstuse turvasätetele süsteemid. GMi filosoofia on alati olnud jagada konkurentidega kokkupõrketesti näiv uuendus ega teenida selle käigus kasumit.

III hübriid: inimese käitumise jäljendamine

1972. aastal, kui GM jagas Hybrid II tööstusega, alustasid GM Researchi eksperdid murrangulisi jõupingutusi. Nende missioon oli välja töötada kokkupõrketesti mannekeen, mis kajastaks sõiduki krahhi ajal inimkeha biomehaanikat täpsemalt. Seda nimetataks hübriid III-ks. Miks see oli vajalik? GM viis juba läbi katseid, mis ületasid kaugelt valitsuse nõudeid ja teiste kodumaiste tootjate standardeid. GM arendas kohe algusest peale iga oma mannekeeni, et reageerida konkreetsele vajadusele testi mõõtmise ja täiustatud ohutusprojekti järele. Insenerid nõudsid katseseadet, mis võimaldaks neil mõõtmisi teha ainulaadsetes katsetes, mille nad olid välja töötanud geneetiliselt muundatud sõidukite ohutuse parandamiseks. Hybrid III uurimisrühma eesmärk oli välja töötada kolmanda põlvkonna inimtaoline kokkupõrketesti mannekeen, mille reageeringud olid lähedasemad biomehaanilistele andmetele kui Hybrid II kokkupõrketesti mannekeen. Maksumus polnud probleem.

Teadlased uurisid, kuidas inimesed sõidukites istusid, ja nende kehahoia seost nende silmade asetusega. Nad katsetasid ja muutsid mannekeeni valmistamiseks materjale ning kaalusid sisemiste elementide, näiteks ribipuuri lisamist. Materjalide jäikus kajastas bio-mehaanilisi andmeid. Täiustatud mannekeeni järjepidevaks valmistamiseks kasutati täpset, arvjuhtimisseadet.

1973. aastal pidas GM esimese rahvusvahelise seminari maailma juhtivate ekspertidega, et arutada inimesele avalduva mõju reageerimise omadusi. Iga eelmine selline koosviibimine oli keskendunud vigastustele. Kuid nüüd soovis GM uurida, kuidas inimesed reageerisid krahhide ajal. Selle ülevaate abil töötas GM välja kokkupõrke mannekeeni, mis käitus inimestele palju lähemal. See tööriist pakkus sisukamaid labori andmeid, võimaldades muudatusi konstruktsioonis, mis võiksid tegelikult aidata vigastusi vältida. GM on olnud juhtiv testimistehnoloogiate väljatöötamisel, et aidata tootjatel muuta ohutumad autod ja veokid. GM suhtles kogu arendusprotsessi vältel ka SAE komiteega, et koostada nii mannekeenide kui ka autotootjate panus. Alles aasta pärast Hybrid III uuringute algust vastas GM valitsuse täpsema mannekeeniga sõlmitud valitsuse lepingule. 1973. aastal lõi GM GM 502, mis laenas varajase teabe, mille uurimisrühm oli õppinud. See sisaldas mõningaid posturaalseid parandusi, uut pead ja paremaid liigeseomadusi. 1977. aastal muutis GM Hybrid III kaubanduslikult kättesaadavaks, sealhulgas kõik GMi uuritud ja välja töötatud uued disainifunktsioonid.

1983. aastal esitas GM riiklikule maanteeliikluse ohutuse administratsioonile (NHTSA) avalduse loa saamiseks kasutada Hybrid III alternatiivse testimisvahendina valitsuse vastavuse tagamiseks. GM esitas tööstusele ka ohutuse testimise ajal eesmärgid, mis olid ette nähtud mannekeeni vastuvõetavaks toimimiseks. Need eesmärgid (vigastuste hindamise kontrollväärtused) olid kriitilise tähtsusega hübriid III andmete muutmisel ohutuse parandamiseks. Siis 1990. aastal palus GM, et näiv Hybrid III oleks ainus aktsepteeritav katseseade, mis vastab valitsuse nõuetele. Aasta hiljem võttis Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon (ISO) vastu ühehäälse otsuse, tunnistades Hybrid III paremust. Hybrid III on nüüd rahvusvahelise eesmise löögikatse standard.

Aastate jooksul on Hybrid III ja muud mannekeenid teinud läbi mitmeid täiustusi ja muudatusi. Näiteks töötas GM välja deformeeritava sisetüki, mida kasutatakse korrapäraselt GMi arengutestides, et näidata vöö vöö liikumist vaagnast ja kõhtu. Samuti ühendab SAE autofirmade, varuosade tarnijate, mannekeenitootjate ja USA valitsusasutuste talente ühiste jõupingutustega mannekeenide testimisvõimaluste parandamiseks. Hiljutine 1966. aasta SAE-projekt parandas koos NHTSA-ga pahkluu ja puusaliigeset. Mannekeenitootjad suhtuvad standardseadmete muutmisse või täiustamisse siiski väga konservatiivselt. Üldiselt peab autotootja esmalt näitama, et ohutuse parandamiseks on vaja spetsiaalset disainilahenduse hindamist. Seejärel saab tööstuse kokkuleppega uue mõõtmisvõimaluse lisada. SAE toimib nende muudatuste haldamiseks ja minimeerimiseks tehnilise arvelduskojana.

Kui täpsed need antropomorfsed testimisseadmed on? Parimal juhul on nad ennustajad sellele, mis võib valdkonnas üldiselt juhtuda, sest ükski kaks päris inimest pole sama suuruse, kaalu ega proportsioonidega. Testid vajavad siiski standardset ja tänapäevased mannekeenid on osutunud tõhusaks prognostikaatoriks. Kokkupõrketestide mannekeenid tõestavad järjekindlalt, et standardsed kolmepunkti turvavöösüsteemid on väga tõhusad turvasüsteemid - ja andmed püsivad hästi, kui võrrelda reaalse maailma avariidega. Turvavööd vähendasid autojuhtide õnnetuste tagajärjel hukkunute arvu 42 protsenti. Turvapatjade lisamine tõstab kaitset umbes 47 protsendini.

Turvapadjadega kohanemine

Seitsmekümnendate aastate lõpus aset leidnud turvapadja testimine tekitas veel ühe vajaduse. Toormannekeenitega tehtud katsete põhjal teadsid GM-i insenerid, et lapsed ja väiksemad sõitjad võivad olla turvapadjade agressiivsuse suhtes haavatavad. Turvapadjad peavad õhurõhu ajal sõitjate kaitsmiseks täituma väga suure kiirusega - seda sõna otseses mõttes vähem kui ühe silmapilguga. 1977. aastal töötas GM välja lapse turvapadja mannekeeni. Teadlased kalibreerisid mannekeeni, kasutades väikseid loomi hõlmavast uuringust kogutud andmeid. Edela-uuringute instituut viis selle katse läbi, et teha kindlaks, millist mõju katsealused võivad ohutult avaldada. Hiljem jagas GM andmeid ja kavandit SAE kaudu.

GM vajas juhi turvapatjade kontrollimiseks ka testimisseadet väikese naise simuleerimiseks. 1987. aastal kandis GM Hybrid III tehnoloogia mannekeenile, mis esindas 5. protsentiili naissoost. Ka 1980ndate lõpus andis Haiguste Kontrolli Keskus välja lepingu Hybrid III mannekeenide perekonna jaoks, et aidata passiivseid vaoshoitust testida. Ohio osariigi ülikool võitis lepingu ja otsis GMilt abi. Koostöös SAE komiteega aitas GM kaasa hübriid III mannekeenide perekonna väljaarendamisele, kuhu kuulusid 95. protsentiili mees, väike emane, kuueaastane, mannekeen ja uus kolmeaastane. Igas neist on Hybrid III tehnoloogia.

1996. aastal hakkasid GM, Chrysler ja Ford muretsema turvapadja inflatsioonist põhjustatud vigastuste pärast ja pöördusid valitsuse poole Ameerika Autotootjate Assotsiatsiooni (AAMA) kaudu, et lahendada turvapadja ajal positsioonideta sõitjaid juurutamine. Eesmärk oli rakendada ISO poolt kinnitatud katsemenetlusi - mille jaoks kasutatakse väikest naiste mannekeeni juhikatse ja kuueaastased ja kolmeaastased mannekeenid ning reisijale mõeldud imikute mannekeen külg. SAE komitee töötas hiljem koos ühe juhtiva testimisseadmete tootjaga First Technology Safety Systems välja imikute mannekeenid. Kuue-, 12- ja 18-kuused mannekeenid on nüüd saadaval turvapatjade ja lapse turvasüsteemide koostoime testimiseks. CRABI ehk lapse turvasüsteemi turvapadja interaktsiooni mannekeenid võimaldavad katsetada seljaga sõidusuunas olevaid imikute turvasüsteeme, kui need asetatakse ette, turvapadjaga varustatud reisijaistmele. Mannekeenide erinevad suurused ja tüübid, mis on nii väikesed, keskmised kui ka väga suured, võimaldavad GM-il rakendada ulatuslikku testide ja krahhi tüüpi maatriksit. Enamik neist testidest ja hindamistest pole volitatud, kuid geneetiliselt muundatud organism viib testid, mida seadus ei nõua. 1970. aastatel nõudsid külgkokkupõrke uuringud katseseadmete teist versiooni. NHTSA töötas koos Michigani ülikooli teadus- ja arenduskeskusega välja spetsiaalse külgkokkupõrke mannekeeni ehk SID. Seejärel lõid eurooplased keerukama EuroSID-i. Seejärel andsid GM-i teadlased SAE kaudu olulise panuse biofiidilisema seadme BioSID-i väljaarendamisse, mida kasutatakse nüüd arengukatsetes.

1990ndatel töötas USA autotööstus välja spetsiaalse väikese reisija mannekeeni, et testida külgkokkupõrke turvapadju. Läbi USCAR moodustati konsortsium, mis loodi erinevate tööstusharude ja valitsusasutuste vahel tehnoloogiate jagamiseks, GM, Chrysler ja Ford arendasid ühiselt SID-2. Mannekeen jäljendab väikseid naisi või noorukid ja aitab mõõta nende taluvust külgkokkupõrgete turvapatjade täispuhumise suhtes. USA tootjad teevad rahvusvahelise üldsusega koostööd selle väiksema külgmise seadme loomiseks täiskasvanute mannekeeni lähtealus külgkokkupõrgete rahvusvahelises standardis kasutamiseks mõõtmine. Nad julgustavad aktsepteerima rahvusvahelisi ohutusstandardeid ja saavutavad konsensuse meetodite ja katsete ühtlustamiseks. Autotööstus on väga pühendunud standardite, katsete ja meetodite ühtlustamisele, kuna üha enam sõidukeid müüakse maailmaturule.

Autoohutuse testimise tulevik

Milline on tulevik? GMi matemaatilised mudelid pakuvad väärtuslikku teavet. Matemaatiline testimine võimaldab ka lühema aja jooksul suuremat iteratsiooni. GM-i üleminek mehaanilistelt elektroonilistele turvapadjasensoritele lõi põneva võimaluse. Olemasolevatel ja tulevastel turvapadjasüsteemidel on lennuõnnetuse andurite osana elektroonilised "lennumeerikud". Arvutimälu kogub põrkejuhtumite põlluandmeid ja salvestab teavet krahhi kohta, mis pole kunagi varem kättesaadav. Selle reaalse maailma andmete abil saavad teadlased laboritulemusi kinnitada ja muuta mannekeenid, arvutisimulatsioone ja muid teste.

"Kiirteest saab katselabor ja igast krahhist saab viis, kuidas rohkem teada saada, kuidas inimesi kaitsta," ütles Harold "Bud" Mertz, pensionil olnud GM-i ohutuse ja biomehaanika ekspert. "Lõpuks võib olla võimalik lisada auto ümber kokkupõrgete korral ka lennuõnnetuste registreerijad."

Geneetiliselt muundatud teadlased täpsustavad ohutustulemuste parandamiseks pidevalt põrketestide kõiki aspekte. Näiteks kui turvasüsteemid aitavad vältida üha enam katastroofilisi ülakeha vigastusi, märkavad ohutusinsenerid invaliidistamist, sääreosa traume. GM-i teadlased on hakanud mannekeenide jaoks kavandama paremaid säärevastuseid. Nad on kaeladele lisanud ka nahka, et turvapadjad ei segaks katse ajal kaela selgroolüli.

Ühel päeval võivad ekraanil olevad arvuti "mannekeenid" asendada virtuaalsete inimestega, kellel on südamed, kopsud ja kõik muud elutähtsad elundid. Kuid pole tõenäoline, et need elektroonilised stsenaariumid lähitulevikus reaalse asja asendavad. Avariisse sattunud mannekeenid pakuvad GM-uurijatele ja teistele märkimisväärset teavet ja teavet intelligentsete inimeste kaitse kohta õnnetuste vastu veel palju aastaid.

Eriline tänu Claudio Paolinile