Podrobna zgodovina lutk Crash Test

Prva lutka preskušanja trka je bila Sierra Sam, ustvarjena leta 1949. To 95-odstotno lutko za preizkušanje trka za odrasle moške je družba Sierra Engineering Co. razvila v skladu s pogodbo z zračnimi silami ZDA, ki se uporablja za oceno sedežev za izmet letal na raketnih sanah testi. - Vir FTSS

Leta 1997 so GM-jevi hibridni preskusni lutki Hybrid III uradno postali industrijski standard za testiranje v skladu z vladnimi predpisi o čelnem trku in zračna blazina varnost. GM je to testno napravo razvil skoraj 20 let pred letom 1977, da bi zagotovil biofidelsko merilno orodje - preskusne lutke, ki se ponašajo zelo podobno kot ljudje. Podobno kot pri svojem prejšnjem dizajnu, Hybrid II, je GM to vrhunsko tehnologijo delil z vladnimi regulatorji in avtomobilska industrija. Delitev tega orodja je potekala v imenu izboljšanih varnostnih testiranj in zmanjšanih poškodb in smrtnih žrtev na avtocesti po vsem svetu. Različica Hybrid III iz leta 1997 je izum GM z nekaterimi spremembami. To je še en mejnik na sledenju avtomobilskih proizvajalcev zaradi varnosti. Hybrid III je najsodobnejši za testiranje naprednih sistemov za zadrževanje potnikov; GM ga že leta uporablja pri razvoju prednjih varnostnih blazin. Zagotavlja širok spekter zanesljivih podatkov, ki so lahko povezani z učinki nesreč na telesno poškodbo.

Hybrid III ima funkcijo drže, kako vozniki in potniki sedijo v vozilih. Vsi preskusni lutki strmoglavljenja so zvesti človeški obliki, ki jo simulirajo - v skupni teži, velikosti in razmerju. Njihove glave so zasnovane tako, da se odzovejo tako kot človeška glava v nesreči. Je simetričen, čelo pa močno odkrije, kot bi človek, če bi ga udaril v trk. Prsna votlina ima jekleno rebrasto kletko, ki simulira mehansko obnašanje človeškega prsnega koša v trku. Gumijasti vrat se upogiba in razteza biofidelno, kolena pa so tudi zasnovana tako, da se odzovejo na udarce, podobno kot pri človeških kolenih. Lutka Hybrid III testni zrušitev ima: vinil koža in je opremljena z izpopolnjenimi elektronskimi orodji, vključno z merilniki pospeška, potenciometri in obremenitvenimi celicami. Ta orodja merijo pospešek, upogib in sile, ki jih različni deli telesa doživljajo med zaviranjem v trku.

Ta napredna naprava se nenehno izboljšuje in je bila zgrajena na znanstvenih temeljih biomehanike, medicinskih podatkov in vložkov ter testiranj, ki so vključevale človeške trupla in živali. Biomehanika je preučevanje človeškega telesa in njegovega mehaničnega obnašanja. Univerze so izvedle zgodnje biomehanske raziskave z uporabo živih prostovoljcev v nekaterih zelo nadzorovanih preskusih strmoglavljenja. V preteklosti je avtoindustrija ocenjevala zadrževalne sisteme z uporabo prostovoljnih testiranj na ljudeh.

Razvoj Hybrid III je služil kot izhodiščna podloga za napredek preučevanja sil strmoglavljenja in njihovih učinkov na človeško poškodbo. Vsi prejšnji lutki trka, tudi GM-jeva hibrida I in II, nista mogla zagotoviti ustreznega vpogleda za prevajanje testnih podatkov v modele za zmanjšanje poškodb za avtomobile in tovornjake. Preskusne lutke zgodnjega trka so bile zelo surove in so imele preprost namen - pomagati inženirji in raziskovalci preverjajo učinkovitost zadrževalnih sistemov ali varnostnih pasov. Preden je GM leta 1968 razvil Hybrid I, proizvajalci lutk niso imeli doslednih metod za proizvodnjo naprav. Osnovna teža in velikost delov telesa sta temeljili na antropoloških raziskavah, vendar so bile lutke neskladne od enote do enote. Znanost o antropomorfnih lutkah je bila v povojih in kakovost njihove proizvodnje je bila raznolika.

V šestdesetih letih prejšnjega stoletja so raziskovalci GM ustvarili Hybrid I z združevanjem najboljših delov dveh primitivnih lutk. Leta 1966 so raziskovalni laboratoriji Alderson izdelali serijo VIP-50 za GM in Ford. Uporabil ga je tudi Nacionalni urad za standarde. To je bila prva lutka, izdelana posebej za avtomobilsko industrijo. Leto pozneje je podjetje Sierra Engineering predstavilo konkurenčni model Sierra Stan. Niti zadovoljni GM inženirji, ki so izdelali svojo lastno lutko z združevanjem najboljših lastnosti obeh - od tod tudi ime Hybrid I. GM je ta model uporabljal notranje, vendar je svoj dizajn delil s konkurenti na sestankih posebnih odborov pri Društvu avtomobilskih inženirjev (SAE). Hibridni I je bil bolj trpežen in je dal večkrat ponovljive rezultate kot njegovi predhodniki.

Uporaba teh zgodnjih lutk je spodbudila testiranje zračnih sil ZDA, ki so bila izvedena za razvoj in izboljšanje sistemov za zadrževanje pilotov in izmet pilotov. Od poznih štiridesetih do zgodnjih petdesetih let je vojska uporabljala preskusne lutke in sanke za trkanje za testiranje različnih aplikacij in človeške tolerance do poškodb. Prej so uporabljali človeške prostovoljce, vendar so višji varnostni standardi zahtevali višje hitrostne preskuse in večje hitrosti niso bile več varne za ljudi. Za testiranje pasov za zadrževanje pilotov so raketni motorji poganjali eno hitrohodno sani in pospešili do 600 mph. Col. John Paul Stapp je na prvi letni konferenci, v kateri so sodelovali proizvajalci avtomobilov, delil rezultate raziskav letalske nesreče leta 1956.

Kasneje, leta 1962, je GM Proving Ground predstavil prvo, avtomobilsko udarno sano (HY-GE sani). Lahko je simuliral dejanske oblike pospeševanja trka, ki jih proizvajajo avtomobili v polnem obsegu. Štiri leta po tem je GM Research razvil vsestransko metodo za določanje obsega nevarnosti poškodb, ki nastane pri merjenju udarnih sil na antropomorfne lutke med laboratorijskimi testi.

Ironično je, da je avtomobilska industrija močno napredovala letala proizvajalci v teh tehničnih izkušnjah skozi leta. Sredi 90-ih let so proizvajalci avtomobilov sodelovali z letalsko industrijo, da bi jih pospešili z napredkom testiranja nesreč, povezanim s človeško toleranco in poškodbami. Države Nata so bile še posebej zainteresirane za raziskave avtomobilskih nesreč, ker so bile težave v helikopter strmoglavi in ​​s hitrimi izstrelki pilotov. Menili so, da bi lahko samodejni podatki pripomogli k varnejšim letalom.

Ko je kongres sprejel Nacionalni zakon o varnosti v prometu in motornih vozilih iz leta 1966, je oblikovanje in izdelava avtomobilov postala regulirana panoga. Kmalu zatem se je med vlado in nekaterimi proizvajalci začela razprava o verodostojnosti testnih naprav, kot so lutke za trkanje.

Nacionalni urad za varnost na cestah je vztrajal pri uporabi Aldersonove lutke VIP-50 za preverjanje veljavnosti zadrževalni sistemi. V trdi steni so potrebovali 30 milj na uro z zapornimi preizkusi. Nasprotniki trdijo, da rezultati raziskav, pridobljeni s testiranjem s to lutko preskušanja trka, niso bili ponovljivi z vidika proizvodnje in niso bili opredeljeni v inženirskem smislu. Raziskovalci se niso mogli zanašati na dosledno delovanje testnih enot. Zvezna sodišča so se strinjala s temi kritiki. GM ni sodeloval v pravnem protestu. Namesto tega se je GM izboljšal na lutki hibridnega preskusa Hybrid I in se odzval na vprašanja, ki so se pojavila na sejah odbora SAE. GM je razvil risbe, ki so opredelile preskusno lutko trka in ustvaril kalibracijske teste, ki bi standardizirali njegovo zmogljivost v nadzorovanem laboratorijskem okolju. Leta 1972 je GM izročil risbe in kalibracije proizvajalcem lutk in vladi. Novi testni testni sistem za trčenje GM Hybrid II je zadovoljil sodišče, vlado in proizvajalce, in to je postal standard za čelne preskuse trka v skladu z ameriškimi avtomobilskimi predpisi za zadrževanje potnikov sistemov. GM-jeva filozofija je bila od nekdaj delitev inovacij, ki se ukvarjajo s trčenimi testnimi testi, s konkurenti in ne prinašajo dobička.

Leta 1972, ko je GM delil Hybrid II z industrijo, so strokovnjaki pri raziskavah GM začeli prelomno prizadevanje. Njihova naloga je bila, da razvijejo testno lutko, ki bi natančneje odražala biomehaniko človeškega telesa med trkom vozila. Temu bi rekli "hibrid III". Zakaj je bilo to potrebno? GM je že izvajal preizkuse, ki so močno presegle vladne zahteve in standarde drugih domačih proizvajalcev. GM je že od samega začetka razvil vse svoje lutke za trčenje, da bi se odzval na posebno potrebo po testnem merjenju in izboljšani varnostni zasnovi. Inženirji so potrebovali preskusno napravo, ki bi jim omogočila meritve v edinstvenih poskusih, ki so jih razvili za izboljšanje varnosti vozil GM. Cilj raziskovalne skupine Hybrid III je bil razviti človeško podobno preskusno lutko tretje generacije, katere odzivi so bili bližje biomehanskim podatkom kot hibridni preskusni lutki Hybrid II. Stroški niso bili problem.

Raziskovalci so preučevali način, kako so ljudje sedeli v vozilih, in odnos njihove drže do položaja oči. Eksperimentirali so in spreminjali materiale za izdelavo lutke ter razmišljali o dodajanju notranjih elementov, kot je rebrna kletka. Togost materialov je odražala bio-mehanske podatke. Za natančno izdelavo izboljšane lutke so bili uporabljeni natančni stroji za numerično krmiljenje.

Leta 1973 je GM organiziral prvi mednarodni seminar z vodilnimi svetovnimi strokovnjaki, na katerem je obravnaval značilnosti odzivanja na človeka. Vsako prejšnje tovrstno druženje je bilo osredotočeno na poškodbe. Ampak zdaj je GM želel raziskati, kako so se ljudje odzvali med trki. GM je s tem vpogledom razvil lutko za trkanje, ki se je obnašala veliko bolj do ljudi. To orodje je zagotovilo bolj pomembne laboratorijske podatke, ki so omogočile spremembe oblikovanja, ki bi dejansko lahko preprečile poškodbe. GM je bil vodilni v razvoju tehnologij za testiranje, s pomočjo katerih so proizvajalci lahko varnejši avtomobili in tovornjaki. GM je ves čas tega razvojnega procesa komuniciral z odborom SAE, da je sestavil prispevke proizvajalcev lutk in avtomobilov. Le leto po začetku raziskovanja Hybrid III je GM na vladno pogodbo odgovoril z bolj rafinirano lutko. Leta 1973 je GM ustvaril GM 502, ki si je sposodil zgodnje informacije, ki jih je izvedela raziskovalna skupina. Vključevalo je nekaj posturalnih izboljšav, novo glavo in boljše značilnosti sklepov. Leta 1977 je GM Hybrid III ponudil na trgu, vključno z vsemi novimi oblikovnimi lastnostmi, ki jih je GM raziskoval in razvil.

Leta 1983 je GM zaprosil Nacionalno upravo za varnost cestnega prometa (NHTSA) za dovoljenje za uporabo Hybrid III kot alternativne preskusne naprave za skladnost s strani vlade. GM je industriji tudi zagotovil cilje za sprejemljive lastnosti lutk med varnostnimi testi. Ti cilji (referenčne vrednosti za oceno škode) so bili kritični pri prevajanju podatkov Hybrid III v varnostne izboljšave. Nato je GM leta 1990 zahteval, da je lutka Hybrid III edina sprejemljiva preskusna naprava, ki izpolnjuje vladne zahteve. Leto pozneje je Mednarodna organizacija za standardizacijo (ISO) sprejela soglasno resolucijo, s katero je priznala premoč Hybridu III. Hybrid III je zdaj standard za mednarodno testiranje čelnega trka.

V preteklih letih so Hybrid III in druge lutke doživele številne izboljšave in spremembe. GM je na primer razvil deformabilni vložek, ki se ga rutinsko uporablja pri razvojnih testih GM, da nakaže kakršen koli premik pasu medenice od medenice in v trebuh. Poleg tega SAE združuje talente avtomobilskih podjetij, dobaviteljev delov, proizvajalcev lutk in ameriških vladnih agencij, ki si skupaj prizadevajo za izboljšanje sposobnosti preskusne lutke. Nedavni projekt SAE iz leta 1966 je v povezavi z NHTSA okrepil gleženj in kolčni sklep. Vendar pa so proizvajalci lutk zelo konzervativni glede spreminjanja ali izboljšanja standardnih naprav. Na splošno mora proizvajalec avtomobilov najprej pokazati potrebo po posebni oceni zasnove, da izboljša varnost. Nato se lahko z dogovorom industrije doda nova merilna zmogljivost. SAE deluje kot tehnična klirinška hiša za upravljanje in zmanjšanje teh sprememb.

Kako natančne so te antropomorfne testne naprave? V najboljšem primeru so napovedovalci, kaj se na splošno lahko zgodi, ker nobena dva resnična človeka nista enaka po velikosti, teži ali razmerjih. Vendar pa testi zahtevajo standard, sodobni lutki pa so se izkazali kot učinkoviti prognostiki. Preskusne lutke dosledno dokazujejo, da so standardni, tritočkovni varnostni pasovi zelo učinkovit zadrževalni sistem - in podatki dobro zdržijo v primerjavi z dejanskimi trki. Varnostni pasovi so zmanjšali smrtne nesreče voznikov za 42 odstotkov. Dodajanje zračnih blazin dvigne zaščito na približno 47 odstotkov.

Testiranje zračnih blazin v poznih sedemdesetih je povzročilo še eno potrebo. Na podlagi testov s surovimi lutkami so GM inženirji vedeli, da so otroci in manjši potniki lahko izpostavljeni agresivnosti zračnih blazin. Zračne blazine se morajo napihniti pri zelo velikih hitrostih, da bi zaščitile potnike v trku - dobesedno v manj kot trenutek očesa. Leta 1977 je GM razvil lutko za otroške zračne blazine. Raziskovalci so kalibrirali lutko s pomočjo podatkov, zbranih iz študije na majhnih živalih. Raziskovalni inštitut Southwest je izvedel to testiranje, da bi ugotovil, kakšne vplive bi lahko preiskovanci varno vzdrževali. Kasneje je GM prek SAE delil podatke in obliko.

GM je potreboval tudi preskusno napravo, s katero je simuliral majhno samico za testiranje vozniških blazin. Leta 1987 je GM tehnologijo Hybrid III prenesel na lutko, ki je predstavljala samico petega odstotka. Tudi v poznih osemdesetih letih je Center za nadzor bolezni izdal pogodbo za družino lutk Hybrid III, s pomočjo katerih je preizkusil pasivne zadrževalne sisteme. Državna univerza Ohio je dobila naročilo in poiskala GM-jevo pomoč. GM je v sodelovanju z odborom za SAE prispeval k razvoju družine hibridov III lutk, ki je vključeval 95. odstotni moški, majhno samico, šestletnico, otroško lutko in novo triletnik. Vsak ima tehnologijo Hybrid III.

Leta 1996 so bili GM, Chrysler in Ford zaskrbljeni zaradi poškodb, ki so jih povzročile inflacije zračnih blazin, in vlado vlagale peticije prek Ameriškega združenja proizvajalcev avtomobilov (AAMA), da reši potnike, ki niso v položaju med zračno blazino uvajanja. Cilj je bil izvesti preskusne postopke, ki jih je potrdil ISO - in ki uporabljajo majhno lutko testiranje na vozniku in lutke, stare šest in tri leta, ter lutka za dojenčka za potnika strani. Odbor SAE je kasneje razvil serijo lutk za dojenčke z enim izmed vodilnih proizvajalcev testnih naprav, First Technology Safety Systems. Šestmesečne, dvanajstmesečne in 18-mesečne lutke so zdaj na voljo za preizkušanje interakcij zračnih blazin z otroškimi zadrževalnimi sistemi. Znane kot lutke za interakcijo z zračnimi blazinami CRABI ali otroške zadrževalne torbe, omogočajo preizkušanje zadrževalnih sistemov za dojenčke, nameščene na sprednji, potniški sedež, opremljen z zračno blazino. Različne velikosti in tipi lutk, ki so majhni, povprečni in zelo veliki, omogočajo GMu, da izvede obsežno matriko preskusov in tipov zrušitve. Večina teh testov in ocen ni obvezna, GM pa rutinsko izvaja teste, ki jih zakon ne zahteva. V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so študije stranskih udarcev zahtevale še eno različico testnih naprav. NHTSA je v sodelovanju z raziskovalno-razvojnim centrom Univerze v Michiganu razvila posebno lutko s stranskim trkom ali SID. Evropejci so nato ustvarili bolj prefinjen EuroSID. Nato so raziskovalci GM-jev prek SAE znatno prispevali k razvoju bolj biofidelne naprave, imenovane BioSID, ki se zdaj uporablja pri razvojnih testiranjih.

V devetdesetih letih prejšnjega stoletja je ameriška avtomobilska industrija sodelovala pri ustvarjanju posebne lutke za majhne potnike, s katero je preizkusila zračne blazine ob stranskih trkih. Preko USCAR, konzorcija, ustanovljenega za izmenjavo tehnologij med različnimi industrijami in vladnimi službami, so GM, Chrysler in Ford skupaj razvili SID-2. Lutka posnema majhne samice ali mladostnike in pomaga meriti njihovo toleranco do napihovanja zračnih blazin s stranskim udarcem. Ameriški proizvajalci sodelujejo z mednarodno skupnostjo, da bi ustanovili to manjšo napravo s stranskimi trki kot izhodiščna osnova za lutko za odrasle, ki se uporablja v mednarodnem standardu za učinke ob boku meritev. Spodbujajo sprejemanje mednarodnih varnostnih standardov in soglasje za uskladitev metod in testov. Avtomobilska industrija je zelo zavezana uskladitvi standardov, testov in metod, saj se na globalni trg prodaja vse več vozil.

Kakšna je prihodnost? GM-ovi matematični modeli ponujajo dragocene podatke. Matematično testiranje omogoča tudi več ponovitve v krajšem času. GM-ov prehod z mehanskih na elektronske senzorje zračne blazine je ustvaril vznemirljivo priložnost. Sedanji in prihodnji sistemi zračnih blazin imajo vgrajene elektronske "snemalnike letov" kot del senzorjev trka. Računalniški pomnilnik bo zajemal podatke o terenu iz dogodka trčenja in shranil podatke o zrušenju, ki niso bili nikoli na voljo. S temi dejanskimi podatki bodo raziskovalci lahko potrdili rezultate laboratorij in spremenili lutke, računalniške simulacije in druge teste.

"Avtocesta postane testni laboratorij, vsaka nesreča pa postane način, da se naučimo več o tem, kako zaščititi ljudi," je dejal Harold "Bud" Mertz, upokojeni strokovnjak za varnost in biomehanijo GM. "Sčasoma bo mogoče pri trkih po vsem avtomobilu vključiti snemalnike snemanja."

GM raziskovalci nenehno izpopolnjujejo vse vidike trčnih testov, da izboljšajo varnostne rezultate. Ker na primer zadrževalni sistemi pomagajo odpraviti vse več katastrofalnih poškodb zgornjega dela telesa, varnostni inženirji opazijo onemogočanje, travmo spodnjega dela noge. GM raziskovalci začenjajo oblikovati boljše odzive spodnjih nog za lutke. V vratu so dodali tudi "kožo", da preprečijo, da bi zračne blazine med preskusi motile vratne vretence.

Nekega dne bodo računalniške "lutke" na zaslonu morda zamenjali virtualni ljudje s srci, pljuči in vsemi drugimi vitalnimi organi. Ni verjetno, da bodo ti elektronski scenariji v bližnji prihodnosti nadomestili resnične stvari. Lutke v prometnih nesrečah bodo še naprej zagotavljale genskim raziskovalcem in drugim izjemnim vpogledom in inteligenco o zaščiti pred trkom potnikov.

Posebna zahvala Claudiu Paoliniju