Historien om Crash Test Dummies

Caspar Benson/Getty Images

Den første kollisjonstestdukken var Sierra Sam som ble opprettet i 1949. Denne 95. persentilen for voksne krasjtestdukken ble utviklet av Sierra Engineering Co. under en kontrakt med United States Air Force, for å bli brukt til evaluering av flyutkastingsseter på rakettslede tester. — Kilde FTSS

I 1997 ble GMs Hybrid III kollisjonstestdukker offisielt industristandarden for testing for å overholde myndighetenes frontkollisjonsforskrifter og kollisjonspute sikkerhet. GM utviklet denne testenheten nesten 20 år før i 1977 for å tilby et biofidelisk måleverktøy - kollisjonstestdukker som oppfører seg veldig likt mennesker. Som den gjorde med sin tidligere design, Hybrid II, delte GM denne banebrytende teknologien med offentlige regulatorer og bilindustrien . Delingen av dette verktøyet ble gjort i navnet til forbedret sikkerhetstesting og reduserte motorveiskader og dødsulykker over hele verden. 1997-versjonen av Hybrid III er GM-oppfinnelsen med noen modifikasjoner. Det markerer nok en milepæl i bilprodusentens banebrytende reise for sikkerhet. Hybrid III er state-of-the-art for testing av avanserte sikkerhetssystemer; GM har brukt den i årevis i utviklingen av frontkollisjonsputer. Det gir et bredt spekter av pålitelige data som kan relateres til effektene av krasj på en menneskelig skade.

Hybrid III har en holdning som representerer måten sjåfører og passasjerer sitter i kjøretøy. Alle kollisjonstestdukker er trofaste mot den menneskelige formen de simulerer – i total vekt, størrelse og proporsjon. Hodene deres er designet for å reagere som menneskehodet i en krasjsituasjon. Den er symmetrisk og pannen bøyer seg mye på samme måte som en person ville gjort om den ble truffet i en kollisjon . Brysthulen har et ribbebur i stål som simulerer den mekaniske oppførselen til et menneskelig bryst i en krasj. Gummihalsen bøyer og strekker seg biofidelisk, og knærne er også designet for å reagere på støt, på samme måte som menneskelige knær. Hybrid III kollisjonstestdukken har en vinyl hud og er utstyrt med sofistikerte elektroniske verktøy inkludert akselerometre, potensiometre og belastningsceller. Disse verktøyene måler akselerasjon , avbøyning og krefter som ulike kroppsdeler opplever under krasj-retardasjon.

Denne avanserte enheten blir kontinuerlig forbedret og ble bygget på et vitenskapelig grunnlag av biomekanikk, medisinske data og input, og testing som involverte menneskelige kadavere og dyr. Biomekanikk er studiet av menneskekroppen og hvordan den oppfører seg mekanisk. Universiteter utførte tidlig biomekanisk forskning ved å bruke levende menneskelige frivillige i noen svært kontrollerte kollisjonstester. Historisk sett hadde bilindustrien evaluert sikringssystemer ved å bruke frivillige tester med mennesker.

Utviklingen av Hybrid III fungerte som en utskytningsrampe for å fremme studiet av kollisjonskrefter og deres effekter på en menneskelig skade. Alle tidligere kollisjonstestdukker, selv GMs Hybrid I og II, kunne ikke gi tilstrekkelig innsikt for å oversette testdata til skadereduserende design for biler og lastebiler. Tidlige kollisjonstestdukker var veldig grove og hadde et enkelt formål - å hjelpe ingeniører og forskere bekrefter effektiviteten til begrensninger eller sikkerhetsbelter. Før GM utviklet Hybrid I i 1968, hadde dummyprodusenter ingen konsekvente metoder for å produsere enhetene. Grunnvekten og størrelsen på kroppsdelene var basert på antropologiske studier, men dukkene var inkonsistente fra enhet til enhet. Vitenskapen om antropomorfe dummies var i sin spede begynnelse og produksjonskvaliteten varierte.

1960-tallet og utviklingen av Hybrid I

I løpet av 1960-tallet skapte GM-forskere Hybrid I ved å slå sammen de beste delene av to primitive dummies. I 1966 produserte Alderson Research Laboratories VIP-50-serien for GM og Ford. Den ble også brukt av National Bureau of Standards. Dette var den første dummyen som ble produsert spesielt for bilindustrien. Et år senere introduserte Sierra Engineering Sierra Stan, en konkurransedyktig modell. Ingen av dem var fornøyde GM-ingeniører, som laget sin egen dummy ved å kombinere de beste egenskapene til begge - derav navnet Hybrid I. GM brukte denne modellen internt, men delte designet med konkurrenter gjennom spesielle komitémøter i Society of Automotive Engineers (SAE). Hybrid I var mer holdbar og ga mer repeterbare resultater enn forgjengerne.

Bruken av disse tidlige dukkene ble utløst av U.S. Air Force-testing som hadde blitt utført for å utvikle og forbedre pilotens tilbakeholds- og utkastingssystemer. Fra slutten av førtitallet til begynnelsen av femtitallet brukte militæret kollisjonstestdukker og kollisjonssleder for å teste en rekke bruksområder og menneskelig toleranse for skader. Tidligere hadde de brukt menneskelige frivillige, men økende sikkerhetsstandarder krevde høyere hastighetstester, og de høyere hastighetene var ikke lenger trygge for mennesker. For å teste pilot-seler ble en høyhastighets slede drevet av rakettmotorer og akselerert opp til 600 mph. Oberst John Paul Stapp delte resultatene av flyvåpenets krasj-dummy-forskning i 1956 på den første årlige konferansen som involverte bilprodusenter.

Senere, i 1962, introduserte GM Proving Ground den første støtsleden for biler (HY-GE-sleden). Den var i stand til å simulere faktiske kollisjonsakselerasjonsbølgeformer produsert av fullskalabiler. Fire år etter det startet GM Research en allsidig metode for å bestemme omfanget av skadefare som oppstår ved måling av slagkrefter på antropomorfe dukker under laboratorietester.

Flysikkerhet

Ironisk nok har bilindustrien økt dramatisk fly produsenter i denne tekniske ekspertisen gjennom årene. Bilprodusenter jobbet med flyindustrien på midten av 1990-tallet for å bringe dem opp i fart med fremskrittene innen kollisjonstesting knyttet til menneskelig toleranse og skader. NATO-land var spesielt interessert i bilkrasjforskning fordi det var problemer i helikopter krasjer og med høyhastighets utstøting av piloter. Det ble antatt at autodataene kunne bidra til å gjøre fly tryggere.

Offentlig regulering og utvikling av hybrid II

Da kongressen vedtok National Traffic and Motor Vehicle Safety Act av 1966, ble design og produksjon av biler en regulert industri. Kort tid etter begynte en debatt mellom regjeringen og noen produsenter om troverdigheten til testenhetene som krasjdukkene.

National Highway Safety Bureau insisterte på at Aldersons VIP-50 dummy ble brukt til å validere sikringssystemer . De krevde 30 mil i timen front mot barrieretester inn i en stiv vegg. Motstandere hevdet at forskningsresultatene oppnådd fra testing med denne kollisjonstestdukken ikke var repeterbare fra et produksjonssynspunkt og ikke var definert i tekniske termer. Forskere kunne ikke stole på den konsekvente ytelsen til testenhetene. Føderale domstoler var enige med disse kritikerne. GM deltok ikke i den lovlige protesten. I stedet forbedret GM Hybrid I kollisjonstestdummy, og svarte på problemer som dukket opp i SAE-komiteens møter. GM utviklet tegninger som definerte kollisjonstestdukken og skapte kalibreringstester som ville standardisere ytelsen i en kontrollert laboratoriesetting. I 1972 overleverte GM tegningene og kalibreringene til dummyprodusentene og myndighetene. Den nye kollisjonstestdukken GM Hybrid II tilfredsstilte retten, myndighetene og produsentene, og den ble standarden for frontal kollisjonstesting for å overholde amerikanske bilforskrifter for sikkerhetssystemer.GMs filosofi har alltid vært å dele innovasjon med kollisjonstestdummy med konkurrenter og ikke tjene noen fortjeneste i prosessen.

Hybrid III: Etterligner menneskelig atferd

I 1972 mens GM delte Hybrid II med industrien, begynte eksperter ved GM Research en banebrytende innsats. Oppdraget deres var å utvikle en kollisjonstestdukke som mer nøyaktig reflekterte biomekanikken til menneskekroppen under en bilulykke. Dette vil bli kalt Hybrid III. Hvorfor var dette nødvendig? GM gjennomførte allerede tester som langt oversteg myndighetenes krav og standardene til andre innenlandske produsenter. Helt fra starten utviklet GM alle sine kollisjonsdukker for å svare på et spesielt behov for en testmåling og forbedret sikkerhetsdesign. Ingeniører krevde en testenhet som ville tillate dem å ta målinger i unike eksperimenter de hadde utviklet for å forbedre sikkerheten til GM-kjøretøyer. Målet til Hybrid III-forskningsgruppen var å utvikle en tredjegenerasjons, menneskelignende kollisjonstestdukke hvis respons var nærmere biomekaniske data enn Hybrid II kollisjonstestdukken. Kostnaden var ikke et problem.

Forskere studerte måten folk satt i kjøretøy og forholdet mellom holdning og øyeposisjon. De eksperimenterte med og endret materialene for å lage dummyen, og vurderte å legge til indre elementer som et brystkasse. Stivheten til materialene reflekterte biomekaniske data. Nøyaktig, numerisk kontrollmaskineri ble brukt til å produsere den forbedrede dummyen konsekvent.

I 1973 holdt GM det første internasjonale seminaret med verdens ledende eksperter for å diskutere menneskelig påvirkningsrespons. Hver tidligere samling av denne typen hadde fokusert på skade. Men nå ønsket GM å undersøke måten folk reagerte på under krasj. Med denne innsikten utviklet GM en kollisjonsdukke som oppførte seg mye nærmere mennesker. Dette verktøyet ga mer meningsfulle laboratoriedata, og muliggjorde designendringer som faktisk kunne bidra til å forhindre skade. GM har vært ledende innen utvikling av testteknologier for å hjelpe produsenter med å lage sikrere biler og lastebiler. GM kommuniserte også med SAE-komiteen gjennom denne utviklingsprosessen for å samle inn innspill fra både dummy- og bilprodusenter. Bare et år etter at Hybrid III-forskningen startet, svarte GM på en statlig kontrakt med en mer raffinert dummy. I 1973 opprettet GM GM 502, som lånte tidlig informasjon forskningsgruppen hadde lært. Det inkluderte noen posturale forbedringer, et nytt hode og bedre leddegenskaper.I 1977 gjorde GM Hybrid III kommersielt tilgjengelig, inkludert alle de nye designfunksjonene GM hadde forsket på og utviklet.

I 1983 begjærte GM National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) om tillatelse til å bruke Hybrid III som en alternativ testenhet for overholdelse av myndighetene. GM ga også industrien sine mål for akseptabel dummyytelse under sikkerhetstesting. Disse målene (Referanseverdier for skadevurdering) var avgjørende for å oversette Hybrid III-data til sikkerhetsforbedringer. Så i 1990 ba GM om at Hybrid III-dukken skulle være den eneste akseptable testenheten som oppfyller myndighetenes krav. Et år senere vedtok International Standards Organization (ISO) en enstemmig resolusjon som anerkjente Hybrid IIIs overlegenhet. Hybrid III er nå standarden for internasjonal frontkollisjonstesting.

Gjennom årene har Hybrid III og andre dummies gjennomgått en rekke forbedringer og endringer. For eksempel utviklet GM en deformerbar innsats som brukes rutinemessig i GM-utviklingstester for å indikere enhver bevegelse av hoftebeltet fra bekkenet og inn i magen. SAE samler også talentene til bilselskapene, deleleverandørene, dummyprodusentene og amerikanske myndigheter i samarbeid for å forbedre testdukkens evne. Et nylig SAE-prosjekt fra 1966, i forbindelse med NHTSA, forbedret ankel- og hofteleddet. Dummy-produsenter er imidlertid veldig konservative når det gjelder å endre eller forbedre standardenheter. Generelt må en bilprodusent først vise behovet for en spesifikk designevaluering for å forbedre sikkerheten. Deretter, med bransjeavtale, kan den nye målekapasiteten legges til. SAE fungerer som et teknisk clearinghus for å administrere og minimere disse endringene.

Hvor nøyaktige er disse antropomorfe testenhetene? I beste fall er de prediktorer for hva som kan skje generelt i feltet fordi ingen virkelige mennesker er like i størrelse, vekt eller proporsjoner. Tester krever imidlertid en standard, og moderne dummies har vist seg å være effektive prognostatorer. Kollisjonstestdukker beviser konsekvent at standard trepunkts sikkerhetsbeltesystemer er svært effektive begrensninger – og dataene holder seg godt sammenlignet med krasj i den virkelige verden. Sikkerhetsbelter reduserer antallet dødsfall hos førere med 42 prosent. Ved å legge til kollisjonsputer heves beskyttelsen til omtrent 47 prosent.

Tilpasning til kollisjonsputer

Airbag-testing på slutten av syttitallet genererte et annet behov. Basert på tester med rådukker, visste GM-ingeniører at barn og mindre passasjerer kunne være sårbare for aggressiviteten til kollisjonsputer. Kollisjonsputer må blåses opp i svært høye hastigheter for å beskytte passasjerene i en kollisjon – bokstavelig talt på mindre enn et øyeblikk. I 1977 utviklet GM barnekollisjonsputen. Forskere kalibrerte dummyen ved å bruke data samlet fra en studie som involverte små dyr. Southwest Research Institute utførte denne testen for å finne ut hvilke påvirkninger forsøkspersonene trygt kunne tåle. Senere delte GM dataene og designet gjennom SAE.

GM trengte også en testenhet for å simulere en liten hunn for testing av førerkollisjonsputer. I 1987 overførte GM Hybrid III-teknologien til en dummy som representerte en femte persentil kvinne. Også på slutten av 1980-tallet utstedte Center for Disease Control en kontrakt for en familie av Hybrid III-dukker for å hjelpe til med å teste passive begrensninger. Ohio State University vant kontrakten og søkte GMs hjelp. I samarbeid med en SAE-komité bidro GM til utviklingen av Hybrid III Dummy Family, som inkluderte en 95. persentil hann, en liten kvinne, en seks år gammel, barnedukke og en ny treåring. Hver har Hybrid III-teknologi.

I 1996 ble GM, Chrysler og Ford bekymret for skader forårsaket av oppblåsing av kollisjonsputer og begjærte myndighetene gjennom American Automobile Manufacturers Association (AAMA) om å ta tak i personer som ikke var i posisjon under utløsning av kollisjonsputer. Målet var å implementere testprosedyrer godkjent av ISO - som bruker den lille kvinnelige dukken for testing på førersiden og de seks og tre år gamle dukkene, samt en spedbarnsdukke for passasjersiden. En SAE-komité utviklet senere en serie spedbarnsdukker med en av de ledende produsentene av testenheter, First Technology Safety Systems. Seks måneder gamle, 12 måneder gamle og 18 måneder gamle dukker er nå tilgjengelige for å teste samspillet mellom kollisjonsputer og barnesikringer. Kjent som CRABI eller Child Restraint Air Bag Interaction Dummies, de muliggjør testing av bakovervendte barnesikringer når de plasseres foran i passasjersetet utstyrt med en kollisjonspute. De forskjellige dummy-størrelsene og -typene, som kommer i små, gjennomsnittlige og veldig store, gjør at GM kan implementere en omfattende matrise av tester og krasjtyper.De fleste av disse testene og evalueringene er ikke pålagt, men GM gjennomfører rutinemessig tester som ikke er lovpålagt. På 1970-tallet krevde sidepåvirkningsstudier en annen versjon av testenhetene. NHTSA utviklet i samarbeid med University of Michigan's Research and Development Center en spesiell side-impact dummy, eller SID. Europeere opprettet deretter det mer sofistikerte EuroSID. Deretter ga GM-forskere betydelige bidrag gjennom SAE til utviklingen av en mer biofidelisk enhet kalt BioSID, som nå brukes i utviklingstesting.

På 1990-tallet jobbet den amerikanske bilindustrien med å lage en spesiell, liten passasjerdummy for å teste sidekollisjonsputer. Gjennom USCAR, et konsortium dannet for å dele teknologier mellom ulike bransjer og offentlige avdelinger, utviklet GM, Chrysler og Ford i fellesskap SID-2-er. Dummyen etterligner små kvinner eller ungdom og hjelper til med å måle toleransen deres for sidekollisjonsputer. Amerikanske produsenter samarbeider med det internasjonale samfunnet for å etablere denne mindre sidekollisjonsenheten som startgrunnlaget for en voksen dummy som skal brukes i den internasjonale standarden for måling av sidekollisjonsytelse. De oppmuntrer til aksept av internasjonale sikkerhetsstandarder, og bygger konsensus for å harmonisere metoder og tester. Bilindustrien er svært forpliktet til å harmonisere standarder, tester og metoder ettersom flere og flere kjøretøy selges til et globalt marked.

Fremtiden for testing av bilsikkerhet

Hva er fremtiden? GMs matematiske modeller gir verdifulle data. Matematisk testing tillater også mer iterasjon på kortere tid. GMs overgang fra mekaniske til elektroniske kollisjonsputesensorer skapte en spennende mulighet. Nåværende og fremtidige kollisjonsputesystemer har elektroniske 'flight recorders' som en del av kollisjonssensorene. Datamaskinens minne vil fange opp feltdata fra kollisjonshendelsen og lagre krasjinformasjon som aldri tidligere var tilgjengelig. Med disse virkelige dataene vil forskere være i stand til å validere laboratorieresultater og endre dukker, datasimuleringer og andre tester.

'Motorveien blir testlaboratoriet, og hver krasj blir en måte å lære mer om hvordan man kan beskytte mennesker,' sa Harold 'Bud' Mertz, en pensjonert GM-sikkerhets- og biomekanisk ekspert. 'Etter hvert kan det være mulig å inkludere kollisjonsregistratorer for kollisjoner rundt hele bilen.'

GM-forskere foredler hele tiden alle aspekter av kollisjonstestene for å forbedre sikkerhetsresultatene. For eksempel, ettersom sikkerhetssystemer bidrar til å eliminere flere og flere katastrofale overkroppsskader, legger sikkerhetsingeniører merke til invalidiserende traumer i underbenet. GM-forskere begynner å designe bedre leggresponser for dummies. De har også lagt til hud på nakkene for å hindre kollisjonsputer i å forstyrre nakkevirvlene under tester.

En dag kan datamaskinens 'dukker' på skjermen bli erstattet av virtuelle mennesker, med hjerter, lunger og alle andre vitale organer. Men det er ikke sannsynlig at disse elektroniske scenariene vil erstatte den virkelige varen i nær fremtid. Crash-dukker vil fortsette å gi GM-forskere og andre bemerkelsesverdig innsikt og intelligens om kollisjonsbeskyttelse for passasjerer i mange år fremover.

En spesiell takk til Claudio Paolini