En detaljerad historia av Crash Test Dummies

Den första kraschtestdockan var Sierra Sam som skapades 1949. Denna 95: e percentilen för vuxen manlig kraschtest utvecklades av Sierra Engineering Co. under ett kontrakt med USA: s flygvapen, som ska användas för utvärdering av flygplanets utkastningssäten på raketsläde tester. - Källa FTSS

1997 blev GM: s Hybrid III-kraschtestdummi officiellt industristandarden för testning för att följa regeringens regleringar i frontala effekter och krockkudde säkerhet. GM utvecklade denna testanordning nästan 20 år före 1977 för att tillhandahålla ett biofideliskt mätverktyg - krocktestdummier som uppträder mycket på samma sätt som människor. Som det gjorde med sin tidigare design, Hybrid II, delade GM denna avancerade teknik med statliga tillsynsmyndigheter och bilindustri. Delningen av detta verktyg gjordes i namn av förbättrade säkerhetstester och minskade motorvägsskador och dödsolyckor över hela världen. 1997-versionen av Hybrid III är GM-uppfinningen med några modifieringar. Det markerar en annan milstolpe i biltillverkarens trailblazing resa för säkerhet. Hybrid III är avancerad för testning av avancerade fasthållningssystem; GM har använt den i flera år i utvecklingen av krockkuddar framifrån. Det tillhandahåller ett brett spektrum av pålitliga data som kan relateras till effekterna av kraschar på en mänsklig skada.

Hybrid III har en hållning som är representativ för hur förare och passagerare sitter i fordon. Alla kraschtestdummier är trogna den mänskliga formen de simulerar - i total vikt, storlek och proportion. Deras huvuden är utformade för att svara som det mänskliga huvudet i en kraschsituation. Det är symmetriskt och pannan avleder mycket på samma sätt som en person skulle göra om den slås i en kollision. Bröstkaviteten har en stålbensbur som simulerar det mänskliga bröstets mekaniska beteende vid en krasch. Gummihalsen böjer sig och sträcker sig biofideliskt, och knäna är också utformade för att reagera på stötar, liknande mänskliga knän. Hybrid III-kraschtestdummy har en vinyl hud och är utrustad med sofistikerade elektroniska verktyg inklusive accelerometrar, potentiometrar och lastceller. Dessa verktyg mäter acceleration, avböjning och krafter som olika kroppsdelar upplever under deceleration av kraschar.

Denna avancerade enhet förbättras kontinuerligt och byggdes på en vetenskaplig grund av biomekanik, medicinsk data och input och tester som involverade mänskliga kadavrar och djur. Biomekanik är studien av människokroppen och hur den beter sig mekaniskt. Universiteter genomförde tidig biomekanisk forskning med levande mänskliga frivilliga i några mycket kontrollerade kraschtester. Historiskt sett hade bilindustrin utvärderat fasthållningssystem med hjälp av frivilligprovning med människor.

Utvecklingen av Hybrid III fungerade som en lanseringsplatta för att främja studien av kraschkrafter och deras effekter på en mänsklig skada. Alla tidigare kraschtestdummier, till och med GM: s Hybrid I och II, kunde inte ge tillräcklig insikt för att översätta testdata till skadoreducerande konstruktioner för bilar och lastbilar. Tidiga kraschdummor var mycket råa och hade ett enkelt syfte - att hjälpa ingenjörer och forskare verifierar effektiviteten hos begränsningar eller säkerhetsbälten. Innan GM utvecklade Hybrid I 1968 hade dummy-tillverkare inga konsekventa metoder för att producera enheterna. Kroppsdelarnas grundvikt och storlek baserades på antropologiska studier, men dummorna var inkonsekventa från enhet till enhet. Vetenskapen om antropomorfa dummies var i sin barndom och deras produktionskvalitet varierade.

Under 1960-talet skapade GM-forskare Hybrid I genom att slå samman de bästa delarna av två primitiva dummier. 1966 producerade Alderson Research Laboratories VIP-50-serien för GM och Ford. Det användes också av National Bureau of Standards. Detta var den första dummy som tillverkades specifikt för bilindustrin. Ett år senare introducerade Sierra Engineering Sierra Stan, en konkurrensmodell. Varken nöjda GM-ingenjörer, som gjorde sin egen dummy genom att kombinera de bästa egenskaperna hos båda - därmed namnet Hybrid I. GM använde denna modell internt men delade sin design med konkurrenter genom särskilda kommittémöten vid Society of Automotive Engineers (SAE). Hybrid I var mer hållbar och gav mer repeterbara resultat än dess föregångare.

Användningen av dessa tidiga dummies framkallades av U.S. Air Force-tester som hade genomförts för att utveckla och förbättra pilotens fasthållnings- och utkastssystem. Från de sena fyrtiotalet till början av femtiotalet använde militären kraschtestdummor och kretssläden för att testa en mängd olika tillämpningar och mänsklig tolerans mot skada. Tidigare hade de använt mänskliga frivilliga, men stigande säkerhetsstandarder krävde högre hastighetstest, och de högre hastigheterna var inte längre säkra för mänskliga personer. För att testa pilotbegränsande sele drevs en höghastighetssläde av raketmotorer och accelererade upp till 600 mph. Col. John Paul Stapp delade resultaten av flygvapen kraschdummiforskning 1956 vid den första årliga konferensen med biltillverkare.

Senare, 1962, introducerade GM Proving Ground den första släden för bilindustrin (HY-GE-släden). Den kunde simulera verkliga vågformer för kollisionsacceleration producerade av fullskaliga bilar. Fyra år efter det startade GM Research en mångsidig metod för att bestämma omfattningen av skadorisk som producerades vid mätning av slagkrafter på antropomorfa dummies under laboratorietester.

Ironiskt nog har bilindustrin gått dramatiskt ut flygplan tillverkare inom denna tekniska expertis genom åren. Biltillverkare arbetade med flygbranschen i mitten av 1990-talet för att få dem snabbare med framstegen i kraschtestning när det gäller mänsklig tolerans och skador. Nato-länderna var särskilt intresserade av bilkraschforskning eftersom det fanns problem i helikopter kraschar och med höghastighetsutkast av piloter. Man trodde att autodata kan bidra till att göra flygplanen säkrare.

När kongressen antog den nationella lagen om trafiksäkerhet och motorfordon från 1966 blev design och tillverkning av bilar en reglerad industri. Strax därefter inleddes en debatt mellan regeringen och vissa tillverkare om testanordningernas trovärdighet som kraschdummierna.

National Highway Safety Bureau insisterade på att Aldersons VIP-50-dummy skulle användas för att validera fasthållningssystem. De krävde 30 mil per timme mot barriärprov i en styv vägg. Motståndare hävdade att forskningsresultaten från testning med denna kraschtestdummi inte kunde repeteras ur tillverkningssynpunkt och definierades inte i tekniska termer. Forskare kunde inte lita på testenheternas konsekventa prestanda. Federala domstolar gick med på dessa kritiker. GM deltog inte i den legala protesten. I stället förbättrades GM på Hybrid I-kraschtestdockan och svarade på frågor som uppstod i SAE-kommittémöten. GM utvecklade ritningar som definierade kraschtestdockan och skapade kalibreringstester som skulle standardisera dess prestanda i en kontrollerad laboratorieinställning. 1972 överlämnade GM ritningarna och kalibreringarna till dummy-tillverkarna och regeringen. Den nya GM Hybrid II-kraschtestdockan nöjde domstolen, regeringen och tillverkarna och det blev standarden för frontal krocktest för att följa amerikanska fordonsbestämmelser för återhållsamhet system. GMs filosofi har alltid varit att dela kraschtest-dummy-innovation med konkurrenterna och inte tjäna någon vinst i processen.

1972 medan GM delade Hybrid II med industrin, började experter på GM Research en banbrytande insats. Deras uppdrag var att utveckla en kraschtestdocka som mer exakt reflekterade människokroppens biomekanik under en fordonsolycka. Detta skulle kallas Hybrid III. Varför var detta nödvändigt? GM genomförde redan tester som överträffade regeringskraven och standarderna för andra inhemska tillverkare. Redan från början utvecklade GM var och en av sina kraschdummier för att svara på ett speciellt behov av testmätning och förbättrad säkerhetsdesign. Ingenjörer krävde en testanordning som skulle göra det möjligt för dem att göra mätningar i unika experiment de hade utvecklat för att förbättra säkerheten för GM-fordon. Målet för forskningsgruppen Hybrid III var att utveckla en tredje generationens, mänsklig-liknande kraschtestdocka, vars svar var närmare biomekaniska data än Hybrid II-kraschtestdockan. Kostnaden var inte en fråga.

Forskare studerade hur människor satt i fordon och deras förhållande till deras ögons position. De experimenterade med och ändrade materialen för att göra dummy, och övervägde att lägga till inre element som en ribbor. Materialens styvhet återspeglade biomekaniska data. Exakta, numeriska kontrollmaskiner användes för att tillverka den förbättrade dummy konsekvent.

1973 höll GM det första internationella seminariet med världens ledande experter för att diskutera mänskliga effekter på människors påverkan. Varje tidigare samling av denna typ hade fokuserat på skador. Men nu ville GM undersöka hur människor svarade under krascher. Med denna insikt utvecklade GM en kraschdummy som uppträdde mycket närmare människor. Detta verktyg tillhandahöll mer meningsfull labdata, vilket möjliggjorde designändringar som faktiskt kan hjälpa till att förebygga skador. GM har varit ledande inom utveckling av testtekniker för att hjälpa tillverkare att göra säkrare bilar och lastbilar. GM kommunicerade också med SAE-kommittén under hela denna utvecklingsprocess för att sammanställa input från både dummy- och biltillverkare. Bara ett år efter att Hybrid III-forskningen inleddes svarade GM på ett regeringsavtal med en mer förfinad dummy. 1973 skapade GM GM 502, som lånade tidig information forskargruppen hade lärt sig. Det inkluderade några förbättringar av ställningen, ett nytt huvud och bättre gemensamma egenskaper. 1977 gjorde GM Hybrid III kommersiellt tillgänglig, inklusive alla de nya designfunktionerna som GM hade forskat och utvecklat.

1983 anmodade GM National National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) om tillstånd att använda Hybrid III som ett alternativt testapparat för regeringens efterlevnad. GM gav också branschen sina mål för acceptabel dummyprestanda under säkerhetstestning. Dessa mål (referensvärden för skador bedömning) var kritiska för att översätta Hybrid III-data till säkerhetsförbättringar. Sedan 1990 bad GM att Hybrid III-dummy skulle vara den enda acceptabla testanordningen som uppfyller regeringens krav. Ett år senare antog Internationella standardiseringsorganisationen (ISO) en enhällig resolution som erkände Hybrid III: s överlägsenhet. Hybrid III är nu standarden för internationell framstötningstest.

Under åren har Hybrid III och andra dummies genomgått ett antal förbättringar och förändringar. Till exempel utvecklade GM en deformerbar insats som används rutinmässigt i GM-utvecklingstester för att indikera all rörelse av knäbältet från bäckenet och in i buken. SAE förenar också bilföretagens, delleverantörernas, dummy-tillverkarnas och amerikanska myndigheters talanger i samarbete för att förbättra testdummifunktionen. Ett nyligen genomfört SAE-projekt från 1966, tillsammans med NHTSA, förbättrade ankel- och höftleden. Dummy-tillverkare är dock mycket konservativa när det gäller att ändra eller förbättra standardenheter. Generellt måste en biltillverkare först visa behovet av en specifik designutvärdering för att förbättra säkerheten. Sedan, med branschavtal, kan den nya mätförmågan läggas till. SAE fungerar som ett tekniskt clearingcenter för att hantera och minimera dessa förändringar.

Hur exakta är dessa antropomorfa testanordningar? I bästa fall är de prediktorer för vad som kan hända generellt i fältet eftersom inga två riktiga människor är lika i storlek, vikt eller proportioner. Men tester kräver en standard, och moderna dummies har visat sig vara effektiva prognosticatorer. Crash-testdummier bevisar konsekvent att standard, trepunkts säkerhetsbältesystem är mycket effektiva begränsningar - och uppgifterna håller sig väl i jämförelse med verkliga krascher. Säkerhetsbälten sänker dödsfallen på förare med 42 procent. Att lägga till airbags höjer skyddet till cirka 47 procent.

Test av krockkuddar i slutet av sjuttiotalet genererade ytterligare ett behov. Baserat på tester med råa dummies, visste GM-ingenjörer att barn och mindre passagerare kan vara sårbara för aggressiviteten hos krockkuddar. Airbags måste blåsa upp i mycket höga hastigheter för att skydda passagerarna i en krasch - bokstavligen i mindre än ett ögonblick. 1977 utvecklade GM barnbarnkuddesäcken. Forskare kalibrerade dummy med hjälp av data som samlats in från en studie med små djur. Southwest Research Institute genomförde denna testning för att bestämma vilka effekter försökspersonerna säkert skulle kunna upprätthålla. Senare delade GM uppgifterna och designen via SAE.

GM behövde också en testanordning för att simulera en liten hona för att testa förarens krockkuddar. 1987 överförde GM Hybrid III-tekniken till en dummy som representerade en femte percentilkvinna. I slutet av 1980-talet utfärdade Center for Disease Control ett kontrakt för en familj av Hybrid III-dummies för att hjälpa till att testa passiva begränsningar. Ohio State University vann kontraktet och sökte GM: s hjälp. I samarbete med en SAE-kommitté bidrog GM till utvecklingen av Hybrid III Dummy Family, som inkluderade en 95-procentig hane, en liten hona, en sexåring, barndummy och en ny tre år gammal. Var och en har hybrid III-teknik.

1996 blev GM, Chrysler och Ford oroade över inflationsinducerade skador på krockkuddar och framställde regeringen genom American Automobile Manufacturer Association (AAMA) för att adressera passagerare utanför positionen under krockkudden distributioner. Målet var att implementera testförfaranden som stöds av ISO - som använder den lilla kvinnliga dummy för testning av förarsidan och de sex- och treåriga dummorna, liksom en spädbarnsdummy för passageraren sida. En SAE-kommitté utvecklade senare en serie spädbarnsdummies med en av de ledande tillverkarna av testapparater, First Technology Safety Systems. Sex månader gamla, 12 månader gamla och 18 månader gamla dummier finns nu tillgängliga för att testa interaktionen mellan krockkuddar och begränsningar för barn. De är kända som CRABI eller barnesäker luftkudde Interaction dummies och gör det möjligt att testa bakåtvända spärrbarn när de placeras i framsidan, passagerarsätet utrustat med en krockkudde. De olika dummy-storlekarna och -typerna, som finns i små, genomsnittliga och mycket stora, gör att GM kan implementera en omfattande matris av tester och kraschtyper. De flesta av dessa tester och utvärderingar har inte mandat, men GM genomför rutinmässigt tester som inte krävs enligt lag. På 1970-talet krävde sidopåverkningsstudier en annan version av testanordningarna. NHTSA, i samarbete med University of Michigan forsknings- och utvecklingscenter, utvecklade en speciell sidopåverkande dummy, eller SID. Européerna skapade sedan den mer sofistikerade EuroSID. Därefter gav GM-forskare betydande bidrag genom SAE till utvecklingen av en mer biofidelisk anordning som heter BioSID, som nu används i utvecklingstest.

På 1990-talet arbetade den amerikanska bilindustrin för att skapa en speciell, liten passagerardummy för att testa sidokollisionskuddar. Genom USCAR, ett konsortium som bildades för att dela teknik mellan olika industrier och myndigheter, GM, Chrysler och Ford tillsammans utvecklade SID-2. Dummy efterliknar små kvinnor eller ungdomar och hjälper till att mäta deras tolerans mot sidopåverkan. Amerikanska tillverkare samarbetar med det internationella samfundet för att etablera denna mindre sidoeffektanordning som utgångsgrunden för en vuxen dummy som ska användas i den internationella standarden för sidopåverkan mått. De uppmuntrar godkännandet av internationella säkerhetsstandarder och bygger konsensus för att harmonisera metoder och tester. Fordonsindustrin är mycket engagerad i att harmonisera standarder, tester och metoder eftersom allt fler fordon säljs till en global marknad.

Vad är framtiden? GM: s matematiska modeller tillhandahåller värdefull data. Matematisk testning tillåter också mer iteration på kortare tid. GMs övergång från mekaniska till elektroniska krockkuddsensorer skapade en spännande möjlighet. Nuvarande och framtida krockkuddesystem har elektroniska "flyginspelare" som en del av deras krocksensorer. Datorminne kommer att fånga data från kollisionen och lagra kraschinformation som aldrig tidigare finns tillgänglig. Med denna verkliga data kommer forskare att kunna validera labresultat och modifiera dummies, datasimuleringar och andra tester.

"Motorvägen blir testlaboratoriet, och varje krasch blir ett sätt att lära sig mer om hur man skyddar människor," sade Harold "Bud" Mertz, en pensionerad GM-säkerhets- och biomekanisk expert. "Så småningom kan det vara möjligt att inkludera kraschinspelare för kollisioner runt bilen."

GM-forskare förfinar ständigt alla aspekter av kraschtesterna för att förbättra säkerhetsresultaten. Till exempel, eftersom fasthållningssystem hjälper till att eliminera mer och mer katastrofala överkroppsskador, märker säkerhetsingenjörer funktionshindrande traum i nedre ben. GM-forskare börjar utforma bättre underbenssvar för dummies. De har också lagt till "hud" i halsen för att hindra krockkuddar från att störa nackkotorna under test.

En dag kan "dummies" på skärmen ersättas med virtuella människor, med hjärtan, lungor och alla andra vitala organ. Men det är inte troligt att de elektroniska scenarierna kommer att ersätta den verkliga saken inom en snar framtid. Crash dummies kommer att fortsätta att ge GM-forskare och andra en anmärkningsvärd inblick och intelligens om olyckor med skydd för passagerare under många år framöver.

Ett särskilt tack till Claudio Paolini