De geschiedenis van Crash Test Dummies

De eerste crashtestpop was de Sierra Sam gemaakt in 1949. Deze 95e percentiel volwassen mannelijke crashtestpop werd ontwikkeld door Sierra Engineering Co. onder een contract met de United States Air Force, om te worden gebruikt voor de evaluatie van vliegtuiguitstootstoelen op raketslee testen. - Bron FTSS

In 1997 werden GM's hybride dummy's voor crashtests officieel de industriestandaard voor testen om te voldoen aan frontale impactregels van de overheid en airbagveiligheid. GM ontwikkelde dit testapparaat bijna 20 jaar eerder in 1977 om een ​​biofidelisch meetinstrument te bieden - dummy's voor crashtests die zich zeer vergelijkbaar met mensen gedragen. Net als bij zijn eerdere ontwerp, Hybrid II, deelde GM deze geavanceerde technologie met overheidsregelgevers en de auto-industrie. Het delen van deze tool is gedaan ter verbetering van de veiligheidstests en het aantal verkeersslachtoffers en verkeersdoden wereldwijd. De 1997-versie van Hybrid III is de GM-uitvinding met enkele wijzigingen. Het is een nieuwe mijlpaal in de baanbrekende reis van de automaker voor veiligheid. Hybrid III is state-of-the-art voor het testen van geavanceerde beveiligingssystemen; GM gebruikt het al jaren bij de ontwikkeling van front-airbags. Het biedt een breed spectrum van betrouwbare gegevens die kunnen worden gerelateerd aan de effecten van ongevallen op een menselijk letsel.

Hybrid III heeft een houding die representatief is voor de manier waarop bestuurders en passagiers in voertuigen zitten. Alle crashtest-dummy's zijn trouw aan de menselijke vorm die ze simuleren - in algeheel gewicht, grootte en proportie. Hun hoofden zijn ontworpen om te reageren als het menselijk hoofd in een crashsituatie. Het is symmetrisch en het voorhoofd buigt grotendeels zoals iemand dat zou doen als het bij een botsing wordt geraakt. De borstholte heeft een stalen ribbenkast die het mechanische gedrag van een menselijke borst in een crash simuleert. De rubberen nek buigt en rekt biofidelisch en de knieën zijn ook ontworpen om te reageren op impact, vergelijkbaar met menselijke knieën. De Hybrid III crashtestdummy heeft een vinylhuid en is uitgerust met geavanceerde elektronische hulpmiddelen, waaronder versnellingsmeters, potentiometers en loadcellen. Deze tools meten de versnelling, afbuiging en krachten die verschillende lichaamsdelen ervaren tijdens het vertragen van de botsing.

Dit geavanceerde apparaat wordt continu verbeterd en is gebouwd op een wetenschappelijke basis van biomechanica, medische gegevens en invoer en testen waarbij menselijke kadavers en dieren betrokken waren. Biomechanica is de studie van het menselijk lichaam en hoe het zich mechanisch gedraagt. Universiteiten voerden vroeg biomechanisch onderzoek uit met levende menselijke vrijwilligers in enkele zeer gecontroleerde crashtests. Historisch gezien had de auto-industrie beveiligingssystemen geëvalueerd met behulp van vrijwilligerstesten met mensen.

De ontwikkeling van Hybrid III diende als lanceerplatform om de studie van botskrachten en hun effecten op een menselijk letsel te bevorderen. Alle eerdere crashtest-dummy's, zelfs GM's Hybrid I en II, konden geen voldoende inzicht bieden om testgegevens te vertalen in letselbeperkende ontwerpen voor auto's en vrachtwagens. Vroege crashtest-dummy's waren erg grof en hadden een eenvoudig doel: ingenieurs en onderzoekers helpen de effectiviteit van beveiligingssystemen of veiligheidsgordels te verifiëren. Voordat GM in 1968 Hybrid I ontwikkelde, hadden dummy-fabrikanten geen consistente methoden om de apparaten te produceren. Het basisgewicht en de grootte van de lichaamsdelen waren gebaseerd op antropologisch onderzoek, maar de poppen waren niet consistent van eenheid tot eenheid. De wetenschap van antropomorfe dummies stond in de kinderschoenen en hun productiekwaliteit varieerde.

De jaren 1960 en ontwikkeling van Hybrid I

In de jaren zestig creëerden GM-onderzoekers Hybrid I door de beste delen van twee primitieve dummies samen te voegen. In 1966 produceerde Alderson Research Laboratories de VIP-50-serie voor GM en Ford. Het werd ook gebruikt door het National Bureau of Standards. Dit was de eerste dummy die speciaal voor de auto-industrie werd vervaardigd. Een jaar later introduceerde Sierra Engineering Sierra Stan, een competitief model. Noch tevreden GM-ingenieurs, die hun eigen dummy maakten door de beste eigenschappen van beide te combineren - vandaar dat de naam Hybrid I. GM dit model intern gebruikte, maar het ontwerp met concurrenten deelde via speciale commissievergaderingen bij de Society of Automotive Engineers (SAE). Hybride I was duurzamer en produceerde meer herhaalbare resultaten dan zijn voorgangers.

Het gebruik van deze vroege dummies werd aangewakkerd door tests van de Amerikaanse luchtmacht die werden uitgevoerd om proefbeveiligings- en uitwerpsystemen te ontwikkelen en te verbeteren. Vanaf het einde van de jaren veertig tot het begin van de jaren vijftig gebruikte het leger crashtest-dummy's en sleeën om verschillende toepassingen en menselijke tolerantie voor letsel te testen. Eerder hadden ze menselijke vrijwilligers gebruikt, maar de stijgende veiligheidsnormen vereisten hogere snelheidstests en de hogere snelheden waren niet langer veilig voor menselijke proefpersonen. Voor het testen van veiligheidsgordels van piloten werd een high-speed slee voortgestuwd door raketmotoren en versneld tot 600 mph. Kolonel John Paul Stapp deelde de resultaten van het onderzoek naar de crash-dummy van de luchtmacht in 1956 tijdens de eerste jaarlijkse conferentie met autofabrikanten.

Later, in 1962, introduceerde de GM Proving Ground de eerste impactslede voor auto's (HY-GE-slee). Het was in staat om werkelijke botsingsversnellingsgolfvormen te simuleren die werden geproduceerd door full-scale auto's. Vier jaar daarna ontstond GM Research een veelzijdige methode om de omvang van het letselgevaar te bepalen bij het meten van impactkrachten op antropomorfe poppen tijdens laboratoriumtests.

Veiligheid van vliegtuigen

Ironisch genoeg heeft de auto-industrie door de jaren heen dramatische vliegtuigfabrikanten achter zich gelaten. Automakers werkten halverwege de jaren negentig samen met de vliegtuigindustrie om hen op de hoogte te brengen van de vorderingen in crashtests met betrekking tot menselijke tolerantie en letsel. De NAVO-landen waren met name geïnteresseerd in onderzoek naar auto-ongevallen omdat er problemen waren met helikopterongevallen en met hoge snelheden van piloten. Er werd gedacht dat de autogegevens vliegtuigen zouden kunnen helpen veiliger te maken.

Regering en ontwikkeling van hybride II

Toen het Congres de National Traffic and Motor Vehicle Safety Act van 1966 goedkeurde, werd het ontwerp en de productie van auto's een gereguleerde industrie. Kort daarna begon een debat tussen de overheid en sommige fabrikanten over de geloofwaardigheid van de testapparatuur zoals de crash dummies.

Het National Highway Safety Bureau stond erop dat Aldersons VIP-50-dummy werd gebruikt om beveiligingssystemen te valideren. Ze vereisten 30 mijl per uur frontaal, barrièretests in een stijve muur. Tegenstanders beweerden dat de onderzoeksresultaten verkregen uit testen met deze crashtest-dummy niet herhaalbaar waren vanuit het oogpunt van de productie en niet gedefinieerd waren in technische termen. Onderzoekers konden niet vertrouwen op de consistente prestaties van de testeenheden. Federale rechtbanken waren het met deze critici eens. GM nam niet deel aan het wettelijke protest. In plaats daarvan verbeterde GM de Hybrid I crashtest-dummy en reageerde op problemen die zich voordeden tijdens SAE-commissievergaderingen. GM ontwikkelde tekeningen die de crashtest-dummy definieerden en kalibratietests gemaakt die de prestaties in een gecontroleerde laboratoriumomgeving zouden standaardiseren. In 1972 overhandigde GM de tekeningen en kalibraties aan de dummy-fabrikanten en de overheid. De nieuwe GM Hybrid II-crashtestpop voldoet aan de rechtbank, de overheid en de fabrikanten en het werd de standaard voor frontale crashtests om te voldoen aan de Amerikaanse automotive-voorschriften voor beveiligingssystemen. GM's filosofie is altijd geweest om dummy-innovatie met crashtests te delen met concurrenten en daarbij geen winst te maken.

Hybride III: het nabootsen van menselijk gedrag

In 1972, terwijl GM Hybrid II met de industrie deelde, begonnen experts van GM Research een baanbrekende inspanning. Hun missie was het ontwikkelen van een crashtest-dummy die de biomechanica van het menselijk lichaam nauwkeuriger weergeeft tijdens een voertuigongeluk. Dit zou Hybride III worden genoemd. Waarom was dit nodig? GM voerde al tests uit die de overheidsvereisten en de normen van andere binnenlandse fabrikanten ver overtroffen. Vanaf het begin ontwikkelde GM alle crashdummy's om te reageren op een specifieke behoefte aan een testmeting en verbeterd veiligheidsontwerp. Ingenieurs hadden een testapparaat nodig waarmee ze metingen konden verrichten in unieke experimenten die ze hadden ontwikkeld om de veiligheid van GM-voertuigen te verbeteren. Het doel van de Hybrid III-onderzoeksgroep was het ontwikkelen van een derde-generatie, mensachtige crashtest-dummy waarvan de reacties dichter bij biomechanische gegevens lagen dan de Hybrid II-crashtest-dummy. De kosten waren geen probleem.

Onderzoekers bestudeerden de manier waarop mensen in voertuigen zaten en de relatie tussen hun houding en hun oogpositie. Ze experimenteerden met en veranderden de materialen om de dummy te maken en overwogen om interne elementen toe te voegen, zoals een ribbenkast. De stijfheid van materialen weerspiegelde bio-mechanische gegevens. Nauwkeurige, numerieke besturingsapparatuur werd gebruikt om de verbeterde dummy consistent te produceren.

In 1973 organiseerde GM het eerste internationale seminar met 's werelds toonaangevende experts om de responskenmerken van menselijke impact te bespreken. Elke vorige bijeenkomst van dit soort was gericht op blessures. Maar nu wilde GM onderzoeken hoe mensen reageerden tijdens crashes. Met dit inzicht ontwikkelde GM een crash-dummy die zich veel dichter bij de mens gedroeg. Deze tool heeft zinvollere laboratoriumgegevens opgeleverd, waardoor ontwerpwijzigingen mogelijk zijn die daadwerkelijk kunnen helpen letsel te voorkomen. GM is een leider in het ontwikkelen van testtechnologieën om fabrikanten te helpen veiliger auto's en vrachtwagens te maken. GM communiceerde ook met het SAE-comité tijdens dit ontwikkelingsproces om input van zowel dummy- als autofabrikanten te verzamelen. Slechts een jaar nadat het Hybrid III-onderzoek begon, reageerde GM op een overheidscontract met een meer verfijnde dummy. In 1973 creëerde GM de GM 502, die vroege informatie leende die de onderzoeksgroep had geleerd. Het omvatte enkele houdingsverbeteringen, een nieuw hoofd en betere gewrichtskarakteristieken. In 1977 maakte GM Hybrid III commercieel beschikbaar, inclusief alle nieuwe ontwerpkenmerken die GM had onderzocht en ontwikkeld.

In 1983 heeft GM bij de National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) een verzoek ingediend om Hybrid III te gebruiken als alternatief testapparaat voor naleving door de overheid. GM heeft de industrie ook zijn doelstellingen gegeven voor acceptabele dummy-prestaties tijdens veiligheidstests. Deze doelen (letselbeoordelingsreferentiewaarden) waren van cruciaal belang bij het vertalen van hybride III-gegevens in veiligheidsverbeteringen. Toen vroeg GM in 1990 dat de Hybrid III-dummy het enige acceptabele testapparaat was dat aan de overheidsvereisten voldeed. Een jaar later nam de International Standards Organisation (ISO) een unanieme resolutie aan waarin de superioriteit van Hybrid III werd erkend. De Hybrid III is nu de standaard voor internationale frontale impacttests.

In de loop der jaren hebben Hybrid III en andere dummies een aantal verbeteringen en veranderingen ondergaan. GM ontwikkelde bijvoorbeeld een vervormbaar inzetstuk dat routinematig wordt gebruikt in GM-ontwikkelingstests om elke beweging van de heupgordel vanuit het bekken en in de buik aan te geven. Ook brengt de SAE de talenten van de autobedrijven, onderdelenleveranciers, dummyfabrikanten en Amerikaanse overheidsinstanties samen in gezamenlijke inspanningen om de mogelijkheden van de testdummy te verbeteren. Een recent SAE-project uit 1966, in combinatie met NHTSA, verbeterde het enkel- en heupgewricht. Fabrikanten van dummy's zijn echter zeer conservatief over het wijzigen of verbeteren van standaardapparaten. Over het algemeen moet een autofabrikant eerst de behoefte aan een specifieke ontwerpevaluatie aantonen om de veiligheid te verbeteren. Vervolgens kan, met instemming van de industrie, de nieuwe meetcapaciteit worden toegevoegd. SAE fungeert als technisch clearinghouse om deze wijzigingen te beheren en te minimaliseren.

Hoe nauwkeurig zijn deze antropomorfe testapparaten? In het beste geval zijn ze voorspellers van wat er over het algemeen in het veld kan gebeuren, omdat geen twee echte mensen hetzelfde zijn in grootte, gewicht of verhoudingen. Tests vereisen echter een standaard en moderne dummies hebben bewezen effectieve prognosticators te zijn. Crash-test dummies bewijzen consequent dat standaard, driepuntsgordelsystemen zeer effectieve beperkingen zijn - en de gegevens houden goed stand in vergelijking met echte ongevallen. Veiligheidsgordels verminderen het aantal ongevallen door bestuurders met 42 procent. Het toevoegen van airbags verhoogt de bescherming tot ongeveer 47 procent.

Aanpassen aan Airbags

Het testen van airbags eind jaren zeventig zorgde voor een nieuwe behoefte. Op basis van testen met ruwe dummy's wisten ingenieurs van GM dat kinderen en kleinere inzittenden kwetsbaar kunnen zijn voor de agressiviteit van airbags. Airbags moeten met zeer hoge snelheden worden opgeblazen om inzittenden bij een botsing te beschermen - letterlijk in minder dan een oogwenk. In 1977 ontwikkelde GM de dummy voor kinderairbags. Onderzoekers hebben de dummy gekalibreerd met behulp van gegevens uit een onderzoek met kleine dieren. Het Southwest Research Institute voerde deze test uit om te bepalen welke impact de proefpersonen veilig konden hebben. Later deelde GM de gegevens en het ontwerp via de SAE.

GM had ook een testapparaat nodig om een ​​kleine vrouw te simuleren voor het testen van bestuurdersairbags. In 1987 heeft GM de Hybrid III-technologie overgedragen aan een pop die een 5e percentiel vrouw vertegenwoordigt. Eind jaren tachtig heeft het Center for Disease Control een contract uitgegeven voor een familie van Hybrid III-dummy's om passieve beperkingen te helpen testen. Ohio State University won het contract en zocht GM om hulp. In samenwerking met een SAE-commissie heeft GM bijgedragen aan de ontwikkeling van de Hybrid III Dummy Family, waaronder een 95e percentiel man, een kleine vrouw, een zes jaar oude kinderpop en een nieuwe drie jaar oude. Elk heeft Hybrid III-technologie.

In 1996 raakten GM, Chrysler en Ford bezorgd over de door de inflatie veroorzaakte verwondingen door airbags en verzochten zij de regering via de American Automobile Manufacturers Association (AAMA) om inzittenden die niet in de juiste positie waren, aan te spreken tijdens de inzet van airbags. Het doel was om testprocedures te implementeren die zijn goedgekeurd door de ISO - die de kleine vrouwelijke dummy gebruiken voor het testen van de bestuurder en de zes- en drie-jarige dummy's, evenals een babydummy voor de passagierskant. Een SAE-commissie ontwikkelde later een reeks baby-dummy's met een van de toonaangevende fabrikanten van testapparatuur, First Technology Safety Systems. Er zijn nu dummy's van zes maanden oud, 12 maanden oud en 18 maanden oud beschikbaar om de interactie van airbags met kinderbeveiligingssystemen te testen. Bekend als CRABI of kinderzitjes Airbag Interaction dummies, maken ze het testen van naar achteren gerichte kinderzitjes mogelijk wanneer ze in de voorste passagiersstoel worden geplaatst die is uitgerust met een airbag. Door de verschillende dummy-maten en -typen, die klein, gemiddeld en zeer groot zijn, kan GM een uitgebreide matrix van tests en crashtypen implementeren. De meeste van deze tests en evaluaties zijn niet verplicht, maar GM voert routinematig tests uit die niet wettelijk verplicht zijn. In de jaren zeventig was voor neveneffectonderzoek een andere versie van de testapparatuur vereist. NHTSA heeft in samenwerking met het Research and Development Center van de Universiteit van Michigan een speciale neveneffectpop of SID ontwikkeld. Europeanen creëerden toen de meer geavanceerde EuroSID. Vervolgens hebben GM-onderzoekers via de SAE een belangrijke bijdrage geleverd aan de ontwikkeling van een meer biofidelisch apparaat genaamd BioSID, dat nu wordt gebruikt in ontwikkelingstests.

In de jaren negentig heeft de Amerikaanse auto-industrie gewerkt aan de ontwikkeling van een speciale, kleine dummy voor het testen van zijwaartse airbags. Via USCAR heeft een consortium gevormd om technologieën te delen tussen verschillende industrieën en overheidsdiensten, GM, Chrysler en Ford ontwikkelden gezamenlijk SID-2's. De dummy bootst kleine vrouwtjes of adolescenten na en helpt bij het meten van hun tolerantie voor zijwaartse airbag-inflatie. Amerikaanse fabrikanten werken samen met de internationale gemeenschap om dit kleinere apparaat met zijwaartse botsing te vestigen als de startbasis voor een dummy voor volwassenen die moet worden gebruikt in de internationale norm voor het meten van de prestaties van zijwaartse botsingen. Ze moedigen de acceptatie van internationale veiligheidsnormen aan en bouwen consensus op om methoden en tests te harmoniseren. De auto-industrie is zeer toegewijd aan het harmoniseren van normen, tests en methoden naarmate meer en meer voertuigen worden verkocht aan een wereldwijde markt.

De toekomst van autoveiligheidstests

Wat is de toekomst De wiskundige modellen van GM leveren waardevolle gegevens op. Wiskundig testen maakt ook meer iteratie in een kortere tijd mogelijk. GM's overgang van mechanische naar elektronische airbag-sensoren creëerde een opwindende kans. Huidige en toekomstige airbagsystemen hebben elektronische "vluchtrecorders" als onderdeel van hun crashsensoren. Computergeheugen zal veldgegevens van de botsing vastleggen en crashinformatie opslaan die nooit eerder beschikbaar was. Met deze gegevens uit de praktijk kunnen onderzoekers laboratoriumresultaten valideren en dummies, computersimulaties en andere tests wijzigen.

"De snelweg wordt het testlaboratorium en elke crash wordt een manier om meer te leren over hoe mensen te beschermen," zei Harold "Bud" Mertz, een gepensioneerde GM-veiligheids- en biomechanische expert. "Uiteindelijk is het misschien mogelijk om crashrecorders op te nemen voor botsingen rondom de auto."

GM-onderzoekers verfijnen voortdurend alle aspecten van de crashtests om de veiligheidsresultaten te verbeteren. Omdat beveiligingssystemen bijvoorbeeld helpen meer en meer catastrofale letsels aan het bovenlichaam te elimineren, merken veiligheidstechnici een trauma op het onderbeen op. GM-onderzoekers beginnen betere onderbeenreacties voor dummy's te ontwerpen. Ze hebben ook "huid" aan de nek toegevoegd om te voorkomen dat airbags de nekwervels storen tijdens tests.

Op een dag kunnen computer-dummy's op het scherm worden vervangen door virtuele mensen, met harten, longen en alle andere vitale organen. Maar het is niet waarschijnlijk dat die elektronische scenario's het echte werk in de nabije toekomst zullen vervangen. Crashdummies zullen GM-onderzoekers en anderen nog vele jaren opmerkelijk inzicht en informatie bieden over de bescherming tegen inzittenden.

Een speciale dank aan Claudio Paolini