Куклы гибнут за людей: эволюция манекенов для краш-тестов

До начала 1990-х годов прогресс в области безопасности дорожного движения был минимальным. Несмотря на то, что интерес к повышению уровня защиты пассажиров был высок с момента появления этой концепции, результаты были невероятно низкими. Достаточно взглянуть на то, как автомобили проходили краш-тесты в середине 80-х годов, а затем сравнить их с автомобилями середины 90-х и 2000-х годов – разница в результатах поразительна.

Также изменилось потребительское восприятие этой темы, а это значит, что теперь безопасность действительно продается. Более того, безопасность стала одной из основных характеристик, на которые люди смотрят при покупке нового автомобиля. В то время как все автомобильные компании рекламировали безопасность десятилетиями, большинство из них плохо справлялись как с краш-тестами, так и с реальными дорожно-транспортными происшествиями.

Простая истина заключается в том, что эти компании игнорировали высокую стоимость разработки и исследований в области безопасности – они просто занимались рекламой. Если взглянуть на краш-тесты 60-х, 70-х и 80-х годов, то вы не заметите разницы – потому что ее нет. Дело в том, что, как и хорошие прибыльные компании, они просто использовали психологический образ, что они создают более безопасные автомобили – только для того, чтобы заработать больше денег.

Я считаю, что качество и успех манекенов для краш-тестов измеряется в функциях безопасности, которые автопроизводители внедряют в свои автомобили, чтобы лучше защитить людей. Количество подушек безопасности или электронных компонентов в наши дни рекламируются исключительно для повышения продаж. Существует мнение, что темп развития технологического прогресса не позволил добиться лучших результатов… так ли это? Читайте дальше, чтобы узнать больше – речь пойдет о появлении манекенов для краш-тестов.

Эволюция манекенов для краш-тестов

Начнем с объяснения, что такое манекен для краш-тестов и обсудим его роль. Манекен для краш-тестов представляет собой антропоморфное (или гуманоидное, если хотите) испытательное устройство (ATD), которое пытается точно воспроизвести движение тела человека при имитации удара транспортного средства. И, как я уже отмечал ранее, качество и успешность манекена измеряются элементами безопасности, которые автопроизводители внедряют в свои транспортные средства для более эффективной защиты пассажиров. В свою очередь, эффективность манекена измеряется его способностью собирать широкий и точный массив данных о динамике воздействия на человека в случае автокатастрофы.

Общество заинтересовалось продвижением улучшенных решений по безопасности автомобилей вскоре после первых в мире нескольких дорожно-транспортных происшествий, связанных с автомобилями. Если вы интересуетесь фактами, то первой зарегистрированной жертвой автокатастрофы, сбитой автомобилем с паровым двигателем, стала Мэри Уорд. Это произошло 31 августа 1869 года, за 17 лет до того, как Карл Бенц изобрел первый автомобиль с бензиновым двигателем. В Северной Америке первая зарегистрированная автомобильная авария произошла 13 сентября 1899 года, когда Генри Блисс был сбит при выходе из кабины нью-йоркского троллейбуса.

Первый подход к повышению безопасности заключался в изучении влияния лобового столкновения на человеческое тело. Это, конечно, привело к разработке ремня безопасности. Затем внимание было сосредоточено на сиденье водителя, хотя конструкции приборной панели и самого автомобиля были очень жесткими, и вся сила удара передавалась непосредственно пассажирам.

Первые серьезные испытания были проведены Детройтским университетом Уэйна, а в первых краш-тестах были использованы… человеческие трупы.

Тест фронтального удара на трупе.

Конечно, существовали этические и моральные проблемы, связанные с использованием погибших людей в качестве манекенов для испытаний, но исследователи утверждали, что тела будут полезны для исследований, а их использование поможет спасти жизни. Это придало использованию трупов почетное значение и отвергло претензии об осквернении. Проблема в том, что трупы можно использовать только один раз, а также могут быть использованы только трупы людей, погибших по естественным причинам, поскольку любые предыдущие травмы будут препятствовать правильному определению повреждений, вызванных ДТП.

К середине 1950-х годов исследователи собрали достаточно информации из тестов с трупами, чтобы понять, что им необходимо улучшить процедуру оценки травматизма при проведении краш-тестов. Первые их варианты – исследования на добровольцах и животных. Одними из первых исследователей, оказавшихся в роли манекенов, были полковник Джон Пол Стэпп USAF и профессор Лоуренс Патрик из Университета штата Уэйн.

Полковник Стэпп едет на ракетных санях на авиабазе Эдвардс

Оба они проверяли влияние экстремального замедления на человеческий организм. Полковник Джон Пол Стэпп известен своими военными испытаниями ракетных саней, в которых он за 1,4 секунды замедлился со скорости более 677 км/ч до нуля. Несмотря на то, что исследования на людях давали очень точные результаты, они оказались чрезвычайно опасными, а испытуемые не могли выдерживать определенные физические повреждения.

Что касается испытаний на животных, то прогресс в исследовании манекенов вызвал сильное сопротивление со стороны групп, защищающих права животных, особенно Американского общества по предотвращению жестокого обращения с животными (ASPCA). Наиболее полезными животными, которые использовались в течение этого короткого периода времени, были свиньи, строение тела которых, по словам исследователей, было похоже на строение тела человека. Испытания на животных сыграли важную роль, когда инженеры пытались разработать технологию для предотвращения смертельных случаев, вызванных пробитием рулевой колонки, поскольку нельзя было использовать как трупы, так и живых существ.

Знакомство с миром манекенов и виртуальных пассажиров

Решение проблемы пробития рулевого колеса пришло с откидной рулевой колонкой, которая была изобретена инженером Mercedes-Benz Белой Барени. Откидная рулевая колонка впервые была внедрена в США компанией Chevrolet в 1965 году. Использование животных для тестирования достигло как функционального, так и этического предела, поэтому ученым и исследователям пришлось искать более прогрессивный способ моделирования воздействия на человека в автомобильных авариях.

Первым испытательным манекеном в том виде, в котором все его знают сегодня, был Sierra Sam, созданный Сэмюэлем В. Олдерсоном в его исследовательской лаборатории Alderson Research Labs (ARL) и Sierra Engineering Co в 1949 году. Манекен был намного выше и тяжелее среднего взрослого мужчины и использовался для испытаний катапультируемых кресел самолетов, авиационных шлемов и ремней безопасности пилотов.

Сьерра Сэм тестирует катапультируемые кресла.

После этого компания Alderson создала манекен VIP-50, который представлял собой испытательный манекен, специально созданный для General Motors и Ford, в то время как Sierra представила модель под названием «Sierra Stan».

Позже GM попыталась объединить лучшие черты моделей VIP-50 и Sierra Stan в один манекен для тестирования и придумала модель Hybrid I. Эта модель была также известна как «мужчина на 50 процентов», так как по росту, весу и пропорциям она напоминала среднего мужчину.

В 1972 году GM представила манекен для краш-тестов Hybrid II, который обеспечивал улучшенную реакцию позвоночника, плечевых и коленных суставов, а также предоставлял более точное документирование повреждений.

Два манекена-манекена Hybrid II 50-го процентиля, используемые в качестве балласта при испытаниях на столкновение на низкой скорости.

Вскоре после этого Национальная администрация безопасности дорожного движения (NHTSA) в Соединенных Штатах заключила соглашение с компанией «General Motors» о создании манекена для краш-тестов, который будет превосходить по своим характеристикам манекен «Hybrid II» и будет адаптирован для автомобильной промышленности.

Результат был представлен в 1976 году и получил название Hybrid III. Этот мужской манекен 5-го процентиля имеет рост 179.8 см и вес 81.2 кг. Hybrid III используется Институтом страхования безопасности дорожного движения (IIHS) и в настоящее время является наиболее широко распространенным манекеном для проведения испытаний. В целях расширения спектра результатов к Hybrid III присоединилась целая семья, включая женский манекен 5-го процентиля и три детских манекена Hybrid III, которые представляют собой манекены десятилетнего, шестилетнего и трехлетнего возраста. Также был введен более крупный мужской манекен 95-го процентиля для измерения динамики человека большего размера и сравнения того, как результаты аварии влияют на людей разного телосложения и размеров.

Семейство Hybrid III манекенов расширилось и теперь включает в себя манекенов мужского пола 95-го процентиля, женского пола 50-го процентиля и десяти, шести и трехлетних детей.

Для использования в краш-тестах современные испытательные манекены должны быть способны записывать несколько переменных величин, таких как скорость удара, раздавливающие усилие, скорость сгибания, складывания и замедления при столкновении.

Модель Hybrid III имеет свои ограничения, однако благодаря своей универсальной конструкции ее детали являются взаимозаменяемыми и могут быть адаптированы к другим применениям. Этот манекен был разработан для измерения лобового удара и не столь полезен при боковых ударах, опрокидывании и ударах сзади. Впрочем, там, где появляются ограничения, появляются и новые, невиданные ранее решения.

Hybrid III проходит калибровку

10-летний манекен Hybrid III в дополнительном кресле после лобового краш-теста.

Этапы эволюции

Среди дальнейших разработок, появившихся после Hybrid III, можно выделить следующие:

• Манекен SID (манекен для испытания на боковой удар), специально разработанный для измерения ударов в области ребер, позвоночника и внутренних органов, а также измерения сжатия грудной полости при боковых столкновениях.

  

  WorldSID — это усовершенствованный ATD с боковым ударом, используемый для режимов испытаний на боковой удар EuroNCAP.

• Манекен BioRID позволяет более точно оценить хлыстовые травмы при ударе сзади. Этот манекен оказался очень полезен при разработке эффективных подголовников для головы и шеи. Способность BioRID принимать более естественное сидячее положение обеспечивается его 24 симуляторами позвонков.

  

• CRABI представляет собой манекен для тестирования детей, используемый для более точного измерения эффективности детских удерживающих систем. Он выпускается в трех возрастных версиях: 18-месячной, 12-месячной и 6-месячной.

  

• THOR – усовершенствованный мужской манекен 50-го процентиля, официальный преемник модели Hybrid III. Он имеет улучшенную структуру позвоночника и таза, чтобы лучше походить на человека, и поставляется с инновационным набором лицевых датчиков, предназначенных для изучения ударов, приходящихся на лицо, во время автокатастрофы.

  

  THOR использует сложные инструменты для оценки лобового удара

• i-Dummies – поколение манекенов, разработанных компанией First Technology Safety Systems в Плимуте, штат Мичиган, США. Манекены были разработаны для использования на новой установке GM для проведения краш-тестов с опрокидыванием и имеют новую голову, верхнюю и нижнюю части шеи, грудь и таз. Буква «i» в названии относится к интегрированной электронике, потому что этот манекен содержит регистратор данных размером с сотовый телефон. Этот регистратор заменяет 22 кг проводов и позволяет манекену двигаться более свободно.
• THUMS (Total HUman Model for Safety) – усовершенствованный манекен для краш-тестов от Toyota Motor Corporation (TMC). Недавно поступила в продажу версия 4.0, этот средний мужской манекен построен на основе предыдущего поколения (которое включало в себя скелетоподобную структуру и мозг) путем добавления подробных моделей внутренних органов. Эта новинка чрезвычайно важна, поскольку прошлые автомобильные аварии показали, что затянутость ремня безопасности в сочетании с подушкой безопасности не мешают внутренним органам человека сохранять инерцию, приводящую к кровоизлияниям. THUMS 4 от Toyota позволяет исследователям и инженерам определить, как и в какой степени повреждены участки туловища и внутренние органы во время столкновения.

  

Toyota Technical Development Corporation, отвечающая за проект THUMS, планирует расширить свой модельный ряд манекенов для краш-тестов и добавить в него более крупного мужчину и маленькую женщину. TMC также планирует продать манекен THUMS 4 с осени 2010 года.

Перспективы манекенов для краш-тестов

THUMS 4 был разработан с помощью научно-исследовательских институтов и университетов. Разработка проводилась с использованием высокоточного компьютерного томографа для проведения детальных измерений внутреннего строения человеческого организма. И так выглядит будущее – совместная работа независимых исследовательских институтов и университетов, использующих передовые компьютерные симуляции для воспроизведения дорожно-транспортных происшествий. Целью этих исследования является улучшение понимания того, как можно повысить безопасность пассажиров.

Другой важной областью, заинтриговавшей исследователей, является имитация беременной женщины за рулем при столкновении. Первый прототип манекена беременной женщины для краш-тестов был изготовлен университетом Лафборо (Loughborough University UK). Они установили над тазом контейнер с жидкостью для имитации матки. Их исследования были сосредоточены на разработке подходящего дизайна ремня безопасности для беременных женщин, так как исследования показали, что большинство беременных женщин отказались от использования ремня безопасности из-за дискомфорта.

Несмотря на то, что важность компьютерных симуляций столкновений, скорее всего, станет основным методов проведения исследований в ближайшие годы, мы считаем, что будущее за комбинацией виртуальных столкновений и использования продвинутых манекенов для тестирования. Хотя программное обеспечение сможет воспроизводить геометрически корректные симуляции и вычислять точные показания о столкновении, для подтверждения результатов все же придется использовать знакомые нам манекены.

Компьютер может воспроизводить бесчисленное множество аварийных ситуаций – под разными углами и с разными объектами на разных скоростях. Но несмотря на это, сталь — это всего лишь сталь, а точки сварки — всего лишь точки сварки, поэтому относительность всех вещей диктует необходимость использования полномасштабных антропоморфных испытательных устройств и реальных испытательных стендов.

Единственное, что нужно сделать – как можно скорее начать внедрять технологические новинки (например, зоны запланированного смятия, интеллектуальные подушки безопасности, неопасные приборные панели и усовершенствованные конструкции сидений). Иногда кажется, что компании уделяли много внимания разработке манекенов для краш-тестов, забыв о том, для чего они их разрабатывали. Спустя 70 лет после изобретения первого манекена для краш-тестов и более 100 лет с тех пор, как люди поняли необходимость повышения безопасности транспортных средств, ролики с провальными краш-тестами все еще собирают сотни тысяч кликов на YouTube.

Источник