衝突試験ダミーの歴史
カスパー・ベンソン/ゲッティイメージズ
最初の衝突試験用ダミーは、1949 年に作成された Sierra Sam でした。この 95 パーセンタイルの成人男性衝突試験用ダミーは、米国空軍との契約に基づいて Sierra Engineering Co. によって開発され、ロケットそりの航空機射出座席の評価に使用されました。テスト。 — ソース FTSS
1997 年に、GM のハイブリッド III 衝突試験用ダミー人形が正式に、政府の正面衝突規制に準拠するための試験の業界標準となりました。 エアバッグ 安全性。 GM は 1977 年にほぼ 20 年前にこの試験装置を開発し、バイオフィデリック測定ツール (人間と非常によく似た動作をする衝突試験ダミー) を提供しました。以前の設計であるハイブリッド II と同様に、GM はこの最先端技術を政府規制当局と共有し、 自動車産業 .このツールの共有は、安全性テストの改善と、世界中の高速道路での負傷者と死亡者数の削減という名目で行われました。ハイブリッド III の 1997 年バージョンは、いくつかの変更を加えた GM の発明です。これは、自動車メーカーの安全への先駆的な旅における新たなマイルストーンを示しています。ハイブリッド III は、高度な拘束システムをテストするための最先端技術です。 GM は、フロント インパクト エアバッグの開発に何年も使用してきました。これは、人身傷害に対する衝突の影響に関連する可能性がある、信頼できる幅広いデータを提供します。
ハイブリッド III は、ドライバーとパッセンジャーが車両に座る方法を代表する姿勢を特徴としています。すべての衝突試験ダミーは、全体の重量、サイズ、プロポーションにおいて、シミュレートした人間の形状に忠実です。彼らの頭は、衝突時に人間の頭のように反応するように設計されています。それは対称的であり、額は、人が衝撃を受けた場合と同じようにたわみます。 衝突 .胸腔には、衝突時の人間の胸の機械的挙動をシミュレートする鋼製の胸郭があります。ゴム製の首は生体に忠実に曲がり、伸び、膝も人間の膝と同じように衝撃に反応するように設計されています。ハイブリッド III 衝突試験用ダミーには、 ビニール 加速度計、ポテンショメータ、ロードセルなどの高度な電子ツールが装備されています。これらのツールは、 加速度 、たわみ、および衝突減速中にさまざまな身体部分が経験する力。
この高度なデバイスは継続的に改善されており、生体力学、医療データと入力、および人間の死体と動物を含むテストの科学的基盤に基づいて構築されています。バイオメカニクスは、人体とその機械的挙動の研究です。大学は、いくつかの非常に制御された衝突試験で生きた人間のボランティアを使用して、初期の生体力学的研究を実施しました。歴史的に、自動車業界は人間によるボランティア試験を使用して拘束システムを評価していました。
ハイブリッド III の開発は、衝突力とその人体への影響の研究を進めるための出発点として機能しました。 GM のハイブリッド I および II でさえ、以前のすべての衝突試験ダミーは、試験データを乗用車およびトラックの傷害軽減設計に変換するための適切な洞察を提供できませんでした。初期の衝突試験用ダミー人形は非常に粗雑で、単純な目的がありました。 エンジニア 研究者は拘束や安全ベルトの有効性を検証します。 GM が 1968 年にハイブリッド I を開発する前は、ダミー メーカーにはデバイスを製造するための一貫した方法がありませんでした。身体部分の基本的な重量とサイズは人類学的研究に基づいていましたが、ダミーはユニットごとに一貫性がありませんでした。擬人化ダミーの科学はまだ始まったばかりであり、その製造品質はさまざまでした。
1960年代とハイブリッドIの開発
1960 年代、GM の研究者は 2 つの原始ダミーの最良の部分を組み合わせてハイブリッド I を作成しました。 1966 年、Alderson Research Laboratories は GM と Ford 向けに VIP-50 シリーズを製造しました。また、国家標準局によっても使用されました。これは、自動車業界向けに特別に製造された最初のダミーでした。 1 年後、シエラ エンジニアリングは、競争力のあるモデルであるシエラ スタンを導入しました。両方の最高の機能を組み合わせて独自のダミーを作成した GM エンジニアはどちらも満足しませんでした。そのためハイブリッド I という名前が付けられました。GM はこのモデルを社内で使用しましたが、自動車技術者協会 (SAE) の特別委員会を通じて競合他社とその設計を共有しました。ハイブリッド I は、以前のモデルよりも耐久性が高く、再現性の高い結果を生み出しました。
これらの初期のダミーの使用は、パイロットの拘束および射出システムを開発および改善するために実施された米国空軍のテストによって引き起こされました。 40 年代後半から 50 年代前半にかけて、軍は衝突試験用ダミー人形と衝突スレッドを使用して、さまざまな用途と怪我に対する人間の耐性をテストしました。以前は人間のボランティアを使用していましたが、安全基準の上昇にはより高速なテストが必要であり、高速化は人間の被験者にとってもはや安全ではありませんでした.パイロット拘束ハーネスをテストするために、1 つの高速そりがロケット エンジンによって推進され、時速 600 マイルまで加速されました。ジョン ポール スタップ大佐は、1956 年に自動車メーカーが参加した最初の年次会議で、空軍のクラッシュ ダミーの研究結果を発表しました。
その後、1962 年に GM Proving Ground が最初の自動車用インパクト スレッド (HY-GE スレッド) を導入しました。実車の衝突加速度波形をシミュレートすることができました。その 4 年後、GM リサーチは、実験室でのテスト中に擬人化されたダミーにかかる衝撃力を測定する際に生じる傷害の危険の程度を決定するための多目的な方法を考案しました。
航空機の安全
皮肉なことに、自動車産業は劇的にペースを上回っています 航空機 長年にわたるこの技術的専門知識のメーカー。自動車メーカーは、1990 年代半ばに航空機産業と協力して、人間の許容範囲と負傷に関連する衝突試験の進歩に遅れないようにしました。 NATO 諸国は自動車衝突研究に特に関心を持っていました。 ヘリコプター クラッシュし、パイロットが高速で排出されます。自動データは、航空機をより安全にするのに役立つかもしれないと考えられていました。
政府規制とハイブリッド II の開発
議会が 1966 年の国家交通および自動車安全法を可決したとき、自動車の設計と製造は規制産業になりました。その後まもなく、政府と一部の製造業者の間で、クラッシュ ダミーのような試験装置の信頼性についての議論が始まりました。
国道安全局は、Alderson の VIP-50 ダミーを検証に使用するよう主張しました。 拘束システム .彼らは、時速 30 マイルで、堅固な壁への正面からのバリア テストを行う必要がありました。反対派は、この衝突試験ダミーでの試験から得られた研究結果は、製造の観点から再現性がなく、工学用語で定義されていないと主張しました.研究者は、テスト ユニットの一貫した性能に頼ることができませんでした。連邦裁判所は、これらの批判に同意しました。 GM は法的な抗議に参加しませんでした。代わりに、GM はハイブリッド I 衝突試験ダミーを改良し、SAE 委員会で発生した問題に対応しました。 GM は、衝突試験ダミーを定義する図面を作成し、制御された実験環境での性能を標準化する較正試験を作成しました。 1972 年、GM は図面とキャリブレーションをダミー メーカーと政府に渡しました。新しい GM ハイブリッド II 衝突試験ダミーは、裁判所、政府、およびメーカーを満足させ、拘束システムに関する米国の自動車規制に準拠する正面衝突試験の標準となりました。GM の哲学は常に、衝突試験ダミーの革新を競合他社と共有し、その過程で利益を得ないことでした。
ハイブリッド III: 人間の行動を模倣する
1972 年、GM がハイブリッド II を業界と共有していたとき、GM リサーチの専門家が画期的な取り組みを開始しました。彼らの使命は、車両衝突時の人体の生体力学をより正確に反映する衝突試験ダミーを開発することでした。これは、ハイブリッド III と呼ばれます。なぜこれが必要だったのですか？ GM はすでに、政府の要件や他の国内メーカーの基準をはるかに超えるテストを実施していました。 GM は当初から、テスト測定と強化された安全設計の特定のニーズに対応するために、すべてのクラッシュ ダミーを開発しました。エンジニアは、GM車の安全性を向上させるために開発した独自の実験で測定できるテスト装置を必要としていました。ハイブリッド III 研究グループの目標は、ハイブリッド II 衝突試験ダミーよりも生体力学的データに近い応答を示す、第 3 世代の人間に似た衝突試験ダミーを開発することでした。コストは問題ではありませんでした。
研究者は、人々が車に座っている方法と、姿勢と目の位置の関係を研究しました。彼らは、ダミーを作るために材料を実験して変更し、胸郭などの内部要素を追加することを検討しました.材料の剛性は、生体力学的データを反映しています。改良されたダミーを一貫して製造するために、正確な数値制御機械が使用されました。
1973 年、GM は、世界をリードする専門家との最初の国際セミナーを開催し、人間の衝撃応答特性について議論しました。この種の以前の集まりはすべて、怪我に焦点を当てていました。しかし今、GM は衝突時の人々の反応を調査したいと考えていました。この洞察に基づいて、GM は人間により近い挙動をする衝突ダミーを開発しました。このツールは、より有意義なラボ データを提供し、実際に損傷を防ぐのに役立つ設計変更を可能にしました。 GM は、メーカーがより安全な自動車やトラックを製造するのを支援するための試験技術の開発におけるリーダーです。 GM はまた、この開発プロセス全体を通じて SAE 委員会と連絡を取り、ダミーおよび自動車メーカーからの情報をまとめました。ハイブリッド III の研究が始まってからわずか 1 年後、GM は政府との契約に応じて、より洗練されたダミーを作成しました。 1973 年、GM は GM 502 を作成しました。これは、研究グループが学んだ初期の情報を借用したものです。これには、いくつかの姿勢の改善、新しい頭部、およびより優れた関節特性が含まれていました。1977 年、GM は、GM が研究開発したすべての新しい設計機能を含む Hybrid III を市販しました。
1983 年、GM は国道交通安全局 (NHTSA) に、政府のコンプライアンスのための代替試験装置としてハイブリッド III を使用する許可を請願しました。 GM はまた、安全性試験中の許容可能なダミー性能の目標を業界に提供しました。これらの目標 (傷害評価基準値) は、ハイブリッド III のデータを安全性の向上に変換する上で重要でした。その後、1990 年に GM は、ハイブリッド III ダミーが政府の要件を満たす唯一の許容可能なテスト デバイスであることを要求しました。 1 年後、国際標準化機構 (ISO) は、Hybrid III の優位性を認める全会一致の決議を可決しました。 Hybrid III は現在、国際的な正面衝突試験の標準となっています。
何年にもわたって、Hybrid III およびその他のダミーは、多くの改善と変更を受けてきました。たとえば、GM は変形可能なインサートを開発しました。これは、GM 開発テストで日常的に使用され、骨盤から腹部へのラップベルトの動きを示します。また、SAE は、自動車会社、部品サプライヤー、ダミー メーカー、および米国政府機関の才能を結集して、テスト ダミーの能力を強化するための協力的な取り組みを行っています。最近の 1966 年の SAE プロジェクトは、NHTSA と連携して、足首と股関節を強化しました。ただし、ダミー メーカーは、標準デバイスの変更または拡張について非常に保守的です。一般に、自動車メーカーは、安全性を向上させるために特定の設計評価の必要性を最初に示さなければなりません。その後、業界の合意があれば、新しい測定機能を追加できます。 SAE は、これらの変更を管理および最小限に抑えるための技術的なクリアリングハウスとして機能します。
これらの擬人化されたテスト デバイスはどのくらい正確ですか?せいぜい、実在の人物はサイズ、体重、またはプロポーションが同じということはありません。ただし、テストには標準が必要であり、現代のダミーは効果的な予測因子であることが証明されています.衝突試験ダミーは、標準の 3 点式安全ベルト システムが非常に効果的な拘束であることを一貫して証明しており、実際の衝突と比較した場合、データは十分に保持されます。安全ベルトは、ドライバーの衝突死を 42% 削減します。エアバッグを追加すると、保護が約 47% に上がります。
エアバッグ対応
70 年代後半のエアバッグ テストでは、別の必要性が生じました。粗製のダミーを使ったテストに基づいて、GM のエンジニアは、子供や小柄な乗員がエアバッグの攻撃性に弱い可能性があることを知っていました。エアバッグは、衝突時に乗員を保護するために非常に高速で膨張する必要があります。 1977 年、GM はチャイルド エアバッグのダミーを開発しました。研究者は、小動物に関する研究から収集されたデータを使用してダミーを調整しました。 Southwest Research Institute は、被験者が安全に維持できる影響を判断するために、このテストを実施しました。その後、GM は SAE を通じてデータと設計を共有しました。
GM は、運転席エアバッグのテスト用に小柄な女性をシミュレートするテスト デバイスも必要としていました。 1987 年に、GM はハイブリッド III 技術を 5 パーセンタイルの女性を表すダミーに移しました。また、1980 年代後半には、アメリカ疾病予防管理センター (CDC) が、受動的拘束のテストを支援するためのハイブリッド III ダミーのファミリーの契約を発行しました。オハイオ州立大学は契約を獲得し、GM の助けを求めました。 GM は、SAE 委員会と協力して、ハイブリッド III ダミー ファミリーの開発に貢献しました。これには、95 パーセンタイルの男性、小さな女性、6 歳の子供のダミー、および新しい 3 歳のダミーが含まれていました。それぞれにハイブリッド III テクノロジーが搭載されています。
1996 年に、GM、クライスラー、およびフォードは、エアバッグの膨張による負傷を懸念し、アメリカ自動車製造業者協会 (AAMA) を通じて、エアバッグ展開中の乗員の位置ずれに対処するよう政府に請願しました。目標は、ISO によって承認されたテスト手順を実装することでした。このテストでは、運転席側のテストには小さな女性のダミーを使用し、助手席側には 6 歳と 3 歳のダミーを使用します。 SAE 委員会は後に、主要な試験装置メーカーの 1 つである First Technology Safety Systems と一連の乳児用ダミー人形を開発しました。チャイルドシートとエアバッグの相互作用をテストするために、生後 6 か月、12 か月、および 18 か月のダミーが利用できるようになりました。 CRABIまたはChild Restraint Air Bag Interactionダミーとして知られ、エアバッグが装備された前部の助手席に配置された後向きの幼児用拘束具のテストを可能にします。小さい、平均的な、および非常に大きいさまざまなダミーのサイズとタイプにより、GM はテストとクラッシュ タイプの広範なマトリックスを実装できます。これらのテストと評価のほとんどは義務付けられていませんが、GM は法律で義務付けられていないテストを定期的に実施しています。 1970 年代の側面衝突研究では、別のバージョンのテスト デバイスが必要でした。 NHTSA は、ミシガン大学の研究開発センターと協力して、特別な側面衝突ダミー (SID) を開発しました。その後、ヨーロッパ人はより洗練された EuroSID を作成しました。その後、GM の研究者は、SAE を通じて BioSID と呼ばれるよりバイオフィデリックなデバイスの開発に大きく貢献しました。これは現在、開発テストで使用されています。
1990 年代、米国の自動車産業は、側面衝突エアバッグをテストするための特別な小さな乗員ダミーの作成に取り組みました。 GM、クライスラー、フォードは、さまざまな業界や政府部門の間で技術を共有するために形成されたコンソーシアムである USCAR を通じて、SID-2 を共同で開発しました。ダミーは小柄な女性や青年を模倣し、側面衝突エアバッグの膨張に対する耐性を測定するのに役立ちます。米国の製造業者は国際社会と協力して、側面衝突性能測定の国際基準で使用される大人のダミーの出発点として、この小型の側面衝突装置を確立しようとしています。彼らは、国際的な安全基準の受け入れを奨励し、方法と試験を調和させるためのコンセンサスを構築しています。自動車業界は、ますます多くの車両が世界市場に販売されるにつれて、規格、試験、方法の調和に力を注いでいます。
自動車安全性試験の未来
未来は何ですか？ GM の数学モデルは貴重なデータを提供しています。数学的テストは、より短い時間でより多くの反復を可能にします。 GM がエアバッグ センサーを機械式から電子式に移行したことで、大きなチャンスが生まれました。現在および将来のエアバッグ システムには、衝突センサーの一部として電子「フライト レコーダー」が搭載されています。コンピュータのメモリは、衝突イベントからフィールド データをキャプチャし、これまで入手できなかった衝突情報を保存します。この実世界のデータを使用して、研究者はラボの結果を検証し、ダミー、コンピューター シミュレーション、およびその他のテストを変更できます。
GMの安全性と生体力学の専門家であるHarold 'Bud' Mertz氏は、「高速道路はテストラボになり、すべてのクラッシュは人々を保護する方法についてさらに学ぶ方法になります. 「最終的には、車のいたるところに衝突用のクラッシュ レコーダーを組み込むことが可能になるかもしれません。」
GM の研究者は、安全性の結果を改善するために、衝突試験のすべての側面を常に改良しています。たとえば、拘束システムが壊滅的な上半身の怪我をますますなくすのに役立つようになるにつれて、安全技術者は身体を不自由にする下肢の外傷に気付き始めています。 GM の研究者は、ダミーのより良い下肢応答を設計し始めています。また、テスト中にエアバッグが首の椎骨に干渉しないように、首に皮膚を追加しました。
いつの日か、画面上のコンピューターの「ダミー」は、心臓、肺、およびその他すべての重要な臓器を備えた仮想人間に取って代わられるかもしれません。しかし、これらの電子シナリオが近い将来に現実のものに置き換わる可能性は低い.クラッシュ ダミーは、GM の研究者やその他の人々に、乗員の衝突保護に関する驚くべき洞察とインテリジェンスを今後何年にもわたって提供し続けるでしょう。
クラウディオ・パオリーニに感謝します