碰撞测试假人系列介绍之百分位正面碰撞假人

提到“假人”二字，多数人可能以为说的是衣店橱窗里面的“人形”衣架，又或者是某种让人产生瞎想的高档玩具。但这些都不是本文的重点，因为和今天将要介绍的主角相比，前面两个无论是在拟人程度还是售价上都差的太远。本文介绍的主角就是“汽车碰撞测试假人”——乘员的“备胎”、汽车碰撞安全的“评委”、汽车工业智慧的“结晶”。

假人既然是作为乘员的“备胎”，用来塞进车里面代替人类挨撞的，所以首先得有个“人样”。目前汽车行业普遍使用的“混III”系列假人，就已经很像人了，该有的关节也都有，该有的姿势也都能摆出来，该硬的地方和该软的地方也都是照着真人来的。下面，就从解剖学的角度以“混III 50百分位假人”为例，从头部开始分析一下假人的结构，或许能打消你准备买一个回家玩的念头。

假人头部是由铝制的头骨包裹上橡胶制的头皮，以及安装在其内部的三向加速度计构成。头骨分成可拆卸的前、后两个部分，靠四个螺钉固定在一起。整个头部通过一个铰链和颈部相连，这个铰链控制着假人“点头”的动作。颈部是由五块铝片和四块橡胶叠加而成，模拟人体的颈椎关节。

颈部往下，当然就到了最复杂也是最重要的胸腔部分了。其他部分都直接与胸部相连，整个胸部结构被橡胶和泡沫制成的外套包裹，拉开背后的拉链将外套脱下可以看见胸部复杂的结构。颈部和胸部之间通过一个扇形块连接，扇形块可以调节颈部和胸部之间的初始相对角度，扇形块边缘的齿沟起到定位的作用。假人的上肢和胸腔之间通过锁骨结构相连，可以实现多个自由度的旋转运动。

胸腔主要结构包括6组肋骨和胸椎。肋骨通过螺栓安装在胸椎上。所有肋骨都是一个不封闭的近似椭圆结构，外侧的主体承载件是约两毫米厚的钢片结构，在钢片内侧粘有最厚处约10毫米的阻尼材料。肋骨的前部连接在一块平板结构上，这个结构相当于人的胸骨。将所有肋骨从胸骨拆下，能看见一根金属杆连载胸椎和平板之间。这个平板的一头连接在胸椎的转轴上，另一头为球头，可以在平板上的滑轨中滑动，这就是假人的胸部位移传感器，能够测量在碰撞中胸部的压缩变形量。胸椎上可安装三向加速度计，测量试验过程中胸椎的加速度。

胸腔之下就是腰椎和假人的骨盆部分。腰椎上下两端有金属块，分别连接假人的胸腔以及骨盆，金属块之间是一段被掰弯的橡胶圆柱，中间有两个通孔用于穿钢丝绳。钢丝绳可以防止腰椎橡胶受到较大载荷时发生断裂。骨盆由三个部分构成，金属铸件模拟人体的盆骨；泡沫材料模拟肌肉组织；外层橡胶类材料模拟皮肤，并将金属部分和泡沫部分隔开。在金属盆骨的后部有一个空的腔室，用于安装加速度计。

假人的腿部结构相对来说就简单的多，基本上是金属的圆管模拟腿骨，外层包裹上泡沫、橡胶材料模拟肌肉和皮肤。腿骨上可安装力传感器以及加速度计，在整车碰撞测试中，腿部受到的载荷也是一个重要的评价指标。

手臂比腿部更加简单，都不需要安装传感器，其作用主要是保证假人的完整性以及质量分布的准确性。

如果你能坚持看到这里，应该大致了解碰撞测试假人是怎样的一种“生物”了。通过对假人各个部分的分解可以看出，其结构和材料与真实人体相距甚远，要做到更加接近真实人体而又能够重复使用，还有很长的路要走。其作为一款工业产品是可以满足现阶段的使用需求的，但是除此之外，其他可能的用途估计也就是作为“人形沙袋”供拳击手提高训练成绩用，因为你可以从输出信号中看出每一次出手的力度，而且长得跟人很像。注意，以上提议仅适用于“土豪”，估计没有哪个普通人会花几十万买个这。

关于混III 50百分位假人的更详细介绍，以及拆解的视频，请关注清华大学“学堂在线”课程《汽车碰撞安全基础》。在汽车碰撞试验中常用的其他假人的介绍，例如混III假人的后继者THOR假人、用于尾撞试验的BioRID-II假人，还有“假人的假人”——假人有限元模型，请关注本公众号后续的假人系列文章。

参考文献

1,Hybrid III 50th Male Dummy 78051-218XUser Manual

文 | 赵佳庆 清华大学苏州汽车研究院（相城）轻量化所，主要工作为汽车碰撞假人有限元模型开发及乘员约束系统集成