基于MPDB前排乘員調節的Thor與Hybrid-III50%假人姿態差異對比

郭長翔

摘 要：歐洲CNCAP確定2020年更改正面碰撞用假人，把目前廣泛使用的Hybrid III50%假人更改為50%的Thor假人。Thor假人更接近真人的損傷機理，在未來的正面碰撞中，使用Thor假人是一種趨勢。本文基于Euro-NCAP中的移動可變形壁障偏置碰撞試驗（簡稱MPDB）試驗工況條件下，對比了Thor假人與Hybrid-III50%假人的頭部、頸部、骨盆以及膝蓋等部位的坐標，從而對比Thor假人與Hybrid-III50%假人的姿態。通過Thor假人與Hybrid-III50%假人空間位置的對比，為試驗工程師做整車碰撞試驗提供了參考依據。

關鍵詞：移動可變形壁障偏置碰撞試驗（MPDB） Thor假人 Hybrid-III50%假人 假人調節

Comparison of Posture Difference between Thor and Hybrid-III 50% Dummy Based on MPDB Front Passenger Adjustment

Guo Changxiang

Abstract：The European CNCAP decided to change the frontal collision dummy in 2020， changing the currently widely used Hybrid III 50% dummy to the 50% Thor dummy. The Thor dummy is closer to the damage mechanism of the real person. In the future frontal collision， the use of Thor dummy is a trend. This paper compares the head， neck， pelvis and knees of the Thor dummy and Hybrid-III 50% dummy based on the Euro-NCAP mobile deformable barrier offset crash test （MPDB） test conditions in order to compare the postures of Thor dummy and Hybrid-III 50% dummy. The comparison of Thor dummy and Hybrid-III 50% dummy space position provides a reference basis for test engineers to do vehicle crash test.

Key words：Mobile Deformable Barrier Offset Bump Test （MPDB）， Thor dummy， Hybrid-III 50% dummy， dummy adjustment

1 引言

目前，各國的標準法規及新車評價規程中的正面碰撞試驗普遍使用Hybrid-III50%假人來模擬實際乘員受到的傷害情況。但碰撞試驗假人仍在不斷的研發中，1995年研發出Thor假人并不斷更新，并于2018年假人被更新至Thor-50M SBL-B版。新一代Thor假人除了具有與真人一樣的外形外，內部還設計了復雜的脊柱、 肋骨和先進的合成肌肉。最重要的是，其全身布滿了各式傳感器，用于測試各個部位的碰撞響應數據[1]。Thor假人在結構上發生重大變化，能定量地、精確地測試出人體某部位所受沖擊載荷的大小， 從而更能準確表征交通事故中乘員傷害情況，為汽車碰撞試驗研究提供了更科學的依據。Euro-NCAP將于2020年推出的MPDB測試項目中將使用Thor假人替代Hybrid-III50%假人，由此可見Thor假人的使用將逐步成為各國新車評價規程中評價汽車碰撞安全性中重要一員，其應用范圍將逐步擴大。

對比Hybrid-III50%假人，Thor假人在外形、構造、傳感器方面有很多不同，因此在整車碰撞試驗時，由于假人結構差異在調節定位假人時會有所差異。本文通過同樣的測量方式，同樣的樣品條件以及環境條件下，對Thor假人與Hybrid-III50%假人的測量結果以及姿態進行比較分析。

2 假人對比分析

由于汽車行業的不斷發展，汽車碰撞試驗也在不斷地改進，Thor假人在當今的汽車碰撞假人領域處于較高的水平，同時也滿足當前嚴謹的試驗數據的需求，因此在某些試驗中也由Thor假人替代了Hybrid-III50%假人。

2.1 Thor假人與Hybrid-III50%假人簡介

2.1.1 Thor假人

為了提升測試假人的生物仿真度、動態響應性能和測量的可重復性，1985年，美國高速交通安全管理局（NHTSA）就開始支持Thor假人的開發。Thor假人是Hybrid-III50%假人的后繼模型，它比Hybrid-III50%有著更真實的人體結構，也更能反映出實際碰撞中人體受到的傷害。

一具Thor假人擁有140多個數據通道。Thor假人中具備了加速度傳感器、力傳感器、力矩傳感器、位移傳感器，這些傳感器分布在假人全身數十甚至上百個部位，在碰撞發生時，傳感器能在瞬間采集人體受到的合成加速度、重力以及身體運動軌跡等重要信息;Thor假人胸腔傳感器中的每根肋骨，都具備采集碰撞時肋骨所受運動力學數據的能力。Thor假人與Hybrid-III50%假人有很多區別。以胸部為例，首先是胸部肋骨鋼片的半徑從上往下越來越大，不像Hybrid-III50%所有肋骨幾乎都一樣大，其次就是胸部肋骨更像真人一樣是一種由后往前的傾斜狀[2]。2020年起，Thor假人也將逐步替代Hybrid-III50%假人，成為Euro-NCAP等測評規程中重要的試驗設備。

目前，Thor是世界上最先進的假人設備，單價上千萬人民幣，如圖1所示。

2.1.2 Hybrid-III50%假人

在60年代，汽車行業巨頭通用公司也著力研究碰撞測試與試驗設備。結合Sierra Sam假人與VIP假人的優點，通用公司推出了自己的試驗假人，并命名為Hybrid I（混合I代）。1966年，通用公司按部就班地對Hybrid I假人進行了升級，推出了Hybrid II系列假人，并且成功征服政府與汽車制造廠商，Hybrid II成為了那個時代汽車正面碰撞的標準測試設備。1972年，通用公司開始研發一具更擬人、數據采集更精確的假人設備。1977年，Hybrid III碰撞假人橫空出世。

Hybrid-III50%假人在當時具備更好的數據采集系統，并且能模擬人類在碰撞中的真實反應。一具Hybrid-III50%假人有43個數據通道，它包含著加速度傳感器、力傳感器、力矩傳感器、位移傳感器，其分布在頭部、頸部、胸部、腹部、大腿等位置[3]。但Hybrid-III50%假人其價格比Thor假人低的多，所以在試驗時根據試驗需求選擇合適的假人進行試驗，其Hybrid-III50%假人也是目前正面碰撞試驗使用最普遍的。

如今，一具Hybrid-III50%成年男性假人的價格在一百萬人民幣左右，如圖2所示。

接下來，本文將對比分析Thor假人與Hybrid-III50%假人定位時的數據差異以及假人姿態。

2.2 Thor假人與Hybrid-III50%假人的調節

基于Euro-NCAP中MPDB試驗工況：座椅前后位置處于最前與95%假人設計位置的中間位置;座椅高低位置調至最低位置;座椅靠背角位置用HPM裝置調節至鉛垂面向后25°的位置，并測量記錄3DH裝置的H點用于后面假人的調節。

Thor假人與Hybrid-III50%假人在調節時存在一定的差異，因為不同的假人結構不同，導致假人身體部位存在差異性，所以我們在調節Thor假人與Hybrid-III50%假人時要滿足表1[4]的要求。

Thor假人與Hybrid-III50%假人根據表1內的要求調節完畢后，系上安全帶，測量假人頭部CG點、鼻尖點、頸部點、骨盆H點以及膝蓋螺栓點坐標，并記錄坐標數據用以分析。

2.3 Thor假人與Hybrid-III50%假人調節數據對比分析

對于假人調節數據分析，我們利用單一變量法進行試驗、分析數據，控制其他影響試驗的變量只留單一假人變量，對Thor假人與Hybrid-III50%假人進行假人定位與調節，然后進行數據統計與分析。

此次的試驗數據是基于MPDB的試驗工況：座椅前后位置調節到最前與95%假人設計位置的中間位置并確認好座椅滑軌系統已經處于鎖止狀態;座椅高度位置調節至最低位置;座椅靠背角使用HPM 裝置調節至從鉛垂面向后傾斜25°角的位置;方向盤調節至行程幾何中心的位置;頭枕高度調節至行程的中間位置;安全帶固定點位置調節至中間位置。

首先，試驗為同一型號規格的座椅，試驗環境均為19℃-22℃環境下，通過HPM設備測得的H點，使Thor假人與Hybrid-III50%假人的H點保持一致，然后同一個人，同一套三坐標測量設備根據表1內的調節要求定位假人，使之滿足要求，最后測量假人各部位的三維坐標數據，進行分析比較，數據見表2。

拆下假人，讓座椅靜置2個小時，重新把假人依次放置到座椅上，再次調節假人并測量假人數據如下表3。

最后將假人拆下，使用另一型號規格的座椅再次進行調節測量，座椅位置保持一致。

依次把Thor假人與Hybrid-III50%假人放置到座椅上，再次調節假人并測量假人數據見表4，同樣操作方法測得另一組數據見表5。為減小試驗數據的誤差與不確定度，再次進行分析。

通過上面四組假人定位調節數據可以分析得出：當H點保持一致時，Thor假人相對于Hybrid-III50%假人的頭部CG點位置更高更靠近汽車尾部;鼻尖點和頸部點也更高更靠近汽車尾部;而膝蓋螺栓點分析得出Thor假人相對于Hybrid-III50%假人位置更高更靠近汽車前部。由此得出Thor假人比Hybrid-III50%假人在試驗中頭部離車頂更近，膝部更靠近車前部內飾板。

3 結語

本文主要針對Thor假人與Hybrid-III50%假人在定位時假人各部位的數據以及姿態上的差異進行了分析。通過數據分析得出，Thor假人相對于Hybrid-III50%假人頭部位置更高、更靠近汽車尾部;假人大腿位置更高、更靠近汽車前部，因此Thor假人更靠近車輛前部內飾。

通過假人的數據分析，整車碰撞試驗工況的不斷改進，更加逼真的模擬出了現實生活中的事故案例，對于車輛自身結構、乘員的生存空間將顯得尤為重要，因此對汽車行業的發展也起到了一定的監督與促進作用[5]。

參考文獻：

[1]楊帥，程豹，候延軍.基于MPDB工況的碰撞相容性研究.《汽車實用技術》，2019.

[2]王占強.EURO NCAP 最新MPDB試驗及THOR假人介紹.《世界汽車》，2020，04.

[3]曹立波，余志剛，白中浩，吳俊.中國假人模型與Hybrid III假人模型碰撞響應的差異.《中國機械工程第20卷第3期》.

[4]MPDB FRONTAL IMPACT TESTING PROTOCOL. Implementation 1st January 2020. Version 1.1.1October 2019.

[5]顏海棋，鐘利偉，喻俊成，姜偉.2020版E-NCAP MPDB碰撞研究.《汽車實用技術》，2019.