碰撞測試假人系列介紹之——混III 50百分位正面碰撞假人
在上期《混III碰撞假人小歷史》中已經對混III假人的發展歷史進行了一些介紹。這期文章給大家展示一下這個碰撞假人的主力——混III 50百分位假人的主要構造。汽車的碰撞安全性設計中，碰撞假人作為乘員的替代，是碰撞保護評價的一個重要裝置。假人的一生，都是在忍受各種折磨和摧殘中度過的。在還未出廠拿出來賣的時候，就已經承受了各種捶打和撞擊，質量合格的，之后會被賣到某個碰撞實驗室，在里面再被折騰上好多年，直到報廢或者被法規淘汰。到底是什么造成了假人這如此“悲催”的“人”生，看完下面的內容應該就能懂一些了。
提到“假人”二字，多數人可能以為說的是衣店櫥窗里面的“人形”衣架，又或者是某種讓人產生瞎想的高檔玩具。但這些都不是本文的重點，因為和今天將要介紹的主角相比，前面兩個無論是在擬人程度還是售價上都差的太遠。本文介紹的主角就是“汽車碰撞測試假人”——乘員的“備胎”、汽車碰撞安全的“評委”、汽車工業智慧的“結晶”。
假人既然是作為乘員的“備胎”，用來塞進車里面代替人類挨撞的，所以首先得有個“人樣”。目前汽車行業普遍使用的“混III”系列假人，就已經很像人了，該有的關節也都有，該有的姿勢也都能擺出來，該硬的地方和該軟的地方也都是照著真人來的。下面，就從解剖學的角度以“混III 50百分位假人”為例，從頭部開始分析一下假人的結構，或許能打消你準備買一個回家玩的念頭。
假人頭部是由鋁制的頭骨包裹上橡膠制的頭皮，以及安裝在其內部的三向加速度計構成。頭骨分成可拆卸的前、后兩個部分，靠四個螺釘固定在一起。整個頭部通過一個鉸鏈和頸部相連，這個鉸鏈控制著假人“點頭”的動作。頸部是由五塊鋁片和四塊橡膠疊加而成，模擬人體的頸椎關節。
頸部往下，當然就到了最復雜也是最重要的胸腔部分了。其他部分都直接與胸部相連，整個胸部結構被橡膠和泡沫制成的外套包裹，拉開背后的拉鏈將外套脫下可以看見胸部復雜的結構。頸部和胸部之間通過一個扇形塊連接，扇形塊可以調節頸部和胸部之間的初始相對角度，扇形塊邊緣的齒溝起到定位的作用。假人的上肢和胸腔之間通過鎖骨結構相連，可以實現多個自由度的旋轉運動。
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胸腔主要結構包括6組肋骨和胸椎。肋骨通過螺栓安裝在胸椎上。所有肋骨都是一個不封閉的近似橢圓結構，外側的主體承載件是約兩毫米厚的鋼片結構，在鋼片內側粘有最厚處約10毫米的阻尼材料。肋骨的前部連接在一塊平板結構上，這個結構相當于人的胸骨。將所有肋骨從胸骨拆下，能看見一根金屬桿連載胸椎和平板之間。這個平板的一頭連接在胸椎的轉軸上，另一頭為球頭，可以在平板上的滑軌中滑動，這就是假人的胸部位移傳感器，能夠測量在碰撞中胸部的壓縮變形量。胸椎上可安裝三向加速度計，測量試驗過程中胸椎的加速度。
胸腔之下就是腰椎和假人的骨盆部分。腰椎上下兩端有金屬塊，分別連接假人的胸腔以及骨盆，金屬塊之間是一段被掰彎的橡膠圓柱，中間有兩個通孔用于穿鋼絲繩。鋼絲繩可以防止腰椎橡膠受到較大載荷時發生斷裂。骨盆由三個部分構成，金屬鑄件模擬人體的盆骨；泡沫材料模擬肌肉組織；外層橡膠類材料模擬皮膚，并將金屬部分和泡沫部分隔開。在金屬盆骨的后部有一個空的腔室，用于安裝加速度計。
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假人的腿部結構相對來說就簡單的多，基本上是金屬的圓管模擬腿骨，外層包裹上泡沫、橡膠材料模擬肌肉和皮膚。腿骨上可安裝力傳感器以及加速度計，在整車碰撞測試中，腿部受到的載荷也是一個重要的評價指標。
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手臂比腿部更加簡單，都不需要安裝傳感器，其作用主要是保證假人的完整性以及質量分布的準確性。
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如果你能堅持看到這里，應該大致了解碰撞測試假人是怎樣的一種“生物”了。通過對假人各個部分的分解可以看出，其結構和材料與真實人體相距甚遠，要做到更加接近真實人體而又能夠重復使用，還有很長的路要走。其作為一款工業產品是可以滿足現階段的使用需求的，但是除此之外，其他可能的用途估計也就是作為“人形沙袋”供拳擊手提高訓練成績用，因為你可以從輸出信號中看出每一次出手的力度，而且長得跟人很像。注意，以上提議僅適用于“土豪”，估計沒有哪個普通人會花幾十萬買個這。
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關于混III 50百分位假人的更詳細介紹，以及拆解的視頻，請關注清華大學“學堂在線”課程《汽車碰撞安全基礎》。在汽車碰撞試驗中常用的其他假人的介紹，例如混III假人的后繼者THOR假人、用于尾撞試驗的BioRID-II假人，還有“假人的假人”——假人有限元模型，請關注本公眾號后續的假人系列文章。
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參考文獻
1. Hybrid III 50th Male Dummy 78051-218XUser Manual
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文? | ?趙佳慶 ?清華大學蘇州汽車研究院（相城）輕量化所，主要工作為汽車碰撞假人有限元模型開發及乘員約束系統集成
“識別圖中二維碼”可一鍵關注
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