Манекены для краш-тестов: как устроены, из чего сделаны, для чего служат, когда впервые появились
20 актуальных фактов об искусственных людях, которые спасают реальные человеческие жизни
Вопросы безопасности автомобиля, степень его защищенности от столкновения, рейтинг той или иной марки при прохождении краш-тестов – одни из приоритетных при выборе конкретной модели.
Факт остается фактом, что нынешние автомобили намного безопаснее, чем они были пятьдесят лет назад. И в будущем вождение будет все более безопасным.
Применение манекенов для краш-тестов – неотъемлемая часть повышения эффективности автомобильных испытаний и, следовательно, повышения безопасности транспортных средств в целом.
Как развивалось и совершенствовалось это направление? Вот основные факты.
До 1950-х годов в испытаниях использовались человеческие трупы
Действительно, поначалу так и было. Возможно, это было не очень приятно, но именно так был заложен научный и практический фундамент в отношении техники краш-тестов.
Также в этих целях использовали свиней
Некоторые автопроизводители использовали такую практику. Обычно хрюшку сажали на переднее сиденье. Она могла сидеть вертикально, и во многом ее анатомия была близка человеческой.
Экологи выступали против бесчеловечного использования живых животных для краш-тестов
Только в 1980-х годах в таких испытаниях погибло 19 000 животных, включая свиней, кроликов и собак. После вмешательства экологических организаций подобное было запрещено.
Скелеты манекенов для краш-тестов делают из алюминия и стали
Современные краш-манекены – это высокотехнологичные изделия, максимально точно имитирующие человеческое тело. Их скелеты действительно выполнены из алюминия и стали, чтобы понять, как среагирует настоящий скелет в момент аварии.
Их ребра сделаны из синтетического пластика
Чтобы выяснить, как столкновения влияют на организм пожилых людей, дизайнеры разработали специальные манекены с использованием мягкого пластика. Причина: с возрастом кости грудной клетки становятся более хрупкими.
Кожа манекенов сделана из винила
Разработчики стараются сделать манекены максимально похожими на реальных людей. Это позволит добиться предельной точности во время испытаний. Винил, имитирующий кожу человека, натягивают на алюминиево-стальной остов-скелет.
Также они имеют реалистичные суставы, реагирующие на столкновение, как настоящие пассажиры
Правильное и точное функционирование суставов скелета краш-манекена – один из важнейших аспектов. В момент катастрофы человеческое тело подвергается сильнейшим нагрузкам и напряжению, поэтому автопроизводители должны иметь полную картину.
Первого манекена для краш-тестов звали Сьерра Сэм
Его создали в 1949 году для нужд ВВС США.
Изначально его сделали для испытаний не автомобиля, а реактивной дрезины
Фактически Сьерра Сэм стал прототипом всех будущих краш-манекенов. Он предназначался для того, чтобы превзойти рекорд скорости на реактивной дрезине, установленный полковником Джоном Стэппом: 1017 км/ч.
Процесс тестирования безопасности автомобиля – весьма дорогое предприятие. Учитывая важность и сложность задачи, такие манекены сами по себе недешевы, а лучшие модели стоят более 200 000 долларов каждый.
Люди в мире стали толще, а вслед за ними и манекены
Автопроизводители должны адаптироваться к изменениям, происходящим с пассажирами. Известно, что население в США становится все более тучным. Поэтому были построены новые, более грузные манекены.
В некоторых тестах используют живых добровольцев
В 1970-х гг. в Германии привлекали добровольцев, чтобы проверить безопасность транспортных средств и проанализировать поведение людей во время автокатастрофы.
После каждого испытания манекенам требуется основательный ремонт
В силу дороговизны краш-манекенов автопроизводители стараются использовать их в своих испытаниях более одного раза. Хотя после каждой попытки им нужна помощь.
Использование манекенов снизило риск смертельного исхода в ДТП в 15 раз
Это так. Люди должны быть безмерно благодарны своим бессловесным искусственным копиям, которые сделаны, чтобы спасать человеческие жизни во время ДТП.
Существуют манекены-дети
На рынке представлены манекены для всех возрастных групп обоего пола: от младенца до пенсионера. Дело в том, что тела разного размера по-разному реагируют на столкновение.
Манекены оборудованы многочисленными датчиками для передачи информации во время ДТП
Сегодняшние краш-манекены – это высокотехнологичные устройства, напичканные всевозможными механизмами для передачи информации. Такая технология повышает безопасность дорожного движения от проектирования до производства.
Скорость передачи данных 10 000 бит в секунду
Последние достижения в области вычислительной техники позволяют создавать суперманекены, способные передавать огромный массив информации с указанной скоростью.
В будущем манекенов заменят виртуальные люди
Вполне вероятно, что в ближайшие несколько лет автопроизводители будут полагаться не только на данные реальных краш-манекенов, но и на информацию от виртуальных людей, которые принимают участие в виртуальном ДТП
Виртуальные люди будут иметь виртуальный организм и скелет
Эти виртуальные манекены для краш-тестов будущего имеют ряд преимуществ перед традиционными моделями. Во время столкновения компьютерное моделирование поможет определить степень повреждения виртуальных органов, а также суставов и костей. И без дополнительного и дорогостоящего ремонта.
Юридическая сторона дела
Современное законодательство требует от автопроизводителей обязательного использования краш-манекенов перед выходом каждой новой модели.
История краш-тестов машин: от мертвецов до манекенов…
Ирландская женщина-ученый Мэри Уорд погибла под колесами экспериментального парового автомобиля, построенного ее двоюродными братьями, 31 августа 1869 года. Считается, что это первая в истории жертва ДТП. Сегодня тысячи человек ежедневно гибнут в авариях. И пока машины с автопилотами полностью не вытеснят привычные нам автомобили, люди будут продолжать расставаться с жизнью на дорогах. Поэтому одной из главных задач автопроизводителей сейчас является повышение безопасности машин. Каждая модель, попавшая на рынок, проходит краш-тесты, которые показывают, как тот или иной автомобиль ведет себя в различных ДТП. Но такие испытания пришли в автомобильный мир относительно недавно. Сегодня мы поговорим о том, как именно развивались краш-тесты.
На заре автомобилестроения люди практически не задумывались над безопасностью машин. Человечество было ослеплено «чудом» самоходного транспортного средства, и те пару человек, которые погибли за первые десятки лет после создания паровой машины, никакой роли не играли. Их гибель считали скорее производственной травмой, т. к. погибшие, как правило, были инженерами, работавшими над автомобилями. Но когда в 1890-х годах машины пошли в широкое серийное производство, количество жертв на дорогах стало расти. В 1899 году в Нью-Йорке зафиксирован первый случай гибели пешехода под колесами автомобиля. К 1930-му смертность в мире дошла до отметки 15,6 человека на 100 миллионов миль (общий пробег всех выпущенных на тот момент машин).
Именно в 1930-х годах автопроизводители всерьез задумались над увеличением безопасности своей продукции. До этого большинство машин имели металлическую переднюю панель, жесткую рулевую колонку, которая никак не складывалась при ДТП, выступающие острые ручки, жесткие клавиши на консоли, огромные рычаги и опасные для ног педали. Для того чтобы исследовать поведение человеческого тела во время аварии, компания General Motors провела в 1934 году первый в истории краш-тест с искусственным перекрытием. До этого автопроизводители разбивали машины (без манекенов) скорее для того, чтобы посмотреть на качество сборки, и такие тесты не были зафиксированы. Машины разбивали об стены, друг о друга, врезали их в грузовики и любые другие препятствия.
До 1934 года считалось, что чем прочнее автомобиль — тем он безопаснее для водителя и пассажиров. Но после первых краш-тестов с манекенами инженеры GM пришли к выводу, что машина не должна иметь жесткую конструкцию, т. к. немнущийся прочный кузов передает ударную силу в салон. Специалисты, исследовавшие краш-тесты, заявили: автомобиль обязательно должен иметь сминающиеся зоны! Кроме того, был сделан вывод, что руль и педали машины должны быть разработаны таким образом, чтобы не травмировать водителя при лобовом столкновении.
В 1930-х годах биомеханика еще находилась на зачаточном уровне, поэтому используемые в первых краш-тестах пластиковые манекены быстро были признаны неэффективными для сбора данных. После долгих дискуссий и споров, в Детройте пришли к выводу, что на сиденья разбиваемых в краш-тестах машин необходимо усаживать… человеческие трупы! Это была новая глава в исследовании безопасности автомобилей. На водительском и пассажирском креслах моделей GM размещали трупы белых пожилых людей, умерших ненасильственной смертью. Мертвые тела отлично подходили для краш-тестов. Их было легко изучать, фиксируя рваные травмы, переломы костей и т. д. Размеры и вес тел были максимально приближены к живым людям. Считается, что один труп, принявший участие в краш-тесте, спасал около 8,5 тысячи людей ежегодно. В 1930—40-х годах американские производители разрабатывали автомобили, опираясь на результаты обследования трупов. И это было эффективно.
После 1950 года количество выпускаемых моделей значительно возросло. Автомобильные компании начали задумываться о том, что человеческие трупы — не лучший вариант для краш-тестов. И дело даже не в эстетических или моральных аспектах. Как уже говорилось выше, производители использовали трупы взрослых белых людей, умерших ненасильственной смертью. В 90% случаев это были старики. Такие испытания не показывали, как ведут себя во время ДТП пассажиры-дети либо люди иных комплекций. К тому же человеческие тела были «одноразовыми» — трупы нельзя было использовать для двух различных краш-тестов.
Ближе к 1960-м годам производители начали использовать в качестве манекенов свиней, которым давали наркоз. Внутренняя структура этих животных максимально похожа на нашу. К тому же свинью было просто разместить в сидячем положении. Применение животных значительно ускорило развитие пассивных систем безопасности. Именно свиньи принесли в наши машины складывающиеся рулевые колонки, травмобезопасную переднюю панель, внутреннее зеркало заднего вида, не травмирующее голову во время ДТП, и другие элементы.
Использование человеческих трупов в краш-тестах вызывало недовольство многих религиозных организаций, но после того как за рулем разместили свинью, противников подобных испытаний стало еще больше. Главным критиком стало общество по защите животных ASPCA. И несмотря на то что структура свиней похожа на человеческую, такие краш-тесты все равно не давали точных данных о безопасности машин. В 1970-х годах сразу несколько американских компаний начали активно разрабатывать новое поколение человеческих манекенов, которые максимально точно дублировали анатомические особенности людей.
Первое поколение манекенов (их называли Hybrid) было абсолютно не приспособлено для исследования результатов краш-тестов. В 1972 году в США был представлен манекен Hybrid II, который обладал позвоночником, коленными суставами и приближенными к человеку плечами. Новое поколение манекенов впервые было одобрено Федеральным институтом безопасности механических транспортных средств США. До 1970-х годов никаких регламентных норм проведения краш-тестов не было. Производители усаживали в свои машины трупы людей или свиней и разбивали их как угодно. Кроме того, сотрудники компаний выезжали на места реальных ДТП, в которых погибли люди, и изучали трупы вместе с полицией и медиками. Но в 1973 году Национальная ассоциация безопасности дорожного движения США (NHTSA) ввела свои правила проведения краш-тестов. Тогда производители и начали переходить от свиней к манекену Hybrid II. Но это не значит, что компании перестали использовать животных. Последняя свинья за рулем машины Chevrolet сидела в 1993 году! А некоторые американские производители использовали животных вплоть до 1996-го.
До 1976 года компании исследовали исключительно травмы взрослых людей. Все изменилось после того, как в США продемонстрировали манекен Hybrid III. Даже не манекен, а целое семейство манекенов. После этого в краш-тестах разбивались макеты людей трех типов: ростом 175 см и весом 77 кг, ростом 188 см и весом 100 кг, а также ростом 152 см и весом 50 кг. Позже добавились 21-килограммовый манекен в «возрасте» 7 лет и 15-килограммовый, имитирующий 3-летнего ребенка. В конце 1990-х появились манекены животных, а также правила краш-тестов детских кресел. Манекены были весьма дорогими. Стоимость «взрослых» со всеми датчиками чаще всего превышает 100 тысяч долларов (есть экземпляры и по 400 тысяч). Правда, после испытания можно было не покупать новый манекен, а заменять поврежденные части.
Как видите, краш-тесты получили свое развитие в США (американцы опередили в этом направлении другие страны на 20 лет). Первой европейской компанией, которая активно начала проверять безопасность своих машин, стала Volvo. Еще в 1950-х годах шведский производитель в результате серии краш-тестов перешел к использованию эффективных 3-точечных ремней безопасности. В Японии первые краш-тесты зарегистрированы в 1960-х (их проводила молодая компания Subaru). Кстати, именно японцы впервые задумались над манекеном-пешеходом.
Последние годы в мире стали чаще проводить краш-тесты мотоциклов. Они отличаются от автомобильных. После имитации столкновения исследуются в основном шлем и руль «двухколесника». Сейчас производители мототехники активно работают над улучшением подушек безопасности для мотоциклов. Это будет новая веха в истории краш-тестов 2-колесных транспортных средств.
Однажды люди перестанут сидеть за рулем машины, и автомобили будут самостоятельно передвигаться по дорогам. Ученые считают, что автопилот сделает езду на машине максимально безопасной. Но мы с вами точно не доживем до того дня, когда автономные системы полностью заменят человека за рулем. Поэтому нам стоит надеяться, что в ближайшие десятилетия автомобили станут еще более безопасными. Последние 10—15 лет производители стали больше работать не над тем, чтобы машина хорошо вела себя во время аварии, а над тем, чтобы была возможность избежать ДТП. Сегодня все автомобили, продающиеся в Европе, должны иметь системы ABS и ESP в базовом оснащении. Также обязательно наличие двух подушек безопасности, травмобезопасной рулевой колонки и др. В будущем появятся новые требования к активным и пассивным системам безопасности. Но спасение утопающих — дело рук самих утопающих, поэтому главная система безопасности находится в голове у водителя.
Самые дорогие манекеты в мире — на страже человеческой жизни
Манекены для участвуют на всех этапах разработки элементов безопасности автомобиля. Манекен заменяет человека в автомобиле, и благодаря манекенам эксперты Volvo Cars по системам безопасности могут определить воздействие сил удара на организм человека.
«Разработка манекенов для — это очень сложная работа. Главная цель — создать манекен максимально соответствующий реальному человеку. В тоже время манекен должен быть прочным. Наиболее удачным был манекен, разработанный шведскими инженерами в годах для проведения испытаний наезда сзади. Этот манекен, спина которого до мельчайших элементов соответствует позвоночнику человека, используется теперь во всем мире для оценки плетевых травм», — рассказала Лотта Йакобсон (Lotta Jakobsson), специалист по биомеханике и технике Центра по безопасности Volvo Cars.
В Volvo Cars семья манекенов для включает около 19 членов: восемь взрослых и 11 детей. Самый маленький манекен весит всего 3 килограмма.
Манекены отличаются разным весом и ростом, они используются для различных целей. Всего же в участвуют более 100 манекенов. Такое большое количество манекенов необходимо для проведения различных сценариев столкновений, в которых должны принять участие взрослые и дети разных возрастов и телосложения.
Передовые средства измерений
В целях разработки мировых стандартов для манекенов сегодня исследователи работают над созданием стандартизированных манекенов для испытаний боковых ударов. Эта работа ведется уже более десяти лет, и она позволила оценить высокое значение манекена для точности измерения сил удара.
Необходимость тщательной проверки и подготовки манекенов
Благодаря тому, что манекены могут быть восстановлены и все вышедшие из строя части могут быть заменены, манекены представляют собой практически неразрушимые механизмы. Среди манекенов Центра по безопасности Volvo Cars есть настоящие ветераны, которые используются более 30 лет. Эти манекены прошли сотни серьезных испытаний. Это еще раз подтверждает их прочность.
Каждое испытание тщательно готовится: за несколько дней до манекены проходят всестороннюю проверку и настройку в специальном цехе.
В каждом манекене предусмотрено около 100 точек для замера параметров, которые используются для оценки воздействия сил удара на голову, шею, спину, грудную клетку, бедра и ноги манекена в процессе столкновения.
Инженеры проводят всесторонние исследования благодаря манекенам
Проводя биомеханические исследования, инженеры могут определить, какие физические нагрузки могут выдержать разные части тела человека, прежде чем могут быть получены серьезные телесные повреждения.
Сегодня исследователи все больше полагаются на виртуальные с использованием манекенов. Виртуальные манекены облегчают выбор веса и роста человека, позволяя проводить испытания с учетом различных параметров людей.
Однако, несмотря на это традиционные закаленные в боях манекены для будут еще долго использоваться наряду со своими виртуальными коллегами, существующими лишь в мире компьютеров.
19 удивительных фактов о манекенах для краш-тестов
Для большинства покупателей при выборе автомобиля основными факторами являются его безопасность для водителя и пассажиров, уровень защиты от столкновения, а также показатели проведенных краш-тестов.
Автомобильные концерны непрерывно работают над совершенствованием систем безопасности, поэтому современные легковые машины безопаснее своих предшественников, выпускавшихся полувеком ранее.
Использование компаниями манекенов при проведении краш-тестов делает испытания автомобилей более эффективными, способствуя тем самым увеличению безопасности автотранспорта и дорожного движения.
С момента появления манекены прошли долгий путь развития и совершенствования. Рассмотрим малоизвестные факты из этой сферы.
До 50-х гг. вместо манекенов использовали трупы людей
Невероятно, но это правда. Несмотря на моральную неоднозначность такого решения, оно поспособствовало прогрессу в сфере автомобильных испытаний, заложило научные основы и помогло наработать практический опыт.
Человеческие тела могли заменять живыми свиньями
Производители автомобилей нередко практиковали подобную замену, поскольку анатомически свиньи похожи на людей и способны принимать вертикальное положение. Как правило, свинью усаживали на кресло в переднем ряду. К примеру, в 80-е гг. в результате подобных тестов умерло около 19 тыс. животных, однако активная борьба экозащитников вынудила концерны отказаться от жестокой практики.
Манекены имеют алюминиево-стальной скелет
Современные манекены представляют собой технически сложные изделия, и с анатомической точки зрения являются правдоподобной имитацией людей. Алюминиево-стальной скелет по своим свойствам максимально схож с человеческим, что позволяет предельно точно смоделировать последствия автокатастроф.
У них пластиковые рёбра и виниловая кожа
Чтобы узнать, какие изменения происходят в телах пожилых автолюбителей при ДТП, были созданы особые манекены с рёбрами, изготовленными из мягкой пластмассы. Такое решение объясняется повышением хрупкости костей грудной клетки по мере старения.
Чем сильнее сходство краш-манекенов с человеческим телом, тем выше достоверность результатов, получаемых в ходе автомобильных тестов. Поэтому изготовленный из стали и алюминия скелетный каркас обтягивают винилом, по своим качествам очень похожим на кожу.
Реалистичные суставы ведут себя при ДТП аналогично настоящим
Во время аварии люди испытывают огромные нагрузки и перенапряжение. Вот почему правильность и точность функционирования скелетных суставов манекена является ключевым фактором, от которого зависит точность картины, получаемой в ходе испытаний.
Первому манекену дали имя Сьерра Сэм
Его разработали в 1949 г. для нужд американских военно-воздушных сил.
Первоначальной целью его создания было тестирование реактивной дрезины
Де-факто Сьерра Сэм послужил прообразом своих «потомков», создававшихся для автомобильных краш-тестов. Его главным предназначением было преодоление скоростного рекорда, достигнутого Джоном Полом Стэппом и составившего 1017 км/час.
Стоимость одного манекена превышает 200 тыс.долл.
Автомобильные испытания являются крайне дорогостоящим мероприятием. Принимая во внимание значимость и техническую сложность этого процесса, производство качественных манекенов требует серьезных капиталовложений, что и обуславливает высокую стоимость.
Человечество толстеет, и манекенам приходится «быть в тренде»
Автоконцерны вынуждены приспосабливаться к любым переменам, касающимся параметров пассажирских тел. Не секрет, что среди американцев становится всё больше людей с лишним весом и ожирением, поэтому были разработаны модели «упитанных» манекенов.
Иногда в испытаниях участвуют добровольцы
В 70-е годы в ФРГ специально приглашали волонтеров для проверки безопасности автомашин и анализа поведения пассажиров в ходе столкновений.
Манекенов ремонтируют после краш-тестов
Манекены стоят недешево, поэтому не подходят для одноразового применения. По этой причине их подлатывают после каждого испытания.
Благодаря манекенам количество смертей в автокатастрофах сократилось в 15 раз
Согласно статистике ГИБДД искусственные люди успешно спасают жизни настоящим, поэтому автомобилисты стали на порядок чаще выживать в катастрофах.
Существуют детские модели манекенов
Производители выпускают манекены любого размера, причем как мужские, так и женские. Это позволяет узнать, что происходит с пассажирами разного возраста при ДТП.
Наличие специальных сенсоров позволяет отслеживать состояние манекенов в режиме реального времени
Современные манекены оснащаются различными сенсорами и детекторами, оперативно передающими информацию и помогающими осуществлять мониторинг. Их использование облегчает труд проектировщиков, позволяя производителям выпускать безопасные автомобили.
Вскоре манекены могут уйти в прошлое
Не исключено, что в ближайшие годы вместо них при проведении испытаний начнут использовать виртуальных людей.
Виртуальные люди в точности повторяют настоящих
Строение их внутренних органов, суставов и скелета такое же, как у людей, что делает их использование более предпочтительным вариантом. В ходе моделирования ДТП программный алгоритм сможет установить ущерб, нанесенный телам виртуальных пассажиров. В отличие от традиционных манекенов, их не придется ремонтировать после каждого теста, что позволит автопроизводителям сэкономить.
