TNO-10型碰撞假人的结构研究*

王 欣，马瑞雪

(重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心，重庆 400067)

TNO-10型碰撞假人的结构研究*

王 欣，马瑞雪

(重庆车辆检测研究院国家客车质量监督检验中心，重庆 400067)

详细阐述了主要用于安全带动态试验的TNO－10型碰撞假人的结构研究，将其分为小腿、头颈部、躯干和大腿等部件，并对每个部件进行了制作过程的讲解，为TNO－10假人的制作提出基础研究参考。

安全带;动态试验;碰撞假人;结构

1 引言

TNO－10型碰撞假人是专为座椅和安全带动态测试及其它研发试验所开发的、物理质量按50%的人体分布设计的假人。该假人在碰撞试验中用于配重，设计为只有一条小腿的假人。该假人可分为头颈部、小腿、躯干和大腿等部件，内部为模拟人体骨骼的金属骨架，外表为一层模拟肌肉皮肤的聚氨酯材料。该假人的设计资料为全球公开，只要研制出的假人的质量、尺寸、质心和标定结果满足标准要求即可。

我国已经开展了国产碰撞假人的设计与分析［1－3］。为开展TNO－10假人的研制，分别将假人分为小腿、头颈部、躯干、大腿等部件，对其部件结构以及部件之间的连接关系进行研究。

对TNO－10假人的设计规范有明确规定的有ECE R16［4］、GB 14166［5］和 TNO－10假人使用手册［6］。在这些标准规范中有相应的部件材料和尺寸清单，但其金属骨架与肌肉皮肤之间的相对位置还是很不清楚，通过分析，项目组通过查找资料和开展X光照射来确定了假人“骨架”和“肌肉”的相对关系。

对于外形结构，为了与进口假人一致，项目组采用德国海克斯康激光扫描仪和三维软件对进口假人小腿、头颈部、躯干和大腿的外形进行了点云扫描，由于人体表面曲面复杂而且多样，运用CATIA软件进行通过多次修面进行重建［7－8］，最后建立符合要求的假人部件的三维模型，结合X光照片，该模型可作为后续进行部件进行加工开模的基础［9－10］。

2 小腿的结构研究

该假人有一条小腿，小腿由3个元件构成:脚底板、薄壁管、膝关节套。薄壁管上覆盖了一层模拟肌肉的聚氨酯材料，一端连着刚性脚板，另外一端连着一个钢管。

刚性脚板模拟人的脚，薄壁管模拟小腿的腿骨，另外一端的钢管也就是膝关节套模拟膝部关节。小腿可以如同正常人一样可以往后运动，在膝关节套有两个限位块可限制小腿相对大腿的运动，标准要求小腿从直线位置能向后转动120°。小腿最外层材料为聚氨酯，模拟小腿肌肉皮肤。

在标准中明确了小腿骨架的尺寸，但是小腿的内部中骨架与肌肉之间的相对位置还是很不清楚，项目组通过X光照射来大致确定假人小腿“骨架”和“肌肉”的相对关系，如图1所示，图2为小腿三维模型。

图1 小腿的X光照片

图2 小腿三维模型图

假人小腿的外部轮廓是不规则的，项目组通过德国海克斯康的三维软件对小腿的外形进行点云扫描，通过得到小腿三维模型。结合小腿的X光照片，该三维模型可作为后续进行部件开模的基础。

3 头颈部的结构研究

头部是空心的，有一层玻璃钢模拟头骨，外面覆盖一层聚氨酯。颈部有7个模拟颈椎的聚氨酯套环组成。颈部的刚度由躯干结构中的滚子链的张紧程度来调整，滚子链的张紧程度决定了假人的身高。

由于头型内部结构较简单，没有采用X光照射。同样头部的外形是不规则的，通过软件对其中头部的外形进行扫描，得到一个三维模型，作为开模的基础，如图3所示。标准中对颈部套环的尺寸有明确规定，为了便于制作，通过扫描，得到三维模型，可作为后续部件开模的基础，如图4所示。

图3 头部三维模型图

图4 颈部三维模型图

4 躯干的结构研究

躯干主要包括为一层模拟肌肉皮肤的聚氨酯材料和钢骨架。钢骨架包括以下元件:模拟躯干和臀部连接的关节部分的臀轴套管，模拟人体脊柱的滚子链、链式连接件，模拟胸骨的钢板，模拟假人脊椎的转动部分，模拟肋骨的钢板。

在标准中明确了胸部躯干骨架的尺寸，但是其内部中钢骨架与肌肉之间的相对位置还是很不清楚，项目组通过X光照射来大致确定假人胸部“骨架”和“肌肉”的相对关系，如图5所示。

图5 X光照片

在标准中明确了胸部骨架元件的尺寸，但是胸部的外部轮廓是不规则的，同样躯干的外形是不规则的，通过三维软件对其外形进行扫描，得到三维模型，如图6所示。结合胸部的X光照片，该三维模型可作为进行加工开模的基础。

图6 躯干三维模型图

5 大腿的结构研究

TNO－10假人有两条大腿。大腿由三个元件组成:膝关节套、大腿杆、臀轴套。大腿干的两端为模拟臀关节套和膝关节套之间的的钢管。膝关节套是模拟小腿和大腿之间的关节部分。大腿杆是模拟大腿骨，臀轴套是模拟大腿和胯骨之间的关节连接。两个大腿都是钢骨架上覆盖了一层模拟假人肌肉皮肤的聚氨酯材料。

在标准中明确了大腿骨架的尺寸，但是大腿的内部中钢骨架与肌肉之间的相对位置同样通过X光照射来大致确定，如图7所示。

同样大腿的外部轮廓也是不规则的，通过三维软件对其中一个大腿的外廓进行扫描，得到一个三维模型，如图8所示。结合大腿的X光照片，该三维模型可作为进行加工开模的基础。

图7 大腿的X光照片

图8 大腿三维模型图

6 关节的结构研究

像真人一样，TNO－10假人也通过关节将部件连接起来。有大腿和小腿连接的膝关节，躯干和大腿连接的臀关节，头部和颈部的颈椎关节，并且对关节之间的摩擦力有严格规定。

这些相关关节的部件都有明确、规范的尺寸，按照材料要求选材和加工即可。

7 其他部件的结构研究

除了上述的主要部件外，其余的张紧器总成、张紧板等部件参数都有标准明确规定。按照标准要求制作，涉及到的滚子链、螺栓和螺母等外购。

按照标准要求和X光照片制作了假人骨架，如图9所示。图10为最终的假人三维模型示意图。

图9 假人骨架

图10 假人三维模型示意图

8 总结

通过标准研究、X光照射对TNO－10型碰撞假人的各个部件结构和关节开展了研究，并建立部件的三维模型，最后形成假人的整体三维模型，为我们开展假人的研制打下了基础。

［1］ 陈 爽，袁中凡，林大全，等.国产碰撞假人的设计与分析［J］.四川大学学报，2008，5(3):178－182.

［2］ 戢 敏，袁中凡，林大全.仿真假人人体参数的计算和分析［J］.中国测试技术，2003，7(4):37－39.

［3］ 余 翔，袁中凡，郭祚达，等.汽车正面碰撞工艺实验假人的研制［J］.四川大学学报，2002，5(12):118－121

［4］ ECE R16，Uniform provisions concerning the approval of safety belts，restraint systems and isofix child restraint systems for occupants of power driven vehicles［S］.

［5］ GB 14166－2003，机动车成年乘员用安全带和约束系统［S］.

［6］ 美国HUMANETICS公司.FTSS TNO－10假人使用手册［R］，2008.

［7］ 刘永军，胡宇群.基于CATIA的汽车车身曲面逆向造型［J］.工业技术，2007(31):18－19.

［8］ 马瑞雪，王 欣，颜长征.基于CATIA软件的TNO－10假人的研究［J］.机械研究与应用，2012(5):159－160.

［9］ 吴建生.ABS材料零件的注塑工艺和模具设计［D］.上海:上海交通大学，2008.

［10］ 刘 斌，聚氨酯塑料三维模具系统的设计与实现［D］.上海:上海交通大学，2008.

Research of the Structure of TNO-10 Dummy

WANG Xin，MA Rui－xue
(Chongqing Vehicle Test＆Research Institute，National Coach Quality Supervision and Test Center，Chongqing 401122，China)

The research of the structure of TNO－10 dummy is put forwand which is used in safety belt dynamic test in detail.The dummy is divided into lower leg，head－neck，torso and upper leg，etc.Taking the lower leg as example，showing the manufacturing progress，and the base research reference is provided for TNO－10 manufacturing.

safety belt;dynamic test;crash dummy;structure

TH113;U464

A

1007－4414(2013)05－0059－02

2013－08－08

重庆市质量技术监督局项目“TNO－10型汽车碰撞用测试假人的研究”(2010－KY－07)

王欣(1972－)，女，硕士，副研究员，主要从事汽车被动安全方面的研究。