基于MPDB前排乘员调节的Thor与Hybrid-III50%假人姿态差异对比

郭长翔

摘 要：欧洲CNCAP确定2020年更改正面碰撞用假人，把目前广泛使用的Hybrid III50%假人更改为50%的Thor假人。Thor假人更接近真人的损伤机理，在未来的正面碰撞中，使用Thor假人是一种趋势。本文基于Euro-NCAP中的移动可变形壁障偏置碰撞试验（简称MPDB）试验工况条件下，对比了Thor假人与Hybrid-III50%假人的头部、颈部、骨盆以及膝盖等部位的坐标，从而对比Thor假人与Hybrid-III50%假人的姿态。通过Thor假人与Hybrid-III50%假人空间位置的对比，为试验工程师做整车碰撞试验提供了参考依据。

关键词：移动可变形壁障偏置碰撞试验（MPDB） Thor假人 Hybrid-III50%假人 假人调节

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，各國的标准法规及新车评价规程中的正面碰撞试验普遍使用Hybrid-III50%假人来模拟实际乘员受到的伤害情况。但碰撞试验假人仍在不断的研发中，1995年研发出Thor假人并不断更新，并于2018年假人被更新至Thor-50M SBL-B版。新一代Thor假人除了具有与真人一样的外形外，内部还设计了复杂的脊柱、 肋骨和先进的合成肌肉。最重要的是，其全身布满了各式传感器，用于测试各个部位的碰撞响应数据[1]。Thor假人在结构上发生重大变化，能定量地、精确地测试出人体某部位所受冲击载荷的大小， 从而更能准确表征交通事故中乘员伤害情况，为汽车碰撞试验研究提供了更科学的依据。Euro-NCAP将于2020年推出的MPDB测试项目中将使用Thor假人替代Hybrid-III50%假人，由此可见Thor假人的使用将逐步成为各国新车评价规程中评价汽车碰撞安全性中重要一员，其应用范围将逐步扩大。

对比Hybrid-III50%假人，Thor假人在外形、构造、传感器方面有很多不同，因此在整车碰撞试验时，由于假人结构差异在调节定位假人时会有所差异。本文通过同样的测量方式，同样的样品条件以及环境条件下，对Thor假人与Hybrid-III50%假人的测量结果以及姿态进行比较分析。

2 假人对比分析

由于汽车行业的不断发展，汽车碰撞试验也在不断地改进，Thor假人在当今的汽车碰撞假人领域处于较高的水平，同时也满足当前严谨的试验数据的需求，因此在某些试验中也由Thor假人替代了Hybrid-III50%假人。

2.1 Thor假人与Hybrid-III50%假人简介

2.1.1 Thor假人

为了提升测试假人的生物仿真度、动态响应性能和测量的可重复性，1985年，美国高速交通安全管理局（NHTSA）就开始支持Thor假人的开发。Thor假人是Hybrid-III50%假人的后继模型，它比Hybrid-III50%有着更真实的人体结构，也更能反映出实际碰撞中人体受到的伤害。

一具Thor假人拥有140多个数据通道。Thor假人中具备了加速度传感器、力传感器、力矩传感器、位移传感器，这些传感器分布在假人全身数十甚至上百个部位，在碰撞发生时，传感器能在瞬间采集人体受到的合成加速度、重力以及身体运动轨迹等重要信息;Thor假人胸腔传感器中的每根肋骨，都具备采集碰撞时肋骨所受运动力学数据的能力。Thor假人与Hybrid-III50%假人有很多区别。以胸部为例，首先是胸部肋骨钢片的半径从上往下越来越大，不像Hybrid-III50%所有肋骨几乎都一样大，其次就是胸部肋骨更像真人一样是一种由后往前的倾斜状[2]。2020年起，Thor假人也将逐步替代Hybrid-III50%假人，成为Euro-NCAP等测评规程中重要的试验设备。

目前，Thor是世界上最先进的假人设备，单价上千万人民币，如图1所示。

2.1.2 Hybrid-III50%假人

在60年代，汽车行业巨头通用公司也着力研究碰撞测试与试验设备。结合Sierra Sam假人与VIP假人的优点，通用公司推出了自己的试验假人，并命名为Hybrid I（混合I代）。1966年，通用公司按部就班地对Hybrid I假人进行了升级，推出了Hybrid II系列假人，并且成功征服政府与汽车制造厂商，Hybrid II成为了那个时代汽车正面碰撞的标准测试设备。1972年，通用公司开始研发一具更拟人、数据采集更精确的假人设备。1977年，Hybrid III碰撞假人横空出世。

Hybrid-III50%假人在当时具备更好的数据采集系统，并且能模拟人类在碰撞中的真实反应。一具Hybrid-III50%假人有43个数据通道，它包含着加速度传感器、力传感器、力矩传感器、位移传感器，其分布在头部、颈部、胸部、腹部、大腿等位置[3]。但Hybrid-III50%假人其价格比Thor假人低的多，所以在试验时根据试验需求选择合适的假人进行试验，其Hybrid-III50%假人也是目前正面碰撞试验使用最普遍的。

如今，一具Hybrid-III50%成年男性假人的价格在一百万人民币左右，如图2所示。

接下来，本文将对比分析Thor假人与Hybrid-III50%假人定位时的数据差异以及假人姿态。

2.2 Thor假人与Hybrid-III50%假人的调节

基于Euro-NCAP中MPDB试验工况：座椅前后位置处于最前与95%假人设计位置的中间位置;座椅高低位置调至最低位置;座椅靠背角位置用HPM装置调节至铅垂面向后25°的位置，并测量记录3DH装置的H点用于后面假人的调节。

Thor假人与Hybrid-III50%假人在调节时存在一定的差异，因为不同的假人结构不同，导致假人身体部位存在差异性，所以我们在调节Thor假人与Hybrid-III50%假人时要满足表1[4]的要求。

Thor假人与Hybrid-III50%假人根据表1内的要求调节完毕后，系上安全带，测量假人头部CG点、鼻尖点、颈部点、骨盆H点以及膝盖螺栓点坐标，并记录坐标数据用以分析。

2.3 Thor假人与Hybrid-III50%假人调节数据对比分析

对于假人调节数据分析，我们利用单一变量法进行试验、分析数据，控制其他影响试验的变量只留单一假人变量，对Thor假人与Hybrid-III50%假人进行假人定位与调节，然后进行数据统计与分析。

此次的试验数据是基于MPDB的试验工况：座椅前后位置调节到最前与95%假人设计位置的中间位置并确认好座椅滑轨系统已经处于锁止状态;座椅高度位置调节至最低位置;座椅靠背角使用HPM 装置调节至从铅垂面向后倾斜25°角的位置;方向盘调节至行程几何中心的位置;头枕高度调节至行程的中间位置;安全带固定点位置调节至中间位置。

首先，试验为同一型号规格的座椅，试验环境均为19℃-22℃环境下，通过HPM设备测得的H点，使Thor假人与Hybrid-III50%假人的H点保持一致，然后同一个人，同一套三坐标测量设备根据表1内的调节要求定位假人，使之满足要求，最后测量假人各部位的三维坐标数据，进行分析比较，数据见表2。

拆下假人，让座椅静置2个小时，重新把假人依次放置到座椅上，再次调节假人并测量假人数据如下表3。

最后将假人拆下，使用另一型号规格的座椅再次进行调节测量，座椅位置保持一致。

依次把Thor假人与Hybrid-III50%假人放置到座椅上，再次调节假人并测量假人数据见表4，同样操作方法测得另一组数据见表5。為减小试验数据的误差与不确定度，再次进行分析。

通过上面四组假人定位调节数据可以分析得出：当H点保持一致时，Thor假人相对于Hybrid-III50%假人的头部CG点位置更高更靠近汽车尾部;鼻尖点和颈部点也更高更靠近汽车尾部;而膝盖螺栓点分析得出Thor假人相对于Hybrid-III50%假人位置更高更靠近汽车前部。由此得出Thor假人比Hybrid-III50%假人在试验中头部离车顶更近，膝部更靠近车前部内饰板。

3 结语

本文主要针对Thor假人与Hybrid-III50%假人在定位时假人各部位的数据以及姿态上的差异进行了分析。通过数据分析得出，Thor假人相对于Hybrid-III50%假人头部位置更高、更靠近汽车尾部;假人大腿位置更高、更靠近汽车前部，因此Thor假人更靠近车辆前部内饰。

通过假人的数据分析，整车碰撞试验工况的不断改进，更加逼真的模拟出了现实生活中的事故案例，对于车辆自身结构、乘员的生存空间将显得尤为重要，因此对汽车行业的发展也起到了一定的监督与促进作用[5]。

参考文献：

[1]杨帅，程豹，候延军.基于MPDB工况的碰撞相容性研究.《汽车实用技术》，2019.

[2]王占强.EURO NCAP 最新MPDB试验及THOR假人介绍.《世界汽车》，2020，04.

[3]曹立波，余志刚，白中浩，吴俊.中国假人模型与Hybrid III假人模型碰撞响应的差异.《中国机械工程第20卷第3期》.

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

[5]颜海棋，钟利伟，喻俊成，姜伟.2020版E-NCAP MPDB碰撞研究.《汽车实用技术》，2019.