拟人试验装置(ATD)

kaoyan

近年来，自动驾驶车辆(AV)技术在飞速发展。然而，尽管OEM和AV软件公司在测试其技术时记录了所有里程，但仍会发生事故，而且会继续发生。在未来几十年，未来AV将与传统汽车共享道路，所以尤其会如此。要让自动驾驶汽车能够比“普通"驾驶员更安全地驾驶，并且能够在碰撞中保护乘员，还有许多工作要做。

完全自动驾驶车辆将取消人手驾驶工作。这为OEM和一级供应商提供了开发新型座椅的机会，最终目标是改善乘坐舒适性和乘客之间的社交互动。AV概念车已经探索了完全不同的座椅配置，例如前排座椅朝向后方的休息室风格设置，对角线交叉排设座椅，以及增加座椅靠背倾斜角度，从而能更轻松地乘坐。这些创新座椅位置在乘员保护方面提出了独特的挑战。

过去65年里开发了多种拟人试验装置(ATD)，而且在不断发展变化，用于评估车辆约束系统的效用。这些ATD设计用于再现标准乘员座椅姿势，座椅靠背角度为25°，座椅底板角度约为14.5°。

目前的安全法规没有涉及斜躺座椅姿势，到目前为止在假人设计中也没有考虑。没有现成的ATD可以配置来精确再现斜躺座椅中的乘员。

如今，乘员约束系统技术是针对前向座椅和标准直坐姿势开发的。其他情况，例如斜躺式座椅.倾斜式座椅和后向座椅尚未在高速碰撞试验中考虑或评估。必须彻底重新检查这类座椅配置的约束系统，评估在这种情况下的安全保护。

乘员下潜可导致严重的骨盆和腹部损伤，例如骨折和内脏器官撕裂。乘客在斜躺位时更有可能下潜，大幅增加了产生这些伤害的风险。因此，改进假人与下潜相关的生物保真度是自动驾驶车辆约束系统开发过程中要首先考虑的问题。

Humanetics已经发起了一项针对碰撞试验修改现有ATD设计的计划。最新的第50百分位THOR ATD(THOR-50M)经过重新设计，因此在斜的体位时可以轻松定位。还进行了改进，以改善在这些复杂的座椅场景中颈部扭转生物保真度、上躯干运动学特性和下潜行为。所开发的型号是THOR-AV 50M ATD。

THOR-AV50M配有全新的颈部，改变了曲率，与现有ATD中使用的直颈设计相比，更能代表人类。还增加了扭转元件，以提高其生物保真度。重新设计了上胸椎，为斜躺姿势的定位提供必要的调整，并且设计了具有较大弯曲能力，更具代表性的腰椎，改善了上躯干运动学特性以及下潜响应。

最近一项研究中的人体测量数据用于骨盆形状的设计，未压缩骨盆肌肉的几何形状用先前Humanetics项目中使用的技术生成。此外，通过改进机械结构实现了肉和骨之间更其代表性的耦合。新开发的腹部更耐用，符合UMTRI(密歇根大学交通研究所)机动车乘员人体测量学，配有集成的压力传感器，可提供额外的压力测量，从而可预测下潜和腹部损伤。

THOR-AV 50M有限元模型与实体ATD同时开发，并协同使用，帮助设计硬件和模型。尤其是，根据生物保真度要求，用FE模型优化了颈部设计。在计算机模拟中对正面碰撞、侧面碰撞和扭转都进行了模拟，以优化综合生物保真度。THOR-AV50M的FE模型可配置为25°，45°和60°座椅靠背角度，现在可供用户分析正常和斜躺座椅姿势的约束系统。该模型将在不久的将来与生物逼真数据以及开发的ATD硬件一起进行进一步验证，并发布。

经过专业工程团队与主要相关行业合作开展的为期18个月的开发后，第一个THOR-AV50M样品于2019年5月中旬组装完成，此后一直在进行一系列生物保真度评估测试。初步颈部生物保真度测试的综合得分小于2.0,根据NHTSA的生物保真度分级(BioRank)系统，其对应

上图:斜躺座椅(增加了下潜风险)预计在自动驾驶汽车中更为常见

左图:Humanetics预计将在两年内完成新型生物保真假人，用于进行消费者评级测试和监管评估

于"良好"，该分级系统中，得分越低，生物保真度越高。方向盘和刚性杆冲击腹部测试也达到了对应于"良好”的BioRank分数。可用界域的生物保真度测试预计将于今年7月完成。

与此同时，NHTSA于2018年秋季启动了AV乘员安全生物力学研究项目。该项目的重点是研究前向、后向和斜躺式座椅靠背配置中的乘员响应。该研究还扩展到弱势乘员，如小体格女性、肥胖者和老年人。

PMHS(死后人类受试者，Post Mortem Human Subjects)试验将在这些配置中进行，从而更好地理解运动学和损伤机制。由该研究项目将获得生物力学响应界域，可用作开发用于AV约束系统测试的适用ATD的指南。

在接下来的几个月里，THOR-AV50M将按照上述NHTSA PMHS研究项目中确定的测试条件测试。

假人的BioRank评分将根据PMHS研究项目开发的界域计算得出。必要时，将对假人进行设计改进，从而实现令人满意的生物保真度。