충돌 테스트 더미

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배경

마치 패션 마네킹과 같은 이 더미는 인간의 모습을 하고 있지만, 피부 깊숙한 곳 이상의 아름다움은 첨단 장비와 최첨단 체격으로 구성되어 있습니다. 그리고 복화술사의 버전과 마찬가지로 충돌 테스트 더미는 안전 벨트 안전을 위한 매우 효과적인 TV 광고 시리즈를 제외하고는 말할 수 없습니다.

전 세계의 고속도로 안전 기관은 손상을 관찰하고 자동차 성능에 대한 데이터를 생성하기 위해 자동차가 벽돌 벽에 부딪히는 충돌 내구성 테스트에 의존합니다. 테스트 차량의 탑승자는 인체와 유사하고 반응하도록 제작되고 정교한 기기가 탑재된 충돌 테스트 더미(정확히 "의인화 테스트 장치"라고 함)입니다. 장비는 가속도, 속도, 충격 시 감속, 충격력, 각 더미의 몸통과 팔다리의 다양한 움직임과 변형에 대한 정보를 기록합니다. 이 데이터는 안전 엔지니어가 연구하고 탑승자의 행동 및 잠재적 부상과 관련이 있습니다.

충돌 테스트 방법은 보편적인 수용에도 불구하고 주요 결함이 있습니다. 테스트 대상에 따라 자동차(또는 기타 차량)가 부분적으로 또는 완전히 손상되었습니다. 인형은 여러 번 개조하고 재사용할 수 있지만 인체의 모든 복잡성에 대응하는 능력은 항상 완벽합니다.

연혁

1940년대 후반 이전에 자동차는 시체를 사용하여 테스트되었습니다. 실제 신체에서 부상을 볼 수 있었지만 시체는 호흡, 유연한 존재처럼 반응하지 않았습니다. 충돌 테스트 인형은 레일의 로켓 추진 썰매에 장착된 항공기 사출 좌석을 테스트하기 위해 미 공군과의 계약에 따라 1949년에 개발되었습니다. "Sierra Sam"은 최초의 더미였습니다. 자동차 산업은 나중에 같은 유형의 더미를 사용하여 무릎 안전 벨트와 어깨 벨트를 개발했습니다. Sierra Sam은 통계적으로 정확한 체중과 관절이 있는 팔다리를 가진 평균적인 성인 남성과 비슷했습니다. 그러나 Sam의 척추와 목은 뻣뻣했습니다. 사출 경로를 따라가는 머리의 가속도를 측정할 수 있었지만 이는 잠재적인 머리 부상을 평가하기에 충분하지 않았습니다.

1952년까지 Mark 1은 살아있는 사람의 석고 모형으로 제조되었으며 이 더미는 최첨단 기술의 엄청난 개선을 나타냈습니다. 그의 두개골에는 가속도와 충격력을 측정하는 센서가 들어 있었고 두 개의 알루미늄 조각으로 주조되었습니다. Mark l의 척추는 실제 척추의 운동 범위를 시뮬레이션하기 위해 스페이서가 있는 일련의 볼 및 소켓 조인트로 구성되었습니다. 더미에는 강철 튜브 리브, 비닐 스킨, 폼 살도 세트가 있었지만 팔다리는 뻣뻣했습니다. 1956년까지 개발된 다른 인형은 선택된 동작 범위를 측정하기 위해 수정되고 계측되었습니다. 처음으로 평균 이외의 크기와 무게의 인형이 만들어졌으며, 이 포스트 마크 1 인형은 트랙터 안전성, 수중 탈출을 위한 프로그맨 슈트, 그리고 국립항공우주국(National Aeronautics and Space Administration)을 위한 우주 연구의 비행 및 안전 측면 테스트에 사용되었습니다. (NASA).

우주 프로그램은 더미 설계의 다음 발전에 동기를 주었습니다. 우주 캡슐의 좌석에 묶인 우주 비행사에 대한 로켓 추진력의 영향을 평가하기 위해 미국과 유럽의 우주 프로그램은 Grumman-Alderson Research Dummy(GARD)의 발명에 자금을 지원했습니다. 착석한 우주비행사는 로켓 추진 방향과 완벽하게 정렬되어야 했습니다. GARD는 무게 중심을 찾고 관성 모멘트(가속도와 함께 회전하는 경향)를 평가하는 프로세스가 이 내구성 있는 더미에서 잘 계측되었기 때문에 중요한 기술적 단계였습니다. GARD는 이 마네킹의 동작 범위를 제한하는 좌석 때문에 엔지니어가 회전, 가속 이력 및 사람과 좌석 사이의 응력을 측정할 수 있을 만큼 간단하게 유지하기 때문에 여전히 배출 좌석을 테스트하는 데 사용됩니다.

1966년까지 항공 산업, 군사 항공 및 우주 프로그램이 테스트용 인형 개발을 주도했습니다. 자동차 산업은 그 해에 충돌 시험용 인형 개발의 원동력이 되었습니다. 자동차 사망자가 안전 장치 시스템을 평가하기 위해 더미의 흉곽, 척추, 골반 및 복강을 개선할 필요가 있음을 강조했기 때문입니다. 신체의 별도 범위에 대한 수학적 모델과 실험은 스프링 연결을 사용하여 동작을 시뮬레이션할 수 있음을 보여주었습니다. 스프링은 임팩트 시 움직이며 반동을 일으켜 채찍과 같은 효과를 연구할 수 있습니다. 무릎 안전 벨트의 테스트는 골반 부상에 집중되었지만 어깨 벨트의 개발로 인해 더미에는 흉골(흉골), 쇄골 및 견갑골이 있어야 했습니다. 하네스를 착용한 더미에는 내부 장기의 움직임을 모방한 내장 주머니가 장착되어 있습니다. 더 복잡한 움직임과 힘의 편향을 연구할 수 있도록 대퇴부, 가슴, 머리의 공동에도 계측기를 설치했습니다.

1970년까지 성인 크기의 남성 더미가 어린이와 여성의 작은 비율을 정확하게 나타내지 않는다는 것이 분명해졌습니다. 사실 더 작은 체격에 대한 일부 부상은 평균적인 더미에 의해 안전하다고 입증된 벨트와 하네스로 인해 발생했습니다. 더 큰 남성 모델과 최초의 여성 더미는 1970년에 생산되었으며 Sierra Stan 및 Sierra Susie로 명명되었습니다. 같은 해에 그들은 Sierra Sammy(6세)와 Sierra Toddler(3세)와 함께 가족을 추가했습니다. 어느 아이도 체중 분포가 정확하지 않았지만 적어도 처음으로 대표되고 연구되었습니다.

어린이 부상 평가 문제는 많은 어린이들이 교통사고 시 통상적으로 서있거나 앉지 않기 때문에 교통사고로 다친다는 사실로 인해 복잡했습니다. 따라서 움직임의 범위와 잠재적 영향은 제지되지 않은 어린이의 경우 훨씬 더 다양합니다. 어린이 인형의 재설계가 즉시 뒤따랐고 어린이 인형의 수정은 1970년대부터 1990년대까지 충돌 테스트 설계에서 가장 집중적으로 추구된 영역이었습니다. 1970년대에 개선된 데이터는 어린이에게 성인보다 더 유연한 골격과 더 유연한 사지 관절을 제공하고 자동차의 다양한 위치에 적응할 수 있게 했으며 더 넓은 범위의 변수를 측정하거나 해석할 수 있도록 계측을 개선했습니다. 어린이용 안전 시트, 부스터 시트 및 에어백의 개발 및 테스트는 유아, 유아 및 영유아 인형에 대한 특별한 주의를 필요로 했습니다.

컴퓨터 분석의 개선은 1970년대 중반까지 충돌 테스트에 혁명을 일으켰습니다. 컴퓨터 방법을 사용하면 테스트 더미의 동작에서 거의 40가지 다른 매개변수를 측정할 수 있습니다. 건축 자재도 유사하게 개선되어 사실적이고 완전히 관절이 있는 인형을 만들 수 있었습니다. 인체 뼈의 거동을 재현하기 위해 더미의 뼈는 더 큰 파괴 강도를 가진 유리 섬유로 제작되어 더미를 다시 사용할 수 있습니다. 이러한 많은 적응으로 인해 점점 더 전문화된 인형이 만들어지므로 Supermorphic Dummy와 같은 모델은 자동차 충돌 테스트 전용으로 만들어졌습니다. 이 모델은 사출 테스트에 너무 취약했습니다.

항공기 테스트 인형의 전문 분야에는 군용 제트기에서 사출하는 동안 도리깨로 인한 부상을 방지하기 위해 구속 장치를 테스트하기 위해 특별히 제작된 LRE(Lim Restraint Evaluator) 의인화 인체 모형이 포함되었습니다. 다른 전문 인형은 실험용 낙하산, 헬리콥터 충돌 및 경주용 자동차를 테스트했습니다. 예를 들어, 경주용 자동차(인디아나폴리스 500마일 경주 또는 챔피언십 자동차 경주 팀[CART] 서킷에서 경주하는 유형)와 관련된 충돌 테스트에서는 운전자가 착용하는 무거운 경주용 헬멧이 충격 손상으로부터 머리를 보호하는 것으로 나타났습니다. , 그러나 헬멧의 무게는 목 부상의 위험을 증가시킵니다. 1950년대와 1960년대에 제조된 최초의 충돌 테스트 인형은 신체 유형 간의 차이를 다루지 않았습니다. 첫 번째 인형은 통계적으로 정확한 성인 남성이었기 때문에 일반적인 유아, 어린이 및 여성 신체 유형을 거의 나타내지 않았습니다. 1970년대에 이르러 인형의 단점이 드러났고 다양한 체형이 생산되었습니다. 목이 길어지기 때문입니다. 인디 자동차가 콘크리트 벽에 충돌하면 70밀리초 만에 자동차 속도가 시속 64km 감소하고 운전자는 중력의 60배에 달하는 충격을 느낍니다. 더미에 있는 센서 "블랙박스"는 충돌이 진행되는 동안 작동하는 모든 힘을 초당 2,000번 평가합니다.

테스트 더미 기술은 에어백의 설계 및 테스트와 함께 다시 개발에 박차를 가했습니다. 더미 패밀리는 더 많은 신체 유형을 포함하도록 더욱 다양화되었습니다. 에어백 전개로 인한 사망은 통계적 차원을 벗어난 사람들에게서 가장 자주 발생했습니다. 이 "작은 거주자" 또는 OOP 거주자는 마네킹에서 더 많은 진화적 변화를 자극했습니다. 에어백 전개는 인형에게 설계 능력을 초과하는 힘을 가했습니다. 에어백 테스트와 측면 충격 에어백 개발 덕분에 1997년까지 더미 제품군에 대한 상당한 업그레이드가 이루어졌습니다.

원자재

충돌시험용 더미의 몸체는 알루미늄, 청동 또는 강철로 구성된 금속 부품(설계, 목적 및 본체 부품에 따라 다름)과 금속 도금 재료로 만들어집니다. 대부분의 디자인에는 다양한 플라스틱이 포함되어 있으며 플라스틱에는 Delrin(오래 지속되는 아세테이트 수지의 일종), 우레탄 및 폴리우레탄 폼, 비닐 등이 있습니다. 대부분의 인형은 현실을 시뮬레이션하도록 옷을 입고 있으며 특정 공급업체는 인형의 중요한 목표 또는 측정 지점을 표시하기 위해 의류, 페인트 및 접착제를 공급합니다. 사실, 많은 더미 구성 요소에 외부 공급업체가 사용될 뿐만 아니라 더미 디자인을 승인하는 연방 테스트 기관이 일부 재료에 사용해야 하는 특정 공급업체를 지시합니다.

더미 제조업체는 장비를 거의 또는 전혀 제공하지 않습니다. 설계는 계측기를 확보할 수 있는 공간을 제공하지만 계측은 실제 테스트 조건에 따라 다르기 때문에 더미 빌더의 고객이 직접 설치합니다. 일부 소형 전위차계는 때때로 제조업체 라인에 내장되지만 가속도계 및 부하 측정 센서와 같은 보다 정교한 기기는 고객이 자체 기기 패키지 또는 전문 공급업체에서 선택합니다.

디자인

충돌 테스트 인형의 설계는 정부 기관, 더미 제조업체 및 자동차 제조업체와 같은 고객으로 제한된 복잡하고 고립된 프로세스입니다. 더미 제작자는 자신의 디자인을 만드는 데 책임이 없습니다. 대신, 그들은 국가 교통 안전국(National Traffic Safety Administration, NTSA)으로부터 도면 패키지, 건설 사양 세트 및 필수 테스트를 위한 사양을 받습니다. 유럽 ​​기관은 더미 제조업체에 유사한 문서 세트를 제공합니다. 인형 제작, 수리 또는 개조, 사고 후 외상 관찰에 대한 경험을 바탕으로 인형 제조업체와 사용자는 설계 변경에 대한 정보를 제공합니다. NTSA는 사고 보고서, 차량 내 위치, 체격 및 신체 발달의 변화, 부검 및 시뮬레이션을 포함한 다양한 데이터를 기반으로 설계합니다. 생체 역학 전문가는 사용 가능한 모든 데이터를 분석하고 제조업체에 보낼 사양을 만듭니다.

제조
프로세스

충돌 테스트 인형의 제조는 설계의 복잡성과 전 세계적으로 적격한 제조업체의 수가 적기 때문에 독점적입니다. 모든 설계 및 구성은 "B 등급" 충돌 테스트 더미가 없는 매우 높은 표준 세트를 충족합니다.

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새로운 충돌 테스트 더미에 대한 도면 및 사양 패키지를 받으면 제조업체는 먼저 특정 공급업체에서 구매해야 하는 부품 및 재료, 승인된 공급업체 범위에서 구매해야 하는 부품 및 재료를 결정합니다. 집에서 제조. 예를 들어 인형용 의류는 특정 공급업체에서 제공합니다. 그러나 비닐 스킨을 지지하는 데 사용되는 발포체의 경우 특정 공급업체의 이름을 지정하지 않고 제조업체는 특정 등가물만 충족하면 됩니다.

설계도면을 바탕으로 절단 또는 주조할 금속편의 패턴과 금형을 제작하고, 금속편을 만들기 위해 필요한 툴링을 한다. 주조, 절단, 열처리를 3회까지 거쳐 도금하고 가공하여 완성된 조각을 다듬고 매끄럽게 다듬습니다. 마지막으로 지정된 패스너를 사용하여 금속 조각을 조립합니다.

플라스틱은 사출 성형 또는 부품 및 재료에 적합한 기타 방법으로 유사하게 설계, 도구 및 성형됩니다. 플라스틱은 또한 기계로 가공되고 조립되거나 금속 부품에 장착됩니다.

더미의 금속 및 플라스틱 몸체를 조립한 후 피부를 더미에 맞춥니다. 일부 스킨은 실제와 유사한 피부에 탄력과 유연성을주기 위해 비닐 아래에 거품을 주입하여 더미 위에 비닐을 성형합니다. 다른 스킨은 폼 레이어로 뒷받침되는 비닐 조각으로 구성됩니다. 이 조각들은 옷처럼 입고 벗을 수 있습니다. 머리를 덮는 피부는 알루미늄 두개골에 딱 맞는 일체형입니다. 색상도 더미 피부에 매우 중요합니다. 많은 고객들이 피부톤을 원하지만, 촬영된 테스트에 더미가 사용될 때 빨간색 또는 노란색 착색이 있는 피부가 선호되는 경우가 있습니다. 노란색과 빨간색 톤은 필름의 움직임을 더 쉽게 정밀하게 측정합니다.

더미는 계측 및 케이블 연결을 위한 개구부로 설계되었습니다. 이들은 두개골, 가슴, 복강 및 허벅지를 포함한 신체의 더 큰 부분에 있습니다. 의류는 때때로 공장에서 인형에 맞거나 고객에게 제공되어 기구가 삽입된 후 인형이 옷을 입을 수 있도록 합니다.

품질 관리

품질 관리는 제조가 고려되기 전에 NTSA(또는 기타 기관)에 의해 엄격하게 지정됩니다. 더미 어셈블러는 수천 명의 대중의 안전을 위해 "가족"이 희생된다는 것을 잘 알고 있으므로 품질 문제에 대한 막중한 책임을 느낍니다. 몸체의 일부가 완성되고 몸체와 머리 전체가 조립되면 더미는 교정 실험실에서 엄격한 테스트를 거칩니다. 여기에서 필요한 테스트가 수행되고 제품이 모든 세부 사항에 부합하는지 확인하기 위한 측정이 이루어집니다. 디자인 도면 및 사양. 테스트에는 두부 낙하 테스트, 흉부(가슴) 충격이 포함됩니다. 충돌시험용 더미는 알루미늄, 청동 또는 강철로 구성된 금속 부품과 금속 도금 재료로 만들어집니다. . 대부분의 디자인에는 다양한 플라스틱이 포함되며, 여기에는 Delrin(오래 지속되는 아세테이트 수지의 일종), 우레탄 및 폴리우레탄 폼, 비닐이 포함됩니다. 대부분의 인형은 현실을 시뮬레이션하도록 옷을 입고 있으며 특정 공급업체는 인형의 중요한 목표 또는 측정 지점을 표시하기 위해 의류, 페인트 및 접착제를 공급합니다. 사실, 많은 더미 구성 요소에 외부 공급업체가 사용될 뿐만 아니라 더미 디자인을 승인하는 연방 테스트 기관이 일부 재료에 사용해야 하는 특정 공급업체를 지시합니다. 더미의 사용에 따라 두개골, 목, 무릎, 기타 주요 관절 및 팔다리의 다른 부분의 테스트 및 보정. 더미가 나타내려는 체격 유형에 따라 테스트 결과가 달라집니다. 예를 들어, 어린이의 머리 질량은 성인보다 극적으로 작기 때문에 머리 낙하 테스트는 상당히 다를 것입니다. 일종의 출생 증명서인 일련의 인증은 유효 수명 동안 더미와 함께 유지되어 교정 테스트를 증명하고 재건, 개조 및 재교정하는 데 사용됩니다.

부산물/폐기물

더미 제조에서 부산물이 없습니다. 폐기물은 재활용할 수 있는 금속과 플라스틱으로 제한됩니다.

미래

컴퓨터 기술은 설계 개선, 테스트 방법, 기기의 소형화 및 데이터 분석을 통해 충돌 테스트 더미를 극한의 인간 활동에 적용할 수 있게 했습니다. 그러나 궁극적으로 컴퓨터는 더미 가족에게 치명적일 수 있습니다. 컴퓨터 시뮬레이션은 자동차 충돌, 차량 자체의 손상 및 탑승자의 부상을 나타낼 수 있을 정도로 정교해지고 있습니다. 시뮬레이션은 테스트당 약 $750,000의 비용이 드는 일부 파괴적인 테스트를 제거하기 때문에 자동차 제조업체에 매력적입니다. 시뮬레이션 충돌 후 차량 탑승자를 검사할 수 있으며, 특히 머리와 척추 부상의 세부 사항을 분석할 수 있습니다. 신차 모델의 디자인 제작 일정에서 최대 3개월의 디자인 시간을 제거할 수 있으며, 다양한 크기의 운전자와 승객에게 새로운 디자인이 더 안전할 수 있습니다.

반면에 더미 제조업체는 가족이 여기에 머물기를 주장합니다. 더 많은 수정과 복잡성, 기술 적용으로 인해 충돌 테스트 인형은 차량 성능에 대한 신뢰할 수 있는 기압계가 되었습니다. 정부 기관은 이를 인식하고 제조업체에 매우 특정한 부상에 초점을 맞춘 인형과 센서를 생산하도록 요청합니다. 1995년에 이 초점은 하지, 발의 움직임, 정면 충돌로 인한 아킬레스건 손상으로 바뀌었습니다. 새로운 센서는 Hybrid 350(1997년 인증)의 다리를 생체공학자의 다리와 유사하게 만들었습니다. 1999년에는 기관, 대학 및 제조업체 간의 협력 연구를 통해 후방 충돌 충돌 및 첨단 척추 개발에 중점을 두었습니다. 사고 중에 멍이 들거나 마모되는 피부 모사물에 대한 관심도 증가하고 있습니다. 이러한 개발 데이터는 의사가 피부 손상 치료를 개선하는 데에도 도움이 될 것입니다. 인간과 마찬가지로 충돌 테스트 더미는 우리의 생명과 사지를 구하기 위해 계속 진화하고 있습니다.