Une histoire détaillée des mannequins de crash test

Le premier mannequin de crash test était le Sierra Sam créé en 1949. Ce mannequin d'essai de collision pour hommes adultes du 95e centile a été développé par Sierra Engineering Co. dans le cadre d'un contrat avec la United States Air Force, à utiliser pour l'évaluation des sièges éjectables des avions sur un traîneau à fusée tests. - Source FTSS

En 1997, les mannequins de crash test Hybrid III de GM sont officiellement devenus la norme de l'industrie pour les tests de conformité aux réglementations gouvernementales en matière d'impact frontal et airbag sécurité. GM a développé ce dispositif de test près de 20 ans avant 1977 pour fournir un outil de mesure biofidélique - des mannequins de crash test qui se comportent de manière très similaire aux êtres humains. Comme pour sa conception antérieure, Hybrid II, GM a partagé cette technologie de pointe avec les régulateurs gouvernementaux et industrie automobile. Le partage de cet outil a été effectué au nom de l'amélioration des tests de sécurité et de la réduction des blessures et des décès sur les routes du monde entier. La version 1997 de Hybrid III est l'invention GM avec quelques modifications. Il marque une nouvelle étape dans le parcours pionnier du constructeur automobile en matière de sécurité. Hybrid III est à la pointe de la technologie pour tester les systèmes de retenue avancés; GM l'utilise depuis des années pour développer des airbags frontaux. Il fournit un large éventail de données fiables qui peuvent être liées aux effets des accidents sur une blessure humaine.

Hybrid III présente une posture représentative de la façon dont les conducteurs et les passagers sont assis dans les véhicules. Tous les mannequins de crash test sont fidèles à la forme humaine qu'ils simulent - en poids, taille et proportion globaux. Leurs têtes sont conçues pour répondre comme la tête humaine en cas de collision. Il est symétrique et le front dévie beaucoup comme le ferait une personne si elle était frappée dans un collision. La cavité thoracique a une cage thoracique en acier qui simule le comportement mécanique d'un thorax humain lors d'un accident. Le cou en caoutchouc se plie et s'étire biofidéliquement, et les genoux sont également conçus pour répondre à l'impact, comme les genoux humains. Le mannequin de crash test Hybrid III a un vinyle peau et est équipé d'outils électroniques sophistiqués, y compris des accéléromètres, des potentiomètres et des cellules de charge. Ces outils mesurent la accélération, la déviation et les forces que diverses parties du corps subissent lors de la décélération de l'accident

Ce dispositif avancé est constamment amélioré et a été construit sur une base scientifique de biomécanique, de données et de données médicales et de tests impliquant des cadavres humains et des animaux. La biomécanique est l'étude du corps humain et de son comportement mécanique. Les universités ont mené des recherches biomécaniques précoces en utilisant des volontaires humains vivants dans certains tests de collision très contrôlés. Historiquement, l'industrie automobile avait évalué les systèmes de retenue en utilisant des tests volontaires avec des humains.

Le développement de l'Hybrid III a servi de rampe de lancement pour faire avancer l'étude des forces d'impact et de leurs effets sur une blessure humaine. Tous les mannequins de crash test précédents, même les hybrides I et II de GM, ne pouvaient pas fournir des informations suffisantes pour traduire les données de test en conceptions réduisant les blessures pour les voitures et les camions. Les mannequins des premiers crash tests étaient très grossiers et avaient un but simple - aider ingénieurs et les chercheurs vérifient l'efficacité des dispositifs de retenue ou des ceintures de sécurité. Avant que GM ne développe Hybrid I en 1968, les fabricants de mannequins ne disposaient d'aucune méthode cohérente pour produire les appareils. Le poids et la taille de base des parties du corps étaient basés sur des études anthropologiques, mais les mannequins n'étaient pas uniformes d'une unité à l'autre. La science des mannequins anthropomorphes en était à ses balbutiements et leur qualité de production variait.

Au cours des années 1960, les chercheurs de GM ont créé Hybrid I en fusionnant les meilleures parties de deux mannequins primitifs. En 1966, Alderson Research Laboratories a produit la série VIP-50 pour GM et Ford. Il a également été utilisé par le National Bureau of Standards. Ce fut le premier mannequin fabriqué spécifiquement pour l'industrie automobile. Un an plus tard, Sierra Engineering a présenté Sierra Stan, un modèle compétitif. Ni les ingénieurs GM satisfaits, qui ont fait leur propre mannequin en combinant les meilleures caractéristiques des deux - d'où le nom Hybrid I. GM a utilisé ce modèle en interne mais a partagé sa conception avec ses concurrents lors de réunions de comités spéciaux à la Society of Automotive Engineers (SAE). Hybrid I était plus durable et produisait des résultats plus reproductibles que ses prédécesseurs.

L'utilisation de ces premiers mannequins a été déclenchée par les tests de l'US Air Force qui avaient été effectués pour développer et améliorer les systèmes de retenue et d'éjection du pilote. De la fin des années 40 au début des années 50, l'armée a utilisé des mannequins de crash test et des traîneaux pour tester une variété d'applications et la tolérance humaine aux blessures. Auparavant, ils avaient utilisé des volontaires humains, mais l'augmentation des normes de sécurité nécessitait des tests de vitesse plus élevés, et les vitesses plus élevées n'étaient plus sans danger pour les sujets humains. Pour tester les harnais de retenue du pilote, un traîneau à grande vitesse a été propulsé par des moteurs-fusées et accéléré jusqu'à 600 mi / h. Col. John Paul Stapp a partagé les résultats de la recherche d'un mannequin de crash de l'Air Force en 1956 lors de la première conférence annuelle impliquant les constructeurs automobiles.

Plus tard, en 1962, le GM Proving Ground a présenté le premier traîneau à impact, automobile (traîneau HY-GE). Il était capable de simuler des formes d'onde d'accélération de collision réelles produites par des voitures à grande échelle. Quatre ans après cela, GM Research a mis au point une méthode polyvalente pour déterminer l'étendue du risque de blessure produit lors de la mesure des forces d'impact sur des mannequins anthropomorphes lors d'essais en laboratoire.

Ironiquement, l'industrie automobile a considérablement dépassé avion fabricants dans cette expertise technique au fil des ans. Les constructeurs automobiles ont travaillé avec l'industrie aéronautique au milieu des années 1990 pour les mettre au courant des progrès des essais de collision liés à la tolérance humaine et aux blessures. Les pays de l'OTAN étaient particulièrement intéressés par la recherche sur les accidents automobiles, car il y avait hélicoptère se bloque et avec des éjections à grande vitesse des pilotes. On pensait que les données automatiques pourraient aider à rendre les avions plus sûrs.

Lorsque le Congrès a adopté la National Traffic and Motor Vehicle Safety Act de 1966, la conception et la fabrication d'automobiles sont devenues une industrie réglementée. Peu de temps après, un débat a commencé entre le gouvernement et certains fabricants sur la crédibilité des appareils de test comme les mannequins de crash.

Le National Highway Safety Bureau a insisté pour que le mannequin VIP-50 d'Alderson soit utilisé pour valider systèmes de retenue. Ils ont exigé des tests de barrière frontaux de 30 milles à l'heure dans un mur rigide. Les opposants ont affirmé que les résultats de la recherche obtenus à partir de tests avec ce mannequin de crash test n'étaient pas reproductibles du point de vue de la fabrication et n'étaient pas définis en termes techniques. Les chercheurs ne pouvaient pas compter sur les performances constantes des unités de test. Les tribunaux fédéraux étaient d'accord avec ces critiques. GM n'a pas pris part à la protestation légale. Au lieu de cela, GM a amélioré le mannequin de test de collision Hybrid I, répondant aux problèmes qui se sont posés lors des réunions du comité SAE. GM a développé des dessins qui définissaient le mannequin d'essai de collision et créaient des tests d'étalonnage qui normaliseraient ses performances dans un environnement de laboratoire contrôlé. En 1972, GM a remis les dessins et les étalonnages aux fabricants de mannequins et au gouvernement. Le nouveau mannequin d'essai de collision GM Hybrid II a satisfait le tribunal, le gouvernement et les fabricants, et il est devenu la norme pour les essais de collision frontale afin de se conformer à la réglementation automobile américaine en matière de retenue systèmes. La philosophie de GM a toujours été de partager l'innovation factice des crash tests avec ses concurrents et de ne générer aucun profit.

En 1972, alors que GM partageait Hybrid II avec l'industrie, les experts de GM Research ont lancé un effort révolutionnaire. Leur mission était de développer un mannequin de crash test qui reflétait plus précisément la biomécanique du corps humain lors d'un accident de véhicule. Cela s'appellerait Hybrid III. Pourquoi était-ce nécessaire? GM effectuait déjà des tests qui dépassaient de loin les exigences gouvernementales et les normes d'autres fabricants nationaux. Dès le début, GM a développé chacun de ses mannequins de crash pour répondre à un besoin particulier de mesure de test et de conception de sécurité renforcée. Les ingénieurs avaient besoin d'un appareil de test qui leur permettrait de prendre des mesures dans des expériences uniques qu'ils avaient développées pour améliorer la sécurité des véhicules GM. L'objectif du groupe de recherche Hybrid III était de développer un mannequin de crash test de troisième génération, de type humain, dont les réponses étaient plus proches des données biomécaniques que le mannequin de crash test Hybrid II. Le coût n'était pas un problème.

Les chercheurs ont étudié la façon dont les gens étaient assis dans les véhicules et la relation entre leur posture et leur position oculaire. Ils ont expérimenté et changé les matériaux pour fabriquer le mannequin et ont envisagé d'ajouter des éléments internes tels qu'une cage thoracique. La rigidité des matériaux reflète les données bio-mécaniques. Des machines à commande numérique précises ont été utilisées pour fabriquer le mannequin amélioré de manière cohérente.

En 1973, GM a organisé le premier séminaire international avec les meilleurs experts mondiaux pour discuter des caractéristiques de la réponse à l'impact humain. Tous les rassemblements précédents de ce genre s'étaient concentrés sur les blessures. Mais maintenant, GM voulait enquêter sur la façon dont les gens ont réagi lors des accidents. Avec cette perspicacité, GM a développé un mannequin de crash qui se comportait beaucoup plus étroitement avec les humains. Cet outil a fourni des données de laboratoire plus significatives, permettant des changements de conception qui pourraient réellement aider à prévenir les blessures. GM a été un chef de file dans le développement de technologies de test pour aider les fabricants à fabriquer des voitures et des camions plus sûrs. GM a également communiqué avec le comité SAE tout au long de ce processus de développement afin de compiler les données des fabricants de véhicules factices et automobiles. Un an seulement après le début des recherches sur l'Hybrid III, GM a répondu à un contrat avec un mannequin plus raffiné. En 1973, GM a créé le GM 502, qui a emprunté les premières informations que le groupe de recherche avait apprises. Il comprenait quelques améliorations posturales, une nouvelle tête et de meilleures caractéristiques articulaires. En 1977, GM a rendu Hybrid III disponible dans le commerce, y compris toutes les nouvelles fonctionnalités de conception que GM avait recherchées et développées.

En 1983, GM a demandé à la National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) l'autorisation d'utiliser Hybrid III en tant qu'appareil de test alternatif pour la conformité gouvernementale. GM a également fourni à l'industrie ses objectifs de performances fictives acceptables lors des tests de sécurité. Ces cibles (valeurs de référence pour l'évaluation des blessures) étaient essentielles pour traduire les données de l'Hybrid III en améliorations de la sécurité. Puis en 1990, GM a demandé que le mannequin Hybrid III soit le seul appareil de test acceptable pour répondre aux exigences du gouvernement. Un an plus tard, l'Organisation internationale de normalisation (ISO) a adopté une résolution unanime reconnaissant la supériorité de l'Hybrid III. L'Hybrid III est désormais la norme pour les essais internationaux de choc frontal.

Au fil des ans, Hybrid III et d'autres mannequins ont subi un certain nombre d'améliorations et de changements. Par exemple, GM a développé un insert déformable qui est utilisé régulièrement dans les tests de développement de GM pour indiquer tout mouvement de la ceinture sous-abdominale du bassin et dans l'abdomen. En outre, le SAE rassemble les talents des constructeurs automobiles, des fournisseurs de pièces, des fabricants de mannequins et des agences du gouvernement américain dans des efforts de coopération pour améliorer la capacité des mannequins de test. Un récent projet SAE de 1966, en collaboration avec la NHTSA, a amélioré l'articulation de la cheville et de la hanche. Cependant, les fabricants factices sont très conservateurs quant à la modification ou à l'amélioration des appareils standard. Généralement, un constructeur automobile doit d'abord montrer la nécessité d'une évaluation de conception spécifique pour améliorer la sécurité. Ensuite, avec l'accord de l'industrie, la nouvelle capacité de mesure peut être ajoutée. SAE agit comme un centre d'échange technique pour gérer et minimiser ces altérations.

Quelle est la précision de ces dispositifs de test anthropomorphiques? Au mieux, ils sont des prédicteurs de ce qui peut se produire généralement sur le terrain, car il n'y a pas deux personnes réelles de même taille, poids ou proportions. Cependant, les tests nécessitent une norme, et les mannequins modernes se sont révélés être des pronostiqueurs efficaces. Les mannequins d'essai de collision prouvent constamment que les systèmes de ceintures de sécurité standard à trois points sont des dispositifs de retenue très efficaces - et les données résistent bien par rapport aux collisions réelles. Les ceintures de sécurité ont permis de réduire de 42% le nombre de morts dans des accidents de la route. L'ajout d'airbags augmente la protection à environ 47%.

Les tests des airbags à la fin des années 70 ont généré un autre besoin. Sur la base de tests avec des mannequins bruts, les ingénieurs de GM savaient que les enfants et les petits occupants pouvaient être vulnérables à l'agressivité des airbags. Les airbags doivent se déployer à des vitesses très élevées pour protéger les occupants en cas d'accident - littéralement en moins d'un clin d'œil. En 1977, GM a développé le mannequin airbag enfant. Les chercheurs ont calibré le mannequin à l'aide des données recueillies lors d'une étude portant sur de petits animaux. Le Southwest Research Institute a effectué ces tests pour déterminer les impacts que les sujets pouvaient supporter en toute sécurité. Plus tard, GM a partagé les données et la conception via le SAE.

GM avait également besoin d'un appareil de test pour simuler une petite femelle pour tester les airbags du conducteur. En 1987, GM a transféré la technologie Hybrid III à un mannequin représentant une femme du 5e centile. Toujours à la fin des années 80, le Center for Disease Control a signé un contrat pour une famille de mannequins Hybrid III afin de tester les dispositifs de contention passifs. L'Ohio State University a remporté le contrat et a demandé l'aide de GM. En coopération avec un comité SAE, GM a contribué au développement de la famille de mannequins Hybrid III, qui comprenait un homme du 95e centile, une petite femme, un enfant de six ans, un mannequin et un nouveau trois ans. Chacun a la technologie Hybrid III.

En 1996, GM, Chrysler et Ford se sont inquiétés des blessures causées par l'inflation des sacs gonflables et ont adressé une pétition au gouvernement. par l'intermédiaire de l'American Automobile Manufacturers Association (AAMA) pour répondre aux occupants déplacés pendant le coussin gonflable déploiements. L'objectif était de mettre en œuvre des procédures d'essai approuvées par l'ISO - qui utilisent le petit mannequin femelle pour les tests côté conducteur et les mannequins de six et trois ans, ainsi qu'un mannequin pour bébé pour le passager côté. Un comité SAE a ensuite développé une série de mannequins pour bébés avec l'un des principaux fabricants d'appareils de test, First Technology Safety Systems. Des mannequins de 6 mois, 12 mois et 18 mois sont maintenant disponibles pour tester l'interaction des airbags avec les dispositifs de retenue pour enfants. Connus sous le nom de mannequins d'interaction de sac gonflable CRABI ou de dispositif de retenue pour enfant, ils permettent de tester les dispositifs de retenue pour bébé orientés vers l'arrière lorsqu'ils sont placés à l'avant, siège passager équipé d'un coussin gonflable. Les différentes tailles et types de mannequins, qui sont petits, moyens et très grands, permettent à GM de mettre en œuvre une vaste matrice de tests et de types de crash. La plupart de ces tests et évaluations ne sont pas obligatoires, mais GM effectue régulièrement des tests non requis par la loi. Dans les années 1970, les études d'impact latéral nécessitaient une autre version des appareils de test. La NHTSA, en collaboration avec le Centre de recherche et de développement de l'Université du Michigan, a développé un mannequin spécial à impact latéral, ou SID. Les Européens ont ensuite créé l'EuroSID, plus sophistiqué. Par la suite, les chercheurs de GM ont apporté des contributions importantes par le biais du SAE au développement d'un dispositif plus biofidélique appelé BioSID, qui est maintenant utilisé dans les tests de développement.

Dans les années 1990, l'industrie automobile américaine s'est efforcée de créer un mannequin spécial pour les petits occupants afin de tester les coussins gonflables latéraux. Grâce à USCAR, un consortium formé pour partager les technologies entre diverses industries et ministères, GM, Chrysler et Ford ont développé conjointement des SID-2. Le mannequin imite les petites femmes ou les adolescentes et aide à mesurer leur tolérance à l'inflation des coussins gonflables latéraux. Les fabricants américains travaillent avec la communauté internationale pour établir ce plus petit dispositif à impact latéral la base de départ pour un mannequin adulte à utiliser dans la norme internationale pour les performances d'impact latéral la mesure. Ils encouragent l'acceptation des normes internationales de sécurité et forgent un consensus pour harmoniser les méthodes et les tests. L'industrie automobile est très attachée à l'harmonisation des normes, des tests et des méthodes, car de plus en plus de véhicules sont vendus sur un marché mondial.

Quel avenir? Les modèles mathématiques de GM fournissent des données précieuses. Les tests mathématiques permettent également plus d'itérations dans un temps plus court. La transition de GM des capteurs mécaniques aux capteurs électroniques de coussins gonflables a créé une opportunité passionnante. Les systèmes d'airbag actuels et futurs ont des "enregistreurs de vol" électroniques dans le cadre de leurs capteurs de collision. La mémoire de l'ordinateur capturera les données de terrain de l'événement de collision et stockera des informations sur les plantages jamais disponibles auparavant. Grâce à ces données du monde réel, les chercheurs pourront valider les résultats de laboratoire et modifier des mannequins, des simulations informatiques et d'autres tests.

"L'autoroute devient le laboratoire d'essais, et chaque accident devient un moyen d'en savoir plus sur la façon de protéger les gens", a déclaré Harold "Bud" Mertz, un retraité GM spécialiste de la sécurité et de la biomécanique. "Finalement, il pourrait être possible d'inclure des enregistreurs de crash pour les collisions tout autour de la voiture."

Les chercheurs de GM affinent constamment tous les aspects des crash-tests pour améliorer les résultats de sécurité. Par exemple, alors que les systèmes de retenue aident à éliminer de plus en plus de blessures catastrophiques au haut du corps, les ingénieurs en sécurité remarquent des traumatismes invalidants et inférieurs des jambes. Les chercheurs de GM commencent à concevoir de meilleures réponses de la jambe inférieure pour les nuls. Ils ont également ajouté de la «peau» au cou pour empêcher les coussins gonflables d'interférer avec les vertèbres du cou pendant les tests.

Un jour, les "mannequins" informatiques à l'écran peuvent être remplacés par des humains virtuels, avec des cœurs, des poumons et tous les autres organes vitaux. Mais il est peu probable que ces scénarios électroniques remplacent la réalité dans un avenir proche. Les mannequins de collision continueront de fournir aux chercheurs de GM et à d'autres des informations et des renseignements remarquables sur la protection des occupants contre les collisions pendant de nombreuses années à venir.

Un merci spécial à Claudio Paolini