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自動駕駛測試專用假人 - 自動駕駛安全測試專題

2019-03-29 00:20:22·  來源：SAEInternational  
　
作者：Lindsay Brooke來源：SAE《自動駕駛汽車工程》雜志正如 Humanetics 公司首席執(zhí)行官所言，自動駕駛車輛的快速發(fā)展正在推動 人體模擬測試設備的不斷創(chuàng)新。來
作者：Lindsay Brooke
來源：SAE《自動駕駛汽車工程》雜志
 
正如 Humanetics 公司首席執(zhí)行官所言，自動駕駛車輛的快速發(fā)展正在推動 人體模擬測試設備的不斷創(chuàng)新。
來自美國電力公用事業(yè)公司的1960年經典雜志廣告預測了自動駕駛的未來，但當時廣告中的自動駕駛汽車是“有線”自動駕駛汽車，也就是必須沿著高速公路下鋪設的線路行駛。當時的廣告文本如下：“未來，公路將不再危險！沒有堵車…沒有車禍…駕駛員也不再疲勞，一切只因有了電力。”此外，乘客也不必限制在自己的座位上。
 
幾年前，全球領先人體模擬測試設備（ATD，俗稱碰撞測試假人）供應商 Humanetics Innovative Solutions 首席執(zhí)行官 ChrisO’Connor 開始注意到，任何自動駕駛會議上似乎總少不了一個共同的話題。
 
“似乎很多業(yè)內人士和國會議員都在說‘有了自動駕駛汽車，我們就不會再遇到交通事故了’，”O’Connor回憶道，“既然不會再有車禍，那我們也不再需要擔心車上人員的安全了。”
當時，自動駕駛汽車革命剛剛嶄露頭角。“自動駕駛汽車可以避免所有的交通事故” — 這種誘人的宣傳，讓汽車行業(yè)領導者和政策制定者難以拒絕。
 
“后來我們都意識到，這種說法是很荒謬的，”O’Connor 表示，“自動駕駛汽車也會發(fā)生車禍，它們的電子系統(tǒng)可能出現故障，軟件也可能會有問題，這些都是我們必須面對的現實。”
 
O’Connor 并不是自動駕駛汽車的反對者，也從不曾否認自動駕駛汽車在顯著減少道路事故、傷害和死亡人數方面的潛力。事實上，O’Connor 是一名貨真價實的自動駕駛汽車倡導者，而且他對汽車碰撞測試領域及相關分析工具的深入了解和豐富經驗，非常有助于行業(yè)解決圍繞自動駕駛汽車乘客安全的相關挑戰(zhàn)。在接受《汽車工程》采訪時，O’Connor 指出，如今汽車行業(yè)許多項目的情景規(guī)劃都基于每年3.7萬名車禍死亡人數，而僅在美國每年就會發(fā)生 600 萬起各類交通事故。
 
“隨著自動駕駛汽車在道路中的比例越來越高，我們必須始終注意乘客安全的問題，”O’Connor說，“我們都見過一些創(chuàng)新自動駕駛汽車的座椅排布，特別是在一些車展上的概念車中。這些創(chuàng)新座椅的共同特點是乘客都是面對面排列的。很顯然，這是因為沒人需要再駕駛汽車或關注道路情況了。而這，就是第一大挑戰(zhàn)。”
Humanetics 首席執(zhí)行官 Chris O’Connor 及公司最新產品“肥胖”假人（紅色背心）和“老年”假人。與標準的 Hybrid-III 中位成年男性假人相比，專用于碰撞測試的THOR 假人的生物仿真特征得到了明顯增強，數據采集能力也有了顯著提升。
 
展望未來
 
事實上，O’Connor 提到的座椅設計并不新鮮。自 20 世紀 50 年代的“噴氣式飛機時代”和 60 年代的“太空時代”以來，這種座椅就已經為公眾所熟知。比如，通用汽車公司曾展示過Motorama 和 Futurama 概念車，可以沿著部署在高速公路下的電磁線路進行無人駕駛，而車上的乘客則在無憂無慮地打牌、吃飯或聊天。這樣的場景已經在公眾心中留下了不可磨滅的印象。
 
但 O’Connor 也同時指出，要想讓自動駕駛汽車真正實現無障礙和無事故的行駛，我們還需要多年的工程、科學和安全系統(tǒng)測試。與此同時，還必須解決許多技術障礙。
 
舉個例子，自動駕駛穿梭巴士或 SAE 4 級自動駕駛汽車（乘客面對面乘坐）是否將給車輛的安全測試、測試標準和更專業(yè)的 ATD 開發(fā)帶來新的挑戰(zhàn)？
 
O’Connor 進一步解釋說，“假設你坐在一個靠背保持在 23 度的汽車座椅上，這也是現有測試過程中的標準座椅靠背角度。這時，你希望將座椅靠背繼續(xù)下推至 33 度或 43 度嗎？這種調整可能并不算太大，但事實上，每增加一次角度，車上乘客受傷的概率都將急劇上升。”
 
更夸張的調整還包括直接改變座椅的朝向和角度，或者讓座椅向側面傾斜，而這種座椅在想象中的自動駕駛的世界里是非常普遍的。
 
O’Connor 提出，在不遠的將來可能將出現一種全新的場景。想象一下，你正乘坐一輛自動穿梭巴士前往機場，你的座位靠近車輛中部，朝向與車輛的行駛方向相反，就像乘火車一樣。這種情況下，一旦發(fā)生事故，你的頭將直接暴露在正面碰撞區(qū)。與此同時，與你一起乘坐巴士的另一名乘客則將自己的座椅調整至面向車窗的角度，希望能更好地欣賞沿途的風景。很顯然，這位乘客的情況也可能非常危險。
 
在此背景下，車輛的整個結構都必須重新設計，以應對最嚴重的車禍沖擊。
 
“這不是一件簡單的事情，”O’Connor 繼續(xù)說道，“舉個例子，自動出租車制造商 Zoox 推出的產品共有四個座椅，一排兩個，兩兩相對，汽車可以向前或向后行駛。在這種座椅排布下，單單是調整座椅靠背角度，都可能會顯著增加人員在事故中受傷的概率。
 
“更重要的是，在自動駕駛行程中，乘客更容易放下座椅靠背，因為他們完全不必操心路況或駕駛，完全可以躺著看電影或睡一會。”O’Connor 表示，“我們必須好好研究這些車輛概念，從而真正保證車輛的整體安全性，這已經刻不容緩了，我們必須在早期設計階段參與進來。”
塔塔汽車全新 Nexon 緊湊 SUV在 2018 年全球 NCAP 碰撞測試中的情形。最終，Nexon 在成人組和兒童組乘客安全評級中分別獲得了四顆星和三顆星。
 
重新思考碰撞測試
 
Humanetics 公司的總部位于密歇根州法明頓山。公司首席執(zhí)行官 O’Connor 表示，Humanetics每年可以生產大約 250 部 ATD 設備。事實上，ATD設備的成本非常高昂，每個型號都必須經過 10 到 15 年的開發(fā)，然后還需要通過 NHTSA、NCAP 及各種政府機構的漫長審批。根據具體設備不同，一款 ATD 設備的成本最高甚至可以達到 80萬美元。目前，Humanetics 公司的主要市場在美國以外地區(qū)，占公司總銷售額的 75%。
 
O’Connor 的工程師一直與自動駕駛汽車OEM保持著非常緊密的合作，積極針對這些異于傳統(tǒng)的座椅配置，打造專門的測試流程。“我們對此非常主動。事實上，為了實現這個目標，我們拿出了公司最新最先進的THOR 系列測試假人，并對其進行修改，使其更加適合自動駕駛汽車測試。”O’Connor表示，“這點非常重要，因為在新型座椅排列下，傳統(tǒng)安全帶和安全氣囊能發(fā)揮的作用都相對有限。”
 
O’Connor 表示，“所有原廠都明白，未來他們將不得不調整，甚至完全重新設計這些安全系統(tǒng)。因此，他們也需要合適的測試設備完成評估工作。”
 
O’Connor 預測，新的 THOR系列將用于下一代 NCAP 新車評估循環(huán)測試，及 NHTSA 的最新傾斜測試循環(huán)。在最新的測試流程下，被測車輛必須在靜止狀態(tài)下，接受時速 56 英里（90公里/小時）滑車的側面撞擊，撞擊面積對為正面碰撞的35%，碰撞角度則互為 15 度。在這個場景下，車上乘客很容易從安全帶等保護設備中甩出。很顯然，這種測試可以為未來的自動駕駛汽車結構、客艙和安全系統(tǒng)設計提供非常有價值的信息。
 
目前，隨著汽車原廠紛紛投入自動駕駛汽車的發(fā)展浪潮，O’Connor 及其團隊也開始為歐盟的 2020 年 NCAP 循環(huán)測試進行準備。據了解，新的測試循環(huán)流程全面修改了車輛的安全評級標準，增加了很多新的測試與評估項目，并且修改了與當前測試相關的評分條件，與NHTSA 提議的 NCAP 循環(huán)測試項目比較類似。
 
“過去，美國在汽車安全方面一直處于全球領先地位。然而，在過去 10 年里，由于其他市場在行人保護及其他關鍵測試方面的要求更加嚴格，我們已經不再具備優(yōu)勢了。”O’Connor 直言道，“最近的美國 NCAP 測試循環(huán)議案將是我們迎頭趕上，甚至重新占據領先優(yōu)勢的機會。”
 
正是出于這個原因，目前，Humanetics 牽頭了一個私企聯盟，專門解決一些自動駕駛汽車獨有的安全問題，例如自動駕駛汽車特殊的座椅排列可能帶來的安全隱患。顯而易見，無論是 Humanetics，還是聯盟中的其他成員公司，私營企業(yè)已經開始主動解決一些傳統(tǒng)意義上應該由政府出面解決的問題。
 
“我們必須立刻行動，”O’Connor 表示，“我們是虛擬測試的大力支持者，而且一直在向原始設備制造商提供各種虛擬計算機模型，幫助他們在真正啟動真實碰撞測試前，進行充分的模擬測試。然而，我們也明白，只有通過實車測試，才能確保測試結果準確無誤，且能達到預期的結果。”
THOR 家族中的最新“女性成員”。我們不僅可以看到內部構造細節(jié)，甚至可以拉開拉鏈，直接觀察假人內部的數據采集“器官”。
 
THOR 測試假人家族
 
目前，Humanetics公司的 THOR-50M 系列是業(yè)內最先進的正向碰撞 ATD 設備。THOR 是 Test device for HumanOccupant Restraints 的首字母縮略，即人類乘客約束系統(tǒng)測試裝置；后綴 50M 中的M 表示男性（Male）、50 則表示中位數水平。目前，THOR 系列中的產品劃分越來越精密。這些假人經過專門設計，可以承受嚴重撞擊并提供重要數據。目前，THOR 家族已經取代了上世紀 80 年代同樣由 Humanetics 公司開發(fā)的 Hybrid-3 系列假人。
 
公司首席執(zhí)行官O’Connor 介紹說，盡管最新版本的 Hybrid-3 假人已經裝配了高達 20 個傳感器，“但以今天的技術來看，它已經是老古董了。”
 
THOR系列產品的設計則更加人性化，可以提供更高的生物逼真度、動態(tài)響應性、可重復性和耐用性，內部數據采集系統(tǒng)能夠提供高達 150 條信息渠道，專門用于評估事故傷害。
 
Humanetics公司 THOR 家族中的最新成員，是一款經過專門設計的女性假人（如圖所示），可以更加精確地評估從生理方面更易因事故受傷甚至死亡的女性乘客的安全。目前，除了這款女性假人，Humanetics 公司THOR 家族中的“定制”ATD 產品還包括“老年”假人和“肥胖”假人等。事實上，此類人群在車禍中的表現都與中位數男性有很大不同，因此這些“定制”假人具有非常重要的意義。
 
“目前，‘老年’假人的設計主要是基于一名 70 歲女性的數據，”O’Connor解釋道，“‘她’看起來有點胖，這在老年人中非常常見，可以為車內約束系統(tǒng)的安全設計提供非常重要的數據。”
 
O’Connor表示，數據顯示，老年人在車禍中更易于死于肝臟或脾臟破裂。此外，老年人在車禍中受傷和死亡的概率更高，而且通常不會在事故中當場死亡，而是更容易在幾天后死于內部器官破裂。
 
O’Connor指出，“我們不僅調整了‘老年’假人的腹部設計，甚至定制了內部器官。”O’Connor 表示，“這將有助于確定車輛安全約束裝置或汽車構件是否會導致老年人的器官損傷，甚至是最終死亡。” 
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