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看看这个方法的利和弊
那它的好处刚才说过了
就是易于控制重复性好
它的缺点也很明显
它是模块试验
它没有考虑到这个模块
还有模块之外
刚才我讲的下肢碰撞的损伤机理
你的上半身的质量
上半身的各种事儿
有可能会有影响
那我们工程师做的办法就是说
有影响我承认
但是我可以把那个影响
给它做一个修正进来
所以它做了一些这种办法
那之前它没有考虑到
整体的动力学响应
很多学者就做了一些研究
那有的人也认为说
你当下肢发生损伤的时候
甭管膝关节拉断了
韧带拉伤了还是骨折了
那都是在短短的几十毫秒
这个发生的
上身的惯性还没有发生作用呢
这是1991年的一个研究
实际上跟我刚才说的就不一样
我刚才说的是我们2014年的研究
它毕竟差了20多年了
因为那会儿没有这么好的工具
我们发现上身的惯性
对下身的影响是有影响的
那2003年这个研究呢
认为上身的惯性是有影响的
就是说我考虑上身的惯性
和不考虑上身的惯性
我考虑了以后
膝部的剪切位移
和弯曲角度会更大 对吧
你的载荷更大了
那如果说我们认定是
这么一种影响关系的话
那也好办
我毕竟不想放弃
这个试验的方便性
那既然它有可能变大
我就在损伤准则里做个修正 对吧
你本来是说
就不是小于多少毫米
小于多少度角
就把那个数字可以做一个修正
这是现在评价方法的利弊
欧洲的这个模块
就是我们EEVC的腿部冲击器
1998年基本上定形
然后2005年成为法规
它有一个演变的过程
就是说整个下肢的碰撞
首先我们看冲击器
我刚才介绍的
它有两个损伤自由度
它是对称的轴对称的
上腿下腿中间一个膝关节
所谓的两个损伤自由度
就指的是人的侧面
跟保险杆发生碰撞
人直立的在这儿等着汽车来
发生碰撞
那这个时候呢
我膝关节
一个是上腿下腿之间的弯曲立正
我们腿侧向的弯曲
几乎是不可能的 对吧
所以这是一个损伤自由度
侧向的弯曲角度
那没多少角度的
我忘了具体的度数了
所以这是一个损伤自由度
也就是说它是能够弯曲的
但是它提供了一个刚度 阻力
第二个事儿是剪切
都是侧向剪切
确确实实代表了
最严重的碰撞工况
因为这是我最容易腿部被伤害的
其他的你如果让我的膝关节
这么来弯曲伤害不大 是吧
但是很遗憾
这么一种看上去
是代表了最严重的碰撞工况
我认为
它涵盖的面尽管是最严重的
但是不够宽
或者说不够典型
因为我们有很多事故
是行走姿态的
比如这个研究
说56%的人车事故呢
是行人处在行走姿态
这个很好理解了
有可能还跑步的姿态呢
不是直直的站在那儿等着
至于是不是56%
那每个人研究的数据不一样
但是我们可以相信有很多事故
是行走姿态
第二说有很多的人车接触
不是纯侧向的
你管它叫零度角也好
90度角也好
它很可能有个25度的转角
或者说你两个腿
如果行走姿态的话
每个腿跟它也不是零度夹角
所以就是说有很多碰撞呢
属于斜碰撞或者是等等
不是那直直的零度角的
最严重的工况
那看到这两个问题呢
学者们就开始研究这个问题了
我也是感觉
我最初接触的法规呢
我也感觉你去看它那个弯曲曲线
说弯曲的刚度很大
当然了我没有做过尸体试验
也可能是这么大的刚度
人腿部就损伤了
但是我还是觉得刚度曲线过大
好像跟我的腿不一样
我的腿承受不了那么大的刚度
所以大概从2003年2004年
我就带着学生
就开始研究这个事儿
我说那第一件
你EEVC的腿
虽然是代表了最严重的损伤
但是你膝部这两个自由度
我可以再加两个
因为你这个
我们这个碰撞
管它叫y方向的碰撞
那因为还有可能斜碰撞
所以还有可能在x方向碰撞
或者x y之间的
45度角的碰撞
所以我希望在加
一个是人的膝关节的自然弯曲
这个自由度
我要把它加进去
尽管不是损伤自由度
再一个呢就是人坐的
就是乘员的坐姿
它有一个损伤自由度
就是当发动机推进来的时候
小腿跟大腿在那儿坐着
它的那个剪切自由度已经在
混3假人里有了
也是个伤害自由度
是乘员的伤害准则
那我为什么不把这两个自由度
就是混3假人作为乘员的
这两个膝关节的自由度
跟EEVC的下肢模块
侧面碰撞这两个自由度
我把它结合起来
我说我就做这么一个
很简单的叠加
告诉我的学生
当时我的一个德国学生
他说你就做个机械设计
就在膝关节这么大的空间里
两个自由度是现成的
四个自由度是现成的
从EEVC的下肢模块
借两个自由度
从混三假人那个
你把这四个自由度
都给我设计在这么大一个
100多毫米直径的
这么一个空间里
那我这个学生亚琛的
交换生他就做到了
这是我们的原型样机
他就把这四个自由度
而且没有运动干涉
全部做了
而且把每个自由度
都要提供一个阻力
是蛮难的机械设计
从概念设计
最后我们做了原理样机
那这样的话我还做了有限元模型
你看它跟保险杆碰撞的时候
它可以代表更
更好地代表人体膝关节的
解剖学的特征
然后撞上以后它可以转动
所以我做着做着我发现
我这个四自由度的膝关节
还有一个优点是说
保险杆有两个方向的曲率
一个是车的话
一个是方向的曲率
还有一个是方向的曲率
而且保险杆是软的
就我说的软
是针对碰撞来讲
实际你踢它一脚
你用手推它你可能也推不动
就是在碰撞上
它保险杆会变形
当保险杆变形
你再考虑这两个方向的曲率
我再往膝关节建立了四个自由度
它撞上以后
就可能有这种旋转和弯曲
这个是EEVC的那个
两自由度的膝关节
所不能表征的
所不能代表的
所以我通过把膝关节
增加了两个自由度
我就让整个下肢模块
更加灵活更加有代表性
那我因为没有做生物力学的研究
我也没有尸体试验
所以我的刚度曲线从哪儿来呢
我只好做一个工程近似一个叠加
就是混3假人里边
你不是有刚度曲线吗
EEVC的下肢模块
你不是有刚度曲线
我全部把它借过来
去放在这儿
但是我们知道人体
不是一个线性结构
不能这么简单的叠加
但是我先做一个简单的叠加呢
有总比没有强
这是一个 我们的研究
等到我们研究
我们研究了很长时间
因为你从概念到CAD设计
到不断的改进
到把传感器放进去
到做原理样机
到做有限元模型
做了七八年
完了发现EEVC的那个模块
确实里面有错
但是他原来的那个学者就说
我当年做尸体试验的时候
某一个数据处理发生了问题
这就是我当时的感觉说
你那个刚度怎么那么大
刚度确实过大
是因为它处理尸体试验的
试验数据处理错了
过了十八年也好二十年也好
他发现了
别人都在怀疑
因为别人没法去检查
他的那些试验数据
别人都在怀疑
在不断的怀疑和质疑情况下
最后他说是有问题
那你看这个故事说明
即使这么一个酝酿了20年的
经过了很多很多研究的
这么多家这么一个法规
而且是这么大
而且这个法规今天还在执行
它里边有这么一个严重的错在这儿
当然了发现了这个错以后
也推进了法规的改进
但是还没改呢
那法规开始改了
这基本上是平行做
我一方面我带着学生在清华呢
我们从2003年开始往后做
那腿模块
叫Flex-PLI
这个要快成为法规了
主要是日本两个研究机构在做
一个叫JAMA一个叫JARI
那他呢其实发现了同样的问题
他也觉得你这个下肢模块太硬
但是他的那个方法跟我不一样
我是把膝关节增加自由度
它的灵活性也增加了
但是上肢下肢呢
我没动它还是刚性的
它是没动膝关节
膝关节那两个自由度没动它
它把上肢下肢呢
给它弄得更灵活了
它把它弄成这种三明治的结构
就像假人的那个颈部似的
每一个小金属块呢
中间有个橡胶
然后它都能够弯曲
那确确实实
我们去看尸体试验
它那个上肢骨
尤其骨折了以后
它是能够弯的
所以它做的是对的
就是说在碰撞下
尤其你要骨折损伤的时候
我的小腿和大腿不是一个刚性块
是能够弯的而且是能骨折的
他做的是对的
我做的也是对的
因为确实我们的膝关节
不止他说的那两个自由度
所以比较理想的是
如果我们这两个能够结合起来呢
这个下肢模块就更理想了
但是因为这是日本的
国家组织做的 大的研究院
所以他们再加上做了二十年
十几年以后呢
逐渐的会被国际认可
就基本上要成为法规了
这是整个的演变的过程
同时我们来看看行人假人的发展
一方面行人假人呢
它没法做法规的评价
因为它操作起来麻烦
但是我还是可以做试验的
我可以做内部评价
我可以看看那个模块试验里
哪些不能代表
所以日本的本田汽车公司
他就拿了一个假人
他说不是美国政府
NHTSA
拟开发了一个Thor假人
说你这个Thor假人
不是比混3假人
能更好的代表人体的冲击
生物保真度吗
Thor假人是个坐姿假人
是个驾驶员的
他就把美国政府Thor假人
还没有成为法规的还在研究阶段
他把它拿来做改进
改成立姿的假人
起了个名字叫
Polar 1 2 3
到第三代Polar
所以Polar
它基本上就是基于
美国政府开发的Thor假人
现在就是唯一的一个
行人的一个假人
那说到这个Thor假人
那我跟它的还有很渊源的关系
我大概是1999年到2003年
在美国政府工作
当时我其实那四年就做了两件事儿
一件事儿就是Thor假人的
有限元模型的开发
所以Thor假人
它是美国政府NHTSA
他引领开发的硬件
第一款有限元假人
是我带着我的小团队
我当时在Volpe Center工作
都是我和我的团队的论文
2002年 2004年
第一款Thor假人的有限元模型
是我来开发过的
那后来
硬件也好 软件也好不断在引进
我这说的都是历史了
所以你看到2009年的那个
在天津中心做的那个试验
就是车和Polar
他们叫Polar
他就请我去来做一个
现场一个专家来看
因为他知道假人的前身
是我参与过的
那么Thor假人还在开发之中
或者Polar假人
还在开发之中
包括我刚才讲的下肢模块
我们把它越做越复杂
这其实带来另外一个问题
就是假人的部分
我这个课程上讲的少
就是假人有一个要求
就是要可重复性简单性
那我呢一方面把它越做越复杂呢
它的那个生物保真度
可代表性会好
同时它的可重复性
还有它的易损坏性
这些设计性能就会差了
这是一个历史的变革
那在行人碰撞研究里边呢
很多的我们都要从研究到评价
我们都可以用尸体试验
那最早我们做乘员的损伤研究
主要也是从尸体试验开始的
尸体试验的学名呢
我把它列在这儿了
英文的俗名叫Cadaver Test
这有一个学名
我都很难发出来医学名字
我就不去发了
就是PMHS
就是尸体试验
大家看到PMHS
这么长的名字就叫尸体试验
那尸体试验是一个完整尺度
用真人的尸体来做试验
那做试验的时候也不容易做嘛
那个你要把尸体包裹好了
吊起来绑好
然后这么一个车
是一个台车了
撞上来
你还得把它的那个
同步等等做好
好处是它是全尺寸的
能够代替真实损伤的
伤害的这么一个试验
是个研究方法
缺点难以操作
就是太难操作了 对吧
然后试验对象变差很大
你这个尸体跟那个尸体变差很大
试验的重复性非常的不好
但是它是一个非常必要的研究
因为我所有的研究机理
包括我人体模型的改进
包括我那些法规的制定
我都得有尸体试验
作为一个基础和依托
所有的法规的最早的基础呢
一般都来源于尸体试验
-1-1：汽车安全问题的背景
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-1-2：车辆碰撞过程
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-1-3：汽车安全的定义
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-1-4：乘用车组件及车身结构碰撞区域
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-1-5：汽车碰撞的类型和碰撞设计要求
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-1-6：汽车碰撞安全设计与分析过程
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-2-1：汽车碰撞波形的定义
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-2-2：发动机对碰撞波形的影响
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-2-3：车辆运动学分析
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-2-4：乘员运动学分析
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-2-5：乘员动力学(1)
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-2-6：乘员动力学(2)
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-补充：整车碰撞试验视频
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-2-7：基于等效方波的质量弹簧模型及约束系统刚度设计
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-2-8：碰撞波形与乘员的约束系统设计匹配（上）
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-2-9：碰撞波形与乘员约束系统设计匹配（下）
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-3-1：冲击载荷下人体的受伤机理
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-3-2：冲击载荷下人体的力学响应
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-3-3：人体的损伤容限
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-3-4：人体冲击力学的试验方法
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-3-5：冲击载荷下人体胸部的力学响应
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-3-6：人体胸部碰撞损伤容限
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-3-7：冲击载荷下人体头部的力学响应与碰撞损伤容限
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-3-8：人体其他部位碰撞损伤研究
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-作业1
-4-1：碰撞假人演变和开发历史
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-4-2：混III 50百分位假人的结构
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-4-3：其他碰撞假人
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-4-4：假人的生物逼真度控制和改进
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-4-5： 碰撞假人主要结构介绍
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-4-6：典型整车碰撞试验过程介绍
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-4-7：典型滑车碰撞试验
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-补充1 正面100%重叠刚性壁障碰撞试验
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-补充2 正面40%重叠可变形壁障碰撞试验
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-补充3 可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-5-1：安全带与气囊的功能
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-5-2：安全带结构
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-5-3：气囊的结构与工作原理
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-5-4：气囊的潜在危险性
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-5-5：气囊对离位乘员的危险性
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-5-6：碰撞感知的概念与难点
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-5-7：点爆策略的制定过程
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-5-8：周青教授解读汽车乘员约束系统工作原理
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-6-1：汽车座椅的结构
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-6-2：颈部挥鞭伤及影响因素
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-6-3：座椅的功能和碰撞安全性设计
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-6-4：防挥鞭伤的原理和保护装置
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-6-5：座椅刚性和柔性的争议
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-6-6：基于座椅滑动的尾撞乘员保护
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-6-7：座椅主要结构及功能介绍
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-6-8：基于座椅滑动的尾撞乘员保护(会议报告版)
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-作业2
-7-1：儿童乘员碰撞保护问题
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-7-2：儿童身体生物力学特性及伤害研究
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-7-3：获取儿童损伤生物力学特性数据及儿童假人设计
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-7-4：儿童乘员约束系统
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-7-5： 儿童乘员约束系统碰撞性能评价
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-7-6：儿童座椅台车试验过程介绍
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-7-7：儿童约束系统使用正确与否的对比
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-8-1：碰撞法规试验的单一性与交通事故的多样性
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-8-2：自适应乘员约束系统优化仿真平台
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-8-3：可调式乘员约束系统构型优化结果56kph工况
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-8-4：可调式乘员约束系统构型优化结果40kph工况
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-9-1：侧面碰撞保护设计评价方法
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-9-2：侧面碰撞过程分析
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-9-3：髋部缓冲衬垫设计考量举例
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-9-4 ：侧面碰撞缓冲衬垫设计
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-9-补充1：车与车侧面碰撞试验
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-9-补充2：C-NCAP可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-9-补充3：侧面柱碰撞试验
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-9-补充4：可变形移动壁障侧面碰撞试验
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-10-1：乘员头部碰撞问题的背景
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-10-2：力学建模及其依据
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-10-3：研究结果如何指导乘员头部碰撞保护设计
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-10-4：乘员头碰撞小结
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-作业3
-11-1： 行人碰撞事故特点及伤害
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-11-2：行人下肢碰撞损伤机理研究
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-11-3：行人安全评价方法、法规及实验模块
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-11-4： 基于行人模块试验评价方法利弊
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-11-5：车辆前端结构的行人碰撞保护设计
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-11-补充1 行人碰撞保护中成人及儿童头模块碰撞试验
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-11-补充2 行人碰撞保护中下肢模块碰撞试验
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-12-1：薄壁管件轴向压溃设计和分析
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-12-2：塑性铰的概念
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-12-3：薄壁方管轴向压溃变形模式和机理及其力学模型
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-13-1：结构和材料碰撞响应之复杂性
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-13-2：冲击载荷下材料的表征与测试-材料特性的复杂性
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-13-3：冲击载荷下材料的表征与测试-应用环境的复杂性
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-13-4：冲击载荷下材料的表征与测试-试验设计与优化
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-13-5：碰撞载荷下材料和结构的建模与仿真
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-作业4
-14-1：影响两车相撞安全性的因素
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-14-2：具体说明重量、刚度、几何尺寸等如何影响两车相撞安全性
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-14-3： 不同重量级别汽车的安全性设计
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-14-4：事故统计及车重的发展
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-14-5：轻量化技术对汽车安全利大于弊
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-15-1：电动车事故
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-15-2： 电动车电池排布及电池的细观结构
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-15-3： 电池的起火条件及设计准则
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-15-4： 电池碰撞安全性研究
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-15-5：小型轻量化电动车的碰撞安全性研究
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