Som ett led i Fords banbrytande program för att göra bilresor säkrare för barn och unga håller man på att ta fram en av världens första digitala modeller av en barnkropp.
”Vi studerar skadetrender på området och vet idag att fordonskollisioner är den främsta dödsorsaken för personer mellan 4 och 34 års ålder”, säger doktor Stephen Rouhana, teknisk säkerhetschef på Ford Research & Advanced Engineering. ”Vi vill lära oss mer om hur skadorna skiljer sig åt för yngre personer.”
”Våra bilbälten är framtagna för att minska allvarliga skador och dödsfall i trafiken och har visat sig vara mycket effektiva”, säger Rouhana. ”Men det uppstår fortfarande skador vid kollisioner. Ju mer vi vet om människokroppen, desto bättre kan vi förstå hur vi kan göra bilbältena ännu bättre.”
Det är inte lätt att bygga en digital modell. Arbetet med Fords modell av en vuxen människokropp tog 11 år. Digitala modeller används inom forskning, inte vid fordonsutveckling. De kan inte ersätta krockdockor, som mäter effekten av krafterna vid en kollision på kroppen. Däremot kan de användas för att förstå hur man kan göra bilbältena ännu mer effektiva genom att ge bättre kunskaper om skademekanismerna.
Den digitala modellen konstrueras komponent för komponent – hjärnan, skallen, nacken, bröstkorgen, armar och ben osv. – med omfattande forskning om varje enskild kroppsdel.
”Att skapa en modell av en människa är precis som att skapa en modell av en bil”, säger Rouhana. ”Man börjar med ytgeometrin för de enskilda komponenterna och deras eventuella underkomponenter – i det här fallet människokroppens och dess inre organs geometri.”
Efter att ha samlat in sådana data genom såväl medicinska scanningar som från anatomitexter sätter forskarna ihop en modell, bit för bit, genom att skapa kroppsdelar. Hjärnan i Fords digitala modell av en vuxen människa konstruerades separat, med en detaljnivå ner till hjärnstammen, grå hjärnsubstans och vätskan mellan hjärnans skikt.
Komponenterna sätts sedan ihop till en virtuell människokropp som genomgår omfattande valideringar. Därefter kan forskarna, med hjälp av matematiska verktyg, analysprogram och tillgängliga data om de mänskliga vävnadernas egenskaper från medicinsk och teknisk litteratur fastställa hur kroppen påverkas av en krock – och av trycket från bilbältet.
”Det är stor skillnad på ett barns och en vuxen människas kropp”, säger Rouhana. ”Genom att skapa en digital modell av ett barn kan vi utforma framtida system som ger bättre skydd till unga passagerare.”
Rouhana har nyligen belönats för sin forskning om hur människokroppen svarar på stötar med det prestigefulla Award of Merit från Association for the Advancement of Automotive Medicine. Detta är det finaste pris som kan föräras en forskare på detta område och det delades ut i Paris förra månaden.
Historik för vanliga krockdockor
Ford har använt vanliga krockdockor under de senaste 70 åren för att förbättra skyddet av förare och passagerare i sina fordon.
Världens första krockdocka skapades 1949 för det amerikanska flygvapnet. Dockan, som fick kodnamnet Sierra Sam, var utformad för att testa jetplanens katapultstolar.
I mitten av 1950-talet tog Fords amerikanska forsknings- och utvecklingsavdelning fram egna verklighetstrogna krockdockor som fick namnen FERD I och FERD II. De hade stålskelett med tåligare plastdelar som skulle simulera muskler och mjukare plast som skulle simulera hud, samt hjärnor med elektroniska instrument.
1971 presenterade Ford världens första standardiserade krockdocka för fordonsindustrin, Hybrid I, som följdes av en uppdaterad version, Hybrid II. Den nuvarande modellen, Hybrid III, har en ryggrad med metallkotor, rörlig hals, bröstkorg av stål, vinylhud och knän som är utformade för att reagera på stötar på samma sätt som mänskliga knän.
Ford använder även särskilt utvecklade krockdockor för sidokollisioner. Modellerna WorldSID och EuroSID 2 innehåller fler än 220 olika sensorer som registrerar kollisionsskador och -krafter.
”Dagens krockdockor är mycket komplicerade”, förklarar Jake Head, kaross- och säkerhetsansvarig på Ford. ”En Hybrid III kostar cirka 34 000 euro, men kan med en komplett instrumentuppsättning gå på mer än 50 000 euro.”
Ford använder krockdockor i både barn- och vuxenstorlek vid kollisionstester för att se till att säkerhetssystemet och bilbältena är anpassade efter förare och passagerare med olika längd och vikt.
Företaget har även blivit världsledande inom virtuell säkerhetsforskning. Fords ingenjörer i Tyskland och USA gjorde mer än 12 000 virtuella krocktester i olika situationer av den nuvarande modellen av Ford Focus för att testa ny teknik som ska skydda förare och passagerare vid kollisioner. Dessa virtuella simuleringar har blivit så effektiva att antalet fysiska fordonskrocktester har minskat avsevärt.
