Comparación de la traslación y rotación en tres dimensiones de la cabeza en ensayos deimpacto simulando choques frontales de tráfico entre dummies y Post Mortem Human Subjects(PMHS)

Abstract

El objetivo de este Trabajo Fin de Grado fue evaluar la biofidelidad de los maniquíes antropomórficos (ATD) frente a sujetos humanos post mortem (PMHS) en choques frontales a 50 km/h, centrándose en la traslación y rotación tridimensional de la cabeza. Para ello, se realizaron seis ensayos en el laboratorio MOBIOS del IIT: tres con ATD Hybrid III (percentil 50 % masculino) y tres con PMHS adultos. Todos los sujetos, montados en asientos SP2 reclinados 45° respecto a la horizontal, fueron sometidos a impactos frontales con cinturón de tres puntos, registrando la cinemática craneal mediante el sistema Vicon Nexus a 1000 Hz y marcadores reflectantes (cuatro en los ATD y siete implantados en los PMHS). Los datos se procesaron mediante Vicon y se calculó el centro de gravedad craneal. Tras reparametrizar las señales por longitud de arco, se generaron corredores estadísticos de respuesta (XY, XZ, YZ) usando Arcgen en MATLAB. Además, se compararon los costes de ambos métodos frente al Valor Estadístico de la Vida (€ 1,9 M). Los resultados biomecánicos mostraron que los PMHS presentaron desplazamientos laterales y verticales de la cabeza más de un superiores a los de los ATD, evidenciando patrones de latigazo cervical ausentes en los maniquíes, especialmente en configuración SP2. Se concluye que los ATD requieren rediseños que incorporen mayor flexibilidad espinal y adaptaciones para asientos reclinados, mientras que los PMHS, pese a su coste, son indispensables para validar críticamente sistemas de seguridad. Una estrategia combinada, ATD para desarrollo iterativo y PMHS para validación definitiva, junto a modelos computacionales validados, optimizaría la seguridad vial.

This Bachelor’s Thesis aimed to assess the biofidelity of Anthropomorphic Test Devices (ATDs) versus Post-Mortem Human Subjects (PMHS) in frontal crash tests at 50 km/h by comparing three‑dimensional head translation and rotation. Six impact tests were conducted at the MOBIOS laboratory (IIT): three with a 50th‑percentile male Hybrid III ATD and three with adult PMHS. All subjects, seated in SP2 seats reclined 45° and restrained by three‑point belts, underwent frontal impacts while head kinematics were captured at 1000 Hz using the Vicon Nexus system. Four reflective markers were attached to ATDs, and seven were surgically implanted in PMHS. Data processing involved Vicon interpolation to reconstruct trajectories, calculation of the cranial center of gravity, and arc‑length reparametrization. Statistical response corridors for the XY, XZ, and YZ planes were generated with MATLAB’s Arcgen script. A cost analysis was also performed, relating test expenses to the Statistical Value of Life (€1.9 M). Biomechanically, PMHS exhibited lateral and vertical head displacements greater than ATDs, revealing whiplash patterns absent in the dummies, especially under SP2 seating. The study concludes that ATDs need urgent redesigns to enhance spinal flexibility and accommodate reclined seats, while high‑cost PMHS tests remain crucial for final validation of safety systems. A synergistic approach, using ATDs for iterative development and PMHS for definitive validation, combined with validated computational models, promises the most robust path toward improved vehicle safety.