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无需假人的碰撞测试,“THUMS”是什么?

2021-03-09

前不久,丰田宣告,公司对可在电脑上解析撞击事故对人体造成损害的虚拟世界人体模型——THUMS进行无偿公开发表,让更多的企业和研究机构需要利用它来提升安全性。那么问题来了,THUMS是什么?能做到什么?

撞击测试是检验被动安全性的一项必要环节,也是提高安全的最重要试验。在撞击测试中,经常看到内搭乘的“假人”,别小看这些长相和橱窗里的展出模特儿类似的“玩偶”,它们为提高的安全性作出了极大的贡献。

只是,经过数十年的发展,假人依然有着耗资昂贵且数据采集并不完全全面等不足,于是,丰田公司发明出了一款虚拟世界人体模型——THUMS,用来弥补“假人”的严重不足,同时开启全新的撞击测试模式。

★碰撞测试的发展

在谈THUMS前,我想先来谈谈撞击测试的发展历史。自从卡尔飞驰先生在1886年制造出了世界上第一辆开始,祸也随而来,不过在长达数十年的工业发展中,人们对祸一直束手无策,没有安全气囊、没有安全带、没有笼式身,也没有超高强度钢,在开始政治宣传人类生活方式的同时,祸也对驾驶者和行人造成了极大的损害。

直到1938年,联盟公司(奥迪前身)的工程师突发奇想,将一辆DKWF7的身展开加固后,把从山坡上推了下去,结果发现身并没发生相当大的变形,发动机也可以之后正常运转,这一举动被认为是碰撞测试的诞生作,随后带来的便是自公司的销量大上涨。

后来,据说有一位美国的大学教授用真人来研究碰撞对人体展开的冲击,尽管后来改用狗、猩猩甚至尸体来替换,但依旧难以摆脱人道主义的指责与谩骂,而且数据也难以收集。到了1949年,美国Sierra公司研发出有了世界第一个用于碰撞测试的假人,名为SierraSam,只不过是用于测试战斗机的座椅弹射系统,而不是作为撞击测试而使用。

1959年,沃尔沃发明者了三点式安全带,代表人们开始对安全进行推崇了。这一年,奔驰W111型做了一次更专业的碰撞测试,并且用于了假人,从此,碰撞测试开始被工业广泛使用,辆的安全性也随着安全带、可溃缩式改向机构和安全气囊等装备的经常出现而大幅度提高。

1972年,标准化根据《美国国交通与机动安全法案》研发的HybridII型假人被接纳为用作撞击测试的标准假人。1977年,HybridIII型假人问世,它具备更好的数据采集系统,能够模拟出人在撞击中的真实表现,只是这款全身被橡胶覆盖的假人造价非常便宜,合人民币100万元左右。

现如今,随着数据采集系统的更加丰富,以及大量传感器等设备的重新加入,一个假人的造价在数百万元至上千万元不等。尽管非常便宜,但厂商也不会为了提升的安全性而不遗余力地投放。而撞击测试的成绩,也必要标定了一款的安全性表现。

★THUMS是什么?

在有所不同速下,辆进行不同角度和位置的撞击时,驾驶者与乘客身体不同部位的损害程度都必须通过假人来采集大量的数据,甚至精确到每一根肋骨的伤势程度。不过,即便是目前造价上千万的最先进的假人,也无法收集辆在再次发生撞击时人体的大脑、内脏、肌肉以及组织等身体内部受伤害的数据,况且在进行撞击测试后,大量的受损辆以及假人的修理与维护费用也是一笔非常庞大的花费。

于是,丰田联合丰田中央研究所从1997年开始开发用于碰撞测试的虚拟世界人体模型,并在2000年顺利发售了当时的全球首款模拟全身的虚拟世界人体模型——THUMS。THUMS的全名为TotalHumanModelforSafty,不必须制作真实的人体模型,通过基于计算机的模拟碰撞中取得与使用真实假人展开碰撞测试的同等效果。

历经多次改良后,最新的模型可以仪器再现还包括骨骼、大脑、内脏、肌肉在内的全身形状和强度,并逐步减少了不同年龄、性别和体格的模型。而运用仿真碰撞技术,不仅可以分析体变形吸取能量的情况,也可以更准确地分析乘客的动作和身体负荷情况。

★THUMS的效果如何?

例如在模拟追撞事故中,通常不会造成乘客的颈部骨折,有报告称即便是轻微的追尾,也会更容易对颈部造成伤害,且很多时候通过去医院摄制X光片检查也无法找到显著的组织受损。

通过THUMS模拟后发现,乘客正常情况下躺在座位上时,背部会贴在靠背上,后脑距头枕很将近。被追撞后,身体躯干与靠背一起被推上前方,而头部在认识到头枕前会保持不一动,此时颈部会因上下两端再次发生前后错位而对关节产生负荷。

基于这一结果,丰田设计了一款取名为WIL(WhiplashInjuryLessening降低颈部伤害)的概念座椅,这款座椅在背部陷入椅的同时,可以更快地用头枕撑住后脑勺,防止颈部再次发生前后错位。随后WIL概念座椅在丰田制造的中获得普遍采用。欧洲的保险公司对追撞事故中颈部骨折的数量进行调查后,找到在安装WIL座椅的辆中,出现颈部扭伤的数量相对较较少,如今WIL概念座椅已经标配在丰田集团的全部型中。

对于孕妇乘客,丰田在身材可爱的THUMS女性模型基础上开发了仿真分娩7个月的孕妇模型,当时很多孕妇在乘时担忧安全带对腹部造成压迫而不系安全带,丰田在提倡孕妇乘也必须系好安全带的同时,通过THUMS模拟试验得出,将安全带配戴至小腹部位,两端挂勒在骨盆上,可以减少对腹部的反抗。同时THUMS的研发人员融合咨询妇产科医生的意见以及通过读者涉及专业书籍,设计出将安全带纳到腿部的带子,并分发给经销商,可让孕妇安心地系安全带。

★精确度更高的撞击测试

尽管现实中撞击测试用于的假人设计得很牢固,可忍受多次碰撞测试,并且需要精确测量身体受到的冲击负荷,但比起真实的假人,THUMS可以模拟出除骨折外的身体组织受损等情况。

而且,如果进行多重测试,使用真实辆不会不存在一定困难,花费更高的成本,使用THUMS的模拟碰撞则可以改变各种条件来展开上百次甚至上千次的测试。目前来看,THUMS的意义并不在于完全替代真实的假人,而是通过更为精确的计算机模拟,研究在撞击中真实假人反映不出的数据。

目前,已经有超过100制造商、供应商、大学和研究机构等将THUMS用作安全的研究,前不久,丰田宣告免费公开THUMS,让更多相关方用于,同时,丰田也将通过THUMS来减缓对提高安全性的研究,从而帮助整个行业构建交通事故零伤亡。

本文作者为踢老大贾云涛

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