导读

前不久，丰田汽车宣布，公司对可在电脑上解析汽车碰撞事故对人体造成伤害的虚拟人体模型——THUMS进行无偿公开，让更多的企业和研究机构能够利用它来提升汽车安全性。那么问题来了，THUMS是什么？能做什么？

碰撞测试是检验汽车被动安全性的一项必要环节，也是提升汽车安全的重要试验。在碰撞测试中，经常看到车内乘坐的“假人”，别小看这些长相和橱窗里的展示模特类似的“玩偶”，它们为提升汽车的安全性作出了巨大的贡献。

只是，经过数十年的发展，假人依然有着造价昂贵且数据采集并不完全全面等不足，于是，丰田汽车公司 发明出了一款虚拟人体模型——THUMS，用来弥补“假人”的不足，同时开启全新的碰撞测试模式。

 碰撞测试的发展

在讲THUMS之前，我想先来谈谈碰撞测试的发展历史。自从卡尔•奔驰先生在1886年制造出了世界上第一辆汽车开始，车祸也随之而来，不过在长达数十年的汽车工业发展中，人们对车祸一直束手无策，没有安全气囊、没有安全带、没有笼式车身，也没有超高强度钢，在汽车开始颠覆人类生活方式的同时，车祸也对驾驶者和行人造成了巨大的伤害。

直到1938年，汽车联盟公司（奥迪前身）的工程师突发奇想，将一辆DKW F7汽车的车身进行加固之后，把车从山坡上推了下去，结果发现车身并没有发生很大的变形，发动机也可以继续正常运转，这一举动被认为是碰撞测试的诞生之作，随后带来的便是自家公司汽车的销量大涨。

后来，据说有一位美国的大学教授用真人来研究汽车碰撞对人体进行的冲击，尽管后来改用狗、猩猩甚至尸体来代替，但依旧难以摆脱人道主义的谴责与谩骂，而且数据也难以采集。到了1949年，美国Sierra公司研发出了世界第一个用于碰撞测试的假人，名叫Sierra Sam，只不过是用作测试战斗机的座椅弹射系统，而不是作为汽车碰撞测试而使用。

1959年，沃尔沃汽车发明了三点式安全带，代表人们开始对汽车安全进行重视了。这一年，奔驰W111车型做了一次更专业的碰撞测试，并且使用了假人，从此，碰撞测试开始被汽车工业广泛采用，车辆的安全性也随着安全带、可溃缩式转向机构和安全气囊等装备的出现而大幅度提高。

1972年，通用汽车根据《美国国家交通与机动车安全法案》研发的Hybrid II型假人被采纳为用于碰撞测试的标准假人。1977年，Hybrid III型假人诞生，它具备更好的数据采集系统，能够模拟出人在碰撞中的真实表现，只是这款全身被橡胶覆盖的假人造价非常昂贵，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。尽管非常昂贵，但汽车厂商也会为了提高汽车的安全性而不遗余力地投入。而碰撞测试的成绩，也直接标定了一款汽车的安全性表现。

 THUMS是什么？

在不同车速下，车辆进行不同角度和位置的碰撞时，驾驶者与乘客身体不同部位的损害程度都需要通过假人来采集大量的数据，甚至精确到每一根肋骨的受伤程度。不过，即便是目前造价上千万的最先进的假人，也无法收集车辆在发生碰撞时人体的大脑、内脏、肌肉以及组织等身体内部受伤害的数据，况且在进行碰撞测试之后，大量的受损车辆以及假人的维修与维护费用也是一笔非常庞大的花费。

于是，丰田汽车联合丰田中央研究所从1997年开始开发用于汽车碰撞测试的虚拟人体模型，并在2000年成功推出了当时的全球首款模拟全身的虚拟人体模型——THUMS。THUMS的全名为Total Human Model for Safty，不需要制作真实的人体模型，通过基于计算机的模拟碰撞中获得与采用真实假人进行碰撞测试的同等效果。

历经多次改良之后，最新的模型可以精密再现包括骨骼、大脑、内脏、肌肉在内的全身形状和强度，并逐步增加了不同年龄、性别和体格的模型。而运用模拟碰撞技术，不仅可以分析车体变形吸收能量的情况，也可以更精确地分析乘客的动作和身体负荷情况。

 THUMS的效果如何？

例如在模拟追尾事故中，通常会造成乘客的颈部扭伤，有报告称即便是轻微的追尾，也会容易对颈部造成伤害，且很多时候通过去医院拍摄X光片检查也无法发现明显的组织损伤。

通过THUMS模拟后发现，乘客正常情况下坐在座位上时，背部会贴在靠背上，后脑距头枕很近。汽车被追尾后，身体躯干与靠背一起被推向前方，而头部在接触到头枕前会保持不动，此时颈部会因上下两端发生前后错位而对关节产生负荷。

基于这一结果，丰田设计了一款名为WIL（Whiplash Injury Lessening降低颈部伤害）的概念座椅，这款座椅在背部陷入靠背的同时，可以更快地用头枕撑住后脑勺，防止颈部发生前后错位。随后WIL概念座椅在丰田制造的汽车中得到广泛采用。欧洲的保险公司对追尾事故中颈部扭伤的数量进行调查后，发现在安装WIL座椅的车辆中，出现颈部扭伤的数量相对较少，如今WIL概念座椅已经标配在丰田集团的全部车型中。

对于孕妇乘客，丰田在身材娇小的THUMS女性模型基础上开发了模拟怀孕7个月的孕妇模型，当时很多孕妇在乘车时担心安全带对腹部造成压迫而不系安全带，丰田汽车在倡导孕妇乘车也需要系好安全带的同时，通过THUMS模拟试验得出，将安全带佩戴至小腹部位，两端挂勒在骨盆上，可以减少对腹部的压迫。同时THUMS的研发人员结合咨询妇产科医生的意见以及通过阅读相关专业书籍，设计出将安全带拉到腿部的带子，并分发给经销商，可让孕妇放心地系安全带。

 精确度更高的碰撞测试

尽管现实中碰撞测试使用的假人设计得很牢固，可承受多次碰撞测试，并且能够准确测量身体受到的冲击负荷，但相比真实的假人，THUMS可以模拟出除骨折之外的身体组织损伤等情况。

而且，如果进行多重测试，使用真实车辆会存在一定困难，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进行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，研究在碰撞中真实假人反映不出的数据。

目前，已经有超过100家汽车制造商、供应商、大学和研究机构等将THUMS用于汽车安全的研究，前不久，丰田汽车宣布免费公开THUMS，让更多相关方使用，同时，丰田汽车也将通过THUMS来加快对提升汽车安全性的研究，从而帮助整个汽车行业实现交通事故零伤亡。