前不久，豐田汽車宣佈，公司對可在電腦上解析汽車碰撞事故對人體造成傷害的虛擬人體模型——THUMS進行無償公開，讓更多的企業和研究機構能夠利用它來提升汽車安全性。那麼問題來了，THUMS是什麼？能做什麼？
碰撞測試是檢驗汽車被動安全性的一項必要環節，也是提升汽車安全的重要試驗。在碰撞測試中，經常看到車內乘坐的“假人”，別小看這些長相和櫥窗裏的展示模特類似的“玩偶”，它們為提升汽車的安全性作出了巨大的貢獻。
只是，經過數十年的發展，假人依然有着造價昂貴且數據採集並不完全全面等不足，於是，豐田汽車公司 發明出了一款虛擬人體模型——THUMS，用來彌補“假人”的不足，同時開啓全新的碰撞測試模式。
★ 碰撞測試的發展
在講THUMS之前，我想先來談談碰撞測試的發展歷史。自從卡爾?奔馳先生在1886年製造出了世界上第一輛汽車開始，車禍也隨之而來，不過在長達數十年的汽車工業發展中，人們對車禍一直束手無策，沒有安全氣囊、沒有安全帶、沒有籠式車身，也沒有超高強度鋼，在汽車開始顛覆人類生活方式的同時，車禍也對駕駛者和行人造成了巨大的傷害。
直到1938年，汽車聯盟公司（奧迪前身）的工程師突發奇想，將一輛DKW F7汽車的車身進行加固之後，把車從山坡上推了下去，結果發現車身並沒有發生很大的變形，發動機也可以繼續正常運轉，這一舉動被認為是碰撞測試的誕生之作，隨後帶來的便是自家公司汽車的銷量大漲。
後來，據説有一位美國的大學教授用真人來研究汽車碰撞對人體進行的衝擊，儘管後來改用狗、猩猩甚至屍體來代替，但依舊難以擺脱人道主義的譴責與謾罵，而且數據也難以採集。到了1949年，美國Sierra公司研發出了世界第一個用於碰撞測試的假人，名叫Sierra Sam，只不過是用作測試戰鬥機的座椅彈射系統，而不是作為汽車碰撞測試而使用。
1959年，沃爾沃汽車發明了三點式安全帶，代表人們開始對汽車安全進行重視了。這一年，奔馳W111車型做了一次更專業的碰撞測試，並且使用了假人，從此，碰撞測試開始被汽車工業廣泛採用，車輛的安全性也隨着安全帶、可潰縮式轉向機構和安全氣囊等裝備的出現而大幅度提高。
1972年，通用汽車根據《美國國家交通與機動車安全法案》研發的Hybrid II型假人被採納為用於碰撞測試的標準假人。1977年，Hybrid III型假人誕生，它具備更好的數據採集系統，能夠模擬出人在碰撞中的真實表現，只是這款全身被橡膠覆蓋的假人造價非常昂貴，合人民幣100萬元左右。
現如今，隨着數據採集系統的更加豐富，以及大量傳感器等設備的加入，一個假人的造價在數百萬元至上千萬元不等。儘管非常昂貴，但汽車廠商也會為了提高汽車的安全性而不遺餘力地投入。而碰撞測試的成績，也直接標定了一款汽車的安全性表現。
★ THUMS是什麼？
在不同車速下，車輛進行不同角度和位置的碰撞時，駕駛者與乘客身體不同部位的損害程度都需要通過假人來採集大量的數據，甚至精確到每一根肋骨的受傷程度。不過，即便是目前造價上千萬的最先進的假人，也無法收集車輛在發生碰撞時人體的大腦、內臟、肌肉以及組織等身體內部受傷害的數據，況且在進行碰撞測試之後，大量的受損車輛以及假人的維修與維護費用也是一筆非常龐大的花費。
於是，豐田汽車聯合豐田中央研究所從1997年開始開發用於汽車碰撞測試的虛擬人體模型，並在2000年成功推出了當時的全球首款模擬全身的虛擬人體模型——THUMS。THUMS的全名為Total Human Model for Safty，不需要製作真實的人體模型，通過基於計算機的模擬碰撞中獲得與採用真實假人進行碰撞測試的同等效果。
歷經多次改良之後，最新的模型可以精密再現包括骨骼、大腦、內臟、肌肉在內的全身形狀和強度，並逐步增加了不同年齡、性別和體格的模型。而運用模擬碰撞技術，不僅可以分析車體變形吸收能量的情況，也可以更精確地分析乘客的動作和身體負荷情況。
★ THUMS的效果如何？
例如在模擬追尾事故中，通常會造成乘客的頸部扭傷，有報告稱即便是輕微的追尾，也會容易對頸部造成傷害，且很多時候通過去醫院拍攝X光片檢查也無法發現明顯的組織損傷。
通過THUMS模擬後發現，乘客正常情況下坐在座位上時，背部會貼在靠背上，後腦距頭枕很近。汽車被追尾後，身體軀幹與靠背一起被推向前方，而頭部在接觸到頭枕前會保持不動，此時頸部會因上下兩端發生前後錯位而對關節產生負荷。
基於這一結果，豐田設計了一款名為WIL（Whiplash Injury Lessening降低頸部傷害）的概念座椅，這款座椅在背部陷入靠背的同時，可以更快地用頭枕撐住後腦勺，防止頸部發生前後錯位。隨後WIL概念座椅在豐田製造的汽車中得到廣泛採用。歐洲的保險公司對追尾事故中頸部扭傷的數量進行調查後，發現在安裝WIL座椅的車輛中，出現頸部扭傷的數量相對較少，如今WIL概念座椅已經標配在豐田集團的全部車型中。
對於孕婦乘客，豐田在身材嬌小的THUMS女性模型基礎上開發了模擬懷孕7個月的孕婦模型，當時很多孕婦在乘車時擔心安全帶對腹部造成壓迫而不繫安全帶，豐田汽車在倡導孕婦乘車也需要繫好安全帶的同時，通過THUMS模擬試驗得出，將安全帶佩戴至小腹部位，兩端掛勒在骨盆上，可以減少對腹部的壓迫。同時THUMS的研發人員結合諮詢婦產科醫生的意見以及通過閲讀相關專業書籍，設計出將安全帶拉到腿部的帶子，並分發給經銷商，可讓孕婦放心地系安全帶。
★ 精確度更高的碰撞測試
儘管現實中碰撞測試使用的假人設計得很牢固，可承受多次碰撞測試，並且能夠準確測量身體受到的衝擊負荷，但相比真實的假人，THUMS可以模擬出除骨折之外的身體組織損傷等情況。
而且，如果進行多重測試，使用真實車輛會存在一定困難，花費更高的成本，使用THUMS的模擬碰撞則可以改變各種條件來進行上百次甚至上千次的測試。目前來看，THUMS的意義並不在於完全替代真實的假人，而是通過更為精確的計算機模擬，研究在碰撞中真實假人反映不出的數據。
目前，已經有超過100家汽車製造商、供應商、大學和研究機構等將THUMS用於汽車安全的研究，前不久，豐田汽車宣佈免費公開THUMS，讓更多相關方使用，同時，豐田汽車也將通過THUMS來加快對提升汽車安全性的研究，從而幫助整個汽車行業實現交通事故零傷亡。
本文作者為踢車幫 賈雲濤