編譯|吳 靜

編輯| 黃大路

設(shè)計|甄尤美

來源|forbes、euroncap、toyota、avl、yahoo autos等

過去，車企做一次整車碰撞測試，不僅要毀掉一臺實體樣車，花費更是高達(dá)數(shù)十萬美元。而且，被用作整車碰撞測試的傳統(tǒng)物理假人很難還原不同年齡、不同性別、不同身材的駕駛者或行人的真實遇險狀態(tài)。

實體樣車損耗、高昂測試成本，再加上傳統(tǒng)物理假人模擬場景單一，都是傳統(tǒng)碰撞測試模式的痛點。

但是，從2026年開始，這一現(xiàn)狀發(fā)生改變。

汽車制造商對安全性的期望越來越高，而預(yù)測性虛擬測試正成為滿足這些期望的重要途徑。

Euro NCAP全面更新了碰撞安全評測體系，首次將虛擬仿真與實體測試并軌運用于行人保護(hù)評分，借助數(shù)字人體模型模擬不同體型、性別、年齡段的行人碰撞響應(yīng)，覆蓋的場景和人群范圍遠(yuǎn)超物理假人所能企及。

在2026年歐洲新車安全評鑒協(xié)會（Euro NCAP 2026）的評測中，虛擬測試成為主動安全評估不可或缺的一部分。通過正式認(rèn)可ADAS和主動安全系統(tǒng)的虛擬測試，能夠讓汽車制造商將安全驗證提升到一個新的水平。

物理試驗場地仍然至關(guān)重要，但現(xiàn)在的仿真技術(shù)使制造商能夠以經(jīng)濟(jì)高效且標(biāo)準(zhǔn)化的方式涵蓋更多場景，驗證系統(tǒng)穩(wěn)健性，并為復(fù)雜的實際工況做好準(zhǔn)備。

當(dāng)虛擬假人上崗，行業(yè)碰撞測試或?qū)⒂瓉泶笞兙帧?/p>

虛擬測試熱潮背后

由于SUV或皮卡車的引擎蓋較高，一旦發(fā)生碰撞，行人發(fā)生嚴(yán)重受傷或死亡的風(fēng)險會大幅增加。

豐田汽車旗下的協(xié)同安全研究中心（CSRC）聯(lián)合弗吉尼亞大學(xué)開展專項研究，旨在為后續(xù)車輛設(shè)計提供參考依據(jù)，以此降低這類安全風(fēng)險。

上周，兩家機(jī)構(gòu)在密歇根州薩林市的豐田研發(fā)總部召開媒體溝通會并表示，本次研究的核心手段，是將虛擬人體模型與物理碰撞測試假人結(jié)合使用。

“行業(yè)內(nèi)正在掀起虛擬測試、虛擬數(shù)據(jù)分析的熱潮，以此助力車輛安全性能評估。”CSRC高級經(jīng)理杰森·霍爾曼（Jason Hallman）表示。

具體來說，此次研究采用的虛擬人體模型軟件名為“全尺寸安全人體模型”（Total Human Model for Safety），或簡稱THUMS。霍爾曼介紹，該軟件由豐田于2000年研發(fā)，目前已更新至第七個版本，自2022年起正式向全行業(yè)推廣。

簡單來說，這套模型可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，模擬不同體型、身材的人員，還原各類坐姿、駕乘姿態(tài)，適配無窮多樣的測試場景。

“這套人體模型的價值不僅在于預(yù)判傷害結(jié)果，更能還原導(dǎo)致傷害發(fā)生的人體運動過程。”協(xié)同安全研究中心首席科學(xué)家孫兆農(nóng)表示，“車輛前部結(jié)構(gòu)不同，行人的運動姿態(tài)也會存在差異。現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)測試主要聚焦頭部、下肢等關(guān)鍵易受傷部位，而這套模型能夠分析軀干、脊柱的受力狀態(tài)，完成全身損傷評估，也為后續(xù)研究開辟了新方向。”

孫兆農(nóng)介紹，研究團(tuán)隊分析了400款皮卡與SUV車型，提取了美國公路安全保險協(xié)會實拍車輛圖片中的車頭結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)。團(tuán)隊隨后運用主成分分析法，梳理出影響碰撞結(jié)果的核心外形參數(shù)，形成數(shù)據(jù)化的車身結(jié)構(gòu)特征指標(biāo)，以此區(qū)分不同車企、不同款式車型的結(jié)構(gòu)差異。

研究人員最終歸納出七種車頭結(jié)構(gòu)類型（詳見下方圖示）。

基于其中一款市面常見皮卡車型，團(tuán)隊結(jié)合七種結(jié)構(gòu)設(shè)計出約100款衍生車型，并設(shè)置不同碰撞車速等變量開展仿真測試，最終得到差異化的測試結(jié)果。

孫兆農(nóng)解釋道：“車頭結(jié)構(gòu)不同，行人下肢接觸順序、上身運動軌跡、頸部受力情況以及頭部撞擊位置都會隨之改變。這也說明，單一簡化的碰撞分析模式并不適用。虛擬人體模型既能預(yù)測損傷，也能清晰還原整個受力與運動過程，這正是其核心價值所在。”

昂貴的數(shù)字化虛擬假人

事實上，自2011年起，CSRC與弗吉尼亞大學(xué)就已借助虛擬人體模型開展多項碰撞研究，其中就包括自動駕駛場景下，駕乘人員放松坐姿帶來的安全隱患。

弗吉尼亞大學(xué)機(jī)械與航空航天工程學(xué)教授、應(yīng)用生物力學(xué)研究中心主任杰森·R·克里根（Jason R. Kerrigan）對此解讀：團(tuán)隊在模擬躺臥坐姿時發(fā)現(xiàn)，必須針對腰帶與骨盆、軀干及腰椎的相互作用開展深入研究。

“我們最初的研究方向是正面碰撞中安全帶對駕乘人員的影響，過程中發(fā)現(xiàn)，骨盆周邊的皮下脂肪組織會極大影響腰帶的受力效果，且敏感度極高。”克里根說。

基于這一發(fā)現(xiàn)，研究團(tuán)隊完成了900余項實驗，相關(guān)成果也為這套模型的后續(xù)迭代優(yōu)化提供了支撐。

依托該模型開展的其他研究還包括碰撞中的腰椎受壓問題，同時研究證實：在部分碰撞場景里，女性腳踝受傷概率遠(yuǎn)高于男性。該差異并非由男女鞋子不同導(dǎo)致，而是人體耐受度本身存在區(qū)別。克里根解釋：“測試發(fā)現(xiàn)，女性脛骨所能承受的斷裂沖擊力普遍低于男性。”

盡管全尺寸安全人體模型等仿真工具優(yōu)勢突出，但功能愈發(fā)精密、可靈活定制的實體碰撞假人，依舊是不可或缺的測試設(shè)備，且這套測試設(shè)備還并不便宜。

CSRC與密歇根大學(xué)交通研究所也展開了深入合作。雙方合作的最佳范例之一就是開發(fā)用于研究碰撞損傷的數(shù)字人體模型。

數(shù)字化虛擬假人看似只是模型，實則科技含量極高，周身搭載數(shù)十個傳感器，可檢測碰撞沖擊力對頭、頸、脊柱等人體部位造成的影響。一套全新實體假人的造價接近100萬美元，且每款假人都對應(yīng)特定身形尺寸，設(shè)計與制造工序繁復(fù)。

就在去年，美國國家公路交通安全管理局推出全新女性碰撞假人THOR-5F，旨在完善碰撞測試體系，這在行業(yè)內(nèi)已是一項重大突破。

如今，密歇根大學(xué)交通研究所走在數(shù)字人體模型研究前沿，這項技術(shù)有望大幅提速、簡化碰撞安全技術(shù)的研發(fā)流程。早在2011年CSRC成立之初，雙方就聯(lián)合開展研究，采集海量駕乘人員的身形、姿態(tài)數(shù)據(jù)。

研究所科研團(tuán)隊還上線了人體形態(tài)數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站HumanShape.org，平臺提供可自定義的成人與兒童三維人體模型，為汽車內(nèi)飾優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐。

假人進(jìn)化如何助益安全技術(shù)

2015年，研究團(tuán)隊依托上述成果，結(jié)合豐田自研的全尺寸安全人體模型——也就是數(shù)字化虛擬假人，開創(chuàng)了碰撞安全研究的全新數(shù)字化路徑。

彼時的THUMS雖已是強(qiáng)大的碰撞仿真工具，但模型尺寸僅對應(yīng)傳統(tǒng)實體假人規(guī)格。通過與CSRC聯(lián)合攻關(guān)，密歇根大學(xué)交通研究所成功實現(xiàn)技術(shù)突破，可快速、精準(zhǔn)地將THUMS模型調(diào)整為任意成年人體型。

密歇根大學(xué)交通研究所生物力學(xué)研究教授馬特·里德（Matt Reed）介紹，盡管研究所已積累了豐富的人體內(nèi)外解剖數(shù)據(jù)，但業(yè)內(nèi)不少研究人員起初并不認(rèn)為人體模型形態(tài)自適應(yīng)技術(shù)能夠落地，而豐田的技術(shù)投入最終打消了諸多質(zhì)疑。

里德表示：“借助人體數(shù)字模型，我們能夠針對不同人群，優(yōu)化預(yù)緊器、限力裝置、安全氣囊等各類碰撞防護(hù)裝置。過去十五年間，相關(guān)安全技術(shù)取得了跨越式發(fā)展。”

數(shù)字人體模型只是雙方眾多合作項目中的一例。雙方開展的自然駕駛研究，還揭示了超速、跟車過近、開車玩手機(jī)等危險駕駛行為背后出人意料的誘因：相比駕駛員本身的特質(zhì)，行車場景（如時段、車流量）的影響更為顯著。

基于該研究，團(tuán)隊還為政策制定者梳理出26項指導(dǎo)準(zhǔn)則，用以規(guī)范危險駕駛行為、改善道路安全。研究同時發(fā)現(xiàn)，豐田智行安全系統(tǒng)等可實時顯示限速的車載裝置，能夠有效引導(dǎo)車輛降速，對于常與父母保持溝通的年輕駕駛員，效果尤為突出。

在車輛防碰撞領(lǐng)域，雙方聯(lián)合分析了行人致死事故的類型分布，發(fā)現(xiàn)兒童行人遇難案例中，步行狀態(tài)占比遠(yuǎn)高于騎行狀態(tài)。

這一結(jié)論也推動行業(yè)精準(zhǔn)調(diào)配資源，針對性研發(fā)新型行人碰撞測試假人。目前，這類假人已被美國公路安全保險協(xié)會（IIHS）與國家公路交通安全管理局納入測試體系，用以倒逼車企普及自動緊急制動等先進(jìn)安全配置。

豐田技術(shù)研究與資源部門副總裁杰夫·馬卡雷維奇（Jeff Markarewicz）介紹，CSRC成立至今，已投入近1.15億美元，落地120余個安全相關(guān)項目，合作對象覆蓋北美多家頂尖高校、機(jī)構(gòu)與安全組織，且?guī)缀跛醒芯砍晒鶎ν夤_。他說：“開放共享是我們的核心宗旨，因為道路安全無法依靠單一企業(yè)獨自實現(xiàn)。”

霍爾曼表示：“我們的研究成果不只是學(xué)術(shù)論文——論文固然能推動社會認(rèn)知，但我們真正的目標(biāo)，是助力完善車輛設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、制定政策指引，建立統(tǒng)一的車輛安全評估體系。”