（2021年3月1日，北京）作為促進(jìn)實(shí)現(xiàn)安全出行社會(huì)的舉措之一，豐田汽車公司（以下簡(jiǎn)稱“豐田”）無償公開可在電腦上解析汽車碰撞事故對(duì)人體造成傷害的虛擬人體模型THUMS（Total Human Model for Safety）。通過無償公開THUMS，讓更多的企業(yè)及研究機(jī)構(gòu)能夠利用THUMS，從而為提升汽車安全性做出切實(shí)的貢獻(xiàn)。

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豐田的THUMS是一款在電腦上對(duì)汽車碰撞事故中人體所受傷害進(jìn)行分析的先進(jìn)虛擬模型。歷經(jīng)20年改良，確立了作為提高豐田汽車碰撞安全性不可或缺的技術(shù)地位，在全球范圍內(nèi)被研究人員和技術(shù)人員廣泛應(yīng)用。模擬碰撞不像現(xiàn)實(shí)中那樣要使用真實(shí)車輛進(jìn)行碰撞試驗(yàn)，不需要制作真實(shí)的模型，然后再破壞丟棄，對(duì)環(huán)境非常友好。豐田希望為整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)提高汽車安全性提供幫助，所以決定開始免費(fèi)公開這項(xiàng)技術(shù)，讓更多的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)使用THUMS，從而向所有人提供安全出行，并通過不斷拓展合作伙伴，力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)交通事故零傷亡。

THUMS是什么？

豐田與豐田中央研究所從1997年開始聯(lián)手開發(fā)的虛擬人體模型，用于對(duì)車輛碰撞時(shí)乘客所受傷害進(jìn)行再現(xiàn)和分析，并在2000年成功推出當(dāng)時(shí)全球首款模擬全身的虛擬人體模型THUMS。歷經(jīng)多次改良后，最新模型可以精密再現(xiàn)包括骨骼、大腦、內(nèi)臟、肌肉在內(nèi)的全身形狀和強(qiáng)度。而且在開發(fā)之初就認(rèn)為研究過程中考慮人類多樣性是一件非常重要的事情，所以逐步廣泛增加了不同年齡、性別和體格的模型。

從事相關(guān)研究開發(fā)工作將近20年北川裕一先生，一直致力于提高汽車的安全性，被譽(yù)為“THUMS先生”。下面是關(guān)于THUMS開發(fā)的故事。

Q：汽車模擬碰撞是怎樣開發(fā)出來的呢？

A：模擬碰撞技術(shù)的研究工作誕生于20世紀(jì)50年代在美國(guó)軍事航空領(lǐng)域。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，汽車制造商也開始積極地參與其中，試圖摸索出一套高效開發(fā)車輛的方法，而不再只依靠試制和試驗(yàn)。車輛碰撞過程不到1秒，運(yùn)用模擬技術(shù)可以詳細(xì)分析車體變形吸收能量的情況。20世紀(jì)90年代運(yùn)用模擬碰撞技術(shù)不僅可以分析車體變形的情況，還可以分析乘客動(dòng)作和負(fù)荷情況。

Q：研究工作從以車體為核心的模擬碰撞，逐漸擴(kuò)展到分析乘客在事故中受到?jīng)_擊及受傷的情況，進(jìn)而發(fā)展到開發(fā)虛擬人體模型。那么具體是如何開發(fā)的呢？

A：分析乘客動(dòng)作和負(fù)荷情況需要對(duì)人體本身有一定的相關(guān)專業(yè)知識(shí)。豐田與豐田中央研究所向國(guó)外的大學(xué)派遣技術(shù)人員，學(xué)習(xí)研究生物工程學(xué)。我本人也在國(guó)外學(xué)習(xí)了2年生物工程學(xué)。在大學(xué)里，我們使用捐獻(xiàn)的遺體對(duì)人體究竟能承受多大負(fù)荷開展研究。若想開發(fā)真正安全的汽車，就需要能夠再現(xiàn)脆弱人體的虛擬人體模型，若要開發(fā)這種虛擬人體模型，又必須了解人體結(jié)構(gòu)。

Q：豐田與豐田中央研究所隨后啟動(dòng)了虛擬人體模型開發(fā)項(xiàng)目，并在2000年推出第一版THUMS。使用虛擬人體模型精密再現(xiàn)全身是全球首次，開發(fā)過程大概相當(dāng)困難吧。

A：據(jù)當(dāng)時(shí)的開發(fā)負(fù)責(zé)人介紹，他們先是在電腦上以手工方式逐一建立人體骨骼和內(nèi)臟等各部分形狀，然后將各部分相互組合后再現(xiàn)全身。人體建立完成后，再定義骨骼和內(nèi)臟等各部位受到負(fù)荷時(shí)如何變形如何被破壞，從而最終完成THUMS。

Q：THUMS有何優(yōu)勢(shì)？

A：使用THUMS可以詳細(xì)分析發(fā)生碰撞時(shí)乘客受到的傷害?，F(xiàn)實(shí)中碰撞試驗(yàn)使用的測(cè)試假人設(shè)計(jì)得很牢固，可承受多次碰撞試驗(yàn)。雖然能夠準(zhǔn)確測(cè)量人體受到的負(fù)荷，但卻無法再現(xiàn)骨折等人體組織受到損傷的情況。而且碰撞試驗(yàn)要使用真實(shí)車輛，多次重復(fù)開展試驗(yàn)存在一定困難。而使用THUMS的模擬碰撞卻可以改變條件進(jìn)行幾十乃至幾百幾千次的測(cè)試。

Q：20年來THUMS是如何發(fā)展進(jìn)化的呢？

A：傷害分析的對(duì)象不斷得到擴(kuò)充，先是骨骼，然后又增加了大腦、內(nèi)臟等。最新的第六版還增加了肌肉，可以分析剎車時(shí)的姿勢(shì)變化等。第一版THUMS的第一個(gè)模型模擬的是成年男性的平均體格，之后又增加了不同性別、年齡和體格的模型^*1，可以分析不同人群使用道路交通時(shí)受到的傷害。

THUMS的運(yùn)用

Q：最開始將使用THUMS的碰撞仿真技術(shù)用于碰撞安全性的事例中，有一個(gè)是研究如何減輕“頸部扭傷”的吧？

A：追尾是交通事故中最常見的情況。頸部扭傷是指汽車被追尾時(shí)乘客頸部受到傷害。有報(bào)告稱在輕微事故造成車體損傷較小的案例中，也經(jīng)常會(huì)造成乘客頸部扭傷，很多時(shí)候就算拍片檢查也無法發(fā)現(xiàn)明顯的組織損傷，其形成原理尚不明確。乘客正常情況下坐在座位上時(shí)背部會(huì)貼在靠背上，后腦距頭枕很近。汽車被追尾后，乘客軀干與靠背一起被推向前方，而頭部在接觸到頭枕前會(huì)保持不動(dòng)。我們假設(shè)此時(shí)頸部上下兩端發(fā)生前后錯(cuò)位而對(duì)關(guān)節(jié)產(chǎn)生負(fù)荷，使用THUMS對(duì)追尾時(shí)的頸部動(dòng)作進(jìn)行再現(xiàn)，并設(shè)計(jì)出一款“WIL概念座椅”^*2。這款座椅在背部陷入靠背的同時(shí)，可以更快地用頭枕撐住后腦勺，防止頸部發(fā)生前后錯(cuò)位。隨后WIL概念座椅在豐田制造的汽車中得到廣泛采用。歐洲的保險(xiǎn)公司對(duì)追尾事故中頸部扭傷的數(shù)量進(jìn)行調(diào)查后，發(fā)現(xiàn)在安裝WIL座椅的車輛中頸部扭傷的數(shù)量相對(duì) 較少。如今WIL概念座椅在全部車型中已經(jīng)是標(biāo)配。

Q：追尾時(shí)頸部與軀干的詳細(xì)動(dòng)作是只有THUMS才能再現(xiàn)和分析的典型事例。除此之外，我們聽說也在對(duì)孕婦乘客的安全開展研究。

A：我們?cè)诘谝话鎀HUMS的嬌小女性乘客模型的基礎(chǔ)上，開發(fā)出模擬懷孕7個(gè)月女性乘客的孕婦模型。當(dāng)時(shí)很多孕婦乘車時(shí)都會(huì)擔(dān)心安全帶對(duì)腹部造成壓迫，從而不佩戴安全帶，所以豐田汽車參考專家的意見，引導(dǎo)孕婦們乘車時(shí)佩戴好安全帶。

安全帶不應(yīng)隨便佩戴在肚臍上方，而應(yīng)戴在小腹部，有意識(shí)地掛勒在骨盆上。這樣可以減少對(duì)腹部的壓迫。碰撞安全小組設(shè)計(jì)出將安全帶拉到腿部的帶子，并分發(fā)給經(jīng)銷商。THUMS開發(fā)小組為了讓孕婦放心佩戴安全帶，在2004年前后著手開發(fā)THUMS的孕婦模型，通過數(shù)據(jù)證明妊娠期將安全帶佩戴在小腹部的重要性。

Q：孕婦模型是如何開發(fā)的呢？

A：我曾前往婦產(chǎn)科征詢婦產(chǎn)科醫(yī)生的意見，閱讀與孕婦身體相關(guān)的專業(yè)書籍。不過，在婦產(chǎn)科的候診室，飽受孕婦們的白眼。在認(rèn)真研讀解剖圖時(shí)，生怕被身旁經(jīng)過的女員工發(fā)現(xiàn)，于是手忙腳亂地合上書本。

雖然歷經(jīng)周折，但最終還是與豐田中央研究所成功開發(fā)出可以模擬子宮、胎兒、胎盤、臍帶、羊水的孕婦模型。使用該模型進(jìn)行模擬，印證了將安全帶穿過小腹勒在骨盆上可以將對(duì)子宮、胎盤的壓迫降低到最小，從而保護(hù)母體。豐田在汽車技術(shù)學(xué)會(huì)的學(xué)術(shù)講演會(huì)上公布了這項(xiàng)研究成果。2008年日本交通法規(guī)修訂后，人們又重新認(rèn)識(shí)到懷孕時(shí)佩戴安全帶的必要性。

實(shí)現(xiàn)安全的出行社會(huì)

綜上所述，THUMS為提高汽車碰撞安全性不斷做出貢獻(xiàn)，該技術(shù)今后還有助于實(shí)現(xiàn)更加安全多樣的出行社會(huì)。目前已有100多家汽車制造商、供應(yīng)商、大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)等將THUMS用于汽車安全研究上。2021年1月免費(fèi)公開THUMS后，可以讓更多相關(guān)方使用，能夠幫助整個(gè)汽車行業(yè)實(shí)現(xiàn)交通事故零傷亡，打造安全的出行社會(huì)。

豐田汽車也將使用THUMS不斷加快安全研究，不僅會(huì)開展汽車碰撞安全方面的研究，還將推動(dòng)實(shí)現(xiàn)安全放心出行社會(huì)的研究，確保將來出行和道路交通的安全。豐田作為一家出行公司不僅為汽車產(chǎn)業(yè)做貢獻(xiàn)，還希望為建設(shè)安全放心的城市做出貢獻(xiàn)。

*1 兒童模型沒有增加肌肉。
*2 WIL:Whiplash Injury Lessening是降低頸部傷害的縮寫