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作为促进实现安全出行社会的举措之一,丰田汽车公司无偿公开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(Total Human Model for Safety)。从而让更多的企业及研究机构能够利用THUMS,为提升汽车安全性做出切实的贡献。

相关需求者可通过https://www.toyota.co.jp/thums/网站了解相关信息并申请获取资料。

丰田的THUMS是一款在电脑上对汽车碰撞事故中人体所受伤害进行分析的先进虚拟模型。历经20年改良,确立了作为提高丰田汽车碰撞安全性不可或缺的技术地位,在全球范围内被研究人员和技术人员广泛应用。

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模拟碰撞不像现实中那样要使用真实车辆进行碰撞试验,不需要制作真实的模型,然后再破坏丢弃,对环境非常友好。丰田希望为整个汽车产业提高汽车安全性提供帮助,所以决定开始免费公开这项技术,让更多的企业和研究机构使用THUMS,从而向所有人提供安全出行,并通过不断拓展合作伙伴,力争实现交通事故零伤亡。

丰田与丰田中央研究所从1997年开始联手开发的虚拟人体模型,用于对车辆碰撞时乘客所受伤害进行再现和分析,并在2000年成功推出当时全球首款模拟全身的虚拟人体模型THUMS。历经多次改良后,最新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。而且在开发之初就认为研究过程中考虑人类多样性是一件非常重要的事情,所以逐步广泛增加了不同年龄、性别和体格的模型。

从事相关研究开发工作将近20年北川裕一,一直致力于提高汽车的安全性,被誉为“THUMS先生”。

北川裕一称,模拟碰撞技术的研究诞生于20世纪50年代的美国军事航空领域。进入20世纪80年代后,汽车制造商也开始积极地参与其中,试图摸索出一套高效开发车辆的方法,而不再只依靠试制和试验。车辆碰撞过程不到1秒,运用模拟技术可以详细分析车体变形吸收能量的情况。

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分析乘客动作和负荷情况需要对人体本身有一定的相关专业知识。丰田与丰田中央研究所向国外的大学派遣技术人员,学习研究生物工程学。在大学里,使用捐献的遗体对人体究竟能承受多大负荷开展研究。若想开发真正安全的汽车,就需要能够再现脆弱人体的虚拟人体模型,若要开发这种虚拟人体模型,又必须了解人体结构。

据当时的开发负责人介绍,他们先是在电脑上以手工方式逐一建立人体骨骼和内脏等各部分形状,然后将各部分相互组合后再现全身。人体建立完成后,再定义骨骼和内脏等各部位受到负荷时如何变形如何被破坏,从而最终完成THUMS。

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使用THUMS可以详细分析发生碰撞时乘客受到的伤害。现实中碰撞试验使用的测试假人设计得很牢固,可承受多次碰撞试验。虽然能够准确测量人体受到的负荷,但却无法再现骨折等人体组织受到损伤的情况。而且碰撞试验要使用真实车辆,多次重复开展试验存在一定困难。而使用THUMS的模拟碰撞却可以改变 条件进行几十乃至几百几千次的测试。

伤害分析的对象不断得到扩充,先是骨骼,然后又增加了大脑、内脏等。最新的第六版还增加了肌肉,可以分析刹车时的姿势变化等。第一版THUMS的第一个模型模拟的是成年男性的平均体格,之后又增加了不同性别、年龄和体格的模型1,可以分析不同人群使用道路交通时受到的伤害。

追尾是交通事故中最常见的情况。颈部扭伤是指汽车被追尾时乘客颈部受到伤害。有报告称在轻微事故造成车体损伤较小的案例中,也经常会造成乘客颈部扭伤,很多时候就算拍片检查也无法发现明显的组织损伤,其形成原理尚不明确。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,乘客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。丰田假设此时颈部上下两端发生前后错位而对关节产生负荷,使用THUMS对追尾时的颈部动作进行再现,并设计出一款“WIL概念座椅”2。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座椅的车辆中颈部扭伤的数量相对 较少。如今WIL概念座椅在全部车型中已经是标配。

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在第一版THUMS的娇小女性乘客模型的基础上,开发出模拟怀孕7个月女性乘客的孕妇模型。安全带不应随便佩戴在肚脐上方,而应戴在小腹部,有意识地挂勒在骨盆上。这样可以减少对腹部的压迫。碰撞安全小组设计出将安全带拉到腿部的带子,并分发给经销商。THUMS开发小组为了让孕妇放心佩戴安全带,在2004年前后着手开发THUMS的孕妇模型,通过数据证明妊娠期将安全带佩戴在小腹部的重要性。

使用该模型进行模拟,印证了将安全带穿过小腹勒在骨盆上可以将对子宫、胎盘的压迫降低到最小,从而保护母体。丰田在汽车技术学会的学术讲演会上公布了这项研究成果。2008年日本交通法规修订后,人们又重新认识到怀孕时佩戴安全带的必要性。

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THUMS为提高汽车碰撞安全性不断做出贡献,该技术今后还有助于实现更加安全多样的出行社会。目前已有100多家汽车制造商、供应商、大学、研究机构等将THUMS用于汽车安全研究上。2021年1月免费公开THUMS后,可以让更多相关方使用,能够帮助整个汽车行业实现交通事故零伤亡,打造安全的出行社会。


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发布于 2021-03-04 06:06

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