竟然用“猪” 碰撞测试初期的路子真够野

    [汽车之家 技术]  从中保研开始做碰撞测试以来，消费者们也开始逐渐关心起碰撞测试，大家普遍较为关心自己的车型得到的是哪个字母，其实这个标准的评定是通过对车上“人员”进行监测和考核后来制定的，这就是碰撞测试中假人的作用了。那么神秘的“假人”是怎样将数据“告诉”工程师的？咱们分三期来聊一聊。

● 碰撞测试前的故事

    说起碰撞测试的源头，就不得不提到18、19世纪由两起车祸导致的“两个第一”。首个第一是英国发明家瓦特发明了蒸汽机带来了第一次工业革命，人们也开始不再满足于“腿儿着”，于是1769年尼古拉斯·古诺制造出了世界第一辆蒸汽汽车，但很快也创造了第一起车祸。

    尼古拉斯·古诺希望这辆三轮车可以取代马匹以便更好地牵引重型火炮，但遗憾的是由于车头很重，方向杆操纵困难，于是当他在阿森纳般圣奴兵工厂附近第一次试车时，就撞到了兵工厂的墙上，因此在这辆车诞生之际也就顺便制造了世界首起交通事故。

    而另一个第一则是1869年世界第一起机动车致死的事故。

    在汽车行业发展的早期，汽车驾驶还没有系统的培训体系，消费者对新事物也普遍存有好奇心和虚荣心，于是“一个愿打一个愿挨”的情况便屡见不鲜，买卖双方根本没有人意识到安全的重要性。

    即便是这样，消费者对汽车的热情也依然不减，更可怕的是汽车制造商认为几乎没有人可以在严重的车祸中生存下来，所以他们并没有构建安全体系的想法，时间长了行业便形成了“汽车制造商只负责卖车，不售卖安全”的潜规则。

    对于驾驶员来说，碰撞事故真正威胁生命的其实是汽车的“方向盘”。

    即便后来方向盘在汽车上正式使用之后，这东西的作用也仅仅只是让转向轻便了一些，设计者并没有实际考量过方向盘的安全性，而且人们的安全意识淡薄，在这上面谈安全未免太科幻了，但福特似乎不这么认为。

    现在看来，安全性高的汽车理应受到消费者的追捧，但福特这款车在当时几乎无人问津，消费者并不在乎那些所谓的安全系统，他们普遍喜欢性能强劲、设计前卫的车型，比如福特当时的直接对手雪佛兰仅仅因为车型帅气和性能优异就多卖出去20万辆汽车。

    我们知道商人都是无利不起早，但数据显示，截至1964年，光是不安全的方向盘就造成了120万名驾驶员死亡。随着当时笨重的汽车不断吞噬人们的生命，美国政府于20世纪60年代后期开始出手干预汽车的安全性，此时汽车制造商们才开始重视起来。

    当然，也有那么一群人认为事故导致车内乘员死亡的问题不仅仅出现在车的身上，车子再结实，乘员在车内的碰撞也会导致重伤或死亡。于是几乎在同时期（20世纪30年代），就有学者尝试“假人”碰撞试验了，这个人就是韦恩州立大学的生物力学教授——劳伦斯·帕特里克。

    试验对象越真实，反映的数据就越准确。劳伦斯·帕特里克教授为了碰撞数据的准确性，曾让学生用重达50磅（约22.7kg）的金属锤撞击自己的胸口，以测试转向柱对人体的影响；将玻璃碎片吹到身上模拟挡风玻璃碎裂，他需要准确地知道当前的试验会对人造成什么程度的伤害。

    其实劳伦斯·帕特里克教授也清楚总拿自己做实验是既危险又徒劳的，毕竟自己仅仅只是一个试验对象并且也无法承受更加极端的试验场景，特别是挡风玻璃对颅骨损伤等更加危险的测试，于是他又想出了一个好办法，用尸体做实验。

    为了测试挡风玻璃对乘员颅骨的损伤程度，帕特里克教授带着自己的学生，在学校附近找到了一个废弃的电梯井，他们在电梯井的底部提前布置好测试用的钢化玻璃，然后将尸体以不同高度头朝下坠落并撞击测试玻璃，通过检测尸体颅骨的受伤程度得出相关的数据，以此来调整玻璃的厚度和硬度。

    数据表明，每有一具尸体被用来测试三点式安全带，每年就可以有61人免于丧命；每有一具尸体用脸部来测试安全气囊，每年就能避免147人在正面相撞的事故中失去生命；每有一具尸体用头撞击挡风玻璃，每年就可以挽救68条生命。

    于是在那个年代就经常能看到狗、黑猩猩、狒狒以及猪等大型活体动物被绑在车内做碰撞测试，而他们被当做测试对象时的待遇也有差别。

    1980年《亮点》杂志中披露，法国某家研究所受欧洲汽车生厂商的委托进行动物碰撞试验，每年光猪的数量就要用掉几千头。

    据悉，1965年俄克拉荷马大学甚至用过怀孕的猴子做汽车碰撞试验，可以说残忍至极。在1981-1991年这十年间，通用汽车公司在汽车碰撞测试中就杀死了约19000只动物，惨烈的动物试验很快就引起了民众和动物保护组织的强烈抗议，1993年通用汽车被迫停止了动物试验。

    其实假人的诞生与活体动物做碰撞测试的时间线有所重叠，但第一个假人的诞生是用于空军试验而不是汽车试验，即便领域不同也不妨碍有一些人对初代假人测试的严谨性和测试结果有异议，其中最有代表性的人物就是约翰·斯塔普（John Stapp）博士。

    约翰·斯塔普博士的“作死”旅程是从1946年开始的，正值约翰·斯塔普任职期间，由于当时的美、苏两国正在进行军备竞赛，军用飞机的研发愈发重要，约翰·斯塔普的任务就是研究飞行员在极端环境下会受到怎样的威胁。

    得益于约翰·斯塔普在飞行员测试中的表现，他被任命监督和测试当时最重要的人体减速度项目，也由此开始了他作为“小白鼠”的传奇一生。当然，接手这个项目更大的原因在于没有人敢去做这个危险的试验。

    爱德华兹空军基地曾进行过一次重要实验，他们要探索飞行员在弹射过程中，能够承受的极限重力是多少，约翰·斯塔普博士则负责此次实验的监督工作。此前，教科书上的信息一直强调人体承受加速度的极限是18G，而且所有飞机都是以18G的标准设计的。

    对于约翰·斯塔普博士提出的异议，在场的测试人员没人对他予以支持，因为他们知道，如果用真人测试是非常危险的，没人愿意承担这样的风险。然而，约翰·斯塔普博士却做出了这样一个决定，他要亲自上试验台来感受座椅弹射的重力。测试后的约翰·斯塔普博士当然没事，否则就没有后续的故事了，在那个测试假人功能并不完善的年代，真人实验显然要比假人更加真实。

    其实在试验初期，项目组只进行一些简单的项目，如从高处无缓冲撞击地面和加、减速度瞬间交替等，但似乎这些简单的试验都无法对人体构成威胁，于是约翰·斯塔普决定自己来制作更加危险的测试设备。

    约翰·斯塔普带着试验小组来到墨西哥州的导弹基地上建立了一条两公里长的轨道，并设计了全新的火箭驱动轨道车Gee-Whizz，这辆车可以承受100G的加速度。

    虽然约翰·斯塔普此前认为人类可以承受18G的加速度，但那时候的飞机还是以18G的标准来设计的，而火箭车超过18G的加速度再次验证了约翰·斯塔普的猜想，飞机工程师也不得不重新思考设计标准。

    此前一直有一句话叫“外国人少系列”，这句话也同样适用于约翰·斯塔普，在之前的屡次实验都没有出现危险后，约翰·斯塔普决定测试人类能承受的最大加速度到底是多少，要知道这个决定很可能丧命。

    1954年，约翰·斯塔普又给测试车加装了几支火箭，他要亲自打破此前的记录。在测试开始前，工作人员还递给约翰·斯塔普一块甜点，以缓解他紧张的情绪，但约翰·斯塔普拒绝道：“胃里有食物会影响尸体解剖。”可以说他已经抱着必死的决心了。

    约翰·斯塔普博士虽然付出了沉重的代价，但他的付出证明了自己的判断是正确的，在危险情况下的人体极限确实不是初代假人能够模拟的，这也让碰撞测试开始重新审视假人设计的合理性。值得一提的是，1966年林登·贝恩斯·约翰逊（Lyndon Baines Johnson，第36任美国总统）总统签署安全带的新法规时，约翰·斯塔普就在他的旁边。

    活人的确能准确地告知研究人员碰撞中的感受，时至今日，依然有那么一群人坚持使用真人进行碰撞测试，代表人物是罗斯蒂·海特（Rusty Haight）。

    当碰撞即将发生时，真人会由于本能而收缩肌肉，而假人根本不具备这样的能力，一些特殊的碰撞场景确实不是假人能够胜任的，但随着技术的进步和数据的丰富，假人依旧成为了碰撞中仅次于真人的理想试验对象。

    前面咱们说的都是为碰撞假人的出现做铺垫，假人最初主要应用于飞机弹射座椅、降落伞等研发中，后来逐渐应用到汽车碰撞安全领域，假人其实主要基于尸体研究而来，这也是其研发周期长，价格昂贵的原因之一，以目前国际碰撞测试使用的Hybrid III 50男性假人为例，他的售价高达100万元人民币。那么老司机的问题来了，咱们从岛国买一个高仿硅胶模特也不过几万块钱，碰撞假人到底厉害在哪？

● 碰撞测试中常用的假人

    碰撞测试常用的Hybrid III 50男性假人的身高为175厘米，体重78公斤；另外它也有自己的“家人”，Hybrid III 95男性假人的身高为188厘米，体重101公斤；Hybrid III 5女性假人的身高为152厘米，体重54公斤；此外还有三个儿童假人，体重分别为16.2公斤（三岁）、23.4公斤（六岁）和35.2公斤（十岁）。

    1983年，美国高速交通安全管理局(NHTSA)将Hybrid III假人作为行业标准道具之一。1990年，Hybrid III型假人成为美国政府进行碰撞试验的唯一认可道具。不久后，Hybrid III成为了国际认可的汽车碰撞试验标准道具。

    2020年起，E-NCAP全面将THOR假人作为正面碰撞测试的道具，这种假人的单价已经达到了千万级别，从价格就能看出它们是目前相当先进的碰撞道具。

    THMUS通过CT扫描数据形成与人体完全一致的形态，同时参考医学文献研究结果对各个部位精细化，升级模型的仿真程度，分析其在不同碰撞试验中，人体更为具体的受伤情况和原因，为研发人员精准的定位问题所在。

    研究表明，B柱每向车内侵入1厘米，乘员的死亡风险便会增加3%；肋骨弯曲每增加1毫米，死亡风险就会增加1%，因此我们不能忽略车辆侧面碰撞的安全性。

    Bio RID后部碰撞假人不仅能够记录并提供撞击数据，让测试机构评判一款车型的好坏，还可以帮助汽车设计师开发更加有效束缚乘员头部和颈部的座椅和头枕。

● 假人的标定与校准

    假人在使用时可不是拿过来直接塞进车里，而是要经过标定与校准的，说白了就是要检测一下设备的好坏，万一出现问题，测试车可就白牺牲了。

    随后将头部与颈部连接，用力推动一下假人来查看其颈部是否有无法恢复的弯曲情况，然后用金属探针敲击膝盖，以检测是否有传感器反应，当以上检测均没有问题后，将整个假人放至测试平台上，用一个金属摆锤撞击胸部，查看假人的肋骨和脊柱弯曲度传感器是否正常。

    以Hybrid III假人为例，在碰撞过程中，数据传感器会在150毫秒内记录下30000余个测试数据，这些数据会被存储在假人胸部的临时数据存储器中。

● 全文总结

    只要有车和行人的地方就会有交通事故，但不同的是，当下的碰撞测试越来越严谨，测试项目也越来越丰富，出现事故后人们的生存率已经大大增加，这都要归功于碰撞测试初期不怕牺牲的科学家、动物们以及那些过世人们的尸体，他们在一直保障着我们的出行。随着科技的进步，想必拥有更加精确和计算能力的实体模型和虚拟模型会在不久的将来问世，再加上近年逐渐在汽车上成为标配的主动安全配置，它们的出现会为人们提供更加安全的出行体验。不过话说回来，命还是自己的，虽然当下的汽车已经足够安全，但在大马路上也要注意交通安全，毕竟不要出现事故才是王道。（图片来自网络 文/汽车之家 郑晨）