4月25日,北京国际车展时隔四年再度举办,引发广泛关注。事实上,近期,汽车行业的热度一直居高不下,3月12日,小米第一台汽车正式发布,对于超出预期的销量,雷军略带“凡尔赛”地表示“痛苦”,汽车“有2万多个零部件,涉及到非常多的供应商”,拉动产能的过程远比公众想象中复杂。而在庞大的汽车制造业中,有一个东西虽然不是零件,却对汽车安全至关重要,那就是汽车碰撞假人。
在全球最大的汽车碰撞试验室,我第一次见到它的全貌。如同所有仿生人,汽车假人有着近似真人的轮廓,全身遍布传感器,关节处被零件衔接,以便摆出各种姿势。它们身穿红色的棉T恤和浅灰色短裤,胳膊上的“擦伤”尤为显眼,那是“车祸”的遗留产物。
你很快就能察觉,它与商场橱窗中摆放的那种假人模特不同。作为工业标准化的造物,汽车假人钝感而笨重,身体线条总是直来直去,没有明显的起伏。假人的使用则极其耗费体力,一位中等体型的男性假人重达86千克,有位年轻女工程师坦言,在所有类型的汽车假人里,她唯一能抱起的,是个6岁的儿童假人。
刘志新是国内一家公司的假人项目研究组的负责人,和假人打交道18年,对它的第一印象是高鼻深目的欧美人轮廓——当前市面上通行的假人以欧美人的身体特征为标准,并不能完美地保护中国司机的驾驶安全。
目前,刘志新的团队正在研发符合中国人体征的假人。按照我国汽车安全法规规定,汽车使用标准体系的欧美男性假人进行安全测试,刘志新表示,未来更需要围绕保护中国人来设计汽车,假人开发仅仅做到合格线是不够的,最终同样要保护女性,保护儿童和老人,保护所有体型的人的安全。
以下是刘志新的讲述:
假人如秤砣
和你一样,我第一次见到假人是在储存间,那里摆放着十几个假人,高鼻深目的,典型的欧美人轮廓。当时领导带着新人熟悉工作场所,和我讲工作性质、工作内容什么的,还提到了假人的价格,我震惊得不得了,为什么这么贵啊?
一个假人最便宜的上百万,贵的上千万,我们常常开玩笑说,一个假人比真人都贵。
挺多人会觉得汽车假人是那种很像真人的“人”,但它其实不是很像。毕竟是作为工业标准嘛,它只是人的一种简化,要是完全造成一个真人的模样,成本就更高了。
50百分位男假人,受访者供图
相比于人类,假人的皮肤会硬一点,毕竟得考虑到耐撞性,如果完全仿生的话,那“咔”一撞,假人就烂了。它们的全身遍布传感器,尤其是在车祸时人容易受伤的部位,比如胸部这里有个胸位移(传感器),专门测量人受到撞击时胸部被压缩的情况。
每辆新车上市前都要经过上百次的碰撞试验,它是汽车安全性测试的重要项目之一,模拟驾驶员在现实生活中遭遇交通事故,我们观察车的安全系统如何发挥作用。
碰撞试验通常分为两个阶段,一个是研发阶段,为了保证车辆的稳定性,研发者自发地进行多次碰撞试验,另一个是在最终的认证阶段,汽车在国家认证的检测机构进行碰撞,测试合格后,汽车才可以拿去卖。
在碰撞试验室,后一种碰撞试验几乎每天都会发生。
一辆汽车正在进行碰撞试验,受访者供图
通常,我们把假人放在乘员侧或驾驶员侧,使车在规定的碰撞速度下(这个速度根据交通事故统计得出)撞击墙、柱子等,再通过传感器采集到的信息,判断它们受到的伤害有多大。把假人头部、胸部、颈部、腿部等不同部位受到的伤害值表列出来一看,在国家标准规定的合理范围内,那OK,这个车符合要求。
通过这个形式,我们就能知道这辆车对人的保护效果好不好。可以说,假人相当于评估汽车安全的秤砣。
汽车安不安全,秤砣准不准很重要。有两个评估标准:第一,和真人要像,做到形态相像、结构仿生、力学等效,第二是测量结果准。只有同时满足这两点,才能保证在同样的碰撞条件下,假人能最大程度地模拟真人受到的伤害。也才能以此为标准设计,改进汽车的安全性能,去调整车身的结构,正确匹配安全带、气囊的位置等等。
和人一样,假人也分为不同的体型,我们行话叫“百分位”,主要考虑的是它的身高和重量。比如,50百分位的男假人代表男性群体里的中间人群,95百分位的男假人高于95%的男性,5百分位女性假人则非常矮小,只有5%的女性比她矮。
不同百分位假人的身高、坐高、膝距等也都会有相应的核对尺寸,这些与身高、体重一道,共同决定一个假人代表着哪种人群。
在当前世界各国的安全碰撞体系里,投入使用最多的还是50百分位的男假人,它是以欧美人的体型特征开发的,有着1米77和86公斤的“中等”身材。
但其实中国人的身体结构和欧美人的差异还是比较大的,这就导致了两种人群在驾驶车辆时的坐姿不同,汽车发生碰撞时的身体状态有差异。如果完全按照欧美体征的假人去设计车,那这个安全系统对我们来说并不是最优的保护状态。
我们国家当前的机动车保有量是4.35亿,这个问题就放大了。我们想要研发中国人体型特征的假人,先攻克假人制造技术,制造出和国外一模一样的假人,再研发我们自己的假人。
假人国产化
在试验室,一个假人平均每天要经历四五次碰撞试验。你能看到吗?它们身上这些东一道西一道的黑印子和划痕,全是试验时留下的“擦伤”。
假人“伤痕累累”的身体部件,受访者供图
假人当然是可以重复利用的,寿命我不太好说,只要不坏就可以一直用,只是零部件在不断更换,有的部件三五个月就坏了,但有些内部的钢性结构,就这些铁疙瘩,可能三五年都坏不了。
现在我们的碰撞试验室里有一百多个假人,大部分是买的,也有几个是我们自己造出来的。经过了前期的种种调研,我们的项目组在2010年着手假人制造,工作内容主要围绕在设计、制作、测试这三方面。
一个假人的诞生需要以下流程:根据设计图,制作假人躯体的金属骨架和各个身体部位的模具,再根据模具研发出不同的身体部位(一个完整的假人包括头部、颈部、胸部、腰部、骨盆、膝部、足部这7个部位),每个部位经过测试后验收合格,最后组装成一个完整的假人。
流程听起来不难,但我们都是摸着石头过河,每个环节都不容易。以假人的皮肤为例,它会有基础材料,如同调制颜料,要通过调整基础材料的配比,去调整皮肤的性能。怎么把材料调和成需要的性能,我们试了特别特别多次,光这个过程就花了得有半年。
有些环节还挺需要操作手法的,要严格地控制时间、温度等等,考验的是经验和手艺。比如皮肤的制造需要经过配比、混合搅拌、抽真空、过滤、再次抽真空、灌注等环节,在配比环节,原料的用量需要精确到小数点后两位,有时候手一抖,或者是没注意,那整个流程就白做了。
有实习生刚来的时候,经常干不好,我刚上手的时候失败率也特别高,他失败了多少次,我可能也失败了同样的次数,甚至更多。大家都是第一次干这活。
我们单位每年都会发工作笔记本,工作以来,我写满了七八个本子,这上面记录都是技术上的灵感。技术方案会有很多种,但总是充满了局限性,可能这样不行、那样也不行,但可能突然有一天,你会觉得我这么干应该就行了。有段时间,我常常在半夜两、三点醒来,就是为了记录这些一闪而过的灵感。
假人制造的经验是日渐丰富的。皮肤最初始的那版模具没有考虑过散热,后来我们就去查阅资料,也咨询了相关的专家,回来后自己再做总结和研究,改进细节上的问题。所有这些都是经过好多轮讨论才一点一点地完善下来。
刘志新团队的日常工作,受访者供图
2022年底,我们团队制造出了和国外一模一样的假人。大概经历了四轮大的迭代,有的版本表面上看跟人家的一样,实际上一做起试验来千差万别,比如碰撞试验中人家的脑袋没掉,我们的掉了,这就是性能不行。在研发过程中,光碰撞试验我们就做了两三百次,一次得花费十几万块钱,成本还是很高的。
与此同时,我们也在同步研发中国人特征的假人,每当仿制外国假人的研究初有成效,我们能够做出一条胳膊或者一个脑袋来了,中国假人相关部位的摸索尝试也可以着手进行了。
这两种假人的制造都不简单。如果非要比较,制造欧美假人虽然困难,好歹有个对标的对象,外国制造出的欧美假人有什么性能,我们也做什么性能就好了,但制造中国假人时,我们没有一个对标的对象。
相比于对外国假人的研究,研发中国假人最大的难点在于定义,什么样的假人能代表我们国家的驾驶员?这个需要前期大量的数据统计与调研,从人体测量学数据库中对不同地区、不同年龄段的人进行抽样。
统计完这些样本后,我们会初步定义出一个50百分位的中国男性的概念,但严格意义上说,假如在真人里面找,完全符合这个数据的、如此“标准”的人是不存在的。没有这个人的话,我们会在这个百分位附近加减10%,即挑选位于40到60百分位的中国男性,对他们的身体数据进行测量。
根据这些数据,我们会设计一个驾驶静态模型,再对假人进行分段,头是哪一块、脖子是哪一块,之后再确定每一部分的运动惯量等,由团队成员分工进行相应的结构设计。
假人的身体部件,受访者供图
2023年,我们做出了一个初版的中国假人,它是50百分位的男性假人,身高1米69,体重68公斤,目前还处在测试验证阶段,不太完善,在外形特征和力学性征上都不够精准。进行改动是常有的事,设计阶段的假人总是很理想,但到具体的制作上,由于材料收缩率或是一些制造误差,尺寸常常不对,我们就需要再改、再测验。
我们希望,下个阶段造出的假人的结构能够更复杂,更“像人”。现在造出来的某些结构是简化的,我们要做一个和人的内部结构更为相似的,比如说人有多少根胸骨、多少根肋骨,都要在假人里反映出来。
以男性为标准的安全体系
要通过国家的强制性标准,汽车只需要载着50百分位的男性假人通过正面碰撞试验,就可以成功上市。有些标准会对车的安全要求更高,比如在碰撞试验时不仅需要放置50百分位的男假人,还要放5百分位的女假人。也会有厂商主动要求进行更多的碰撞测试,谁不想宣传的时候说我的车更好、更安全呢?
但总的来说,以国家强制性标准为代表的汽车安全测试体系,还是以男性假人为标准制定的。
某种意义上我能够理解这一点,国标代表的是工业化标准,目的是保护大多数人群,不可能覆盖到所有群体。在之前相当长一段时间里,中国的驾驶员以男性为主,因此男性的车祸伤亡情况也比女性多,这就导致了汽车开发商会更关注男驾驶员群体。
聚焦到男性驾驶员群体内部,最主要保护哪种人呢?也是保护平均体型的,即50百分位的男性。从统计分布的角度来说,这是占人口基数最大的群体。
这种标准导致对女性驾驶员的安全保障不足。男女身高、体重上存在区别,在身体结构、肌肉含量等方面也不相同,比如女性脖颈的柔软度更高。这就意味着,男女驾驶员在出现交通事故时可能受到的伤害是有区别的。
举个例子,很多人都经历过追尾,我也经历过。有次等红灯,可能是夏天的阳光太晃眼了,我通过后视镜眼睁睁看着,后面一辆车“咣”一下就撞过来了。那次特别后怕。汽车追尾时,人的躯干会被安全带紧紧拉住,但头颈会前后移动,进行一个“甩鞭”的动作,这虽然不致死,但一旦受伤,很难治愈。
假人受伤的头部,受访者供图
在国外的调查数据里,这种伤害引发的保险赔偿金是非常巨大的。由于脖子软硬程度不同,在相同的车祸碰撞条件下,女性脖颈的运动幅度会更大,受伤害的风险自然比男性高。
作为真人的映射,男女性假人的标准也不同。女假人的合格标准是由50百分位男假人的合格标准缩放而来,并做了相应的调整,缩放时会把女性的骨质厚度、骨骼长度等考虑在内。做标定测试时,男女假人的骨盆部位摆放角度不同,男性是13度,女性是7度,用于敲击的摆锤重量也不同,敲击男性骨盆的摆锤更重些。
但总的来说,女假人不管是设计也好,还是测定标准也好,都是在50百分位男假人的基础上进行的优化,并没有出现颠覆性的变化。并且,现在市面上通行的女假人是5百分位女假人(因为根据过往数据,这部分女性受伤比例高),代表着身高1.48米和体重56千克的女性,这并不能广泛地代表女性群体。真实世界的统计数据中,男女司机的保护效果确实存在差异,在同等条件下受到碰撞,女性的死亡率会更高。
在2022年,瑞典的阿斯特丽德·林德博士团队开始专门研究女性假人,他们研究的女假人是50百分位的,代表着身高1.62米,体重62千克的女性,也考虑到了女性独有的身体构造,比如身体的重心、臀部的轮廓等。
近年来,中国女性驾驶员的比例不断上升,从2002年的20.3%到2022年左右的33.68%,相应地,女驾驶员的死伤比例也上升了。瑞典工程师在做的工作很有意义,这也是我们将来工作的一部分,研制出符合中国女性体征的女性假人。
“零死亡愿景”
安全是汽车最基础也最重要的性能,我常常把它比作人类的健康,没有健康,你长得再好看、再有钱也没有用,汽车也是一样,没有了安全,动力性再好、舒适性再好也没用。
这点也是我入行后才更深刻理解到的。以前我也是更重视这车跑得快不快,加速时间短不短,坐着舒不舒服。这些都是我们可以直接感受到的,但一辆车的安全性能如何,如果不出事,是不太容易体会到的。可等我们真正理解这点的时候,往往就是遭遇事故的时候,那就晚了,可能人都没了。
汽车安全可以分为两类,一种叫被动安全,发生事故时救人于水火,让人们最大程度减轻伤害;与之对应的还有主动安全,叫防患于未然,在设计环节就减少车辆发生碰撞事故的概率。
我们所做的工作是前者。看到碰撞试验中一辆车被撞得稀巴烂时,我常常会不自觉地代入自己,假人身上的伤害数据这么高,要是真人坐这辆车,脑袋可能都烂了。见证了这么多次碰撞试验,我对汽车安全的理解完全不一样了。
做假人这么多年,我最大的感悟就是这个事儿确实挺难做,我们身上的担子真是重之又重。
这份工作最大的挑战性在于,假人不是说研发设计完就永久定型了,它本身还在不断地更新换代。就像我之前说的,安全标准法规是汽车生产的最低线,这是考试的必答题,及格了汽车才能够上市销售。
然而仅仅及格是不够的,我们现在是要考到更高分、考到满分的阶段。这就意味着我们不仅要做好必答题,保护好最大基数的人,还要做好选答题,保护好女性,保护好儿童和老人,保护好所有体型的人。
总有些人对女性司机有刻板印象,一看出车祸了,先质疑甚至嘲讽女司机的驾驶技术不行。事实上,有些驾驶坏习惯是不区分男女的。很多人对安全不太了解,总觉得我这车安全性能高,有16个气囊,那我上车还系安全带干什么?
这就是一种误区,气囊一定要和安全带联动起来,才能更好地发挥效用,人不系安全带,气囊甚至会发挥反作用。发生碰撞事故时,人的身体会急速前冲,气囊会在瞬时间展开,产生极大的压力,这时候如果没系安全带,气囊不但起不到保护作用,反而成为一种另类的杀手。
汽车的仪表板上最好也不要放装饰品,因为一旦发生碰撞事故,气囊一展开,这些装饰品会被打出来,像子弹一样撞击人的身体,这不就对人体造成伤害了吗。不管是男女司机,都需要培养好的驾驶意识和安全意识。
假人在进行碰撞试验,受访者供图
近几年汽车安全标准领域发生了很大的进步,除了有团队专门研究女性假人,也发展出了更多元化的汽车安全评价标准,比如国内推出的C-NCAP(中国新车评价规程),增加了对女性乘员和儿童乘员的安全测试。
在未来,我希望汽车安全领域能够达到“零死亡愿景”,所有人的安全都能被保障。这需要大家一起来努力,假人的研发固然重要,我们搞技术的当然要把技术做好,但同时也希望大家有正确的安全意识、驾驶习惯,只有在规范的条件下,好的安全设计才能真正地发挥作用,是吧?
这也需要整个社会协同地做,不管是驾驶员意识的提高也高,国家政策的重视也好,车上的设计也好,只有这些全部到位,交通安全的“零死亡愿景”才有可能在未来实现。
本文来自微信公众号:GQ报道 (ID:GQREPORT),作者:崔旭蕾,编辑:王婧祎