劉志新，武永強(qiáng)，馬偉杰

（中國汽車技術(shù)研究中心有限公司，天津 300300）

一、前言

隨著我國汽車保有量的持續(xù)增長，道路交通安全形勢越發(fā)嚴(yán)峻。當(dāng)前，我國道路交通事故萬車死亡率仍是歐美等發(fā)達(dá)國家的2～4倍，交通安全已成為威脅經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的嚴(yán)重公共安全問題。汽車安全技術(shù)作為影響道路交通安全的重要因素，已成為政府、社會(huì)和汽車業(yè)界共同關(guān)注的焦點(diǎn)話題。

乘員保護(hù)是汽車安全技術(shù)的最終目的，它與交通事故分析、汽車安全設(shè)計(jì)優(yōu)化、車輛安全性能試驗(yàn)驗(yàn)證等方面息息相關(guān)。而碰撞測試假人是直接用于評(píng)估碰撞沖擊環(huán)境對(duì)人體的傷害程度，進(jìn)而評(píng)價(jià)車輛安全性能優(yōu)劣的測量儀器。因此，碰撞試驗(yàn)假人是支撐汽車安全的核心技術(shù)。

一方面，我國初期的汽車安全標(biāo)準(zhǔn)主要為直接引用國外標(biāo)準(zhǔn)，在短時(shí)間內(nèi)解決了我國汽車安全技術(shù)約束有無的問題，因此，在一定時(shí)期內(nèi)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有效改善了我國公共交通安全問題。但近幾年，安全技術(shù)的提高對(duì)減少交通安全貢獻(xiàn)度卻沒有原來顯著。主要原因之一是汽車安全標(biāo)準(zhǔn)中采用的碰撞測試假人是基于歐美人體特征開發(fā)，從而導(dǎo)致現(xiàn)有的汽車安全設(shè)計(jì)不能最優(yōu)保護(hù)中國駕乘人員的問題[1～3]。另一方面，碰撞測試假人及其相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為美國獨(dú)家壟斷，核心技術(shù)受制于人。如果美國對(duì)此進(jìn)行技術(shù)封鎖，我國將面臨無“人”可用的尷尬局面。尤其是我國目前擁有世界最大的汽車市場，這種技術(shù)放大效應(yīng)變得格外顯著。

本文深入剖析目前影響我國汽車安全進(jìn)步的核心問題，并在此基礎(chǔ)上開展了中國體征碰撞測試假人開發(fā)必要性、可行性的分析研究工作。初步提出了中國體征碰撞測試假人的開發(fā)路徑，從而進(jìn)一步完善我國汽車安全標(biāo)準(zhǔn)體系。開發(fā)符合中國人體體征的汽車碰撞試驗(yàn)假人及制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，不僅有利于擺脫核心技術(shù)“受制于人”的局面，而且能通過中國標(biāo)準(zhǔn)的核心力量，并輔以中國的市場優(yōu)勢，把握我國技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的主導(dǎo)權(quán)。

二、汽車安全標(biāo)準(zhǔn)問題剖析

碰撞測試假人是安全標(biāo)準(zhǔn)的“砝碼”，國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中所采用的假人是依據(jù)歐美人體開發(fā)的，歐美的“砝碼”衡量出的汽車安全能否對(duì)我國駕乘人員提供最佳的保護(hù)效能值得商榷。

（一）現(xiàn)有汽車安全設(shè)計(jì)不能最優(yōu)保護(hù)中國乘員安全

碰撞測試假人作為衡量汽車安全性的關(guān)鍵技術(shù)，直接影響到汽車的安全設(shè)計(jì)，其具有“技術(shù)砝碼”效應(yīng)，然而在汽車碰撞安全領(lǐng)域，我國所用的碰撞測試假人沿用國外，其是按照美國第50百分位成年男子的主要尺寸制作的。而目前我國所有汽車安全設(shè)計(jì)均以這種假人為保護(hù)對(duì)象。然而，中美人體無論是在外在體征（如身高、體重、肌肉密度、質(zhì)量分布），還是內(nèi)在特性（動(dòng)態(tài)響應(yīng)、生物力學(xué)）上都有較大的差異。如與美國中等尺寸男性相比，中國相應(yīng)的男性假人矮了3.48%，體重輕了13.55%；中國人體與歐美人體各部位的比例差異也較大，中國中等尺寸男性上臂比美國中等尺寸男性上臂短了4.14%，坐姿膝蓋高度矮了12%；在生物力學(xué)特性方面差異也十分顯著，它直接影響人體耐受限度以及測試假人的評(píng)價(jià)指標(biāo)與限值。以胸部為例，中國人肋骨骨密質(zhì)厚度明顯小于美國人，這說明：中國人的胸部在同樣的碰撞中比美國人更容易受到傷害。這種差異說明了以“歐美人體”為保護(hù)對(duì)象的汽車安全設(shè)計(jì)不能真正保護(hù)“中國人體”；換言之，即由于“技術(shù)砝碼”的不準(zhǔn)確性，使得“美國砝碼”無法真實(shí)衡量中國的汽車安全。

（二）國外技術(shù)壟斷，核心技術(shù)受制于人

作為汽車碰撞安全標(biāo)準(zhǔn)“砝碼”的假人由美國獨(dú)家壟斷。相關(guān)汽車碰撞試驗(yàn)假人研究的滯后導(dǎo)致所有假人及其易損件主要依賴進(jìn)口，不僅價(jià)格昂貴、供貨周期長，而且自主品牌的開發(fā)成本和周期受制于人。為了打破壟斷，占據(jù)主動(dòng)，當(dāng)務(wù)之急就是要加快開發(fā)符合中國體征的碰撞假人及其安全標(biāo)準(zhǔn)體系，其理應(yīng)成為我國從汽車大國邁向汽車強(qiáng)國的重要戰(zhàn)略舉措。

我國目前擁有世界最大的汽車市場，汽車保有量達(dá)2億輛，注冊(cè)駕駛員4億人。如此龐大的汽車保有量，所有的汽車安全設(shè)計(jì)均以保護(hù)“歐美人”而非“中國人”為設(shè)計(jì)目標(biāo)，使得以國外碰撞試驗(yàn)假人為車輛安全設(shè)計(jì)基準(zhǔn)暴露出的問題隨汽車保有量的增加而更加突出。

三、開發(fā)符合中國體征碰撞測試假人及其標(biāo)準(zhǔn)的必要性和可行性

（一）中國體征碰撞測試假人開發(fā)必要性分析

中國人體體征與歐美人體體征無論是從外在特征，還是內(nèi)在特性上都與相應(yīng)的中國人體有較大差異，二者對(duì)汽車安全設(shè)計(jì)的影響較大，直接影響到汽車的約束系統(tǒng)和安全性能評(píng)價(jià)指標(biāo)。主要差異分為以下三個(gè)方面。

1. 動(dòng)態(tài)響應(yīng)差異性

混III 50百分位假人是根據(jù)歐美50百分位人體尺寸設(shè)計(jì)的，其身高為1.76 m，體重為78 kg，與中國人體的體型（身高為1.69 m，體重為69 kg）差異較大，動(dòng)態(tài)響應(yīng)也會(huì)有所不同。計(jì)算機(jī)仿真分析表明，在汽車碰撞試驗(yàn)中，中國人體的假人損傷響應(yīng)和混III假人的損傷響應(yīng)存在明顯差異，因此，直接采用混III 假人進(jìn)行測試評(píng)價(jià)會(huì)導(dǎo)致開發(fā)出來的乘員約束系統(tǒng)不能對(duì)中國人體實(shí)現(xiàn)最佳保護(hù)。在軌道交通及航空航天領(lǐng)域，采用歐美人體假人進(jìn)行測試評(píng)價(jià)同樣難以開發(fā)出適用于中國人體的最佳防護(hù)措施。

2. 力學(xué)性能差異性

歐美人體與中國人體的差異不僅僅會(huì)影響到兩者在受力時(shí)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。研究表明，身材不同，骨骼結(jié)構(gòu)也存在明顯差異，致使兩者的力學(xué)特性存在差異，影響人體損傷機(jī)理及耐受限度。形態(tài)統(tǒng)計(jì)學(xué)的研究表明，人體的一些特征參數(shù)，包括身高、體重以及年齡等對(duì)人體骨骼的尺寸和形狀有著重要的影響，例如隨著身材的變化，肋骨的橫截面積、胸腔的寬度和厚度、盆骨的高度和寬度以及上下肢骨骼的橫截面積和長度都有顯著的變化，而相應(yīng)的仿真研究以及尸體試驗(yàn)的結(jié)果表明，這些幾何形態(tài)上的差異影響著事故中人體的損傷部位以及損傷的嚴(yán)重程度。同時(shí)，中西方人群在骨骼的材料參數(shù)上也有較大的差異，研究表明，東方女性相比于西方女性而言，盆骨的骨密度較高而脊椎的骨密度較低，因此，人體對(duì)于外力的耐受程度也會(huì)隨著相應(yīng)材料參數(shù)的變化而改變。

3. 軀干生物逼真度有限

雖然現(xiàn)有假人的胸部生物特性是基于人體胸部正面撞擊響應(yīng)數(shù)據(jù)而開發(fā)的，但其胸部仿生結(jié)構(gòu)的生物逼真度仍有其局限性。如假人胸部肋骨的仿生結(jié)構(gòu)與人體肋骨的結(jié)構(gòu)存在較大差異，只能在較大面積的鈍性撞擊時(shí)反映人體的響應(yīng)，而在小面積撞擊及側(cè)向或斜向撞擊時(shí)，不能準(zhǔn)確反映人體的受力特性。另外，假人的脊椎是用整塊剛性結(jié)構(gòu)與橡膠腰椎來模擬的，只能反映人體在大范圍彎曲時(shí)的特性；同時(shí)，研究表明人體在坐姿條件下其腰椎是向前彎曲的，而現(xiàn)有假人的腰椎則是向后彎曲，這會(huì)導(dǎo)致假人與真人產(chǎn)生不一致的上半身動(dòng)態(tài)響應(yīng)。

為更加有效降低我國駕乘人員在交通事故中的傷亡率，充分保障人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，推動(dòng)我國汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提高我國汽車工業(yè)核心競爭力，研究開發(fā)、制定和推廣符合中國人體體征的碰撞試驗(yàn)假人及其標(biāo)準(zhǔn)就顯得尤為迫切。

（二）中國體征碰撞測試假人開發(fā)可行性分析

假人最早應(yīng)用于軍用領(lǐng)域，經(jīng)過十多年的發(fā)展，逐漸的應(yīng)用于汽車、航空、體育和醫(yī)用領(lǐng)域。由企業(yè)主導(dǎo)轉(zhuǎn)為政府主導(dǎo)，同時(shí)，假人在不斷的發(fā)展，更強(qiáng)調(diào)地區(qū)的適用性，如美國人現(xiàn)在肥胖化、老齡化比較嚴(yán)重，其逐步開始研發(fā)肥胖假人和老年假人。國內(nèi)在2000年開始研制假人，更多的是模仿和探索，只是造出一個(gè)樣子，而沒有考慮中國人的外在體征和內(nèi)在體征。

盡管國內(nèi)在碰撞假人開發(fā)方面有一定的基礎(chǔ)，也進(jìn)行過初步的探索，但是并沒有取得相應(yīng)的成功，根源在于我國缺乏相關(guān)的頂層設(shè)計(jì)，沒有明確的設(shè)計(jì)目標(biāo)，缺乏總體規(guī)劃，從而造成了各自為戰(zhàn)、研究不深入及重復(fù)研究的不利局面，假人的推廣應(yīng)用問題也未能得到根本性的解決。從關(guān)鍵技術(shù)研究到研發(fā)設(shè)計(jì)，從生產(chǎn)制造到性能驗(yàn)證，再到標(biāo)準(zhǔn)的制定等資源分布在不同的機(jī)構(gòu)，需要進(jìn)行充分的協(xié)調(diào)與合作才能完成中國體征碰撞假人的開發(fā)。其根源在于缺乏政府主導(dǎo)，協(xié)調(diào)行業(yè)的一個(gè)組織。

由中國汽車技術(shù)研究中心聯(lián)合國內(nèi)整車企業(yè)、大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)共同發(fā)起成立工作組。工作組的成立有助于充分發(fā)揮全行業(yè)資源，發(fā)揮不同研究領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，對(duì)研發(fā)和制定符合中國體征的碰撞測試假人及其標(biāo)準(zhǔn)體系具有十分重要的意義，同時(shí)也有助于提升中國在汽車安全領(lǐng)域的國際競爭力和標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)。

四、開發(fā)符合中國體征碰撞測試假人的技術(shù)路徑

中國假人的開發(fā)是一個(gè)系統(tǒng)工程，具有技術(shù)復(fù)雜性及多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，單純模仿國外已有假人不能從根本上解決問題。本項(xiàng)目將充分依托中國體征碰撞假人工作組的優(yōu)勢，嚴(yán)格遵循智能技術(shù)高度集成、制造產(chǎn)業(yè)高端發(fā)展的產(chǎn)品發(fā)展新模式，在未來實(shí)現(xiàn)技術(shù)先進(jìn)性、標(biāo)準(zhǔn)適用性、市場不可替代性的高質(zhì)量、智能化的中國假人系列總體開發(fā)目標(biāo)。

中國體征碰撞假人初步開發(fā)技術(shù)方案包括以下六個(gè)方面。

（一）開發(fā)思路

第一，要有中國特色，符合中國人體體征，滿足中國人體外部尺寸特征及內(nèi)在生物力學(xué)響應(yīng)特征；第二，要有技術(shù)的超越，在繼承中創(chuàng)新，考慮與國外假人及其標(biāo)準(zhǔn)的銜接性，解決現(xiàn)有假人存在的技術(shù)問題；第三，要另辟蹊徑，結(jié)合中國實(shí)際道路交通事故現(xiàn)狀，滿足新型測試工況要求。

（二）開發(fā)原則

第一，政府主導(dǎo)、開放合作：充分發(fā)揮政府主導(dǎo)作用，加強(qiáng)開放合作，調(diào)動(dòng)各方積極性，多元參與，遵循市場規(guī)律，確保各項(xiàng)任務(wù)落到實(shí)處，實(shí)現(xiàn)多方共贏；第二，目標(biāo)清晰，注重實(shí)效：依據(jù)國情設(shè)定切實(shí)可行目標(biāo)，大力推進(jìn)技術(shù)、應(yīng)用、管理以及體制的創(chuàng)新發(fā)展，不斷提高工作組運(yùn)行效率和技術(shù)合作水平，促進(jìn)假人開發(fā)項(xiàng)目協(xié)調(diào)發(fā)展；第三，總體規(guī)劃，分步實(shí)施：結(jié)合中國假人的目標(biāo)與任務(wù)，構(gòu)建短期和長期研究任務(wù)，制定總體發(fā)展規(guī)劃框架，遵循技術(shù)向行業(yè)轉(zhuǎn)化的規(guī)律，集中力量實(shí)施重點(diǎn)突破；第四，創(chuàng)新優(yōu)化，協(xié)同發(fā)展：推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用、商業(yè)模式、行業(yè)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和制度創(chuàng)新，充分發(fā)揮工作組指導(dǎo)與協(xié)調(diào)作用，推動(dòng)中國假人開發(fā)工作又好又快發(fā)展。

（三）總體目標(biāo)

規(guī)劃分為長期規(guī)劃和短期規(guī)劃。長期規(guī)劃大約需要10年，短期規(guī)劃則為3年。前期分三個(gè)階段來完成，第一個(gè)階段是完成關(guān)鍵技術(shù)與方法研究：包括交通事故與損傷研究；中國人體體型參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)分析；完善優(yōu)化各領(lǐng)域資源；初步掌握假人開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)；形成假人開發(fā)整體流程。目標(biāo)是在繼承中創(chuàng)新：一是要實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有假人坐姿的優(yōu)化；二是建立符合中國交通事故特征的假人模型。第二個(gè)階段是完善假人開發(fā)與標(biāo)準(zhǔn)研究：包括中國人體生物力學(xué)研究；材料生物等效技術(shù)；傳感信息融合技術(shù)；仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)；仿真模型開發(fā)技術(shù)；開展相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)研究。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)內(nèi)外兼修：一是實(shí)現(xiàn)對(duì)坐姿假人的開發(fā)；二是完善符合中國交通事故特征的假人模型；三是適用主被動(dòng)安全相結(jié)合的測試假人。第三個(gè)階段是完成示范推廣與標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用：包括開展假人測試評(píng)價(jià)方法研究；示范推廣應(yīng)用；制定標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于假人系列化：一是要實(shí)現(xiàn)中國碰撞假人系列化的發(fā)展；二是實(shí)現(xiàn)汽車安全測試法規(guī)與評(píng)價(jià)規(guī)程應(yīng)用。

（四）開發(fā)體系

開發(fā)體系，即保障與運(yùn)維管理體系，由技術(shù)層、平臺(tái)層、政策層和保障層四個(gè)層級(jí)來統(tǒng)籌。技術(shù)層從假人開發(fā)、標(biāo)準(zhǔn)研究、示范應(yīng)用三個(gè)領(lǐng)域開展；平臺(tái)層包括關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)研究、應(yīng)用推廣三個(gè)平臺(tái)及大數(shù)據(jù)和測試評(píng)價(jià)兩個(gè)中心；政策層由國家創(chuàng)新型發(fā)展戰(zhàn)略、工業(yè)和信息化部委托、國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)委托三個(gè)層面支撐；保障層分為政策保障、技術(shù)保障、組織保障、監(jiān)督保障。

（五）重點(diǎn)任務(wù)

重點(diǎn)任務(wù)的選取依據(jù)：一是服務(wù)國家戰(zhàn)略需求和引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)問題；二是為跨行業(yè)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供亟需解決的前瞻性、基礎(chǔ)性支持服務(wù)；三是為不同企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)提供跨領(lǐng)域的共性交叉基礎(chǔ)模塊、中間組建和通用平臺(tái)；四是整合優(yōu)勢資源，分工合作。

假人開發(fā)的首批重點(diǎn)任務(wù)包括中國道路交通事故研究、中國人體損傷生物力學(xué)、仿生結(jié)構(gòu)與先進(jìn)制造、傳感與信號(hào)融合技術(shù)、新型替代材料技術(shù)五大共性關(guān)鍵技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)平臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)研究平臺(tái)、應(yīng)用推廣平臺(tái)三大平臺(tái)，以及大數(shù)據(jù)（事故數(shù)據(jù)、傷害數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)、材料數(shù)據(jù)）和測試評(píng)價(jià)（標(biāo)定測試、生物仿真度評(píng)價(jià)、試驗(yàn)評(píng)價(jià)）兩大中心。

五、結(jié)語

開發(fā)“中國假人”及其標(biāo)準(zhǔn)需求迫切，是保障我國駕乘人員生命安全、解決核心技術(shù)受制于人的重要舉措。碰撞假人開發(fā)是個(gè)系統(tǒng)工程，開發(fā)具有技術(shù)復(fù)雜性和多學(xué)科交叉性的特點(diǎn)，亟需集行業(yè)之力整合資源，聯(lián)合攻關(guān)，開展大量的技術(shù)研究。研究內(nèi)容隸屬交通領(lǐng)域公共服務(wù)平臺(tái)，政府應(yīng)加大重視與支持力度。符合中國體征碰撞測試假人的開發(fā)路徑，應(yīng)由國家層面推動(dòng)，其標(biāo)準(zhǔn)體系也應(yīng)成為我國由汽車大國成為汽車強(qiáng)國的重要戰(zhàn)略舉措。