碰撞假人谁发明的(的女性碰撞假人)

碰撞假人谁发明的(的女性碰撞假人)(1)

图片来源:National Geographic

其实,女性身体不是男性身体的缩小版。

每一辆汽车在出厂之前,通常要经过一系列碰撞测试,来验证设计的安全性。其中一些测试,需要有碰撞假人的参与,来模拟乘车人在各种事故中遭受的冲击有多严重,数据达标方可出厂。

在如今的人们眼中,这些步骤早已是理所当然的存在。但在19世纪后期和20世纪早期,车厂在设计汽车时,很少将安全系数放在很高的优先级。直到上世纪30-40年代,车祸死亡人数不断飙升,更多的人开始注意到汽车的安全系数,碰撞测试也应运而生。

起初,有些车厂只是让没有人乘坐的车撞向坚硬的障碍物。后来,人类尸体和动物也都参与过不少汽车碰撞实验,不过从1950年代起,碰撞测试假人慢慢成为了科学家更青睐的选择。

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图片来源:PeriscopeFilm via YouTube

比如,加州大学交通与交通工程研究所的科学家在测试安全带的作用时,会严格控制每次碰撞测试的条件,让实验车辆按照他们预设的轨道行进,载着假人司机到达指定的碰撞位置,与此同时车载的设备会记录下重要的数据供科学家分析。

就是在这样的实验中,研究者发现在特定碰撞发生时,假人司机系与不系安全带,会在很大程度上决定它被甩出车外的可能性。最终,各国陆续制定了相关法规,要求当地的所有汽车都必须配备安全带。

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图片来源:PeriscopeFilm via YouTube

当然,这并不意味着碰撞假人的服役生涯来到终点。随着时间推移,碰撞假人对人体结构的模拟越来越精细,它们携带的传感器也在一次一次碰撞中,不断显示出乘车人与车身发生的相互作用。多年以来,车辆对乘车人的保护程度有了很大的进展,我们今天乘坐的汽车已经比碰撞假人刚刚出现时的汽车安全了许多。

不过,直到如今各国法规要求在汽车碰撞测试中使用的假人,常常只有平均成年男性(50th percentile adult female)假人,而没有纳入代表平均成年女性的假人。鉴于男女身体结构有明显差异,现有的车辆对女性乘车人的保护总是受到怀疑。

2022年,世界上第一个代表平均女性的碰撞测试假人在瑞典诞生了。

性别差异有多大

2013年,NHTSA发布的一项研究显示,遭遇车祸时,女性的死亡风险与同龄男性相比,平均高出17%左右。

假如抛开生与死的二分法,简明损伤定级标准(abbreviated injury scale, AIS)将人体各部位受损的程度分成了轻度(AIS 1)、中度(AIS 2)、较重(AIS 3)、重度(AIS 4)、危重(AIS 5)和极重(AIS 6)六个等级。2019年,弗吉尼亚大学的研究者发现,在两车迎面相撞的车祸中,女性受到较重以上(AIS 3 )损伤的概率,比男性高73%

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图片来源:IIHS

除此之外,还有一些看似不太严重的车祸,却也可能给人体带来永久损伤。例如,在两车追尾的时候,来自后方的撞击,常常会让受害者的脖子快速地前后移动——就像挥动鞭子一样,所以这类动作造成的颈部损伤又叫挥鞭伤(whiplash injury)。

据估计,美国一年新增的挥鞭伤病例约有300万,是最常被理赔的一种人身伤害。在挥鞭伤的患者里,不少人受伤几个月甚至多年以后,颈部的疼痛依然没有消散。而根据过往的一些研究,女性在追尾事故中遭受挥鞭伤的可能性大约是男性的两倍。

这些伤害发生的概率和不同型号的汽车有关,和不同的座位有关,也和座椅设计有关。从1970年代至今,模仿人体结构制成的假人们,携带着各种传感器,历经无数次碰撞实验,正是为了检验汽车设计的安全性,降低司机和乘客受伤的风险。

不过,在安全性测试中服役的假人,多是以男性身体为样本设计的。例如,美国NHTSA使用的碰撞测试假人Hybrid III在1976年诞生,在身高、体重和身材比例等等方面,模拟的是第50个百分位的成年男性。Hybrid III站直的时候有5英尺9英寸(相当于175厘米)高,也就是说当时美国的成年男子大概有一半比它矮,一半比它高

虽然,2003年NHTSA让一个女性假人(Hybrid III 5F)也加入了正面碰撞测试,但这个假人并没有模拟成年女性的平均身材,它更像第5个百分位的成年女性:身高仅4英尺11英寸(或150厘米),大致相当于12岁左右的孩童,美国成年女子中只有约5%比它矮。

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Hybrid III假人一家,后排右为身高150厘米的女性假人(图片来源:Wikimedia Commons)

不同的身高,的确会改变乘车人对碰撞的反应。但除了身高之外,还有别的因素会削弱这个女性假人的说服力。毕竟,它是由男性假人Hybrid III等比例缩小得来,不曾按照女性身体各个部位的比例进行调整,也没有考虑到女性的骨密度和肌肉强度与男性不同、关节更加容易受伤等等。

在很长一段时间里,这个假人不光被用来模拟成年女性,有时也“兼职”模拟车祸中的儿童。而直到现在,作为世界上的权威碰撞测试机构之一,NHTSA仍然没有引入更能代表普通女性身体的假人。许多国家的法规也没有强制车厂在安全测试当中,用到以女性身体建模的假人。

对车厂来说,若不影响自家产品的安全评级,可能就不会急迫地想要用上更科学的碰撞假人。但对一些研究者而言,知道了女性与男性身体在碰撞事故中的反应不同、女性在同等程度的车祸中伤亡风险更大,他们就有充足的动机去制造新的假人,用来评估女性身体在车祸中遭受的冲击。

第一个女性碰撞假人

2012年,瑞典国家道路交通研究所的科学家们,开发出了一种更贴近平均女性的碰撞假人虚拟模型,并取名EvaRID——Eva就是夏娃,代表“第一个女性”,而RID代表这是用于追尾测试的假人(rear impact dummy)模型。

EvaRID的身材,是按照成年女性的平均数据设计的,身高161.8厘米,体重62.3公斤。虽然是在男性假人BioRID II基础上修改出的女性模型,但并非等比例缩小,它的头部、上半身、骨盆、四肢等等部位的比例都经过调整,变得更符合普通女性的情况。

除此之外,科学家还根据前人研究中男女颈部肌肉力量的差异,将BioRID颈部和脊柱组件的刚度和阻尼性能降低到了70%,以便更好地模拟追尾事故给女性造成的挥鞭伤。这个模型发布之后,许多研究者都可以在电脑上模拟车祸中的普通女性(和普通男性)受到的伤害。

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右为EvaRID女性虚拟模型,左为BioRID男性假人的虚拟模型(图片来源:TEDx)

当然,虚拟假人无法代替现实中的假人完成碰撞测试。后来,参与EvaRID模型开发的阿斯特丽德·林德(Astrid Linder)博士,和她的团队,开始制造“真正”的女性碰撞假人了。

去年10月,这支团队发表了世界上第一个能代表平均女性的碰撞测试假人,代号SET 50F。这个身高166厘米,体重62公斤的假人,同样是基于男性假人BioRID改造而来,按照女性的身体结构调整过,比如定制了更宽、更圆的骨盆,降低了关节的刚度等等。

除此之外,SET 50F和它的男性假人伙伴SET 50M,都拥有比从前的碰撞假人更加柔软的聚氨酯身体,能与灵活的脊柱相互作用,这样便可以更好地展现碰撞事故中人体与座椅的互动——SET正是座椅评估工具(Seat Evaluation Tool)的简称。

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假人胸椎与腰椎的运动(图片来源:Goto 10 via YouTube)

这些假人的主要用途,依然是模拟(严重程度比较低的)追尾事故对受害者造成的损伤,时速在24公里以内。安装在头部、颈部、胸部和骨盆的四组传感器,都是陀螺仪与三轴加速度计结合的设备,让科学家可以同时读取运动数据和旋转数据。

假人制造完成之后,研究者利用它们进行了追尾碰撞实验。测试之中,最让科学家关心的还是颈部的挥鞭伤。林德博士说,他们需要观察的是头部与躯干的相对运动,如果坐在比较理想的座椅上,头部和躯干就更容易待在一条线上,不会有太多的相对运动。

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遭遇低速后部碰撞时,假人与座椅的相互作用(图片来源:Goto 10 via YouTube)

而团队在对不同的座椅进行测试时,确实发现有些座椅比另一些座椅更安全,而且男性假人和女性假人对座椅的反应也有明显不同。

至于新的女性假人在碰撞中的表现是否与真人相似,科学家用15公里时速的后部撞击测试了女性假人和女性志愿者的反应,结果发现假人和志愿者的头部运动数据比较接近,而假人的颈部运动幅度比真人要小一些——这也是研究者们需要努力改善的部分。

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左为头部运动,右为颈部运动。实线代表女性假人,虚线代表男性假人

这个研究项目是由欧盟委员会资助完成的。但研发出代表平均女性的碰撞假人,并不代表欧盟或任何其他地区的监管机构,会随之修改车辆安全测试的相关要求,在碰撞测试中纳入这样的女性模型。在此之前,人们还有很长一段路要走。

另外,即便女性碰撞假人加入了安全测试套餐,也未必能完全解决女性在车祸中更容易伤亡的问题。对此,另一家权威碰撞测试机构美国公路安全保险协会(IIHS)表示,交通事故是十分复杂的状况,人们受到的伤害与车型和碰撞类型都有关系,而碰撞假人也会有局限性,光靠性别、身高、体重之类的因素可能不足以精确模拟现实中的情况

不过,第一个“真正”的女性碰撞假人的诞生,终究是重要的一步。而除了平均女性之外,代表不同年龄的儿童或其他人群的碰撞假人,也都有可能为乘车出行的人们创造更加安全的环境。

撰文:栗子 审校 | clefable

封面来源:Unsplash

原论文:

https://www.diva-portal.org/smash/record.jsf?dswid=-7725&pid=diva2:1709745

参考资料:

https://www.youtube.com/watch?v=18TJoq6yuKs&t

https://www.bbc.com/news/technology-62877930

https://www.npr.org/2022/11/01/1133375223/the-first-female-crash-test-dummy-has-only-now-arrived

https://www.smithsonianmag.com/smart-news/the-first-female-crash-dummy-has-arrived-180981072/

http://vti.diva-portal.org/smash/record.jsf?pid=diva2:1375542&dswid=-4288

https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/15389588.2014.885647

https://magazine.northeast.aaa.com/daily/life/cars-trucks/auto-history/the-history-of-crash-test-dummies/

https://www.tandfonline.com/doi/pdf/10.1080/15389588.2019.1630825?needAccess=true

https://crashstats.nhtsa.dot.gov/Api/Public/ViewPublication/811766

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