1966年丰田厂方第一座专为车辆研发与安全所设立的研究中心,在象征着日本圣山的富士山山脚下成立。Higashi Fuji Technical Center东富士技术中心,截至目前为止仍是丰田车辆最先进技术研发之重镇,更是一处戒备森严,充满神秘色彩的大厂区,幅员辽阔、周围皆以封闭高墙与外界重重阻隔,上头随处架设「严禁摄影」的告示牌。甚至带领记者团穿越重重检查哨的领队,虽是任职于丰田总部多年的资深干部,但对他而言,东富士技术中心至今仍是他从未到访过的神秘机构。
占地超过6百万平方公尺的Higashi Fuji Technical Center东富士技术中心,现为丰田车辆最先进技术研发之重镇,更是一处戒备森严,充满神秘色彩的大厂区,除了厂房、研究室的设置外,仍包含着4公里长的赛道、撞击测试场地与丰田首座动态架驶仿真器。
认识丰田的消费者,或许耳闻东富士技术中心,当时在丰田加入F1赛车行列时,东富士扮演相当重要的幕后工程,全新设立的 Motor Sports Division,为厂方提供赛车科技的技术支持。对丰田而言,东富士技术中心的重要地位无庸置疑,里头怀抱着丰田车辆的技术精髓、研发车辆的菁英人才与包括Hybrid车辆的所有机密科技。
东富士技术中心的成立目的,在于提供车辆更佳的驾驶、乘用、耐久与安全性,近年并着重于节能车辆的研发,未来则希冀提供给消费者,更方便与安全的用车生活。在技术中心之内,环境干净、宽敞,打造成犹如公园般的舒适环境。
在宽敞且干净的厂区内,丰田将东富士打造成犹如公园般的舒适环境,占地超过6百万平方米面积中,除了厂房、研究室的设置外,仍包含着4公里长的赛道、重要的撞击测试场地与丰田首座动态驾驶仿真器。东富士技术中心的成立目的,在于提供车辆更佳的驾驶、乘用、耐久与安全性,近年并着重于节能车辆的研发打造,未来则希冀提供给消费者,更方便与安全的用车生活。
建立安全产品的标准流程
在东富士技术中心成立至今的45年之内,「Really Effective Safety Technology in Real Life生活中的真实安全」一直是丰田所追寻的安全目标,让有效的安全科技,确实减少消费者在日常中的车祸意外。而车祸意外的发生,不仅限于车辆于移动中的碰撞等情况,丰田为全面确保消费者用车过程的安全,所谓的「Clean and Safe Product」指涉的是所有用车过程的涵盖,因此,在车辆静停那一刻起,便得开始审视车辆安全系统。
东富士研究中心内的ASRL大楼,主要研究车辆主动安全系统,在大楼内部建置有丰田首座动态驾驶仿真器,该仿真器主要用来搜集人们的驾驶行为与驾驶习惯。
整体流程也就包含了「Parking停置」→「Active Safety主动安全」→「Pre Collision Safety碰撞前安全」→「Passive Safety被动安全」→「Rescue救援」等五步骤。以此五步骤为思考地基,向上延伸车辆安全系统的打造。如此全面化的安全建构方式称之为「Integrated Safety Concept整合安全概念」。
丰田所欲发展的「Integrated Safety Concept整合安全概念」,希望提供消费者一个完整建构的用车安全环境,从使用者座入车辆那一刻起,确实减少日常中的车祸意外。
然整合安全概念的落实,也就是如何在思想基础上全面化追求用车安全,为此,丰田设立了产品研发的标准作业程序,在追求安全的核心上,建立起「Investigation & Analysis of Accidents事故调查与分析」、「Simulation模拟」、「R&D、eval uation研发与评估」三点循环,利用事故累积之经验与数据搜集,统整数据进入车辆研发过程,以Computer Aided Engineering (CAE) 计算机程序模拟事故发生过程,在判读数据中了解产品安全弱点,最后考虑进入新产品研发过程里。在这个追求安全的循环上,一再发现新问题与改善进步。
在追求安全的核心上,Toyota建立了产品研发的标准作业程序,以「Investigation & Analysis of Accidents事故调查与分析」、「Simulation模拟」、「R&D、eval uation研发与评估」三点循环,一再发现新问题与改善进步。
故本章节,我们将首先为你介绍「Investigation & Analysis of Accidents事故调查与分析」,丰田所做的研究动作,接着才进入「Simulation模拟」阶段,体验丰田利用现代计算机科技,打造计算机内的虚拟安全测试,以及为了分析驾驶习惯所建构的驾驶仿真器。
由事故分析做起
以美国为例,北美丰田针对车祸意外事故的分析,主要是利用死亡事故分析报告系统 (FARS) 与全国事故采样系统 (NASS) 两数据库内容,并且于2005年至2009年间与NHTSA进行合作,取得美国车辆事故、伤者受伤概况资料。而在日本市场方面,丰田公司则是将厂内技师送至交通事故分析中心进行资料搜集,再与日本汽车制造联盟合作,取得国内所有事故分析信息。
选择具有代表意义的事故之中,丰田推断事故预防的可能性与预防方式,并进而研发各种主、被动安全系统。事故分析的意义,一来可借由车祸现场的重建,来设想车祸预防的可能性,建立新式样安全科技。或者,就现有安全科技,利用事故概况的搜集进行系统评估,进一步更正安全科技之缺陷。在完成首步骤事故调查与分析后,程序推进到计算机仿真阶段以及实车测试阶段,一步一步完备丰田所建立起之核心安全步骤。
计算机仿真的科技与能力
当我们了解与搜集到各式各样的车辆事故信息,为了更确切的重建现场,计算机成为环境实现的主要工具,进入「Simulation模拟」阶段。在此阶段,一切便得既虚拟又真实,虚拟的部分是,所有车祸发生皆在计算机世界内,包括碰撞、伤亡等;真实的部分在于,计算机技术已可完全打造车祸细节,到微小如伤员的骨骼碎裂等状况,皆可绘制推算。
计算机科技发达之后,利用Computer Aided Engineering (CAE) 计算机辅助工程,成了车辆安全打造的重要工具,其巨细靡遗的绘图能力,不仅可进行车辆的强度、刚性等车体性能分析,更可完全打造车辆引擎、传动、悬挂系统、油箱,甚至方向盘、后视镜、气囊、钢板厚度、螺丝等细小部件。
在1990年度初期使用的CAE计算机辅助分析软件,可绘制包含1万个原件之虚拟车辆,在经过持续升级的计算机技术与运算效能后,1990年代后期,成品购成的原件数已提升至200万单元,大幅提高计算机仿真车辆结构的精确性。也就是说利用CAE的强大功能,不仅可进行车辆的强度、刚性等车体性能分析,在CAD绘制的3D立体车辆中,更可完全打造车辆引擎、传动、悬吊系统、油箱,甚至方向盘、后视镜、气囊、钢板厚度、螺丝等细小部件,如同实体般100%仿真呈现。
因此当车辆在计算机内进行仿真碰撞,整部虚拟车辆不仅碰撞角度、速度皆可调整,车窗升降、敞篷开关等各种因素也可输入考虑。只要把CAE的倍率放大,行车时最细小的震动也可看得一清二楚,更不会错过在撞击毫秒间的一分一毫,所有钣件瞬间的曲折,完全收录在计算机画面里头。
1990年度初期使用的CAE计算机辅助分析软件,可绘制包含1万个原件之虚拟汽车,在经过持续提升的计算机科技与运算技术后,1990年代后期,虚拟汽车购成的原件数已可提升至200万单元,大幅提高计算机仿真车辆结构的精确性。
不仅仅是车辆的模拟,丰田于2000年开始使用的Total Human Model for Safety (THUMS) 模拟撞击假人,更是「Simulation模拟」阶段最具参考价值的人体仿真器。 THUMS利用计算机绘图,巨细靡遗的打造出虚拟世界的假人,用以接受一次又一次的车祸撞击。该假人拥有与人类一模一样的身体结构,包括心脏、脑袋、骨骼、肌肉与韧带等8万个原件构成,全新第4代 的THUMS每具造价则约9百万日币。目前丰田打造出6种体型的 THUMS,包括AM50中等体型男性 (50% Average Male)、AF05娇小体型女性 (05% Average Female)、怀孕女性、9YO九岁孩童与6YO六岁孩童 (6 Years Old)。
丰田于2000年开始使用的Total Human Model for Safety (THUMS) 模拟撞击假人,拥有与人类一模一样的身体结构,并于虚拟世界中一次又一次的接受车辆撞击测试,用以检查包括心脏、脑袋、骨骼、肌肉与韧带等受伤程度。
在 THUMS于计算机世界内接受车辆撞击,丰田工程师不但可同时分析车辆的安全性、车辆内乘客安全性、车辆外遭受撞击者的身体反应,与车辆保险杠、引擎盖等对行人的威胁程度等等,多个面向进行分析。如此重建车祸现场,不仅真实,甚至最微小的细节皆可完全呈现。在 THUMS体内的人体组织伤害程度,亦可经由计算机屏幕完全显示。也因此,计算机CAE工程的加入,对于车辆安全的想象与实践,有了绝对的正面帮助,同时也让「Simulation模拟」阶段有了更为完备的数据。
最昂贵的3D模拟,丰田驾驶仿真器
在建构车辆安全配备之前,我们得先了解车辆移动的主控者,也就是驾驶本人。当我们知道车祸的发生与研究,可以透过如死亡事故分析报告系统(FARS) 与全国事故采样系统 (NASS) 等数据库内容来重建现场时。那么驾驶者行为该如何琢磨,亦成为探讨交通安全之前最重要的因子。为此丰田于2007年东富士研究中心打造了一座造价近40亿日币的「Driving Simulator驾驶仿真装置」,来搜集驾驶者行为与信息,完备了「人」与「车辆」和「交通」间的互动关系。
在长35公尺 x 宽20公尺的移动平台之上,以六足摇动装置架着一具直径7.1公尺的小巨蛋,这套装置便是丰田所拥有的驾驶仿真装置。功能用以搜集驾驶者习性,并且以资料分析,来打造与检测主动式安全装置的功能性。
驾驶仿真装置乃为一座架于可移动平台与六足摇动装置上的小巨蛋。直径7.1公尺的小巨蛋内部摆放着一辆雷克萨斯 LS 460模拟房车,车辆四周也就是小巨蛋的内墙,包围着投影显示屏,并以8架液晶投影机,打造出360度环舱投影效果,投影内容则为名古屋丰田市街景。在驾驶者坐入车内后,便可发动车辆,操作油门、剎车、方向盘等一切驾车的正常程序,投影的街景便会如同实景一般动态转换着,驾驶者可自由自在行驶在丰田市的街道内,马路上并有其他互动的车辆与行人,塑造如同驾车于真实世界一般的感受。
体验者乘坐在直径达7.1公尺的小巨蛋内实车中,可结合球面屏幕上投射的360度全方位影像,进行驾驶仿真。长35公尺 x 宽20公尺的移动平台之,拥有17.5公尺的 x 10公尺的最大位移,最大速度则可拥有6.1m/s。
驾驶仿真装置的Motion System,也就是移动式平台与六足摇动装置,可营造小巨蛋内使用者的车辆加速贴背、减速点头、车辆侧倾、坑洞弹跳等动态感受。
而光是视觉上的移动并不够真实,此颗小巨蛋乃是架在可移动平台与六足摇动装置上。可移动式平台长35公尺 x 宽20公尺,在带着小巨蛋移动时可制造车辆加速贴背、减速点头等动态感受,再配合着六足摇动装置,营造车辆侧倾、前后倾、坑洞弹跳等细节动作,配合打造出更真实的体感模拟驾驶内容。
而在LS 460模拟房车内部,架设着包括摄影机等的各种传感器,纪录驾驶用车过程中的各项指令操作,更包含脸部表情与头部动作、脑波与心跳等。在整趟仿真旅程结束后,丰田工程师便可利用数据数据,分析驾驶者的驾驶习惯、疲劳反应、车祸发生前的疏失,与车祸发生时的行为反应。
代表Cockpit System的雷克萨斯LS 460,包围在8架液晶投影机打造出的360度环舱投影效果中,投影内容为名古屋丰田市街景。在驾驶者坐入车内后,便可发动车辆,操作油门、剎车、方向盘等一切驾车的正常程序,投影的街景便会如同实景一般动态转换着,塑造如同驾车于真实世界一般的感受。
而驾驶仿真装置的作用有三:第一,大量搜集驾驶者行为,了解人们驾车习惯,进而得知何种状态下人体开始会有疲态、分心等驾驶疏失等。第二,特别在驾驶意识降低、饮酒、生病、疲劳状态下,准确掌握驾驶人特性,从而开发有效减少事故的主动安全科技。第三,搭配着可主动向驾驶员发出警告的安全配备系统发挥下,从而验证主动安全系统的科技效果,判断交通事故降低率。
以上大抵介绍了丰田制车过程中建构安全标准程序的前两阶段,也就是「Investigation & Analysis of Accidents事故调查与分析」与「Simulation模拟」阶段。在下个章节,我们将就「R&D、eval uation研发与评估」部分进行探讨,全面介绍丰田车辆先进安全科技的搭载与实车撞击测试成果。丰田车辆的安全科技也就在如此基本程序内,逐渐建立起质量与保障。