人間の身体の動きをシミュレートするためのダミー、人間の身体の動きをシミュレートするための方法

专利摘要:
相互に連結される人工の人体要素を備える、試験中に人間の身体の動きをシミュレートするためのダミーであって、人体要素が変形特性を有し、人体要素の変形特性が作動的に変化するダミー。ダミーは、変形特性を変化させるためのアクチュエータを備える。アクチュエータは流体ドライバを備えることが可能である。
公开号:JP2011508204A
申请号:JP2010539334
申请日:2008-12-19
公开日:2011-03-10
发明作者:ピーター テールハイス，アルヤン；ローエイ，レックス ファン；マリエン；アントニー；フランク フェルスフレン，ロベルト；アラン フォルベス，パトリック
申请人:ネーデルランツ オルガニサティー フォール トゥーゲパストナトゥールヴェテンシャッペリーク オンデルズーク テーエンオー；
IPC主号:G01M7-08

专利说明:

[0001] 本発明は、相互に連結される人工の人体要素を備える、試験中に人間の身体の動きをシミュレートするためのダミーであって、人体要素が変形特性を有するダミーに関する。]
背景技術

[0002] このようなダミーは、広く知られており、一般には、例えば、自動車または射出シート用の衝突試験、あるいはシートベルト、再設定可能なシートまたはエアバッグ等のアクティブセーフティシステムを試験するためのアクティブセーフティシステム試験等の加速試験に使用される。]
[0003] しかし、従来のダミーは、特に衝突前の状態において、人間の身体の動きの最適なシミュレーションを提供しない。]
発明が解決しようとする課題

[0004] 本発明の目的は、試験中に人間の身体の動きをより良くシミュレートするダミーを提供することである。]
課題を解決するための手段

[0005] これに対して、本発明は、相互に連結される人工の人体要素を備える、試験中に人間の身体の動きをシミュレートするためのダミーであって、人体要素が変形特性を有し、人体要素の変形特性が作動的に変化するダミーを提供する。試験は加速試験であることができ、前衝突状態、衝突状態および／または後衝突状態を含むことが可能である。]
[0006] 変形特性が作動的に変化する人体要素を設けることによって、当該人体要素の応答を、受動的ではなく、能動的にすることができる。さらに、能動的応答により、特に衝突前の状態における人間の反射運動または随意運動をシミュレートすることができる。その上、衝突時におけるまたはアクティブセーフティシステムの位置決め中における人間の動きの応答をより良くシミュレートすることができる。加速試験中にリアルタイムで人体要素の変形特性を作動的に変化させ得るように、加速試験中に変形特性を能動的に変化させて適合させ得る。試験自体の間におよび／または試験の異なる状態の間に、変形特性を能動的に変化させることが可能である。]
[0007] 例えば剛性特性および／または減衰特性等の変形特性を変化させるための、流体ドライバを備えるアクチュエータを設けることによって、アクチュエータを簡単かつ頑丈にすることができる。]
[0008] ドライバは被駆動要素とモータ等の駆動要素とを備える。流体ドライバは空気圧シリンダまたは流体マッスル等の流体被駆動要素を備える。特に、流体マッスルは、流体チャンバを囲みかつ第１および第２の端部を有する膜を備える流体ドライバであり、その膜は、端部が第１の距離で離間する非加圧状態と、端部が第２の距離で離間する加圧状態との間で加圧可能であり、第２の距離は第１の距離よりも短い。流体マッスルを設けることによって、アクチュエータを比較的軽く、柔軟でコンパクトにすることができる。]
[0009] 流体マッスルの流体チャンバ内の流体圧力を調整するための流体ドライバの駆動要素として、流体レギュレータを設けることにより、試験中に人体要素の変形特性が変化することができる。]
[0010] さらに、アクチュエータを制御するための制御システムを設けることによって、試験中に人体要素の変形特性を変化させることができるだけでなく、行われるであろう試験の種類に応じて、変形特性を調節することもできる。その上、試験中にリアルタイムで変形特性を適合させるように、制御システムを構成することが可能である。]
[0011] アクチュエータのドライバを人体要素の外側に設けることによって、人体要素内の空間を節約することができ、人体要素の変形特性を人体要素の外側のドライバで遠隔的に変化させることができる。これにより、コンパクトにすることができ、例えばメンテナンス時に比較的容易にアクセス可能であるシステムを得ることができる。]
[0012] 相互方向および／または相互位置を調節することができるほぼ平坦な第１および第２の要素を設けることによって、人体要素の変形特性を変化させるための作動可能なユニットを得ることができる。]
[0013] 平坦な第１および第２の要素を相互に連結するための旋回可能なジョイントを設けることによって、相互方向および／または相互位置を比較的容易に調節することができる。ジョイントは、例えば、平坦な要素の互いの調節を容易にするために、高いねじり剛性と低い曲げ剛性とを有することができる。]
[0014] 受動的引張要素の第１の端部がアクチュエータに連結され、受動的引張要素の第２の端部が、ほぼ平坦な第１および／または第２の要素に連結される受動的引張要素を設けることによって、ドライバを人体要素の外側に容易に配置することができ、ドライバによって能動的および遠隔的に駆動される受動的引張要素により、変形特性の変化が行われる。]
[0015] さらに、本発明は、相互に連結される人工の人体要素を含む、試験中に人間の身体の動きをシミュレートするための方法であって、人体要素が変形特性を有し、人体要素の変形特性が作動的に変化する方法に関する。]
[0016] 本発明の別の実施形態は以下に説明され、請求項に規定される。]
[0017] 図面に示した好ましい実施形態を用いて、本発明について説明する。]
図面の簡単な説明

[0018] 本発明によるアクチュエータの第１の実施形態の概略図である。
本発明によるアクチュエータの第２の実施形態の概略図である。
本発明によるアクチュエータの第３の実施形態の概略図である。
本発明によるアクチュエータの第４の実施形態の概略図である。
本発明によるアクチュエータの第５の実施形態の概略図である。
本発明によるアクチュエータの第３の実施形態の概略斜視図である。
本発明によるダミーの概略図である。
腰部に付与するためのアクチュエータの概略斜視図である。
図８のアクチュエータを腰部に有するダミーの概略斜視図である。] 図８
実施例

[0019] 図面は、好ましい実施形態の概略図であり、非限定的な例として示されている。図面において、同一のまたは対応する部分には同一の参照番号が付されている。]
[0020] 図１は、ダミーの人体要素の変形特性を変化させるためのアクチュエータ１の概略図を示している。例えば、アクチュエータ１をダミーの腰椎ユニットに組み込むことができる。さらに、他の位置、例えば頸部または脚部にアクチュエータを設けることも可能である。] 図１
[0021] 図１のアクチュエータ１は、ドライバ２とベースフレーム５とを備える電動アクチュエータである。ドライバ２は駆動要素３と被駆動要素４とを備える。ドライバ２は、この実施形態において、駆動要素３としての電動モータと、被駆動要素４としてのロッドとを備える電動ドライバ２である。モータ３は、ロッド４に連結されたギヤボックス９を介している。衝突試験または位置試験等の試験中に人間の身体の動きをシミュレートするために、アクチュエータ１をダミーの人体要素に組み込むことができる。この実施形態では、駆動要素は電動モータであるが、駆動要素は磁石モータであってもよい。このようにして、試験中、人体要素の変形特性が能動的におよび／またはリアルタイムで作動的に変化することが可能である。試験は加速試験であり得る。] 図１
[0022] 電動ドライバ２はベースフレーム５に取り付けられ、ベースフレーム５は、ほぼ平坦な第１の要素６と、ベースフレーム５の反対側のほぼ平坦な第２の要素７とを備える。ドライバ２の第１および第２の端部は、平坦な第１および第２の要素６、７に連結される。ドライバ２によって、互いの第１および第２の要素６と７の相互方向を調節することができる。図１の実施形態では、２つの自由度で方向を調節するための２つの電動ドライバ２が設けられる。さらに、第１および第２の要素６、７の方向の調節を容易にするためのホモキネティックジョイント８が設けられる。ホモキネティックジョイント８は図１のベースフレーム５の固定軸を中心とする回転を制限する。] 図１
[0023] ホモキネティックジョイントの代わりに、ユニバーサルジョイント、球面ジョイント、または低い曲げ剛性と高いねじり剛性とを有する局所部分を使用してもよい。]
[0024] 第１および第２の要素６、７の方向を互いに変化させることによって、人体要素の変形特性、例えば、剛性特性および／または減衰特性が変化する。人体要素の剛性特性および／または減衰特性を変化させることによって、人体要素を備えるダミーが、衝突状態または前衝突状態、あるいはアクティブセーフティシステム試験に能動的におよび／またはリアルタイムで応答することができる。このようにして、前衝突状態と衝突状態とを含み得る衝突試験中に、衝突中の人間の身体の動きをより良くシミュレートすることができる。]
[0025] アクチュエータ１を制御するための制御システムが設けられる。衝突前の状態において、さらには衝突状態自体においても、アクチュエータ１の応答を制御することができる。このようにして、人体要素の応答を能動的におよび／またはリアルタイムで行うことができ、人間の身体の動きをより良くシミュレートすることができる。したがって、試験中、人体要素の変形特性がリアルタイムで作動的に変化することが可能である。例えば、制御システムによって、人間の反射運動または随意運動を考慮することができる。さらに、フィードバック制御システムを設けることが可能であり、このようにして、アクチュエータの応答が、例えば衝突の衝撃に反応することができる。測定された信号が所定値よりも大きい場合に、アクチュエータが引っ張り力を加えるように、制御システムを配置し得る。通常、試験中には、物理的パラメータを測定するための測定属性がダミーに付与される。加速度センサ、速度センサ、変位センサおよび／または力センサによって、物理的パラメータの１つまたは複数の信号を測定することが可能である。]
[0026] さらに、図２は、アクチュエータ１の第２の実施形態を示している。図２の実施形態は、図１の実施形態の遊星ギヤボックスの代わりにウォームギヤを使用した電動アクチュエータである。] 図１ 図２
[0027] 図３は、アクチュエータ１の第３の実施形態を示している。アクチュエータ１はベースフレーム５に流体ドライバ２を備える。この実施形態では、流体ドライバ２は被駆動要素４としての空気圧シリンダを備える。] 図３
[0028] 図４は、アクチュエータ１の第４の実施形態を示している。アクチュエータ１はベースフレーム５に２つの流体ドライバ２を備える。この実施形態では、流体ドライバ２は被駆動要素４としての流体マッスルを備える。] 図４
[0029] 流体マッスルは、流体チャンバを密閉し、第１および第２の端部を有し、膜は、端部が第１の距離で離間する非加圧状態と、端部が第２の距離で離間する加圧状態との間で加圧可能であり、第２の距離は第１の距離よりも短い。流体マッスルは一般に当業者に知られている。空気圧アクチュエータに比べて、流体マッスルは比較的軽く、コンパクトで柔軟である。例えば流体マッスル等のアクチュエータを使用することによって、試験中、人体要素の変形特性がリアルタイムで作動的に変化し得る。変形特性を能動的におよび／またはリアルタイムで変化させることによって、加速試験中における人体要素、またはそれを備えるダミーのより最適な応答を得ることが可能である。]
[0030] 流体チャンバ内の流体圧力を調整するための流体レギュレータ３（図示せず）によって、流体ドライバ２を駆動することができる。]
[0031] この実施形態においてベースフレーム５の反対側面を形成する平坦な第１および第２の要素６、７の間には、連結ロッド１２が配置される。連結ロッド１２はジョイント８を介して第１および第２の要素６、７に連結される。図４には、平坦な第１の要素６の１つのみのジョイント８が示されている。連結ロッド１２の剛性により、平坦な第１および第２の要素６、７の間の距離がほぼ一定である。主に、第１および第２の要素６、７の互いの方向を変化させることができる。第１および第２の要素６、７はジョイント８を中心に移動する。さらに、連結ロッド１２をベースフレーム５から除外することもでき、このようにして、平坦な第１および第２の要素６、７の間の距離を調節することもできる。] 図４
[0032] 連結ロッド１２を、鋼または適切なプラスチック製のリーフスプリング等のフレキシブル要素に置き換えることができる。例えば、ベースフレーム５は、平坦な第１および第２の要素６、７と、例えば低い曲げ剛性および高いねじり剛性を有するフレキシブルジョイント領域として材料に一体化されたフレキシブルジョイントを有する連結要素１２とを備える１つのプラスチック部品として製造することができる。このフレキシブルジョイント領域は、材料が、低い曲げ剛性と高いねじり剛性とを有するバネとして形成される領域であり得る。]
[0033] 図５には、流体マッスル２を人体要素に直接取り付けることができ、ここで、ベースフレーム５を省略することができることが示されている。この実施形態では、受動部１０が人体要素に固定してある。人間の身体の動きを受動的にシミュレートするための人体要素の受動部は、弾性要素、ダンパ要素および／またはマスを備えることが可能である。] 図５
[0034] 例えば人体要素内の空間を節約するために、図８または図９に示したように、アクチュエータ１のドライバ２を人体要素の外側に配置することができる。ドライバ２によって、人体要素の変形剛性を遠隔的に変化させることができる。人体要素には、ベースフレーム５を固定することができ、人体要素１１の受動的引張要素１３によって、変形剛性を調節することができる。受動的引張要素１３は、例えばスチールケーブルまたはボーデンケーブルであり得る。受動的引張要素は、人体要素の外側のドライバに、および人体要素の内側のベースフレームに連結される。例えば、受動的引張要素１３の第１の端部をドライバに連結することができ、受動的引張要素の第２の端部をベースフレーム５のほぼ平坦な第１および／または第２の要素６、７に連結することができる。他の実施形態では、ベースフレームを人体要素から除外することができ、変形特性を変化させるために、受動的引張要素を人体要素に直接連結することができる。] 図８ 図９
[0035] 図８は、腰部を表す人体要素に付与するためにベースフレーム５に連結されたボーデンケーブル１３を有するそのベースフレーム５を示している。被駆動要素としての流体マッスル４を備えるドライバ２は、左脚および右脚を表す人体要素に配置される。ケーブル１３は、フレーム１４に収容される流体マッスル４に連結される。流体マッスル４が膨張および収縮する場合、ボーデンケーブル１３が緊張してジョイント８の回転を発生させる。流体マッスルフレーム１４およびベースフレーム５はダミーの股関節１５に連結される。] 図８
[0036] ベースフレーム５の反対側面６、７の間に配置されたドライバの数に応じて、ベースフレーム５の反対側面、すなわち、ベースフレーム５の第１および第２の平坦な要素６、７の方向の調節を異なる自由度で行うことができる。また、反対側面６、７の間にドライバをさらに追加することによって、方向の調節の精度が向上する。図６は、異なる数のドライバ２、すなわち、３つ、４つおよび６つのドライバ２をそれぞれ有する３つの実施形態を示している。] 図６
[0037] ベースフレーム５に配置された全てのドライバ２が同時に作動される場合、ベースフレームの反対側面のおよび／または平坦な第１および第２の要素の相互方向がほぼ一定である。特に、ドライバの引っ張り力をそれぞれ増加させる工程中、ほぼ平坦な要素の相互方向が実質的にほぼ一定である。このようにして、例えば、人体要素の曲げ変形特性またはねじり変形特性を変化させることなく、剛性特性を変化させることができる。]
[0038] 図９は、腰部に組み込まれた図８に示したアクチュエータ１を有するダミーを示している。ドライバ２は左脚および右脚の上部に配置される。試験中にリアルタイムで作動させることができるドライバ２を使用することによって、腰部の特性をリアルタイムで変化させることが可能である。試験中、ダミーの動きに対するプロンプト応答が可能であり、これによって、人間の動きが能動的におよびより正確にシミュレートされる。] 図８ 図９
[0039] 図７には、本発明によるダミーの概略図が示されている。ダミーは、頭部、胴体および脚部をそれぞれ表す３つの人体要素１１を備える。受動的引張要素１３は胴体要素から脚体要素まで延びる。受動的引張要素１３は、ダミーの外側に配置され、したがってこの図には示していないアクチュエータ１に連結される。アクチュエータ１を制御することによって、ケーブル１３に対する張力が変化し、これにより、ダミーの変形剛性が変化する。] 図７
[0040] 試験中にダミーを使用して、人間の身体の動きをシミュレートすることができる。試験は、前衝突状態、衝突状態、時に後衝突状態を含み得る衝突試験等の加速試験であり得る。さらに、試験は、アクティブ拘束装置等のアクティブセーフティシステム用の位置試験であり得る。これらのアクティブセーフティシステムは、例えば、衝突時に（ベルト張力によって）人を「最適な」位置に引っ張るシートベルトであるか、または衝突時に人のシートを「最適な」位置に位置決めする再設定可能なシートである。]
[0041] 本発明は上記実施形態に限定されない。多くの変形例は、当業者に明らかであり、以下の特許請求の範囲に規定されるような本発明の範囲内にある。]
[0042] １アクチュエータ
２電動ドライバ
２流体ドライバ
３駆動要素
３電動モータ
３流体レギュレータ
４被駆動要素
４ロッド
４流体マッスル
５ベースフレーム
６ ほぼ平坦な第１の要素
６ 反対側面
７ ほぼ平坦な第２の要素
７ 反対側面
８ホモキネティックジョイント
９ギヤボックス
１０受動部
１１人体要素
１２連結ロッド
１２連結要素
１３受動的引張要素
１３ボーデンケーブル
１４ 流体マッスルフレーム
１５ 股関節]

权利要求:

請求項1
相互に連結される人工の人体要素を備える、試験中に人間の身体の動きをシミュレートするためのダミーであって、前記人体要素が変形特性を有し、人体要素の変形特性が作動的に変化するダミー。
請求項2
変形特性を変化させるためのアクチュエータをさらに備え、前記アクチュエータが流体ドライバを備える請求項１に記載のダミー。
請求項3
前記流体ドライバが、流体チャンバを囲みかつ第１および第２の端部を有する膜を備え、前記膜は、前記端部が第１の距離で離間する非加圧状態と、前記端部が第２の距離で離間する加圧状態との間で加圧可能であり、前記第２の距離が前記第１の距離よりも短い請求項２に記載のダミー。
請求項4
前記流体ドライバが、さらに、前記流体チャンバ内の流体圧力を調整するための流体レギュレータを備える請求項１〜３のいずれか１項に記載のダミー。
請求項5
前記アクチュエータを制御するための制御システムをさらに備える請求項１〜４のいずれか１項に記載のダミー。
請求項6
測定された信号、および／または信号の組み合わせが所定値よりも大きい場合に、前記アクチュエータが引っ張り力を加えるように、前記制御システムが配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載のダミー。
請求項7
前記アクチュエータのドライバが前記人体要素に一体化される請求項１〜６のいずれか１項に記載のダミー。
請求項8
前記アクチュエータのドライバが前記人体要素の外側に配置される請求項１〜６のいずれか１項に記載のダミー。
請求項9
前記アクチュエータが、ほぼ平坦な第１および第２の要素を備え、前記ほぼ平坦な第１および第２の要素の相互方向および／または相互位置を調節することができる請求項１〜８のいずれか１項に記載のダミー。
請求項10
前記平坦な第１および第２の要素が、旋回可能なジョイントによって相互連結される請求項１〜９のいずれか１項に記載のダミー。
請求項11
複数のドライバを備え、前記ドライバの引っ張り力をそれぞれ増加させる工程中、前記ほぼ平坦な要素の前記相互方向がほぼ一定であるように、前記複数のドライバの各々が前記ほぼ平坦な第１および第２の要素の両方に連結される請求項１〜１０のいずれか１項に記載のダミー。
請求項12
前記ドライバの前記第１および第２の端部が、平坦な第１および第２の要素にそれぞれ連結される請求項１〜１１のいずれか１項に記載のダミー。
請求項13
受動的引張要素をさらに備え、前記受動的引張要素の第１の端部がドライバに連結され、前記受動的引張要素の第２の端部が前記ほぼ平坦な第１および／または第２の要素に連結される請求項１〜１２のいずれか１項に記載のダミー。
請求項14
前記試験中に物理的パラメータを測定するための測定属性をさらに有する請求項１〜１３のいずれか１項に記載のダミー。
請求項15
人体要素が弾性要素、ダンパ要素および／またはマスを備える請求項１〜１４のいずれか１項に記載のダミー。
請求項16
相互に連結される人工の人体要素を含む、人間の身体の動きを試験中にシミュレートするための方法であって、前記人体要素が変形特性を有し、人体要素の変形特性が作動的に変化する方法。