CN107249369B

CN107249369B - 摆动冲击阻尼系统

Info

Publication number: CN107249369B
Application number: CN201680011040.3A
Authority: CN
Inventors: 唐纳德.E.摩根
Original assignee: Strategic Sports Ltd
Current assignee: Strategic Sports Ltd
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2021-01-12
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: JP2018511711A; EP3590374A1; ES2857198T3; ES2743934T3; EP3590374B1; EP3258803B1; US20160242484A1; US10098404B2; WO2016132227A1; JP6802174B2; EP3258803A4; CN107249369A; US20180368504A1; EP3258803A1; US11083238B2

Abstract

一种头盔，包括：硬质外壳、与所述硬质外壳的内表面接触的可压缩衬垫、以及与所述可压缩衬垫的内表面接触的舒适衬垫。沿着纵向轴线纵向地限定通过所述硬质外壳、所述可压缩衬垫和所述舒适衬垫的阻尼孔。所述头盔还包含摆动阻尼系统，其设置在所述阻尼孔中，且从所述外壳纵向地延伸到所述舒适衬垫。所述摆动阻尼系统具有可在所述阻尼孔内横向地移位的摆动质量。

Description

摆动冲击阻尼系统

技术领域

本发明涉及冲击保护，且更具体地，涉及对头部的保护。

背景技术

对移动的头部的冲击可导致头部快速地减速，而惯性保持大脑向前行进，从而冲击颅骨的内表面。这种大脑对颅骨的冲击可能导致大脑的瘀伤(挫伤) 和/或流血(出血)。因此，头部的减速是在确定由对头部的冲击导致的脑损伤的严重性时要考虑的重要因素。

在所有类型的对头部的冲击中，头部经受线性加速和旋转加速的组合。线加速被认为造成局灶性脑损伤，而旋转加速被认为造成局灶性和弥漫性脑损伤。

头盔可以用于保护头部免受冲击。然而，所有的头盔向其佩戴者的头部至少增加了一些附加质量。如下面更详细地讨论的，与具有较小质量的头盔相比，增加头盔的质量可增加头部的旋转加速和减速效果。

已经提出了各种现有的冲击保护技术，用于在头盔中使用以解决线性和 /或旋转加速。这些技术包含Omni Directional Suspension^TM(ODS^TM)、多冲击保护系统

和360°涡轮技术。

在具有Omni Directional Suspension^TM(ODS^TM)的头盔中，外壳和衬垫由ODS^TM部件分隔开。然而，ODS^TM部件增加了头盔的质量和体积。此外， ODS^TM部件包含粘附到外壳的内侧的硬质部件。因此，ODS^TM系统需要使用硬质且刚性的衬垫来容纳硬质部件。此外，由于磨损，存在单独的ODS^TM部件脱离的可能性。

在包含

的头盔中，头盔包含外壳、内部衬垫和底摩擦层。低摩擦层位于泡沫衬垫的抵靠头部的内侧上，使得吸震泡沫衬垫不与头部直接接触。然而，使用摩擦层及其附件降低了头盔有效地吸收冲击力的能力。此外，

技术增加了头盔的质量和体积。

在具有

的头盔中，将膜和润滑剂的层施加到头盔的外壳。该层减少了外壳与冲击表面之间的摩擦，从而减少了在头部和大脑上的角度 (旋转)效果。

在具有360°涡轮技术的头盔中，多个圆形涡轮位于泡沫衬垫的抵靠头部的内侧上。虽然该技术为头盔增加的最小限度的质量，但涡轮的一部分可能会由于磨损而脱落，因此，在冲击期间可能不会为头盔的佩戴者提供保护。

除了

技术以外，上述头盔技术没有将头盔的整体厚度和质量考虑作为限制减速的因素。此外，上述头盔技术鼓励加入更硬质且更刚性的衬垫(发泡聚苯乙烯泡沫和其他泡沫)。

然而，更硬质且更刚性的衬垫可能不利于头盔的吸收平移和角度冲击力的有效性。

发明内容

描述了一种摆动阻尼系统，其通过减小对头部和大脑的角加速和减速效果来改进头盔，而不影响头盔吸收高冲击和低冲击的平移或角度力的能力。本公开涉及用于改善对头部抵抗旋转和角加速及减速效果的保护的所有头盔。根据一个实施例，摆动阻尼系统设置在头盔的厚度内，用于掠射倾斜冲击(glancing oblique impact)保护，以减少对头盔的佩戴者的大脑的角加速和减速效果。

摆动阻尼系统响应于从外部施加到头盔的外壳表面以及头盔的内侧之内的扭矩。在掠射倾斜冲击期间，当扭矩首次施加到头盔的外壳时，阻尼系统立即响应于扭矩，而不是等到扭矩传播到头盔中。与之对比，现有的系统以延迟的方式仅响应于从内部施加到头盔的扭矩。

根据一个实施例，一种头盔包括硬质外壳、与硬质外壳的内表面接触的可压缩衬垫、以及与可压缩衬垫的内表面接触的舒适衬垫。沿着纵向轴线纵向地限定通过硬质外壳、可压缩衬垫和舒适衬垫的阻尼孔。头盔还包含摆动阻尼系统，该摆动阻尼系统设置在阻尼孔中，且从外壳纵向地延伸到舒适衬垫。摆动阻尼系统具有可在阻尼孔内可横向地移位的摆动质量。

摆动阻尼系统可以包括：附接到硬质外壳的外部锚固件；杆，柔性地联接到外部锚固件，且纵向向内地延伸到所述杆所联接的摆动质量；以及头部稳定器，柔性地联接到摆动质量，且与摆动质量纵向且向内地间隔开。头部稳定器配置为直接接合头盔的佩戴者的头部，从而将摆动质量联接到所述佩戴者的头部。摆动阻尼系统还可以包括在摆动质量和头部稳定器之间延伸的弹性构件。响应于在冲击期间从外部施加到外壳的扭矩，摆动质量在阻尼孔中横向地和/或纵向地振荡，以便于冲击的能量的耗散。

根据另一实施例，一种头盔包括硬质外壳、与硬质外壳的内表面接触的可压缩衬垫、以及与可压缩衬垫的内表面接触的舒适衬垫。沿着纵向轴线纵向地限定通过硬质外壳、可压缩衬垫和舒适衬垫的阻尼孔。此外，头盔包括摆动阻尼系统，其设置在阻尼孔中，且从外壳纵向地延伸到舒适衬垫。阻尼系统包括：附接到外壳的外部可压缩盘；杆，联接到外部盘，且纵向向内地延伸到所述杆所联接的内部可压缩盘；附接到可压缩衬垫的内部可压缩盘；以及头部稳定器，其柔性地联接到内部可压缩盘，且与内部可压缩盘纵向且向内地间隔开。头部稳定器配置为接合头盔的佩戴者的头部。杆可以是刚性或可压缩的。

附图说明

图1示出了由使用者佩戴的头盔与地面之间的冲击所涉及的力；

图2图示地示出了由于掠射倾斜冲击施加到头盔的扭矩；

图3示意性地示出了在掠射倾斜冲击期间图2的头盔的佩戴者的大脑的截面图；

图4示出了图2的头盔中的头部的角加速和减速的中心；

图5是示出了对于两个冲击惯性水平，附加质量对尸体头部的影响和对尸体的旋转加速的影响的曲线图；

图6a是根据本公开的摆动冲击阻尼系统的一个实施例的示意截面图；

图6b是图6a所示的摆动冲击阻尼系统的顶部部分的分解示意截面图；

图6c示出了图6a的阻尼器的示例的等距视图；

图6d示出了图6c的阻尼器的沿着图6c中的截面6-6的视图；

图7a是采用多个阻尼器和带的系统的实施例的图示；

图7b示出了图7a所示的带的一部分；

图8a是图6a的摆动冲击阻尼系统的示意截面图，示出了其由掠射倾斜冲击引起的第一阶段(加速“自旋加快”)期间的响应；

图8b是图8a的摆动冲击阻尼系统的顶部部分的分解示意截面图；

图9a是图8a的摆动冲击阻尼系统的示意截面图，示出了其在第一阶段之后的第二阶段(加速“自旋减慢”)期间的响应；

图9b是图9a的摆动冲击阻尼系统的顶部部分的分解示意截面图；

图10a与根据本公开的摆动阻尼系统的第二实施例的示意截面图；

图10b是图10a所示的摆动冲击阻尼系统的顶部部分的分解示意截面图；

图11a是根据本公开的实施例的阻尼系统的第三实施例的示意截面图；

图11b是图10a的阻尼系统的示意截面图，示出了其由掠射倾斜冲击引起的第一阶段(加速“自旋加快”)期间的响应；

图11c是图10a的阻尼系统的示意截面图，示出了其在第二阶段(加速“自旋减慢”)期间的响应；

图12是包括约束系统的另一实施例的头盔的实施例的侧视截面图。

具体实施方式

冲击类型可以分类为涉及平移(线性)力的冲击和涉及旋转力的冲击，其可以在冲击中一起发生或分别发生。对于涉及纯粹的平移力的冲击，骑手的戴头盔的头部经历直线上的快速的加速和减速运动，而没有围绕大脑的重心(其位于大脑的松果体区域中)的旋转。对于涉及纯粹的旋转力的冲击，戴头盔的头部经历围绕大脑的重心的快速的旋转加速或减速。

图4示出了位于下颈椎中的第六颈椎附近的角加速(或减速)的中心。对于涉及纯粹的角加速的冲击，大脑的重心将围绕角度中心向前、向后或侧向快速地弯曲。对于涉及位于颈椎中较高处或在颅骨的基部处的角加速的中心的冲击，头部将对大脑施加较大的旋转加速和减速效果。戴头盔的头部所经历的旋转加速的程度越大，则将导致大脑受到的剪切伤害更大，如将在下文更详细地讨论的。角加速和减速的幅度和持续时间将决定受到的脑损伤的严重性，如将在下文更详细地讨论的。

许多冲击涉及平移和旋转力的组合。在冲击中所涉及的力在图1中示出。这些力包括：由于重力引起的向下的力+F_g，其为戴头盔的头部(加上身体) 的重量；作用于戴头盔的头部的、由于冲击表面引起的向上的力-F_g，其为反作用力(这是牛顿第三运动定律：对于每个作用力，都会产生相等且相反的反作用力)；水平施加的力F_applied，其为作用于骑手的戴头盔的头部的合力的平移分量，且总是向前作用；以及作用于头盔的外壳的、由于路表面引起的水平摩擦力F_action，其总是与施加的水平力相反地作用。

参考图2，掠射倾斜冲击被示出为在头盔的右侧、面甲的上方，其导致骑手的头部(和身体)经由严重的扭曲力，其为围绕旋转点作用的合力的旋转分量。头盔的外壳与路表面之间产生的摩擦对头盔造成瞬间的夹紧效果，导致骑手戴头盔的头部经历扭矩，从而对大脑造成减速或加速效果。许多创伤性头部受伤(例如，摩托车骑手和自行车骑手经受的)是由旋转力引起的，所述旋转力通常是由于戴头盔的头部经历与硬质路表面或其他不可移动物体的这种掠射倾斜冲击而产生的。

图3示出了图2的头盔的佩戴者的大脑的示意图，为了清楚起见，移除了颅骨的顶部。大脑是在脑脊髓液浴中悬浮在颅骨内的胶状软组织。大脑被三层膜覆盖，其中称为硬脑膜的最外层在各个缝合点处连接到颅骨的内侧，所述各个缝合点用于使大脑悬浮在颅骨内。快速旋转加速或减速导致影响大脑的不同质量和各种缝合点的剪切力，从而导致神经轴突纤维的拉伸和撕裂以及桥静脉的破裂。据报道，旋转加速度的两个容许极限为：对于脑震荡为 1,800rad/s²，对于桥静脉破裂为5,000rad/s²。剪切力在具有不同密度的大脑组织之间的结合处显著地发生。例如，灰质的密度比白质大，导致大脑的各部分在颅骨内以不同的速率移动。例如，大脑的内部部分将慢于大脑的外部部分。如果大脑组织经受的加速或减速超过其相应的容许极限，则大脑组织可能被损坏。

此外，角加速和减速的幅度和持续时间是影响所经受的大脑损伤的严重性的因素。通常，冲击力施加到头盔的时间越长，则头盔为了吸收该力而将必需做的工作越少。这是基于以下冲量方程：

F x t＝m xΔv， (1)

其中F表示冲击力，t表示施加力的时间(冲击相互作用的时间)，m表示头盔的质量，Δν表示速度的变化。换言之，头盔在冲击相互作用的时间期间工作来吸收冲击力。

一些泡沫头盔由单密度硬质泡沫(例如，类似于自行车头盔中使用的泡沫)制成。当这样的硬质泡沫头盔经受冲击时，其将经历短的冲击时间和大的头部减速，要求头盔在吸收冲击力方面做相对大量的工作。硬质泡沫头盔通常不能吸收冲击力，且几乎不能减少通过头盔转移到头部的力。

此外，一些头盔包含可压缩的泡沫材料，以提供由于泡沫的压缩造成的逐渐减速。这种材料的压缩可以减小头部的减速，使得相互作用的冲击时间更长。由于较长的冲击时间，与头盔佩戴有硬质泡沫衬垫的情况下的头部冲击相比，这减少了通过头盔转移到头部的力。

如上所述，在大多数冲击下，大脑的旋转加速不会单独发生。然而，头部和颈部之间的相互作用有利于在冲击时产生角加速。当存在平移和旋转加速的组合时，角加速是头部的惯性损伤的最常见形式。图4示出了位于下颈椎中的第六颈椎附近的角加速(和减速)的中心。对于涉及角加速的冲击，大脑的重心将围绕颈部上的成角中心向前、向后或侧向快速地弯曲。对于涉及位于颈椎中较高处或在颅骨的基部处的角加速的中心的冲击，头部将对大脑施加较大的旋转加速和减速效果。

骑手头部上的头盔1的质量越大，则大脑上的旋转加速或减速效果越大。图5示出了对于两个冲击惯性水平，附加质量对尸体头部的影响和对尸体的旋转加速的影响。人类头部的平均重量为1.5千克。如图5所示，对头盔的附加质量的旋转加速的影响缓慢地增加直到头盔质量达到1,000克，然后该影响在1,000克以上以更大的速率增加。此外，相比于对于较高的冲击惯性水平，对头盔的附加质量的旋转加速的影响对于较低的冲击惯性水平更为显著。因此，最小化头盔的附加质量有利于减小对大脑的旋转加速和减速效果。

图6a和图6b示出了头盔1的示意截面图，头盔1配置为佩戴在佩戴者的头部2上，且包含一个或多个摆动冲击阻尼器3的实施例。首先参考图6a，其示出了摆动冲击阻尼器3的截面，摆动冲击阻尼器3至少部分地定位在圆形阻尼孔4的内部，圆形阻尼孔4被限定为通过头盔1的厚度。在一个实施例中，孔4围绕纵向轴线A-A从头盔1的外侧纵向地延伸到头盔1的内侧。在图6a中，摆动阻尼器3被示出为处于中立、未变形的位置，基本上平行于轴线A-A延伸。阻尼器3从外端部3a延伸到内端部3b。

如本文所使用的，术语“内部”、“向内的”和“向内地”是指从头盔的外侧朝向佩戴者的头部2的方向，术语“外部”、“向外的”和“向外地”是指从头盔的内侧朝向头盔的外侧远离佩戴者的头部2的方向。此外，如本文所使用的，术语纵向和横向分布指平行于阻尼孔4的轴线A-A的方向和横向于阻尼孔的轴线的方向。

头盔1还可以包括硬质外壳5和吸震衬垫6，吸震衬垫6抵靠外壳5的内接触表面延伸。吸震衬垫6可以由泡沫制成，例如是发泡聚苯乙烯泡沫 (EPS)。替代地，吸震衬垫6可以由粘弹性材料制成。阻尼器3的外端部3a附接至外壳5。阻尼器3可以用于任何期望的头盔，包括摩托车、自行车、滑雪、滑冰、足球、骑马以及建筑工人、紧急工作人员和军事人员使用的头盔。

头盔1还包括舒适衬垫7，其抵靠吸震衬垫6的内接触表面6a延伸。舒适衬垫可以由缓冲泡沫制成，类似于垫衬填充物(upholstery padding)。舒适衬垫7的内侧与附接到阻尼器3的内端部3b的头部稳定器12间隔开。

阻尼孔4由围绕轴线A-A同轴地对准的第一纵向延伸部分4a和第二纵向延伸部分4b限定。在图6a所示的实施例中，两个部分4a、4b具有不同的直径；即，第二部分4b的直径大于第一部分4a。在一个实施例中，第一部分4a从硬质外壳5的外侧向内延伸到位于吸震衬垫6内的过渡点4c。在另一实施例中，阻尼孔4可以不延伸通过硬质外壳5。过渡点4c是阻尼孔4的两个部分4a、4b的直径发生变化的点。第二部分4b从过渡点4c延伸到舒适衬垫7的内侧7a。

阻尼器3可以在概念上划分为以下部分：1)外部锚固件8；外颈部14；轴9；摆动质量10；弹性构件11；以及头部稳定器12。

外部锚固件8可以附接(例如，粘附、熔合、结合、等等)到头盔1的外壳5和/或吸震衬垫6。在图6a所示的实施例中，外部锚固件8的横向表面8a可以附接到吸震衬垫6的外部厚度内的孔4的第一部分4a的互补的接触表面。在一个实施例中，锚固件8的外端部8b可以与硬质外壳5的外表面5a平齐或从其凸出。替代地，在孔4不延伸通过硬质外壳5的情况下，锚固件的外端部可以与硬质外壳5的内表面5b接触。

柔性颈部14从外部锚固件8向内延伸。柔性颈部14可以包括至少一个变窄或渐缩的部分，且可以基本上形成为沙漏的形状，如图6a所示。外颈部14还连接到轴9的外端部9a。轴9和柔性颈部14与孔4的内表面间隔开且不与其接触。颈部14在轴9和外部锚固件8之间提供弹性且柔性的连接，以允许轴9围绕颈部14枢转，使得轴9可以在至少一种配置中相对于纵向轴线A-A偏转一角度，如将在下文更详细描述的。在图6a所示的中立、未变形位置中，轴9在圆形阻尼孔4内平行于轴线A-A从柔性颈部14松动地悬挂。此外，在图6a示出的中立位置中，外部锚固件8、颈部14和轴9沿着纵向轴线A-A同轴地延伸。

轴9的内端部9b连接到摆动质量10。在图6a所示的实施例中，摆动质量10的直径大于锚固件8和轴9的直径，但是小于阻尼孔4的第二部分4b 的直径。因此，在图6a所示的中立位置中，摆动质量10与阻尼孔4的第二部分4b横向地间隔开，且就在过渡点4c的内侧松动地悬挂在阻尼孔4的第二部分4b内。

摆动质量10连接到弹性构件11的外端部11a。摆动质量10与弹性构件 11之间的连接是柔性且弹性的。弹性构件11是可延伸的、可压缩的、且围绕纵向轴线A-A可枢转的，以允许摆动质量10在孔4的第二部分4b内纵向地且横向地移动。如下文更详细地描述的，当阻尼器3从其中立位置偏转时，例如当摆动质量10在冲击事件期间相对于轴线A-A横向地移动时，弹性构件11配置为以剪切、旋转滑动、以及压缩中的一种或多种形式弹性变形。如下文更详细地描述的，弹性构件11可以相对于纵向轴线A-A偏转一角度，且回到图6a所示的其未偏转的位置。弹性构件11可以是实心的，或可以在其内部是管状或中空的，以促进纵向压缩。

弹性构件11的内端部11b连接到头部稳定器12。头部稳定器12与弹性构件11之间的连接是柔性且弹性的，以便允许弹性构件11相对于头部稳定器12以一定的角度横向地偏转，以及相对于头部稳定器12纵向地延伸并压缩。头部稳定器12的内表面配置为在头部2上的预定位置处或其附近(例如头部的冠部)接触或以其他方式接合头部2。头部稳定器12可以增强舒适衬垫7的缓冲效果，以及增加将头部2保持在头盔1内的稳定性。间隙22 限定在头部稳定器12与舒适衬垫7的内表面7a之间。间隙22允许气流进入或离开孔4。由于在使用期间头盔1和头部2之间的相对运动，间隙22 可以暂时地在尺寸上发生变化或甚至闭合。

图6b示出了图6a的上部部分的分解图。如图6b所示，外部锚固件8 可以限定两个通风口13。通风口13可以形成为纵向地延伸通过外部锚固件 8的圆柱形通孔。通风口13可以与形成在外壳5中的孔对准。通风口13用于在头盔1的外部和头盔1的内部之间传递空气。在这方面，通风口13与间隙22连通，以使得空气可以在通风口13和间隙22之间通过孔4流动。

在一个实施例中，阻尼孔4的第一部分4a的直径可以是10mm到30mm，且阻尼孔4的第二部分4b的直径可以是20mm到40mm。此外，圆柱形轴 9与阻尼孔4的第一部分之间的横向距离可以是2mm到10mm，且摆动质量10的外周与阻尼孔4的第二部分之间的距离可以高达10mm、且更优选地地可以是5至10mm。在一个实施例中，第一部分4a的长度可以是25mm 至60mm。

图6c示出了阻尼器3的实施例的等距视图，且图6d示出了阻尼器3沿着图6c中的线6-6的截面图。在示出的实施例中，颈部14的外表面之间的夹角α为大约127±10度，且弹性构件11的外表面之间的夹角β为大约110 ±10度。此外，在图6c中，头部稳定器12具有60mm的直径，摆动质量 10具有30mm的直径，且圆柱形外部锚固件8具有30mm的直径。摆动质量10与头部稳定器12纵向地间隔开大约15mm，且与圆柱部分8纵向地间隔开大约20mm。

阻尼器3可以部分地或整体地由橡胶或聚氨酯(PU)制成，其在阻尼器 3的整个部分中具有均匀的密度。此外，形成阻尼器3的材料可以部分地或整体地由

液态盔甲、

或一些其他合适的材料中的至少一种制成。阻尼器3可以构造为整体构件，或者构造为外部锚固件8、外颈部14、轴9、摆动质量10、弹性构件11和头部稳定器12中的一个或多个的组件。在一个实施例中，摆动阻尼器3的每个上述部分可以具有相同或不同的可压缩性或刚度，其中刚度与可压缩性成反比关系。在一个实施例中，外部锚固件8和轴9可以具有最大的刚度，而摆动质量10、弹性构件11和头部稳定器可以构造为具有相对小的刚度。根据本公开的教导，对于阻尼器3的每个部分所采用的材料和选择的可压缩性或刚度值允许阻尼器3在掠射倾斜冲击或平移冲击期间执行其在吸收角加速和减速方面的期望的效果。

图7a示出了示例布置的平面图，其中多个阻尼器103以头盔(例如头盔1)的安装图案布置。在图7a的示例中，为清楚起见，没有示出头盔。阻尼器103与阻尼器3相同，但是除了头部稳定器112(其由头部稳定器12 改进)限定孔18a的多个组18，其功能将在下面更详细地描述。每个组18 的孔18a彼此径向地间隔开。此外，每个组18与邻近的组18周向地等距地间隔开。在图7a所示的实施例中，孔18a的邻近的组18间隔开大约45度。

阻尼器103通过多个柔性连接件17连接。在该示例中，五个阻尼器103 被示出为安装在安装图案中的不同位置处。阻尼器103布置为使得一个中心稳定器112定位在头盔中，以接触头部的冠部，两个头部稳定器定位为接触头部的右前和左前，且两个头部稳定器定位为接触头部的右后和左后。如图 7a所示，四个头部稳定器围绕中心稳定器112布置为正方形图案。

五个头部稳定器112通过柔性连接件(例如，条带或带)17连接在一起，其中一个在图7b中更详细地示出。具体地，围绕中心稳定器112的四个稳定器通过连接件17连接成为正方形图案，且这四个稳定器每个通过其他连接件17以x图案连接到中心稳定器。柔性连接件17便于将每个阻尼器103 的每个相应的摆动质量110定位在对应的孔(例如，头盔1中的孔4)内，且从而相对于头部正确地定位每个头部稳定器。每个连接件17在其端部处连接到一对稳定器112。

如图7b更详细地示出的，每个连接件17具有凸起19a的多个组19，凸起19a从连接件17的朝内侧20向内延伸。凸起19a的每个组19配置为被接收在连接件17中的孔18a的对应的组18中。在一个实施例中，连接件17 由柔性塑料形成，且可以像棒球帽的回弹带一样被构造。每个连接件17还在连接件17的端部之间的其中心处具有通孔21(图7a)。头部稳定器112a 至112e可以通过连接件17联接到保持系统(未示出)，以进一步将头盔附接到使用者的头部或下颌。例如，在一个实施例中，例如图12所示的下颌带可以连接到连接件17中的孔21，孔21连接到头部稳定器112a至112e。

由于头盔为适应不同尺寸的头部而在尺寸方面的不同，头部稳定器112 之间的间隔可以变化。因此，为了适应尺寸上的这种变化，连接件17可以被制造为使得它们的长度可以基于连接件17所联接的头盔的尺寸来确定尺寸。在一个实施例中，例如，连接件17可以由连续的材料带制成，其具有从其延伸的凸起的规则地间隔的组19，使得材料可以基于用于相应的头盔尺寸的头部稳定器112的间隔而被按长度地切割。替代地，在另一实施例中，连接件17可以配置为在不被切割的情况下为可调整的，例如，通过制成为两部件式组件，其中一部件具有凸起19a的一系列的组19，而另一个配合部件具有可以接收凸起19a的通孔18a的一系列的组18，类似于上述两部件式可调节、回弹棒球帽带。

在抵靠头盔1的冲击事件中，在上述阻尼器3和头盔1之间将存在相对运动，使得阻尼器3将从图6a所示的中立位置偏转。在对头盔1的掠射倾斜冲击的情况下，例如图2所示，冲击可以视为两阶段事件：第一自旋加快阶段；以及第一自旋加快阶段之后的第二自旋减慢阶段。

图8a示出了在第一自旋加快阶段期间，图6a的阻尼器3从其中立位置偏转时的状态。当头盔1经历掠射倾斜冲击时，头盔1经历由于施加到头盔1的外壳5的外部扭矩而引起的角加速(称为“自旋加快”)。外部扭矩由图 8a中指向左的箭头表示。响应于施加的外部扭矩，存在与施加的扭矩相反的阻尼器3的惯性响应，该响应由图8a中指向右的箭头表示。在这方面，松动地悬挂的摆动质量10保持在相同的运动状态(静止)中，而外壳5、衬垫 6和舒适衬垫7向左移动，从而导致轴9在窄颈部14处、且类似地在弹性构件11处、以及在轴9与摆动质量10之间和在摆动质量10与弹性构件11之间的弯曲/屈曲/剪切。如果扭矩足够大，则摆动质量10可以接触衬垫6的围绕孔4的第二部分4b的内表面，如图8a所示。阻尼器3的惯性效果将导致头部稳定器12接合头部2，使得头部2保持为在头盔1中处于静止状态，从而减小对大脑的角加速效果。图8b示出了图8a所示的头盔1的顶部部分的分解图，其示出了通风孔13和颈部14的弯曲。

在自旋加快阶段之后，开始“自旋减慢”阶段，在此期间，头盔1将经历角(旋转)减速，其中头盔1经历的扭矩(由图9a中的指向右的箭头表示)沿与自旋加快阶段期间的方向相反的方向。外壳5、衬垫6和舒适衬垫 7向右移动，从而导致轴9在窄颈部14处、且类似地在弹性构件11处、以及在轴9与摆动质量10之间和在摆动质量10与弹性构件11之间的弯曲/屈曲/剪切。在自旋减慢阶段期间，质量10移动到轴线A-A的与自旋加快阶段期间相反的一侧。阻尼器3(特别是摆动质量10)的惯性响应将导致头部稳定器12接合头部2，以便在头盔1内保持为处于静止状态，从而减少对大脑的角减速效果。图9b示出了图9a所示的头盔1的顶部部分的分解图，其示出了通风孔13。在自旋减慢阶段之后，摆动质量10将沿着轴线A-A回到其中立位置，如图6a所示，使得摆动质量将在经历扫掠冲击之后已经完成围绕轴线A-A的一个完整的振荡。

头盔1也可以经历并非纯粹的扫掠冲击的外力。例如，头盔1也可以经历这样的外力，其具有分解为沿纵向方向指向的分量。如上所述，至少阻尼器3的弹性构件11在纵向上方向上是可压缩的且可延伸的，使得如果头盔经历纵向方向上的外力，则外壳5和舒适衬垫7之间的相对运动可导致阻尼器3像弹簧一样压缩，以与泡沫衬垫6一起吸收一些冲击力。

图10a示出了结构上类似于阻尼器3的摆动冲击阻尼器203的另一实施例的截面图，但是其中相似的元件增加了“200”。弹性构件211配置为屈曲、弯曲并剪切。阻尼器203和阻尼器3之间的主要区别在于阻尼器203的摆动质量210的直径大于质量10，使得在图10a所示的中立位置中，质量210 与阻尼孔204的第二部分的内表面接触。质量210可以由可压缩材料形成，例如橡胶。由于质量210在中立位置中接触第二部分的内表面，相比于在阻尼器3中质量10围绕颈部14摇摆，质量210可以围绕颈部214较少地摇摆。相反，在掠射倾斜冲击事件期间，例如上文关于图8a至图9b所描述的，轴 209将相对于轴线A-A成角度地偏转，且质量210将倾向于横向地压缩抵靠用于吸收能量的泡沫衬垫205。质量210的材料属性可以被选择为在自旋加快和自旋减慢阶段期间实现期望的惯性响应。例如，为了实现更长的自旋加快时间，对于质量210可以选择可压缩性较大的材料，为了实现较短的自旋加快时间，对于质量210可以选择可压缩性较低的材料。

图10b示出了图10a的截面的顶部部分的分解图，其可选地包括在圆柱形顶部截面208的相反侧面上的两个垂直圆柱形风口213。通风口213可以形成为圆柱形通孔。圆柱形通风口213可以用于经由阻尼孔204在头盔的外部和头盔的内部之间传递空气。

图11a示出了摆动冲击阻尼器503的又一实施例的截面图，摆动冲击阻尼器503至少部分地定位在被限定为通过头盔501的厚度的圆形阻尼孔504 内。孔504从头盔501的外侧纵向地延伸到头盔501的内侧。

头盔501包括硬质外壳505和吸震衬垫506，吸震衬垫506抵靠外壳505 的内接触表面延伸。吸震衬垫506可以由泡沫制成，例如发泡聚苯乙烯泡沫 (EPS)。替代地，吸震衬垫506可以由粘弹性材料制成。阻尼器503的外端部503a可以连接到外壳505。头盔501还包括舒适衬垫507，其抵靠吸震衬垫506的内接触表面延伸。舒适衬垫507与连接到阻尼器503的内端部503b 的头部稳定器512间隔开。虽然图11a所示的实施例示出了弹性构件511直接与舒适衬垫507接触，但弹性构件511也可以与舒适衬垫507横向地间隔开并位于钻孔504b中，钻孔504b稍大于弹性构件511的横向范围。

纵向延伸的孔504由两个部分限定，第一部分504a和第二部分504b，其具有相同或不同的直径，如图11a和图11b所示。在图11a中，第一部分 504a从硬质外壳505的外侧向内延伸到过渡点504c，过渡点504c位于吸震衬垫506和舒适衬垫507之间的接口处。第二部分504b从过渡点504c延伸通过舒适衬垫到舒适衬垫507的内侧507a。过渡点504c是孔504的两个部分504a和504b的直径发生变化的点。在此方面，第二部分504b具有的直径小于第一直径504a。

阻尼系统503可以在概念上划分为以下部分：1)外部盘508，2)轴509， 3)内部盘510，4)弹性构件511，以及5)头部稳定器512。

外部盘508附接(例如，粘附、熔合、结合等等)到头盔501的外壳505。如图11a所示，唇或凸缘508a可以从接合外壳505的外表面的外部盘508 周围延伸。外部盘508由可压缩材料制成，例如橡胶。外部盘508具有的直径与阻尼孔504的第一部分504a的直径基本上相同，使得外部盘508部分地嵌入阻尼孔504中。外部盘508可以附接到外壳505和/或泡沫衬垫506。外部盘508具有孔508b，孔508b纵向地形成在外部盘508的中心中。中心孔508b在其中接收并固定轴509的上端509a。在至少一个实施例中，整个阻尼系统503可以形成为一个一体件，而不是组件。

轴509从外部盘508向内延伸到内端部，内端部接收在并固定到形成于内部盘510中的中心开口510a中。轴509可以是刚性杆，其可以由硬质橡胶制成。轴509与孔504的内表面间隔开且不于其接触。在图11a所示的中立、未变形位置中，外部盘508、轴509和内部盘510沿着纵向轴线A-A同轴地延伸。

唇或凸缘510b可以从内部盘510周围延伸，且可以接合泡沫衬垫506 的内表面。内部盘510可以由可压缩材料制成，例如橡胶。内部盘510的直径与阻尼孔504的第一部分504a的直径基本上相同，使得外部盘510与阻尼孔504的内表面接触。内部盘510可以附接到泡沫衬垫506。

弹性构件511延伸通过阻尼孔504的第二部分504b。杆509的内端部可以连接到弹性构件511的外端部511a。弹性构件511配置为纵向地压缩，且相对于纵向轴线A-A枢转。弹性构件511可以由橡胶、

液态盔甲、

或其他合适的可压缩材料中的至少一种形成。在至少一个实施例中， 508、509、510、511和512可以共同由PU、橡胶、

液态盔甲、

或其他合适的可压缩材料中的一种形成为一体件。

头部稳定器512连接到弹性构件511的内端部511b。头部稳定器512与舒适衬垫507的内表面507b间隔开。头部稳定器512的内表面配置为在头部502上的预定位置处或在该预定位置附近接触或以其他方式接合头部502。在一个实施例中，头盔501可以包括多个阻尼器503，所述多个阻尼器503 以例如图7a所示的图案布置在头盔501中。

图11b示出了在斜掠冲击的自旋加快阶段之后的阻尼器503的定位。如图11b所示，掠射倾斜冲击施加扭矩，由向后的箭头指示，其向右移动头盔 501的元件，而不是杆509。杆509保持静止，且经由头部稳定器512联接到头部502。由于头部稳定器512与头部502的相对运动和接合，外部盘508 和内部盘510通过刚性杆509在孔504内横向地压缩，而弹性构件511经历相对于纵向轴线A-A的弯曲/屈曲/剪切中的至少一种。由可压缩的外部盘508 和内部盘510以及弹性构件511吸收的能量减小了转移到头部502的扭矩。

图11c示出了在掠射冲击的自旋减慢阶段之后的阻尼器503的定位。在“自旋减慢”阶段期间，头盔501经历角度(旋转)减速并经历扭矩，如图 11c中的指向右的箭头所示，(即，沿与自旋加快阶段期间相反的方向)。外壳505、衬垫506和舒适衬垫507向左移动，而杆509保持静止，并经由头部稳定器512联接到头部502。由于头部稳定器512与头部502的相对运动和接合，外部盘508和内部盘510通过刚性杆509在孔504内横向地压缩，而弹性构件511经历相对于纵向轴线A-A的弯曲/屈曲/剪切中的至少一种。因此，在自旋减慢阶段期间，杆509移动到轴线A-A的与自旋加快阶段期间相反的一侧。由可压缩的外部盘508和内部盘510以及弹性构件511吸收的能量减小了转移到头部502的扭矩。

在自旋减慢阶段之后，外部盘508和内部盘510将弹性地膨胀，并且杆 509将沿着轴线A-A返回到其中立位置，如图11a所示，使得杆509将在经历掠射冲击之后完成围绕轴线A-A的一个完整振荡。

杆509可以是纵向可压缩的，而不是相对刚性的，使得杆509和弹性构件511两者可以在纵向方向上偏转。对于杆509转换为可压缩材料可以提供通过阻尼系统503实现的附加的能量吸收，例如在纵向冲击期间。弹性构件 511还应当在纵向/平移冲击期间提供能量吸收。

图12示出了佩戴在佩戴者的头部602上的头盔601的另一实施例。头盔601以与图6a至6d中的头盔1大致相同的方式来构造，但是区别在于安装在头盔601中的阻尼器603。阻尼器603与阻尼器3具有相同的构造，且类似的元件增加了“600”。然而，阻尼器603的尺寸大于阻尼器3，使得其可以单独地在头盔601中使用，而不是作为例如图7a所示被布置的多个阻尼器中的一个。具体地，这样的较大的阻尼器3可以位于头盔的冠部处，作为使用图7a所示的头盔中的多个元件的替代方式。阻尼器603具有头部稳定器612，其附接到下颌带615和下颌垫616，下颌垫616可以围绕使用者的下颌缠绕，以将头盔601保持在头部602上，并便于相对于头部602定位阻尼器603。头部稳定器612相对地大于阻尼器3的头部稳定器12，并且可以形成为颅骨帽。颅骨帽可以延伸到前额(发际线)的顶部并在耳朵上方。下颌带615可以是弹性的，以便于将下颌垫616定位在使用者的下颌的下方。虽然下颌带615可以用于相对于头部602定位头盔601，但下颌带615可以是与主下颌带(未示出)结合使用的次下颌带，用于将头盔601更加牢固地固定到头部602。这样的主下颌带可以粘附到外壳601的内表面的两侧(例如，在头部602的耳朵的下方)。

本文已经描述和示出了摆动冲击阻尼系统的几个实施例。虽然已经描述了本发明的特定实施例，但并不意图将本发明局限于此，因为本发明旨在将其范围限定为与本领域允许且同样地阅读说明书的范围一样宽泛。因此，虽然已经公开了特定的材料和配置，应当理解的是也可以使用其他材料和配置。因此，本领域技术人员将理解，在不偏离其要求保护的理念和范围的情况下，可以对所提供的发明进行其他修改。

Claims

1.一种头盔，包括：

硬质外壳；

与所述硬质外壳的内表面接触的可压缩衬垫；

与所述可压缩衬垫的内表面接触的舒适衬垫，其中沿着纵向轴线纵向地限定通过所述硬质外壳、所述可压缩衬垫和所述舒适衬垫的至少一个阻尼孔；以及

至少一个能量阻尼器，其设置在对应的阻尼孔中，且从所述外壳纵向地延伸到所述舒适衬垫，所述阻尼器具有能够在所述阻尼孔内横向地移位的摆动质量，其中，所述摆动质量布置为从所述硬质外壳向内悬挂且与所述硬质外壳间隔开，且所述摆动质量配置为惯性响应于从外部施加到所述硬质外壳的扭矩而横向地移动；

其中，所述能量阻尼器包括配置为接合所述头盔的佩戴者的头部的头部稳定器，所述头部稳定器柔性地联接到所述摆动质量，且与所述摆动质量纵向且向内地间隔开，且其中，所述头部稳定器在所述扭矩施加到所述硬质外壳时在所述头盔内保持为处于静止状态。

2.如权利要求1所述的头盔，其中，所述阻尼器包括：

附接到所述硬质外壳的外部锚固件；

杆，柔性地联接到所述外部锚固件，且纵向向内地延伸到与所述杆联接的所述摆动质量。

3.如权利要求2所述的头盔，其中，所述阻尼器还包括：

在所述摆动质量和所述头部稳定器之间延伸的弹性构件。

4.如权利要求3所述的头盔，其中：

所述弹性构件可纵向地压缩，可纵向地延伸，且围绕所述纵向轴线为柔性的。

5.如权利要求4所述的头盔，其中：

所述外部锚固件、所述杆、所述摆动质量、所述头部稳定器和所述弹性构件中的每一个具有相应的刚度，且其中，所述外部锚固件和所述杆与所述摆动质量、所述弹性构件和所述头部稳定器相比具有更大的刚度。

6.如权利要求1所述的头盔，其中：

所述阻尼器由橡胶、聚氨酯和液态盔甲中的至少一种形成。

7.如权利要求2所述的头盔，其中：

所述外部锚固件限定通过该外部锚固件的至少一个通风孔，以允许空气通过所述阻尼孔。

8.如权利要求4所述的头盔，其中：

响应于在冲击期间从外部施加到所述外壳的扭矩，所述阻尼孔相对于所述摆动质量横向地移位，且所述杆和所述弹性构件相对于所述纵向轴线偏转一角度。

9.如权利要求8所述的头盔，其中：

响应于从外部施加到所述外壳的扭矩，所述摆动质量相对于与所述头盔的佩戴者的头部接合的所述头部稳定器横向地移位。

10.如权利要求8所述的头盔，其中：

响应于从外部施加到所述外壳的扭矩，所述摆动质量在所述阻尼孔中横向地振荡，以促进所述冲击的能量的耗散。

11.如权利要求8所述的头盔，其中：

响应于从外部施加到所述外壳的扭矩，所述摆动质量接触所述阻尼孔的内表面。

12.如权利要求11所述的头盔，其中：

所述摆动质量接触所述可压缩衬垫。

13.如权利要求8所述的头盔，其中，所述杆和所述弹性构件的角移位部分地耗散所述冲击的能量。

14.如权利要求1所述的头盔，其中：

在静止状态中，所述摆动质量与所述阻尼孔横向地间隔开。

15.如权利要求2所述的头盔，还包括：

多个阻尼器，其设置在多个阻尼孔中的对应阻尼孔中；以及

多个柔性带，其将所述多个阻尼器连接在一起。

16.如权利要求15所述的头盔，其中：

每个柔性带的每一端分别连接到所述头部稳定器中的一个。

17.如权利要求16所述的头盔，其中：

所述柔性带是非弹性的。

18.如权利要求15所述的头盔，其中：

所述多个阻尼器包括至少五个阻尼器，所述至少五个阻尼器布置为：一个阻尼器定位于所述头盔的冠部处，且四个阻尼器布置成围绕所述冠部的正方形图案。

19.如权利要求4所述的头盔，其中：

所述弹性构件是管状的。

20.一种头盔，包括：

硬质外壳；

与所述硬质外壳的内表面接触的可压缩衬垫；

摆动阻尼系统，其设置所述阻尼孔中，且从所述硬质外壳纵向地延伸到所述舒适衬垫，所述摆动阻尼系统包括：

附接到所述硬质外壳的外部可压缩盘；

杆，联接到所述外部可压缩盘，且纵向向内地延伸到与所述杆联接的内部可压缩盘；

附接到所述可压缩衬垫的内部可压缩盘；以及

头部稳定器，柔性地联接到所述内部可压缩盘，且与所述内部可压缩盘纵向且向内地间隔开，其中，所述头部稳定器配置为接合所述头盔的佩戴者的头部；

其中，所述摆动阻尼系统还包括弹性构件，所述弹性构件在所述内部可压缩盘和所述头部稳定器之间延伸，其中，所述弹性构件嵌入所述舒适衬垫内的空间中。

21.如权利要求20所述的头盔，其中：

所述杆是刚性的。

22.如权利要求20所述的头盔，其中：

所述杆是可压缩的。

23.如权利要求20所述的头盔，其中：

所述外部可压缩盘和所述内部可压缩盘附接到所述阻尼孔的内表面。