CN118119992A - 用于碰撞试验假人的带角度调节的脊柱调节关节 - Google Patents

Abstract

一种用于拟人装置的脊柱组件中的脊柱调节关节，该装置用于在碰撞试验模拟中实现类人响应。该关节包括联接到下部脊柱组件的下部托架和联接到上部脊柱组件的上部托架。得到脊柱调节关节还包括至少部分地由弹性体材料形成的关节构件，该关节构件联接到上部托架和下部托架中的每一个，其中该关节构件提供所述上部脊柱组件和所述下部脊柱组件之间的柔性。所述脊柱组件还包括至少一个紧固件，该紧固件穿过所述上部托架和所述下部托架中的一个并安装到所述关节构件以将所述上部脊柱组件固定在相对于所述下部脊柱组件的期望角位置。

Description

用于碰撞试验假人的带角度调节的脊柱调节关节

相关申请的交叉引用

本主题申请要求在2021年8月25日提交的第63/236,900号美国临时专利申请的优先权和所有权益，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开总体上涉及拟人试验装置(ATD)，更具体地，涉及用于ATD的脊柱组件，甚至更具体地涉及用于ATD的脊柱组件中的脊柱调节关节，其中ATD用于评估和预测碰撞、身体爆炸和航空航天弹射座椅试验环境下的损伤。

背景技术

汽车、航空、军事和其他车辆制造商进行各种碰撞、弹射和车底爆炸(UBB)试验，以测量撞击对车辆及其乘员的影响。通过试验，车辆制造商获得了可用于提高车辆耐撞击性的宝贵信息。

撞击试验通常涉及使用拟人化试验装置，更广为人知的是“碰撞试验假人”。在试验期间，操作人员将碰撞试验假人放置在车辆内，车辆进行模拟碰撞、UBB或弹射。该试验将碰撞试验假人暴露于高惯性载荷，并且碰撞试验假人内部的传感器，诸如载荷传感器、位移传感器、加速度计、压力计、角速率传感器等，产生与载荷相对应的数据的电信号。电缆或导线将数据的这些电信号传输到数据采集系统(DAS)以进行后续处理。这些数据揭示了撞击对碰撞试验假人影响的信息，并可与类似撞击对人类乘员的影响相关。

为了获得更准确的试验数据，试验工程师试图最大限度地提高碰撞试验假人的“生物逼真度”。生物逼真度是衡量碰撞试验假人在车辆撞击试验环境中像人一样反应的好坏的量度。碰撞试验假人在碰撞期间的反应就像真人一样，据说具有很高的生物逼真度。相应地，具有高生物逼真度的碰撞试验假人将提供来自碰撞试验的关于碰撞对人类的影响的更准确的信息。因此，ATD设计工程师设计了具有适当人体测量学的碰撞试验假人，该人体测量学反映了与人体相似的总重量、重心、质量惯性矩和运动范围，以提高碰撞试验假人的生物逼真度。

然而，很难将人类脊柱复制成碰撞试验假人。在一个碰撞试验假人中，脊柱的下腰部是固定的，不能调节。

目前设计的碰撞试验假人具有可调节的脊柱组件。例如，NHTSA(美国国家公路交通安全管理局)开发了一种THOR设计，作为高级假人，以取代美国法规联邦机动车安全标准(FMVSS)208规定的混合动力III假人。THOR设计有一个上部柔性胸椎和一个柔性腰椎，它们在直立的坐姿(通常为25度的座椅靠背角度)下足以进行当前的美国法规试验。

随着自主驾驶汽车(AV)技术的进步，驾驶员可以免除驾驶职责。在没有驾驶职责的情况下，车辆乘客可以工作、放松，并与其他乘客进行社交。人们认为，更多的车辆乘客会倾斜座椅，以更舒适的坐姿休息和放松，尤其是在长途乘坐中。为了解决自主驾驶汽车中倾斜坐姿(即，比典型的25度座椅靠背角度更倾斜，如45度座椅靠背角或60度座椅靠背角)下的乘客安全问题，开发了THOR-AV假人，以解决从标准直立坐姿(即典型的25度座椅靠背角)到更倾斜姿势的坐姿变化，以及与碰撞试验假人的子模型相关的受伤风险增加的问题，这些问题在THOR假人中没有得到充分解决。

特别地，用于THOR-AV碰撞试验假人的脊柱组件通常包括上部脊柱组件，该上部脊柱组件具有通常安装到颈部组件(未示出)的上部脊柱箱，以及经由上部脊柱构件联接到上部脊柱箱的胸部中脊托架。THOR-AV脊柱组件通常还包括下部脊柱组件，该下部脊柱组件具有通常安装到骨盆组件的骨盆接口托架，并且可选地包括联接到骨盆接口托架的下部胸椎载荷传感器，以及联接到胸部中脊托架的刚性脊柱调节关节。此外，THOR-AV脊柱组件的脊柱调节关节经由下部脊柱组件联接到骨盆接口托架(即，下部脊柱组件将骨盆接口托架联接到脊柱调节关节)。

如上所述，为了将上部脊柱组件联接到下部脊柱组件，THOR-AV碰撞试验假人通常包括定位在上部脊柱组件和下部脊柱组件之间的刚性脊柱调节关节，该刚性脊柱调节关节允许上部脊柱组件相对于下部脊柱组件进行调节，以在碰撞试验前定位在座椅上时为碰撞试验假人提供所需的座椅。虽然具有刚性脊柱调节关节的THOR-AV碰撞试验假人能够实现所需的座椅靠背角度，但发现由于其在与刚性脊柱调节关节的位置相对应的区域缺乏弯曲灵活性，整体设计没有实现所需的类人响应(即生物逼真度)。

本公开提供了一种脊柱调节关节的改进设计，其在直立和倾斜的坐姿中都提高了假人的生物逼真度。

发明内容

相应地，本公开提供了一种用于拟人化装置的脊柱组件中的脊柱调节关节，所述脊柱调节关节用于将上部脊柱组件联接到下部脊柱组件，并且被构造用于调节所述脊柱组件的座椅靠背角度。

所述脊柱调节关节包括联接到所述下部脊柱组件的下部托架和联接到所述上部脊柱组件的上部托架。所述脊柱调节关节还包括至少部分由弹性体材料形成的关节构件，该关节构件联接到所述上部托架和所述下部托架中的每一个并提供所述上部脊柱组件和所述下部脊柱组件之间的柔性。所述脊柱组件还包括穿过所述上部托架或所述下部托架中的一个的至少一个紧固件，该紧固件被安装到将所述上部脊柱组件固定在相对于所述下部脊柱组件的期望角位置的关节构件。在使用所述至少一个紧固件将所述上部脊柱组件固定到所述下部脊柱组件之前，所述上部托架可相对于所述下部托架枢转，以将所述脊柱调节关节调节到与所述拟人化装置的期望座椅靠背角度相对应的各种角位置，所述期望座椅靠背角度对应于当所述装置定位在车辆座椅上时用于碰撞试验模拟的人类初始座姿。在某些实施例中，所述关节构件包括胸板构件，所述胸板构件设置在所述关节构件的顶表面上，而在其他实施例中，所述胸板构件定位在所述关节构件内其顶表面与其基座部分之间，或者以其他方式由所述弹性关节构件限定，其中所述至少一个紧固件通过所述胸板构件固定到所述关节构件。

根据本公开的包括改进的脊柱调节关节的碰撞试验假人的改进型THOR-AV设计克服了包括具有所述刚性脊柱调节关节在内的所述脊柱组件的THOR-AV设计中的缺陷，因为新设计能够实现期望角位置，使得所述碰撞试验假人能够定位在所述期望的座椅靠背角度，并且在直立和倾斜座姿的碰撞试验模拟期间实现期望的类人响应(即，生物逼真度)。特别地，在设置在所述胸板构件和所述下部托架之间的所述脊柱调节关节内包括至少部分由弹性体材料形成的关节构件，提供了在碰撞试验模拟期间适当的脊柱弯曲响应，与它所替代的所述刚性脊柱调节关节相比，在各种座椅靠背角度下更接近对应于自然类人响应。特别地，所述关节构件允许所述脊柱调节关节在碰撞试验模拟期间在任何方向上挠曲，从而更接近于在直立和倾斜座姿的类似碰撞模拟中人类脊柱的自然运动。此外，在所述上接口托架中引入可与所述胸板构件中的对应开口对准的调节开口的组合，允许所述THOR-AV碰撞试验假人的所述脊柱组件以期望的座椅靠背角度精确且可重复地对准。

在阅读了结合附图进行的后续描述之后，随着对本公开的其他特征和优点的更好理解，将容易理解本公开的其他特征和优点。

附图说明

图1是根据现有技术的THOR-AV碰撞试验假人中使用的脊柱组件的透视图。

图2是针对25度的座椅靠背角度进行调节的图1的脊柱调节关节的透视图。

图3是图2的分解图。

图4是图2的前视图。

图5是图4的后视图。

图6是图2的底部透视图。

图7是沿线7-7截取的图4的截面图。

图8A是座椅靠背角度调节为25度的图2的前视图。

图8B是座椅靠背角度调节为45度的图2的前视图。

图8C是座椅靠背角度调节为60度的图2的前视图。

具体实施方式

本公开涉及一种用于拟人化试验装置(有时可替代地称为碰撞试验假人)的改进的脊柱调节关节。特别地，根据本公开的改进的脊柱调节关节适合于代替在THOR-AV碰撞试验假人的先前版本的上部脊柱组件和下部脊柱组件中使用的刚性脊柱调节关节。

本文所述的碰撞试验假人(即改进型THOR-AV碰撞试验假人)为百分之五十(50％)男性型，主要针对成年前后座乘客测试汽车内饰和约束系统的性能。碰撞试验假人的尺寸和重量基于人体测量学研究，这些研究通常由以下组织单独进行，即密歇根大学交通研究所(UMTRI)、美国军事人体测量学调查(ANSUR)以及美国和欧洲民用表面人体测量学资源(CESAR)。应当理解，运动范围、重力中心和节段质量模拟了人体测量学数据定义的人类受试者的运动范围、重力中心和节段重量。

一般而言，尽管本文未示出，但根据本公开的碰撞试验假人，尤其是THOR-AV碰撞试验假人(如图1所示的THOR-AV碰撞试验假人的一部分由附图标记15标识，如下所述)，包括头部组件和颈部组件，该颈部组件具有被安装到头部组件的上端。碰撞试验假人15包括脊柱组件(如图1中附图标记20所示，如下所述)，其上端安装到颈部组件。脊柱组件20具有延伸到碰撞试验假人的躯干区域中的下端，并被连接到胸椎载荷传感器。碰撞试验假人15进一步包括被联接到脊柱组件的下端的骨盆组件。碰撞试验假人的躯干区域还包括被连接到脊柱组件的胸廓组件。碰撞试验假人15还具有一对臂组件，包括左臂组件和右臂组件。碰撞试验假人15进一步包括一对腿部组件，该对腿部组件包括联接到骨盆组件的左腿组件和右腿组件。应当理解，碰撞试验假人的各种部件被覆盖在氨基甲酸乙酯皮肤(诸如肉皮组件(部分示出))中，以改善与碰撞试验假人的骨架的联接。

特别地，如图1所示，根据本主题公开的用于THOR-AV碰撞试验假人15的脊柱组件20的一个实施例包括通常安装到颈部组件(未示出)的上部脊柱箱22。胸部中脊托架24经由上部脊柱构件30联接到并且优选地柔性联接到上部脊柱箱22。总的来说，上部脊柱箱22、胸部中脊托架24和上部脊柱构件30可以被称为上部脊柱组件31。

脊柱组件20还包括通常安装到骨盆组件(未示出)的骨盆接口托架26，并且包括可选的下部胸椎载荷传感器或载荷传感器结构替换件28，该可选的下部胸椎载荷传感器或结构替换件联接到骨盆接口托架26。脊柱组件20还包括脊柱调节关节150，该脊柱调节关节联接到胸部中脊托架24。此外，脊柱调节关节150联接到接口托架29，接口托架29联接到下部脊柱构件32的顶部部分27，然后经由下部脊柱构件32联接到骨盆接口托架26(即，下部脊柱构件32将骨盆接口托架26联接到脊柱调节关节150)。总的来说，骨盆接口托架26、可选的下部胸椎载荷传感器或载荷传感器结构替换件28以及下部脊柱构件32可以被称为下部脊柱组件39。

现在参考图2-8，根据一个示例性实施例的脊柱调节关节150包括下部托架152，此处示出为u形下部托架152，该下部托架152联接到下部脊柱组件39的可选的下部胸椎载荷传感器或载荷传感器结构替换件28，因此下部脊柱构件32用于将骨盆接口托架26联接到下部托架152。脊柱调节关节150还包括上部托架154，此处示出为u形上部托架154，该上部托架154联接到上部脊柱组件31的胸部中脊托架24。下部托架152包括限定第一平面200的顶表面163(参见图7)，而上部托架154还包括限定第二平面202的顶表面255(参见图7)。座椅靠背角度被定义为碰撞试验前定位在改进型THOR-AV碰撞假人15的车辆座椅(未示出)上的碰撞试验假人15的脊柱组件20的角度(即，在沿车辆座椅靠背部分的平面与车辆座椅的座椅底部部分的平面之间的角度(未示出))，并且通过调节上部脊柱组件31相对于下部脊柱组件39的角位置，调节脊柱组件150的座椅靠背角度以对应于该座椅靠背角度，其中本文定义的角位置对应于沿下部托架152的顶表面163定义的第一平面200和沿着上部托架154的顶表面255定义的第二平面202之间产生的角度α’(参见图7)。换句话说，定义为在第一平面200和第二平面202之间产生的角测量值的角位置对应于当假人15被定位到被调节到相同的座椅靠背角度(即，用于碰撞试验模拟的车辆座椅(未示出)的座椅部分和靠背部分之间的角度)的车辆座椅上时脊柱组件的特定座椅靠背角度。

下部托架152优选为u形托架的形式，该u形托架包括一对间隔开的凸缘153、155(即，第一凸缘153和第二凸缘155)，这些凸缘从基座部分151延伸，该基座部分151就座在下部脊柱组件39上。凸缘153、155中的每一个优选地限定一个或多个相应的开口153A、155A，一个或多个紧固元件75(参见图1)可以穿过所述开口被插入，以将下部托架152固定到下部脊柱组件39。

如上所述，上部托架154优选地形成为u形托架，该u形托架包括从基座部分161横向延伸的一对间隔开的凸缘157、159(即，第一凸缘157和第二凸缘159)。基座部分161进一步限定顶表面255，其中基座部分161的顶表面255在组装状态下联接到上部脊柱组件31。特别地，基座部分161限定一个或多个开口177，紧固件77(参见图1)可以穿过这些开口被插入，以将上部托架154固定到上部脊柱组件31。

在所示的实施例中，下部托架152和上部托架154可以由诸如钢的硬金属或金属合金形成，并且优选地通过诸如冲压、锻造、铸造、机加工等传统金属成型技术来预制造。

间隔开的凸缘157、159中的每一个限定相应的中心开口170、一对中间调节开口172，所述一对中间调节开口172相对于中心开口170以相反的方向设置在相应的凸缘157、159上并且与中心开口170等距。此外，间隔开的凸缘157、159中的每一个还限定第一对外部调节开口174和第二对外部调节开口176，它们相对于中心开口170设置在相反的方向上并且在相应的中间调节开口172的外侧(即，每一个相应的中间调节开口172设置在中心开口170和一组外部调节开口174、176之间)，其中相应的中间调节开口172中的每个和中心开口170设置成与基座部分161等距(即，相应的中间开口172和中心开口170沿着平行于第一平面200的轴线对准)。更进一步地，相应的外部调节开口174、176被对准，使得每个上部调节开口176被设置为比每个相应的外部调节开口176更靠近基座部分161，使得外部调节开口174、176中的一对的对准限定了横向于由相应的中间调节开口172和中心开口170限定的且平行于第一平面200的轴线延伸的轴线。在某些实施例中，外部调节开口174、176中的所述一对设置成与相应的相邻中间调节开口172等距，并因此形成正交于沿着相应的中间调节开口172和中心开口170限定的轴线并正交于第一平面200的轴线。

三对调节开口172、174、176表示三组孔模式，其提供了针对分别为45度、25度和60度的三个期望的座椅靠背角度调节脊柱调节关节150的能力(即，当拟人化装置15被放置在车辆座椅上用于碰撞试验时，上部脊柱组件31相对于下部脊柱组件39的三个所期望角位置，其分别对应于为45度、25度和60度的三个期望的座椅靠背角度，如上所述)，这将在下文中进一步解释。为了便于在下文中描述，术语座椅靠背角度的使用对应于如上所述在第一平面200和第二平面202之间限定的上部脊柱组件31相对于下部脊柱组件39的角位置。

在某些实施例中，如图3所示，中心开口170和间隔开的凸缘157、159中的每一个中的三对调节开口172、174、176不带螺纹，而是每个都限定一个圆镗孔。然而，在其他实施例中，间隔开的凸缘157、159中的一个或两个中的调节开口172、174、176中的一个或多个可以是带螺纹的。

脊柱调节关节150还包括关节构件158，该关节构件158包括弹性体部件181和胸板构件156。关节构件158被定位在上部托架154和下部托架152之间并被联接到上部托架154和下部托架152的每一个。

关节构件158的弹性构件181包括基座区域210，该基座区域210具有底表面212，此处示出为平坦的底表面212，该底表面212的长度和宽度通常对应于下部托架152的基座部分151的长度和宽度，使得基座区域210就座在下部托架152的基座部分151上，并且在组装时底表面212与下部托架152的顶表面163相邻。关节构件158的弹性体部件181还包括从基座区域210延伸的突出区域214，该突出区域214包括侧部区域216，此处被示为弓形侧部区域216，该侧部区域终止于顶表面218，优选平坦的顶表面218中，其长度L1和宽度W1分别短于基座区域210的对应长度L2和宽度W2(参见图3)。此外，突出区域214的顶表面158的长度L1小于凸缘157的内表面与凸缘159的内表面之间的距离D1(参见图5)，而宽度W1对应于上部托架154的宽度W3(也参见图3)。在某些实施例中，基座区域210的长度L2对应于上部托架154的长度L3(也参见图3)。

优选地，关节构件158可以至少部分或完全由柔性或弹性体材料形成，该材料通常是柔性聚合物材料，如橡胶，因此关节构件158在本文中可替代地称为弹性体构件158或柔性构件158或弹性体关节构件158(如图1-8所示)或柔性关节构件158。特别地，关节构件158的弹性体部件181优选地由弹性体材料形成。用作弹性体材料的一种示例性橡胶是氯丁(即聚氯丁烯)橡胶。在某些其他实施例中，与由弹性体材料形成相反，关节构件158可以由柔性材料形成，诸如聚合物、塑料、金属或金属合金，其也提供了足够程度的通常对应于弹性体材料的特性的柔性。柔性材料或弹性体材料的柔性程度被提供为使得与在直立和倾斜座姿中的现有的刚性脊柱调节关节相比，脊柱组件20的脊柱调节关节150提供了在碰撞试验模拟中的类人响应。

如图3所示，胸板构件156限定中心开口180、一对中间开口182和一对外部开口184，这些开口在一对侧表面185、187之间彼此平行地延伸。在某些实施例中，也如图3所示，开口182、184中的一个或多个的表面包括螺纹(即，胸板构件156中的开口182、184中的一个或多个是带螺纹开口182和/或184(即，带螺纹中间开口182和/或带螺纹外部开口184)，而在其他实施例中这样的开口182和/或184可以是不带螺纹的。然而，优选地，中心开口180是不带螺纹的，并且限定平滑的中心镗孔。胸板构件156优选地具有长度L4和宽度W4t，其对应于关节构件158的平坦顶表面218的长度L1和宽度W1。

在某些实施例中，如图4-8所示，胸板构件156以组装状态设置在弹性体部件181上，其中胸板构件156的底表面167被定位成与弹性体部件181的突出区域214的顶表面218相邻。然而，可替代地，在未示出的实施例中，胸板构件156可以在弹性体部件181内设置在突出区域214的顶表面218和基座区域210之间。

在某些实施例中，如图4-8所示，类似于下部托架152和上部托架154，胸板构件156可以由硬金属或金属合金(如钢)形成，并且优选地通过诸如冲压、锻造、铸造等的传统金属成型技术来预制造。

在又进一步的实施例(未示出)中，胸板构件156的一部分与弹性体部件181一体形成，并且因此可以至少部分地由与弹性体部件181相同的材料形成。在这些实施例中，胸板构件156包括圆柱形金属管，该圆柱形金属管进一步限定开口180、182、184中的一个或多个，所述开口180、182、184设置在关节构件158的弹性体部件181的弹性体材料内，而不是如图所示的具有开口180、182、184以及底表面167和侧表面185、187的板的形式。

此外，虽然在图3的分解图中，下部托架152、胸板构件156和弹性体部件181被示为单独的未联接部件，但优选地，在与上部托架154进一步组装之前，这些部件作为限定关节托架158的单个零件联接在一起。

特别地，预制的下部托架152和胸板构件156被装载到模具(诸如压缩模具)中，并且以彼此间隔开的布置放置。弹性体材料被引入下部托架152和胸板构件156之间的模具内，并被冷却以形成关节构件158的弹性体部件181，该弹性体部件粘附到下部托架152的顶表面163和胸板构件156的底表面167中的每一个(在诸如图4-8的实施例中，其中胸板构件156包括侧表面185、187和底表面167)，以在如图4-8所示的实施例中将下部托架152固定到胸板构件156。可替代地，在可替换的实施例中，其中胸部构件156定位在突出区域214内，弹性体部件181的弹性体材料在胸板构件156的顶表面和底表面167上至少部分地包围胸板构件156，而胸板构件156的侧表面185、187保持未覆盖，使得开口180、182、184被暴露。此外，在某些实施例中，弹性体部件的弹性体材料包围替代实施例的胸板构件156的多个金属圆柱体，其中胸板构件156不包括侧表面185、187和底表面167，因此，突出区域214的弹性体材料的一部分对应于胸板构件156的板区域，如图4-8所示，因此与弹性体部件181的突出区域214成一体，并由用于形成弹性体部件181的弹性体材料形成。

在某些实施例中，一个或多个紧固件(诸如螺钉、螺栓等，未示出)也可用于将关节构件158固定到下部托架152和胸板构件156中的一个或两个。此外，在将弹性体材料引入模具之前，粘合剂(未示出)可以被施加到下部托架152的顶表面163上和/或胸板构件156的底表面167上，并且因此起到分别增加关节构件158到下部托架152的顶表面163和/或到胸板构件156的底表面167的粘附性的作用。

在组装状态下，胸板构件156的中心开口180与上部托架154的间隔开的凸缘157、159的相应的一对中心开口170轴向对准，并且被构造成接收穿过其中的枢轴螺栓160(或者在其他实施例中为枢转销)，以将上部托架154可旋转地联接到胸板构件156(并因此将上部托架154可旋转地联接到下部托架152)。枢轴螺栓160或枢转销允许胸板构件156可枢转地固定到上部托架154，但是其中胸板构件156(并因此下部托架152)仍然能够相对于上部托架154绕枢轴螺栓160或销的长度枢转(或者反之亦然)。相应地，上部脊柱组件31由此经由柔性脊柱调节关节150可枢转地联接到下部脊柱组件39。

在某些实施例中，如图3所示，枢轴螺栓160为带肩螺栓的形式，其包括头部和从头部延伸的轴，该轴在与头部相对的端部处带螺纹(即，枢轴螺栓160为带螺纹枢轴螺栓160)，并且锁紧螺母190联接到枢轴螺栓160的带螺纹轴，以经由枢轴螺栓160将上部托架154可旋转地固定到胸板构件156。

脊柱调节关节150还包括一系列一个或多个紧固件162，此处被示为四个螺栓162，这些紧固件通过(即穿过)上部托架154的调节开口172、174、176中的相应一个(优选如图3所示的未带螺纹调节开口172、174和176)引入，这些紧固件被固定在胸板构件156的开口182、184中的相应对准的一个(优选地如图3中所示的带螺纹开口182、184)内，以在期望角位置成将上部托架154固定到胸板构件156(并且防止上部托架154相对于胸板构件156的旋转)。类似于枢轴螺栓160，也如图3所示，在某些实施例中，每个螺栓162还包括头部和从头部延伸的轴，该轴带有螺纹(即，每个紧固件162都是螺纹螺栓162)，穿过上部托架154的调节开口172、174、176中的相应一个，并与胸板构件156的螺纹开口182、184中对应对准的一个螺纹接合/固定，以在期望角位置处将上部托架154固定到胸板构件156(并防止上部托架154相对于胸板构件156的旋转)。

图8A、图8B和图8C分别示出了当拟人化装置定位在用于碰撞试验的座椅上时，针对上部脊柱组件31相对于下部脊柱组件39的特定角位置(对应于碰撞试验假人15的脊柱组件20的25度、45度和60度的期望座椅靠背角(即多个期望座椅靠背角中的第一、第二和第三期望座椅靠背角)调节脊柱调节关节150的位置。

如图8A所示，为了将座椅靠背角度调节至25度(即，第一期望的座椅靠背角度，并对应于由第一平面200和第二平面202之间的角度定义的第一角位置)，并随后将胸板构件156固定到上部托架154，使用了以下程序。首先，在紧固件162被移除(即，不延伸通过(即，穿过)上部托架154或与胸板构件156接合/固定)的情况下，上部托架154绕由枢轴螺栓160的长度限定的轴线(并且也由枢转螺栓160延伸和固定穿过的对准的中心开口170、180限定的轴线)相对于胸板构件156枢转，直到成对外部调节开口174中的每个开口与胸板构件156的相应侧面185、187中的一个的相应外部开口184中的对应一个对准为止。在该位置，相应的外部调节开口176和中间调节开口172对应地不与胸板构件156中的相应开口182、184对准。

紧固件162然后被引入通过(即穿过)一对对准的外部调节开口174和外部开口184。另一个相应的紧固件162然后被引入通过(即穿过)另一对对准的外部调节开口174和外部开口184。在某些实施例中，外部开口184是带螺纹的(即带螺纹的外部开口184，如图3所示)，紧固件162也是带螺纹的(即是呈带螺纹的螺栓162的形式的带螺纹的紧固件162，也如图3所示)。同样地，紧固件162因此与外部开口184中的螺纹螺纹地接合(即，固定)，以将相应的紧固件162固定到胸板构件156。在该位置，由安装的紧固件162和枢轴螺栓160的中间限定的轴线平行于第一平面200(也如图3所示)。

如图8B所示，为了将座椅靠背角度调节至45度(即，不同于第一期望座椅靠背角度的第二期望座椅靠背角度，并对应于不同于由第一平面200和第二平面202之间的角度限定的第一角位置的第二角位置)，并随后将胸板构件156固定到上部托架154，使用了以下程序。首先，在移除紧固件162的情况下，上部托架154绕由枢轴螺栓160的长度限定的轴线相对于胸板构件156枢转，直到成对中间调节开口172中的每个开口与胸板构件156的相应侧面185、187中的一个的相应中间开口182中的对应一个对准为止。在该位置，相应的外部调节开口174、176对应地不与胸板构件156中的相应开口184对准。然后通过一对对准的中间调节开口172和中间开口182引入紧固件162。另一个相应的紧固件162然后被引入通过(即穿过)另一对对准的中间调节开口172和中间开口182。在某些实施例中，中间开口182是带螺纹的(即，是带螺纹的中间开口182)，紧固件162也是如此(即，如上所述，紧固件162带螺纹的紧固件162)。同样地，螺纹紧固件162因此与螺纹中间开口182中的螺纹螺纹接合，以将相应的紧固件162固定到胸板构件156。在该位置，由安装的紧固件162和枢轴螺栓160的中间限定的轴线平行于第一平面200。

如图8C所示，为了将座椅靠背角度调节至60度(即，与相应的第一和第二期望座椅靠背角度不同的第三期望座椅靠背角度，对应于与第一和第二角位置不同的第三角位置)，并随后将胸板构件156固定到上部托架154，使用了以下程序。首先，在移除紧固件162的情况下，上部托架154绕由枢轴螺栓160的长度限定的轴线相对于胸板构件156枢转，直到成对外部调节开口176中的每个开口与胸板构件156的相应侧面185、187中的一个的相应外部开口184中的对应一个对准为止。紧固件162然后被引入通过(即穿过)一对对准的外部调节开口176和外部开口184。在该位置，相应的外部调节开口174和中间调节开口172对应地不与胸板构件156中的相应开口182、184对准。另一个相应的紧固件162然后被引入穿过另一对对准的外部调节开口176和外部开口184。在某些实施例中，外部开口184是带螺纹的外部开口184，如上所述，紧固件162是带螺纹的紧固件162，也如上所述。同样地，带螺纹的紧固件162因此与带螺纹的外部开口184中的螺纹螺纹地接合(即，固定)，以将带螺纹的紧固件162固定到胸板构件156。在该位置，由安装的紧固件162和枢轴螺栓160的中间限定的轴线平行于第一平面200。

在根据图8A-9C的某些实施例中，与使用一对紧固件162将上部托架154的每个相应凸缘157和159固定到胸板构件156相反，可以使用单个紧固件162来将上部托架154的每个相应凸缘157和159固定到胸板构件156。在这些实施例中，上部托架154的每个相应凸缘157和159因此可以仅包括位于中心开口170一侧的单个调节开口172、174、176，该单个调节开口172、174、176与位于中心开口170的相对侧的一对调节开口172、174、176相对，如图1-8所示。

虽然如图1-8所示的本公开提供了将期望的座椅靠背角度分别到25度、45度和60度(即，根据如上所述的所示实施例的第一、第二和第三期望的座椅靠背角度)的调节，但是特别考虑的是，可以对上部托架154中的成对调节开口172、174、176的位置和对准进行修改，并结合开口182、184的位置调节，以允许将座椅靠背角度到0度至90度之间的任何位置(即，任何其他期望的座椅靠背角度)的调节。

如图1-8所示，用于包括根据本公开的柔性脊柱调节关节150的碰撞试验假人15的改进型THOR-AV设计克服了THOR-AV设计中的缺陷，并包括根据现有THOR-AV设计的具有刚性脊柱调节关节的脊柱组件20，因为新设计能够在垂直和倾斜座姿的碰撞试验模拟期间实现期望的座椅靠背角度，并且也实现期望的类人响应(即生物逼真度)。特别地，将关节构件158包括在部分由弹性体材料形成的脊柱调节关节150内，提供了在碰撞试验模拟期间适当的脊柱弯曲响应，与它所替代的刚性脊柱调节关节150相比，该脊柱弯曲响应更紧密地对应于在各种座椅靠背角度下的自然类人响应。特别地，关节构件158的弹性体部件181的柔性、固体或弹性体材料允许脊柱调节关节150在碰撞试验模拟期间在任何方向上挠曲(即，沿着任何轴线挠曲)，从而更接近于在直立和倾斜姿势的类似碰撞模拟中人类脊柱的自然运动。此外，在上部托架154中引入可与胸板构件156中的对应开口182、184对准的调节开口172、174、176的组合允许THOR-AV碰撞试验假人15的脊柱组件20以期望的座椅靠背角度精确且可重复地对准，这在现有THOR-AV设计中是不能实现的，并且包括在现有THOR-AV设计中具有刚性脊柱调节关节150的脊柱组件20。

虽然本文所示的实施例示出了脊柱调节关节150的取向使得上部托架154联接到上部脊柱组件31并且下部托架152联接到下部脊柱组件39，但是脊柱调节关节150的取向可以是倒置的，即，其中上部托架154变为联接到下部脊柱组件39的下部托架，并且其中下部托架变为联接到上部脊柱组件31的上部托架，并且其中脊柱调节关节150的附加部件相应地重新定位，以在完全组装在碰撞试验假人15的脊柱组件20中时以其他方式保持相同的组件。

已经以说明性的方式描述了本公开。应当理解，所使用的术语旨在具有描述词语的性质，而不是限制性的。

根据上述教导，本公开的许多修改和变化是可能的。因此，除了具体描述之外的本公开可以被实践。

Claims (17)

1.一种用于拟人化试验装置的脊柱组件，所述脊柱组件包括：

上部脊柱组件；

下部脊柱组件；以及

脊柱调节关节，所述脊柱调节关节用于提供所述上部脊柱组件相对于所述下部脊柱组件的期望角位置，所述脊柱调节关节包括：

联接到所述上部脊柱组件的上部托架

联接到所述下部脊柱组件的下部托架，

至少部分地由弹性体材料形成并联接到所述上部托架和所述下部托架中的每一个的关节构件，其中所述关节构件在所述上部脊柱组件和所述下部脊柱组件之间提供柔性；以及

至少一个紧固件，所述至少一个紧固件穿过所述上部托架和所述下部托架中的一个并被安装到所述关节构件以将所述上部脊柱组件固定在相对于所述下部脊柱组件的所述期望角位置。

2.根据权利要求1所述的脊柱组件，其中，所述上部托架包括一对间隔开的凸缘，所述凸缘从基座部分延伸，其中所述至少一个紧固件中的一个紧固件穿过所述一对一对间隔开的凸缘中的第一个，并且其中所述至少一个紧固件中的附加紧固件穿过所述一对间隔开凸缘中的第二个。

3.根据权利要求1所述的脊柱组件，其中，所述关节构件包括：

弹性体部件，所述弹性体部件被固定到所述上部托架和所述下部托架中的一个；以及

胸板构件，所述胸板构件被固定到所述弹性体部件，其中所述至少一个紧固件接合所述胸板构件以将所述胸板构件固定到所述上部托架和所述下部托架中的一个。

4.根据权利要求3所述的脊柱组件，其中，所述弹性体部件包括：

基座区域，所述基座区域被固定到所述上部托架和所述下部托架中的一个；以及

从所述基座区域延伸的突出区域。

5.根据权利要求4所述的脊柱组件，其中，所述胸板构件被定位在所述突出区域上，使得所述突出区域位于所述基座区域和所述胸板构件之间。

6.根据权利要求4所述的脊柱组件，其中，所述突出区域包括终止于顶表面的弓形侧部区域，并且其中，所述胸板构件就座在所述顶表面上。

7.根据权利要求2所述的脊柱组件，其中，所述关节构件包括：

弹性体部件，所述弹性体部件被固定到所述上部托架和所述下部托架中的一个；以及

胸板构件，所述胸板构件被固定到所述弹性体部件，所述胸板构件被定位在所述一对间隔开的凸缘之间，并且所述至少一个紧固件接合所述胸板构件以将所述胸板构件固定到所述上部托架和所述下部托架中的一个。

8.根据权利要求1所述的脊柱组件，其中，所述脊柱调节关节进一步包括用于可枢转地联接所述上部托架和所述下部托架的枢轴螺栓。

9.根据权利要求8所述的脊柱组件，其中，所述枢轴螺栓穿过所述关节构件以及所述上部托架和所述下部托架中的一个。

10.根据权利要求9所述的脊柱组件，其中，所述上部托架包括一对间隔开的凸缘，每个凸缘限定一个中心开口，并且所述枢轴螺栓被接收在所述一对间隔开的凸缘中的每个凸缘的所述中心开口内。

11.根据权利要求10所述的脊柱组件，其中，所述关节构件包括：

弹性体部件，所述弹性体部件被固定到所述上部托架和所述下部托架中的一个；以及

胸板构件，所述胸板构件被固定到所述弹性体部件，其中所述胸板构件限定在第一侧表面和第二侧表面之间延伸的中心开口，

并且其中，所述枢轴螺栓被接收在所述胸板构件的所述中心开口内。

12.根据权利要求3所述的脊柱组件，其中，所述一对所述间隔开的凸缘中的第一个限定一个或多个调节开口，并且其中，所述胸板构件进一步限定在第一侧表面内延伸的一个或多个附加开口，

其中，所述一对所述间隔开的凸缘中的第二个限定一个或多个调节开口，并且其中，所述胸板构件进一步限定在第二侧表面内延伸的一个或多个附加开口，

其中，所述至少一个紧固件中的所述紧固件穿过所述间隔开的凸缘中的所述第一个的所述一个或多个调节开口中的一个，并且被固定在所述胸板构件的在所述第一侧表面内延伸的所述一个或多个开口中的对准的一个内，并且

其中，所述至少一个紧固件中的所述附加紧固件穿过所述间隔开的凸缘中的所述第二个的所述一个或多个调节开口中的一个，并且被固定在所述胸板构件的所述第二侧表面内延伸的所述一个或多个开口中的对准的一个内。

13.根据权利要求12所述的脊柱组件，其中，被限定在所述间隔开的凸缘中的所述第一个中的所述一个或多个调节开口包括一对中间调节开口、第一对外部调节开口和第二对外部调节开口，

其中，被限定在所述胸板构件中的所述一个或多个附加开口包括在所述中心开口的任一侧上在所述第一侧表面内延伸的第一对外部开口和在所述第一侧表面内延伸的第二对中间开口，其中所述一对中间开口中的每一个相应的中间开口被定位在所述中心开口和所述一对外部开口中的一个之间，并且

其中，所述至少一个紧固件中的所述紧固件穿过所述一对间隔开的凸缘中的所述第一个中的所述一对中间调节开口中的一个，并且被固定在所述胸板构件的所述第一侧表面内延伸的所述一对中间开口中的对准的一个内，或者

其中，所述至少一个紧固件中的所述紧固件穿过所述一对间隔开的凸缘中的所述第一个中的所述第一对外部调节开口中的第一个，并且被固定在所述胸板构件的所述第一侧表面内延伸的所述一对外部开口中的对准的一个内，或者

其中，所述至少一个紧固件中的所述紧固件穿过所述一对间隔开的凸缘中的所述第一个中的所述第一对外部调节开口中的第二个，并且被固定在所述胸板构件的所述第一侧表面内延伸的所述一对外部开口中的所述对准的一个内。

14.根据权利要求12所述的脊柱组件，其中，被限定在所述间隔开的凸缘中的所述第一个和所述第二个中的所述一个或多个调节开口各自包括一对中间调节开口、第一对外部调节开口和第二对外部调节开口，

其中，被限定在所述胸板构件中的所述一个或多个附加开口包括在所述中心开口的任一侧上在所述第一侧表面内延伸的第一对外部开口和在所述第一侧表面内延伸的第二对中间开口，其中所述一对中间开口中的每一个相应的中间开口被定位在所述中心开口和所述一对外部开口中的一个之间，

其中，被限定在所述胸板构件中的所述一个或多个附加开口包括在所述中心开口的任一侧上在所述第二侧表面内延伸的第一对外部开口和在所述第二侧表面内延伸的第二对中间开口，其中所述一对中间开口中的每一个相应的中间开口被定位在所述中心开口和所述一对外部开口中的一个之间，并且

其中，所述至少一个紧固件中的所述紧固件穿过所述一对间隔开的凸缘中的所述第一个中的所述一对中间调节开口中的一个，并且被固定在所述胸板构件的所述第一侧表面内延伸的所述一对中间开口中的对准的一个内，并且其中，所述至少一个紧固件中的所述附加紧固件穿过所述一对间隔开的凸缘中的所述第二个中的所述一对中间调节开口中的一个并且被固定在所述胸板构件中的所述第二侧表面内延伸的所述一对中间开口中的对准的一个内。

15.一种用于将用于在碰撞试验模拟中使用的拟人化试验装置的脊柱组件固定在期望角位置的方法，所述脊柱组件包括上部脊柱组件、下部脊柱组件、脊柱调节关节和至少一个紧固件；所述脊柱调节关节包括被联接到所述上部脊柱组件的上部托架、被联接到所述下部脊柱组件的下部托架；关节构件，所述关节构件具有由弹性体材料形成的弹性体部件和被联接到所述弹性体部件的胸板构件；

所述方法包括：

将所述上部托架相对于所述下部托架枢转到期望角位置以相对于所述下部脊柱组件调节所述上部脊柱组件；并且

使所述至少一个紧固件中的一个紧固件穿过所述上部托架和所述下部托架中的一个，并且将所述至少一个紧固件安装到所述关节构件以将所述上部脊柱组件固定在相对于所述下部脊柱组件的所述期望角位置。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述上部托架包括从基座部分延伸的一对间隔开的凸缘，

其中，所述一对间隔开的凸缘中的第一个限定一个或多个调节开口，并且其中，所述胸板构件进一步限定在第一侧表面内延伸的一个或多个附加开口，并且

其中，所述至少一个紧固件穿过所述间隔开的凸缘中的所述第一个中的所述一个或多个调节开口中的一个，并且被固定在所述胸板构件的所述第一侧表面内延伸的所述一个或多个开口中的对准的一个内，以将所述上部脊柱组件固定在相对于所述下部脊柱组件的所述期望角位置。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，所述一对间隔开的凸缘中的第二个限定一个或多个调节开口，并且其中，所述胸板构件进一步限定在第二侧表面内延伸的一个或多个附加开口，并且其中，所述脊柱组件包括至少一个附加紧固件，并且

其中，所述方法进一步包括：

使所述至少一个附加紧固件中的一个附加紧固件穿过所述间隔开的凸缘中的所述第二个的所述一个或多个调节开口中的一个，并且将所述一个附加紧固件固定在所述胸板构件的所述第二侧表面内延伸的所述一个或多个开口中的对准的一个内，以将所述上部脊柱组件固定在相对于所述下部脊柱组件的所述期望角位置。