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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das technische Gebiet der Verbesserung der Straßenverkehrssicherheit mittels einer Simulation von Verkehrsunfällen und/oder des Überprüfens der Funktion von Fahrerassistenzsystemen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Dummy-Objekt, welches für simulierte Verkehrsunfälle und/oder zum Überprüfen der Funktion von Fahrerassistenzsystemen verwendet werden kann und welches zumindest einen Rumpf, bewegbare Arme und bewegbare Beine aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Zum Überprüfen der Verkehrssicherheit von (Kraft)Fahrzeugen ist es bekannt Verkehrsunfälle mittels speziellen Crash-Tests zu simulieren. Bei bestimmten Arten von Crash-Tests befindet sich ein Dummy-Objekt innerhalb eines bewegten Objekts, welches ein Fahrzeug darstellt. Das Dummy-Objekt stellt dann den Fahrzeuglenker oder den Beifahrer des Fahrzeugs dar. Bei anderen Arten von Crash-Tests trifft ein bewegtes Objekt, welches ein Fahrzeug darstellt, auf ein Dummy-Objekt. In diesem Fall stellt das Dummy-Objekt beispielsweise einen Fußgänger oder einen Radfahrer dar, welcher sich im Vergleich zu dem Fahrzeug mit einer üblicherweise geringeren Geschwindigkeit bewegt.
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Andere Ansätze zum Verbessern der Verkehrssicherheit basieren auf sog. Fahrerassistenzsystemen, welche in Kraftfahrzeugen eingebaut werden. Solche Fahrerassistenzsysteme weisen geeignete Sensorsysteme auf, die in der Lage sind, die räumliche Umgebung des (fahrenden) Kraftfahrzeugs zu erfassen und zu erkennen. Derartige Fahrerassistenzsysteme sollen kritische Verkehrssituationen erkennen und den Fahrzeuglenker warnen, sodass Unfälle vermieden werden können. Des Weiteren können Fahrerassistenzsysteme Unfallfolgen vermeiden oder zumindest abschwächen, indem bestimmte Komponenten des Fahrzeuges, wie beispielsweise Bremsen, die Lenkung oder Airbags, situationsangepasst aktiviert werden.
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Aus der
US 2005/0155441 A1 ist ein System zur Simulation von Kollisionen eines Dummy-Objektes mit einem Kraftfahrzeug bekannt. Das Dummy-Objekt ist mittels Seilen an einem Schienensystem aufgehängt und kann quer zur Fahrtrichtung eines herannahenden Kraftfahrzeuges bewegt werden. Das Dummy-Objekt imitiert einen menschlichen Körper und weist einen Kopf, einen Hals, einen Rumpf sowie Arme und Beine auf.
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Bei einem zuverlässigen Überprüfen der Funktionsfähigkeit von Fahrerassistenzsystemen sollte berücksichtigt werden, dass das Bewegungsverhalten beispielsweise von Fußgängern im Straßenverkehr jedoch relativ komplex ist, was in der Realität eine Erfassung und eine Erkennung eines Fußgängers erschwert. In diesem Zusammenhang kann grundsätzlich zwischen drei Bewegungsgrundformen unterschieden werden: Gehen, Laufen und Rennen.
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Gehen ist die Bewegungsgrundform, die im Straßenverkehr am häufigsten anzutreffen ist. Dabei berührt immer ein Fuß den Boden, der jeweils andere Fuß setzt vor dem Rumpf auf, die Gliedmaßen sind annähernd gestreckt und der Oberkörper bleibt im Wesentlichen gerade.
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Bei der Bewegungsgrundform Laufen sind kurzzeitig beide Füße ohne Bodenkontakt und die Schrittweite ist größer als beim Gehen. Der eine Fuß setzt meist direkt unter dem Rumpf auf, der Oberkörper bleibt weitgehend gerade oder befindet sich in leichter Vorlage. Die Geschwindigkeit kann abhängig von der körperlichen Fitness der betreffenden Person über einen längeren Zeitraum konstant sein. Sehr häufig sind im Straßenverkehr laufende Kinder anzutreffen, welche anfangs durch ein Objekt wie beispielsweise ein parkendes Fahrzeug verdeckt sind.
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Bei der dritten Bewegungsgrundform, dem Rennen, kann die Geschwindigkeit nur über einen relativ kurzen Zeitraum aufrecht erhalten werden. Die meiste Zeit haben beide Füße keinen Bodenkontakt. Ein Bodenkontakt wird dadurch hergestellt, dass der jeweilige Fuß unter dem Rumpf mit dem Fußballen auf den Boden aufsetzt. Ferner ist bei der Bewegungsgrundform Rennen die Schrittweite sehr groß und der Oberkörper verlagert sich deutlich nach vorne.
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Bei aktiven Fahrerassistenzsystemen, welche die Fahrzeuginsassen entweder vor gefährlichen Situationen warnen oder selbstständig in das Fahrgeschehen eingreifen, ist es erforderlich, ihre Funktionsfähigkeit mit geeigneten Methoden unter Verwendung von Dummy-Objekten zu prüfen. Es sind Prüfmethoden und Dummy-Objekte erforderlich, die möglichst realitätsnah mögliche Verkehrssituationen wiedergeben.
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Bei einer Fußgängererkennung wird der Detektionsvorgang üblicherweise in zwei Schritten durchgeführt. Bei einem ersten Schritt, der sog. Initialdetektion, ist es wichtig, dass möglichst alle Fußgänger in einem relevanten Umgebungsbereich des Fahrzeugs erfasst werden. Dabei wird in Kauf genommen, dass Objekte auch fehlerhaft als mögliche Fußgänger detektiert werden. Beim darauffolgenden zweiten Schritt, der sog. Klassifikation, werden die detektierten Objekte als Fußgänger oder als Nicht-Fußgänger klassifiziert. Zur Klassifikation werden zeitabhängige Merkmale der detektierten Objekte, wie zum Beispiel Beinbewegungen, zur Zuordnung verwendet. Werden nun zweidimensionale Testobjekte, wie sie beispielsweise aus der
DE 10 2008 025 539 A1 bekannt sind, als Dummy-Objekte verwendet, dann kann sich beispielsweise bei der Nachstellung einer einfachen Fußgängerüberquerung der Ansichtswinkel des Dummy-Objekts bei einem Annähern des Fahrzeuges um bis zu 60° ändern. Dabei würde ein zweidimensionales Objekt von einer nur die Silhouette beschreibenden Kontur in näherungsweise eine Linienkontur übergehen. Dies würde bei der Entwicklung und Überprüfung von Fahrerassistenzsystemen zu falschen Daten führen. Es ist daher wichtig, Dummy-Objekte dreidimensional und möglichst menschenähnlich zu auszubilden sowie möglichst realitätsnah zu bewegen. Ferner ist es gewünscht, ein Dummy-Objekt so robust zu konstruieren, dass es für eine Vielzahl von Crash-Tests verwendet werden kann. Nur so können die Kosten für aussagefähige Crash-Tests gering gehalten werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Dummy-Objekt zu schaffen, welches menschenähnlich ausgebildet und bewegt werden kann und welches ferner eine hohe Robustheit bzw. Festigkeit aufweist, so dass es zerstörungsfrei für eine Vielzahl von realitätsnahen Crash-Tests verwendet werden kann.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Dummy-Objekt, insbesondere zur Funktionsüberprüfung von Fahrerassistenzsystemen für Fahrzeuge beschrieben. Das beschriebene Dummy-Objekt weist auf (a) einen Rumpf, (b) zumindest eine Extremität, welche einen Arm oder ein Bein darstellt, wobei die Extremität aufweist (b1) einen proximalen Extremitätsteil, welcher an dem Rumpf gelenkig angebracht ist, und (b2) einen distalen Extremitätsteil, welcher an dem proximalen Extremitätsteil gelenkig angebracht ist, und (c) zumindest einen Antrieb, welcher in dem Rumpf angeordnet ist und welcher eingerichtet ist, den proximalen Extremitätsteil relativ zu dem Rumpf zu bewegen. Bei dem beschriebenen Dummy-Objekt ist der proximale Extremitätsteil derart bewegbar, dass mittels einer Ausnutzung der Massenträgheit des zugeordneten distalen Extremitätsteils eine Bewegung des distalen Extremitätsteils erzeugbar ist, welche mit der Bewegung des proximalen Extremitätsteils korreliert ist.
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Dem mit dem ersten Aspekt der Erfindung beschriebenen Dummy-Objekt liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine realitätsnahe Bewegung einer gesamten Extremität bereits mittels eines einzigen Antriebs, welcher den proximalen Extremitätsteil zu einer Schwenkbewegung antreibt, und unter Vermeidung von aufwendigen mechanischen Elementen, welche für eine Korrelation zwischen der (Schwenk)Bewegung des proximalen Extremitätsteils und der (Schwenk)Bewegung des distalen Extremitätsteils sorgen, realisiert werden kann. Die (Schwenk)Bewegung des distalen Extremitätsteils wird bei dem hier beschriebenen Dummy-Objekt nämlich dadurch realisiert, dass die Massenträgheit des distalen Extremitätsteils, welches sich abgesehen von einer mehr oder weniger starken Reibung zumindest in einem mittleren (Schwenk)Bewegungsbereich frei bewegen kann, ausgenutzt wird. Es können somit auch ohne einen separaten Antrieb für die Bewegung des distalen Extremitätsteils und/oder ohne eine aufwändige mechanische Kopplung (beispielsweise mittels Zahnrädern, Hebelstangen und/oder einer Seil- und/oder Kulissenführung) zwischen den Bewegungen der beiden Extremitätsteile realitätsnahe Bewegungen auch des distalen Extremitätsteils nachgebildet werden.
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Zur Erzeugung einer realitätsnahen Bewegung der gesamten Extremität ist also abgesehen von einer geeigneten gelenkigen Verbindung zwischen beiden Extremitätsteilen lediglich ein Antrieb für den proximalen Extremitätsteil erforderlich. Dieser Antrieb kann in dem Rumpf angeordnet sein, wo es im Gegensatz zu den Extremitäten, welche außerdem bei einem Crash-Test besonders hohen mechanischen Beanspruchungen (insbesondere Erschütterungen und/oder hohen Beschleunigungen) ausgesetzt sind, gute Möglichkeiten zum Schützen des Antriebs vor größeren mechanischen Belastungen und Beschädigungen gibt.
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Der Antrieb kann beispielseise ein elektrischer Antrieb sein, welcher von einer elektrischen Energiequelle, beispielsweise einer wiederaufladbaren Batterie (Akku) mit elektrischer Energie versorgt wird. Bevorzugt kann die elektrische Energiequelle ebenfalls geschützt vor mechanischen Erschütterungen und/oder Beschleunigungen in dem Rumpf angeordnet sein. Dabei können Antrieb und Energiequelle und ggf. auch eine Steuerung bzw. eventuelle Empfangseinheiten in dem Rumpf in einer Schutzkapsel beispielsweise aus Kunstharz eingegossen werden. Diese Kapsel kann dann mit Schaumelementen beispielsweise aus expandiertem Polyethylen (EPE) und/oder aus expandiertem Polypropylen (EPP) umhüllt werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass das beschriebene Dummy-Objekt bevorzugt nicht nur eine Extremität sondern zwei, drei und insbesondere vier Extremitäten aufweist. Insbesondere im Falle von vier Extremitäten kann ein Mensch realitätsnah nachgebildet werden, wobei dann zwei Extremitäten die Arme und die anderen beiden Extremitäten die Beine eines Menschen darstellen. Im Falle von mehreren Extremitäten kann das Dummy-Objekt selbstverständlich auch mehrere Antriebe aufweisen, wobei die Anzahl der Extremitäten und die Anzahl der Antriebe gleich sein sollten.
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Es wird darauf hingewiesen, dass im Falle eines Dummy-Objekts mit vier Extremitäten und vier Antrieben zwei, drei oder alle vier Antriebe mittels eines gemeinsamen zentralen Antriebs realisiert werden können. Die zwei, drei oder vier (dezentralen) Antriebe sind dann mit dem gemeinsamen zentralen Antrieb mechanisch koppelbar. Eine individuelle Bewegung des jeweiligen proximalen Extremitätsteils kann dann dadurch realisiert werden, dass der jeweilige dezentrale Antrieb selektiv dem zentralen gemeinsamen Antrieb auf mechanische Weise zugeschaltet wird.
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Unter dem Begriff Extremität ist in diesem Dokument ein Bein oder ein Arm des dem menschlichen Körper nachgebildeten Dummy-Objekts zu verstehen. Unter dem Begriff proximaler Extremitätsteil ist demzufolge der Oberschenkel oder der Oberarm des Dummy-Objekts zu verstehen. In entsprechender Weise ist unter dem Begriff distaler Extremitätsteil der Unterschenkel oder der Unterarm des dem menschlichen Körper nachgebildeten Dummy-Objekts zu verstehen.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Dummy-Objekt ferner einen mechanischen Anschlag auf, welcher einem Gelenk zwischen dem proximalen Extremitätsteil und dem zugeordneten distalen Extremitätsteil zugeordnet ist. Dieser mechanische Anschlag, welcher zu einer Winkelbegrenzung bzgl. der Schwenkbewegung des distalen Extremitätsteils an dem selbst schwenkbaren proximalen Extremitätsteil führt, kann dazu verwendet werden, dass die natürliche Bewegung der gesamten Extremität besonders gut nachgebildet werden kann. Insbesondere kann der mechanische Anschlag dazu führen, dass sich die Richtung der Schwenkbewegung des distalen Extremitätsteils bei einem Erreichen des mechanischen Anschlags automatisch umkehrt, ohne dass dazu irgendwelche weiteren mechanischen Stellelemente benötigt werden.
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Bevorzugt weist das Dummy-Objekt ferner einen weiteren mechanischen Anschlag auf, welcher ebenfalls dem Gelenk zwischen dem proximalen Extremitätsteil und dem zugeordneten distalen Extremitätsteil zugeordnet ist. Auch dieser weitere mechanische Anschlag kann zu einer gewünschten Richtungsumkehr der Schwenkbewegung des distalen Extremitätsteils bei einem Erreichen des Weiteren mechanischen Anschlags ausgenutzt werden. Dadurch kann auf einfach Weise die natürliche Bewegung der gesamten Extremität noch besser nachgebildet werden. Weitere Stellelemente (mechanisch und/oder elektrisch) im Bereich der Verbindung zwischen dem proximalen Extremitätsteil und dem distalen Extremitätsteil sind dabei nicht erforderlich. Dadurch wird die oben beschriebene hohe mechanische Robustheit des beschriebenen Dummy-Objekts in keiner Weise negativ beeinträchtigt.
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Falls das proximale Extremitätsteil der Oberschenkel und das zugeordnete distale Extremitätsteil der Unterschenkel ist, dann handelt es sich bei dem Gelenk zwischen diesen beiden Extremitätsteilen um das Kniegelenk. In entsprechender Weise handelt es sich bei dem Gelenk zwischen dem proximalen Oberarm und dem distalen Unterarm um den Ellenbogen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass bevorzugt die beiden Kniegelenke mit dem hier beschriebenen Anschlag oder mit den beiden hier beschriebenen Anschlägen ausgestattet sind, welcher bzw. welche in automatischer Weise eine Winkelbegrenzung und eine Richtungsumkehr der Schwenkbewegung des Unterschenkels bewirken. Da der Bereich der Beine und insbesondere der Bereich des Knies bei realitätsnahen Crash-Tests einer besonders hohen mechanischen Belastung ausgesetzt ist, trägt die Nachbildung der menschlichen Gehbewegung basierend lediglich auf der Trägheit des Unterschenkels in Verbindung mit dem zumindest einen mechanischen Anschlag dazu bei, dass das in diesem Dokument beschriebene Dummy-Objekts mittels einer besonders robusten Konstruktion realisiert werden kann.
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Es ist jedoch offensichtlich, dass alternativ oder in Kombination auch die beiden Ellenbogengelenke jeweils mit einem oder mit zwei mechanischen Anschlägen versehen werden können, um die Robustheit des Dummy-Objekts auch in dem oberen Teil des Dummy-Objekts zu erhöhen.
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Es wird darauf hingewiesen, dass im Falle eines Dummy Objekts mit mehreren Extremitäten nicht alle Extremitäten mit einer Beweglichkeit ausgestattet sein müssen, welche durch Ausnutzung der Massenträgheit des distalen Extremitätsteils eine natürliche Nachnildung einer menschlichen Bewegung ermöglicht. Insbesondere kann zumindest eine Extremität bei Bedarf auch starr ausgeführt sein. Damit kann eine vordefinierte Winkelstellung beispielsweise eines stehenden Objekts nachgebildet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Dummy-Objekt ferner einen Haltemechanismus auf, welcher dem Gelenk zwischen dem proximalen Extremitätsteil und dem zugeordneten distalen Extremitätsteil zugeordnet ist und welcher derart ausgebildet ist, dass nach einer von dem mechanischen Anschlag veranlassten Richtungsumkehr und einer darauffolgenden vorbestimmten Bewegung des distalen Extremitätsteils in der umgekehrten Richtung eine vorbestimmte Haltewinkellage zwischen dem proximalen Extremitätsteil und dem distalen Extremitätsteil solange erhalten bleibt, bis eine Haltekraft des Haltemechanismus durch die mit einer erneuten Richtungsumkehr verbundene Trägheitskraft des distalen Extremitätsteils überwunden wird.
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Anschaulich ausgedrückt kann der beschriebene Haltemechanismus dafür sorgen, dass die Winkellage zwischen dem proximalen Extremitätsteil und dem distalen Extremitätsteil nach einer Richtungsumkehr der Schwenkbewegung des distalen Extremitätsteils vorrübergehend in einer vorbestimmten Winkellage verbleibt, bis diese Winkellage durch eine (erneute) Richtungsumkehr der Schwenkbewegung des proximalen Extremitätsteils und die damit verbundene Trägheitskraft wieder verlassen wird. Dabei ist es erforderlich, die Haltekraft des Haltemechanismus so zu dimensionieren, dass bei einem üblichen Bewegungsablauf zum Einen die gewünschte Haltewirkung erreicht wird und zum Anderen sich der distale Extremitätsteil genau dann aus seiner in Bezug zu dem proximalen Extremitätsteil temporär festgelegten Winkellage lösen kann, wenn es für einen natürliche Bewegung der betreffenden Extremität erforderlich ist.
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Der verwendete Ausdruck der "vorbestimmten Bewegung" kann insbesondere dahingehend verstanden werden, dass sich der distale Extremitätsteil um vorbestimmten Schwenkwinkel bewegt. Insbesondere bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit jeweils zwei mechanischen Anschlägen kann der vorbestimmte Schwenkwinkel durch den Winkelabstand zwischen beiden mechanischen Anschlägen bestimmt sein. Dies bedeutet, dass sich die vorbestimmte Bewegung des distalen Extremitätsteils nach seiner Richtungsumkehr über den gesamten verfügbaren Winkelbereich erstreckt. Dies erleichtert zum einen die mechanische Konstruktion des betreffenden Gelenks und verbessert zum anderen die Reproduzierbarkeit des Bewegungsablaufs der betreffenden Extremität.
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Es wird darauf hingewiesen, dass der vorstehend beschriebene Haltemechanismus bevorzugt jeweils an den beiden Beinen des Dummy-Objekts bzw. an den beiden Kniegelenken vorgesehen ist. Der beschriebene Haltemechanismus kann jedoch alternativ oder in Kombination auch an den beiden Armen bzw. den beiden Ellenbogengelenken des Dummy-Objekts vorgesehen sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Haltemechanismus ein magnetisches Element auf. Dies hat den Vorteil, dass der Haltemechanismus zumindest annähernd verschleißfrei arbeiten kann. Dadurch kann eine lange Lebensdauer des beschriebenen Dummy-Objekts erreicht und/oder Wartungsintervalle für das Dummy-Objekt entsprechend lang gewählt werden, ohne dass ein unnatürlicher Bewegungsablauf der betreffenden Extremität zu besorgen wäre.
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Das magnetische Element kann ein permanentmagnetisches Material aufweisen und mit einem weiteren magnetischen Element wechselwirken. Dabei können sich die beiden magnetischen Elemente berühren, wenn der Haltemechanismus aktiviert ist und die vorbestimmte Haltewinkellage zwischen dem proximalen Extremitätsteil und dem distalen Extremitätsteil gegeben ist.
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Der beschriebene magnetische Haltemechanismus kann auf besondere einfache Weise realisiert werden, indem eines der beiden magnetischen Elemente an dem proximalen Extremitätsteil und das andere der beiden magnetischen Elemente an dem distalen Extremitätsteil angebracht ist.
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Die Verwendung eines magnetischen Elements hat den Vorteil, dass der Haltemechanismus einfach und in einer besonders kompakten Bauform realisiert werden kann. Dabei können sich ferner Gewichtsvorteile ergeben, so dass das gesamte Dummy-Objekt in einer besonders leichten Bauweise realisiert werden kann.
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Die Magnetkraft kann auf einfache Weise mittels einer räumlichen Justierung der Relativlage zwischen dem magnetischen Element und dem weiteren magnetischen Element, welches mit dem Magneten wechselwirkt, eingestellt werden. Dies erfolgt bevorzugt dann, wenn der Haltemechanismus aktiviert ist und sich die vorbestimmte Haltewinkellage zwischen dem proximalen Extremitätsteil und dem distalen Extremitätsteil eingestellt hat.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind der proximale Extremitätsteil und der zugeordnete distale Extremitätsteil jeweils mittels einer Sandwichstruktur realisiert, welche zwei dreidimensionale Volumenelemente und ein flächiges faserverstärktes Material aufweist, das sich zwischen den beiden dreidimensionalen Volumenelementen befindet.
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Somit können auch die Extremitäten des Dummy-Objekts auf einfache Weise als dreidimensionale Bauteile realisiert werden, welches eine naturgetreue Nachbildung eines menschlichen Körpers ermöglicht. Die beiden dreidimensionalen Volumenelemente können mit dem flächigen faserverstärkten Material (mechanisch oder thermisch stabil) verklebt sein.
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Das flächige faserverstärkte Material kann eine Dicke von beispielsweise 0,1 mm bis 2 mm aufweisen. Die Ebene, entlang welcher sich das flächige faserverstärkte Material erstreckt, ist bevorzugt parallel zu der Ebene orientiert, innerhalb der die Schenkbewegungen des betreffenden proximalen Extremitätsteils und des betreffenden distalen Extremitätsteils stattfinden. Anders ausgedrückt stehen die Achsen der betreffenden Schenkbewegungen senkrecht zu der Oberfläche dieser Ebene.
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Das flächige faserverstärkte Material weist typischerweise verglichen mit dem Material der dreidimensionalen Volumenelemente eine deutlich größere Steifigkeit auf. Dies gilt auch in Anbetracht der deutlich größeren Dicken der dreidimensionalen Volumenelemente im Vergleich zu der Dicke des flächigen faserverstärkten Materials. Daraus kann sich in vorteilhafter Weise eine hohe Biegsamkeit der beiden Extremitätsteile um eine Achse ergeben, welche innerhalb oder parallel zu der o.g. Ebene verläuft. Demzufolge können sich die beiden Extremitätsteile entlang einer Richtung besonders gut und bevorzugt elastisch verbiegen, welche Richtung bei Verbiegungen vorkommt, die bei einem seitlichen Auftreffen eines Fahrzeugs auf die betreffende Extremität des beschriebenen Dummy-Objekts auftreten. Dadurch können mit dem beschriebenen Dummy-Objekt besonders gut Crash-Test vorgenommen werden, welche beispielsweise einen seitlichen Aufprall eines Fahrzeugs auf einen Fußgänger simulieren.
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Die Fasern des faserverstärkten Materials können insbesondere synthetische Fasern wie zum Beispiel Polyamid-, Aramid-, Polyethylen-, Polypropylen- oder Polyesterfasern sein. Die dreidimensionalen Volumenteile können Formteile aus expandiertem Polyethylen (EPE) und/oder aus expandiertem Polypropylen (EPP) sein und so dimensioniert sein, dass möglichst realitätsnahe Nachbildungen der entsprechenden menschlichen Extremitäten entstehen. Auch Polyurethan (PU)-, Polystyrol (EPS)- und/oder Polyethylentherephtalat (PET)-Schaum können verwendet werden, um die dreidimensionalen Volumenteile herzustellen. Die dreidimensionalen Volumenteile aus EPE, EPP, PU, EPS oder PET können in Form von Block-geschäumten und/oder geschnittenen Platten realisiert sein.
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Die Verwendung der beschriebenen Sandwichstruktur kann insbesondere dann von Vorteil sein, wenn das Dummy-Objekt ohne große Änderungen seiner Größe bei verschiedenen Temperaturen zum Einsatz kommen soll. Die Fasern des faserverstärkten Materials können nämlich dafür sorgen, dass die thermische Ausdehnung des betreffenden Extremitätsteils auch dann gering ist, wenn das Material der dreidimensionalen Volumenelemente einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Aufgrund seiner besonders hohen Steifigkeit und geringen Wärmeausdehnung wird das faserverstärkte Material dann dafür sorgen, dass sich (bei einer festen flächigen Verbindung zwischen dem flächigen faserverstärkten Material und dem angrenzenden dreidimensionalen Volumenelement) das dreidimensionale Volumenelement entlang der Ebene des flächigen faserverstärkten Materials in einem komprimierten Zustand befindet. Dies gilt insbesondere für die o.g. synthetischen Fasern, welche infolge ihrer großen Steifigkeit und ihres geringen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auch bei starken Temperaturänderungen die Länge der Extremitätsteile weitgehend konstant halten.
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Die Sandwichstruktur ist bevorzugt in Bezug zu dem mittigen flächigen faserverstärkten Material symmetrisch. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die beiden angrenzenden dreidimensionalen Volumenelemente eine gleiche Dicke aufweisen. Der "thermische Schwerpunkt" und der "elastische Schwerpunkt" sollten in der Ebene des faserverstärkten Materials zu liegen kommen. Dies hat nämlich den Vorteil, dass es bei einer Temperaturänderung auch bei stark unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten des flächigen faserverstärkten Materials im Vergleich zu dem Material der angrenzenden dreidimensionalen Volumenelemente nicht zu einer Verbiegung des entsprechenden Extremitätsteils kommt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass auch andere Teile des beschriebenen Dummy-Objekts mittels geeigneten Sandwichstrukturen realisiert werden können. Insbesondere bei breiteren Körperteilen wie z.B. dem Kopf oder dem Rumpf ist es ferner möglich, eine Sandwichstruktur bestehend aus mehreren Schichten zu verwenden. Dabei gilt bevorzugt, dass die Anzahl der Schichten, welche durch dreidimensionale Volumenteile gebildet werden, um eins größer ist als die Anzahl an flächigen faserverstärkten Materialien.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet das flächige faserverstärkte Material des proximalen Extremitätsteils mit dem flächigen faserverstärkten Material des distalen Extremitätsteils eine Überlappung, wobei die beiden flächigen faserverstärkten Materialien in dem zugeordneten Überlappungsbereich mittels einer Drehverbindung miteinander verbunden sind. Dadurch kann auf eine besonders einfache Weise ein menschliches Gelenk (Kniegelenk oder Ellenbogengelenk) zwischen den beiden Extremitätsteilen nachgebildet werden. Die Drehverbindung kann beispielsweise mittels eines Bolzens oder eines Stifts realisiert werden, wobei sich zumindest eines der beiden flächigen faserverstärkten Materialien um diesen Bolzen bzw. Stift drehen kann. Dabei stellt der Bolzen bzw. Stift die Drehachse für die resultierende Schwenkbewegung des distalen Extremitätsteils relativ zu dem proximalen Extremitätsteil dar.
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Bei der beschriebenen Konstruktion des Gelenkes zwischen den beiden Extremitätsteilen erstreckt sich aufgrund der Überlappung das flächige faserverstärkte Material entlang der gesamten Länge des betreffenden Extremität, wohingegen sich die dreidimensionalen Volumenelemente nicht über die gesamte Länge des betreffenden Extremitätsteiles erstrecken. Vielmehr befinden sich auf jeder Seite des flächigen faserverstärkten Materials zwei dreidimensionalen Volumenelemente, wobei eines dem proximalen Extremitätsteil und das andere dem distalen Extremitätsteil zugeordnet ist. Anders ausgedrückt sind die dreidimensionalen Volumenelemente in der Nähe des Gelenks unterbrochen. Dies hat den Vorteil, dass die Extremität an der Stelle des Gelenks bei einem seitlichen Aufprall eines Fahrzeugs im Rahmen eines Crash-Test besonders leicht einknicken kann, ohne dass der mechanische Verbund der gesamten Extremität beschädigt wird. Der Bereich des Gelenks bildet nämlich eine bevorzugte Einknickungsstelle, welche ein reversibles seitliches Einknicken der Extremität ermöglicht. Diese bevorzugte Einknickungsstelle ist insbesondere bei einem Bein des Dummy-Objekts von großem Vorteil, weil in der Höhe des Kniegelenks die meisten Kollisionen zwischen einem Fahrzeug und einem einen Fußgänger simulierenden Dummy-Objekt stattfinden bzw. beginnen. Durch die beschriebene Konstruktion des Gelenks kann somit die Robustheit des Dummy-Objekts auf einfache Weise deutlich verbessert werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung befindet sich die Überlappung in einem proximalen Abschnitt des distalen Extremitätsteils. Damit der Bewegungsablauf von einem menschlichen Arm und insbesondere von einem menschliches Bein besonders realitätsnah nachgebildet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das flächige faserverstärkte Material von einem der beiden Extremitätsteile im Bereich der Überlappung zwei Endflächenabschnitte auf, wobei das flächige faserverstärkte Material des anderen der beiden Extremitätsteile zwischen den beiden Endflächenabschnitten angeordnet ist. Dies kann insbesondere bedeuten, dass das flächige faserverstärkte Material des einen Extremitätsteils im Bereich der Überlappung mittels eines realen oder virtuellen Schnitts entlang der Ebene des flächigen faserverstärkten Materials aufgespalten ist, wobei die beiden resultierenden Endflächenabschnitte zusammen mit dem flächigen faserverstärkten Material des anderen der beiden Extremitätsteile eine Sandwichstruktur bilden. Dabei erstreckt sich bevorzugt die Drehverbindung über beide Endflächenabschnitte, so dass nicht nur die beiden Extremitätsteile sondern auch das Gelenk eine symmetrische Konstruktion darstellen, welche im Vergleich zu einer unsymmetrischen Konstruktion, bei der lediglich zwei einstückige flächige faserverstärkte Materialien überlappen, eine deutlich höhere mechanische Robustheit aufweisen.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Dummy-Objekt ferner auf (a) eine formschlüssige Verbindung, welche den proximalen Extremitätsteil drehfest mit einem Rotor des Antriebs verbindet, wobei die formschlüssige Verbindung entlang der Drehachse des Antriebs keine Zugkraft und/oder kein Biegemoment aufnehmen kann, und (b) eine elastische Zugeinrichtung, welche an dem proximalen Extremitätsteil angreift und diesen gegen den Rumpf zieht.
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Durch die elastische Zugeinrichtung, welche beispielsweise ein elastischer Gurt, ein Expandergummi und/oder ein elastisches Seil sein kann, wird dafür gesorgt, dass in einem Normalzustand des Dummy-Objekts (d.h. wenn gerade kein Aufprall stattfindet) die (keine Zugkraft und/oder kein Biegemoment aufnehmende) formschlüssige Verbindung bestehen bleibt. Durch eine geeignete Ansteuerung des betreffenden Antriebs können dann der proximale Extremitätsteil und ggf. auch unter der Ausnutzung der Massenträgheit (wie oben beschrieben) der entsprechende distale Extremitätsteil bewegt werden. Falls jedoch aufgrund eines Aufpralls eines Fahrzeug-Objekts auf das Dummy-Objekt größere Kräfte oder Momente auf das betreffende Extremitätsteil einwirken, dann kann die elastische Zugeinrichtung nachgeben und die formschlüssige Verbindung, welche selbst keine Zugkräfte und/oder keine Biegemomente aufnehmen kann, wird gelöst. Dadurch kann sich unmittelbar nach dem Aufprall die betreffende Extremität weitgehend frei relativ zum Rumpf bewegen, wobei ein Zusammenhalt zwischen der Extremität und dem Rumpf im Wesentlichen von der elastischen Zugeinrichtung und ggf. noch von einer Hülle des Dummy-Objekts bewirkt wird. Dadurch können Beschädigungen an dem Dummy-Objekt und insbesondere Beschädigungen an den gelenkigen Verbindungen zwischen den proximalen Extremitäten und dem Rumpf vermieden und damit die Robustheit des Dummy-Objekts weiter erhöht werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Dummy-Objekt ferner auf (a) zumindest eine weitere Extremität, welche einen Arm oder ein Bein darstellt, wobei auch die weitere Extremität aufweist (a1) einen proximalen Extremitätsteil, welcher an dem Rumpf gelenkig angebracht ist, und (a2) einen distalen Extremitätsteil, welcher an dem proximalen Extremitätsteil gelenkig angebracht ist, und (b) zumindest eine weitere formschlüssige Verbindung, welche den proximalen Extremitätsteil der weiteren Extremität drehfest mit einem Rotor des weiteren Antriebs verbindet, wobei die weitere formschlüssige Verbindung entlang der Drehachse des weiteren Antriebs keine Zugkraft und/oder kein Biegemoment aufnehmen kann. Dabei verbindet die elastische Zugeinrichtung zwei gleichartige proximale Extremitätsteile des Dummy-Objekts derart miteinander, dass die beiden gleichartigen proximalen Extremitätsteile des Dummy-Objekts gegeneinander gezogen werden.
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Unter dem Begriff gleichartige Extremitätsteile des Dummy-Objekts sind in diesem Zusammenhang abgesehen von einer ggf. vorhandenen Links-Rechts-Asymmetrie anatomisch gleiche Körperteile zu verstehen. Dies bedeutet, dass die beiden proximalen Extremitätsteile, welche jeweils einen Oberarm des Dummy-Objekts darstellen, gleich sind. In entsprechender Weise sind auch die beiden proximalen Extremitätsteile, welche jeweils einen Oberschenkel des Dummy-Objekts darstellen, gleich.
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Eine formschlüssige Verbindung im Sinne des hier und des zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiels kann insbesondere mittels zweier Verbindungselemente realisiert werden, welche hinsichtlich ihrer dreidimensionalen Kontur komplementär zueinander sind. Dabei ist eines der beiden Verbindungselemente dem Rumpf zugeordnet und mit einem Rotor des entsprechenden Antriebs (drehfest) verbunden. Das andere der beiden Verbindungselemente ist dem entsprechenden proximalen Extremitätsteil zugeordnet. Ein Verbindungselement kann beispielsweise mittels eines Vierkants oder eines Pyramidenstumpfes realisiert werden.
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Bevorzugt weist das Dummy-Objekt die elastische Zugeinrichtung im Bereich der Hüfte des Dummy-Objekts auf, weil hier bei Crash-Tests die stärksten mechanischen Belastungen des Dummy-Objekts auftreten. Dabei werden die beiden Oberschenkel (von unterschiedlichen Seiten aus) gegen den Rumpf gedrückt. Alternativ oder in Kombination weist das Dummy-Objekt eine weitere elastische Zugeinrichtung im Bereich der Hüfte des Dummy-Objekts auf, welche die beiden Oberarme gegen den Rumpf drückt, so dass die Robustheit des Dummy-Objekts weiter erhöht ist.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Dummy-Objekt ferner eine (flexible und/oder reißfeste) Hülle auf, welche zumindest den Rumpf und die zumindest eine Extremität umgibt. Die Hülle kann beispielsweise aus einem Stoff hergestellt sein, welcher das Dummy-Objekt in ähnlicher Weise umgibt wie eine Kleidung den menschlichen Körper, beispielsweise einen Fußgänger, umgibt. Der Stoff kann wasserdicht sein, so dass mit dem Dummy-Objekt auch Crash-Tests unter extremen Wetterbedingungen durchgeführt werden können.
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Die Hülle kann auf vorteilhafte Weise dazu beitragen, bei einem Aufprall die Extremitäten des Dummy-Objekts an dem Rumpf in flexibler oder gelenkiger Weise an dem Rumpf festzuhalten. Damit kann auf einfache Weise bei einem Aufprall ein Zereisen des Dummy-Objekts und insbesondere ein Abtrennen von zumindest einer Extremität verhindert werden.
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Die Hülle kann mehrteilig, insbesondere aus Hose und Oberteil, oder einteilig, analog einem Overall, ausgeführt sein. Ggf. können an der Hülle bzw. dem Overall noch Schuh-Nachbildungen und/oder Handschuhe vorgesehen sein, so dass ein menschlicher Körper noch realitätsnaher nachgebildet wird.
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Die Hülle kann zumindest in Teilbereichen aufblasbar sein. Dadurch können bei Bedarf bei einem geringen Gewicht des gesamten Dummy-Objekts menschliche Körperteile noch realitätsnäher nachgebildet werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Hülle Oberflächenbereiche auf, die der Oberfläche eines menschlichen Körpers, insbesondere der Oberfläche eines bekleideten menschlichen Körpers, hinsichtlich ihrer physikalischen Wahrnehmbarkeit nachgebildet sind.
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Die Hülle kann beispielsweise eine Beschichtung aufweisen, so dass das beschriebene Dummy-Objekt in zumindest ähnlicher Weise wie ein realer Mensch im Straßenverkehr von Sensorsystemen eines zu testenden Fahrerassistenzsystems erfasst wird. Dabei kann der Oberflächenbereich eine Beschichtung sein, welche in Bezug auf elektromagnetische Strahlung oder Schall ein ähnliches Absorptions- bzw. Reflexionsverhalten aufweist wie ein realer Mensch. Die elektromagnetische Strahlung können elektromagnetische Wellen in einem beliebigen Wellenlängenbereich sein, wobei der oder die Wellenlängenbereiche bevorzugt auf die Empfindlichkeit der Sensorsysteme des zu testenden Fahrerassistenzsystems abgestimmt sind. Abhängig von den verwendeten Sensorsystemen können beispielsweise Ultraviolettes Licht, sichtbares Licht, Infrarotes Licht, Radiowellen und/oder Radarwellen zur Erfassung des Dummy-Objekts eingesetzt und die Art der Beschichtung kann entsprechend angepasst werden.
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Die Hülle kann ferner elektrisch beheizbare Matten, beispielsweise Widerstandsheizmatten, aufweisen. Diese können derart beheizt werden, dass die Temperatur der beheizbaren Matte der Oberflächentemperatur der Haut eines realen Menschen entspricht, welche Haut nicht von Kleidung bedeckt ist. So können beispielsweise an den Stellen der distalen Extremitätsteile (Unterarme, Unterschenkel) elektrisch beheizbare Matten angebracht sein, um eine Erfassung der Fuß- und/oder Handpartien des Dummy-Objekts wie bei einem realen Menschen unter Verwendung von geeigneten Infrarotkamerasystemen zu gestatten. In entsprechender Weise kann eine Kopfpartie der Hülle beheizt werden, um auch den Kopf des Dummy-Objekts mittels eines Infrarotkamerasystems sichtbar zu machen.
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Die Außenseite der Hülle beispielsweise im Bereich der Kopfaußenseite und/oder in den Bereichen der distalen Extremitätsteile kann mit einem hautfarbenen Naturkautschuk oder Silikon versehen sein.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Dummy-Objekt ferner eine Anbindungseinrichtung auf, welche starr mit dem Rumpf verbunden ist und welche eingerichtet ist, das Dummy-Objekt mechanisch an ein Anbindungselement eines externen Bewegungssystems zu befestigen, mittels welchem das Dummy-Objekt bewegbar ist.
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Die Anbindungseinrichtung kann beispielsweise eine Stange sein, welche sich ausgehend von dem Rumpf bis über einen Kopf des Dummy-Objekts erstreckt. Die Anbindung des Dummy-Objekts an das Anbindungselement kann insbesondere mittels einer lösbaren Verbindung erfolgen, welche von einer Bedienperson leicht betätigt werden kann. Die Anbindung kann beispielsweise mittels einer Schraubverbindung, einer Klemmverbindung, einem Bajonettverschluss, magnetischer Verbindung oder ähnlichem erfolgen. Bevorzugt ist die Anbindungseinrichtung derart ausgebildet, dass das Dummy-Objekt an unterschiedliche Bewegungssysteme angekoppelt werden kann.
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Das Bewegungssystem kann insbesondere ein Teil einer Anlage zum Durchführen von Crash-Test und/oder zum Testen von Fahrerassistenzsystemen sein. Das Bewegungssystem kann innerhalb einer solchen Anlage insbesondere eine kontrollierte und reproduzierbare Bewegung des Dummy-Objekts ermöglichen.
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Das Bewegungssystem kann beispielsweise ein Schienensystem oder dergleichen aufweisen, wobei das Dummy-Objekt gehalten und durch die Bewegung beispielsweise einer Laufkatze bewegt wird. Das Dummy-Objekt kann zusätzlich zu der oben beschriebenen Anbindungseinrichtung bei Bedarf auch mit zusätzlichen Seilen, beispielsweise aus Aramid-Fasern, PP-Fasern oder PE-Fasern gehalten bzw. bewegt werden.
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Das Bewegungssystem kann auch ein auf einem Schienensystem positionierbares Gestell, ein am Boden angeordnetes Fahrpodest oder einen Wagen aufweisen, welcher in automatischer Weise beispielsweise unter Verwendung eines Schienen- oder Seilzugsystem bewegt werden kann.
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Bevorzugt erfolgt die mechanische Anbindung des Dummy-Objekts an das Bewegungssystem mittels Stange(n), Seil(en) und/oder sonstigen Elementen optisch möglichst unauffällig. Insbesondere können die entsprechenden mechanischen Anbindungselemente daher einen kleinen Querschnitt aufweisen. Ferner können diese Anbindungselemente aus einem "Radarunsichtbaren" Material hergestellt sein. Dadurch werden Messungen, welche von einem Fahrerassistenzsystem vorgenommen werden, möglichst wenig beeinträchtigt.
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Es wird darauf hingewiesen, dass durch zusätzliche Seile, welche das Dummy-Objekt mit dem Bewegungssystem verspannen, auch Schwingungen des Dummy-Objekts vermieden oder zumindest gedämpft werden können. Dadurch kann der Einfluss von Umweltbedingungen wie beispielsweise Wind weitgehend vermieden werden.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Dummy-Objekt ferner auf (a) eine Steuereinheit zum Steuern des Betriebs des zumindest einen Antriebs und (b) eine drahtlose Empfangseinrichtung zum Empfangen von Signalen, welche für den Betrieb des zumindest einen Antriebs indikativ sind. Dadurch kann die Bewegung der jeweiligen Extremität des Dummy-Objekts beispielsweise über eine Funkverbindung von außen gesteuert werden. So kann beispielsweise die Geschwindigkeit des Gehens, des Laufens und/oder des Rennens des Dummy-Objekts in ferngesteuerter Weise eingestellt werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Dummy-Objekt, insbesondere zur Funktionsüberprüfung von Fahrerassistenzsystemen für Fahrzeuge, beschrieben. Das beschriebene Dummy-Objekt weist auf (a) einen Rumpf, (b) zumindest eine Extremität, welche einen Arm oder ein Bein darstellt, wobei die Extremität aufweist (b1) einen proximalen Extremitätsteil, welcher an dem Rumpf gelenkig angebracht ist, und (b2) einen distalen Extremitätsteil, welcher an dem proximalen Extremitätsteil gelenkig angebracht ist, und (c) zumindest einen Antrieb, welche in dem Rumpf angeordnet ist und welcher eingerichtet ist, den proximalen Extremitätsteil relativ zu dem Rumpf zu bewegen. Bei dem beschriebenen Dummy-Objekt ist der proximale Extremitätsteil und der zugeordnete distale Extremitätsteil jeweils mittels einer Sandwichstruktur realisiert, welche zwei dreidimensionale Volumenelemente und ein flächiges faserverstärktes Material aufweist, das sich zwischen den beiden dreidimensionalen Volumenelementen befindet. Ferner bildet das flächige faserverstärkte Material des proximalen Extremitätsteils mit dem flächigen faserverstärkten Material des distalen Extremitätsteils eine Überlappung, wobei die beiden flächigen faserverstärkten Materialien in dem zugeordneten Überlappungsbereich mittels einer Drehverbindung miteinander verbunden sind.
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Dem mit diesem weiteren Aspekt der Erfindung beschriebenen Dummy-Objekt liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch eine in dem Bereich eines Gelenks zwischen dem proximalen Extremitätsteil und dem distalen Extremitätsteil vorhandene Unterbrechung der beiden dreidimensionalen Volumenelemente bei einem gleichzeitigen unterbrechungsfreien Durchgang der beiden miteinander überlappenden flächigen faserverstärkten Materialien entlang der gesamten Länge der betreffenden Extremität auf eine besonders einfache Weise ein menschliches Gelenk (Kniegelenk oder Ellenbogengelenk) zwischen den beiden Extremitätsteilen nachgebildet werden kann. Dies hat den Vorteil, dass die Extremität an der Stelle des Gelenks bei einem seitlichen Aufprall eines Fahrzeugs im Rahmen eines Crash-Test besonders leicht einknicken kann, ohne dass der mechanische Verbund der gesamten Extremität dauerhaft beschädigt wird. Der Bereich des Gelenks bildet nämlich eine bevorzugte Einknickungsstelle, welche ein reversibles seitliches Einknicken der Extremität ermöglicht. Das zusammenhängende flächige faserverstärkte Material hält dabei die beiden Extremitätsteile zusammen, so dass das Dummy-Objekt auch an seinen empfindlichen Stellen eine hohe mechanische Robustheit aufweisen kann.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Dummy-Objekt, insbesondere zur Funktionsüberprüfung von Fahrerassistenzsystemen für Fahrzeuge, beschrieben. Dieses Dummy-Objekt weist auf (a) einen Rumpf, (b) zumindest eine Extremität, welche einen Arm oder ein Bein darstellt, wobei die Extremität aufweist (b1) einen proximalen Extremitätsteil, welcher an dem Rumpf gelenkig angebracht ist, und (b2) einen distalen Extremitätsteil, welcher an dem proximalen Extremitätsteil gelenkig angebracht ist, und (c) zumindest einen Antrieb, welcher in dem Rumpf angeordnet ist und welcher eingerichtet ist, den proximalen Extremitätsteil relativ zu dem Rumpf zu bewegen. Dieses Dummy-Objekt weist ferner auf (d) eine formschlüssige Verbindung, welche den proximalen Extremitätsteil drehfest mit einem Rotor des Antriebs verbindet, wobei die formschlüssige Verbindung entlang der Drehachse des Antriebs keine Zugkraft und/oder kein Biegemoment aufnehmen kann, und (e) eine elastische Zugeinrichtung, welche an dem proximalen Extremitätsteil angreift und diesen gegen den Rumpf zieht.
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Bevorzugt sind bei diesem Dummy-Objekt zwei gleichartige Extremitätsteile jeweils mittels einer formschlüssigen Verbindung drehfest mit einem Rotor des jeweiligen Antriebs verbunden, wobei beide formschlüssigen Verbindungen entlang der Drehachse des jeweiligen Antriebs keine Zugkraft und/oder kein Biegemoment aufnehmen können. Ferner sind die beiden gleichen Extremitätsteile des Dummy-Objekts mittels einer elastischen Zugeinrichtung wie zum Beispiel einem Elastomerband und/oder einem Expanderseil miteinander derart verbunden, dass die beiden gleichen Extremitätsteile des Dummy-Objekts gegeneinander gezogen werden.
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Dem mit diesem weiteren Aspekt der Erfindung beschriebenen Dummy-Objekt liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Robustheit des Dummy-Objekts in Bezug auf die Anbindung der proximalen Extremitätsteile an den Rumpf durch eine lösbare Verbindung verbessert werden kann. Dabei wird das betreffende Extremitätsteil oder bevorzugt die beiden gleichartigen Extremitätsteile des Dummy-Objekts aufgrund der von der elastischen Zugeinrichtung ausgeübten Zugkraft gegen den Rumpf gedrückt, so dass in einem Normalzustand des Dummy-Objekts (d.h. wenn gerade kein Aufprall stattfindet) die (keine Zugkraft aufnehmende) formschlüssige Verbindung bestehen bleibt. Durch eine geeignete Ansteuerung des betreffenden Antriebs können dann der proximale Extremitätsteil und ggf. auch unter der Ausnutzung Massenträgheit (wie oben beschrieben) der entsprechende distale Extremitätsteil bewegt werden. Falls jedoch aufgrund eines Aufpralls eines Fahrzeug-Objekts auf das Dummy-Objekt größere Kräfte oder Momente auf das betreffende Extremitätsteil einwirken, dann kann die elastische Zugeinrichtung nachgeben und die formschlüssige Verbindung, welche selbst keine Zugkräfte aufnehmen kann, wird gelöst. Dadurch kann sich unmittelbar nach dem Aufprall die betreffende Extremität weitgehend frei relativ zum Rumpf bewegen, wobei die Verbindung zwischen der Extremität und dem Rumpf im Wesentlichen von der elastischen Zugeinrichtung und ggf. noch von einer Hülle des Dummy-Objekts bewirkt wird. Dadurch können Beschädigungen an dem Dummy-Objekt und insbesondere Beschädigungen an den gelenkigen Verbindungen zwischen den proximalen Extremitäten und dem Rumpf vermieden und damit die Robustheit des Dummy-Objekts weiter erhöht werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Aspekte der Erfindung beschrieben wurden. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Aspekt der Erfindung gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Aspekten der Erfindung gehören.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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1 zeigt in einer Schnittdarstellung ein aus einer Vielzahl von Sandwichstrukturen zusammengesetztes Dummy-Objekt.
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2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Hüftbereichs des in 1 dargestellten Dummy-Objekts.
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3 zeigt den Aufbau eines Kniegelenks mittels einer Überlappung zwischen zwei flächigen faserverstärken Materialien, wobei im Bereich der Überlappung eine Drehverbindung ausgebildet ist.
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4a bis 4e illustriert einen realitätsnahen Bewegungsablauf der unteren Extremitäten (Beine) eines Dummy-Objekts, wobei die Schwenkbewegungen der proximalen Extremitätsteile (Oberschenkel) von jeweils einem Antrieb bewirkt werden und die distalen Extremitätsteile (Unterschenkel) unter Ausnutzung ihrer Massenträgheit zu Schwenkbewegungen veranlasst werden, die mit der Schwenkbewegung des jeweils zugeordneten proximalen Extremitätsteils (Oberschenkel) korreliert sind.
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Detaillierte Beschreibung
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Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit einem Bezugszeichen versehen sind, welches sich von dem Bezugszeichen der gleichen oder zumindest funktionsgleichen Merkmale bzw. Komponenten lediglich in der ersten Ziffer unterscheidet. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
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Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
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1 zeigt ein Dummy-Objekt 100 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Dummy-Objekt 100 weist einen Rumpf 120, einen starr mit dem Rumpf verbundenen Kopf 120 und vier Extremitäten auf. Die Extremitäten sind ein linker Arm 130a, ein rechter Arm 130b, ein linkes Bein 150a und ein rechtes Bein 150b.
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An dem Kopf 120 befindet sich eine als Rohr ausgebildete Anbindungseinrichtung 122, welche eine Schnittstelle zu einem externen und in der Zeichnung nicht dargestellten Bewegungssystem darstellt. Das Bewegungssystem kann insbesondere ein Teil einer Anlage zum Durchführen von Crash-Test und/oder zum Testen von Fahrerassistenzsystemen sein. Das Bewegungssystem kann innerhalb einer solchen Anlage dafür sorgen, dass sich das Dummy-Objekt 100 in kontrollierter und reproduzierbarer Weise bewegt.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Anbindungseinrichtung 122 einen Magneten 124 auf, welcher an einem magnetischen Element eines bewegten Teils (beispielsweise eine Laufkatze) des nicht dargestellten externen Bewegungssystem angreifen kann. Der Magnet und das magnetischen Element sind magnetisch so stark, dass sie das Eigengewicht des gesamten Dummy-Objekts 100 tragen können.
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Sämtliche Körperteile des Dummy-Objekts 100 weisen jeweils eine in geeigneter Weise geformte Sandwichstruktur 131, 151, 170 auf. Abhängig von der Breite des jeweiligen Körperteils besteht die Sandwichstruktur aus einer oder aus mehreren flächigen faserverstärkten Materialien 174 und jeweils zwei an beiden Seiten des flächigen faserverstärkten Materials 174 mittels geeigneter Klebeverbindungen angebrachten dreidimensionalen Volumenelementen 172. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die flächigen faserverstärkten Materialien gewebeverstärkte Planen 174. Die dreidimensionalen Volumenelemente 172 sind Platten aus extrudierten oder Blockgeschäumten EPE oder EPP. Wie aus 1 ersichtlich, weisen gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Extremitäten 130a, 130b, 150a und 150b jeweils eine einfache Sandwichstruktur 131 bzw. 151 mit jeweils einer gewebeverstärkte Plane 174 auf. Der Rumpf 110 weist insbesondere im oberen Teil eine mehrfache Sandwichstruktur mit mehreren gewebeverstärkten Plane 176 auf.
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Wie aus 1 ersichtlich, weisen die beiden Arme 130a und 130b jeweils einen proximaler Extremitätsteil 132, welcher einen Oberarm des Dummy-Objekts 100 darstellt, und einen distalen Extremitätsteil 136 auf, welcher einen Unterarm des Dummy-Objekts 100 darstellt. Zwischen dem Oberarm 132 und dem Unterarm 136 ist ein (Ellenbogen)Gelenk 134 ausgebildet.
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In entsprechender Weise weisen die beiden Beine 150a und 150b jeweils einen proximaler Extremitätsteil 152, welcher einen Oberschenkel des Dummy-Objekts 100 darstellt, und einen distalen Extremitätsteil 156 auf, welcher einen Unterschenkel des Dummy-Objekts 100 darstellt. Zwischen dem Oberschenkel 152 und dem Unterschenkel 156 ist ein (Knie)Gelenk 154 ausgebildet.
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Das Dummy-Objekt 100 weist ferner insgesamt vier elektrische Antriebe 190 auf, wobei zwei Antriebe 190 dem Schulterbereich des Dummy-Objekts 100 und zwei Antriebe 190 dem Hüftbereich des Dummy-Objekts 100 zugeordnet sind. Genauer ausgedrückt ist jeweils ein Antrieb einem proximalen Extremitätsteil 132, 152 zugeordnet und kann das betreffende proximalen Extremitätsteil 132 bzw. 152 relativ zu dem Rumpf 110 derart bewegen, dass dieses eine Schwenkbewegung in einer Ebene senkrecht zu der Zeichenebene von 1 ausführt. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel können die einzelnen elektrischen Antriebe 190 unabhängig voneinander angesteuert werden, so dass im Ergebnis jeder proximale Extremitätsteil 132, 152 unabhängig von den anderen proximalen Extremitätsteilen 132, 152 bewegt werde kann.
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Es wird darauf hingewiesen, dass es auch Ausführungsformen des Dummy-Objekts geben kann, bei denen nicht alle Extremitäten bewegt werden können. In diesem Fall kann selbstverständlich auch auf den entsprechenden elektrischen Antrieb verzichtet werden. Ggf. können die betreffenden proximalen Extremitätsteile an unterschiedlichen Winkel- bzw. Schwenkpositionen relativ zu dem Rumpf festgestellt oder arretiert werden.
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Wie bereits erwähnt, weisen gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sämtliche Extremitätsteile 132, 136, 152 und 156 jeweils zwei EPE- oder EPP-Platten 172 auf, zwischen denen sich, mittels jeweils einer Klebeverbindung fixiert, die gewebeverstärkte Plane 174 befindet. Die gewebeverstärkte Plane 174 stellt eine mechanische Verstärkung dar. Im Bereich der Gelenke 134 und 154 ragt die gewebeverstärkte Plane 174 aus einem der beiden Extremitätsteile heraus und in den anderen der beiden Extremitätsteile hinein, so dass sich eine Überlappung zwischen den beiden gewebeverstärkten Planen 174 ergibt. Die genaue Art der Realisierung der Gelenke 134 und 154 wird nachfolgend für das Kniegelenk 154 anhand von 3 noch genauer erläutert.
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Um einen menschlichen Körper möglichst realitätsnah nachbilden zu können, weist das Dummy-Objekt ferner eine als Overall ausgebildete Hülle 180 auf, an der im Bereich der Hände zwei Handschuhe 182 und im Bereich der Füße zwei Schuhe 184 angebracht sind.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Overall 180 zumindest in einigen Teilregionen aufblasbar. Dadurch können bei einem geringen Gewicht des gesamten Dummy-Objekts menschliche Körperteile besonders realistisch nachgebildet werden.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Overall 180 zumindest in Teilbereichen eine Beschichtung auf, so dass das Dummy-Objekt 100 in zumindest ähnlicher Weise wie ein realer Mensch im Straßenverkehr von Sensorsystemen eines zu testenden Fahrerassistenzsystems erfasst werden kann. Außerdem können zumindest einige Teilbereiche des Overalls 180 beispielsweise unter Verwendung von elektrisch beheizbaren Matten erwärmt werden, so dass die Temperatur des Overalls 180 der Oberflächentemperatur der Haut eines realen Menschen entspricht, welche Haut nicht von Kleidung bedeckt ist.
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2 zeigt eine vergrößerte Ansicht des Hüftbereichs des Dummy-Objekts 100. Die Oberschenkel 152 sind jeweils mittels einer formschlüssigen Verbindung mit einem der Antriebe 190 verbunden. Die formschlüssigen Verbindungen sind jeweils mittels zweier Verbindungselemente 292a und 292b realisiert, welche in einem Normalzustand ineinander greifen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Verbindungselemente 292a, welches mit dem Antrieb verbunden ist, ein Pyramidenstumpf. Das andere Verbindungselement 292b, welches in der Sandwichstruktur 151 verankert ist, ist eine Ausnehmung, deren dreidimensionale Oberfläche zu dem Pyramidenstumpf komplementär ist. Es wird darauf hingewiesen, dass auch andere Geometrien wie beispielsweise eine Vierkant- oder eine Mehrkantstruktur verwendet werden können, um die formschlüssigen Verbindungen zu realisieren.
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Die formschlüssigen Verbindungen können lediglich Drehmomente übertragen, welche zu einer Schwenkbewegung des betreffenden Oberschenkels 152 in einer Ebene senkrecht zu der Zeichenebene führen. Eine Zugbelastung können die formschlüssigen Verbindungen nicht aufnehmen. Um trotzdem im Normalzustand (d.h. bis kurz vor einem Aufprall) des Dummy-Objekts eine formschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Verbindungselementen 292a und 292b zu gewährleisten, ist eine als elastischer Spanngurt ausgebildete elastische Zugeinrichtung 294 vorgesehen, welche zwischen den beiden Oberschenkeln 152 verspannt ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sorgen zwei verbreiterte Endstücke 294a des elastischen Spanngurts 294 dafür, dass dieser zuverlässig an den beiden Oberschenkeln 152 angebracht ist.
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Bei einer Querbelastung, welche insbesondere bei einem einen Fußgängerunfall simulierenden Aufprall eines Fahrzeugs auf das Dummy-Objekt auftreten kann, kann die Spannkraft des elastischen Spanngurtes 294 überwunden werden und die formschlüssige Verbindung zwischen den beiden Verbindungselementen 292a und 292b wird geöffnet. Dabei bleiben aufgrund der immer noch vorhandenen Zugwirkung durch den elastischen Spanngurt 294 die beiden Beine (und in entsprechender Weise auch die beiden Arme) an dem Rumpf des Dummy Objekts hängen.
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3 zeigt den Aufbau eines Kniegelenks 154 mittels einer Überlappung 376 zwischen zwei gewebeverstärkten Planen 174. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ragt die gewebeverstärkte Plane 174 des proximalen Extremitätsteils (Oberschenkel) 152 aus diesem heraus und zwischen den beiden dreidimensionalen Volumenelementen 172 des distalen Extremitätsteils (Unterschenkel) 156 in diesen hinein. In dem Bereich der Überlappung wird das Kniegelenk 154 dadurch realisiert, dass mittels eines Stifts 378, welche die Achse des Kniegelenks 154 bildet, eine Drehverbindung 378 hergestellt wird.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel weist die gewebeverstärkte Plane 174 des Oberschenkels 152 im Bereich der Überlappung 376 zwei Endflächenabschnitte auf, wobei die gewebeverstärkte Plane 174 des Unterschenkels 156 zwischen den beiden Endflächenabschnitten angeordnet ist. In dem Bereich der Überlappung 376 bilden also die beiden Endflächenabschnitte der Plane 174 des Oberschenkels 152 und die Plane 174 des Unterschenkels 156 eine Sandwichstruktur und sorgen dafür, dass nicht nur die beiden Extremitätsteile selbst sondern auch das Gelenk 154 mittels einer symmetrischen und damit besonders robusten mechanischen Konstruktion realisiert ist.
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Es wird darauf hingewiesen, das selbstverständlich auch die gewebeverstärkte Plane 174 des Unterschenkels 156 im Bereich der Überlappung 376 zwei Endflächenabschnitte aufweisen kann, zwischen welche die gewebeverstärkte Plane 174 des Oberschenkels 152 hineinragt.
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Um den Winkelbereich der Schwenkbewegung zwischen dem Oberschenkel 152 und den zugeordneten Unterschenkel 156 zu begrenzen, sind bei jedem Kniegelenk 154 zwei mechanische Anschläge, ein vorderer Anschlag 362 und ein hinterer Anschlag 364 vorgesehen. In 3 sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nur diejenigen Anschläge dargestellt, welche in der gezeigten Stellung aktiv sind.
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4a bis 4e illustriert einen realitätsnahen Bewegungsablauf der unteren Extremitäten (Beine) eines Dummy-Objekts gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dabei werden die Schwenkbewegungen der proximalen Extremitätsteile (Oberschenkel) von jeweils einem nicht dargestellten elektrischen Antrieb bewirkt. Die distalen Extremitätsteile (Unterschenkel) werden unter Ausnutzung ihrer Massenträgheit zu Schwenkbewegungen veranlasst, die mit der Schwenkbewegung des jeweils zugeordneten proximalen Extremitätsteils (Oberschenkel) derart korreliert sind, dass sich ein zumindest annähern natürlicher Bewegungsablauf ergibt.
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In den 4a bis 4e stellen die Kreise jeweils die (gleiche) Drehachse der beiden Hüftgelenke und die (verschiedenen) Drehachsen den beiden Kniegelenke dar.
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Die Quadrate stellen einen vorderen mechanischen Anschlag dar, welcher für eine vordere Winkelbegrenzung der Schwenkbewegung zwischen Oberschenkel und Unterschenkel sorgt. Die Dreiecke stellen einen hinteren mechanischen Anschlag dar, welcher für eine hintere Winkelbegrenzung der Schwenkbewegung zwischen Oberschenkel und Unterschenkel sorgt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit nur diejenigen mechanischen Anschläge dargestellt, welche in der jeweils gezeigten Stellung aktiv sind, d.h. für eine Winkelbegrenzung der Schwenkbewegung sorgen.
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Die drei geraden Pfeile in den 4b, 4c und 4e illustrieren in jeder Phase der Bewegung die Bewegungsrichtung des jeweiligen Oberschenkels. Die beiden gebogenen Pfeile in den 4a und 4d illustrieren eine Richtungsumkehr des Oberschenkels.
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Wie bereits vorstehend erläutert, werden zu Realisierung des dargestellten Bewegungsverlaufes ausschließliche die Oberschenkel aktiv angetrieben. Am Kniegelenk gibt es jeweils eine vordere und hintere Winkelbegrenzung, die durch einen vorderen bzw. einen hinteren mechanischen Anschlag bewirkt wird. Mit der Winkelbeschleunigung an der Richtungsumkehr der Oberschenkel (siehe 4a und 4d) werden die Unterschenkel durch deren Massenträgheit zur gegenüberliegenden Winkelbegrenzung bewegt. Um ein Verharren in dieser Position zu gewährleisten, ist an den Winkelbegrenzungen jeweils ein nicht separat dargestellter Magnethalter angebracht. Der Magnethalter ist hinsichtlich seiner Magnetkraft so dimensioniert, dass nach einer Richtungsumkehr und der Durchführung einer Schwenkbewegung bis hin zum gegenüberliegenden mechanischen Anschlag der Unterschenkel solange an dem Magnethalter des gegenüberliegenden mechanischen Anschlags verharrt, bis bei einer erneuten Richtungsumkehr des Oberschenkels die Massenträgheit des Unterschenkel dafür sorgt, dass die Magnetkraft überwunden wird und sich der Unterschenkel wieder frei bis zum gegenüberliegenden mechanischen Anschlag bewegen kann, wo die Winkellage dann wiederum für eine gewisse Zeit durch den anderen Magnethalter temporär festgehalten wird.
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Es wird darauf hingewiesen, dass das anhand der 4a bis 4e illustrierte Prinzip der Ausnutzung der Massenträgheit der Unterschenkel zur Erzielung eines natürlichen Bewegungsverlaufs in entsprechender Weise auch für eine effiziente Darstellung eines natürlichen Bewegungsablaufs der Arme angewendet werden kann, wobei in analoger Weise dann lediglich der Oberarm von einem elektrischen Antrieb angetrieben wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Dummy-Objekt
- 110
- Rumpf
- 120
- Kopf
- 122
- Anbindungseinrichtung / Säule / Rohr
- 124
- Magnet
- 130a/b
- Extremität / Arm
- 131
- Sandwichstruktur
- 132
- proximaler Extremitätsteil / Oberarm
- 134
- Gelenk / Ellenbogengelenk
- 136
- distaler Extremitätsteil / Unterarm
- 150a/b
- Extremität / Bein
- 151
- Sandwichstruktur
- 152
- proximaler Extremitätsteil / Oberschenkel
- 154
- Gelenk / Kniegelenk
- 156
- distaler Extremitätsteil / Unterschenkel
- 170
- Sandwichstruktur
- 172
- dreidimensionales Volumenelement
- 174
- flächiges faserverstärktes Material / gewebeverstärkte Plane
- 180
- Hülle / Overall
- 182
- Handschuhe
- 184
- Schuhe
- 190
- Antriebe
- 292a
- Verbindungselement
- 292b
- Verbindungselement
- 294
- elastische Zugeinrichtung / elastischer Spanngurt
- 294a
- verbreitertes Endstück
- 362
- vorderer Anschlag
- 364
- hinterer Anschlag
- 376
- Überlappung
- 378
- Drehverbindung / Stift
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2005/0155441 A1 [0004]
- DE 102008025539 A1 [0010]
