JP2012202708A

JP2012202708A - ダミー装置

Info

Publication number: JP2012202708A
Application number: JP2011064800A
Authority: JP
Inventors: Yoshikatsu Kisanuki; 義勝木佐貫; Hidekazu Nishigaki; 英一西垣; Isao Watanabe; 功渡辺; Kazunori Furukawa; 一憲古川
Original assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Current assignee: Toyota Central R&D Labs Inc
Priority date: 2011-03-23
Filing date: 2011-03-23
Publication date: 2012-10-22
Anticipated expiration: 2031-03-23
Also published as: JP5664391B2

Abstract

【課題】衝突時の挙動を実際の人体の挙動に類似させる。
【解決手段】ダミー装置１０の脊柱構造１２は、上面に前方弾性体１６ａ、後方弾性体１６ｂ、右弾性体１６ｃ、及び左弾性体１６ｄを配置した椎骨を模擬した複数のプレート１４を、上下方向に配列してワイヤ１８で連接して構成する。右弾性体１６ｃ及び左弾性体１６ｄの剛性を、後方弾性体１６ｂの剛性より小さく、かつ前方弾性体１６ａの剛性より大きくし、後方弾性体１６ｂの剛性を前方弾性体１６ａの剛性より大きくし、上方に配置されるプレート１４上の弾性体１６の剛性を、下方に配置されるプレート１４上の弾性体１６の剛性より小さくする。
【選択図】図２

Description

本発明は、ダミー装置に係り、特に、車両開発時の衝突実験用に用いられる乗員または歩行者を模擬したダミー装置に関する。

従来、車両衝突実験において、前後屈運動に対する自由度を有する脊柱構造を備えた乗員ダミーまたは歩行者ダミーが用いられている。これは、人体が関節構造による柔軟構造となっており、脊柱も複数の椎骨の組み合わせにより柔軟性を有している点を模擬したものである。このようなダミー人形の大半は、腰部のみがゴム弾性体となっており、胸部は、図９に示すように、金属での剛体構造となっている。このため、腰部に関しては、前後左右方向に略同一の柔軟自由度を有しているが、胸部に関しては自由度がない。また、上体部を板状に構成したダミー装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−１６２０８６号公報

しかしながら、歩行者ダミーの計算モデルを用いた路面落下挙動を検討した場合、図１０に示すように、（ａ）脊柱が剛体の場合と、（ｂ）柔軟性を有する場合とでは、路面衝突時の挙動が異なることが分かる。また、車両衝突時の挙動にも両者には違いが見られる。このため、従来のようなダミー人形で、例えば、歩行者事故における受傷メカニズムを検討しようとした場合、衝突時にダミー人形に作用する外力の大きさや外力が作用する部位が、実際の事故時における状況と異なることが考えられ、実際の事故傷害の検討が十分に行えない、という問題がある。

本発明は、上記問題を解決するために成されたもので、衝突時の挙動を実際の人体の挙動に類似させることができるダミー装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のダミー装置は、脊柱構造を有する人体を模したダミー装置であって、前記脊柱構造は、椎骨を模した複数のプレートと、上下方向に連接された前記プレート間に、人体の前後方向に対応する方向に配列された１対の弾性体、及び人体の左右方向に対応する方向に配列された一対の弾性体と、を備え、前記前後方向前側の弾性体の剛性を、前記前後方向後側の弾性体の剛性より小さくし、前記左右方向右側及び左側の弾性体の剛性を、前記前後方向後側の弾性体の剛性より小さく、かつ前記前後方向前側の弾性体の剛性より大きくすると共に、上方のプレート間に配置された弾性体の剛性を、下方のプレート間に配置された弾性体の剛性より小さくしている。

本発明のダミー装置によれば、脊柱構造が、椎骨を模した複数のプレートと、上下方向に連接されたプレート間に、人体の前後方向に対応する方向に配列された１対の弾性体、及び人体の左右方向に対応する方向に配列された一対の弾性体と、を備えている。弾性体の剛性は、前後方向前側の弾性体の剛性を、前後方向後側の弾性体の剛性より小さくているため、脊柱構造に外力が作用した際に、後方向よりも前方向へ容易に変形可能となる。また、左右方向右側及び左側の弾性体の剛性を、前後方向後側の弾性体の剛性より小さく、かつ前後方向前側の弾性体の剛性より大きくしているため、左右方向の変形は、後方向よりも容易に変形可能であり、かつ前方向よりは変形が容易ではない。さらに、上方のプレート間に配置された弾性体の剛性を、下方のプレート間に配置された弾性体の剛性より小さくしているため、上方が下方に比べて容易に変形可能である。

このように、プレート間に配置された弾性体の剛性を好適に設定することにより、人体の脊柱と類似した特性を有する脊柱構造とすることができ、この脊柱構造を有するダミー装置を用いて衝突実験を行うことで、衝突時の挙動を実際の人体の挙動に類似させることができる。

また、前記上方のプレートを、胸椎に対応する椎骨を模したプレートとし、前記下方のプレートを、腰椎に対応する椎骨を模したプレートとすることができる。これにより、より人体の脊柱と類似させた脊柱構造となる。

また、前記弾性体各々の剛性を、該弾性体の外形及び硬度により変更することができる。

以上説明したように、本発明のダミー装置によれば、プレート間に配置された弾性体の剛性を好適に設定することにより、人体の脊柱と類似した特性を有する脊柱構造とすることができ、この脊柱構造を有するダミー装置を用いて衝突実験を行うことで、衝突時の挙動を実際の人体の挙動に類似させることができる、という効果が得られる。

本実施の形態のダミー装置を示す外観図である。本実施の形態のダミー装置の脊柱構造を示す概略図である。（ａ）人体の前屈、及び（ｂ）後屈時の脊柱の変形特性を示す図である。弾性体の剛性パターンを示す図である。脊柱構造を示す分解斜視図である。プレート間の連接部分を示す概略断面図である。脊柱上部に外力が作用した際の脊柱構造の後屈変形状況を示す図である。脊柱上部に外力が作用した際の脊柱構造の右屈変形状況を示す図である。従来の脊柱構造の一例を示す図である。脊柱構造の相違によるダミー装置の挙動を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

図１に示すように、本実施の形態のダミー装置１０は、人体構造を模して構成されている。図２に、ダミー装置１０の脊柱構造１２を示す。脊柱構造１２は、上面に４つの弾性体を配置した椎骨を模擬した複数のプレート１４を、上下方向に配列してワイヤで連接して構成されている。

ここで、人体の前屈及び後屈時の脊柱の変形特性について、図３に示すような結果が得られており、後屈時の変形が前屈時の変形に比べて小さく、また、上方の変形量が下方の変形量に比べて大きいことが分かっている。また、左右方向の変形特性は、前屈特性のおよそ１／５程度であることが分かっている。

このような変形特性を模擬するために、図２（ｂ）に示したように、１つのプレート１４上に配置される４つの弾性体を、人体の前後方向に対応する方向に配列された１対の弾性体である前方弾性体１６ａ及び後方弾性体１６ｂ、並びに人体の左右方向に対応する方向に配列された一対の弾性体である右弾性体１６ｃ及び左弾性体１６ｄとし、これらの弾性体の剛性を各々異ならせる。なお、以下では、前後左右の弾性体を区別なく説明する場合には、単に弾性体１６と表記する。

具体的には、右弾性体１６ｃ及び左弾性体１６ｄの剛性を、後方弾性体１６ｂの剛性より小さく、かつ前方弾性体１６ａの剛性より大きくする。これにより、後屈に比べて左右方向への変形が容易であり、かつ前屈に比べて左右後方への変形は容易ではないという人体の脊柱の特性を再現する。また、後方弾性体１６ｂの剛性を前方弾性体１６ａの剛性より大きくする。これにより、後屈より前屈の方が変化量が大きいという人体の脊柱の特性を再現する。

また、図２（ａ）に示すように、複数のプレート１４のうち、上方に配置されるプレート１４上の弾性体１６の剛性を、下方に配置されるプレート１４上の弾性体１６の剛性より小さくし、上方が下方に比べて変形が容易であるという人体の脊柱の特性を再現する。さらに詳細には、胸椎に対応するプレート１４を上方のプレートとし、腰椎に対応するプレート１４を下方のプレートとし、図４に示すように、前屈時の脊柱の変形形状に応じて、各弾性体の剛性を設定してもよい。

弾性体１６としてはゴムを用いることができ、この場合、一般に、ゴムの静的ばね剛性が、硬度影響係数と形状影響係数との積で表されるといわれている。ここで、プレート１４間に配置される弾性体１６は、プレート１４間の間隔が一定であることから、例えば、剛性を決定する形状影響係数として外周部の大きさを変更することができる。すなわち、図２（ｂ）に示すように、弾性体１６の形状を円柱状とした場合には、剛性を高めるためには、円柱の径を大きくする。また、剛性を決定する硬度影響係数に関しては、硬度を高くするほど剛性が大きくなる。従って、各々の弾性体１６の形状影響係数及び硬度影響係数の少なくとも一方を変更して、上記のような人体の脊柱の特性に応じた前方弾性体１６ａ、後方弾性体１６ｂ、右弾性体１６ｃ、及び左弾性体１６ｄ各々の剛性が得られるように調整する。

脊柱構造１２は、より詳細には、図５に示すように、脊柱の各椎骨を模したプレート１４の中央に設けられた孔部に、ワイヤ１８を貫通させて連接する。また、図６に、プレート１４間の連接部分の概略断面図を示す。プレート１４の底部には、プレートの孔部を貫通したワイヤ１８が貫通可能な軸２０が設けられており、また、プレート１４上面の孔部の周囲には、軸受け部として球状ベアリング２２が設けられている。ワイヤ１８で連接された上側のプレート１４の軸２０が、下側のプレート１４の球状ベアリング２２で軸受けされることにより、各プレートが前後左右方向に揺動可能に連接される。また、プレート１４上面の４辺端部には、プレート１４間の密着を制限するストッパ２４が設けられている。

次に、本実施の形態のダミー装置１０の作用について説明する。

図７（ｂ）に、脊柱上部に外力が作用した際の脊柱構造１２の後屈変形状況を示す。比較対照として、（ａ）弾性体の剛性が全て同一の場合の脊柱構造の後屈変形状況を示す。（ａ）の場合は、脊柱が後方に大きく湾曲しているが、本実施の形態のダミー装置１０の脊柱構造１２では、各弾性体１６の剛性バランスを好適に変更したことにより、下方の湾曲は小さく、上方の湾曲が大きくなっており、人体の脊柱の湾曲状況に類似している。

また、図８（ｂ）に、脊柱上部に外力が作用した際の脊柱構造１２の右側屈変形状況を示す、比較対照として、（ａ）弾性体の剛性が全て同一の場合の脊柱構造の右側屈変形状況を示す。（ａ）の場合は、脊柱が右側に大きく湾曲しているが、本実施の形態のダミー装置１０の脊柱構造１２では、各弾性体１６の剛性バランスを好適に変更したことにより、下方の湾曲は小さく、上方の湾曲が大きくなっており、人体の脊柱の湾曲状況に類似している。

以上説明したように、本実施の形態のダミー装置によれば、前後左右で異なる剛性を有する弾性体を上面に配置したプレートを上下方向に連接し、かつ上下方向の弾性体の剛性も異ならせた脊柱構造を有することにより、衝突時の挙動を実際の人体の挙動に類似させることができる。

なお、上記実施の形態では、プレート上に４つの弾性体を配置する場合について説明したが、これに限定されず、前後左右方向の剛性を各々異ならせることができる構成であれば、５つ以上の弾性体を設けてもよいし、３つ以下であってもよい。ただし、前後左右で剛性を異ならせることを考慮すると、４つ以上とすることが好ましい。なお、３つ以下の弾性体で構成する場合には、例えば、プレート中央の孔部周辺にドーナツ状の弾性体を設け、前後左右の部分毎に剛性を異ならせるようにするなどの構成とすることができる。なお、弾性体の形状に関しては、ドーナツ状（円形）に限定されるものではなく、四角柱や多角柱であってもよく、前後左右の部分毎に剛性を変更して、人体の脊柱構造の特性を模擬するとの本趣旨に沿うものであればよい。

１０ダミー装置
１２脊柱構造
１４プレート
１６弾性体
１６ａ前方弾性体
１６ｂ後方弾性体
１６ｃ右弾性体
１６ｄ左弾性体
１８ワイヤ
２０軸
２２球状ベアリング

Claims

脊柱構造を有する人体を模したダミー装置であって、
前記脊柱構造は、椎骨を模した複数のプレートと、
上下方向に連接された前記プレート間に、人体の前後方向に対応する方向に配列された１対の弾性体、及び人体の左右方向に対応する方向に配列された一対の弾性体と、を備え、
前記前後方向前側の弾性体の剛性を、前記前後方向後側の弾性体の剛性より小さくし、前記左右方向右側及び左側の弾性体の剛性を、前記前後方向後側の弾性体の剛性より小さく、かつ前記前後方向前側の弾性体の剛性より大きくすると共に、上方のプレート間に配置された弾性体の剛性を、下方のプレート間に配置された弾性体の剛性より小さくした
ダミー装置。
前記上方のプレートを、胸椎に対応する椎骨を模したプレートとし、前記下方のプレートを、腰椎に対応する椎骨を模したプレートとした請求項１記載のダミー装置。
前記弾性体各々の剛性を、該弾性体の外形及び硬度により変更した請求項１または請求項２記載のダミー装置。