JP2013257322A - 衝突試験ダミー用胸部バンドアセンブリー - Google Patents

Abstract

【課題】新規な胸部バンドの技術においては、かさばらず、サイズが小さく、維持管理が少なく、より使いやすいことが必要とされる。
【解決手段】衝突試験ダミー用の胸部バンドアセンブリーは衝突試験ダミーの胸郭の周りに配置され適合される胸部バンドと胸部バンドと胸郭と協動するセンサーを含む。センサーは保持体と保持体に固着した複数の光ファイバからなり、光ファイバのそれぞれは少なくとも一つのセンサーを有する。
【選択図】図１

Description

本出願は２０１２年６月１２日に出願された同時係属中の米国仮明細書出願Ｎｏ．６１／６５８，４９３の優先日を主張するものである。

本発明は一般的に衝突試験ダミーに関し、特に衝突試験ダミー用胸部バンドアセンブリーに関する。

自動車、航空機及び他の乗物の製造者は乗物及びその同乗者への衝突の効果を測るために幅広い種類の衝突試験を行っている。衝突試験を通して乗物製造者は乗物の改善に使用できる有益な情報を得ている。

衝突試験はしばしば「衝突試験ダミー」としてよく知られている擬人化した人体模型（anthropomorphic mannequins）の使用を含む。衝突試験の間、操作者は衝突試験ダミーを乗物の内部に配置し、乗物は模擬の衝突を受ける。衝突は衝突試験ダミーを高い慣性荷重に曝し、衝突試験ダミーの内部の加速度計や圧力計のようなセンサーが荷重に対応したデータの電気信号を発生させる。ケーブルはこれらのデータの電気信号を次の工程のためのデータ収集システム（ＤＡＳ）へ伝達する。このデータは衝突試験ダミーにおける衝突の効果について情報を明らかにし、同様の衝突が同乗者にも及ぼす効果と関連づけることができる。

現在のところ、胸部バンドはダミーの胸郭アセンブリーの変形を測るために衝突試験ダミーの胸部の周囲に使用される。これまでの胸部バンドの１つの欠点は、多数の計測器や配線によりかさばることである（例えば、５９の計測器と２３６の配線）。胸部バンドの他の欠点は、比較的大きなサイズが使用されることである。胸部バンドのさらにもう一つの欠点は、頻繁な維持管理を必要とすることである。胸部バンドのさらに別の欠点は、使用者に対して使いやすくないことである。このように、新規な胸部バンドの技術においては、かさばらず、サイズが小さく、維持管理が少なく、より使いやすいことが必要とされる。

従って、本発明は衝突試験ダミー用胸部バンドアセンブリーである。胸部バンドアセンブリーは胸部バンド部材及び胸部バンド部材と協動するセンサーを含む。センサーは保持体（carrier）と保持体に固着される複数の光ファイバとからなり、光ファイバのそれぞれは少なくとも一つのセンサーを有する。

さらに、本発明は本体部と本体部に動作可能に取り付けられた胸郭アセンブリーを含む衝突試験ダミーである。衝突試験ダミーは胸郭アセンブリーの周りに配置された胸部バンドアセンブリーを含む。胸部バンドアセンブリーは胸部バンド部材と胸部バンド部材と協動するセンサーと胸郭アセンブリーを含み、センサーは保持体と保持体に固着される複数の光ファイバとからなり、光ファイバのそれぞれは少なくとも一つのセンサーを有する。

本発明の一つの利点は、新規な胸部バンドアセンブリーが衝突試験ダミーのために提供される。本発明の他の利点は、胸部バンドアセンブリーが薄いシートの金属製の保持体と保持体に固着する複数のファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）光ファイバとを含む。本発明のさらにもう一つの利点は、胸部バンドアセンブリーが比較的小さなサイズを有していることである。本発明のさらに別の利点は、胸部バンドアセンブリーが頻繁な維持管理を必要としないことである。本発明のさらなる利点は、胸部バンドアセンブリーが使いやすいことである。本発明のさらなるもう一つの利点は、胸部バンドアセンブリーが完全な胴体形状の時間履歴（torso geometry time history）を提供する。本発明のさらなる別の利点は、胸部バンドアセンブリーが変形を計算するためにいつでもその形状を原形状と比較することを許容することである。本発明の他の利点は、胸部バンドアセンブリーが自動車衝突の衝撃の開発のための新規な手段として役に立つことである。本発明のさらに他の利点は、胸部バンドアセンブリーがかさばるリボンケーブルやコネクタを省くことである。

本発明の他の特徴や利点は、同様のものがよりよく理解されるように、添付した図面と併せて以下の明細書を読んだ後に容易に理解されるであろう。

本発明による胸部バンドアセンブリーの一実施例の斜視図で、衝突試験ダミーとの動作上の関係で示されている。 図１の衝突試験ダミーとの動作上の関係で示される胸部バンドアセンブリーの側面図である。 図１及び図２の胸部バンドアセンブリーの拡大斜視図である。 図３の胸部バンドアセンブリーの平面図である。 図３の胸部バンドアセンブリーの正面図である。 図３の胸部バンドアセンブリーの側面図である。 ファイバ・ブラッグ・グレーティングの概略図である。 ファイバ・ブラッグ・グレーティングにおける反射現象を説明する図である。

図面、特に図１及び図２を参照すると、本発明による胸部バンドアセンブリー１０の一実施例が、一般的に１２で表示される衝突試験ダミーとの動作上の関係で示される。衝突試験ダミー１２は５０％が男性タイプで、座った姿勢で表示される。この衝突試験ダミー１２は主に自動車の室内や前部及び後部座席の成人の乗員に対する拘束システムの性能を試験するために使用される。衝突試験ダミー１２のサイズや重量は身体計測研究に基づいており、主として以下の機関である、University of Michigan Transportation Research Institute (UMTRI)、U.S. Military Anthropometry Survey (ANSUR)、及びCivilian American and European Surface Anthropometry Resource (CESAR)により独立して行われている。身体計測データにより定められる被験者の動作の範囲、重心、及び各部の質量（segment masses）をシミュレートすることが理解されるであろう。

図１及び図２で表示されるように、衝突試験ダミー１２は頭部アセンブリー１４を有し、それは一体のプラスチック製頭蓋骨、計装用コア、及びビニール製の皮膚を含む。計装用コアは頭部アセンブリー１４の内部に含まれる頭部機器へのアクセスのために着脱可能となっている。

衝突試験ダミー１２はまたノディング・ブロック（nodding block；不図示）及びノディング・ジョイント（nodding joint；不図示）により頭部アセンブリー１４に取り付けられる上端を有する脊柱アセンブリー１５を含む。脊柱アセンブリー１５は衝突試験ダミー１２の胴体領域に延びる下端を有し、アダプタアセンブリー（不図示）により脊柱取付溶接部（spine mounting weldment；不図示）に連結されている。

衝突試験ダミー１２の胴体領域は脊柱アセンブリー１５に連結された胸郭アセンブリー１６を含む。衝突試験ダミー１２はまた右腕アセンブリー２０及び左腕アセンブリー１８を含む一対の腕部アセンブリーを有し、それらは衝突試験ダミー１２に取り付けられている。左腕アセンブリー１８は鎖骨リンク（clavicle link；不図示）を含み、それは鎖骨（不図示）を脊柱アセンブリー１５の上部に連結する。右腕アセンブリー２０は同様の様式で構成されることは理解されるであろう。

図１及び図２に表示されているように、腰椎の下端は腰部―胸郭アダプタ（不図示）に連結されており、それは骨盤アダプタ（不図示）への腰部に連結されている。衝突試験ダミー１２はアダプタに連結されている骨盤アセンブリー２２を含む。衝突試験ダミー１２はまた右足アセンブリー２６及び左足アセンブリー２４を含み、それらは骨盤アセンブリー２２に取り付けられている。衝突試験ダミー１２の様々な構成部品はまた、衝突試験ダミー１２の骨格との改善された結合のために例えば肉及び皮膚アセンブリーなどのウレタン皮膜で覆われていることが理解されるであろう。持ち上げリング（不図示）が試験装置及び試験車両へ出し入れする衝突試験ダミー１２を持ち上げるために頭部アセンブリー１４に取り付けられることも可能であることがさらに理解されるであろう。

図３から図６までを参照すると、本発明による胸部バンドアセンブリー１０は胸郭アセンブリー１６の周りに配置されるべき胸部バンド３０を含む。胸部バンド３０は弾性材料からなる。胸部バンド３０は人間の胴体周囲長さに沿って約４ミリメーター（４ｍｍ）の幅で約２ミリメーター（２ｍｍ）の厚さである。

胸部バンドアセンブリー１０はまた、一般的に３２で示され、胸部バンド３０と協動するセンサーを含む。センサー３２は保持体３４を含む。保持体３４は、例えばカーボンや合金のバネ鋼のような金属材料からなる薄いシートである。センサー３２はまた例えばエポキシのような適切な方法で保持体３４に固着される少なくとも一つあるいは複数の光ファイバ３６を含む。各光ファイバ３６は０．１ｍｍの直径の寸法を有する。各光ファイバ３６は少なくとの一つのあるいは複数のセンサーを各光ファイバに有する。センサーはファイバ・ブラッグ・グレーティングである。光ファイバ３６はＦＢＧ技術によって作製されたファイバ・ブラッグ・グレーティング（ＦＢＧ）光ファイバである。一つの実施例において、各光ファイバ３６あたり最大８個までのセンサーがある。表示された実施例に対して、５９個のチャンネルがある８個の光ファイバがある。光ファイバ３６にはほとんど信号損失がないことが理解されるであろう。ＦＢＧ技術は機械的な歪測定と同等のものを提供することもまた理解されるであろう。

本発明に対比して、通常の光ファイバはその長さに沿って変化しない。単純なＦＢＧ光ファイバにおいては、図７で示すように、ファイバのコアの屈折率がファイバの長さに沿って周期的に変化する。

図７に示されるように、ファイバコアの屈折率はΛの周期で変調される。幅広いスペクトルを持つ光がＦＢＧを含むファイバの一端に放射される時、ブラッグ・グレーティング波長に適合する波長の光の部分が入射端に反射して戻り、残りの光の部分は他端に透過する。反射現象は図８で説明される。

ブラッグ・グレーティング条件の運動量保存の要件から、式１を得ることができる。

ここでｎ_ｅｆｆはファイバコアの有効屈折率で、λ_Ｂはブラッグ・グレーティングにより反射された光の波長である。

従って、ブラッグ・グレーティング波長λ_Ｂは式２のように表すことができる。

ブラッグ・グレーティング波長は有効屈折率とグレーティングの周期の関数であることが理解されるであろう。

ＦＢＧの作用の基となる基本原理はフレネル反射である。この場合、異なる屈折率の媒体間を伝送する光は界面において反射もし、また屈折もする。

ＦＢＧは通常は所定の長さに渡って正弦曲線の屈折率変化を有している。ブラッグ波長λ_Ｂの定義は以前の段落から説明されていることが留意されるであろう。

最初の最小値間の波長間隔、（上図で示されたように）、あるいは帯域幅Δλは式３によって与えられる。

ここでδｎ０は屈折率（ｎ３−ｎ２）における変化であり、ηはコアにおけるパワーの一部である。光ファイバ３６の変形の計算を上記式に基づいて行うことができることが理解されるであろう。

図１及び図２を参照すると、胸部バンドアセンブリー１０はまたＦＢＧセンサーデータに問い合わせを行うためにセンサー３２と通じているインテロゲータ（interrogator）４０を含む。インテロゲータ４０は光ファイバ３６に接続されており、光ファイバ３６のセンサーからのデータの電気信号を受け取る。インテロゲータ４０は８チャンネルに対して約２０ＫＨｚ、１チャンネルに対して１ＭＨｚのサンプリング周波数制限を有している。インテロゲータ４０は１チャンネル毎に８個のセンサーで４チャンネルを有している。一度受け取ったならば、インテロゲータ４０は以降のデータ処理のためのデータを格納することが理解されるであろう。

インテロゲータ４０はまた処理のためのコンピュータ（不図示）にアップロードされるべきデータがインテロゲータ４０に格納されるのを許容するポート（不図示）を含む。例えば、一つの実施例において、ポートはイーサネット（登録商標）・ポートで、データはこのイーサネット（登録商標）・ポートを通してインテロゲータ４０から処理のためのコンピュータにアップロードされる。他の実施例において、インテロゲータ４０はさらなる処理のためのコンピュータに格納されたデータを無線で通信することができる。コンピュータは変形した形状を復元するために、またいつでも原形状とその形状を比較するために、測定した歪から引き出すことができる保持体３４の曲率に基づく胸郭アセンブリー１６の変形を計算するために胸部バンド計算アルゴリズムを含む胸部バンドプログラムを有している。

動作においては、胸部バンドアセンブリー１０は衝突試験ダミー１２の胸郭アセンブリー１６の周りに配置される。胸部バンドアセンブリー１０が胸郭アセンブリー１６とともに曲がる際の衝撃の間、曲げによる歪は光ファイバ３６のＦＢＧセンサーにより検出され、インテロゲータ４０に送られ、ここで最終的に記録され、格納される。保持体３４の曲率は測定した歪から引き出されることができるので、変形した形状を復元することができる。これは変形を計算するために衝撃が加えられた形状と原形状をいつでも比較することをインテロゲータ４０に許容する。この格納されたデータは次に処理のためにコンピュータ（不図示）にアップロードされ、処理されたデータは衝突試験ダミー１２の衝突試験の効果を明らかにする。これらの効果は実際の人間における同様な衝突の効果を予測するのに役立つことができることが理解されるであろう。

なお、胸部バンドアセンブリー１０は脊柱後湾症（Kyphosis）や脊柱前湾症（Lordosis）として知られる人間の脊柱湾曲に関連する脊柱湾曲を測定するために使用されることができる。脊柱後湾症は背中の曲がりや丸みを引き起こす脊柱の曲がりであり、猫背や前屈みの姿勢の原因となる。脊柱前湾症は腰椎及び頸部脊柱の部分の腰部領域における異常な前部あるいは内部の脊柱の湾曲を引き起こす脊柱の曲がりである。脊柱の２つの部分、すなわち頸部と腰部は通常前湾性であり、すなわちそれらは人体構造の関係において前方に凸状（前部）で後方に凹状（後部）を有する湾曲部となっている。曲率の結果として、脊柱後湾症及び脊柱前湾症が測定されることができる。胸部バンドアセンブリー１０は脊柱曲率を測定するために衝突試験ダミー１２の胸郭アセンブリー１６の周りに配置される。上述した人間の脊柱曲率を測定するために胸部バンドアセンブリー１０は胸郭アセンブリー１６の上で様々な場所に移動することができることが理解されるであろう。

従って、本発明の胸部バンドアセンブリー１０は、従来の胸部バンド（６４ｍｍ×１３ｍｍの断面）の大幅な低減をもたらすＦＢＧセンサー（約６ｍｍ×３ｍｍの断面）が付属した胸部バンドを有する。一つのファイバでの複数のセンサーに対するシリアル通信の利点により、本発明の胸部バンドアセンブリー１０は導線の数を大幅に低減する。本発明の胸部バンドアセンブリー１０においては、通常８個のＦＢＧセンサーが付いた一つの光ファイバ３６は０．１ｍｍの直径を有しているが、一方８個の従来の歪ゲージは３２の導線を必要とし、各導線は１ｍｍ以上の直径を有している。

本発明は説明に役立つ方法で記載されている。使用されている専門用語は限定よりも記載された語の本質を意味していることを理解すべきである。

上記の教示を踏まえて本発明の多くの改良や変更が可能である。従って、本発明は特に記載されたもの以外にも実施することができる。

１０ 胸部バンドアセンブリー
１２ 衝突試験ダミー
１４ 頭部アセンブリー
１５ 脊柱アセンブリー
１６ 胸郭アセンブリー
１８ 左腕アセンブリー
２０ 右腕アセンブリー
２２ 骨盤アセンブリー
２４ 左足アセンブリー
２６ 右足アセンブリー
３０ 胸部バンド
３２ センサー
３４ 保持体
３６ 光ファイバ
４０ インテロゲータ

Claims (19)

1. 衝突試験ダミーの胸郭の周りに配置され適合される胸部バンドと、
   前記胸部バンドと前記胸郭と協動するセンサーとからなり、
   前記センサーは保持体と前記保持体に固着された複数の光ファイバとからなり、
   前記光ファイバのそれぞれが少なくとも一つのセンサーを有している、
   ことを特徴とする衝突試験ダミー用胸部バンドアセンブリー。
2. 前記保持体は金属材料からなることを特徴とする請求項１記載の胸部バンドアセンブリー。
3. 前記金属材料はバネ鋼であることを特徴とする請求項２記載の胸部バンドアセンブリー。
4. 前記光ファイバはファイバ・ブラッグ・グレーティング光ファイバであることを特徴とする請求項１記載の胸部バンドアセンブリー。
5. 前記少なくとも一つのセンサーはファイバ・ブラッグ・グレーティングであることを特徴とする請求項１記載の胸部バンドアセンブリー。
6. 前記光ファイバの歪を記録するために前記光ファイバと通信するインテロゲータを含むことを特徴とする請求項１記載の胸部バンドアセンブリー。
7. 前記光ファイバは約０．１ミリメーターの直径を有していることを特徴とする請求項１記載の胸部バンドアセンブリー。
8. 前記光ファイバのそれぞれは複数の前記少なくとの一つのセンサーを含むことを特徴とする請求項１記載の胸部バンドアセンブリー。
9. 本体部と、
   前記本体部に動作可能に取り付けられた胸郭アセンブリーと、
   前記胸郭アセンブリーの周りに配置された胸部バンドと前記胸部バンドと協動するセンサーとからなり、前記センサーは保持体と前記保持体に固着された複数の光ファイバとからなり、前記光ファイバのそれぞれが少なくとも一つのセンサーを有している胸部バンドアセンブリーとからなる、
   ことを特徴とする衝突試験ダミー。
10. 前記保持体は金属材料からなることを特徴とする請求項９記載の衝突試験ダミー。
11. 前記金属材料はバネ鋼であることを特徴とする請求項１０記載の衝突試験ダミー。
12. 前記少なくとも一つのセンサーはファイバ・ブラッグ・グレーティングであることを特徴とする請求項９記載の衝突試験ダミー。
13. 前記光ファイバはファイバ・ブラッグ・グレーティング光ファイバであることを特徴とする請求項９記載の衝突試験ダミー。
14. 前記光ファイバのそれぞれは複数の前記少なくとの一つのセンサーを有していることを特徴とする請求項９記載の衝突試験ダミー。
15. 前記光ファイバの歪を記録するために前記光ファイバと通信するインテロゲータを含むことを特徴とする請求項９記載の衝突試験ダミー。
16. 前記光ファイバは約０．１ミリメーターの直径を有していることを特徴とする請求項９記載の衝突試験ダミー。
17. 本体部と、
    前記本体部に動作可能に取り付けられた胸郭アセンブリーと、
    前記胸郭アセンブリーの周りに配置された胸部バンドと前記胸部バンドと協動するセンサーとからなり、前記センサーは保持体と前記保持体に固着された複数のファイバ・ブラッグ・グレーティング光ファイバからなり、前記光ファイバのそれぞれは約０．１ミリメーターの直径を有している胸部バンドアセンブリーと、
    前記光ファイバの歪を記録するために前記光ファイバと通信するインテロゲータとからなる、
    ことを特徴とする衝突試験ダミー。
18. 前記保持体は金属材料からなることを特徴とする請求項１７記載の衝突試験ダミー。
19. 前記金属材料はバネ鋼であることを特徴とする請求項１８記載の衝突試験ダミー。

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