用于拟人化测试设备的颈部组合件制造技术

一种用于拟人化测试设备的颈部组合件包括多个椎骨盘，设置在每对椎骨盘之间的关节元件，以及扭转组合件，该扭转组合件耦接到一个椎骨盘以允许围绕椎骨盘的轴线的旋转，以模拟人脖子在撞击状况期间的扭转响应。扭转组合件包括安装到最上部的一个椎骨盘的颈部接口板，该板具有多个间隔开的扭转止动件。扭转组合件还包括耦接到该板的上部构件以及具有定位于上部构件与板之间的多个突起部的弹性构件，其中该弹性构件接合上部构件以在上部构件相对于板的旋转期间至少部分同时运动，其中突起部响应于上部构件的旋转方向在一个方向上弯曲。

【技术实现步骤摘要】
用于拟人化测试设备的颈部组合件相关申请的交叉引用本申请要求2019年6月28日提交的美国临时申请序列号62/868,514的优先权和所有权益，该临时申请的内容通过引用整体合并于此。
本专利技术总体上涉及拟人化测试设备(ATD)，并且更具体地涉及用于可用于评估和预测撞击时的伤害的ATD的颈部组合件。
技术介绍
汽车、航空、军事和其他交通工具制造商进行了各种碰撞、弹出和车身底下爆炸(UBB)测试，以测量撞击对交通工具及其乘员的影响。通过该测试，交通工具制造商可以获得宝贵的信息，这些信息可用于提高交通工具的撞击可靠性。撞击测试通常涉及使用拟人化测试设备，即众所周知的“碰撞测试假人”。在测试过程中，操作者将碰撞测试假人放置在交通工具内部，并且交通工具经历了模拟的碰撞、UBB或弹出。该测试使碰撞测试假人暴露于高惯性载荷下，并且碰撞测试假人内部的传感器(例如测力传感器、位移传感器、加速度计、压力计、角速率传感器等)生成与载荷相对应的电数据信号。电缆或电线将这些电数据信号传输到数据采集系统(DAS)以进行后续处理。该数据揭示了关于撞击对碰撞测试假人的影响的信息，并且可以与类似撞击可能对人类乘员的影响相关联。为了获得更准确的测试数据，测试工程师试图使碰撞测试假人的所谓“生物保真度(biofidelity)”最大化。生物保真度是对碰撞测试假人在交通工具撞击测试环境中在多大程度上像人类一样反应的一种度量。在碰撞过程中像真实的人那样做出反应的碰撞测试假人被认为具有高生物保真度。因此，具有高生物保真度的碰撞测试假人将提供相对于碰撞对人类的影响的来自碰撞测试的更准确的信息。因此，ATD工程师使用反映出与人体类似的总重量、重心、惯性质量矩和运动范围的适当的人体测量学来设计碰撞测试假人，以提高碰撞测试假人的生物保真度。已知提供用于碰撞测试假人的颈部。在一种碰撞测试假人中，颈部具有圆柱形设计，在颈部周围有凹槽。凹槽深度和角度被用于控制颈部的性能。尽管该颈部设计提供了良好的屈曲和向后伸展性能，但它缺乏调节横向性能的能力。在另一种碰撞测试假人中，颈部具有良好的横向性能，但是其屈曲和伸展性能不够好，并且由于其轴向对称的机械设计，其无法通过一种设计进行调整以满足不同负载方向的要求。当前的颈部设计通常也不代表人类的扭转响应。人类的头部在来自颈部的低阻力的情况下可以横向旋转大约45度(转动位置)，而现有的碰撞测试假人颈部设计据信不能够模拟这种响应。根据生物力学研究，人类的颈部在向前屈曲和横向弯曲方面具有不同的性能。弯曲刚度在高达某些角度的两个方向之间是相似的，在此情况下，正面弯曲和横向弯曲开始彼此区分。但是，当向前屈曲达到八十度(80°)弯曲时，颈部会触底，并且刚度会迅速增加。对于横向弯曲，颈部会在四十五度(45°)附近触底。已经很难为ATD复制人类的颈部。特别地，由于在每个方向上的响应不同，因此需要为ATD开发出独特的颈部。结果，期望开发一种用于ATD的颈部，其可以像人类的颈部一样执行屈曲、伸展、侧向弯曲和扭转。因此，在本领域中需要提供一种用在ATD中的颈部组合件，从而提高ATD的生物保真度。
技术实现思路
相应地，本专利技术提供一种用于拟人化测试设备(ATD)的颈部组合件。该颈部组合件包括具有最上部盘的多个椎骨盘以及设置在相应的每一对所述椎骨盘之间的关节元件。该颈部组合件还包括扭转组合件，该扭转组合件包括安装到多个椎骨盘的最上部盘的颈部接口板，其中该颈部接口板具有多个间隔开的扭转止动件。该扭转组合件还包括耦接到颈部接口板的上部构件，该上部构件被配置用于支撑ATD的头部组合件，其中上部构件能够相对于颈部接口板围绕延伸穿过上部构件和颈部接口板的轴线A从中性位置旋转到转动位置。该上部构件具有止动部分，该止动部分用于在撞击状况期间选择性地接合扭转止动件之一以防止在转动位置的进一步旋转。该扭转组合件还包括弹性构件，该弹性构件具有定位在上部构件和颈部接口板之间的多个突起部，其中该弹性构件在上部构件相对于颈部接口板的旋转期间接合上部构件以便至少部分同时运动，其中响应于上部构件在撞击状况期间相对于颈部接口板围绕其纵向轴线A的旋转方向，多个突起部在一个方向上弯曲。另外，本专利技术提供一种ATD，该ATD包括主体、头部组合件以及连接到主体和头部组合件的如上所述的颈部组合件。本专利技术的一个优点是为ATD提供了一种新的颈部组合件。本专利技术的另一个优点是用于ATD的颈部组合件可以模拟人类脖子的生物力学性能。本专利技术的又一优点是用于ATD的颈部组合件在所有方向上模拟人类脖子。本专利技术的又一个优点是用于ATD的颈部组合件可以满足在屈曲、伸展、侧向弯曲和扭转方面的生物力学响应要求。本专利技术的另一个优点是用于ATD的颈部组合件遵循人类颈椎弯曲姿势。本专利技术的又一个优点是用于ATD的颈部组合件包括插入件，该插入件具有减小颈部横向旋转量的轮廓，以便尽早触底。本专利技术的另一个优点是颈部组合件具有上部元件，该上部元件允许头部在低阻抗下沿其竖直轴线旋转高达大约45度。本专利技术的又一个优点是用于ATD的颈部组合件包括具有可调轮廓的插入件，该可调轮廓允许颈部在屈曲和侧向弯曲方面表现不同。本专利技术的另一个优点是韧带关节具有圆锥形的横截面，以像人类脖子一样均匀地分布变形。本专利技术的又一个优点是颈部组合件具有优异的生物保真度响应和降低的复杂度，以使其对用户友好。在阅读了结合附图的后续描述之后，将容易认识到本专利技术的其他特征和优点，因为本专利技术变得更好地理解。附图说明图1是ATD的透视图。图2是图1的ATD的另一透视图。图3A是根据本专利技术的一个实施例用于处于静止或中性位置的图1和图2的ATD的颈部组合件的透视图。图3B是根据本专利技术的一个实施例用于处于转动位置(对应于ATD的撞击状况)的图1和图2的ATD的颈部组合件的透视图。图4是图3的颈部组合件的侧立面图。图5是图3的颈部组合件的前立面图。图6是图3的颈部组合件的仰视图。图7是图4的颈部组合件的一部分的局部截面图。图8是图5的颈部组合件的一部分的局部截面图。图9是图3-图5的颈部组合件的一部分的截面图和局部透视图。图10-图14是图3-图5的颈部组合件的一部分的各种局部分解图。图15是用于创建和评估虚拟拟人化测试设备的系统的示意图。具体实施方式参照附图，特别是图1和图2，根据本专利技术的ATD(例如碰撞测试假人)的一个实施例总体上以12指示。在一个实施例中，碰撞测试假人12具体百分之五十(50％)的男性特征并且以坐姿示出。碰撞测试假人12的大小和重量基于人体测量学研究，其通常由以下组织分别进行：密歇根大学交通研究所(UMTRI)、美国军事人体测量学研究所(ANSUR)以及美国和欧洲民用航空学会人体测量学资源(CESAR)。应当理解，运动范围、重心和分段质量模拟了由人体测量数据所定义的人类对象的运动范围、重心和分段质量。还应当理解，碰撞测试假人12可以具有任何合适的尺寸。如图1所示，碰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于拟人化测试设备ATD的颈部组合件，包括：/n具有最上部盘的多个椎骨盘；/n设置在所述椎骨盘的相应每一对之间的关节元件；以及/n扭转组合件，其包括：/n颈部接口板，其安装到所述最上部盘，其中所述颈部接口板具有多个间隔开的扭转止动件；/n上部构件，其耦接到所述颈部接口板并被配置为支撑所述ATD的头部组合件，其中所述上部构件能够围绕延伸穿过所述上部构件和所述颈部接口板的轴线A相对于所述颈部接口板从中性位置旋转到转动位置，所述上部构件具有止动部分，所述止动部分在撞击状况期间选择性地接合所述扭转止动件之一以防止在转动位置的进一步旋转；/n弹性构件，其具有定位于所述上部构件和所述颈部接口板之间的多个突起部，其中所述弹性构件在所述上部构件相对于所述颈部接口板从所述中性位置朝向所述转动位置的所述旋转期间接合所述上部构件以至少部分同时运动，其中响应于所述上部构件在所述撞击状况期间相对于所述颈部接口板围绕所述轴线A的旋转方向，所述多个突起部在一个方向上弯曲。/n

【技术特征摘要】
20190628 US 62/868,5141.一种用于拟人化测试设备ATD的颈部组合件，包括：
具有最上部盘的多个椎骨盘；
设置在所述椎骨盘的相应每一对之间的关节元件；以及
扭转组合件，其包括：
颈部接口板，其安装到所述最上部盘，其中所述颈部接口板具有多个间隔开的扭转止动件；
上部构件，其耦接到所述颈部接口板并被配置为支撑所述ATD的头部组合件，其中所述上部构件能够围绕延伸穿过所述上部构件和所述颈部接口板的轴线A相对于所述颈部接口板从中性位置旋转到转动位置，所述上部构件具有止动部分，所述止动部分在撞击状况期间选择性地接合所述扭转止动件之一以防止在转动位置的进一步旋转；
弹性构件，其具有定位于所述上部构件和所述颈部接口板之间的多个突起部，其中所述弹性构件在所述上部构件相对于所述颈部接口板从所述中性位置朝向所述转动位置的所述旋转期间接合所述上部构件以至少部分同时运动，其中响应于所述上部构件在所述撞击状况期间相对于所述颈部接口板围绕所述轴线A的旋转方向，所述多个突起部在一个方向上弯曲。


2.根据权利要求1所述的颈部组合件，其中在去除所述撞击状况之后，所述多个突起部从所述转动位置朝向所述中性位置偏压所述上部构件。


3.根据权利要求1所述的颈部组合件，其中所述弹性构件具有轮毂部分，其中所述多个突起部固定到所述轮毂部分并且从所述轮毂部分径向向外设置，使得响应于所述上部构件在所述撞击状况期间相对于所述颈部接口板围绕所述轴线A的旋转方向，所述轮毂部分和所述多个突起部中的一些部分在所述方向上弯曲。


4.根据权利要求3所述的颈部组合件，其中所述轮毂部分包括中心开口，并且
其中所述上部构件还具有在所述中心开口内接合所述弹性构件的凸缘构件，使得所述弹性构件在所述撞击状况期间随所述上部构件从所述中性位置旋转到所述转动位置。


5.根据权利要求3所述的颈部组合件，其中所述颈部接口板进一步包括基部区，所述基部区具有上表面和邻近所述最上部盘的相对的下表面，
其中所述基部区的所述上表面包括多个钉，其中所述多个钉中的相应一个钉安装到所述多个突起部中的相应一个突起部以将所述弹性构件的一部分紧固到所述基部区，以及
其中当响应于所述扭转元件在所述撞击状况期间相对于所述颈部接口板围绕所述轴线A的所述旋转，所述多个突起部在所述方向上从所述中性位置朝向所述转动位置弯曲时，所述多个钉中的每一个保持为安装到所述相应一个突起部。


6.根据权利要求1所述的颈部组合件，其中所述多个间隔开的扭转止动件中的相应一对扭转止动件限制所述扭转元件相对于所述颈部接口板的旋转范围，其中所述扭转元件的所述旋转范围是围绕所述轴线A高达大约90度。


7.根据权利要求6所述的颈部组合件，其中所述扭转元件的所述旋转范围是相对于所述相应一对扭转止动件之间的中点在第一旋转方向上或在第二旋转方向上围绕所述轴线A高达大约45度。


8.根据权利要求1所述的颈部组合件，其进一步包括耦接在所述颈部接口板和所述上部构件之间的多个轴承。


9.根据权利要求1所述的颈部组合件，其中所述颈部接口板进一步包括基部区，所述基部区具有上表面和邻近所述最上部盘的相对的下表面，其中突起部分在远离所述下表面的方向上从所述环形凹陷区的中心部分延伸，并且其中所述颈部组合件进一步包括：
多个轴承，其围绕颈部接口板的所述突起部分设置；和
锁定螺母，其耦接到所述颈部接口板的所述突起部分的所述终止端，以将所述多个轴承保持在组装状态。


10.根据权利要求9所述的颈部组合件，其中所述多个轴承包括：
第一推进轴承，其围绕所述颈部接口板的所述突起部分设置；
套筒轴承，其设置在所述第一推进轴承上；和
第二推进轴承，其围绕所述突起部分设置并且定位成邻近所述套筒轴承且与所述第一推进轴承对置。


11.根据权利要求1所述的颈部组合件，其中所述上部构件的径向延伸区包括一对间隔开的头部接口板，每个头部接口板包括分别沿着轴线A1对齐的开口，并且其中所述拟人化测试设备进一步包括：
枕骨髁钉，其插入所述一对头部接口板中的每一个的所述开口内，其中所述枕骨髁钉的外表面包括用于接收螺栓以将所述颈部组合件紧固到所述头部组合件的开口；
其中所述枕骨髁钉被配置为围绕轴线A1在前向旋转方向上旋转以便相对于所述颈部组合件在向前方向上移动所述头部组合件，并且在与所述前向旋转相反的后向旋转方向上旋转以便在向后方向上移动所述头部组合件。


12.根据权利要求11所述的颈部组合件，其中所述上部构件包括在所述第一头部接口板和所述第二头部接口板之间延伸的一对上颈部止动件，所述一对上颈部止动件被配置为限制所述头部组合件向前或向后的运动。


13.根据权利要求11所述的颈部组合件，其进一步包括电位计，所述电位计被固定地耦接到所述第一头部接口板之一并且被配置为感测所述枕骨髁钉围绕轴线A1的旋转运动。

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【专利技术属性】
技术研发人员：Z·J·王，J·P·麦克尼斯，
申请(专利权)人：惠曼创新解决方案公司，
类型：发明
国别省市：美国;US