[发明专利]用于拟人化测试设备的颈部组合件

说明书

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。

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

发明内容

相应地，本发明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。