DE4330269A1 - Method and device for measuring the angle of rotation of the pelvis in a dummy - Google Patents
Method and device for measuring the angle of rotation of the pelvis in a dummyInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des auf eine horizontale Drehachse bezogenen Becken-Drehwinkels an einem Dummy bei der UnfallsimulationThe invention relates to a method and a device for measuring the a horizontal axis of rotation related pelvis rotation angle on a dummy at the Accident simulation
Der Becken-Drehwinkel bei der Unfallsimulation ist ein wichtiges Kriterium zur Beurteilung der Gefahr von Abdominalverletzungen. Bei korrekter Sitzposition des angegurteten Fahrzeuginsassen verläuft der Beckengurt unterhalb des Beckenkammes und wird durch diesen am Hochrutschen gehindert. Bei zu stark nach hinten geneigter Sitzposition, schlechter Abstützung durch den Fahrzeug sitz oder ineffizientem Rückhaltesystem tritt während der unfallbedingten Vor verlagerung des Fahrzeuginsassen eine Drehung des Beckens auf, durch die der Beckenkamm nach hinten ausweicht, so daß der Beckengurt über ihn hinweg und bis in den Bauchbereich rutschen kann. Während bei korrekt unterhalb des Beckenkammes verlaufendem Beckengurt relativ hohe Beckenbeschleunigungswerte bis zu 80 g ohne größere Verletzungsgefahr zulässig sind, sind bei oberhalb des Beckenkammes über den Bauchbereich verlaufendem Beckengurt Abdominalver letzungen schon bei sehr viel niedrigeren Beckenbeschleunigungswerten von we niger als 20 g zu befürchten. The pelvis rotation angle in the accident simulation is an important criterion for Assessment of the risk of abdominal injuries. With correct seating position of the belted vehicle occupant runs the lap belt below the Iliac crest and is prevented from slipping up by this. If too strong Sitting position tilted backwards, poor support from the vehicle Seat or inefficient restraint system occurs during the accident-related advance relocation of the vehicle occupants a rotation of the pelvis by which the Pelvic crest dodges to the rear so that the lap belt passes over it and can slip into the belly area. While correctly below the Pelvic crest running lap belt relatively high pelvic acceleration values up to 80 g without greater risk of injury are allowed at above the Pelvic crest across the abdominal belt Abdominalver results even with much lower pelvic acceleration values of we fear less than 20 g.
Bei der Unfallsimulation mit einem Dummy (Testpuppe) ist daher die Erfassung des Becken-Drehwinkels, d. h. des Winkelbetrages, um den sich das Becken wäh rend der Unfallsimulation von einer Ruhestellung ausgehend um eine horizontale Achse dreht, von Bedeutung. Der Becken-Drehwinkel kann unmittelbar aus Hoch geschwindigkeitsaufnahmen, wie sie bei der Unfallsimulation üblich sind, abge leitet werden. Dabei tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß die Sicht auf die relevanten Meßpunkte am Becken durch die Fährzeugtüren und den Gurt verdeckt wird. Eine Alternative besteht in der Verwendung eines Drehpotentiometers, durch das der relative Becken-Drehwinkel zwischen Oberschenkel und Becken gemessen werden kann. Vom gemessenen Winkel des Drehpotentiometers muß aber die Winkeländerung des Oberschenkels abgezogen werden, um den absoluten Becken-Drehwinkel zu erhalten, und die Winkelbewegung des Oberschenkels muß wiederum aus Hochgeschwindigkeitsaufnahmen bestimmt werden.When simulating accidents with a dummy (test manikin), the data is therefore entered the pool rotation angle, d. H. of the angular amount by which the pool moves rend simulation of the accident from a rest position to a horizontal Axis rotates, meaning. The pool rotation angle can be directly from high speed recordings, as are common in accident simulation, abge be directed. However, the difficulty arises that the view of the relevant measuring points on the pool covered by the vehicle doors and the belt becomes. An alternative is to use a rotary potentiometer by which the relative pelvis rotation angle between the thigh and pelvis can be measured. From the measured angle of the rotary potentiometer, however the change in angle of the thigh is subtracted to the absolute To get pelvic rotation angle, and the angular movement of the thigh must in turn can be determined from high-speed recordings.
Durch die Erfindung wird die Messung des Becken-Drehwinkels erheblich verein facht. Gemäß der Erfindung wird an der Beckenstruktur des Dummy ein Drehbe schleunigungsmelder starr befestigt, und das von diesem während der Unfallsi mulation gelieferte Meßsignal wird einer zweifachen Integration unterzogen. Bei Auswahl geeigneter Randbedingungen, insbesondere des Wertes 0 für die Win kelgeschwindigkeit und eines vorbestimmten konstanten Wertes für den Winkel in der Ausgangsposition, erhält man nach doppelter Integration des von dem Drehbe schleunigungsmelder abgegebenen Signals ein Meßsignal, das den Drehwinkel in Abhängigkeit von der Zeit wiedergibt.The invention considerably combines the measurement of the angle of rotation of the pool fold. According to the invention, a rotary be on the pool structure of the dummy accelerometer rigidly attached, and by this during the accident The supplied measurement signal is subjected to a double integration. When selecting suitable boundary conditions, in particular the value 0 for the win kel speed and a predetermined constant value for the angle in the starting position, is obtained after double integration of the from the rotary Accelerometer output signal a measurement signal that the angle of rotation in Depends on time.
Wie eingangs bereits erwähnt wurde, sind je nach Größe des Becken-Drehwinkels erheblich voneinander verschiedene Werte der Beckenbeschleunigung zulässig. Um eine unmittelbare Beurteilung des Verletzungsrisikos zu erleichtern, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung während der Unfallsimulation zugleich die Beckenbeschleunigung in Fahrtrichtung gemessen; bei der Auswertung der Messungen wird die gemessene Beckenbeschleunigung über den gemessenen Becken- Drehwinkel in einem Diagramm aufgetragen. Aus diesem Diagramm läßt sich das Verletzungsrisiko unmittelbar und anschaulich ablesen.As already mentioned at the beginning, depending on the size of the pool rotation angle Values of pelvic acceleration that differ considerably from one another are permissible. Around facilitate an immediate assessment of the risk of injury according to an advantageous development during the accident simulation at the same time the pelvic acceleration measured in the direction of travel; when evaluating the Measurements the measured pelvic acceleration over the measured pelvic Angle of rotation plotted on a diagram. This can be seen from this diagram Read the risk of injury immediately and clearly.
Bei der erfindungsgemaßen Vorrichtung zur Messung des auf eine horizontale Drehachse bezogenen Becken-Drehwinkels an einem Dummy bei der Unfallsimulation ist eine an der Rückseite des Dummy etwa auf der Höhe des Hüftgelenks vorge sehene Öffnung durch eine Deckelplatte verschlossen, an der ein auf Drehbe schleunigung um die horizontale Drehachse ansprechender Drehbeschleunigungs melder befestigt ist. Dieser Drehbeschleunigungsmelder ist an eine Signalver arbeitungseinrichtung angeschlossen, die das Ausgangssignal des Drehbeschleu nigers zweifach integriert. Vorzugsweise ist im Signalweg vor dem Integrator der Signalverarbeitungseinrichtung ein Tiefpaßfilter angeordnet, durch das höherfrequente Störschwingungen eliminiert werden.In the inventive device for measuring the horizontal Rotation axis related pelvis rotation angle on a dummy during the accident simulation is one featured on the back of the dummy approximately at the level of the hip joint see opening closed by a cover plate, on the one on Drehbe acceleration around the horizontal axis of rotation appealing acceleration detector is attached. This spin sensor is connected to a signal ver work facility connected to the output signal of the rotary fitting nigers integrated twice. Is preferably in the signal path before the integrator the signal processing device arranged a low-pass filter through which higher-frequency interference vibrations are eliminated.
Eine besonders einfache Montage des Drehbeschleunigungsmelders wird bei einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, daß die Deckelplatte einteilig mit einem rechtwinklig abgebogenen Ausleger ausgebildet ist, an dem der allgemein zylindrisch geformte Drehbeschleunigungsmelder mit einem seiner axialen Enden und mit seiner Achse parallel zu der Deckelplatte befestigt ist.A particularly simple assembly of the rotary acceleration detector is one preferred embodiment achieved in that the cover plate in one piece is formed with a right-angled boom on which the generally cylindrical-shaped rotary sensor with one of its axial ends and with its axis parallel to the cover plate.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:Further advantages and features of the invention result from the following Description and from the drawing to which reference is made. In the Show drawing:
Fig. 1 eine Skizze zur Veranschaulichung der Bedeutung des Becken-Drehwinkels während des Unfallablaufs; Fig. 1 is a diagram illustrating the meaning of the pelvic angle of rotation during the accident sequence;
Fig. 2 eine Skizze, die den Beckenbereich eines Dummy teilweise im Schnitt und die Anbringung eines Drehbeschleunigungsmelders zeigt; Fig. 2 is a sketch showing the pelvic area of a dummy partially in section and the attachment of a spin detector;
Fig. 3 schematische Ansichten einer Deckelplatte mit einem abgewinkelten Ausleger zur Befestigung des Drehbeschleunigungsmelders in drei verschiedenen Blickrichtungen; Fig. 3 is schematic views of a cover plate with an angled bracket for mounting the spin detector in three different directions;
Fig. 4 ein Blockschaltbild einer Signalverarbeitungseinrichtung zur Auswertung des Meßsignals des Drehbeschleunigungsmelders; Fig. 4 is a block diagram of a signal processing device for evaluating the measurement signal of the angular acceleration detector;
Fig. 5a, 5b, 5c Diagramme, von denen das erste das Meßsignal des Drehbeschleunigungsmelders nach Tiefpaßfilterung, das zweite dieses Signal nach einfacher Integration und das dritte dasselbe Signal nach zweifacher Integration in Abhängigkeit von der Zeit zeigt; und FIGS. 5a, 5b, 5c are diagrams showing the first of which the measurement signal of the angular acceleration detector according to low-pass filtering the second signal by this simple integration, and the third the same signal after double integration with respect to time; and
Fig. 6 ein Diagramm, das die leichte und anschauliche Beurteilung des Verletzungsrisikos durch Auftragen der gemessenen Beckenbeschleunigung über den gemessenen Drehwinkel ermöglicht. Fig. 6 is a diagram that enables easy and clear assessment of the risk of injury by plotting the measured pelvic acceleration over the measured angle of rotation.
Bei dem in Fig. 1 schematisch dargestellten Unfallablauf wird davon ausgegan gen, daß der Beckengurt 10 noch im wesentlichen unterhalb des Beckenkammes des allgemein mit 12 bezeichneten Beckens eines Fahrzeuginsassen verläuft und wäh rend der Vorverlagerung des Beckens zugleich eine Drehung um eine horizontale Achse Y auftritt. Die Achse Y verlagert sich im Raume bis in eine in Fig. 1 mit Y′ bezeichnete Position. Der auf diese Achse bezogene Becken-Drehwinkel α ist relativ groß und führt zu einem Ausweichen des Beckenkammes nach hinten, so daß der Beckengurt 10 über ihn bis den Bauchbereich hochrutscht. Der in Fig. 1 veranschaulichte Vorgang wird auch als Untertauchen des Beckens unter den Beckengurt oder als "Submarining" bezeichnet.In the accident sequence shown schematically in Fig. 1 it is assumed that the lap belt 10 still runs substantially below the pelvic crest of the generally designated 12 pelvis of a vehicle occupant and during the forward displacement of the pelvis a rotation about a horizontal axis Y occurs at the same time. The axis Y shifts in space to a position labeled Y 'in FIG. 1. The pelvis rotation angle α related to this axis is relatively large and leads to a dodging of the pelvic crest to the rear, so that the pelvic belt 10 slides up over it to the belly area. The process illustrated in FIG. 1 is also referred to as submerging the pelvis under the lap belt or as "submarining".
Fig. 2 zeigt schematisch den Beckenbereich eines weitgehend herkömmlich ausge bildeten Dummy mit dem Becken 12, einem Hüftgelenk 14, einem Abdomen 16, einer Lendenwirbelsäule 18 und einem dreiaxialen translatorischen Beschleunigungs aufnehmer 20, der in einer Öffnung 22 versenkt angeordnet ist. Der Schwerpunkt des unteren Torso ist mit S bezeichnet. Fig. 2 shows schematically the pelvic area of a largely conventionally formed dummy with the pelvis 12 , a hip joint 14 , an abdomen 16 , a lumbar spine 18 and a triaxial translational acceleration sensor 20 , which is arranged sunk in an opening 22 . The center of gravity of the lower torso is labeled S.
In der Öffnung 22 ist versenkt eine Platte 24 mit einem rechtwinklig abgeboge nen Ausleger 26 angeordnet. An dem Ausleger 26 ist, wie deutlicher aus Fig. 3 ersichtlich, ein allgemein zylindrischer Drehbeschleunigungsmelder 28 freitra gend mit einem seiner axialen Enden befestigt. Die Platte 24 kann am Boden der Öffnung 22 mittels Schrauben starr befestigt werden.In the opening 22 is a plate 24 sunk with a right-angled NEN boom 26 is arranged. On the boom 26 , as can be seen more clearly from Fig. 3, a generally cylindrical rotary sensor 28 freitra gend attached with one of its axial ends. The plate 24 can be rigidly attached to the bottom of the opening 22 by means of screws.
Wie aus dem Blockdiagramm der Fig. 4 ersichtlich ist, wird das Ausgangssignal des Drehbeschleunigungsmelders 28 einem Vorverstärker 30 zugeführt, dessen Ausgangssignal anschließend ein Tiefpaßfilter 32 durchläuft, welches die relativ hochfrequenten Störschwingungen unterdrückt, mit denen das Meßsignal des Drehimpulsmelders 28 behaftet ist. Das gefilterte Signal ist repräsentativ für die Drehbeschleunigung und wird einem Integrator 34 zugeführt, der eine zweifache Integration ausführt. Am Ausgang des Integrators 34 ist das den Beckendrehwinkel in Abhängigkeit von der Zeit t angebende, gewünschte Meßsignal α(t) verfügbar. As can be seen from the block diagram of FIG. 4, the output signal of the rotary acceleration detector 28 is fed to a preamplifier 30 , the output signal of which then passes through a low-pass filter 32 which suppresses the relatively high-frequency interference oscillations affecting the measurement signal of the rotary pulse detector 28 . The filtered signal is representative of the rotational acceleration and is fed to an integrator 34 , which carries out a double integration. At the output of the integrator 34 , the desired measurement signal α (t) indicating the pelvis rotation angle as a function of the time t is available.
Die Diagramme in den Fig. 5a, 5b, 5c zeigen das gefilterte Meßsignal , das einfach integrierte Meßsignal , sowie das zweifach integrierte Signal α in Abhängigkeit von der Zeit bei einer Unfallsimulation mit dem in Fig. 2 schematisch gezeigten Dummy. Wie sich aus Fig. 5c ergibt, erfolgt nach etwa 50 ms eine Beckendrehung nach vorn mit einer anschließenden Rückdrehung, die nach etwa 100 ms über den ursprünglichen Beckenwinkel hinausgeht, aber noch unterhalb eines Wertes von -20° verbleibt. Eine Beckendrehung mit negativem Beckendrehwinkel α entspricht dem Ausweichen des Beckenkammes nach hinten.The diagrams in FIGS . 5a, 5b, 5c show the filtered measurement signal, the single integrated measurement signal and the double integrated signal α as a function of time in the case of an accident simulation with the dummy shown schematically in FIG. 2. As can be seen from FIG. 5c, after approximately 50 ms, the pelvis is rotated forward with a subsequent backward rotation which, after approximately 100 ms, goes beyond the original pelvic angle, but still remains below a value of -20 °. A pelvis rotation with a negative pelvis rotation angle α corresponds to the pelvic crest dodging to the rear.
Durch die in Fig. 2 gezeigte Anordnung kann während der Unfallsimulation die translatorische Beckenbeschleunigung mittels des Beschleunigungsaufnehmers 20 gleichzeitig mit dem Becken-Drehwinkel gemessen werden. Die Meßwerte für translatorische Beckenbeschleunigung und Becken-Drehwinkel können in einem Diagramm der in Fig. 6 gezeigten Art aufgetragen werden, um zu einer unmittel baren und anschaulichen Aussage über das Verletzungsrisiko zu gelangen. In diesem Diagramm, worin die Beckenbeschleunigung über den (negativen) Becken- Drehwinkel aufgetragen wird, ist schraffiert "ein zulässiger Bereich" mar kiert, den die Meßwerte nicht verlassen dürfen, damit keine schwerwiegenden Verletzungen zu befürchten sind. Bis zu einem Becken-Drehwinkel von etwa -20° sind relativ hohe Beckenbeschleunigungswerte zulässig; jenseits von diesem Wert des Becken-Drehwinkels α ist ein Hochrutschen des Beckengurtes über den Beckenkamm wahrscheinlich, so daß nunmehr die zulässigen Werte für die Becken beschleunigung einen Wert von 13 g nicht überschreiten dürfen.Due to the arrangement shown in FIG. 2, the translational pelvic acceleration can be measured simultaneously with the pelvis rotation angle by means of the acceleration sensor 20 during the accident simulation. The measured values for translatory pelvic acceleration and pelvic rotation angle can be plotted in a diagram of the type shown in FIG. 6 in order to arrive at an immediate and clear statement about the risk of injury. In this diagram, in which the pelvic acceleration is plotted against the (negative) pelvis rotation angle, hatched "a permissible range" is marked, which the measured values must not leave, so that no serious injuries are to be feared. Up to a pool rotation angle of around -20 °, relatively high pool acceleration values are permissible; Beyond this value of the pelvis rotation angle α, the lap belt is likely to slide up over the pelvic crest, so that the permissible values for the pelvic acceleration must not exceed 13 g.
Die Signalverarbeitung erfolgt vorzugsweise digital; geeignete digitale Signalverarbeitungsanlagen sind verfügbar und finden bei der üblichen Auswertung von Unfallsimulationen Anwendung.The signal processing is preferably carried out digitally; suitable digital Signal processing systems are available and can be found at the usual Evaluation of accident simulations application.
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