020747 B1 020747 B1 (11) 020747

Евразийское
патентное
ведомство
(19)
(11)
020747
(13)
B1
(12)
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ЕВРАЗИЙСКОМУ ПАТЕНТУ
(45)
Дата публикации и выдачи патента
(51) Int. Cl. G09B 23/34 (2006.01)
2015.01.30
(21)
Номер заявки
201200802
(22)
Дата подачи заявки
2012.06.14
(54)
МАНЕКЕН ЧЕЛОВЕКА ДЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ НА УДАРНОЕ
ИНЕРЦИОННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ
B1
020747
Представитель:
(57)
Изобретение относится к научным моделям человека в натуральную величину, в частности к
манекенам для динамических испытаний на ударное инерционное воздействие, включающим
голову, туловище, шейный отдел, нижние конечности, и может быть использовано для исследования
влияния аварий транспортных средств на человека. Согласно изобретению туловище выполнено
из соединенных по крайней мере одной стяжкой верхней и нижней частей и расположенных
между ними съемных элементов, а шейный отдел выполнен в виде по крайней мере
одного пластичного стержня между верхней частью туловища и головой и набора распорных
упругоподатливых элементов вокруг этого стержня. Достигаемый технический результат расширение эксплуатационных возможностей манекена человека.
Мызников Б.В. (RU)
B1
(74)
020747
(56) RU-C1-2437166
(43) 2013.12.30
RU-C1-2151428
(96) 2012000136 (RU) 2012.06.14
SU-A-536506
(71)(72)(73) Заявитель, изобретатель и патентовладелец:
US-A-3877156
КОСТАНБАЕВ ВИТАЛИЙ
СЕРГЕЕВИЧ (RU)
020747
Изобретение относится к научным моделям человека в натуральную величину, в частности к манекенам для динамических испытаний на ударное инерционное воздействие, включающим голову, туловище, шейный отдел, нижние конечности, и может быть использовано, например, для исследования влияния аварий транспортных средств на человека.
Известен манекен человека для динамических испытаний на ударное инерционное воздействие,
включающий голову, туловище, шейный отдел, нижние конечности (см. патент РФ на изобретение №
2437166, 2011 г.). В нем туловище выполнено в виде единой детали и не может гнуться.
Недостатком данного изобретения является то, что вес такого манекена и его антропометрические
параметры фиксированы. Для полноценных испытаний необходимо целое семейство манекенов разного
веса и антропометрических параметров. Кроме того, туловище данного манекена не может изгибаться, в
отличие от туловища реального человека, поэтому испытания с применением такого манекена будут
иметь значительные отличия от результатов динамических испытаний на ударное инерционное воздействие.
Известен также манекен человека для динамических испытаний на ударное инерционное воздействие, включающий голову, туловище, шейный отдел, нижние конечности, Hybrid III, описанный в статье
"Центр безопасности "Вольво": от трех отправных точек", журнал "За рулем", № 12, 2011 г., с. 166-169.
Манекены отличаются разным весом и ростом, они используются для различных целей. Всего же в краштестах участвуют более 100 манекенов.
Данное устройство взято за прототип манекена человека для динамических испытаний на ударное
инерционное воздействие.
Недостатком данного манекена является то, что вес такого манекена и его антропометрические параметры фиксированы. Для полноценных испытаний необходимо целое семейство манекенов разного
веса и антропометрических параметров. Кроме того, при фиксированном весе и росте манекена отсутствует возможность изменять его центр тяжести, имитируя тот факт, что у мужчин и женщин при одинаковом росте и весе центр тяжести не совпадает.
Настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить манекен человека для динамических испытаний на ударное инерционное воздействие, позволяющий, по меньшей мере, сгладить как
минимум один из указанных выше недостатков. Для достижения этой цели туловище выполнено из соединенных по крайней мере одной стяжкой верхней и нижней частей и расположенных между ними
съемных элементов, а шейный отдел выполнен в виде по крайней мере одного пластичного стержня между верхней частью туловища и головой и набора распорных упругоподатливых элементов вокруг этого
стержня.
Благодаря такому решению манекен человека для динамических испытаний на ударное инерционное воздействие позволяет изменять свой вес и рост.
Существует вариант изобретения, в котором съемные элементы выполнены в виде набора балластно-весовых элементов, упругих и пластичных элементов, причем их количество и взаимное расположение определяется ростом, весом и характеристиками податливости туловища при экстремальном динамическом воздействии, а стяжка выполнена изменяемой длины.
Благодаря этим характеристикам появляется возможность изменять центр тяжести при фиксированном росте и весе, также степень податливости туловища манекена.
Существует также вариант изобретения, в котором верхняя часть туловища имеет элемент с податливостью в направлении грудь-спина.
Благодаря этой характеристике появляется возможность имитировать податливость человека в
грудном отделе.
Существует также вариант изобретения, в котором набор распорных упругоподатливых элементов
шейного отдела содержит отрезки пластиковых трубок, расположенных по всей длине по крайней мере
одного пластичного стержня и поперек ему.
Благодаря этой характеристике появляется возможность более точно имитировать изгибы шейного
и верхнегрудного отдела человека.
Таким образом, в данном изобретении поставлена задача - расширение эксплуатационных возможностей манекена человека. Поставленная задача решена с помощью указанной выше совокупности технических решений.
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых:
фиг. 1 схематично изображает общий вид манекена человека, вид сбоку в разрезе согласно изобретению;
фиг. 2 схематично изображает общий вид манекена человека, вид спереди согласно изобретению;
фиг. 3 схематично изображает вертикальный разрез BCDE головы, шейного отдела и верхней части
туловища манекена человека согласно изобретению;
фиг. 4 схематично изображает возможности регулировки роста туловища манекена согласно изобретению;
-1-
020747
фиг. 5 схематично изображает поперечный разрез А-А шейного отдела согласно изобретению;
фиг. 6 схематично изображает процесс деформации манекена человека при ударном инерционном
воздействии согласно изобретению;
фиг. 7 схематично изображает изменения положений элементов шейного отдела манекена в разрезе
при ударном инерционном воздействии согласно изобретению.
Как изображено на фиг. 1, 2, манекен человека для динамических испытаний на ударное инерционное воздействие состоит из головы 1, туловища 2, шейного отдела 3, нижних конечностей 4. Туловище 2
выполнено из соединенных по крайней мере одной стяжкой 21 верхней 22 и нижней 23 частей и расположенных между ними съемных элементов 24. В приведенном примере шейный отдел 3 выполнен в виде
двух пластичных стержней 31, расположенных между верхней частью туловища 22 и головой 1, и набора
распорных упругоподатливых элементов 32 вокруг стержней 31. Верхняя часть туловища 22 имеет два
плеча 221, которые могут быть выполненными в виде отдельных элементов, закрепленных на верхней
части туловища 22, или выполнены в виде единой с ним детали. Также верхняя часть туловища 22 имеет
отделы 222 и 223, а также грудной элемент 224 с податливостью в направлении грудь-спина, обеспечиваемой по крайней мере одним податливым элементом 225. Стяжка 21 с помощью монтажных элементов
211 и 212 соединена с дополнительными стяжками 213 и 214. Стяжка 213 связывает туловище манекена
2 с шейным отделом 3, а стяжка 214 связывает туловище манекена 2 с нижними конечностями 4.
Нижняя часть туловища манекена 23 соединена с нижними конечностями 4 с помощью шарнира,
позволяющего изменять положение нижних конечностей относительно туловища (шарнир на фигурах не
показан). Для испытания достаточно выполнить нижние конечности 4 только в виде бедер, а руки человека можно не имитировать совсем. Ноги и руки не являются жизненно важными органами, подробная
имитация рук и ног человека для большинства испытаний не нужна, при этом она затрудняет размещение манекена.
На фиг. 3 изображен вертикальный разрез BCDE головы, шейного отдела и верхней части туловища
манекена человека, на котором видно устройство шейного отдела 3. Стержни 31 с помощью монтажных
элементов 311 крепятся с одной стороны к опорной поверхности головы 11, а с другой стороны - к опорной поверхности верхней части туловища манекена 226. В качестве монтажных элементов 311 могут
быть использованы гайки, а стержни 31 могут иметь на обоих концах резьбовые участки. Упругоподатливые элементы 32 выполнены из отрезков пластиковых трубок, расположенных по всей длине каждого
из пластичных стержней 31 и поперек им. Крепление упругоподатливых элементов 32 друг с другом и со
стрежнями 31 осуществляется с помощью монтажных элементов, которые могут быть выполнены в виде
болтов 321 с гайками 322. При этом часть упругоподатливых элементов 32 одета на стержни 31, а часть
расположена по разные стороны от стержней 31. См. также фиг. 5, где это соединение показано в разрезе
А-А.
На фиг. 3 также изображено то, что съемные элементы 24 выполнены в виде набора балластновесовых элементов двух видов: упругих 241 и пластичных 242 элементов. Их количество и взаимное
расположение определяется ростом, весом и характеристиками податливости туловища при экстремальном динамическом воздействии, а стяжка 21 выполнена изменяемой длины. Именно для этого в конструкции предусмотрены дополнительные стяжки 213 и 214, которые крепятся к стяжке 21 с помощью
монтажных элементов 211 и 212. При этом стяжка 213 позволяет осуществлять крепеж к верхней части
туловища манекена 22, посредством соединения с опорной поверхностью верхней части туловища манекена 226 при помощи монтажного элемента 215, выполненного, например, в виде гайки, при этом верхняя часть дополнительной стяжки 213 имеет резьбу.
Верхняя часть туловища имеет элемент 224 с податливостью в направлении грудь-спина, обеспечиваемой по крайней мере одним податливым элементом 225. На фиг. 3 показан вариант, когда податливость в направлении грудь-спина обеспечивается за счет демпфирующих элементов 227, выполненных,
например, в виде газовых упоров, состоящих из напорного цилиндра и штока с поршневым пакетом.
Демпфирующие элементы 227 крепятся с помощью монтажных элементов 228 с деталью 22 верхней части туловища манекена и с помощью монтажных элементов 229 с деталью 224 верхней части туловища
манекена.
Манекен человека для динамических испытаний на ударное инерционное воздействие используют
следующим образом.
С помощью упругих и пластичных элементов 241 и 242 формируют набор балластно-весовых элементов 24, а также регулируют длину стяжки 21. Количество и взаимное расположение элементов 241 и
242 определяется заданным для данного испытания ростом, весом и характеристиками податливости туловища, а также, например, положением центра тяжести. См. фиг. 4. При этом возможна регулировка
роста сидящего манекена в диапазоне ∆HT, как показано на фиг. 4.
С помощью монтажных элементов 321 и 322 регулируют податливость пластичных стержней 31,
имитирующих наклон верхней части позвоночника, включающий верхнегрудной и шейный отделы. За
счет регулировки пластичных стержней 31 монтажными элементами 311 возможно регулировать податливость пластичных стержней 31 и даже организовывать несимметричную податливость манекена относительно вертикальной оси симметрии его.
-2-
020747
С помощью регулировки податливого элемента 225 и настройки демпфирующих элементов 227 регулируют податливость грудного отдела верхней части туловища манекена 224, имитирующей грудной
отдел человека. При этом возможна регулировка в пределах ∆НГР, как показано на фиг. 3.
Манекен человека помещают внутрь транспортного средства на кресло, предназначенное для человека, притягивают плечевыми ремнями 5 (см. фиг. 6), после чего на специальном стенде транспортное
средство подвергают различным ударным инерционным воздействиям. Параметры ударного воздействия
фиксируют с помощью различных устройств. Это могут быть датчики, размещенные в различных отделах манекена, например тензометрические датчики. Либо это могут также быть скоростные видеокамеры. Видеокамеры могут быть установлены не только сверху и по бокам, но даже под прозрачным полом.
Съемка в этом случае будет дополнять информацию, полученную от датчиков, расположенных на манекене, и позволит более детально рассмотреть процесс динамических испытаний на ударное инерционное
воздействие, например как ведут себя транспортное средство и манекен при ударе.
Предлагаемый манекен позволяет более точно имитировать изменения положения тела человека
при ударно инерционных воздействиях, которые могут быть произведены под разными углами к манекену.
На фиг. 6 показаны варианты положения манекена, а на фиг. 7 - изменения положений элементов
шейного отдела манекена при его деформации, например при лобовом или фронтальном ударе. Видно,
что предлагаемая организация упругоподатливых элементов 32 вокруг стержней 31 хорошо имитирует
податливость позвоночника человека: при небольших наклонах стержень 31 легко сгибается, а при
больших - соприкасающиеся элементы 32, находящиеся в положении через ряд друг от друга, приводят к
дополнительной упругости и затрудняют дальнейшие наклоны.
В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец манекена человека для
динамических испытаний на ударное инерционное воздействие при участии общества с ограниченной
ответвенностью "Центр медицинских и биомеханических проектов" (ООО "МБП-Центр"). При изготовлении использовались элементы, детали и узлы, выпускаемые отечественной и зарубежной промышленностью.
Испытания опытного образца манекена человека показали следующие характеристики, а именно
возможность:
1) быстрой сборки и разборки манекена человека;
2) изменения массы манекена человека в пределах от 50 до 200 кг;
3) изменения размера "рост сидя" (суммарный размер туловища, шеи и головы манекена человека,
соответствующий сидящему человеку) от 0,55 до 1,1 м;
4) обеспечить необходимую регулировку положения центра тяжести манекена при изменениях роста и веса;
5) регулировки податливости в шейно-грудном отделе манекена;
6) имитации движения головы относительно туловища;
7) регулировки длины шейного отдела;
8) обеспечивать податливость грудного отдела от действия плечевых ремней;
9) обеспечивать податливость вдоль позвоночника с возможностью регулировки её величины;
10) обеспечивать проведения многократных ударных испытаний.
Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача - расширение эксплуатационных возможностей манекена человека, возможность его многократного использования.
Часто бывает, что места расположения людей в объектах техники труднодоступны. Посадка на место испытания манекена, представляющего из себя единое целое, в этом случае бывает крайне затруднительной и часто попросту невозможна. Дополнительным преимуществом предлагаемого манекена человека является то, что он может быть посажен в труднодоступных местах расположения человека в объекте техники.
Предлагаемый манекен человека имеет простое устройство, а следовательно, низкую стоимость,
при этом он один может заменять большое количество манекенов с фиксированными характеристиками,
использование его в испытаниях позволяет снизить стоимость самих испытаний в сотни раз, что позволяет при фиксированном бюджете провести множество дополнительных испытаний. Особенно этот фактор значит очень много для объектов испытаний, где необходимо оценить много мест посадки людей.
Манекен человека для динамических испытаний на ударное инерционное воздействие может быть
использован для исследования влияния ударных инерционных воздействий на человека при аварии
транспортных средств.
-3-
020747
ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Манекен человека для динамических испытаний на ударное инерционное воздействие, включающий голову, туловище, шейный отдел, нижние конечности, отличающийся тем, что туловище выполнено из соединенных по крайней мере одной стяжкой верхней и нижней частей и расположенных
между ними съемных элементов, позволяющих изменять рост, вес и характеристики податливости туловища, а шейный отдел выполнен в виде по крайней мере одного деформируемого стержня,
расположенного между верхней частью туловища и головой, и набора распорных упругоподатливых
элементов, расположенных вокруг этого стержня.
2. Манекен человека по п.1, отличающийся тем, что съемные элементы выполнены в виде набора
балластно-весовых элементов, упругих элементов, а стяжка выполнена изменяемой длины.
3. Манекен человека по п.1, отличающийся тем, что верхняя часть туловища имеет элемент с податливостью в направлении спина-грудь.
4. Манекен человека по п.1, отличающийся тем, что набор распорных упругоподатливых элементов
шейного отдела содержит отрезки пластиковых трубок, расположенных по всей длине по крайней мере
одного деформируемого стержня и поперек ему.
Фиг. 1
Фиг. 2
-4-
020747
Фиг. 3
Фиг. 4
Фиг. 5
-5-
020747
Фиг. 6
Фиг. 7
Евразийская патентная организация, ЕАПВ
Россия, 109012, Москва, Малый Черкасский пер., 2
-6-