JP2019215346A - 衝撃モーション・トラッキング・システム - Google Patents

Abstract

【課題】三次元空間におけるオブジェクトを追跡するための衝撃モーション・トラッキング・システムを提供する。【解決手段】モーション・トラッキング・センサは、ハウジングと磁気測定モジュールと慣性測定モジュールとを備え、送信機モジュールは磁場を生成し、磁気測定モジュールは、送信機モジュールにより生成される磁場を測定し、オブジェクトの少なくとも１つのオブジェクト部分に対して固定的な位置関係を有し、慣性測定モジュールは、線形加速度および角加速度の少なくとも一方を測定し、少なくとも１つのオブジェクト部分に対して固定的な位置関係を有し、電子プロセッサは、慣性測定モジュールと磁気測定モジュールからの各測定信号に基づき、オブジェクト部分に関する衝撃運動情報と磁気運動情報を導出し、磁気運動情報を用いて衝撃運動情報を周期的に較正し、かつオブジェクトは、衝突試験用ダミーおよび衝突される車両の少なくとも一方である。【選択図】図１

Description

本発明は、三次元空間におけるオブジェクトを追跡するための衝撃モーション・トラッキング・システムに関する。

自動車メーカ、航空機メーカおよび他の車両メーカが行なうような衝突試験では、車両およびその乗員に対する衝撃の効果が決定される。このような衝突試験において、車両は、模擬衝突を経験する。車両および衝突試験用ダミーとも呼ばれるその乗員は、共に、約２００ミリ秒という短期間に高い慣性荷重に曝される。その結果、衝突車両および衝突試験用ダミーは、鋭い加速および局所的変形を免れない。衝突車両および衝突試験用ダミーは、衝突車両の反り運動または衝突試験用ダミーの首の前後の振れのような衝撃運動を受ける。欧州新車評価プログラム（ユーロＮＣＡＰ）または米国新車評価プログラム（ＵＳ ＮＣＡＰ）によれば、衝突試験用ダミーの胸部線形加速度の限界値は、少なくとも３ミリ秒の時間で６０ｇであり、かつ衝突試験用ダミーの胸部角加速度は、１５００゜／秒に達し得る。したがって、本発明が言うところの衝撃運動は、少なくとも３ミリ秒の時間における６０ｇまでの線形加速度または１５００゜／秒までの角加速度により誘発される衝突車両および衝突試験用ダミーの動きを意味する。

衝突車両および衝突試験用ダミーの模擬衝突の間および衝突後の衝撃運動の三次元追跡は、高速ビデオカメラ、力センサ、加速度センサ、角速度センサおよびこれらに類似するもののような多様な高分解能追跡センサを用いて実行される。本発明が言うところの高分解能追跡は、三次元空間内のオブジェクトを、３つの次元の各々における２ｍｍ未満の空間分解能、および０．０２ミリ秒未満の時間分解能で追跡することを意味する。

残念ながら、衝突車両の内部および衝突車両内部に座る衝突試験用ダミーの衝撃運動は、例えば、不透明な車両周囲の存在および模擬衝突の間の複数のエアバッグの膨張に起因して、必ずしも、衝突車両の外部から高速カメラにより、満足な空間および時間分解能で識別され得ない。

この不十分な三次元衝撃運動追跡に対するソリューションは、センサフュージョンによってもたらされる場合もある。これに関して、国際公開第２００７０５８５２６Ａ１号パンフレットは、モーション・トラッキング・センサと電子プロセッサとを備える、三次元空間内でオブジェクトを追跡するためのモーション・トラッキング・システムについて記述している。モーション・トラッキング・センサ自体は、磁気測定モジュールおよび慣性測定モジュールのセンサフュージョンを備える。磁気測定モジュールは、送信機モジュールにより発生される磁場を測定する。磁気測定モジュールは、オブジェクトのオブジェクト部分との固定的な位置関係を有する。磁気測定モジュールは、互いに対して三次元的位置関係で配置される３つの磁場センサを備える。慣性測定モジュールは、線形加速度および角加速度を測定する。慣性測定モジュールは、オブジェクトのオブジェクト部分との固定的な位置関係を有する。慣性測定モジュールは、３つの線形加速度センサと、３つの角加速度センサとを備える。線形加速度センサおよび角加速度センサは、互いに対して三次元的位置関係で配置される。電子プロセッサは、モーション・トラッキング・センサから測定信号を受信する。電子プロセッサは、受信される測定信号に基づいて、オブジェクトのオブジェクト部分に関する運動情報を導出する。これは、線形加速度センサの信号と角加速度センサの信号との時間二重積分によって行なわれる。モーション・トラッキング・システムの重力加速度は、減算される。また、電子プロセッサは、慣性測定モジュールからの運動情報を、磁気測定モジュールからの運動情報を用いて周期的に較正もする。したがって、慣性測定モジュールからの運動情報は、磁気測定モジュールからの運動情報によって定間隔で補正される。

こうしたモーション・トラッキング・システムは、Ｘｓｅｎｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社からＭＴｉ １００シリーズ製品として市販されている。残念ながら、ＭＴｉ １００シリーズ製品は、衝突試験に必要な構造的頑強性を持たず、また、衝撃運動の線形加速度および角加速度の大きさ、ならびに時間分解能の測定に不適である。ＭＴｉ １００シリーズ製品は、僅か約５ｇの標準フルレンジによる線形加速度の測定、および僅か４５０゜／秒の標準フルレンジによる角加速度の測定を行なう。こうした制限は、前述の衝撃運動追跡要件を遙かに下回る。さらに重要なことには、ＭＴｉ １００シリーズ製品は、僅か６０ｋＳ／秒のサンプリングレート、および最大２ｋＨｚの出力周波数で測定するが、これは、前述の高分解能追跡要件を下回る。言い替えれば、ＭＴｉシリーズＡｎｄの年間バイアス再現性は、典型的には０．０３ｍ／秒^２であって、結果的に、２００ミリ秒後に６ｍｍの位置誤差が生じ、これは、１つの次元における２ｍｍ未満という空間分解能要件を遙かに上回る。これらの制約に起因して、ＭＴｉ １００シリーズ製品は、衝突試験に不適である。

前述のモーション・トラッキング・システムは、歪磁場を発生する強磁性金属が存在しなければ、満足のいく結果をもたらす。しかしながら、強磁性金属の存在は、電気配線、電子デバイス、モニタ、蛍光灯、さらには自動車両、航空車両、さらには衝突試験用ダミーを含む多くのデバイスにおいて一般的である。送信機モジュールにより生成される磁場へ重畳される歪磁場は、磁気測定モジュールにより測定される信号を変造し、モーション・トラッキング・システムによる位置を不正確にする。

モーション・トラッキング・センサ自体は、軽量であって、ストラップまたはバンドにより移動体へ容易に取り付けられ、よって、人体の足首または手首に対して固定的な位置関係で装着されることが可能である。しかしながら、衝突試験の間、衝突試験用ダミーの加速は、極めて迅速であり、かつ衝突試験用ダミーと衝突車両内部との摩擦接触にかなりの重さがあることから、衝突試験用ダミーの身体部分へストラップまたはバンドで取り付けられるモーション・トラッキング・センサは、衝突試験用ダミーのオブジェクト部分との固定的な位置関係を保持することができない。モーション・トラッキング・センサとオブジェクト部分との固定的な関係の緩みは、モーション・トラッキング・システムの空間分解能に悪影響を及ぼす。

国際公開第２００７０５８５２６Ａ１号パンフレット

本発明の目的は、衝突試験用の改良された衝撃モーション・トラッキング・システムを提供することにある。

この目的は、三次元空間におけるオブジェクトを追跡するための衝撃モーション・トラッキング・システムによって達成され、モーション・トラッキング・センサは、ハウジングと、磁気測定モジュールと、慣性測定モジュールとを備え、送信機モジュールは、磁場を生成し、前記磁気測定モジュールは、前記送信機モジュールにより生成される磁場を測定し、前記磁気測定モジュールは、前記オブジェクトの少なくとも１つのオブジェクト部分に対して固定的な位置関係を有し、前記慣性測定モジュールは、線形加速度および角加速度の少なくとも一方を測定し、前記慣性測定モジュールは、前記少なくとも１つのオブジェクト部分に対して固定的な位置関係を有し、電子プロセッサは、前記モーション・トラッキング・センサから測定信号を受信し、前記電子プロセッサは、前記慣性測定モジュールから受信される測定信号に基づいて、前記オブジェクト部分に関する衝撃運動情報を導出し、前記電子プロセッサは、前記磁気測定モジュールから受信される測定信号に基づいて、前記オブジェクト部分に関する磁気運動情報を導出し、かつ前記電子プロセッサは、磁気運動情報を用いて衝撃運動情報を周期的に較正する。よって、前記オブジェクトは、衝突試験用ダミーおよび衝突される車両の少なくとも一方である。

驚くべきことに、共に所定量の強磁性金属を含む衝突試験用ダミーまたは衝突されるべき車両の場合、前記送信機モジュールにより生成される磁界の結果として生じる歪みは、参照磁気測定モジュールにおける磁気歪みの強さを知ることによって補正され得ることが分かっている。前記衝突試験用ダミーについては、好ましくは骨盤に位置合わせされる磁気測定モジュールが、手の甲、手首およびこれらに類似する場所に位置合わせされる他の磁気測定モジュールの参照として機能する。また、前記衝突されるべき車両については、好ましくはトランクに位置合わせされる磁気測定モジュールが、左フロントバンパ、右フロントバンパおよびこれらに類似する場所に位置合わせされる他の磁気測定モジュールの参照として機能する。衝突試験の間、前記参照磁気測定モジュールは、その位置を変えず、また、前記参照磁気測定モジュールにおける磁場歪みの強さも変わらない。言い替えれば、前記２つの参照磁気測定モジュールは各々、衝突試験用ダミーの衝撃運動の追跡および衝突されるべき車両の衝撃運動の追跡を独立して行なうための三次元座標系の中心を独立して確立する。したがって、追跡されるべきオブジェクトの衝撃運動について、前記電子プロセッサは、前記参照磁気測定モジュールからの参照磁気運動情報を用いて、他の磁気測定モジュールからの磁気運動情報を周期的に較正する。参照磁気測定モジュール３２’からの参照磁気運動情報を用いる他の磁気測定モジュール３２からの磁気運動情報の前記較正は、０．０２ミリ秒未満の時間間隔で周期的に行なわれる。

前記モーション・トラッキング・センサのセンサハードウェアは、前述の衝撃運動追跡要件を満たすように再設計されている。好ましくは、前記モーション・トラッキング・センサは、少なくとも３ミリ秒に渡る最大６０ｇの線形加速度により、または最大１５００゜／秒の角加速度により誘起される衝撃運動に耐える。また、前記モーション・トラッキング・システムのセンサハードウェアは、前述の高分解能追跡要件を満たすようにも再設計されている。好ましくは、前記衝撃モーション・トラッキング・システムは、衝突試験用ダミーおよび衝突されるべき車両の前記少なくとも一方を、３つの次元の各々における２ｍｍ未満の空間分解能、および０．０２ミリ秒未満の時間分解能で追跡する。

好ましくは、前記モーション・トラッキング・センサは、前記オブジェクトの１つのオブジェクト部分と固定的な連結を有し、よって、衝撃運動の間および後、前記モーション・トラッキング・センサと、前記モーション・トラッキング・センサが固定的な位置関係を有する前記オブジェクト部分との間の相互距離の変化は、１ｍｍ未満である。好ましくは、前記固定的連結は、前記モーション・トラッキング・センサの前記ハウジングと、前記衝突試験用ダミーの骨格との間で直に行なわれる。好ましくは、前記固定的連結は、前記モーション・トラッキング・センサの前記ハウジングと、衝突されるべき前記車両の１つのオブジェクト部分との間で直に行なわれる。

本発明を、図面に関連する例示的な実施形態によって説明する。

衝突試験用ダミーおよび衝突されるべき車両のうちの少なくとも一方を追跡するための衝撃モーション・トラッキング・システムを示す略側面図である。 図１の衝撃モーション・トラッキング・システムのモーション・トラッキング・センサを示す略図である。 図１の衝撃モーション・トラッキング・システムのための衝突試験用ダミーのアーム部分を示す略図である。 図１の衝撃モーション・トラッキング・システムのための衝突試験用ダミーの身体部分を示す略図である。 図１の衝撃モーション・トラッキング・システムのための衝突されるべき車両を示す略図である。 図１の衝撃モーション・トラッキング・システムを用いてオブジェクトを追跡するための、衝突試験前後および試験中の方法ステップを示す。

図１〜６は、三次元空間におけるオブジェクトに対する衝撃モーション・トラッキング・システムの幾つかの例示的な実施形態を示す。オブジェクトは、衝突試験用ダミー１および衝突されるべき車両２のうちの少なくとも一方である。衝突試験では、衝突されるべき車両２は、模擬衝突において特定の速度で障害物に衝突する。衝突は、正面衝突、側面衝突、後方衝突、転覆衝突、他であり得る。少なくとも１つの衝突試験用ダミー１は、衝突されるべき車両２内に置かれる。衝突試験は、約２００ミリ秒という比較的短期間で実行される。模擬衝突の間、衝突試験用ダミー１は、一時的に急激な加速を受け、身体が変形する。地域により、衝突試験は、例えば、欧州新車評価プログラム（ユーロＮＣＡＰ）または米国新車評価プログラム（米国ＮＣＡＰ）によって規制される。これらの規制に従って、衝突試験用ダミー１の身体加速度は、所定の限界値を遵守しなければならない。よって、ユーロＮＣＡＰまたは米国ＮＣＡＰに従って、衝突試験用ダミー１の胸部線形加速度の限界値は、少なくとも３ミリ秒の期間に対し６０ｇであり、ここで、地球の重力は、定義によりｇ＝９．８１ｍ／秒^２である。また、衝突試験用ダミー１の胸部角加速度は、最大１５００゜／秒であってもよい。

図１〜４は、衝突試験用ダミー１のオブジェクト部分１０の例示的な実施形態を示す。衝突試験用ダミー１は、高い生体忠実度を有するが、これは、衝突試験用ダミー１が実際の人間のサイズ、形状、質量、剛性およびエネルギー吸収を厳密に模倣していることを意味する。衝突試験用ダミー１は、骨格１１、腕部分１２、身体部分１３、骨盤１６およびこれらに類似するもの等のオブジェクト部分１０を有する。したがって、衝突試験用ダミー１は、アルミニウム、鋼およびこれらに類似するもの等の機械的抵抗性のある材料で製造された骨格１１を有する。また、衝突試験用ダミー１も、ビニルポリマーおよびこれに類似するもの等の合成材料から作られた表皮を有し、この表皮が骨格１１を覆って伸びている。

図１および５は、衝突されるべき車両２のオブジェクト部分２０の例示的な実施形態を示す。衝突されるべき車両２は、工業生産による自走車両である。衝突されるべき車両２は、自動車、バス、トラック、列車、飛行機およびこれらに類似するものであってもよい。衝突されるべき車両２は、フロントバンパ２１、エンジン２２、ハンドル２３、ドア２４、シート２６、Ｂピラー２７、トランク２８およびこれらに類似するもの等のオブジェクト部分２０を有する。

衝突試験用ダミー１および衝突されるべき車両２のうちの少なくとも一方は、モーション・トラッキング・センサ３を備える。図２は、このようなモーション・トラッキング・センサ３の例示的な一実施形態を示す。モーション・トラッキング・センサ３は、ハウジング３１と、磁気測定モジュール３２、３２’と、慣性測定モジュール３３とを備える。ハウジング３１は、アルミニウム、ポリプロピレン、ポリカーボネートおよびこれらに類似するもの等の機械的抵抗性のある材料製であってもよい。モーション・トラッキング・センサ３の磁気測定モジュール３２、３２’および慣性測定モジュール３３は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）内に実装されてもよい。ＭＥＭＳはサイズが小さく、概して２０μｍ〜１ｍｍの範囲である。

各オブジェクトは、少なくとも１つの送信機モジュール３０を備える。送信機モジュール３０は、オブジェクトの全ての磁気測定モジュールによって測定されるに足る強さの磁場を生成することができる。好ましくは、衝突試験用ダミー１の場合、送信機モジュール３０は、骨盤１６に置かれる。好ましくは、衝突されるべき車両２の場合、送信機モジュール３０は、エンジン２２、シート２６およびトランク２８のうちの少なくとも１つに置かれる。送信機モジュール３０は、少なくとも１メートルの動作範囲を有する。生成される磁場は、約５０μＴである地球磁場と少なくとも同じくらいの強さである。生成される磁場は、最低１００Ｈｚから最大２ｋＨｚまでの周波数で変化する。

各磁気測定モジュール３２、３２’は、互いに対して三次元的位置関係で配置される、互いに直交して配置される３つの磁場センサを備える。前記３つの磁場センサにより、送信される磁場は、３つの次元において、０．０２ミリ秒未満の時間分解能で独立して測定される。測定される磁場に対して、磁気測定モジュール３２、３２’は、磁気測定信号を発する。磁気の測定に関しては、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）センサ、ローレンツ力を基礎とする磁場センサおよびこれらに類似するものといった当業者に知られる多くの方法が存在する。磁場は、約５０μＴの標準フルレンジ、少なくとも０．５μＴ／√Ｈｚのノイズおよび少なくとも１゜の角度精度で測定される。磁気測定モジュール３２、３２’は、磁気測定信号を、最低１００Ｈｚから最高２ｋＨｚまでの出力データレートで発する。

慣性測定モジュール３３は各々、３つの線形加速度センサと、３つの角加速度センサとを含み、３つの角加速度センサは、ジャイロスコープとも呼ばれる。３つの線形加速度センサおよび３つの角加速度センサは、互いに対して三次元的位置関係で相互に直交して配置される。線形加速度センサは、線形加速度を三次元のベクトル長さとして測定し、かつ角加速度センサは、角加速度を三次元のベクトル角度として測定する。また、線形加速度センサおよび角加速度センサは、３つの次元における線形加速度および角加速度を、０．０２ミリ秒未満の時間分解能で測定する。オブジェクトの測定された動きに対して、慣性測定モジュール３３は、線形加速度センサ信号および角加速度センサ信号を発する。微細機械加工された慣性測定モジュール３３は、加速の影響下で振動質量が偏向される、振動質量による片持ち梁のように当業者に知られ、この偏向が圧電、圧電抵抗または容量手段によって測定される。衝突試験の衝撃運動要件を満たすために、軽量かつ高剛性の慣性測定モジュール３３が開発されている。したがって、慣性測定モジュール３３は、線形加速度を、最大６０ｇの標準フルレンジおよび１００μｇ ／√Ｈｚ未満のノイズで測定する。また、慣性測定モジュール３３は、角加速度を、最大１５００゜／秒の標準フルレンジおよび０．０１゜／秒／√Ｈｚ未満のノイズで測定する。慣性測定モジュール３３は、線形加速度信号および角加速度信号を、１００Ｈｚ〜２ｋＨｚの出力データレートで発する。

モーション・トラッキング・センサ３は、衝突試験用ダミー１および衝突されるべき車両２のうちの少なくとも一方の内部に埋め込まれる。衝突試験用ダミー１および衝突されるべき車両２のうちの少なくとも一方の内部に埋め込まれるモーション・トラッキング・センサ３は、歪磁場から電磁的に遮蔽される。遮蔽の有効性は、衝突試験用ダミー１および衝突されるべき車両２のうちの少なくとも一方の埋込み材料の性質および厚さに大きく依存する。

図２に示されているように、モーション・トラッキング・センサ３は、衝突試験用ダミー１および衝突されるべき車両２のうちの少なくとも一方のオブジェクト部分１０、２０との固定的な連結部３４を有する。衝撃運動の間および衝撃運動後、衝突追跡センサ３と、衝突試験用ダミー１および衝突されるべき車両２のうちの、モーション・トラッキング・センサ３がそのオブジェクト部分１０、２０と固定的な位置関係を有する一方のオブジェクト部分１０、２０との間の相互距離の変化は、１ｍｍ未満である。固定的連結部３４は、少なくとも３ミリ秒間に渡る６０ｇまでの線形加速度または１５００゜／秒までの角加速度により誘起される衝撃運動に耐える。好ましくは、固定的連結部３４は、モーション・トラッキング・センサ３のハウジング３１と衝突試験用ダミー１の骨格１１との間へ直に作られる。好ましくは、固定的連結部３４は、モーション・トラッキング・センサ３のハウジング３１と衝突されるべき車両２のオブジェクト部分２０との間へ直に作られる。固定的連結部３４は、フォームクロージャであっても、フォースクロージャ、材料接合であってもよい。フォームクロージャは、スナップ嵌め、クランプ嵌め、コールドリベットおよびこれらに類似するものである。フォースクロージャは、ボルト締めジョイント、ホットリベットおよびこれらに類似するものである。材料接合は、溶接、拡散溶接、熱圧着、はんだ付けおよびこれらに類似するもの等による材料接合である。

図３によれば、衝突試験用ダミー１の腕部分１２のモーション・トラッキング・センサ３は、手の甲センサ３０１、手首センサ３０２、下腕センサ３０３、肘センサ３０４、上腕センサ３０５、肩センサ３０６、肩／鎖骨センサ３０７および鎖骨センサ３０８である。図４によれば、衝突試験用ダミー１の身体部分１３のモーション・トラッキング・センサ３は、頭部センサ３０９、上頸部センサ３１０、下頸部センサ３１１、上部脊椎センサ３１２、上部胸郭センサ３１３、下部胸郭３１４、下部脊椎センサ３１５、骨盤センサ３１６、寛骨臼センサ３１７、大腿骨センサ３１８、膝センサ３１９、下肢センサ３２０、足首センサ３２１、足センサ３２２およびつま先センサ３２３である。

図５によれば、衝突されるべき車両２のモーション・トラッキング・センサ３は、左フロントバンパセンサ３３１、右フロントバンパセンサ３３１’、エンジントップセンサ３３２、ハンドルセンサ３３３、運転席センサ３３４、左ドアセンサ３３５、右ドアセンサ３３５’、後部座席センサ３３６、左Ｂピラーセンサ３３７、右Ｂピラーセンサ３３７’およびトランクセンサ３３８である。

本発明を知ることにより、当業者は、ボトムエンジンセンサ、ボトムシートセンサ、フロアパンセンサおよびこれらに類似するものといった、衝突試験用ダミーおよび衝突されるべき車両のうちの一方の他のオブジェクト部分におけるモーション・トラッキング・センサを予測し得る。

骨盤センサ３１６の磁気測定モジュール３２’は、手の甲センサ３０１、手首センサ３０２およびこれらに類似するものの他の磁気測定モジュール３２に対する参照として機能する。トランクセンサ３３８の磁気測定モジュール３２’は、左フロントバンパセンサ３３１、右フロントバンパセンサ３３１’およびこれらに類似するものの他の磁気測定モジュール３２に対する参照として機能する。衝突試験の間、参照磁気測定モジュール３２’は、その位置を変えず、かつ参照磁気測定モジュール３２’における磁場歪みの強さも変わらない。衝突試験用ダミー１の参照磁気測定モジュール３２’は、衝突試験用ダミー１の衝撃運動を追跡するための三次元座標系の中心を確立する。衝突されるべき車両２の参照磁気測定モジュール３２’は、衝突されるべき車両２の衝撃運動を追跡するための三次元座標系の中心を確立する。

モーション・トラッキング・センサ３から測定信号を受信するために、少なくとも１つの信号捕捉デバイス４１が設けられる。信号捕捉デバイス４１は、衝突試験用ダミー１の胸部１５内、または衝突されるべき車両２のトランク２８内に設けられてもよい。信号捕捉デバイス４１は、制御回路と、記憶デバイスと、インタフェースとを備える。信号捕捉デバイス４１は、磁気測定モジュール３２、３２’および慣性測定モジュール３３へ、電気信号導体（不図示）によって電気的に接続されてもよい。測定される信号は、前記電気導体により、磁気測定モジュール３２、３２’から、かつ慣性測定モジュール３３から、信号捕捉デバイス４１へ送信される。制御回路は、受信される測定信号をリアルタイムで増幅しかつデジタル化する。本発明で言うリアルタイムとは、１ミリ秒以内のデータ増幅およびデータのデジタル化を意味する。デジタル化された測定信号は、記憶デバイスに記憶される。インタフェースは、無線であっても、有線であってもよい。信号捕捉デバイス４１は、インタフェースによって制御されることが可能である。信号捕捉デバイス４１の独立した動作は、エネルギー貯蔵装置（不図示）によって保証される。

信号捕捉デバイス４１は、多くの磁気測定モジュール３２、３２’および慣性測定モジュール３３から測定信号を受信しかつ記憶するに足る数のチャネルを有する。好ましくは、信号捕捉デバイス４１は、少なくとも３２個の磁気測定モジュール３２、３２’および少なくとも３２個の慣性測定モジュール３３に対して、少なくとも１９２個のチャネルを有する。磁気測定モジュール３２、３２’および慣性測定モジュール３３は各々、３つの次元において、０．０２ミリ秒未満の時間分解能で測定する。好ましくは、信号捕捉デバイス４１は、少なくとも９．６ＭＳ ／秒のサンプリングレートを有する。好ましくは、衝撃モーション・トラッキング・システムは、衝突試験用ダミー１および衝突されるべき車両２のうちの少なくとも一方を、３つの次元の各々において２ｍｍ未満の空間分解能および０．０２ミリ秒未満の時間分解能で追跡する。

記憶された測定信号は、衝突試験の後、オフライン運動解析のために電子プロセッサ４へ転送される。図４および５によれば、これは、信号伝送４２によって行なわれる。電子プロセッサ４は、制御回路と、記憶デバイスと、インタフェースとを備える。インタフェースは、無線であっても、有線であってもよい。信号伝送４２は、信号捕捉デバイス４１および電子プロセッサ４のインタフェースを使用する。したがって、電子プロセッサ４は、磁気測定モジュール３２、３２’および慣性測定モジュール３３から送信される測定信号を受信する。

電子プロセッサ４の制御回路は、少なくとも１つのソフトウェア・プログラム・プロダクトを実行する。前記ソフトウェアプロダクトは、衝突試験用ダミー１および衝突されるべき車両２のうちの少なくとも一方のオブジェクト部分１０、２０に関する衝撃運動情報を、前記送信された測定信号に基づいて導出する。前記衝撃運動情報は、三次元点ベクトルとして記述されることが可能である。衝撃運動情報は、前記オブジェクト部分１０、２０の三次元空間における位置であっても、前記オブジェクト部分１０、２０の三次元空間における方向性であってもよい。衝撃運動情報は、ソフトウェア・プログラム・プロダクトにより、慣性測定モジュール３３から送信される測定信号の時間二重積分から得られる。磁気測定モジュール３２、３２’から送信される測定信号は、磁気運動情報を提供する。磁気運動情報もまた、ソフトウェア・プログラム・プロダクトにより、三次元点ベクトルとして記述されることが可能である。

磁気運動情報は、補正される。地球座標系における重力加速度は知られていて常に下向きであり、よって、局所磁場は、各磁気測定モジュール３２、３２’により不活性の送信機モジュール３０について測定されることが可能である。好ましくは、重力加速度および局所磁場のこの測定は、衝突試験の前後に行なわれる。したがって、ソフトウェア・プログラム・プロダクトは、重力加速度および局所磁場を磁気運動情報から反らす。この反らしにより磁気運動情報が補正され、重力加速度および局所磁場の望ましくない影響が低減される。好ましくは、磁気運動情報の代わりに、前記補正された磁気運動情報が使用される。

衝撃運動情報は、磁気運動情報によって較正される。ソフトウェア・プログラム・プロダクトは、衝撃運動情報を磁気運動情報と比較して、較正された運動情報を導出する。前記較正は、慣性測定モジュール３３の望ましくないオフセット誤差およびミスアライメント誤差を減らす。

磁気運動情報は、それ自体が較正される。ソフトウェア・プログラム・プロダクトは、骨盤センサ３１６の磁気測定モジュール３２’からの磁気運動情報を、手の甲センサ３０１、手首センサ３０２およびこれらに類似するものの他の磁気測定モジュール３２からの磁気運動情報の参照磁気運動情報として扱う。また、ソフトウェア・プログラム・プロダクトは、トランクセンサ３３８の磁気測定モジュール３２’からの磁気運動情報を、左フロントバンパセンサ３３１、右フロントバンパセンサ３３１’およびこれらに類似するものの他の磁気測定モジュール３２からの磁気運動情報の参照磁気運動情報として扱う。衝突試験の間、参照磁気測定モジュール３２’は、その位置を変えず、かつ参照磁気測定モジュール３２’における磁場歪みの強さも変わらない。したがって、ソフトウェア・プログラム・プロダクトは、他の磁気測定モジュール３２からの磁気運動情報を、参照磁気測定モジュール３２’からの参照磁気運動情報を用いて較正する。

衝突試験後のオブジェクト部分１０、２０の較正された衝撃運動情報は、オブジェクト部分１０、２０の詳細な変形情報を提供する。衝突試験より前、オブジェクト部分１０、２０の較正された衝撃運動情報は、オブジェクト部分１０、２０の最初の三次元点ベクトルとして記述される。衝突試験の後、オブジェクト部分１０、２０の較正された衝撃運動情報は、オブジェクト部分１０、２０の最終的な三次元点ベクトルとして記述される。好ましくは、衝突試験用ダミー１の場合、骨盤１６が参照オブジェクト部分として機能し、骨盤１６の三次元点ベクトルが衝突試験前後、および衝突試験中の参照三次元点ベクトルとして機能する。好ましくは、衝突されるべき車両２の場合、トランク２８が参照オブジェクト部分として機能し、トランク２８の三次元点ベクトルが衝突試験前後、および衝突試験中の参照三次元点ベクトルとして機能する。衝突試験用ダミー１の場合、骨盤１６以外のオブジェクト部分１０の最終的な三次元点ベクトルと、参照三次元点ベクトルとの差分がオブジェクト部分１０の変形情報に関係する。衝突されるべき車両２の場合、トランク２８以外のオブジェクト部分２０の最終的な三次元点ベクトルと、参照三次元点ベクトルとの差分がオブジェクト部分２０の変形情報に関係する。

図６は、図１の衝撃モーション・トラッキング・システムを用いて衝突試験用ダミー１および衝突されるべき車両２のうちの少なくとも一方を追跡する、衝突試験前後および衝突試験中の方法ステップを示す。第１の方法ステップＩにおいて、送信機モジュール３０により磁場が生成される。第２の方法ステップＩＩでは、幾つかの磁気測定モジュール３２、３２’が、発生した磁場を測定し、かつ幾つかの慣性測定モジュール３３が、線形加速度および角加速度の少なくとも一方を測定する。第３の方法ステップＩＩＩにおいて、電子プロセッサ４は、前記磁気測定モジュール３２、３２’および前記慣性測定モジュール３３から測定信号を受信する。第４の方法ステップＩＶにおいて、前記電子プロセッサ４は、慣性測定モジュール３３から受信された測定信号に基づいて衝撃運動情報を導出し、かつ前記電子プロセッサ４は、磁気測定モジュール３２、３２’から受信された測定信号に基づいて磁気運動情報を導出する。第５の方法ステップＶにおいて、前記電子プロセッサ４は、参照磁気測定モジュール３２’からの参照磁気運動情報を用いて、他の磁気測定モジュール３２からの磁気運動情報を較正する。較正により、オブジェクト部分１０、２０の較正された運動情報が得られる。参照磁気測定モジュール３２’からの参照磁気運動情報を用いる他の磁気測定モジュール３２からの磁気運動情報の較正は、０．０２ミリ秒未満の時間間隔で周期的に発生する。これは、磁気測定モジュール３２から０．０２ミリ秒未満の時間分解能で測定される各磁気運動情報は、参照磁気測定モジュール３２’から０．０２ミリ秒未満の時間分解能で測定される参照磁気運動情報を用いて較正されることを意味する。

１ 衝突試験用ダミー
２ 衝突されるべき車両
３ モーション・トラッキング・センサ
４ 電子プロセッサ
５ バリア質量
１０ オブジェクト部分
１１ 骨格
１２ 腕部分
１３ 身体部分
１５ 胸部
１６ 骨盤
２０ オブジェクト部分
２１ フロントバンパ
２２ エンジン
２３ ハンドル
２４ ドア
２６ 座席
２７ Ｂピラー
２８ トランク
３０ 送信機モジュール
３１ ハウジング
３２、３２’ 磁気測定モジュール
３３ 慣性測定モジュール
３４ 固定的連結部
４１ 信号捕捉デバイス
４２ 信号伝送
３０１ 手の甲センサ
３０２ 手首センサ
３０３ 下腕センサ
３０４ 肘センサ
３０５ 上腕センサ
３０６ 肩センサ
３０７ 肩／鎖骨センサ
３０８ 鎖骨センサ
３０９ 頭部センサ
３１０ 上頸部センサ
３１１ 下頸部センサ
３１２ 上部脊椎センサ
３１３ 上部胸郭センサ
３１４ 下部胸郭センサ
３１５ 下部脊椎センサ
３１６ 骨盤センサ
３１７ 寛骨臼センサ
３１８ 大腿骨センサ
３１９ 膝センサ
３２０ 下肢センサ
３２１ 足首センサ
３２２ 足センサ
３２３ つま先センサ
３３１、３３１’ フロントバンパ
３３２ エンジントップセンサ
３３３ ハンドルセンサ
３３４ 運転席センサ
３３５、３３５’ ドアセンサ
３３６ 後部座席センサ
３３７、３３７’ Ｂピラーセンサ
３３８ トランクセンサ
Ｉ 磁場の発生
ＩＩ 磁場および加速度の測定
ＩＩＩ 測定信号の受信
ＩＶ 衝撃運動情報および磁気運動情報の導出
Ｖ 磁気運動情報の較正

Claims (17)

1. 三次元空間におけるオブジェクトを追跡するための衝撃モーション・トラッキング・システムであって、
   −モーション・トラッキング・センサは、ハウジングと、磁気測定モジュールと、慣性測定モジュールとを備え、
   −送信機モジュールは、磁場を生成し、
   −前記磁気測定モジュールは、前記送信機モジュールにより生成される磁場を測定し、前記磁気測定モジュールは、前記オブジェクトの少なくとも１つのオブジェクト部分に対して固定的な位置関係を有し、
   −前記慣性測定モジュールは、線形加速度および角加速度の少なくとも一方を測定し、前記慣性測定モジュールは、前記少なくとも１つのオブジェクト部分に対して固定的な位置関係を有し、
   −電子プロセッサは、前記モーション・トラッキング・センサから測定信号を受信し、
   −前記電子プロセッサは、前記慣性測定モジュールから受信される測定信号に基づいて、前記オブジェクト部分に関する衝撃運動情報を導出し、
   −前記電子プロセッサは、前記磁気測定モジュールから受信される測定信号に基づいて、前記オブジェクト部分に関する磁気運動情報を導出し、
   −前記電子プロセッサは、磁気運動情報を用いて衝撃運動情報を周期的に較正し、かつ、
   −前記オブジェクトは、衝突試験用ダミーおよび衝突されるべき車両のうちの少なくとも一方である、衝撃モーション・トラッキング・システム。
2. １つの磁気測定モジュールは、前記オブジェクト部分の参照磁気測定モジュールとして機能し、前記電子プロセッサは、前記参照磁気測定モジュールからの参照磁気運動情報を用いて、他の磁気測定モジュールからの磁気運動情報を周期的に較正する、請求項１に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
3. 前記衝突試験用ダミーの場合、骨盤に配置される磁気測定モジュールが参照磁気測定モジュールとして機能する、請求項２に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
4. 衝突されるべき車両の場合、トランクに配置される磁気測定モジュールが参照磁気測定モジュールとして機能する、請求項２または３の一項に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
5. 不活性の送信機モジュールの場合、重力加速度および局所磁場が前記磁気測定モジュールによって測定され、かつ前記測定される重力加速度および前記測定される局所磁場を磁気運動情報から反らし、この反らしにより磁気運動情報が補正され、かつ前記補正される磁気運動情報は、磁気運動情報の代わりに使用される、請求項１〜４の一項に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
6. 前記衝突試験用ダミーの場合、骨盤が参照オブジェクト部分として機能し、衝突試験の後、前記骨盤以外のオブジェクト部分の較正された衝撃運動情報と前記骨盤との差は、前記オブジェクト部分の変形情報に関係する、請求項１〜５の一項に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
7. 前記衝突されるべき車両の場合、トランクが参照オブジェクト部分として機能し、衝突試験の後、前記トランク以外のオブジェクト部分の較正された衝撃運動情報と、前記トランクとの差は、前記オブジェクト部分の変形情報に関係する、請求項１〜６の一項に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
8. 前記モーション・トラッキング・センサは、少なくとも３ミリ秒に渡る最大６０ｇの線形加速度により、または最大１５００゜／秒の角加速度により誘起される衝撃運動に耐える、請求項１〜７の一項に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
9. 前記衝撃モーション・トラッキング・システムは、衝突車両および衝突試験用ダミーのうちの前記少なくとも一方を、３つの次元の各々において２ｍｍ未満の空間分解能および０．０２ミリ秒未満の時間分解能で追跡する、請求項１〜８の一項に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
10. 前記モーション・トラッキング・センサは、１つのオブジェクト部分と固定的な連結を有し、前記衝撃運動の間および後、前記モーション・トラッキング・センサと、前記モーション・トラッキング・センサが固定的な位置関係を有する前記オブジェクト部分との間の相互距離の変化は、１ｍｍ未満である、請求項１〜９の一項に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
11. 前記固定的連結は、前記モーション・トラッキング・センサの前記ハウジングと、前記衝突試験用ダミーの骨格との間で直に行なわれる、請求項１０に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
12. 前記固定的連結は、前記モーション・トラッキング・センサの前記ハウジングと、衝突されるべき前記車両の１つのオブジェクト部分との間で直に行なわれる、請求項１０に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
13. 前記送信機モジュール、前記磁気測定モジュールおよび前記慣性測定モジュールのうちの少なくとも１つは、前記オブジェクト部分の内部に埋め込まれる、請求項１〜１２の一項に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
14. 信号捕捉デバイスは、前記衝突試験用ダミーの胸部および衝突されるべき前記車両のトランクのうちの少なくとも一方に設けられ、前記信号捕捉デバイスは、前記モーション・トラッキング・センサから測定信号を受信し、かつ前記信号捕捉デバイスは、受信される測定信号をリアルタイムで増幅しかつデジタル化する、請求項１〜１３の一項に記載の衝撃モーション・トラッキング・システム。
15. 三次元空間におけるオブジェクトの衝撃運動を追跡する方法であって、
    −磁場を生成することと、
    −前記生成される磁場を、少なくとも１つの場所で測定することであって、前記場所は、前記オブジェクトの１つのオブジェクト部分との固定的な位置関係を有することと、
    −前記場所において、線形加速度および角加速度の少なくとも一方を測定することであって、前記場所は、前記少なくとも１つのオブジェクト部分との固定的な位置関係を有することと、
    −前記測定される生成磁場の信号、および測定される線形加速度および測定される角加速度の前記少なくとも一方の信号を受信することと、
    −測定される線形加速度および測定される角加速度の前記少なくとも一方の受信される信号に基づいて、前記オブジェクト部分の衝撃運動情報を導出することと、
    −前記測定される生成磁場の受信される信号に基づいて、前記オブジェクト部分の磁気運動情報を導出することと、
    −磁気運動情報を用いて、衝撃運動情報を周期的に較正すること、を含み、
    −前記オブジェクトは、衝突試験用ダミーおよび衝突されるべき車両のうちの少なくとも一方である、方法。
16. 前記衝突試験用ダミーの骨盤において測定される磁気運動情報を、参照磁気運動情報として扱い、かつ前記参照磁気運動情報を用いて、前記衝突試験用ダミーの他のオブジェクト部分からの磁気運動情報を周期的に較正する、請求項１５に記載の方法。
17. 前記衝突されるべき車両のトランクにおいて測定される磁気運動情報を、参照磁気運動情報として扱い、かつ前記参照磁気運動情報を用いて、前記衝突されるべき車両の他のオブジェクト部分からの磁気運動情報を周期的に較正する、請求項１５または１６の一項に記載の方法。