1 1 EVOLUłIA SIGURANłEI PASIVE 1.1 GeneralităŃi SiguranŃa circulaŃiei şi automobilul au fost mult timp doi parteneri dificil de împăcat. În perioada copilăriei automobilului, proiectanŃii şi inginerii au acordat o atenŃie redusă pericolelor apărute odată cu noua “aventură”. Sistemele de direcŃie, frânare şi suspensie au evoluat, devenind eficace, dar aceste progrese s-au datorat nevoii de îmbunătăŃire a noului şi revoluŃionarului mijloc de transport, fără a se Ńine cont de vreun principiu de siguranŃă în adevăratul sens al cuvântului. SiguranŃa pasivă poate fi definită prin: „reducerea consecinŃelor accidentelor”, şi poate fi împărŃită în: SiguranŃa exterioară, acest termen acoperind toate măsurile de reducere a severităŃii vătămărilor în cazul coliziunii dintre autovehicule şi pietoni, biciclişti sau motociclişti. Factorii care influenŃează siguranŃa exterioară sunt forma autovehiculului şi comportamentul la deformare a caroseriei; SiguranŃa interioară, prin aceasta urmărindu-se minimizarea forŃelor şi acceleraŃiilor care acŃionează asupra ocupanŃilor unui autovehicul în eventualitatea unui accident. Dintre factorii care influenŃează siguranŃa interioară se pot aminti: • Deformarea caroseriei autovehiculului; • Sistemele de reŃinere a pasagerilor şi bagajelor; • Interiorul autovehiculului, prin zonele posibil de a fi lovite de pasageri; • Sistemul de direcŃie; • Modul de fixare a parbrizului; • ProtecŃia împotriva incendiilor;
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
1
1 EVOLUłIA SIGURANłEI PASIVE
1.1 GeneralităŃi
SiguranŃa circulaŃiei şi automobilul au fost mult timp doi parteneri dificil de împăcat.
În perioada copilăriei automobilului, proiectanŃii şi inginerii au acordat o atenŃie redusă
pericolelor apărute odată cu noua “aventură”. Sistemele de direcŃie, frânare şi
suspensie au evoluat, devenind eficace, dar aceste progrese s-au datorat nevoii de
îmbunătăŃire a noului şi revoluŃionarului mijloc de transport, fără a se Ńine cont de vreun
principiu de siguranŃă în adevăratul sens al cuvântului.
SiguranŃa pasivă poate fi definită prin: „reducerea consecinŃelor accidentelor”, şi
poate fi împărŃită în:
SiguranŃa exterioară, acest termen acoperind toate măsurile de reducere a severităŃii
vătămărilor în cazul coliziunii dintre autovehicule şi pietoni, biciclişti sau motociclişti.
Factorii care influenŃează siguranŃa exterioară sunt forma autovehiculului şi
comportamentul la deformare a caroseriei;
SiguranŃa interioară, prin aceasta urmărindu-se minimizarea forŃelor şi acceleraŃiilor
care acŃionează asupra ocupanŃilor unui autovehicul în eventualitatea unui accident.
Dintre factorii care influenŃează siguranŃa interioară se pot aminti:
• Deformarea caroseriei autovehiculului;
• Sistemele de reŃinere a pasagerilor şi bagajelor;
• Interiorul autovehiculului, prin zonele posibil de a fi lovite de pasageri;
• Sistemul de direcŃie;
• Modul de fixare a parbrizului;
• ProtecŃia împotriva incendiilor;
2
• Penetrarea prin parbriz a diferitelor componente din construcŃia autovehiculului.
În anul 1930 statisticile privind victimele “armei mortale” erau indiscutabil
nefavorabile. Numărul victimelor la 100.000 de mile parcurse de automobile a ajuns în
USA la 15,6 persoane în comparaŃie cu 3,5 în anul 1980 şi 1,8 în prezent. Cifrele sunt
într-o continuă scădere, dar ar trebui să fie mult mai mici pentru ca societatea să
privească transportul rutier ca fiind sigur.
Cel mai bun şi sigur mod de a supravieŃui unui accident este de a nu-l avea. Cu toate
că pregătirea şi instruirea conducătorului auto sunt cele mai ieftine şi ideale căi de
creştere a siguranŃei rutiere efective, din păcate nici una dintre ele nu este cu adevărat
eficace şi obiectivul de creare a unui mediu rutier mai sigur a revenit tehnologiei.
O primă soluŃie este aceea de a proiecta autovehicule şi infrastructuri rutiere care
sunt suficient de competitive în sensul prevenirii apariŃiei unui accident. Pericolele sunt
evitate prin utilizarea unei întregi game de tehnologii, de la frânarea ABS şi anvelopele
radiale (în curs de dezvoltare frânarea automată pentru evitarea obstacolelor) până la
diverse materiale pentru învelişul asfaltic şi controlul computerizat al traficului urban.
A doua soluŃie este de a construi autovehicule care să protejeze ocupanŃii în caz de
accidente. Această soluŃie defineşte conceptul de Securitate Pasivă oferită de
autoturism pasagerilor în caz de accident.
Cele două aspecte ale siguranŃei rutiere coexistă, fiind complementare unul celuilalt,
rămânând totuşi independente unul de celălalt. Astăzi, companiile producătoare de
autovehicule se confruntă cu reglementări legislative tot mai stricte în privinŃa
numeroaselor aspecte ale siguranŃei pasive a autovehiculelor. SiguranŃa pasagerilor
unui autovehicul şi a pietonilor a condus la necesitatea înŃelegerii efectelor accidentului
asupra oamenilor, fiinŃe complexe în întregul lor, dar care se subdivid în bărbaŃi, femei
şi copii, având diferite caracteristici biologice şi fizice. Din datele statistice rezultă că un
procent de peste 60% din totalul accidentelor îl reprezintă coliziunile frontale. O
clasificare a tipurilor de teste, reglementate legislativ, este prezentată în tabelul 1.1.
Coliziunile laterale deŃin un procent de 30% din totalul numărului de accidente. Peste
26% din totalul deceselor în urma accidentelor rutiere şi peste 17% din totalul
vătămărilor grave au loc în cazul coliziunilor laterale. O clasificare a testelor de coliziune
3
laterală la care sunt supuse autovehiculele în laboratoarele de securitate pasivă sunt
prezentate în tabelul 1.2.
Începând cu anii 1930, proiectanŃii de autovehicule au început să acorde atenŃie
producerii unor autovehicule capabile să asigure o protecŃie mai bună pasagerilor în
cazul accidentelor. Abia după al doilea război mondial cursa pentru Securitatea Pasivă a
început să intre în atenŃia constructorilor de automobile. Între 1953 şi 1955
Laboratoarele Aeronautice Cornell au realizat un studiu detaliat al accidentelor auto.
Fizicienii, doctorii şi inginerii au lucrat împreună, înregistrând şi analizând cauzele şi
efectele vătămărilor provocate în accidente.
A devenit clar că impactul cu volanul şi planşa de bord sunt cauzele cel mai frecvent
întâlnite în cazul vătămărilor grave, iar ejectarea din vehicul o cauza majoră a
deceselor. În prezent îmbinarea ştiinŃelor medicale cu ingineria a condus la proiectarea,
dezvoltarea şi producerea de interioare şi structuri de autovehicule care oferă o
protecŃie deosebită ocupanŃilor habitaclului.
General Motors, ca şi alte companii din SUA şi Europa, au realizat importanŃa
studiului aprofundat în domeniul siguranŃei pasive a automobilului şi, între 1956 şi 1958,
departamentele de cercetare în domeniul ingineriei auto au iniŃiat şi dezvoltat programe
care s-au concentrat asupra proiectării unui interior auto “sigur”. În 1959, s-au publicat
rezultatele cercetării lor, prezentându-se un vehicul de concepŃie nouă, cu multe
elemente de siguranŃă. Aproape 20 dintre acestea sunt acum produse standardizate,
incluzând coloana de direcŃie deformabilă, geamurile dublu securizate şi planşa de bord
din materiale spongioase. Multe dintre aceste elemente au fost introduse în producŃia
de serie începând cu anul 1960. General Motors a testat de asemenea în 1959 un airbag
sub forma unui panou de bord gonflabil.
În 1960 General Motors a proiectat prima instalaŃie de tractare pentru autovehiculele
supuse la coliziune, aceasta fiind instalată la Centrul Medical al UniversităŃii Wayne.
Pentru prima dată compania putea simula şi măsura dinamica şi impactul unui ocupant
al autovehiculului. În acea perioada se derula Programul SpaŃial Mercury şi acesta a
furnizat date despre supravieŃuirea omului supus unor deceleraŃii foarte mari.
4
Tabelul 1. 1
Japonia Regulamente de siguranŃă japoneze, Articolul 18 paragraful 2
USA FMVSS 208 Europa ECE/96/79 Canada CMVSS 208 Australia ADR 69/00
Categoria de aplicare; Data aplicării
Automobile cu tipuri diferite de capote. Apr. 94 – continuat cu vehicule noi Ian. 96 – capota de tip comercial;
Manechine utilizate Hybrid II sau Hybrid III Hybrid III Hybrid III Hybrid III Hybrid III
Cap HIC (36 msec) < 1000 HIC (36 msec) ≤ 1000 HIC (HPC) ≤ 1000 AcceleraŃia ≤ 80 G pe o perioadă de 3 msec
AcceleraŃia ≤ 80 G (Vârful valorii) Cereri alternative sunt specificate pentru airbaguri instalate în scaune *HIC (15 msec) ≤ 700
HIC (36 msec) ≤ 1000 În caz de necontact sunt aplicabile cerinŃe alternative *HIC (15 msec) ≤ 700 *Extensia gâtului ≤ 3,3 kN
Gât Nespecificate
(Numai pentru teste pe sanie) Momentul de compresiune lateral ≤ 190 Nm Momentul de extensie din lateral ≤ 57 Nm ForŃa de extensie ≤ 3,3 kN Încărcarea de compresiune ≤ 4,0 kN Încărcarea de forfecare ≤ 3,1 kN
Torace AcceleraŃia ≤ 60 G AcceleraŃia ≤ 60 G Deplasarea ≤ 3 inches (76,2 mm)
Viteza la torace ≤ 1,0 m/s (V*C – Viscous Criterion) Deplasarea ≤ 50 mm
Deplasarea ≤ 50 mm (Autoturisme) Deplasarea ≤ 60 mm (Camioane)
DeceleraŃia ≤ 60 G Deplasarea ≤ 3 inches (76,2 mm)
Femur 1000 daN sau mai puŃin 2250 Lbs (1000 daN) sau mai puŃin Încărcarea ≤ 9,07 kN (0 msec), 7,56 kN (10 msec)
1000 daN sau mai puŃin 1000 daN sau mai puŃin
Genunchi Nespecificate Nespecificate Alunecarea spre înainte a încheieturii genunchiului ≤ 15 mm
Nespecificate Nespecificate
Criterii de vătămare
Gambă Nespecificate Nespecificate
TCFC ≤ 8 kN (Criteriul de performanŃă al compresiei tibiei) Indexul tibiei ≤ 1 (= M/Mc+F/Fc)< Fc = 35.9 kN - ForŃa de compresiune critică; Mc = 225 Nm - Momentul de îndoire critic
Nespecificate Nespecificate
5
Tabelul 1.2
Japonia Regulamente de siguranŃă japoneze, Articolul 18 paragraful 3
USA FMVSS 214 Europa ECE/96/27
Categoria de aplicare; Data aplicării
Automobile, camioane (SRP < 700 mm); Nou tip Oct. 98 – continuat cu vehicule noi Sept. 2000
Testul de referinŃă cu capul manechinului, efectuat la 50 km/h, a scos în evidenŃă o
valoare extrem de mare a HIC pentru capota standard, şi anume aproape 16500.
Această valoare ar fi trebuit să fie ceva mai mare, deoarece acceleraŃia într-o direcŃie a
depăşit indicaŃia maximă a accelerometrului de bord. În schimb, pentru capota activă s-
a obŃinut o valoare a HIC de 1200, ceea ce reprezintă mai puŃin de o zecime din
valoarea obŃinută cu capota standard.
4.4.5 Concluzii
Sistemul de protecŃie pentru pietoni s-a dovedit eficient pentru un adult. Capota
activă a fost capabilă să se activeze repede şi să menŃină HIC-ul la valori sub 1000 în
toate punctele de test la o viteză de 40 km/h. De asemenea, şi la 50 km/h, o reducere
importantă a HIC a fost obŃinută.
În testele cu manechine sistemul activ a evoluat bine în diverse condiŃii apropiate de
viaŃa reală (umărul are timpul de impact mai mic decât al capului).
Studiul trebuie continuat cu craniu şi picior de manechin-copil. De asemenea trebuie
introduse diferenŃe ale temperaturii de testare.
Capul poate fi protejat dacă se respectă două condiŃii generale:
• Să se reducă energia cinetică a capului în timpul impactului;
• ForŃa dezvoltată să fie mai mică decât cea necesară produceri mişcărilor relative
între părŃile componente ale capului.
Aceste condiŃii se pot realiza practic prin:
78
• Mărirea suprafeŃei de contact dintre capul pietonului şi părŃile autovehiculului cu
care vine în contact;
• Uniformizarea forŃei de contact;
• Micşorarea forŃei de lovire a capului cu autovehiculul.
4.5 Aspecte privind leziunile la nivelul toracelui
Testarea pe componente reprezintă o modalitate efectivă de a simula impactul
toracelui cu suprafaŃa autovehiculului. Stabilirea tehnologiei de testare este mai dificilă
decât în cazul capului. Componentele toracice potrivite pentru evaluarea vătămărilor
trebuie să aibă răspunsul la forŃa de deflecŃie ca si corpul uman, pe când capul poate fi
tratat ca fiind rigid. Astfel, răspunsul toracelui şi criteriile de vătămare nu sunt foarte
bine definite pentru copii, în ciuda frecvenŃei ridicate cu care sunt implicaŃi în
evenimentele rutiere.
4.5.1 Testări de impact cu pendulul
Teste mai ample au fost publicate încă din 1970. Acestea aveau în componenŃă un
pendul rigid de 6 inch diametru cu care se lovea sternul cadavrelor. Primele rezultate au
fost prezentate între anii 1970 - 1975. În teste pendulul lovea sternul la nivelul
intercostal dintre coasta a patra şi a cincea.
DeflecŃia totală a pieptului incluzând muşchii exteriori ai sternului a fost inclusă în
1974 de Kroell [47]. Tot în 1974 s-a realizat coridorul (limitele) pentru deflecŃia
structurii osoase a pieptului. În 1981 s-au făcut teste pe voluntari, aceştia fiind loviŃi de
un pendul capitonat de 10 kg şi 6 inch diametru, cu viteze cuprinse între 2,4 şi 4,6 m/s.
În condiŃii de încordare forŃele au fost puŃin mai mari decât în condiŃii de relaxare,
pentru aceeaşi viteză de impact. Astfel pentru condiŃii de stres, la viteza de 2,4 m/s,
sarcina aplicată a fost de 79 N/mm, iar pentru condiŃii de relaxare de 57 N/mm. La
viteza de 4,6 m/s in condiŃii de încordare sarcina aplicată a fost de 250 N/mm.
DeflecŃiile maxime ale toracelui au fost de 44 – 46 mm, reprezentând 16% din deflecŃia
admisă cutiei toracice.
79
S-a dezvoltat o ecuaŃie care caracterizează răspunsul toracelui în condiŃiile de impact
cu un pendul:
( ) ( ) ( ) ( )tAmtVCtDKtF ⋅+⋅+⋅= 2 (4. 10)
unde K este constanta elastică a resortului, 47 N/m2
C – coeficientul de viscozitate, 5,45 N-s/cm
m – masa medie efectivă = 0,286 kg
D – deflecŃia pieptului
V – viteza de deformare a pieptului
A – acceleraŃia pieptului
F – forŃa de impact.
D, V, A şi F depind de timpul t. Valorile pentru K, C şi m sunt mediile obŃinute din
valorile coridorului teoretic (4.2, 6.7, 10.2 m/s), pentru o masă a impactorului de 23.4
kg.
4.5.2 Limitele de rezistenŃă ale toracelui la impact frontal
Multe din rezultatele obŃinute în cercetări mai vechi, referitoare la limita de rezistenŃă
a toracelui, au fost revăzute mai târziu de către specialişti. Unele dintre acestea au fost
folosite la realizarea manechinului Hybrid III, destinat experimentării în cazul coliziunilor
frontale om – autovehicul.
Limita superioară, în cazul vătămărilor severe, a acceleraŃiei coloanei vertebrale nu
trebuie să depăşească 60 g în cazul accidentelor cu contact frontal. Manechinele Hybrid
II şi III au fost concepute pentru a măsura tăria impactului conform normelor federale
FMVSS 208. Primul măsoară doar acceleraŃia coloanei vertebrale, varianta Hybrid III
măsurând simultan şi comprimarea pieptului.
AcceleraŃii de 40 g ce acŃionează timp de 100 ms sau mai puŃin au fost tolerate de
subiecŃi. Într-un singur caz s-a reuşit suportarea a 45 g într-un interval de timp similar
80
cu primul. În urma acŃionării cu rate de 1000 g/s s-a constatat că omul nu poate
suporta valoarea de 30 g. Eiband a demonstrat astfel că limita de suportabilitate a
toracelui supus la acceleraŃii scade odată cu creşterea timpului de expunere [54].
În urma cercetărilor realizate în laborator s-a concluzionat că severitatea vătămării
toracelui este proporŃională cu cantitatea de energie specifică pe care acesta trebuie să
o absoarbă. De asemenea gravitatea accidentărilor este invers proporŃională cu
mărimea suprafeŃei de contact dintre autovehicul şi toracele pietonului şi cu timpul în
care se realizează transferul de energie. NHTSA a dezvoltat o gamă de componente
care reprezintă toracele pentru simularea impactului pietonului în condiŃii de laborator.
Configurările au fost făcute pentru copii a căror vârstă este de 3, 6, 9 şi 12 ani iar
bărbatul adult a fost configurat după criteriul de 50% asemănare. Componentele au
fost concepute pentru simularea condiŃiilor de accident cele mai reprezentative,
impactul lateral cu pieptul. Componentele dispozitivelor de testat au fost proiectate
pentru a avea condiŃii de încărcare distribuită, cu producerea de contact real pentru
fiecare grupă de vârstă. ConcepŃia se bazează pe un model analitic, cu o masă, al
toracelui. Biofidelitatea manechinului şi a dispozitivelor testate au furnizat “răspunsuri”
apropiate de cele ale corpului uman. Parametrul folosit pentru evaluarea răspunsului
acestor componente cuprinde acceleraŃia şi deplasările relative la nivelul coastelor şi a
coloanei vertebrale precum şi reacŃiunile. Datorită variaŃiei rezultatelor obŃinute din
experimentele efectuate cu cadavre sau animale, au fost create intervale standard
pentru evaluarea acurateŃei rezultatelor obŃinute la testarea manechinelor.
AsociaŃia Peugeot-Renault a măsurat reacŃiunile şi deformaŃiile toracelui într-un şir de
teste. OrganizaŃia InternaŃională a Standardelor (ISO) a formulat recomandări pentru
datele obŃinute din testarea manechinelor. Figura 4-13 ilustrează faptul că forŃa, pentru
un torace de pieton adult, aproape se leagă de coridorul ISO, pentru o viteză de 22.5
km/h.
81
0
3
6
9
12
15
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
Timpul [msec]
ForŃa [kN
]
Figura 4-13 Coridorul ISO şi rezultatele încercărilor la viteza de 22.5 km/h
NHTSA a dezvoltat un alt set de recomandări pentru impacturi laterale cu cadavre.
Au fost măsurate reacŃiunile şi acceleraŃiile coastelor şi ale coloanei vertebrale. Figura
4.14 compară acceleraŃiile coloanei vertebrale cu recomandările date de NHTSA. În
cazul toracelui copiilor date exacte nu există. Există puŃine informaŃii referitoare la
impactul toracelui minorilor. Folosind tehnica scalării cu date de forŃe şi deflexie din şirul
de teste ISO s-au conceput răspunsuri pentru pietoni în vârstă de 3, 6, 9 şi 12 ani.
Sursa Nahum, A.M., Melvin, J.W.
Figura 4-14 Coridorul NHTSA al acceleraŃiei coloanei vertebrale şi rezultatul încercărilor la viteza de 27 km/h, lansare de pe sanie
Tehnica sa se bazează pe diferenŃa fiziologică dintre adulŃi şi copii precum şi
diferenŃele de vârstă şi de masă. Răspunsurile au fost folosite la proiectarea de
componente toracice pentru copii.
82
Înlocuitorii toracelui sunt dispozitive de testat, în laborator, care sunt capabile să
furnizeze în urma impactului răspunsuri repetabile şi apropiate de cele ale corpului
omenesc. Ele simulează condiŃiile de impact cu încărcare distribuită. Criteriile de
vătămare sunt utilizate pentru a reda forŃele, acceleraŃiile şi deplasările măsurate în
scopul evaluării nivelului de severitate al vătămării. Criteriile utilizate pentru evaluarea
vătămărilor toracelui sunt identice cu criteriile utilizate pentru ocupanŃii habitaclului unui
autovehicul supus unui şoc lateral: Indexul Traumei Toracice (TTI), Criteriul de
Vătămare Viscoasă (V*C) şi zdrobirea.
Indexul Traumei Toracice (TTI) este o acceleraŃie. Valoarea de bază TTI(d)
utilizată curent pentru evaluarea protecŃiei ocupanŃilor în timpul unei coliziuni laterale
este media dintre acceleraŃia maximă a coloanei vertebrale şi cea a toracelui. O valoare
a TTI mai mică decât 85 g a fost propusă ca fiind maximum la care poate fi expus un
manechin într-un test de crash.
Zdrobirea este o deformare care măsoară comprimarea pieptului. De regulă este
exprimată ca procent între dimensiunile pieptului subiecŃilor testaŃi. Criteriul se bazează
pe corelarea dintre deflecŃia pieptului şi producerea fracturilor coastelor, care sunt
asociate cu alte vătămări ale toracelui. Un procent de 28% până la 35% deflecŃie a
pieptului reprezintă în general un nivel de vătămare pe scara AIS de 3, pentru un pieton
adult.
Criteriul de Vătămare Viscoasă (V*C) este deflecŃia care include contribuŃia
vitezei ca factor de vătămare. Valoarea zdrobirii, exprimată ca procent din jumătatea
grosimii pieptului, şi viteza de zdrobire sunt înmulŃite pentru a calcula V*C. O valoare de
1m/s este generatoare de vătămări serioase.
ReconstrucŃia accidentelor a fost prezentată de NHTSA pentru dezvoltarea unei relaŃii
între criteriile măsurabile şi severitatea vătămării la copii. Accidentele pietonale în care
condiŃiile de impact şi stricăciunile produse autovehiculelor au fost foarte bine
documentate, au fost selectate pentru reconstrucŃie. Deoarece autovehiculele au suferit
deformări minore, la coliziunea cu copiii, a fost foarte dificil de evaluat acurateŃea
reconstrucŃiei. Datele obŃinute în laborator, referitoare la gradul de vătămare, au fost
într-un interval destul de larg deci rezultatele nu au putut fi aproximate corect pentru
83
stabilirea unui prag de la care apar vătămări serioase. Vătămările serioase la copii se
pare că se produc la nivele mai joase decât la adulŃi. Valoarea de prag pentru TTI a fost
de 60 g, 25% pentru zdrobire şi 0,38 m/sec pentru V*C.
4.5.3 Modelarea matematică a toracelui
În 1973 Lobdell a publicat modelul cu mase suspendate a toracelui supus impactului
frontal. Acesta, Figura 4-15, utiliza mase, elemente elastice şi de amortizare şi funcŃiona
bine la coliziuni frontale pentru viteze de impact cuprinse în coridoarele definite în 1974
[55]. Viano în 1987 a modificat modelul pentru a include în el puterea dată de energia
cinetică, momentul maselor suspendate şi energia stocată în arcuri şi disipată în
amortizoare [111]. Modelarea matematică joacă un rol important şi în cercetarea
lovirilor laterale.
Figura 4-15 Modelul matematic al toracelui, propus de Lobdell, pentru impactul frontal
În 1988, cu ajutorul programului de simulare CAL3D cercetătorii au arătat că există
diferenŃe majore între impactul produs în condiŃii aleatoare de viteză şi cel cu viteză
pulsatorie. În condiŃii de laborator testele se realizează printr-o masă în mişcare care
loveşte un subiect staŃionar (metoda pendulului) sau printr-un subiect în mişcare care
izbeşte o masă fixă (testul cu sanie).
84
4.6 Elemente ale profilului geometric al autovehiculului care influenŃează
vătămările pietonilor
După dezvoltarea echipamentelor şi procedurilor de simulare a impactului toracelui
cu autovehiculul, un lot reprezentativ din producŃia de autovehicule a fost testat pentru
a stabili nivelul general de performanŃă şi pentru a determina care design poate afecta
gradul de vătămare. Studiile au indicat că leziunile toracelui cauzate de impactul cu
partea frontală deŃin un procent însemnat din totalul vătămărilor suferite de pietoni.
Seria de teste iniŃială a simulat izbirea copiilor de partea frontală a autovehiculelor cu
tot toracele şi fără ca acesta să ajungă pe suprafaŃa capotei. ÎnălŃimea pieptului la copii
este la, sau sub nivelul muchiei principale a capotei. Astfel în cazul impactului au fost
observate rotaŃii nesemnificative ale părŃii superioare a corpului copilului. Viteza după
impact a toracelui este esenŃială, şi identică cu viteza autovehiculului. Testările au
demonstrat “agresivitatea” relativă a părŃii frontale a majorităŃii tipurilor de autovehicule
încercate. Unele caracteristici cum ar fi curburile mai line ale părŃii frontale, farurile şi
locaşurile acestora mai puŃin rigide au generat vătămări mai uşoare, dar chiar şi cele
mai “performante” autovehicule, la viteze de peste 29 km/h produc leziuni grave. Toate
cele trei criterii de vătămare au furnizat rezultate similare. Profilul frontal al
autovehiculelor s-a schimbat semnificativ în ultimii ani. Astăzi capotele sunt mai joase
iar muchiile acestora sunt mai puŃin proeminente. Rezultatul a fost scăderea procentului
copiilor care, loviŃi de autovehicule, au venit în contact total al toracelui cu partea
frontală a autovehiculului. Creşterea unghiului de înclinare al capotei măreşte
probabilitatea ca toracele copiilor să ia contact cu suprafaŃa relativ plană a capotei.
Acest tip de impact este tipic pentru pietonii adulŃi.
Lovirea pe suprafaŃa capotei oferă câteva avantaje. Structura capotei, în aceste zone,
este mai puŃin rigidă decât partea frontală a acesteia. SuprafaŃa capotei este oarecum
plană, astfel este favorizată o distribuire a forŃei de impact mai uniform. În final, viteza
de impact a toracelui poate fi redusă semnificativ faŃă de viteza iniŃială de impact
autovehicul - pieton deoarece partea superioară a corpului pietonului se roteşte pe
capota autovehiculului.
85
4.7 Cercetări asupra vătămărilor produse membrelor inferioare ale pietonului
Leziunile membrelor inferioare ale pietonilor, rareori pun probleme serioase din punct
de vedere al ameninŃării vieŃii, prin comparaŃie cu vătămările produse la cap sau în zona
toracelui. Totuşi picioarele sunt vătămate adesea foarte grav. Pe scara AIS gradul
acestor leziuni nu depăşeşte valoarea 3. Rănirile grave ale picioarelor necesită lungi
perioade de reabilitare. În multe cazuri, rezultatul vătămărilor se va vedea mai târziu
prin anumite grade de “disconfort” sau prin afecŃiuni grave ale articulaŃiilor. Ca atare
este dificil de estimat corect costul social al tratării acestora, dar mulŃi cercetători cred
că actualmente aceste costuri sunt subestimate. Dintre cei ce preocupă de aceste
subiecte putem aminti pe Yates, Zeidler, States şi Viano [54], [112].
Succesul cercetărilor de a preveni accidentarea membrelor inferioare depinde de
înŃelegerea mecanismului de vătămare şi a limitelor diferitelor structuri ale piciorului.
Două tipuri de încărcări sunt considerate ca fiind cauze majore de producere a leziunilor
la membrele inferioare. Prima, când bara de protecŃie şi muchia capotei lovesc piciorul
apare forfecarea acestuia. Atât tibia cât şi femurul pot fi afectate, depinzând de poziŃia
pietonului relativ la partea frontală a autovehiculului. Limita de rezistenŃă a femurului, în
cazul unui impact lateral, se situează în intervalul 3500 – 7500 N. Multe alte surse indică
valoarea medie a acestei limite ca fiind 4000 N.
În cazul tibiei există anumite controverse în privinŃa forŃei maxime ce poate fi
suportată de aceasta în cazul unui impact lateral. Astfel Cesari, în încercările efectuate
pe cadavre a măsurat valori de 3300 N, după aceste valori apărând fracturi ale osului.
Kajzer a sugerat că o forŃă de 4000 N poate fi o forŃă de impact rezonabilă asupra
membrelor inferioare şi a tibiei. Contrastul se amplifică atunci când Snider admite o
forŃă aplicată dinamic de 1500 – 3000 N asupra tibiei. Aceste diferenŃe pot apărea din
modul diferit de încercare, unii au testat piciorul ca ansamblu, pe când alŃii au studiat
doar tibia izolată de restul piciorului [54].
A doua cauză a producerii leziunilor la membrele inferioare este încovoierea.
Încovoierea contribuie nu numai la producerea de fracturi lungi ale oaselor, ci este
considerată ca principala cauză de producere a leziunilor la genunchi şi la articulaŃia
gleznei. S-a creat un model a cărui limită a momentului de încovoiere este de 212 Nm
86
pentru femur şi de 214 Nm pentru combinaŃia tibia - fibula. Unii cercetători au măsurat
momentul de încovoiere asupra tibiei în momentul impactului. Rezultatele obŃinute au
pus în evidenŃă diferenŃele dintre tibia de la bărbat şi femeie. Astfel, pentru bărbat
valorile momentului de încovoiere asupra tibiei au fost de 320 Nm, iar pentru femeie de
280 Nm. Exemplele de vătămări serioase ale genunchiului includ fracturile intra
articulare şi ruptura ligamentelor. RezistenŃa unor ligamente a fost măsurată de către
Aldman. Din păcate aceste date nu pot fi utilizate pentru prezicerea limitei, decât dacă
se dispune de un model cinematic foarte fidel al genunchiului.
Limitele de rezistenŃă la încovoiere, pentru genunchi şi gleznă, nu sunt încă stabilite.
În timp ce vătămări ale gleznei apar destul de rar, cele ale genunchiului sunt foarte
răspândite şi totuşi răspunsul genunchiului la impact nu este pe deplin înŃeles. Valoarea
momentului de încovoiere ce poate provoca leziuni grave este estimată la 200 Nm şi
corespunde unei deflecŃii unghiulare de 6o.
4.7.1 Simularea impactului picior - autovehicul
Impactul piciorului pietonului cu autovehiculul poate fi modelat matematic,
experimentat pe cadavre, experimentat pe manechine antropometrice sau testat pe
componente. Procedura de testare aste aproape identică cu cea de la impactul capului.
Eforturi suplimentare s-au făcut când s-au utilizat manechine în mărime naturală pentru
impactul de tip pieton cu bara de protecŃie a autovehiculului. Testele standard cu
manechine nu pot pune în evidenŃă fracturile oaselor sau ruperea articulaŃiei
genunchiului. Unele modificări pentru genunchiul manechinului au fost făcute pentru a
rezolva aceste probleme. O mică tijă filetată a fost adăugată chiar dedesubtul
genunchiului standard. La o încărcare laterală mai mică decât o valoare prag, aceasta
deformează plastic genunchiul. Lungimea tijei a fost determinată prin măsurarea forŃei
de rotaŃie în testările făcute cu cadavre şi verificate mai târziu prin teste cvasi statice
asupra picioarelor cadavrelor.
Alt efort făcut constă în adăugarea unei articulaŃii suplimentare, aproape de nivelul
genunchiului, care poate permite rotirea laterală. Momentul necesar pentru generarea
rotaŃiei este controlat de un mecanism cuplaj cu fricŃiune, a cărui moment de frecare
87
permite rotaŃia la momente mai mari de 200 Nm. Un avantaj al acestei modificări
constă în faptul că discurile cuplajului reŃin valoarea maximă a rotaŃiei.
Chiar cu modificările descrise anterior, încercările efectuate cu manechine doar se
apropie de cele reale efectuate pe cadavre. Totuşi cercetătorii şi-au concentrat
eforturile pe conceperea de dispozitive care pot fi supuse testării, fiecare din acestea
putând să simuleze numai o parte a impactului pietonului cu autovehiculul.
ArticulaŃia genunchiului modificată de Bunketorp constă dintr-o articulaŃie sferică
amplasată central, fixată pe fiecare parte, pentru a simula ligamentele colaterale,
confecŃionate din cupru [54]. ArticulaŃia a fost concepută pentru a simula structura
genunchiului. Acest mecanism a fost utilizat pentru a determina efectele diferitelor
încărcări pe diferitele părŃi ale articulaŃiei genunchiului, Figura 4-16. Bunketorp a utilizat
şi membre inferioare, prelevate de la cadavre, cărora le-a adăugat o masă la partea
superioară pentru a simula masa corpului. S-a realizat şi un dispozitiv de simulare a
impactului părŃii superioare a piciorului cu muchia capotei. Acesta este compus dintr-un
segment care poate fi lansat înspre muchia capotei autovehiculului cu scopul de a
măsura forŃele ce se exercită asupra pietonului în timpul unui impact. Testele pe
cadavre au furnizat date pentru determinarea masei efective şi a rigidităŃii materialului
proiectat.
Figura 4-16 ArticulaŃia genunchiului realizată de Aldman şi Bunketorp
88
Un model nou a fost conceput de Aldman. Acesta încorporează o articulaŃie a
genunchiului şi unele simplificări ale testelor care se efectuau pe picioarele cadavrelor.
Partea superioară a piciorului este reprezentată numai printr-o masă conectată cu
partea inferioară a piciorului printr-o articulaŃie sferică. Segmentele părŃii inferioare a
piciorului aveau masele şi centrele de greutate similare cu acelea ale unui pieton 50%
grad de asemănare, dar cu o construcŃie simplificată. Ele foloseau Ńevi de oŃel, cu rol de
oase, care erau acoperite cu un strat de spumă pentru a se obŃine rezultate apropiate
de cele obŃinute pe cadavre în timpul încercărilor.
Mai târziu cercetările au încorporat modelul anterior într-un dispozitiv denumit The
Rotationally Symmetric Pedestrian Dummy (RSPD). Aspecte noi ale modelului cuprind
adăugarea articulaŃiei gleznei deformabilă plastic şi a unei labe a piciorului de lemn.
Această articulaŃie se va deforma plastic sub acŃiunea unui moment de 40 Nm, în timp
ce articulaŃia genunchiului se deformează când momentul atinge 70 Nm. Masele lui
RSPD au fost multiplicate cu un coeficient de 1,5 deoarece RSPD este un model de
manechin simplificat, care simulează ambele picioare ale pietonului printr-o singură
structură. Masele celor două segmente ce alcătuiesc piciorul sunt similare cu cele ale
manechinului HYBRID III, masa segmentului inferior cuprinzând masa labei piciorului.
4.7.2 Rezultate obŃinute în urma simulărilor
Componentele diferitelor regiuni ale corpului uman descrise în paragrafele anterioare
au fost folosite pentru studierea parametrilor autovehiculelor, la determinarea influenŃei
acestora asupra forŃelor transferate asupra oaselor şi articulaŃiilor piciorului în timpul
impacturilor. Aceşti parametri pot fi împărŃiŃi în două mari categorii: geometria
autovehiculului şi rigiditatea.
Cercetătorii au determinat câŃiva parametri geometrici importanŃi ai autovehiculelor,
care determină vătămări ale membrelor inferioare a pietonilor. Dintre aceştia înălŃimea
de poziŃionare a barei de protecŃie este un parametru critic, Figura 4-17.
89
Figura 4-17 Automobil cu geometrie frontală variabilă A – muchia capotei, B – muchia superioară a barei, C – avansul frontal al barei, D – unghiul de înclinare frontal, Structuri
absorbante de energie (suprafeŃele haşurate)
Automobilul testat la impact a fost realizat cu o geometrie variabilă a muchiilor
frontale, în care înălŃimea barei, muchia capotei, înălŃimea şi adâncimea protuberanŃei
barei din faŃă pot fi ajustate.
În testele iniŃiale partea frontală a automobilului a fost la început rigidă, asigurând o
deformaŃie maxim disponibilă de numai 25 mm. Pentru testele de mai târziu bara şi linia
capotei au fost înlocuite cu unităŃi absorbante de energie, având o capacitate de strivire
de 210 mm şi o forŃă constantă de strivire de aproximativ 4 KN (când este strivită de
manechine).
Probabilitatea de vătămare a genunchiului creşte când bara de protecŃie loveşte
direct genunchiul. Când se întâmplă aceasta, pot apărea anumite efecte asupra rotulei.
ForŃa datorată impactului cu viteză mare va cauza fracturi ale acesteia. Dacă viteza de
impact este mică, vor apărea vătămări severe asupra ligamentelor. În unele cazuri,
ambele tipuri de leziuni pot apărea. Acestea sunt cel mai adesea asociate si cu
“stricăciuni” ale vaselor sangvine care trec prin zona genunchiului. Efectele sunt
resimŃite pe termen lung iar uneori apar disfuncŃiuni permanente sau care evoluează în
timp.
Studii făcute au arătat că forŃa transferată genunchiului este mai mică când centrul
barei de protecŃie loveşte sub genunchi, chiar înaintea centrului de masă al zonei
inferioare a piciorului. Din nefericire, înălŃimea barelor de protecŃie ale autovehiculelor
90
actuale este aceeaşi cu a genunchiului pietonului bărbat adult cu 50% procent de
asemănare. AlŃi cercetători au arătat că o a doua bară de protecŃie sau structură mai
puŃin rigidă, montată chiar dedesubt şi cu aproximativ 5 – 15 mm mai înspre exterior
poate reduce severitatea vătămării părŃii inferioare a piciorului pietonului. Eficacitatea
acestei a doua structuri poate fi mai mare decât dacă se amplasează bara propriu-zisă
mai jos.
Chiar şi cu aceste bare de protecŃie amplasate mai jos, impacturi violente vor cauza
probabil fracturi ale piciorului, sub genunchi. Impacturile cu suprafeŃe rigide la viteze
mari produc fracturi fragmentate, care sunt asociate cu serioase vătămări ale Ńesuturilor
moi. SuprafeŃele de impact mai largi pot fi utilizate pentru a evita vătămările severe.
Această idee este în fond cam aceeaşi cu cea descrisă anterior când s-au folosit două
bare de protecŃie montate una sub cealaltă.
ÎnălŃimea muchiei capotei şi conturul acesteia sunt cei mai importanŃi parametri de
luat în calcul în cazul rănirilor în zona pelviană şi a părŃii superioare a piciorului. S-a
observat că majoritatea leziunilor severe în zona coapsei şi a pelvisului, suferite de
pietonii adulŃi, sunt cauzate de autovehicule cu profiluri de capote pătrate a căror
muchie este la înălŃimea de 85-100 cm. Pentru copii impactul cu capota autovehiculului
se face în zona toracelui. Leziunile la şold şi coapsă pot fi reduse prin coborârea
profilului şi rotunjirea muchiei capotei. Totuşi, unele schimbări sunt importante în
determinarea gradului de vătămare a capului şi toracelui.
Principalul parametru al autovehiculului care influenŃează severitatea vătămării
pietonului este rigiditatea.
A) Partea frontală rigidă
Testele cu partea frontală rigidă au demonstrat imposibilitatea unei protecŃii efective
pentru pietoni la viteza de impact de 40 Km/h, din cauză că la viteză mare manechinele
au fost frecvent aruncate în aer, creând posibilitatea de apariŃie a unui impact sever cu
capul în parbriz şi cu rostogolire pe sol, acestea fiind două din cele mai frecvente cauze
de vătămare fatală.
91
Manechinele au fost frecvent deteriorate la viteză mare de testare, prezentând
vătămări particulare la partea inferioară a piciorului, la genunchi, la partea superioară a
femurului, la pelvis, cap şi gât. Deteriorările au fost mai ales când partea inferioară a
piciorului a fost strivită de bara paraşoc, sau pelvisul a fost strivit de muchia superioară
a capotei combinată cu partea verticală frontală.
Testele au arătat că reduceri considerabile în severitatea impactului pot fi obŃinute
prin:
• Aşezarea unităŃilor de absorbŃie a energiei pe muchia capotei şi pe bară, pentru a
limita forŃa de impact asupra picioarelor adulŃilor şi pelvis iar pentru copii, pentru
a limita forŃa de impact asupra picioarelor şi toracelui.
• Ajustarea formei părŃii frontale a autovehiculului pentru a limita rotaŃia torsului şi
pentru a face posibilă lovirea capotei cu capul.
B) PărŃile frontale absorbante de energie
În general se arată că răspunsul manechinului; tip copil şi manechinului tip adult a
fost influenŃat de înălŃimea barei, capotă, muchia capotei, înălŃimea şi unghiul frontal.
ForŃa de impact a părŃii frontale a autovehiculului a fost limitată la o forŃă constantă
de colaps a unităŃii absorbante de energie potrivită (fiecare la 4 KN). Este estimat că
această încărcare este sigură pentru regiunea pelviană a adulŃilor, dar în aceleaşi
configuraŃii a dat acceleraŃii înalte ale toracelui copilului şi sunt discutate mai jos.
Această forŃă de strivire, când este utilizată pentru bară nu poate da o toleranŃă
necesară de încărcare către picior pentru toate configuraŃiile frontale.
Schimbări majore ale rigidităŃii sunt greu de realizat deoarece barele de protecŃie au
rolul de a proteja autovehiculul în coliziunile cu viteze mici. S-a constatat că unele
autovehicule cu o parte frontală mai puŃin rigidă pot cauza vătămări severe ale
pietonilor. Structurile frontale mai puŃin rigide vor cauza fracturi şi vătămări ale
Ńesuturilor moi, acestea contribuind la reducerea timpilor de refacere a pietonului.
ÎnălŃimea la care sunt poziŃionate barele de protecŃie actuale este cam aceeaşi cu
înălŃimea genunchiului la pietonii adulŃi.
92
Pe un pieton nivelul înălŃimii barei poate cauza forŃe mari şi eforturi asupra piciorului
dacă bara are o construcŃie rigidă. În aceste teste utilizând o bară deformabilă,
acceleraŃii de 60-70 g pentru un interval de timp de 3 ms au fost înregistrate la
genunchi.
S-a verificat că reducerea ca înălŃime a barei, reduce severitatea vătămărilor
piciorului de către bara oaraşoc şi s-a demonstrat că pot apare fracturi de la o încărcare
a genunchiului de numai 2.2 kN.
Introducerea unei bare secundare, deformabile, montate la 300-350 mm deasupra
solului şi poziŃionată mai jos cu aproximativ 50 mm în spatele barei principale reduce
vătămarea la nivelul piciorului. Propunerea acestor două sisteme de bare este de a
acŃiona asupra articulaŃiei genunchiului cu un nivel acceptabil de încărcare, dând o largă
distribuŃie a forŃelor de încărcare asupra piciorului.
Barele de protecŃie montate mai jos pot de asemenea să amelioreze gradul de
vătămare al pietonilor şi al ocupanŃilor autovehiculului. În particular, ocupanŃii
autovehiculului lovit în lateral suferă mai puŃine leziuni dacă înălŃimea la care e montată
bara de protecŃie a autovehiculului care loveşte este foarte apropiată de înălŃimea
pragurilor autovehiculului lovit. Studiile efectuate de (NASS) National Accident Sampling
System au arătat că rata vătămărilor grave, în cazul unui impact lateral cu partea
frontală a altui autovehicul la care înălŃimea barei de protecŃie este la 203 – 302 mm,
este mai mică decât în cazul în care bara de protecŃie a autovehiculului care loveşte
este la înălŃimea de 406 – 531 mm. În mod similar, autovehiculele cu barele de
protecŃie montate mai sus provoacă vătămări de două ori mai grave decât
autovehiculele a căror bară de protecŃie este la 305 – 404 mm înălŃime.
Sistemul „active hood” cuprinde o bară paraşoc împărŃită în trei zone şi punctul
considerat ca fiind cel mai rigid în fiecare zonă e testat cu piciorul-manechin. Testele au
fost făcute atât cu picior-manechin cât si cu stâlpi uşori în faŃa barei de protecŃie pentru
a releva diferenŃele dintre aceste tipuri de impact. Sarcina senzorului e nu numai de a
sesiza foarte rapid coliziunea, dar şi de a detecta dacă obiectul lovit e o persoană sau
un obiect oarecare. Un contact cu membrană acoperă întreaga lăŃime a barei de
93
protecŃie. Acesta este plasat într-o spumă în interiorul carcasei de plastic a barei. Două
accelerometre sunt poziŃionate în partea din spate a grinzii barei, Figura 4-18.
Figura 4-18 Senzorii montaŃi în bara paraşoc la sistemul „active hood”
Fâşia senzorului-contact e plasată intr-un şanŃ în spuma dintre două straturi ale unui
material plastic subŃire. Senzorul de contact e divizat în doua elemente late de câte 100
mm. Fiecare are un număr de întrerupătoare şi dă un semnal dacă unul din
întrerupătoare e închis. Astfel obŃinem informaŃii despre lăŃimea obiectului lovit. De
asemenea, dă o primă indicaŃie sistemului asupra producerii impactului, o aşa-zisă
punere în gardă a sistemului senzor.
Accelerometrele sunt montate pe o lungime de 250 mm de fiecare parte a axei de
simetrie a autovehiculului, pentru a obŃine un semnal bun, indiferent unde ar avea loc
impactul.
AcceleraŃia măsurată de accelerometre e integrată pentru a obŃine viteza. Valoarea
maximă în cadrul unei perioade de timp alese, de după primul contact, este cea
utilizată. Această valoare furnizează informaŃii privind rigiditatea obiectului lovit, dacă e
un picior sau un stâlp, spre exemplu. Testele s-au făcut la diverse viteze, 20, 25, si 30
km/h. La peste 30 km/h bara de protecŃie a început să sufere deformaŃii plastice
(ireversibile) la impacturile cu un stâlp uşor. Sarcina dificilă este de a face diferenŃa
între obiecte când deformaŃiile sunt minore. Viteza de 20 km/h reprezintă pragul minim
la care senzorul activează sistemul. Vătămările sunt, de cele mai multe ori, minore la o
viteza de impact atât de mică. Prin urmare, activitatea a fost concentrată pe testarea
senzorului între 20 si 30 km/h.
94
4.7.3 Modelul CAD al genunchiului
ArticulaŃia genunchiului constituie una din cele mai complexe structuri a corpului
omenesc, susceptibilă foarte uşor la vătămări datorită anatomiei sale şi a poziŃionării la
distanŃă mare faŃă de centrul de masă al corpului. Modelul de faŃă se bazează pe datele
geometrice foarte exacte culese de MRI (Magnetic Resonance Imaging) prin scanarea
cadavrelor [113]. Au fost concepuŃi algoritmi care să identifice tipul Ńesăturii fără
scanarea cu MRI. Partenerii la proiect au generat suprafaŃa tridimensională a modelului
şi au rediscretizat Ńesuturile moi vitale, ale solidului reprezentat. Pentru a face legătura
între proprietăŃile materialului specimenului cu modelul, majoritatea parametrilor fizici
au fost adunaŃi din literatura de specialitate, numai câŃiva fiind obŃinuŃi prin propriile
experimentări în laborator.
Figura 4-19 Modelul genunchiului 3D realizat de ESI - Group
Contactul principal este localizat între cartilagiul tibiei şi femurului în partea mediană.
Mişcarea de tăiere (forfecare) din interior dă naştere la o mare compresiune între
condilul femurului şi centrul coloanei vertebrale, separând ambele părŃi ale cartilagiului
tibiei.
95
Multiple simulări au fost făcute pentru industria de autovehicule, pentru a ajuta
inginerii din domeniul siguranŃei la proiectarea structurilor de autovehicule, care pot
minimiza substanŃial vătămările genunchiului. Este vorba de un crash frontal al
piciorului şi unul lateral al pietonului, în care bara de protecŃie loveşte piciorul.
4.8 Viitoare direcŃii de cercetare
ConcepŃia, designul şi materialele folosite în industria constructoare de autovehicule
sunt diferite faŃă de acum 20 de ani. Profilul frontal al autovehiculelor este mai jos şi cu
linii mai fluente; capotele sunt mai scurte; materialele plastice, mai uşoare, sunt
utilizate pe larg în construcŃia părŃii frontale a autovehiculelor, iar planşele de bord sunt
şi ele realizate cu precădere din materiale plastice. Testele au indicat că aripile şi
capotele construite din materiale plastice trebuiesc concepute cu foarte mare atenŃie
pentru a minimiza efectele impactului asupra capului pietonului. Coborârea profilului
maşinii şi montarea mai joasă a barelor de protecŃie pot fi benefice atât pentru pieton
cât şi pentru ocupanŃii habitaclului în cazul unui impact lateral. Autoutilitarele sunt
folosite tot mai larg ca maşini de familie, mai mult decât autovehiculele comerciale.
Aceste schimbări accentuează nevoia de a aduna tot mai multe date despre accidentele
de circulaŃie în scopul de a rafina informaŃiile şi de a spori eficacitatea cercetărilor.
Traumele capului şi ale toracelui produc cam aceleaşi daune, dar în cercetările
ultimilor ani s-a constata că o leziune moderată (AIS 2) a creierului poate avea efecte
pe termen lung sau chiar permanentă, un rezultat care nu se produce în cazul unei
vătămări moderate a toracelui. Vătămările membrelor inferioare, care implică şi
genunchii, pot conduce la handicapuri permanente, chiar dacă leziunea este moderată.
Genunchiul este cea mai vulnerabilă regiune a piciorului. Pe deasupra, toleranŃa la
vătămare a articulaŃiei genunchiului nu a fost stabilită exact. Ca atare trebuiesc stabilite
mai bine priorităŃile în vederea stabilirii direcŃiilor de cercetare referitoare la vătămările
suferite de pietoni, în diferite regiuni ale corpului.
Simulările pe calculator au luat o mare amploare în ultimii ani. Modelele create sunt
folosite pentru determinarea vitezelor capului şi toracelui pietonilor, care sunt loviŃi de
autovehicule. Aceste viteze sunt influenŃate de: viteza de impact, geometria
96
autovehiculului, rigiditatea părŃii frontale şi alŃi parametri. AcurateŃea acestor predicŃii
este limitată de dificultatea de formulare a modelelor care simulează coliziunea. Mari
diferenŃe de viteză apar între simulările efectuate pe cadavre şi cele realizate cu ajutorul
manechinelor, datorită diferenŃelor de absorbŃie a energiei, a flexibilităŃii diferitelor
regiuni ale corpului şi a rigidităŃii acestora.
97
5 MODELE MATEMATICE ALE PIETONULUI
Având ca bază capitolul anterior, în continuare se vor propune modele matematice cu
una, două şi mai multe mase pentru pietonul aflat în interacŃiune cu autoturismul.
Modelul bi-masă este constituit din picioare şi trunchi, împreună cu capul. Segmentele
din care este constituit pietonul sunt considerate rigide iar în articulaŃii sunt luate în
considerare momentele date de tonusul muscular. Conturul pietonului este reprezentat
prin segmente de dreaptă.
5.1 Modelul pietonului mono-masă
În Figura 5-1 este schiŃat procesul prin care un corp solid este lovit într-un punct O1
= O2, excentric faŃă de axa O2y2.
Figura 5-1 Coordonatele pietonului monomasă în procesul de impact
Sistemul de axe xOyz este fix, legat de sol, sistemul x1O1y1z1 este mobil, aflat în
mişcare de translaŃie faŃă de sistemul fix, iar sistemul x2O2y2z2 este legat de corpul al
98
cărui centru de masă se află în punctul Cg. Punctul O1 = O2 este astfel centru
instantaneu de rotaŃie, în jurul acestuia corpul se roteşte cu unghiurile ψ, θ şi ϕ.
Sistemul xOyz este legat de sistemul mobil x1O1y1z1 prin vectorul de poziŃie r0 şi de
sistemul x2O2y2z2 prin vectorul de poziŃie al centrului de masă rc. O1 este centrul
instantaneu de rotaŃie al pietonului în timpul impactului cu autovehiculul. Prin rotirea cu
cele trei unghiuri menŃionate anterior, în jurul axelor sistemului se determină versorii
noilor poziŃii ale axelor sistemului mobil, legat de corp, x2O2y2z2.
Se consideră că rotaŃia corpului va avea loc în trei faze, după cum urmează:
a) Rotire cu unghiul ψ în jurul axei y (y1 = y1')
=
Ψ⋅+Ψ⋅−=
Ψ⋅+Ψ⋅=
jj
cosisinki
sinicoskk
'
'
'
(5. 1)
Figura 5-2 Rotirea corpului (faza a)
b) Rotire cu unghiul θ în jurul axei z (z1' = z1'')
θ⋅+θ⋅−=
θ⋅+θ⋅=
=
cosjsinij
sinjcosii
kk
''''
''''
'''
(5. 2)
99
Figura 5-3 Rotirea corpului (faza b)
c) Rotire cu unghiul ϕ în jurul axei x (x1'' = x2)
ϕ⋅+ϕ⋅=
=
ϕ⋅−ϕ⋅=
cosjsinkj
ii
sinjcoskk
''''2
''2
''''2
(5. 3)
Figura 5-4 Rotirea corpului (faza c)
În urma efectuării calculelor se vor obŃine relaŃiile pentru versorii sistemului de
coordonate x2O2y2z2.
Se observă că versorul axei y2 este j2, şi are faŃă de sistemul xOyz următoarea
poziŃie:
100
ϕ⋅θ⋅Ψ+ϕ⋅Ψ
ϕ⋅θ
ϕ⋅θ⋅Ψ−ϕ⋅Ψ
=
==
)cos()sin()sin()sin()cos(
)cos()cos(
)cos()sin()cos()sin()sin(
u
u
u
uj
z
y
x
cg2 (5. 4)
Deoarece mişcarea în spaŃiul tridimensional este mai dificil de studiat pentru corpuri,
se va analiza doar mişcarea în planul yOx. Prin urmare vom avea doar o rotaŃie în jurul
axei Oz, cu unghiul θ, vezi Figura 5-5, iar relaŃia (6.4) devine:
θ
θ−
=
==
0
)cos(
)sin(
u
u
u
uj
z
y
x
cg2 (5. 5)
Vectorul de poziŃie al centrului de masă al corpului rc va fi:
cg20c uCOrr ⋅+= (5. 6)
de unde rezultă ecuaŃiile coordonatelor centrului de masă al corpului pe axele x şi y:
θ⋅+=
θ⋅−=
)cos(COyy
)sin(COxx
2Oc
2Oc (5. 7)
Figura 5-5 Rotirea în plan a corpului
Pentru vectorul de poziŃie al punctului de impact, care este în prima fază şi centru
instantaneu de rotaŃie (rO), se poate alege o lege de variaŃie, dacă autovehiculul este în
mişcare în momentul impactului, sau poate fi nul dacă în momentul impactului
autovehiculul a fost frânat total.
În ipoteza absenŃei unei legi de mişcare pentru vectorul r0, prin derivarea relaŃiei
anterioare se vor obŃine succesiv vitezele şi acceleraŃiile centrului de masă al corpului.
101
Figura 5-6 Modelul impactului dintre autoturism şi pietonul monomasă
α⋅−⋅α−=
α⋅−⋅α−=••
••
)sin()h1c(y
)cos()h1c(x
c
c (5. 8)
α⋅−⋅α−α⋅−⋅α−=
α⋅−⋅α+α⋅−⋅α−=•••••
•••••
)cos()h1c()sin()h1c(y
)sin()h1c()cos()h1c(x
2c
2c (5. 9)
Pentru simplificarea calculelor se va forma un sistem de forma:
α⋅
α⋅−−
α⋅−
+
α⋅
α⋅−−
α⋅−−
=
α
•••
••
••
••
2c
c
0
)cos()h1c(
)sin()h1c(
1
)sin()h1c(
)cos()h1c(
y
x
(5. 10)
care poate fi scris simplificat sub forma:
{ } [ ] [ ]
α⋅+
α⋅=
•••2BAa (5. 11)
unde [A] este matricea coeficienŃilor acceleraŃiei unghiulare a pietonului;
[B] este matricea coeficienŃilor pătratului vitezei unghiulare a pietonului;
{a} este vectorul acceleraŃiilor de translaŃie şi rotaŃie ale corpului.
Conform Figura 5-7 pentru cazul pietonului monomasă ecuaŃiile de echilibru sunt:
102
Figura 5-7 Schema forŃelor care acŃionează asupra pietonului monomasă
( )
⋅−⋅
−=
⋅
••
••
••
)cos(1100
010
001
1
1
αα hcF
G
F
y
x
J
m
m
c
c
(5. 12)
care poate fi scris simplificat sub forma:
[ ] { } { }QaM =⋅ (5. 13)
unde: [M] este matricea masei şi a momentului de inerŃie a pietonului;
[Q] este matricea forŃelor care acŃionează asupra pietonului;
{a} este vectorul acceleraŃiilor de translaŃie şi rotaŃie ale corpului.
În vederea aflării necunoscutelor, din ecuaŃiile (5.11) şi (5.13) prin înmulŃire la
stânga cu [A]T se va obŃine:
[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] { }ext2TT QBMAAMA =
α⋅⋅⋅+
α⋅⋅⋅
•••
(5. 14)
unde:
{ } [ ] { }QAQT
ext ⋅= (5. 15)
RelaŃia (5.14) poate fi scrisă sub forma:
103
[ ] [ ] { }QBA =
⋅+
⋅
•••211 αα (5. 16)
RelaŃia (5.16) reprezintă forma simplificată a ecuaŃiei diferenŃiale în necunoscuta
α = α(t). Prin înlocuirea acesteia în relaŃia (5.7) se pot afla coordonatele centrului de
masă al corpului pietonului.
Pentru un pieton a cărui înălŃime este de 1,80 m, cu masa de 73 kg şi înălŃimea
punctului de impact la 0,75 m de la sol, în urma reprezentării grafice a soluŃiei ecuaŃiei
diferenŃiale de ordinul doi s-a obŃinut o curbă de regresie a cărei ecuaŃie poate fi
aproximată printr-o funcŃie polinomială de ordinul doi a cărei expresie este:
t1363.0t0011.0 2 ⋅+⋅=α (5. 17)
Graficul acestei funcŃii este prezentat în Figura 5-8.
Cu relaŃiile (5.7) şi (5.17) se va trasa traiectoria pietonului în momentul impactului
acestuia cu autoturismul Pentru aceasta se va da punctului de contact “O1” = “O2”
dintre autovehicul şi pieton o lege de mişcare.
VariaŃia unghiului de rotaŃie la pietonul monomasă
y = 0,0011x2 + 0,1363x
0
20
40
60
80
100
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Timpul [ms]
[gra
de]
Monomasa
Poly. (Monomasa)
Figura 5-8
105
5.2 Modelul matematic cu mai multe mase
Figura 5-9 Modelul matematic - schema generala
Pentru generarea ecuaŃiilor s-a utilizat modelul mathematic cu doua mase a
pietonului, acesta putand fi modificat cu usurinŃă, prin adăugarea de mase
suplimentare.
La timpul t ≠ t0 = 0, după ce autoturismul a acŃionat asupra genunchiului pietonului,
punctul de contact fiind A, în configuraŃia de impact autovehicul frontal - pieton lateral,
pietonul se va găsi în poziŃia prezentată în figura Figura 5-10. În această primă fază a
impactului se consideră că centrul
Figura 5-10 Pieton în poziŃia trecând strada
106
instantaneu de rotaŃie al masei unu a pietonului este în punctul de contact cu bara
paraşoc a autoturismului, masa doi rotindu-se în jurul articulaŃiei şoldului. ArticulaŃia
şoldului este considerată ca o articulaŃie cilindrică, în cazul rezolvării problemei plane, în
ea având un coeficient de rigiditate k21, care simulează tonusul muscular.
Coordonatele centrelor de masă, pe axele X si Y, a celor două segmente de corp
sunt, conform schemei din figura Figura 5-9. Prin derivare se vor obŃine si vitezele, pe
cele două axe ale sitemului XOY, corespunzătoare centrelor de masă ale celor două
segmente ale corpului pietonului.
⋅+⋅−+=
⋅−⋅−−=
⋅−+=
⋅−−=
)cos(2)cos()1(
)sin(2)sin()1(
)cos()1(
)sin()1(
2
2
1
1
βαβα
αα
chlhy
chlx
hchy
hcx
cg
cg
cg
cg
(5. 18)
⋅⋅−⋅−⋅−=
⋅⋅−⋅−⋅−=
⋅−⋅−=
⋅−⋅−=
•••
•••
••
••
)sin(2)sin()1(
)cos(2)cos()1(
)sin()1(
)cos()1(
2
2
1
1
ββαα
ββαα
αα
αα
chly
chlx
hcy
hcx
cg
cg
cg
cg
(5. 19)
Pentru aflarea necunoscutelor se va aborda metoda Lagrangeană
0=∂∂
+∂∂
−
∂
∂∂•
iii
q
V
q
Ec
q
Ec
dt, (5. 20)
unde pentru cazul nostru i=1,n, iar qi sunt unghiurile α respectiv β pentru cazul prezentat
∑=i
iEcEc (5. 21)
22
2•
⋅+
⋅= iiii
i
JvcgmEc
α (5. 22)
222cgicgii yxvcg
••
+= (5. 23)
107
( ) ( )2
211, −− −⋅
+⋅⋅=∑ iiii
i
cgii
kygmV
αα (5. 24)
Unde avem:
Ec – energia cinetică;
V – energia potenŃială
mi – masele segmentelor de corp ce alcatuiesc pietonul;
Ji – momentele e inerŃie ale maselor pietonului;
Vcgi – vitezele centrelor de masă ale maselor pietonului;
ki – coeficienŃii de rigiditate din articulaŃiile corpului pietonului;
Prin înlocuire în relaŃia (5.20) şi prin derivarea acesteia se va obŃine un sistem de
ecuaŃii diferenŃiale în necunoscutele α şi β.
108
6 CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND COLIZIUNEA
AUTOTURISM – MANECHIN PIETON
6.1 Regulamante, metode de încercare şi aparatura de măsurare
La sfârşitul anilor 1980, Comitetul European pentru Vehicule Experimentale
(European Experimental Vehicles Committee - EEVC) a început dezvoltarea unui set de
standarde concepute să minimizeze vătămările serioase ale pietonilor în impact până la
40 km/h. În 1991, EEVC a propus un set de teste reprezentând cele mai importante trei
mecanisme ale vătămărilor: cap, partea superioară a piciorului, partea inferioară a
piciorului. Această lucrare a fost încorporată în testele EuroNCAP, având primele
rezultate în 1997.
U.E. a adoptat recent o Directivă similară (2003/102/EC, Dec. 2003) celei japoneze,
dar care acoperă, de asemenea, şi cerinŃele pentru vătămări asupra piciorului.
Propunerea este încorporată în LegislaŃia ComunităŃii, sub sistemul creat de Directiva
70/156/EEC. Este aplicabilă autoturismelor, vehiculelor sportive, camioanelor uşoare şi
altor vehicule comerciale uşoare, cu aplicare în două etape începând cu 2005 şi 2010.
Regulamentul canadian referitor la bara de protecŃie este unul dintre cele mai
riguroase de acest tip din lume. Acesta este propus spre analizarea compatibilităŃii bară-
pieton.
National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) a Stalelor Unite a încheiat
dezvoltarea unei cerinŃe de testare cu impactor cap la începutul anilor 1990. De atunci,
efortul a fost îndreptat către cercetarea pentru sprijinirea grupului de lucru pentru
protecŃie pasivă a International Harmonized Research Activities (PS-WG IHRA).
Un număr mare de pietoni şi biciclişti devin victime ale coliziunilor frontale cu
autoturisme. Acest lucru a fost identificat de către Comitetul European pentru SiguranŃa
avansată a Vehiculelor (EEVC) şi astfel s-au efectuat o serie de studii în acest domeniu
de către Grupele de Lucru a EEVC. Ca urmare a acestor cercetări, au fost dezvoltate
109
diverse recomandări pentru designul structurii frontale a automobilelor. Au fost propuse
metode de testare şi regulamente pentru a impune protecŃia pietonului. În primul
trimestru al anului 1987 a fost discutată una dintre aceste propuneri de către grupul
„ERGA Safety” a EEC. S-a stabilit necesitatea unor cercetări mai aprofundate pentru a
completa o serie de lacune. EEVC a fost contactată pentru a coordona această cercetare
astfel ca la sfârşitul anului 1987 a fost înfiinŃat Grupul de Lucru „ProtecŃia pietonului”
WG10.
Mandatul acestui grup a fost de a determina metode de testare şi nivele acceptabile
de evaluare a protecŃiei oferite pietonilor de către structura frontală în cazul
accidentelor. Metodele de testare ar trebui să fie bazate pe teste pe subsisteme, cum
ar fii: bara de protecŃie (inclusiv radiatorul), muchia frontale a capotei (inclusiv faruri şi
muchia frontală a aripilor) şi suprafaŃa capotei (inclusiv muchia inferioară a parbrizului),
testele fiind necesare atât pentru pieton adult cât şi pentru pieton copil la impactul la
40km/h.
Studiile au inclus teste cu manechin la scara 1:1, teste pe cadavre, reconstrucŃii de
accidente, analiza datelor achiziŃionate în urma accidentelor şi simulări pe computer.
Mai mult, propunerile de test dezvoltate au trebuit a fi testate mai târziu pe
autovehicule reprezentative pentru perioada respectivă pentru a determina fezabilitatea
propunerilor. Aceste teste au fost efectuate în 1989/1990 şi încheiate în iunie 1991 de
către un consorŃiu european format din BASt, INRETS, LAB/APR, TNO şi TRL.
Cel de-al treilea şi ultim raport EEVC WG10 a fost realizat în 1994, fiind axat pe
modificări şi îmbunătăŃiri ale versiunilor anterioare de propuneri de metode de testare.
WG10 a fost desfiinŃat în noiembrie 1994.
S-a decis în iunie 1997 crearea unui nou grup de lucru – EEVC WG17 „SiguranŃa
pasivă”, având două sarcini principale:
Revizuirea metodelor de testare EEVC WG10 (raport final 1994) şi propunerea
posibilelor modificări, Ńinând seama de noile date de statistică existente, biomecanică şi
rezultatele unor teste;
110
Pentru definirea încercărilor s-au considerat ca reprezentative pentru cazul
accidentelor pieton – automobil următoarele două situaŃii:
• Pieton în poziŃie laterală (traversând strada), automobil frânând;
• Pieton în poziŃie cu faŃa spre autoturism, coliziune frontală cu 40 % grad de
acoperire pentru autoturism.
Viteza autoturismului în momentul impactului a fost de aproximativ 30 km/h. Pentru
efectuarea încercărilor este necesară următoarea aparatură:
• Manechin pieton instrumentat cu accelerometre şi-sau alŃi traductori;
• Autoturism pregătit pentru coliziune şi echipat cu două biomanechine humanoide
Hybrid II First Technology USA;
• InstalaŃie de tracŃiune pentru autoturisme (pista coliziune, instalaŃie tracŃiune,
ForŃa medie de impact asupra manechinului a fost în cazul primului test de
aproximativ 5300 N. La căderea de pe autoturism pe sol, se remarcă din graficul
acceleraŃiilor, manechinul nu a lovit solul cu capul ci doar s-a rostogolit pe acesta în
urma mişcării de rotaŃie imprimată la impactul în zona picioarelor. AcceleraŃiile apărute
în cazul impactului secundar sunt mai mici decât la coliziunea directă cu autoturismul.
AcceleraŃiile mai mari apărute la testul numărul doi se datorează ruperii manechinului
din articulaŃia bazinului.
În urma efectuării experimentelor, atât la prima cât şi la cea de-a doua probă,
avariile provocate de pieton autoturismului au fost importante doar în regiunea
parbrizului. Pe capotă s-au înregistrat doar urme de ştergere. Bara paraşoc nu a suferit
deformaŃii.
Analizând înregistrările filmate şi diagramele se poate afirma că impactul cuprinde
trei faze principale:
• Contactul cu autoturismul, durează din momentul impactului până când pietonul
se desprinde de autoturism;
• Faza de zbor, din momentul separării pietonului de autoturism până la impactul
cu solul;
• Faza de târâre, din momentul luării contact cu solul, până la poziŃia finală a
pietonului.
125
6.2.1 Contactul cu autoturismul
Această fază cuprinde o serie de etape, datorită complexităŃii fenomenelor care
apar:
• Impactul primar cu lovirea pietonului la nivelul genunchiului;
• Rezemarea pietonului cu femurul de muchia capotei, simultan cu rabaterea părŃii
superioare a corpului pe capota autoturismului;
• Rotirea corpului pietonului în jurul axei sale longitudinale;
• Impactul capului pietonului cu parbrizul;
• Căderea de pe autoturism.
La impactul primar pietonul este lovit la nivelul genunchiului de către bara paraşoc a
autoturismului. Deoarece în cazul prezentat autoturismul a fost frânat doar cu puntea
spate nu s-a observat o mişcare de tangaj a acestuia în momentul frânării. După un
timp foarte scurt muchia capotei vine în contact cu femurul pietonului.
Figura 6-15 Impactul primar în zona genunchiului
Tot aici se poate vedea fenomenul de “mulare” a membrelor inferioare pe partea
frontală a autoturismului. Acesta se datorează mobilităŃii articulaŃilor membrelor
126
inferioare sau, în cazurile nefericite datorită fracturării a oaselor. Partea inferioară a
piciorului, până la genunchi, tinde să fie trasă sub autovehicul dar datorită diferenŃei de
masă dintre această regiune şi restul corpului în final se va produce fenomenul de
“mulare”. În faza de tragere a picioarelor sub autoturism sunt posibile apariŃii ale
fracturilor de gleznă.
Rabaterea pietonului pe capotă începe cu o oarecare întârziere, faŃă de momentul
impactului.
Mişcarea de rotaŃie a pietonului în jurul axei sale longitudinale ia naştere datorită
poziŃiei piciorului manechinului care este lovit prima dată de bara paraşoc. Punctul de
aplicaŃie al forŃei de impact este excentric faŃă de axa longitudinală a pietonului şi astfel
apare un moment de rotaŃie. RotaŃia începe cu o oarecare întârziere, aceasta
datorându-se distribuŃiei masei pietonului pe picioare.
Figura 6-16 Mişcarea de rotaŃie a pietonului
La rabaterea pietonului pe capota autoturismului rotaŃia are loc în jurul punctului de
contact dintre capotă şi femur. În momentul când pietonul se loveşte cu capul de
parbriz, deoarece partea superioară a corpului este mai grea decât picioarele, pentru un
timp corpul şi capul pietonului devin corp comun cu autoturismul, iar picioarele se
rotesc în jurul articulaŃiei bazinului, datorită mişcării imprimate la impactul primar.
127
Desprinderea de autoturism, în cazul vitezelor de impact mici, se manifestă în
general prin căderea în lateral sau prin alunecarea de pe capotă, după ce autoturismul
s-a oprit. În primul caz viteza pietonului în momentul desprinderii de autoturism este
egală cu viteza autoturismului.
6.2.2 Faza de zbor
După ce pietonul s-a desprins de autoturism, până la impactul secundar, va descrie
prin aer o traiectorie parabolică. În cazul prezentat această fază este aproape
inexistentă, datorită vitezei mici de coliziune. Faze de zbor apar doar la viteze de peste
40 km/h.
6.2.3 Faza de târâre
Odată ajuns pe sol pietonul se va rostogoli şi va aluneca, poziŃia finală fiind complet
aleatoare. DistanŃa de alunecare pe sol a pietonului depinde de coeficientul de frecare
dintre sol şi pieton, coeficient care este influenŃat de natura suprafeŃelor care vin în
contact. Contactul cu solul se poate face cu oricare dintre părŃile corpului. S-a constatat
că în urma impactului secundar, cu solul, pietonul nu a atins carosabilul cu capul ci doar
cu toracele şi membrele inferiore, rostogolindu-se pe acesta.
6.3 Concluzii
În urma înregistrărilor, din diagramele acceleraŃiilor şi filmările efectuate, rezultă:
• ForŃa maximă la impactul dintre bara paraşoc a autoturismului şi pieton apare
după un timp de aproximativ 25 de ms, efectul acesteia fiind ruperea piciorului
manechinului.
• AcceleraŃia maximă înregistrată a fost în momentul lovirii manechinului cu capul
de parbrizul autoturismului, la 190 ms de la impactul primar.
• Valoarea acceleraŃiei la nivelul capului în acest caz a depăşit 100 g.
128
• La nivelul toracelui valoarea medie a acceleraŃiei înregistrate pe o perioadă de 20
ms a fost de aproximativ 18 g şi a avut loc la impactul secundar, cu solul.
DistanŃa de proiectare a pietonului în cazul primului test a fost 7,5 m pe direcŃia de
deplasare a autoturismului, valoare care se încadrează în limitele stabilite de Kuhnel
[48] [60].
Figura 6-17 Diagrama Kuhnel privind distanŃa de aruncare a pietonilor
Avariile suferite de autoturism, la coliziunea cu pietonul s-au materializat prin urme
de ştergere în zona superioară a capotei şi prin spargerea parbrizului.
Deşi la primul test pietonul a fost lovit cu centrul barei paraşoc, datorită mişcării de
rotaŃie imprimată acesta a căzut de pe autovehicul prin laterala dreaptă, fapt confirmat
şi de urmele lăsate pe capotă.
TEST 1 "PIETON LOVIT DIN LATERAL"
129
Nr. Crt.
OperaŃia Timpul de efectuare
ObservaŃii
Traseu de încercări
1. Marcare traseu de încercări 40 min O singură dată la începutul testelor Aparatura de măsurare
2. Cablare traseu de încercări 60 min Montare cabluri de transmitere a datelor înregistrare spre magnetofon
3. Pregătire instalaŃie iluminare 6 ore Cablare traseu, montare lămpi 4. Montare celule Heuer 30 min 4 celule, două pentru determinarea vitezei autoturismului, una
pentru declanşarea înregistrării datelor şi una pentru pornire magnetofon şi oscilograf
5. Montare camera de filmat rapidă 40 min 2 camere de filmare cu viteza de 1000 cadre/sec, schimbare filme după fiecare test
6. Montare camera de filmat 30 min 2 camere 7. Pregătire aparat foto 10 min Pregătire film 8. Montare accelerometre pe
manechin 2 ore Realizare suporŃi şi cutii de protecŃie pentru accelerometre
9. Calibrare accelerometre 40 min O singură dată la începutul probelor 10. Calibrare oscilograf 30 min O singură dată la începutul probelor 11. Pregătire instalaŃie tracŃiune 20 min Înainte de fiecare probă 12. Măsurare şi înregistrare date 1 min La fiecare probă Autoturism
13. Vopsire autoturism 30 min Stabilirea zonelor cu diferite potenŃiale de vătămare a pietonului 14. Lipire repere pe autoturism 20 min Repere pentru urmărire a punctelor de impact 15. Modificare sistem de frânare
standard 2 ore AcŃionarea frânelor se face din exteriorul autovehiculului cu
ajutorul unui sistem pneumatic comandat electric 16. Cântărire autovehicul şi lestare 15 min La începutul probelor 17. Montare cârlige de tractare 30 min -
TEST 1 "PIETON LOVIT DIN LATERAL"
130
18. Măsurare deformaŃii la elementele de caroserie
22. Întărire coloană vertebrală 3 ore Pentru a se asigura repetabilitatea testelor şi a asigura o bună prindere a capului biomanechinului
23. Adaptare cap şi gât de biomanechin HYBRID II
60 min În vederea obŃineri unor rezultate cât mai apropiate de realitate
24. Vopsire manechin - - 25. Lipire repere pe manechin 15 min La începutul probelor, pentru a putea urmări mai uşor mişcarea
fiecărei zone a corpului 26. Reglare momente din articulaŃii 15 min La începutul fiecărei probe 27. Măsurare distanŃe de aruncare a
manechinului 5 min După fiecare probă
Centralizare date
28. Notare rezultate 10 min După fiecare probă Timp total pregătire test 21,43 ore
TEST 1 "PIETON LOVIT DIN LATERAL"
131
Autoturism marca: DACIA NOVA R 523
Masa gol [kg] 827 RepartiŃie faŃă / spate [kg] 442/385 Masa echipat [kg] 1024 RepartiŃie faŃă / spate [kg] 530/494 Ampatament [mm] 2475
Viteza de desfăşurare a testului: 29,58 km/h Regimul de deplasare: frânare
DirecŃia de deplasare a autoturismului Rectilinie, a lovit din lateral pietonul pe partea stângă, de-a lungul axei Y a acestuia din urmă.
Punctul de impact ObservaŃii
Bară protecŃie Median la 510 mm faŃă de sol Nu a suferit nici o deformaŃie
Capota Zona frontală, aria centrală a capotei şi cea capotă parbriz
Zgârieturi minore
Aripi - - Echipamente supuse deformării
Parbriz Dreapta la 250 mm de linia mediană şi de muchia superioară
Spart dar nu s-a deplasat de pe cheder
Ora de desfăşurare: 1723
*(Se vor nota date despre autoturism)
Autoturismul a fost frânat doar cu puntea spate. Presiunea gazului în buteliile de azot 12,8 bar. Timpul scurs până la atingerea forŃei nominale de frânare a fost de 0,51 sec. DistanŃa parcursă de autovehicul în acest timp: 4,20 m. Lungimea urmelor de frânare a fost 7,25 m. SpaŃiul total parcurs de autovehicul până la oprire a fost 11,45 m.
TEST 1 "PIETON LOVIT DIN LATERAL"
132
Manechin antropometric RUTY 1
Segmentul de corp ÎnălŃimea [cm] Masa [kg] Capul + gâtul 26 5 Corpul + mâinile 58 40 Picioarele 96 28 Total ansamblu 180 73 DirecŃia de lovire A fost lovit lateral pe partea stângă, de-a lungul axei Y
AcceleraŃia maximă Viteza unghiulară Segmentul de corp
ArticulaŃia Momentul din articulaŃie
Număr de mase manechin X Y Z X Y Z
ObservaŃii
- - [Nm] - [g] [g] [g] [rad/s] [rad/s] [rad/s] -
Capul
Gât Adaptare cap biomanechin HYBRID II
95 40 88 Sunt grupate în
intervalul 195 – 220 ms
Şold 1 (flexie, extensie)
2 x 50
Şold 2 (lateral) 50 Umăr 2 x 9
Corpul
BraŃ 2 x 9
16 12 12
Nu sunt grupate in jurul unui anumit interval
Femur superior 2 x 15 Picioare
Genunchi 2 x 50
11
- - - Nu s-au făcut
măsurători
*(Se vor nota distanŃele de aruncare ale pietonului) Pietonul a fost lovit în zona genunchiului stâng, după care a fost proiectat cu capul în parbrizul autoturismului. Piciorul stâng s-a rupt deasupra articulaŃiei genunchiului. În urma impactului secundar pietonul a ajuns cu capul înspre direcŃia de deplasare a autovehiculului, în laterala deraptă a acestuia, respectiv la 1,1 m (măsurat la şold) faŃă de linia mediană a autoturismului şi 7 m (măsurat la şold) faŃă de punctul de unde s-a produs coliziunea. Pietonul a fost purtat pe capota autoturismului.
TEST 1 "PIETON LOVIT DIN LATERAL"
133
AcceleraŃiile capului obŃinute în urma impactului primar asupra genunchiului
AcceleraŃiile capului obŃinute în urma impactului cu parbrizul autoturismului
Masa gol [kg] 827 RepartiŃie faŃă / spate [kg] 442/385 Masa echipat [kg] 1024 RepartiŃie faŃă / spate [kg] 530/494 Ampatament [mm] 2475 Viteza de desfăşurare a testului: 30,21 km/h Regimul de deplasare: uniform
DirecŃia de deplasare a autoturismului Rectiline, a lovit pietonul de-a lungul axei X a acestuia, (din faŃă).
Punctul de impact ObservaŃii
Bară protecŃie Median la 510 mm faŃă de sol -
Capota Zona frontală, aria centrală a capotei
Zgârieturi minore
Aripi - - Echipamente supuse deformării
Parbriz Central la 150 mm de muchia superioară
Spart, a scos chederul de pe cadrul său.
*(Se vor nota date despre autoturism)
Autoturismul nu a fost frânat. După un parcurs de aproximativ 20 m s-a izbit de bariera rigidă.
Ora de desfăşurare: 1913
TEST 2 "PIETON LOVIT FRONTAL"
138
Manechin antropometric RUTY 1
Segmentul de corp ÎnălŃimea [cm] Masa [kg] Capul + gâtul 26 5 Corpul + mâinile 58 40 Picioarele 96 28 Total ansamblu 180 73
DirecŃia de lovire A fost lovit din faŃă, de-a lungul axei X a acestuia.
AcceleraŃia maximă Viteza unghiulară Segmentul de corp
ArticulaŃia Momentul din articulaŃie
Număr de mase manechin X Y Z X Y Z
ObservaŃii
- - [Nm] - [g] [g] [g] [rad/s] [rad/s] [rad/s] -
Capul
Gât Adaptare cap biomanechin HYBRID II
63 7 100 Sunt grupate în intervalul 160 – 200 ms
Şold 1 (flexie, extensie)
2 x 50
Şold 2 (lateral) 50 Umăr 2 x 9
Corpul
BraŃ 2 x 9
30 50 44
Sunt în intervalul 60 - 70 ms, la ruperea manechinului din bazin
Femur superior 2 x 15 Picioare
Genunchi 2 x 50
11
- - - Nu s-au făcut măsurători
*(Se vor nota distanŃele de aruncare ale pietonului) Pietonul a fost lovit în zona genunchilor, a fost proiectat cu capul în parbrizul autoturismului după care s-a rupt din articulaŃia şoldului. Trunchiul şi capul au fost purtate pe capota autoturismului iar picioarele au ajuns sub roŃile maşinii fiind apoi târâte până la impactul autoturismului cu bariera nedeformabilă. Piciorul stâng s-a rupt deasupra articulaŃiei genunchiului, în timpul coliziunii primare.
139
Figura 6-18 PoziŃia manechinului la începutul primului test
Figura 6-19 PoziŃia finală a manechinului pieton pe sol după primul test
140
Figura 6-20 Urmele de ştergere de pe capotă şi parbrizul spart, la finalul primului test
Figura 6-21 DistanŃa de proiectare în lateral a manechinului în urma primului test
141
Figura 6-22 PoziŃia iniŃială a manechinului în cadrul celui de al doilea test
Figura 6-23 Picioarele manechinului au fost târâte sub autoturism
142
Figura 6-24 Avariile autovehiculului în urma celui de al doilea test
143
7 NORMATIVE ŞI REGULAMENTE ÎN VIGOARE PRIVIND
SIGURANłA PASIVĂ A AUTOVEHICULELOR
7.1 Introducere
O mare parte din accidentele cu urmări grave sunt generate de coliziunile cu
obstacole fixe sau cu alte vehicule în mişcare. S-a constatat că şansele de supravieŃuire
depind nu numai de disiparea energiei de impact, având ca rezultat acceleraŃii moderate ci
şi de menŃinerea după coliziune a aşa numitul „spaŃiu vital" în jurul fiecărui scaun, astfel
ca pasagerul să nu „fie strivit" între componentele vehiculului. O asemenea importanŃă
deosebită a determinat efectuarea, în special în ultimele două decenii, a unor studii
minuŃioase care au permis elaborarea unor metodologii de apreciere a comportării structurilor
şi a protecŃiei pasagerilor în cazul unor asemenea coliziuni. Dată fiind complexitatea
fenomenelor care pot să apară în procesele coliziunilor, aceste aprecieri au la bază
încercări experimentale pretenŃioase şi costisitoare soldate cu distrugerea vehiculului
analizat.
PrescripŃiile tehnice impuse deja şi în România, ca Ńară semnatară acordurilor cu
Comunitatea Europeană se referă separat la comportarea structurilor autovehiculului şi
la protecŃia pasagerilor în cazul coliziuni; metodica încercărilor a fost preluată şi de
standardele naŃionale.
7.1.1 CondiŃii tehnice impuse vehiculelor în cazul coliziunilor frontale
Întrucât deformaŃiile vehiculelor după încercările de coliziune frontală cât şi nivelul de
menŃinere a sănătăŃii persoanelor rănite în cadrul criteriilor de performanŃă aferente
impactului pot furniza indicii asupra vitezelor şi traiectoriilor în momentele accidentelor, s-
a considerat utilă prezentarea în continuare a câtorva prescripŃii tehnice impuse în
momentul de faŃă.
144
Încercările se fac pe o pistă betonată, suficient de lungă, pentru a permite vehiculului
atingerea, în regim stabilizat, a unei viteze maxime de încercare de 64 km/h conform cu
regulamentele EuroNCAP, cele mai severe de la ora actuală. Pentru aceasta autovehiculul
poate folosi motorul propriu, dar în mod obişnuit el este tractat cu un cablu a cărui
acŃiune încetează pe ultimii metri dinaintea locului impactului, pentru a nu influenŃa
rezultatele măsurătorilor. Coliziunea are loc cu suprafaŃa unui bloc de beton cu masa de
cel puŃin 70000 kg, bine ancorat pe sol, numit curent, barieră fixă. SuprafaŃa de impact,
perpendiculară pe direcŃia de înaintare a autovehiculului, are lăŃimea de 3 m şi înălŃimea
de 1,5 m; de regulă suprafaŃa este acoperită cu plăci de placaj cu grosimea de 20 mm,
iar între acestea şi beton se prevăd plăci din tablă de oŃel.
Sursa Automobile DACIA
Figura 7-1 Peretele cu care are loc coliziunea
Autovehiculul trebuie echipat cu toate elementele componente, ca în starea de
exploatare normală, dar fără încărcătură. Dacă este tractat cu cablu, instalaŃia de
alimentare se umple în proporŃie de 90% cu un lichid neinflamabil, cu masa specifică
echivalentă cu a combustibilului; dacă este propulsat de motorul propriu, se face plinul cu
combustibil în aceeaşi proporŃie de 90% a rezervorului.
Pentru măsurarea vitezei se folosesc înregistratoare cu o precizie de 1%. Având în
vedere costul ridicat al acestei probe cât şi numărul lor redus pe perioada unui an,
concomitent se efectuează şi alte încercări care au cu totul alte scopuri, astfel că
145
aparatura de măsură utilizată este deosebit de complexă şi necesită o pregătire
prealabilă pretenŃioasă şi de durată.
După coliziune se execută măsurători în cadrul cărora este admisă o compresiune pe
direcŃia de măsurare cu o forŃă de cel mult 100 N aplicată pe o suprafaŃă de 5 cm x 5
cm.
Într-o primă serie de măsurători se consideră două plane transversale verticale,
dintre care unul trece prin punctul R (mijlocul articulaŃiei coxo-femurale a manechinului
3D aşezat pe scaun) iar celălalt prin proeminenŃa din habitaclu aflată cea mai în spate în
raport cu suprafaŃa tabloului de bord. Se impune ca pe o lăŃime de câte 150 mm de o
parte şi de alta a planului longitudinal care trece prin centrul scaunului, distanŃa între
planele menŃionate să nu fie sub 450 mm; aceste măsurători se fac pentru fiecare loc de
pe scaunele din faŃă.
Alte măsurători, legate tot de scaunele din faŃă, au în vedere trasarea, înainte de
coliziune, a liniei de intersecŃie a planului longitudinal care trece prin centrul scaunului
considerat cu planul orizontal care conŃine centrul pedalei frânei de serviciu în stare de
repaus. Se măsoară distanŃa, pe această dreaptă, între punctele ei de intersecŃie cu
partea din faŃă a habitaclului şi cu planul transversal vertical care trece prin punctul R.
După coliziune, această distanŃă nu trebuie să scadă sub 650 mm.
Înainte de încercări, se consideră o dreaptă orizontală transversală care trece prin
centrul pedalei frânei de serviciu în stare de repaus şi se determină punctele de
intersecŃie ale acesteia cu pereŃii laterali care delimitează amplasamentul picioarelor.
După impact se măsoară distanŃa dintre două plane longitudinale care trec prin aceste
puncte; pentru fiecare loc de pe scaunele din faŃă se impune o distanŃă de cel puŃin 250
mm.
Înainte de coliziune se măsoară distanŃa dintre podea şi plafon de-a lungul unei
drepte verticale care trece prin punctul R şi este situată în planul longitudinal care
cuprinde centrul scaunului. Aceeaşi distanŃă măsurată după impact nu trebuie să se
micşoreze cu mai mult de 10%.
146
După coliziune se mai impun următoarele condiŃii:
• nici o componentă rigidă din interiorul habitaclului nu trebuie să prezinte un risc de
rănire gravă pentru ocupanŃi (să nu aibă suprafeŃe ascuŃite sau tăioase);
• uşile laterale nu trebuie să se deschidă în perioada impactului;
• să existe posibilitatea deschiderii unui număr suficient de uşi pentru evacuarea
pasagerilor, fără a se face apel la scule sau la mijloace de descarcerare.
7.1.2 Comportarea structurii vehiculului şi protecŃia ocupanŃilor în situaŃia
coliziunii laterale
Ca şi în cazul precedent, efectele coliziunii laterale se analizează sub aspectele
comportării structurii vehiculului şi al protecŃiei ocupanŃilor. PrescripŃiile tehnice se
aplică deocamdată numai acelor vehicule din categoriile M1 şi N1, la care punctul R
obŃinut pentru reglajul scaunului în poziŃia cea mai de jos, este situat la o înălŃime, faŃă
de sol, mai mică sau egală cu 700 mm.
Încercarea de coliziune laterală constă în lovirea autovehiculului (staŃionat) în partea
laterală cu o barieră mobilă având masa de 950 ± 20 kg şi amplasată pe un cărucior cu
ampatamentul de 3000 mm. SuprafaŃa de impact a barierei este deformabilă (fagure
din aluminiu) şi are o lăŃime de 1500 mm şi o înălŃime de 500 mm. Bariera mobilă se
deplasează pe o traiectorie perpendiculară pe planul longitudinal median al
autovehiculului; planul longitudinal median al barierei mobile trebuie să coincidă, în cadrul
unor distanŃe de ±25 mm cu planul transversal ce trece prin punctul R al, scaunului din faŃă,
de pe partea laterală unde are loc lovirea. Pista de încercare, acoperită cu îmbrăcăminte dură,
trebuie să aibă o lungime suficient de mare pentru a permite atingerea unei viteze
stabile a căruciorului de 50 ± 1 km/h; înaintea impactului cu această viteză trebuie
întreruptă legătura de tractare a căruciorului.
Vehiculul care se încearcă trebuie să fie dotat cu tot echipamentul interior care poate
influenŃa măsurătorile. Rezervorul de combustibil trebuie să fie umplut cu apă în
proporŃie de 80%.
147
Manechinul are o construcŃie specială, impusă de procedura de încercare şi manevrare
în situaŃia unei coliziuni laterale; el trebuie fixat cu centura de siguranŃă şi aşezat pe
scaun într-o poziŃie medie de reglaj a acestuia. In interiorul manechinului se prevăd
traductoare pentru măsurarea:
• acceleraŃiilor centrului capului pe cele trei direcŃii ortogonale X, Y şi Z;
• deformării cavităŃii toracice în trei puncte;
• forŃelor în bazinul manechinului în două locuri;
• forŃelor din abdomenul manechinului.
În mod obişnuit coliziunea se efectuează pe partea laterală a conducătorului auto.
PrescripŃiile tehnice impuse comportării structurii la coliziune laterală sunt aproximativ
similare cu cele referitoare la coliziunea frontală. Se impune în primul rând ca nici o uşă
să nu se deschidă în timpul încercării. După impact trebuie să fie posibile următoarele
operaŃii, fără a întrebuinŃa scule speciale:
• deschiderea unui număr suficient de uşi pentru evacuarea tuturor ocupanŃilor;
• să se elibereze manechinul din centura de siguranŃă;
• să se scoată manechinul din vehicul;
• nu trebuie să apară vârfuri sau muchii ascuŃite care să sporească riscul rănirilor;
• pierderile de lichid de înlocuire sau combustibil nu trebuie să depăşească 30
grame/minut.
Referitor la protecŃia ocupanŃilor se impun criterii de performanŃă la nivelul capului,
toracelui, abdomenului şi articulaŃiei pubiene.
7.1.3 Comportarea structurii vehiculului în situaŃia coliziunii din spate
Mai puŃin periculoase asupra sănătăŃii ocupanŃilor decât coliziunile frontale sau laterale,
coliziunile din spate afectează mai mult structura de rezistenŃă a vehiculului ciocnit; de
148
aceea şi prescripŃiile tehnice impuse deocamdată autoturismelor se referă numai la
comportarea structurii habitaclului.
Pentru coliziune se utilizează o barieră mobilă sub forma unui cărucior tractat,
prevăzut cu o suprafaŃă de impact plană, cu lăŃimea de 2500 mm, înălŃimea de 1800
mm şi cu muchiile racordate cu raze cuprinse între 40 şi 50 mm. Elementul de lovire este
confecŃionat din oŃel, acoperit pe suprafaŃa de impact cu un strat de placaj cu grosimea de
20 mm. SuprafaŃa de impact trebuie să fie verticală, perpendiculară pe planul
longitudinal median al autovehiculului; în momentul impactului se admit abateri de 300
mm ale axei verticale mediane a suprafeŃei de lovire de-o parte şi de alta a planului
longitudinal median al autovehiculului; în acelaşi timp se impune ca suprafaŃa de impact
să cuprindă toată lăŃimea vehiculului încercat. Masa totală a barierei mobile trebuie să fie de
1100 ± 20 kg. In momentul impactului, între marginea inferioară a suprafeŃei de lovire şi sol
trebuie să existe o înălŃime de 175 ± 25 mm. Coliziunea se face cu o viteză cuprinsă între 35
şi 38 km/h.
În locul barierei mobile de tip cărucior se poate folosi şi un pendul, cu axa de oscilaŃie
de cel puŃin 5 m; masa redusă şi dimensiunile suprafeŃei de impact a elementului de
lovire al pendulului sunt similare ca şi la bariera de tip cărucior.
Bariera mobilă (cărucior sau pendul) trebuie să fie prevăzută cu un dispozitiv care să
împiedice un eventual al doilea impact.
Vehiculul supus încercării trebuie să se afle în stare neîncărcată sau lestat cu cel mult
10% din greutatea proprie. Se admite cuplarea unei trepte de viteze şi acŃionarea frânei
de ajutor.
După coliziune, se impun următoarele condiŃii:
• se măsoară înaintea coliziunii distanŃa longitudinală dintre proiecŃia verticală pe
podea a punctului R de la scaunul amplasat cel mai în spate şi un punct de
referinŃă dispus pe o parte nedeformabilă a podelei (spre partea din faŃă). Se
măsoară aceeaşi distanŃă după coliziune, iar diferenŃa rezultată trebuie să fie mai
mică de 75 mm (considerată ca suficientă pentru asigurarea spaŃiului longitudinal
de supravieŃuire);
149
• nici un element rigid din habitaclu nu trebuie să fie afectat încât să prezinte
vârfuri ascuŃite şi muchii tăietoare care pot mări pericolul de rănire a ocupanŃilor;
• portierele laterale nu trebuie să se deschidă în timpul impactului;
• să se poată deschide un număr suficient de portiere fără a fi necesară utilizarea
unor scule, astfel ca să poată fi evacuaŃi toŃi ocupanŃii.
7.2 Regulamentul ECE 29. PrescripŃii uniforme privind omologarea
vehiculelor utilitare
Prezentul Regulament se aplica vehiculelor utilitare destinate transportului de
mărfuri. El nu se aplică tractoarelor agricole.
Prin „omologarea vehiculului”, omologarea unui tip de vehicul, conform prescripŃiilor
prezentului regulament, în ceea ce priveşte protecŃia ocupanŃilor cabinei unui vehicul
utilitar în cazul unui şoc frontal sau al unei răsturnări ori a unei deplasări a încărcăturii;
Prin ‘tip de vehicul’, autovehiculele care nu prezintă între ele diferenŃe esenŃiale,
aceste diferenŃe referindu-se, în mod special, la următoarele puncte:
• dimensiuni, forme şi materiale ale elementelor cabinei vehiculului;
• fixarea cabinei pe şasiu;
Prin „plan transversal”, un plan vertical perpendicular pe planul longitudinal median
al vehiculului;
Prin „plan longitudinal”, un plan paralel cu planul longitudinal median al vehiculului.
7.3 PrescripŃii
Cabina vehiculului trebuie să fie construită şi fixată pe vehicul în aşa fel încât să se
evite la maxim riscurile de vătămare ale ocupanŃilor în caz de accident.
Cabina va fi supusă, la alegerea producătorului, fie la toate încercările specificate în
continuare, fie doar la încercările A şi B. Totuşi, un tip de vehicul care a fost omologat
150
în conformitate cu Regulamentul 33 va putea fi considerat corespunzător exigenŃelor
privind şocul la coliziune frontală (încercarea A).
7.4 Metode de încercare
Înaintea încercărilor uşile cabinei vor fi închise, nu încuiate. Pentru încercarea A se va
monta motorul sau o machetă a cărei masă, montaj şi dimensiuni sunt echivalente cu
cele ale motorului.
7.4.1 Ancorajul cabinei
Pentru încercarea A, cabina va fi montată pe un vehicul. Pentru încercările B şi C,
cabina va fi montată, la alegerea producătorului, fie pe un vehicul, fie pe un cadru
distinct. Vehiculul sau cadrul trebuie să fie fixate conform prescripŃiilor din paragrafele
următoare.
7.5 Încercarea la impact frontal (încercarea A)
7.5.1 Descrierea pendulului
Pendulul va fi din oŃel, cu masa uniform repartizată: masa sa va fi de 1500 kg ± 250
kg. SuprafaŃa de lovire dreptunghiulară şi plană, va avea 2500 mm în lăŃime şi 800 mm
în înălŃime. Muchiile pendulului vor fi rotunjite cu o raza de curbura de cel puŃin 15 mm.
Asamblarea pendulului trebuie să fie o construcŃie rigidă. Pendulul va fi suspendat
liber prin două tije fixate rigid pe pendul şi distanŃate cu cel puŃin 1000 mm. Tijele vor
avea lungimea minimă de 3500 mm, măsurată între axa de suspendare şi centrul
geometric al pendulului.
Pendulul va fi poziŃionat astfel încât, în poziŃie verticală, faŃa sa frontală să fie în
contact cu partea cea mai avansată a vehiculului; centrul său de masă să fie situat la
150 mm sub punctul R şi la maxim 1400 mm deasupra solului; centrul său de masă sa
fie situat în planul longitudinal de simetrie al vehiculului.
151
Pendulul va lovi cabina din faŃă înspre spate. DirecŃia de impact va fi orizontală şi
paralelă cu planul longitudinal de simetrie al vehiculului. Energia de impact va fi de
3000 kgfm pentru vehiculele cu o masă totală autorizată care nu depăşeşte 7000 kg şi
de 4500 kgfm pentru cele cu o masă totală autorizată depăşind această valoare.
7.5.2 Rezistenta acoperişului (încercarea B)
Acoperişul cabinei trebuie să reziste la o sarcină statică corespunzând unei mase
maxime pentru axa (axele) faŃă a vehiculului de maxim de 10 tone. Această sarcină va
fi repartizată uniform pe toate elementele portante ale structurii acoperişului cabinei sau
ale compartimentului conducătorului, cu ajutorul unui suport rigid de formă
corespunzătoare.
7.5.3 RezistenŃa peretelui din spate (încercarea C)
Peretele din spate al cabinei trebuie să reziste la o sarcina statică de 200 kg pe tona
de sarcina utilă autorizată. Această sarcină va fi aplicată cu ajutorul unei plăci rigide,
perpendiculară pe axa longitudinală de simetrie a vehiculului, acoperind cel puŃin toată
suprafaŃa din spate a cabinei, situată deasupra lonjeroanelor şi deplasându-se paralel
cu aceasta axă.
7.6 PrescripŃii privind fixarea autovehiculelor pe bancul de încercări
7.6.1 Impact frontal
Încercarea A se va efectua pe o cabină montată pe un vehicul în felul următor Figura
7-2, de mai jos. Fiecare lanŃ sau cablu de ancorare trebuie să fie din oŃel şi să poată
rezista la o forŃă de tracŃiune de cel puŃin 100 kN.
7.6.2 Instalarea şasiului
Lonjeroanele şasiului se aşează pe blocuri de lemn, pe toată lăŃimea lor şi pe o
lungime de cel puŃin 150 mm. Partea din faŃă a blocurilor nu trebuie să fie mai avansată
152
decât extremitatea din spate a cabinei, nici mai în spate decât mijlocul ampatamentului.
La cererea producătorului, şasiul va fi aşezat în poziŃia corespunzătoare celei pe care o
ocupă la sarcină plină.
7.6.3 Fixarea longitudinală
Mişcarea de recul a şasiului se limitează cu ajutorul lanŃurilor sau al cablurilor A,
fixate în faŃa şasiului şi simetric în raport cu axa longitudinală, distanŃa între punctele de
fixare fiind de cel puŃin 800 mm. După tensionare, lanŃurile sau cablurile trebuie să
formeze cu planul orizontal un unghi de cel mult 25º în jos, iar proiecŃia lor pe un plan
orizontal trebuie să formeze un unghi de cel mult 10º în raport cu axa longitudinală a
vehiculului. LanŃurile sau cablurile se pot încrucişa.
Figura 7-2 Ancorarea autovehiculului
153
7.6.4 Fixarea laterală
Mişcarea laterală este limitată de lanŃurile sau cablurile B, fixate în mod simetric pe
saşiu în raport cu axa sa longitudinală. Punctele de fixare pe şasiu trebuie să se afle la
cel mult 5 m şi la cel puŃin 3 m de faŃa vehiculului. După tensionare, lanŃurile şi cablurile
trebuie să formeze cu planul orizontal un unghi de cel mult 20º în jos, iar proiecŃia lor
pe un plan orizontal trebuie să formeze un unghi de cel puŃin 25º şi de cel mult 45º în
raport cu axa longitudinală a vehiculului.
7.6.5 Tensionarea lanŃurilor sau cablurilor şi fixarea părŃii din spate
LanŃul sau cablul C este mai întâi tensionat cu o sarcină aproximativa de 100 kgf. Se
întind apoi cele 4 lanŃuri sau cabluri A şi B şi se supune lanŃul sau cablul C la un efort de
tracŃiune de cel puŃin 1000 kgf. Unghiul format de acest lanŃ sau acest cablu cu planul
orizontal nu poate depăşi 15º. O forŃă verticală de blocare de cel puŃin 50 kgf trebuie
aplicată în punctul O între saşiu şi sol.
7.6.6 Montaj echivalent
La cererea producătorului, încercarea poate fi efectuată cu cabina montată pe un
cadru special, cu condiŃia de a se aduce dovada că acest montaj reproduce pe cel
existent pe vehicul.
7.7 Rezistenta acoperişului
7.7.1 Cabina montată pe vehicul
Se vor lua măsuri pentru ca vehiculul să nu se deplaseze în mod sensibil în timpul
încercării. În acest scop, se va acŃiona frâna de mână, se va cupla o treaptă de viteză,
la roŃile din faŃă se montează cale de blocare.
Deformarea diferitelor elemente ale suspensiei (arcuri, pneuri etc.) se elimină cu
ajutorul unor piese rigide.
154
7.7.2 Cabina montată pe un cadru
Trebuie luate masuri pentru ca, în timpul încercării, cadrul să nu se deplaseze în mod
sensibil.
7.8 RezistenŃa peretelui din spate al cabinei
7.8.1 Cabina montată pe vehicul
Se vor lua măsuri pentru ca vehiculul să nu se deplaseze în mod sensibil în timpul
încercării. În acest scop, se va acŃiona frâna de mână, se va cupla o treaptă de viteză,
la roŃile din faŃă se montează cale de blocare.
7.8.2 Cabina montată pe un cadru
Trebuie luate masuri pentru ca, în timpul încercării, cadrul să nu se deplaseze în mod
sensibil.
7.9 Determinarea punctului ‘H ‘ şi unghiul real de înclinare a spătarului şi
verificarea relaŃiei lor cu punctul ‘R’ şi unghiul prevăzut pentru înclinarea
spătarului
Figura 7-3 Determinarea punctului H cu ajutorul manechinului tridimensional
155
Punctul ‘H’, care caracterizează poziŃia în habitaclu a unui ocupant în poziŃia aşezat
este proiecŃia, pe un plan longitudinal, a axei teoretice de rotaŃie a picioarelor faŃă de
toracele unui corp omenesc, reprezentat de manechinul descris în continuare.
Punctul ‘R’, sau ‘punct de referinŃă al locului pe scaun’ este punctul de referinŃă
indicat de constructor, care are coordonate determinate în raport cu structura
vehiculului. El corespunde poziŃiei teoretice a articulaŃiei bazinului (punct ‘H’) pentru
poziŃia, de conducere sau de folosire normală, cea mai joasă şi cea mai din spate dată
fiecăruia din scaunele prevăzute de către producătorul vehiculului.
„Unghiul de înclinare a spătarului” este înclinarea spătarului faŃă de verticală.
„Unghiul real de înclinare al spătarului” este unghiul format de verticala care
trece prin punctul H şi linia de referinŃă a toracelui corpului uman, reprezentat de
manechinul descris în paragraful următor.
„Unghiul prevăzut de înclinare a spătarului” este unghiul prevăzut de
producător, care determină înclinarea a spătarului pentru poziŃia, de conducere sau de
folosire normală, cea mai de jos şi cea mai din spate dată fiecăruia din scaune de către
producătorul vehiculului. El este format de punctul ’R’ cu verticala şi linia de referinŃă a
toracelui şi corespunde, teoretic, unghiului real de înclinare.
7.9.1 Determinarea punctelor ‘H’ şi a unghiurilor reale de înclinare a
spătarelor
Se vor determina un punct ‘H’ şi un ‘unghi real de înclinare al spătarului’ pentru
fiecare loc pe scaun, prevăzut de către producător.
Atunci când scaunele situate pe acelaşi rând pot fi considerate similare (bancheta,
scaune identice etc.), nu se va determina decât un singur punct ‘H’ şi un singur
‘unghiul real de înclinare a spătarului’ pe un rând de scaune, plasând manechinul
pe un loc considerat reprezentativ pentru rândul respectiv. Acest loc va fi:
• pentru rândul din faŃă, scaunul conducătorului;
• pentru rândul/rândurile din spate, un loc situat spre exterior.
156
Pentru fiecare determinare a punctului ‘H’ şi a ‘unghiului real de înclinare a
spătarului’, scaunul considerat se va plasa în poziŃia, de conducere sau de folosire
normală, cea mai de jos şi cea mai din spate prevăzută pentru acest scaun de către
producător. Spătarul, dacă are înclinarea reglabilă, este blocat aşa cum este specificat
de către producător sau, în lipsa specificării, în aşa fel încât unghiul real de înclinare să
fie cât mai aproape cu putinŃa de 25º.
7.10 Caracteristicile manechinului
Se va folosi un manechin tridimensional a cărui masă şi contur sunt cele ale unui
adult de talie mijlocie. Acest manechin este reprezentat în Figura 7-4 şi Figura 7-5.
Acest manechin cuprinde:
• două elemente care simulează unul spatele şi celalalt şezutul corpului, articulate
intr-o axă care reprezintă axa de rotaŃie între bust şi coapse. ProiecŃia acestei axe
pe latura manechinului este punctul ’H’ al manechinului;
• două elemente simulând gambele şi articulate în raport cu elementul simulând
şezutul;
• două elemente simulând labele picioarelor, legate de picioare prin două articulaŃii
simulând gleznele;
• un element simulând şezutul este prevăzut cu o nivelă care permite controlul
înclinării sale în sens transversal.
Masele, reprezentând masa fiecărui element al corpului, sunt situate în puncte
adecvate, constituind centrele de greutate corespunzătoare, pentru a realiza o masă
totală a manechinului de aproximativ 76,6 kg. Detalii pentru diferite mase sunt date în
tabelul de la Figura 7-5.
Linia de referinŃă a toracelui manechinului este luată în consideraŃie printr-o dreaptă
trecând prin punctul de articulaŃie al piciorului de bazin şi punctul de articulaŃie teoretică
a gâtului pe torace vezi Figura 7-4.
157
7.11 PoziŃionarea manechinului
Instalarea manechinului tridimensional se efectuează în modul următor:
• Se plasează vehiculul pe un plan orizontal şi se reglează scaunele după cum s-a
indicat în paragrafele anterioare;
Figura 7-4 Elementele constructive ale manechinului tridimensional
• Se acoperă scaunul pentru încercări cu o pânză pentru a uşura instalarea corectă
a manechinului;
• Se aşează manechinul pe locul pentru încercări, axele articulaŃiilor sale fiind
perpendiculare pe planul longitudinal de simetrie al vehiculului;
Se aşează labele picioarelor manechinului în felul următor:
158
• pentru locurile din faŃă, în aşa fel încât nivela care permite controlul înclinării
şezutului în sens transversal sa fie adusă la orizontală;
• pentru locurile din spate, labele picioarelor sunt aşezate în aşa fel încât să fie, în
măsura posibilităŃilor, în contact cu scaunele din faŃă.
În cazul în care labele picioarelor se sprijină pe niveluri diferite ale podelei, laba
piciorului care ajunge prima în contact cu scaunul din faŃă serveşte ca referinŃă, iar
cealaltă labă a piciorului este aşezată în aşa fel încât nivela care permite controlul
înclinării transversale a şezutului să fie adusă la orizontală;
Dacă punctul ‘H’ se determină pe un loc median, labele picioarelor sunt plasate de o
parte şi de cealaltă a tunelului;
Se aşează masele pe coapse, se aduce la orizontală nivela transversală a şezutului şi
se aşează masele pe elementul care reprezintă şezutul;
Se îndepărtează manechinul de spătarul scaunului folosind bara de articulaŃie a
genunchilor şi aducând spatele spre înainte. Se repune manechinul la loc pe scaun
lăsând ca şezutul să alunece spre spate până ce va întâmpina rezistenŃă, apoi se va
rabate, din nou, spre înapoi spatele pe spătarul scaunului;
Se va aplica de două ori o forŃă orizontală de cca. 10 daN ± 1daN 10 kgf ± 1 kgf) pe
manechin. DirecŃia şi punctul de aplicare a forŃei sunt reprezentate printr-o săgeata
neagră pe Figura 7-5;
Se plasează masele sub laturile stânga şi dreapta apoi masele bustului. Se menŃine la
orizontală nivela transversală a manechinului.
MenŃinând nivela transversală a manechinului la orizontală, se aduce spatele spre
înainte până ce masele bustului vor fi deasupra punctului ‘H’, astfel se va anula orice
frecare pe spătarul scaunului;
Se aduce uşor spatele spre înapoi, pentru a se termina instalarea sa.
Nivela transversală a manechinului trebuie să fie orizontală, în caz contrar, se va
proceda din nou aşa cum este indicat mai sus.
159
Dacă exista elemente ale vehiculului care împiedică instalarea manechinului
tridimensional, este permisă deplasarea sau demontarea lor.
Figura 7-5 Dimensiunile şi masele manechinului
7.12 Rezultate
Manechinul fiind instalat conform paragrafului anterior, punctul ‘H’ şi unghiul real de
înclinare a spătarului considerat sunt constituite de punctul ‘H’ şi unghiul de înclinare al
liniei de referinŃă a toracelui manechinului.
160
Coordonatele punctului ‘H’ în raport cu trei planuri perpendiculare şi unghiul real de
înclinare a spătarului sunt măsurate pentru a fi comparate cu datele furnizate de
constructorul vehiculului.
7.13 Verificarea poziŃiei relative a punctelor ‘R’ şi ‘H’ şi a raportului între
unghiul prevăzut şi unghiul real de înclinare a spătarului
Rezultatele măsurătorilor efectuate conform paragrafului anterior pentru punctul ‘H’
şi unghiul real de înclinare a spătarului trebuie comparate cu coordonatele punctului ‘R’
şi ale unghiului prevăzut de înclinare a spătarului care sunt indicate de către
producătorul vehiculului.
Verificarea poziŃiei relative a punctelor ‘R’ şi ‘H’ şi a raportului între unghiul prevăzut
şi unghiul real de înclinare a spătarului va fi considerată ca satisfăcătoare pentru locul
pe scaun dacă punctul ‘H’, aşa cum este definit de către coordonatele sale, se găseşte
într-un dreptunghi longitudinal cu centrul în ‘R’, ale cărui laturi orizontale şi verticale
sunt de 30 mm şi respectiv 20 mm, şi dacă unghiul real de înclinare a spătarului nu se
îndepărtează cu mai mult de 3º de unghiul de înclinare prevăzut.
Dacă sunt îndeplinite aceste condiŃii, punctul ‘R’ şi unghiul prevăzut de înclinare vor fi
folosite pentru încercări şi, dacă este necesar, manechinul va fi ajustat pentru ca
punctul ‘H’ să coincidă cu punctul ‘R’ şi pentru ca unghiul real de înclinare a spătarului
sa coincidă cu unghiul prevăzut.
Dacă punctul ‘H’ sau unghiul real de înclinare nu corespunde prescripŃiilor de mai sus,
se vor efectua alte două determinări ale punctului ‘H’ sau ale unghiului real de înclinare
(în total trei determinări). Dacă rezultatele obŃinute în cursul a două din aceste trei
operaŃii corespund prescripŃiilor, rezultatul încercărilor va fi considerat ca satisfăcător.
Dacă rezultatele a cel puŃin două din trei încercări nu corespund prescripŃiilor
anterioare, rezultatul încercării va fi considerat ca nefiind satisfăcător.
Dacă se produce situaŃia descrisă în paragraful de mai sus, sau dacă verificarea nu se
poate efectua deoarece producătorul nu a furnizat datele despre poziŃia punctului ‘R’,
sau despre unghiul prevăzut de înclinare a spătarului, media rezultatelor de la trei
161
determinări poate fi folosită şi considerată ca aplicabilă în toate cazurile în care punctul
‘R’ sau unghiul prevăzut de înclinare a spătarului este menŃionat în prezentul
Regulament.
Figura 7-6 Manechinul folosit pentru verificarea spaŃiului de supravieŃuire
162
Tabelul 7.1
1 Material - Polistiren cu densitatea 0,0169 g/cm³ Masa - 4,54 kg
1 Dimensiuni AA - lăŃimea capului -15,3 cm AB - înălŃimea combinată a capului cu gâtul - 24,4 cm D - distanŃa din vârful capului până la articulaŃia gâtului - 35,9 cm E - adâncimea piciorului - 10,6 cm F - distanŃa de la şezut la partea de sus a umărului - 62,0 cm J - înălŃimea sprijinului cotului - 21,0 cm M - înălŃimea genunchiului - 54,6 cm O - adâncimea toracelui - 2,3 cm P - distanŃa de la partea din spate a şezutului, la genunchi - 59,5 cm R - distanŃa de la cot la vârful degetelor - 49,0 cm S - lungimea labei piciorului - 26,6 cm T - lungimea capului - 21,1 cm U - distanŃa de la şezut, la vârful capului - 90,0 cm V - lăŃimea umerilor - 45,3 cm W - lăŃimea labei piciorului - 7,7 cm a - distanŃa între punctele centrale ale şoldurilor - 17,2 cm b - lăŃimea toracelui - 30,5 cm c - lăŃimea capului şi a bărbiei - 22,1 cm d - grosimea antebraŃului - 9,4 cm e - distanŃa între linia centrală verticală a toracelui şi spatele capului - 10,2 cm f - distanŃa între articulaŃia umărului şi articulaŃia cotului - 28,3 cm g - articulaŃia genunchiului, înălŃimea deasupra solului - 50,5 cm h - grosimea coapsei - 16,5 cm i - înălŃimea coapsei (în poziŃia aşezată) - 56,5 cm j - distanŃa de la vârful capului la punctul ” H” - 81,9 cm k - distanŃa între articulaŃia soldului şi articulaŃia genunchiului - 42,6 cm m - articulaŃia gleznei, înălŃimea deasupra solului - 8,9 cm
1.1 GeneralităŃi ........................................................................................................................................................1 2 SISTEME DE PROTEJARE A VIEłII PASAGERILOR UNUI AUTOVEHICUL. PRINCIPII .........................................................................................................9
2.1 Principii de reŃinere ........................................................................................................................................11 2.1.1 Analogia oului şi metodele de aplicare ale acestui principiu...............................................................11
2.2 ImperfecŃiunile sistemelor clasice de tip centură cu rulare ......................................................................14 2.3 ÎmbunătăŃirea reŃinerii în cazul unui şoc frontal ........................................................................................15 2.4 Eficacitatea airbagului....................................................................................................................................15
3 SUBANSAMBLURILE SISTEMELOR DE REłINERE ŞI PROTECłIE A PASAGERILOR .................................................................................................17
3.1 ConcepŃia sistemelor de siguranŃă pasivă interioară.................................................................................17 3.2 Regulamente şi Directive în vigoare ............................................................................................................18 3.3 Ansamblul centură de siguranŃă...................................................................................................................19 3.3.1 GeneralităŃi ..........................................................................................................................................19 3.3.2 Retractorul acŃionat mecanic ...............................................................................................................19 3.3.3 Retractorul cu blocare comandată electronic .......................................................................................21 3.3.4 Mecanismul de pretensionare a centurii de siguranŃă ..........................................................................23 3.3.5 Limitatorul de efort..............................................................................................................................27 3.3.6 Ajustarea înălŃimii de prindere a centurilor. Centuri de siguranŃă ancorate de scaun. Tetiere............29
3.4 Ansamblu AIRBAG ..........................................................................................................................................33 3.4.1 NoŃiuni de bază....................................................................................................................................33 3.4.2 Calculul cantităŃii de combustibil, NaN3, necesară umflării complete a unui airbag...........................38 3.4.3 EvoluŃia airbagului ..............................................................................................................................39 3.4.4 Dezactivarea airbagului .......................................................................................................................40 3.4.5 Dezvoltarea viitoarelor airbaguri .........................................................................................................41 3.4.6 Unitatea electronică de comandă - Arhitectură şi funcŃionalitate ........................................................45
3.5 SiguranŃa la volan. PoziŃia corectă de conducere ......................................................................................48 4 CERCETĂRI PRIVIND SIGURANłA PASIVĂ A PIETONILOR.........................50
4.1 GeneralităŃi ......................................................................................................................................................50 4.2 Evaluarea accidentelor rutiere pieton - automobil.....................................................................................55 4.2.1 Metoda orientativă ...............................................................................................................................57 4.2.2 Metoda estimativă................................................................................................................................58
4.3 Evaluarea leziunilor. Scara AIS – Abreviated Injury Scale .......................................................................59 4.4 Studiul leziunilor la nivelul capului ...............................................................................................................61 4.4.1 Cinematica şi dinamica impactului......................................................................................................63 4.4.2 Simularea impactului capului ..............................................................................................................67 4.4.3 Evaluarea potenŃialului de vătămare a capului ....................................................................................68 4.4.4 Măsuri în vederea reducerii vătămării capului pietonului ...................................................................72 4.4.5 Concluzii..............................................................................................................................................77
4.5 Aspecte privind leziunile la nivelul toracelui ...............................................................................................78 4.5.1 Testări de impact cu pendulul .............................................................................................................78 4.5.2 Limitele de rezistenŃă ale toracelui la impact frontal ...........................................................................79 4.5.3 Modelarea matematică a toracelui .......................................................................................................83
4.6 Elemente ale profilului geometric al autovehiculului care influenŃează vătămările pietonilor .............84 4.7 Cercetări asupra vătămărilor produse membrelor inferioare ale pietonului...........................................85 4.7.1 Simularea impactului picior - autovehicul...........................................................................................86 4.7.2 Rezultate obŃinute în urma simulărilor ................................................................................................88 4.7.3 Modelul CAD al genunchiului.............................................................................................................94
4.8 Viitoare direcŃii de cercetare .........................................................................................................................95 5 MODELE MATEMATICE ALE PIETONULUI.....................................................97
5.1 Modelul pietonului mono-masă .................................................................................................................... 97 5.2 Modelul matematic cu mai multe mase .................................................................................................... 105
6 CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND COLIZIUNEA AUTOTURISM – MANECHIN PIETON.......................................................................................108
6.1 Regulamante, metode de încercare şi aparatura de măsurare ............................................................. 108 6.1.1 Manechinul pieton............................................................................................................................. 111 6.1.2 Pregătirea autoturismului .................................................................................................................. 114 6.1.3 InstalaŃia de tracŃiune pentru autovehiculele supuse coliziunilor ...................................................... 116 6.1.4 Filmarea rapidă şi sistemele speciale de iluminare ........................................................................... 116 6.1.5 Măsurarea vitezei autoturismului ...................................................................................................... 117 6.1.6 InstalaŃia de achiziŃie de date la coliziune ......................................................................................... 119
6.2 Desfăşurarea testelor şi analiza rezultatelor ............................................................................................ 122 6.2.1 Contactul cu autoturismul ................................................................................................................. 125 6.2.2 Faza de zbor ...................................................................................................................................... 127 6.2.3 Faza de târâre .................................................................................................................................... 127
6.3 Concluzii ........................................................................................................................................................ 127 7 NORMATIVE ŞI REGULAMENTE ÎN VIGOARE PRIVIND SIGURANłA PASIVĂ A AUTOVEHICULELOR ...................................................................................143
7.1 Introducere ................................................................................................................................................... 143 7.1.1 CondiŃii tehnice impuse vehiculelor în cazul coliziunilor frontale.................................................... 143 7.1.2 Comportarea structurii vehiculului şi protecŃia ocupanŃilor în situaŃia coliziunii laterale ................. 146 7.1.3 Comportarea structurii vehiculului în situaŃia coliziunii din spate .................................................... 147
7.2 Regulamentul ECE 29. PrescripŃii uniforme privind omologarea vehiculelor utilitare ........................ 149 7.3 PrescripŃii....................................................................................................................................................... 149 7.4 Metode de încercare .................................................................................................................................... 150 7.4.1 Ancorajul cabinei .............................................................................................................................. 150
7.5 Încercarea la impact frontal (încercarea A) ............................................................................................. 150 7.5.1 Descrierea pendulului........................................................................................................................ 150 7.5.2 Rezistenta acoperişului (încercarea B) .............................................................................................. 151 7.5.3 RezistenŃa peretelui din spate (încercarea C) .................................................................................... 151
7.6 PrescripŃii privind fixarea autovehiculelor pe bancul de încercări ......................................................... 151 7.6.1 Impact frontal .................................................................................................................................... 151 7.6.2 Instalarea şasiului .............................................................................................................................. 151 7.6.3 Fixarea longitudinală......................................................................................................................... 152 7.6.4 Fixarea laterală .................................................................................................................................. 153 7.6.5 Tensionarea lanŃurilor sau cablurilor şi fixarea părŃii din spate......................................................... 153 7.6.6 Montaj echivalent .............................................................................................................................. 153
7.7 Rezistenta acoperişului................................................................................................................................ 153 7.7.1 Cabina montată pe vehicul ................................................................................................................ 153 7.7.2 Cabina montată pe un cadru .............................................................................................................. 154
7.8 RezistenŃa peretelui din spate al cabinei .................................................................................................. 154 7.8.1 Cabina montată pe vehicul ................................................................................................................ 154 7.8.2 Cabina montată pe un cadru .............................................................................................................. 154
7.9 Determinarea punctului ‘H ‘ şi unghiul real de înclinare a spătarului şi verificarea relaŃiei lor cu punctul ‘R’ şi unghiul prevăzut pentru înclinarea spătarului ......................................................................... 154 7.9.1 Determinarea punctelor ‘H’ şi a unghiurilor reale de înclinare a spătarelor...................................... 155
7.10 Caracteristicile manechinului .................................................................................................................... 156 7.11 PoziŃionarea manechinului ........................................................................................................................ 157 7.12 Rezultate ..................................................................................................................................................... 159 7.13 Verificarea poziŃiei relative a punctelor ‘R’ şi ‘H’ şi a raportului între unghiul prevăzut şi unghiul real de înclinare a spătarului..................................................................................................................................... 160 7.14 Regulamentul ECE 96/79 (NHTSA 214). ConstrucŃia barierei deformabilă ....................................... 163 7.14.1 Structura barierei ............................................................................................................................... 163
7.15 Certificarea structurii alveolare a barierei deformabile......................................................................... 164 7.16 Prelevarea eşantioanelor........................................................................................................................... 164 7.17 Viteza şi distanŃa de rupere...................................................................................................................... 165 7.18 AchiziŃia datelor.......................................................................................................................................... 165 7.19 Procedura de lipire..................................................................................................................................... 165
7.20 ConstrucŃia structurii NIDA .......................................................................................................................166 7.21 Montajul .......................................................................................................................................................166 7.22 Pregătirea autovehiculului pentru testele de coliziune decalate..........................................................167 7.22.1 Zona de încercări ...............................................................................................................................167 7.22.2 Bariera ...............................................................................................................................................168 7.22.3 Orientarea barierei .............................................................................................................................168 7.22.4 Alinierea autovehiculului în raport cu bariera ...................................................................................168
7.24 Manechinele antropometrice ....................................................................................................................170 7.25 Amplasarea şi instalarea manechinelor...................................................................................................170 7.26 Instalarea manechinelor............................................................................................................................171 7.26.1 Capul .................................................................................................................................................171 7.26.2 BraŃele ...............................................................................................................................................171 7.26.3 Torsul.................................................................................................................................................172 7.26.4 Partea superioară a membrelor inferioare ..........................................................................................172 7.26.5 Partea inferioară a membrelor inferioare ...........................................................................................172
7.27 Reglarea sistemelor de reŃinere ...............................................................................................................173 7.28 Propulsia şi traiectoria autovehiculului ....................................................................................................173 7.29 Viteza de încercare.....................................................................................................................................174 7.30 Procedura de certificare a gambei şi labei piciorului manechinului ....................................................174 7.30.1 Încercări de rezistenŃă la şoc a părŃii anterioare a piciorului manechinului ......................................174 7.30.2 Metode de încercare...........................................................................................................................174 7.30.3 Încercări de rezistenŃă la şoc a părŃii posterioare a piciorului fără încălŃăminte. ..............................175 7.30.4 Încercări de rezistenŃă la şoc a părŃii posterioare a piciorului încălŃat. .............................................175
7.31 Regulamentul ECE 42. Bara de protecŃie şi elementele sale constructive. Teste de impact cu cărucior mobil ......................................................................................................................................................176 7.31.1 Metoda de testare...............................................................................................................................178 7.31.2 FacilităŃi de testare necesare ..............................................................................................................178 7.31.3 Echipamentul de măsurare necesar....................................................................................................179 7.31.4 Pregătirea elementelor barei de protecŃie...........................................................................................179 7.31.5 CondiŃiile de montare ........................................................................................................................180 7.31.6 Impactul longitudinal.........................................................................................................................180 7.31.7 Impactul cu părŃile extreme ...............................................................................................................180 7.31.8 PoziŃionarea senzorilor ......................................................................................................................183 7.31.9 Testul de încercare.............................................................................................................................183 7.31.10 Rezultatele măsurătorilor...............................................................................................................184
7.32 Dispozitive antiîmpănare ...........................................................................................................................185 7.33 ProtecŃia laterală a vehiculelor utilitare, a remorcilor şi semiremorcilor...............................................188 7.34 CondiŃii tehnice impuse centurilor de siguranŃă destinate ocupanŃilor adulŃi....................................189 7.34.1 Dispozitive de reŃinere pentru copii...................................................................................................195
Indexul figurilor Figura 2-1 Sistemul Air bag inventat de I.W. Hetrick ............................................................................................ 9 Figura 2-2 Analogia oului pentru cazul unui vehicul nedeformabil şi pasager nereŃinut................................ 11 Figura 2-3 Analogia oului pentru cazul unui vehicul deformabil şi pasager nereŃinut .................................... 12 Figura 2-4 Analogia oului pentru cazul unui vehicul nedeformabil şi pasager reŃinut rigid ........................... 13 Figura 2-5 Analogia oului pentru cazul unui vehicul deformabil şi pasager reŃinut cu sisteme nerigide ..... 13 Figura 2-6 Decalajul în timp produs de sistemele imperfecte de reŃinere a pasagerilor ................................ 14 Figura 3-1 Retractor al cărui sistem de blocare este format dintr-un pendul .................................................. 20 Figura 3-2 Mecanism de blocare a retractorului, cu pârghie .............................................................................. 21 Figura 3-3 Schema captorului pentru blocarea mecanismului retractor (sus); retractorul cu comandă
electronică (jos) ................................................................................................................................................ 22 Figura 3-4 Schema constructivă a unui pretensioner care acŃionează asupra închizătorului centurii .......... 25 Figura 3-5 Pretensioner care acŃionează asupra închizătorului centurii ........................................................... 25 Figura 3-6 PoziŃia închizătorului centurii înainte şi după acŃionarea pretensionerului .................................... 26 Figura 3-7 Schema mecanismului de pretensionare integrat în retractorul centurii de siguranŃă ................ 27 Figura 3-8 Schema unui mecanism RLE cu bară de torsiune ............................................................................. 28 Figura 3-9 Mecanism de reglare a punctului de prindere a centurii pe stâlpul B ............................................ 29 Figura 3-10 Centură de siguranŃă ancorată de structura scaunului .................................................................. 30 Figura 3-11 Reprezentarea mişcării gâtului în flexie şi extensie şi mecanismul de vătămare prin răsucire a
capului ................................................................................................................................................................ 31 Figura 3-12 Testarea capacităŃii de reŃinere a) poziŃia iniŃială a spătarului înainte de testare b)ForŃa
aplicată pentru testarea capacităŃii de reŃinere ............................................................................................ 32 Figura 3-13 Ansamblu airbag amplasat între coloana de direcŃie şi conducător ............................................. 34 Figura 3-14 Generator de gaz pe bază de propergol .......................................................................................... 35 Figura 3-15 Principalele elemente componente ale unui sistem airbag ........................................................... 36 Figura 3-16 Schema airbagului şi sistemul de umflare amplasate în volan ..................................................... 36 Figura 3-17 Sistemul de umflare utilizează combustibili solizi şi un dispozitiv de aprindere ......................... 37 Figura 3-18 Airbagul cu umflare a sacului în trepte ............................................................................................ 41 Figura 3-19 Strategia de umflare a airbagului în funcŃie de intensitatea şocului frontal ............................... 42 Figura 3-20 Airbagul de tip cortină ........................................................................................................................ 43 Figura 3-21 PoziŃionarea airbagurilor destinate protecŃiei frontale şi laterale ................................................. 44 Figura 3-22 Procesorul sistemului airbag .............................................................................................................. 46 Figura 3-23 Senzorul de deceleraŃie al sistemului airbag ................................................................................... 46 Figura 4-1 DistribuŃia severităŃii leziunilor (a), DistribuŃia vătămărilor pe regiuni ale corpului (b)............... 61 Figura 4-2 CorelaŃia HIC - AIS ................................................................................................................................ 63 Figura 4-3 Modele matematice pentru simularea corpului pietonului ............................................................... 66 Figura 4-4 Traiectoria capului pietonului în funcŃie de timp obŃinută în urma testelor cu cadavre .............. 67 Figura 4-5 ÎmpărŃirea capotei în zone cu potenŃial de vătămare diferit ........................................................... 69 Figura 4-6 Efectul punctului de impact asupra severităŃii vătămării, măsurată în HIC .................................. 70 Figura 4-7 Capotă cu structură de ranforsare mai puŃin rigidă.......................................................................... 71 Figura 4-8 Capotă cu structură de ranforsare rigidă ........................................................................................... 71 Figura 4-9 Efectul modificării regiunii capotă – aripă asupra valorii acceleraŃiei la impact ........................... 73 Figura 4-10 Efectul modificării capotei asupra acceleraŃiei în momentul impactului ...................................... 74 Figura 4-11 Testul EuroNCAP cu sistemul capotă activă .................................................................................... 75 Figura 4-12 Testul EuroNCAP pentru testarea capotei active la impactul cu capul pietonului (Sursa
Autoliv) ............................................................................................................................................................... 76 Figura 4-13 Coridorul ISO şi rezultatele încercărilor la viteza de 22.5 km/h ................................................... 81 Figura 4-14 Coridorul NHTSA al acceleraŃiei coloanei vertebrale şi rezultatul încercărilor la viteza de 27
km/h, lansare de pe sanie ............................................................................................................................... 81 Figura 4-15 Modelul matematic al toracelui, propus de Lobdell, pentru impactul frontal.............................. 83 Figura 4-16 ArticulaŃia genunchiului realizată de Aldman şi Bunketorp............................................................ 87 Figura 4-17 Automobil cu geometrie frontală variabilă A – muchia capotei, B – muchia superioară a barei,
C – avansul frontal al barei, D – unghiul de înclinare frontal, Structuri absorbante de energie (suprafeŃele haşurate)...................................................................................................................................... 89
Figura 4-18 Senzorii montaŃi în bara paraşoc la sistemul „active hood”...........................................................93 Figura 4-19 Modelul genunchiului 3D realizat de ESI - Group ...........................................................................94 Figura 5-1 Coordonatele pietonului monomasă în procesul de impact .............................................................97 Figura 5-2 Rotirea corpului (faza a) .......................................................................................................................98 Figura 5-3 Rotirea corpului (faza b) .......................................................................................................................99 Figura 5-4 Rotirea corpului (faza c)........................................................................................................................99 Figura 5-5 Rotirea în plan a corpului....................................................................................................................100 Figura 5-6 Modelul impactului dintre autoturism şi pietonul monomasă ........................................................101 Figura 5-7 Schema forŃelor care acŃionează asupra pietonului monomasă....................................................102 Figura 5-8 .................................................................................................................................................................104 Figura 5-9 Modelul matematic - schema generala .............................................................................................105 Figura 5-10 Pieton în poziŃia trecând strada .......................................................................................................105 Figura 6-1 Capul manechinului .................................................................................................................................111 Figura 6-2 Ansamblu torace ..................................................................................................................................112 Figura 6-3 Manechinul pieton – structura osoasă şi musculară .......................................................................113 Figura 6-4– amplasarea manechinului în raport cu autoturismul ....................................................................114 Figura 6-5 Cântărirea autoturismului ...................................................................................................................115 Figura 6-6 InstalaŃia de frânare îmbarcată în autoturism .................................................................................115 Figura 6-7 Camerele de filmare de mare viteză şi fotocelulele Tag Heuer ...................................................117 Figura 6-8 PoziŃionarea fotocelulelor Tag Heuer şi aparatura de startare automată ....................................118 Figura 6-9 Accelerometrul PCB uniaxial ...............................................................................................................119 Figura 6-10 Principii de montaj al accelerometrelor .........................................................................................119 Figura 6-11 Suportul pentru realizarea unui montaj triaxial al accelerometrelor ..........................................120 Figura 6-12 Amplificatorul de date .......................................................................................................................120 Figura 6-13 LanŃul de măsură pentru achiziŃia datelor......................................................................................121 Figura 6-14 Schema de desfăşurare a încercărilor experimentale ...................................................................123 Figura 6-15 Impactul primar în zona genunchiului ............................................................................................125 Figura 6-16 Mişcarea de rotaŃie a pietonului ......................................................................................................126 Figura 6-17 Diagrama Kuhnel privind distanŃa de aruncare a pietonilor ........................................................128 Figura 6-18 PoziŃia manechinului la începutul primului test .............................................................................139 Figura 6-19 PoziŃia finală a manechinului pieton pe sol după primul test ......................................................139 Figura 6-20 Urmele de ştergere de pe capotă şi parbrizul spart, la finalul primului test .............................140 Figura 6-21 DistanŃa de proiectare în lateral a manechinului în urma primului test .....................................140 Figura 6-22 PoziŃia iniŃială a manechinului în cadrul celui de al doilea test ...................................................141 Figura 6-23 Picioarele manechinului au fost târâte sub autoturism ................................................................141 Figura 6-24 Avariile autovehiculului în urma celui de al doilea test ................................................................142 Figura 7-1 Peretele cu care are loc coliziunea ....................................................................................................144 Figura 7-2 Ancorarea autovehiculului...................................................................................................................152 Figura 7-3 Determinarea punctului H cu ajutorul manechinului tridimensional.............................................154 Figura 7-4 Elementele constructive ale manechinului tridimensional..............................................................157 Figura 7-5 Dimensiunile şi masele manechinului................................................................................................159 Figura 7-6 Manechinul folosit pentru verificarea spaŃiului de supravieŃuire ...................................................161 Figura 7-7 Bariera deformabilă poziŃionată pe bariera mobilă .........................................................................163 Figura 7-8 Bariera deformabilă vedere de ansamblu.........................................................................................166 Figura 7-9 Schema coliziunii decalate 40%.........................................................................................................167 Figura 7-10 Amplasarea manechinelor în habitaclu ...........................................................................................170 Figura 7-11 Dimensiunile corpului de impact (berbecului) ...............................................................................179 Figura 7-12 Schema încercării barelor paraşoc la viteze reduse ......................................................................181 Figura 7-13 Testul de încercare frontal axial al barei de protecŃie ..................................................................182 Figura 7-14 Testul de încercare oblic frontal la 60º al barei de protecŃie ......................................................182 Figura 7-15 Cotele care urmează a fi înregistrate în urma testului .................................................................183 Figura 7-16 Schema pentru amplasarea punctelor de aplicaŃie a forŃelor .............................................................186 Figura 7-17 VariaŃia impusă deceleraŃiei căruciorului la încercarea centurilor de siguranŃă.....................................191 Figura 7-18 Dispozitive de tracŃiune a centurilor de siguranŃă: a - care reproduc torsul; b - care reproduc
toracele; c - destinate abaterii chingii ............................................................................................................195 Figura 7-19 Scaun pentru pasageri copii .............................................................................................................196