Dinamica Autovehiculului

II Noțiunii Teoretice

2.1 Noțiunii privind dinamica autovehiculului

Organizarea generala a autovehiculelor :

Vehicul – Mijloc de transport, cu sau fără sursă proprie de propulsie, destinat deplasării pe o cale de rulare terestră, aeriană, navală.

Autovehicul – Vehicul autopropulsat echipat cu roți, șenile, tălpi de alunecare sau pernă de aer, care servește la transportul pasagerilor și/sau bunurilor. În accepțiunea generală, autovehiculul este un vehicul, care se deplasează pe drum sau pe teren neamenajat, fiind echipat cu roți, cu șenile, sau cu pernă de aer.

Autovehicul rutier – Autovehicul destinat deplasării cu precădere pe o cale rutieră.

Automobil – Vehicul rutier carosat echipat cu cel puțin trei roți, care se deplasează prin mijloace de propulsie proprii pe o cale rutieră sau chiar pe teren neamenajat. Automobilul poate avea caroseria închisă sau deschisă, destinată transportului de persoane, de bunuri sau prestării de servicii.

Autoturism – Autovehicul având cel mult nouă locuri, inclusiv cel al conducătorului, destinat transportului de persoane și/sau eventual de bunuri.

Tren rutier sau autotren – Ansamblu rutier format dintr-un vehicul tractor și una sau mai multe remorci sau semiremorci.

Tractor – Vehicul care dezvoltă forță de tracțiune mare. Tractoarele pot fi pe roți sau pe șenile, destinate să execute lucrări agricole, de transport, în construcții, exploatări forestiere, petroliere, minere etc. prin folosirea unor utilaje și mașini de lucru remorcate, purtate sau semipurtate, precum și prin tractarea unor remorci și semiremorci.

Autovehiculele sunt alcătuite din mai multe ansambluri, subansambluri și mecanisme care pot fi împărțite în următoarele grupe: motorul (sursa de energie); transmisia; sistemul de rulare; sistemele de conducere; caroseria, precum și sisteme speciale care asigură confortul sau îndeplinesc diverse sarcini de lucru

Cele mai intalnite solutii de dispunere a motorului si transmisiei sunt :

Modul clasic :

Motorul amplasat in fata si puntea motoare in spate ( se utilizeaza la autovehiculele cu capacitate cilindrica mare )

Schema generală a autovehiculului 4×2, modul “clasic”.

Modul totul-fata

Motorul si puntea motoare amplasate in fata , la acest mod grupul motopropursol poate fi amplasat longitudinal sau transversal ( acest mod asigura o buna maniabilitate si stabilitate)

Schema generală a autovehiculului 4×2, modul “totul față” cu motor dispus longitudinal

Schema generală a autovehiculului 4×2, modul “totul față” cu motor dispus transversal

Modul totul-spate

Motorul si puntea motoare amplasate in spate ( il intalnim la autovehiculele sport , unde se obtine o forta de propulsie mai mare la rotile motoare , datorita cresterii greutatii pe punte spate )

Schema generală a autovehiculului 4×2, modul “totul spate”

Componentele unui autovehicol :

Automobilul – este un vehicul rutier, carosat si suspendat elastic pe cel putin trei roti, care se poate deplasa prin mijloace proprii de propulsie in diferite conditii de teren, si care este destinat transportului direct sau prin tractare al unor incarcaturi ce pot fi marfuri, persoane sau utilaje. Partile principale ale unui automobil sunt: motorul, sasiul si caroseria. Motoarele folosite la automobile sunt in majoritatea cazurilor, motoare cu ardere interna cu piston.

Motorul cu ardere interna – este o masina termica de forta care transforma caldura degajata prin arderea combustibilului in lucru mecanic prin intermediul evolutiilor unui agent motor (fluid motor) in stare gazoasa. In motorul cu ardere interna, atat procesul de ardere (transformarea energiei chimice in caldura cat si procesul de transformare a caldurii in lucru mecanic se desfasoara in interiorul cilindrilor).

Motorul – este alcatuit din mecanismul motor, respectiv de sistemele si instalatiile auxiliare (mecanismul de distribuție, sistemul de alimentare cu combustibil, sistemul de aprindere, sistemul de racire si sistemul de ungere) necesare realizarii procesului de functionare si sistemul de pornire.

Mecanismul motor – numit si mecanismul biela-manivela, constituie principalul ansamblu al motorului cu ardere interna, cu piston. El are rolul de a transforma miscarea de translatie rectilinie-alternativa a pistonului intr-o miscare de rotatie a arborelui cotit. Organele componente ale mecanismului motor se impart in organe fixe si organe mobile. Din grupa organelor fixe fac parte: blocul cilindrilor, chiulasa si carterul. Grupa organelor mobile cuprinde: arborele cotit si volantul, bielele si pistoanele cu bolturile si segmentii.

Mecanismul de distributie – asigura deschiderea si inchiderea supapelor, la momente bine precizate pentru
a face posibila evacuarea gazelor de ardere si umplerea cilindrului cu gaze proaspete (amestec aer-combustibil).

Instalatia de alimentare – cu combustibil are rolul de a asigura curatirea (filtrarea) si introducerea in cilindrii motorului a combustibilului si a aerului (fie in amestec, fie separat), in anumite proportii bine stabilite.

Instalatia de alimentare – cuprinde rezervoare, conducte, filtre, pompe, precum si organele care servesc la prepararea si introducerea combustibilului in cilindri (carburatorul la motoare cu aprindere prin scanteie si injectoarele la motoarele cu aprindere prin compresie).

Instalatia de aprindere – serveste la declansarea scanteii electrice, in interiorul camerei de ardere (la motoarele cu aprindere prin scanteie) pentru aprinderea amestecului carburant.

Instalatia de racire – asigura racirea unor organe importante ale motorului (cilindrii si chiulasa), pentru a se evita supraincalzirea acestor piese, datorita caldurii pe care o primesc de la gazele de ardere. Mentinerea unui regim termic normal de functionare a pieselor motorului este de mare importanta pentru economicitatea si siguranta in exploatare a motorului.

Instalatia de ungere – are rolul de a asigura ungerea pieselor in miscare, pentru a reduce frecarea si a preveni uzura pieselor motorului.

Sistemul de pornire – serveste la asigurarea turatiei minime de pornire a motorului.

Sasiul – este format din grupul organelor de transmitere a momentului de la motor la rotile motoare (transmisia), sistemele de conducere ale automobilului (directia si franarea) organele de conducere si sustinere si instalatiile auxiliare.

Transmisia – are rolul de a transmite momentul motor la rotile motoare, modificandu-i, in acelasi timp, si valoarea in functie de variatia rezistentelor la inaintare. Transmisia este compusa din: ambreiaj, cutia de viteze, reductorul-distribuitor, transmisia longitudinala, transmisia principala (angrenajul in unghi), diferential, arborii planetari si transmisia finala.

Ambreiajul – are rolul de a realiza cuplarea progresiva si decuplarea motorului de restul transmisiei la pornire , precum si in timpul mersului , la schimbarea treptelor de viteza.

Cutia de viteze – are rolul de a modifica forta de tractiune, respectiv momentul motor, in functie de variatia rezistentelor la inaintare, de a permite mersul inapoi fara inversarea sensului de rotatie al motorului si stationarea indelungata cu motorul in functiune.

Reductorul-distribuitor – are rolul de a distribui momentul motor la puntile motoare ale automobilului si in acelasi timp modifica si raportul de transmitere.

Transmisia cardanica – are rolul de a transmite momentul motor, fara sa il modifice, intre diferite componente ale transmisiei a caror pozitie relativa este, in general, variabila (cel mai intalnit caz este de la cutia de viteze la transmisia principala).

Transmisia principala – are rolul de a transmite momentul motor de la transmisia cardanica la diferential si de al mari in acelasi timp.

Diferentialul – da posibilitatea rotilor motoare ale aceleasi punti sa parcurga drumuri de lungime diferite.

Arborii planetari – transmit momentul de la diferential la rotile motoare sau la transmisia finala.

Transmisia finala – serveste la marirea raportului total de transmitere.

Sistemele de conducere – asigura deplasarea automobilului pe traiectoria dorita in conditii de siguranta.

Sistemul de directie – seveste la schimbarea directiei de mers a automobilului, prin schimbarea planului rotilor de directie in raport cu planul longitudinal al automobilului.

Sistemul de franare – serveste la reducerea vitezei automobilului dupa dorinta conducatorului sau chiar la oprire, precum si la imobilizarea lui in timpul parcarii.

Organele de sustinere si propulsie – cuprind: cadrul, carterele puntilor, rotile si suspensia.

Cadrul – constituie suportul pe care se monteaza organele si mecanismele componente ale automobilului.

Sistemul de propulsie (carterele puntilor si rotile) – transforma miscarea de rotatie in miscare de tranlatie si ajuta automobilul sa se sprijine pe drum sau pe sol.

Suspensia – transforma socurile in oscilatii cu amplitudine si frecventa suportabile de catre calatori si amortizeaza oscilatiile.

Instalatiile auxiliare – servesc la asigurarea confortului, sigurantei circulatiei si a controlului functionarii automobilului. Aceste instalatii cuprind: instalatia de iluminat, instalatia de semnalizare, instalatia de incalzire si aerisire, stergatorul de parbriz, etc.

Caroseria – serveste ca organ purtator pentru pasageri sau marfurile care se transporta. La multe autoturisme si la unele autobuze moderne, caroseria preia si rolul cadrului (caroserii autoportante).

Conform statisticilor in ceea ce priveste frecventa de aparitie , dar si ceea ce priveste gravitatea consecintelor , coliziunile frontale se situeaza pe primul loc. Un studio efectuat in Germania de catre Mercedes-Benz , pe baza datelor statistice ce acopera 20 de ani, reiese ca 62% din totalul accidentelor reprezinta coliniunile frontale.

Fig. Distributia tipurilor de coliziuni

Efectele impacturilor frontale depinde foarte mult de fradul de acoperire si unghiul impactului. Cu cat gradul are o valoare mai ridicata cu atat mai multe elemente de caroserie participa la preluarea socului. In cazul unui impact cu gradul de acoperire de 100% toata partea frontal a automobilului , participa in mod simetric la preluarea socului.

Gradul de acoperire in %

Fig.. Frecventa impacturilor frontale in functie de gradul de acoperire

Datorita frecventei impacturilor frontale, un rol important il joaca prevederile legale referitoare la testul de impact frontal unde un vehicul este lovit cu o viteza de aproximativ 50km/h intr-o bariera rigida, ori perpendiculara, sau inclinata la un unghi de 30 grade raportat la axa longitudinala a masinii.

Datorita faptului ca 50% din coliziunile frontale implica jumatatea din partea frontala stanga  a vehiculului, constructorii de automobile efectueaza teste de impact frontale, asimetrice, pe partea stanga acoperind  intre 30…50% din latimea vehiculului.

In cazul unei coliziuni frontale, energia cinetica este absorbita prin deformarea barei, partii frontale a vehiculului, dar si in cazurile severe se deformeaza plansa de bord din compartimentul pasagerilor. Puntile, rotile (jantele) si motorul limiteaza lungimea deformabila. lungimi adecvate de deformare si un vehicul cu ansambluri amovibile  sunt asadar necesare pentru a minimiza acceleratiile in compartimentul pasagerilor. In functie de modul de proiectare al autovehiculului (forma caroseriei, tipul de tractiune si pozitia motorului),  de masa si dimensiunile vehiculului, la un impact frontal cu o viteza de 50 km/h intr-o bariera, rezulta o deformare permanenta a partii frontale cuprinsa intre 0.4…0.7 m. Avariile in compartimentul pasagerilor trebuie reduse cat mai mult posibil, si aici ma refer la:

zona plansei de bord (deplasarea sistemului de directie, tabloul de bord, pedale, intruziuni in compartimentul pedalier),

la partea inferioara (comenzile de coborare si inclinare ale scaunelor),

structura laterala (posibilitatea deschiderii usilor dupa un accident).

Fig.. Distributia accidentelor dupa tipul de coliziune

Marea majoritate a impacturilor se incadreaza in categoriile de teste echivalente cu 30% si 40%, ceea ce se explica prin faptul ca sunt foarte putine cazurile in care ciocnirea se produce pe toata suprafata frontal a vehiculului.

Suplimentar, cel putin un constructor de automobile isi supune vehiculele la testul inversat, de cadere al vehiculului pentru a testa stabilitatea dimensionala a acoperisului (spatiul vital de supravietuire) in conditii extreme (vehiculul cade de la o inaltime de 0.5 m in zona stanga fata a acoperisului).

2.2 Elemente de cinematic a mișcari ocupantului

Cinematica este pur și simplu o analiză a mișcarii obiectelor . Cinematica ocupantului analizează mișcarea corpului în raport cu mișcarea autovehiculului și determinarea motivului deplasării . Cinematica ocupantului se bazează pe legile mișcarii lui Newton .

Primul său principiu ne spune că un corp în mișcare va ramâne în mișcare și că un corp aflat în repaus va ramâne în repaus cu excepția cazului când din exterior se acționează asupra corpului cu o forță (forță externă).

Întelegem de aici ca mișcare este întotdeauna într-o linie dreaptă , cu excepția cazului în care o forța externă acționeaza asupra corpului .

Într-o coliziune motorul vehiculului poate decelera rapid, accelera rapid sau să facă o miscare bruscă laterală , în funcție de cum a avut loc coliziunea.

În cazul în care corpurile ocupanților tind să ramână în mișcare într-o linie dreaptă , ei vor intra în contact cu o parte din habitaclul , cu excepția cazului în care sistemul de retinere îi împiedică să facă acest lucru.

Sistemul de reținere într-un autovehicul este conceput pentru a permite ocupanților să absoarbă forțele într-un accident , fară a fi raniți grav sau uciși .

Centurile de siguranță și airbag-uri , când sunt proiectate și fabricate corespunzător , pot fi foarte eficiente în evitarea prejudiciului sau decesului . Odată ce s-a stabilit că exista un defect in sistemul de reținere , trebuie făcută o analiza cinematic a ocupantilor pentru a stabili dacă acest defect a fost cauza răniri sau decesului pasagerului. Pentru a face acest lucru ,există o alte concepte care trebuiesc luate în calcul . Diferența de viteză si anume delta v , trebuie determinată . Într-un exemplu simplu , dacă două vehicule au o coliziune frontală , fiecare având 50 km/h , delta v ar fi diferența de viteză de la 50 km/h la orice viteză de km/h a fost atinsă de vehicul imediat după accident. Un alt concept care este utilizat pentru a evalua cinematica ocupantului este bariera de viteză echivalentă. Aceasta este viteza la care un vehicul loveste un obstacol imobil arata identic cu vehiculul subiect . Acest lucru nu este la fel ca delta v.

Un alt factor care trebuie determinat este directia principală a forței . Odată ce acești diverși factori sunt determinați se poate face o analiză a cinematici ocupantului.

Autovehiculele de astăzi vin echipate cu un Data Recorder Crash, care poate genera informații importante despre viteza, declanșarea airbagului, funcția centurii de siguranță, de frânare și așa mai departe.

In ultimii ani, principalul subiect în condiții de siguranță auto au fost accidentele frontale, laterale și posterioare. Dupa cum riscul de rănire în accidente de răsturnare este tot mai mare și o cauza ar fii creșterea cifrelor de vânzări ale Monovolume și SUV-uri, siguranța pasagerilor în caz de răsturnare accidente devine o zonă de mare interes. In ciuda faptului că se cunosc puține despre cinematica ocupanților în astfel de situații. Dar informația despre cinematica ocupantului este foarte important pentru îmbunătățirea sistemelor de reținere existente (de exemplu, airbag-uri, centura de siguranță) sau de a dezvolta noi sisteme de siguranță pentru răsturnare autovehiculelor.

În comparație cu alte accidente , o răsturnare a autovehiculului se caracterizează printr-o mișcare complexă a vehiculului , de lungă durată și accelerații liniare scăzute , pentru că apar aceste caracteristici unice putem spune că este discutabil dacă testele de coliziune cu manechine care au fost dezvolatete pentru impact frontal,lateral sau impact din spate , sunt utile pentru a întelege cinematica ocupantului în scenarii de rostogolire. Testele de impact rollover cu voluntari sunt interzise din cauza riscului ridicat de prejudiciu . Așa ca astazi utilizarea unor manechine standard disponibile pentru impact frontal , lateral sau impact din spate , este singura modalitate de a investiga modul in care cinematica ocupanților se comportă in cazul unui scenariu de răsturnare , in ciuda incertitudini de mai sus .

2.3 Vătămari si criterii de vătămare

Accidentele in funcție de vătămările produse-evenimentele rutiere în urma cărora una sau mai multe persoane au decedat ori au suferit vătămări corporale.În această categorie se includ coliziunile între vehicule, între vehicule și pietoni, precum și între vehicule și animale ori obstacole fixe.

Fără a se baza pe pagubele materiale produse acestea se pot clasifica in :

-accidente grave – evenimentele rutiere în care a rezultat decesul sau rănirea gravă a uneia ori mai multe persoane;

-accidente ușoare – evenimentele rutiere în care a rezultat rănirea ușoară a uneia sau mai multor persoane;

Accidentele în funcție de consecințele juridice pe care le implică, pot fi clasificate în două grupe:

accidente care atrag răspunderea contravențională și civilă (denumite în mod curent „tamponări”)

accidente susceptibile de a atrage sau care atrag răspunderea penală a celor implicați în producerea lor.

„Indiferent de urmări sau de consecințe juridice, accidentele de circulație rutieră sunt cercetate de organele de poliție, care au obligația de a le soluționa (în cazul celor la care valoarea pagubelor materiale înregistrate nu atrage răspunderea penală –  tamponările) sau de a efectua cercetarea penală, finalizată cu propuneri (în cazul celor soldate cu victime ori a celor la care valoarea pagubelor materiale înregistrate atrage răspunderea penală). “

Cea mai probabilă cauză a bolilor asociate “Whiplash”este deformarea gâtului în forma S și este caracterizată de interacțiunea dintre spătar și spatele torsului. Un element de siguranță pentru atenuarea acestui fenomen îl reprezintă tetierele, care se reglează pe verticală, în așa fel încât partea superioară să fie aliniată cu capul. Dacă tetiera permite reglarea în plan orizontal aceasta trebuie adusă în situația de a se obține distanța minimă pe orizontală între partea posterioară a capului și suprafața de sprijin a tetierei.

Pentru o evaluare mai bună a deformării în forma S a coloanei vertebrale se impune o analiză mai bună a părții superioare a acesteia și a părții inferioare a coloanei cervicale.

Datorită importantelor formații anatomice ale gâtului, orice leziune traumatică la acest nivel poate avea consecințe grave. Leziunile contuzive ale gâtului pot intensifica diferite formații anatomice având uneori consecințe grave. Se poate produce lezarea unor vase de sânge formând hematoame în țesuturi moi sau chiar ruperea unor fibre musculare. În loviturile puternice, precipitări sau accidente de circulație, ca și în compresiuni, se pot produce leziuni grave ale căilor respiratorii superioare. Mai pot apare leziuni asupra gâtului, în cazul accidentelor rutiere, prin compresia gâtului datorită ridicării din scaun la revenire și atingerea plafonului.

Mușchii care se află în spatele capului sunt mai masivi decât cei din față, primii fiind plasați mai departe de pivotul cap – gât. Momentele mai mari pot fi dezvoltate pentru rezistența la flexiune decât pentru extensie.

În timpul coliziunilor corpul uman este supus la solicitări extreme, care se datorează accelerațiilor/decelerațiilor foarte mari care provoacă forțe de inerție ridicate și forțe percutante.

Dimensiuni ale banchetei și plasarea ATD, folosind un manechin BioRID. Plăcuțele reper B1, B2 și P sunt opționale. T11 și T12 reprezintă plăcuțe reperate capului descrise mai înainte. TT1 este o plăcuță reper folosită pentru viteză.

Gravitatea leziunilor datorate inerției corpului și a limitelor de toleranță se poate determina prin trei metode:

– teste statice realizate pe voluntari, ce sonstau în aplicarea unor forțe asupra capului; – teste dinamice netraumatizante, efectuate pe voluntari; – teste dinamice, efectuate pe cadavre în condiții care provoacă traumatisme ale gâtului.

Forțele percutante, au o importanță deosebită mai ales în cazul impactului din spate, când persoanele din interior nu sunt asigurate în centurile de siguranță și nu au tetierele reglate. Traumatismele ce pot apare în urma acestor forțe diferă în funcție de părțile corpului uman și de s

ensibilitatea acestora: creierul este sensibil la accelerație; majoritatea organelor interne reacționează la presiunea exterioară exercitată; la vertebre și la craniu apar leziuni în urma lovirii de interiorul vehiculului.

Îndoirea gâtului, în termeni medicali, îndoirea gâtului către înapoi se numește extensie, către înainte este numită flexie, iar îndoirea laterală este numită flexie laterală, de unde rezultă că aceasta poate avea loc în orice direcție.

Testele efectuate pe cadavre au arătat că: atunci când gâtul este drept, apar fracturi ale coloanei vertebrale în momentul în care forțele axiale depășesc 4700 – 6000 N; atunci când gâtul este flexat, forțele axiale de la care se produc fracturi ale vertebrelor se găsesc în domeniul 1800 – 2200 N.

În timpul impactului, o parte din sarcina aplicată capului se va transmite torsului, prin intermediul gâtului. Solicitările din coloana vertebrală vor fi mai mici atunci când gâtul este drept, caz în care apar forțe axiale; dacă gâtul este flexat, asupra vertebrelor vor acționa solicitări complexe.

Colizinile din spate explică cea mai mare parte a vătămărilor diagnosticate la nivelul gâtului care apar la ocupanții vehiculelor. Leziunile gâtului sunt în general clasificate ca traume de hiperextensie și include simptome cum ar fi: durere localizată la gât, discomfort și vârtejuri din cauza unor ligamente afectate, fracturi în diferite locuri ale vertebrelor cervicale, etc. Un exemplu de aceste traume este definit printr-o coliziune din spate în care capul se rotește într-o parte, ligamentele gâtului vor fi suprasolicitate și mai puține articulații ale gâtului vor fi necesare să producă o forță de rezistență mare.

Influența asupra ocupantului autovehiculului în cazul unui accident de tip față – spate impune stabilirea relațiilor care descriu cinematica conducătorului auto – pasagerului ca rezultat al impactului, pe baza unor date și informații cum ar fi:

– reacția conducătorului auto sau a pasagerului în momentul impactului; – accelerația capului, pieptului și pelvisului; – forța ce acționează la nivelul superior și inferior al gâtului; – momentul de torsiune, etc.

În momentul în care vehiculul este izbit din spate, accelerația structurii este transmisă către scaun prin ancoraje, producând o mișcare înainte a ocupantului. Când coloana vertebrală este curbată în forma sa fiziologică este împinsă înainte, tinde să se îndrepte mutând baza gâtului în sus și producând compresie pe celelalte vertebre.

Prin mecanismul de flexie se pot produce vătămări ale coloanei mai ales la persoanele care poartă centura de siguranță, forțele de frecare la nivelul gâtului sunt

importante în flexiune înainte ca bărbia să lovească pieptul. Când bărbia vine în contact cu pieptul, survine o redistribuire a sarcinilor. Contactul bărbie – piept face ca un nivel inferior de forță să se dezvolte în mușchii posteriori pentru aceeași mărime a momentului de îndoire. Transferul de solicitare de la ligamentele gâtului la bărbie, reduce sarcina de forfecare transmisă la cap și reduce riscul de vătămare în aceste zone. Leziunile la discuri pot apare dacă forțele compresive devin suficient de mari, porțiunile anterioare ale oaselor vertebrale pot fi fracturate.

Vătămările prin flexie laterală se întâlnesc mai puțin frecvent decât celelalte două tipuri de vătămări la nivelul gâtului.

Prin solicitarea capului se poate vătăma gâtul, solicitarea capului fiind transmisă spre tors prin structura gâtului. Configurația gâtului influențează marimea sarcinilor axiale compresive, transmisă de gât, și locul și tipul vătămărilor gâtului pentru impacturi în partea superioară a capului.

S-au efectuat studii și drept o soluție pentru atenuarea efectelor nefaste datorate incidentelor rutiere o măsură de prevenire a fost cu privire la proiectarea scaunelor auto, în primul rând prin introducerea de headrestraints, uzual numite tetiere. Această abordare este potențial problematică pornind de la ipoteza de bază a factorilor pur mecanici având ca efect leziunile gâtului. Îmbunătățirea geometriei scaunelor de mașină printr-un design și o mai bună absorbție a energiei oferă beneficii suplimentare.