Constructia Unui Manechin Utilizat In Cadrul Accidentelor Rutiere

LUCRARE DE DISERTAȚIE

Construcția unui manechin utilizat în cadrul accidentelor rutiere

CUPRINS

CAP. I INTRODUCERE

1.1. Istoricul manechinelor de testare

1.2. Limite de suportabilitate a corpului uman

1.3. Aparatură utilizată pe manechine

1.4. Concluzii

CAP. II Studiul teoretic

2.1. Antropometria corpului uman

2.2. Clasificarea manechinelor

2.2.1. Pentru impacturi frontale

2.2.2. Pentru impacturi laterale

2.2.3. Pentru impacturi din spate

2.3. Manechinul Hybrid III

2.3.1. Caracteristici:

2.3.2. Echipamentele utilizate pe Hybrid III

2.3.3. Greutați de asamblare

2.3.4. Dimensiuni externe

2.4. Concluzii

CAP. III Construcția manechinului

3.1. Obiectivele cercetării

3.1.1. Rolul manechinului

3.1.2. Funcționalitatea manechinului

3.2. Parametrii constructivi ai manechinului

3.2.1. Caracteristici antropometrice ale populației

3.2.2. Construcția manechinului

3.2.3. Construcția toracelui și bazinului (detaliată)

3.3. Concluzii –

CAP. IV Metodele cercetării experimentale

4.1. Obiectivele studiului

4.2. Stabilirea scenariul de încercare

4.3. Pregătirea autovehiculelor

4.4. Pregătirea echipamentelor

4.5. Desfășurarea experimentului

4.6. Simularea accidentului în PC-Crash

4.7. Concluzii

CAP. V CONCLUZII

Bibliografia

Rezumat

Lucrarea științifică intitulată "Construcția unui manechin utilizat în cadrul accidentelor rutiere" tratează etapele construcției unui dispozitiv antropometric destinat încercărilor experimentale privind impactul vehicul-vehicul. Acest manechin va fi utilizat pentru a spori siguranța pasagerilor din mijloacele rutiere de transport deoarece el se poate analiza amănunțit comportamentul corpului în cazul impactului în trafic, astfel conducătorul auto va ști la ce riscuri se supune conducând cu o anumită viteză, ce leziuni ar putea suferi la momentul impactului frontal cu un alt autovehicul.

În prezent numărul victimelor care mor în accidentele rutiere este în creștere în România datorită numărului mare de autovehicule, de aceea se cere creșterea siguranței în cazul accidentelor.

Procesul de proiectare și construcție a manechinului a necesitat eforturi deosebite și permite utilizarea modelului de manechin cu succes atât în testele experimentale cât și la dezvoltarea lui ulterioara in scopul creșterii performantelor.

Summary

The scientific paper entitled "Construction of a model used in road accidents" treats the steps of building an anthropometric device for experimental tests on vehicle-to-vehicle impact. This model will be used to enhance the safety of road public transport passengers because he can analyze in detail the behavior of the body where the impact of traffic, so the driver will know what risks are subject leading to a certain speed, which may suffer damage when frontal impact with another vehicle.

Currently the number of victims who die in road accidents is increasing in Romania due to the large number of vehicles, that are required to enhance safety in case of accidents.

The design and construction of the dummy has required great efforts and allows for model successfully model both experimental tests and its subsequent development in order to increase performance.

CAP. I INTRODUCERE

Istoricul manechinelor de testare

De-a lungul istorie de existență a automobilului, siguranța a fost întotdeauna un motiv serios de îngrijorare. Rata de fatalitate din anii 1930 a fost de multe ori rata noastră actuală, chiar dacă avem milioane de mașini pe drum astăzi. Acest progres notabil se datorează, în mare parte, eforturilor energice ale producătorilor de mașini,de a reduce numărul accidentelor. Manechine de testare, au un avut și au un rol foarte important în prevenirea accidentelor rutiere. În continuare este prezentat un scurt istoric al acestor manechine:

În 1930 numărul de decese crește semnificativ. Design-erii auto începe să acorde o atenție la siguranță;

În 1949 Alderson Research Labs (ARL) Sierra Engineering construiește primul manechin, "Sierra Sam", prezentat în figura 1.1;

Începutul anilor 1950, Cornell Aeronautical Laboratories studiază producerea accidentelor și dorește sa sporească siguranța rutieră, construiește “Gard Dummy” un manechin utilizat în cercetare;

Sfârșitul anilor 1950s mașinile devin mai sigura datorită încercărilor cu manechini ;

Fig.1.1. Manechinul “Sierra Sam”

Între anii 1950 – 1970 industria automobilelor dezvoltă noi manechine de testare pe baza celor utilizate in industria aerospațială. Apar modelele standard de cuantila 50 si 95 bărbat și cuantila 5 femeie;

În 1971 apare modelul Hybrid I, acesta fiind o standardizare între ARL & Sierra cuatila 50th bărbat;

Fig.1.2. Manechinul Hybrid II

În 1972 este dezvoltat modelul Hybrid II, având ca îmbunătățiri, umerii, coloana vertebrală și genunchii. De asemenea acesta oferea și documentație mai bună decât Hybrid I. Hybrid II este prezentat în figura 1.2;

În 1973 Este introdus standardul Hybrid II cuantila 50 a manechinului. National Highway Transportation Safety Administration (NHTSA) încheie contractul cu General Motors pentru a produce capete îmbunătățite, gât, articulatii, coaste și genunchi cât mai umane, postura si un design nou al coloanei vertebrale. (ATD 502) Highway Safety Research Institute (HSRI) primește contract pentru Motor Vehicle Manufacturers Association (MVMA) pentru a dezvolta o varianta de cuantila 50 manechin de sex masculin, cu un nou cap, gât, torace, coloanei vertebrale, lombare, pelvis, picioare și articulații;

În 1976 Hybrid III este introdus. General Motors îmbunătățește ATD 502 cu un nou gât, torace și mai multe traductoare de date pentru măsurători și mai exacte. Acesta este prezentat în figura 1.3;

Fig.1.3. Manechinul Hybrid III

1979 – 1987 NHTSA încheie un contract cu University of Michigan Transportation Institute (UMTRI) pentru a produce un nou model de manechin pentru impactul lateral (Side Impact Dummy-SID). Acesta este modelul Hybrid II cu un nou torace;

1988 – 1989 Humanetics și SAE dezvoltă modelul Hybrid III mic femeie și modelul mare masculine scalate din modelul cuantila 50th. General Motors și Society of Automotive Engineers (SAE) dezvoltă Biosid, o versiune modificată a lui Hybrid III, biofidelă, pentru impacturile laterale. University of Michigan și Wayne State University primesc un contract din partea NHTSA pentru a dezvolta un nou model avansat de manechin.  First Technology Safety Systems devine subcontractor;

1995 – 1996 First Technology Safety Systems și Occupant Safety Research Partnership dezvoltă un model de talie mica de adolescent/adult denumit SID IIs, utilizat in impactul lateral și cu airbag. Acesta este prezentat în figura 1.4;

Fig. 1.4 Manechinul SID IIs

1996 First Technology Safety Systems dezvoltă seria FT-Arup™ FE-Model, un element finit și foarte precis de model computerizat a manechinului;

În 1990 Chalmers University of Technology of Sweden dezvoltă modelul BioRID (Biofidelic Rear Impact Dummy) în parteneriat cu Saab și Volvo. Manechinul este o adaptare a modelului Hybrid III dar având modificate coloana și gatul, acestea fiind flexibile și bine detaliate;

2006 Apare modelul BioRID II, o versiune îmbunătățită a modelului precedent. Acesta este prezentat în figura 1.5.

Fig. 1.5 Manechinul BioRID II

În prezent cele mai utilizate rămân modelele Hybrid III, folosit în cazul impactului frontal, BioRid II utilizat la impactul din spate și SID II utilizat la impactul lateral.

Limite de suportabilitate a corpului uman

În ultimii ani numărul autovehiculelor au crescut, și continuă sa crească fapt ce determină și o creștere a accidentelor rutiere. Aceste accidente vor apărea mereu, în ciuda eforturilor de reducere a numărului lor. Cu toate acestea, vătămări corporale grave și moartea nu sunt consecințe inevitabile ale acestor accidente.

Mulți criminaliști au constatat că 70-80% din totalul deceselor și rănirilor grave, survenite datorită decelerările rapide au fost în zona capului și a gâtului.

Vătămările rezultate în urma unui accident reprezintă răspunsul corpului uman la forțele care sunt aplicate asupra lui. Forța și accelerația sunt cantități vectoriale care cuprind atât mărime cât și direcție. Mișcările elementare pe care le poate efectua un corp sunt: mișcarea de translație si mișcarea de rotație. Toate celelalte mișcări ale corpului, precum mișcările de rototranslație, pivotare, plan-paralelă etc., se obțin prin combinarea celor elementare, considerate în plan sau în spațiu.

Fig. 1.6 Sistem de referință relativ

Mișcarea corpului sau a segmentelor cinematice se raportează, întotdeauna, la un sistem de referință. Prin sistem de referința se înțelege un reper nedeformabil fața de care se raportează pozițiile unui sistem material.

Sistemele de referință pot fi fixe sau mobile, astfel încât mișcarea raportata la un sistem de referință considerat fix poarta numele de mișcare absoluta iar mișcarea raportata la un sistem de referința mobil se numește mișcare relativa.

Reprezentarea separata a planelor de referința, sagital, frontal si respectiv transversal este data în figura 1.7.

Fig. 1.7 Planele de referința (a. sagital; b. frontal; c. transversal)

Coordonatele unui punct raportate la acest sistem de referința se numesc relative. Originea unui sistem de referința absolut este un punct arbitrar, în general, însa cu proprietatea de a fi fix sau considerat fix în spațiu. Axele acestui sistem de referința sunt, de asemenea, fixe sau considerate fixe. Indiferent de sistemul de referința, fix sau mobil, sunt posibile doua orientări ale axelor, acestea determinând sistemul drept de axe de referința si sistemul stâng de axe de referința, așa cum este reprezentat în figura 1.8. Ordinea si notarea acestor axe, respectiv X, Y, Z, sunt considerate standard de Societatea Internaționala de Biomecanica (ISB). Sistemul drept de axe de referința este acceptat de ISB ca fiind sistem de referința standard.

Fig. 1.8. Sisteme de axe de referința

Sistemul de referința la om este esențial in studiul forțelor si accelerațiilor care sunt aplicate corpului. Figura 1.9 ilustrează un sistem de coordonate utilizate în mod obișnuit aplicate la om așezat.

Se face referire la mișcarea globilor oculari deoarece descrie reacție inerțială a organismului la accelerația aplicată, care este opusă și egală cu accelerația aplicată asupra corpului. Este răspunsul inerțial al organismului la o accelerare aplicată, care conduce la vătămări.

Fig. 1.9. Sisteme de axe de și efectul accelerației asupra globilor oculari

O înțelegere a toleranței umane la accelerarea bruscă este esențială pentru dezvoltarea unor sisteme eficiente de reducere a forțelor la impact. Dacă se cunosc condițiile în care accidentul are loc și toleranțele la care este expus corpul uman, atunci se pot construi sisteme de protecție a ocupanților vehiculelor la accidentele previzibile.

În general, toleranța umană la accelerare este în funcție de cinci factori extrinseci. Acești factori sunt legați de forța accidentului și de proiectarea scaunelor și sistemelor de siguranță. Acești factori sunt:

Magnitudinea forței;

Direcția accelerației;

Omul este mai capabil să reziste accelerațiilor aplicate de-a lungul unor axe ale corpului (Fig. 1.10). Direcția în care este cel mai tolerabil este Gx + sau accelerației în direcția înainte (ochii spre interior). Direcția puțin tolerabil este aparent GZ sau axa verticală (globilor oculari sus sau în jos). Axa laterală (Gy), folosit pentru a fi considerat cel mai puțin tolerabil, dar date recente provenite din accidente de la Indianapolis Race indică opusul.

Fig. 1.10.Toleranțe la accelerații

Durata accelerației;

În general, cu cât e mai scurt pulsul de aceeași magnitudine de accelerare, cu atât sunt mai tolerabile forțele (figura 1.10). Toleranța la accelerare cuprinde accelerare a două domenii – accelerația abruptă și accelerația stabilă. Cele mai multe impacturi au o durată de mai puțin de 250 de milisecunde sau de-un sf expus corpul uman, atunci se pot construi sisteme de protecție a ocupanților vehiculelor la accidentele previzibile.

În general, toleranța umană la accelerare este în funcție de cinci factori extrinseci. Acești factori sunt legați de forța accidentului și de proiectarea scaunelor și sistemelor de siguranță. Acești factori sunt:

Magnitudinea forței;

Direcția accelerației;

Omul este mai capabil să reziste accelerațiilor aplicate de-a lungul unor axe ale corpului (Fig. 1.10). Direcția în care este cel mai tolerabil este Gx + sau accelerației în direcția înainte (ochii spre interior). Direcția puțin tolerabil este aparent GZ sau axa verticală (globilor oculari sus sau în jos). Axa laterală (Gy), folosit pentru a fi considerat cel mai puțin tolerabil, dar date recente provenite din accidente de la Indianapolis Race indică opusul.

Fig. 1.10.Toleranțe la accelerații

Durata accelerației;

În general, cu cât e mai scurt pulsul de aceeași magnitudine de accelerare, cu atât sunt mai tolerabile forțele (figura 1.10). Toleranța la accelerare cuprinde accelerare a două domenii – accelerația abruptă și accelerația stabilă. Cele mai multe impacturi au o durată de mai puțin de 250 de milisecunde sau de-un sfert de secunda, care intră în domeniul de accelerare bruscă.

Rata de debut;

Rate de debut al accelerației se referă la la cât de rapid se aplică accelerația. Aceasta se reflectă în panta curbei ilustrată în figura 1.11.

Poziție/blocare/suport.

Acesta este factorul cel mai critic în determinarea toleranței umane la impact. Aceasta se referă la cât de bine ocupantul este reținut și sprijinit de scaun și sistem de reținere și de gradul în care sarcinile cu experiență în accident sunt distribuite pe suprafața corpului său. Acest factor, care este determinantul principal al lipsei de supraviețuire într-un accident.

Fig. 1.11 Graficul pulsului de impact

Soluția adecvată pentru limitarea traumelor supuse corpului este prin sisteme de restrângere, in cazul autovehiculelor acestea sunt centurile de siguranța in 3 puncte. Aceste sisteme de restrângere au următoarele roluri:

Menținerea ocupantului in scaun la momentul impactului;

Prevenirea lovirii ocupantului de alte componente ale vehiculului, cum ar fi geamurile laterale, parbrizul ,etc;

Distribuirea forței de impact pe o suprafața mai mare a corpului. Acest rol este foarte important pentru ocupanții din partea frontala a vehiculului;

Fixarea corpului in vehicul, prevenind astfel o mărire a forțelor datorită dezvoltării de viteze relative între vehiculul aflat în decelerare și a ocupanților acesteia (dynamic overshoot).

În figura 1.12 este reprezentată o centură de sigurantă și deplasarea trunchiului prtevizibilă la momentul impactului.

Fig.1.12 Cuplarea centurii

Organismul uman este capabil să reziste la forțe de impact remarcabile dacă este protejat adecvat printr-un mecanism de reținere astfel sa nu fie accidentat. Constructorii de vehicule pot extinde rata de supraviețuire prin mijloace inteligente de protecție a ocupanților.

Aparatură utilizată pe manechine

Intuiții cheie de la testele de impact sunt accelerațiile și forțele care acționează asupra vehiculului, ocupanții săi și oricărei părți terțe (cum ar fi alte vehicule sau pietoni) în timpul unui accident. Aceste măsurători sunt înregistrate la bordul vehiculului, în manechin și în bariera de impact(off-board), cu senzori și sisteme de achiziție de date. Una din companiile care furnizează echipamente pentru achiziția de date, dar și suport software este Kyowa.

Sisteme rezistente la impact, de achiziție de date, sunt în general instalate în portbagajul vehiculului de încercare. Aceste sisteme sunt conectate la senzori pentru măsurarea deplasării, forței și accelerației, instalate în fiecare vehicul sau manechin de testare. Datele de la vehicule, cum ar fi CAN sunt, de asemenea, înregistrate în timpul testul de impact.

La manechin sunt utilizate celulele de forță,ele sunt montate direct în zone prevăzute pentru acești senzori în manechin. Senzorii sunt disponibili pentru cele mai importante manechine, cum ar fi H3, ES-2, WorldSID, SID-IIs, P și Q. Celulele de sarcină măsoară forțele și momentele de încovoiere pentru a oferi inginerilor informații importante despre sarcinile care acționează asupra corpului uman în timpul unui impact.

Traductoarele montate pe manechin cuprind toate tipurile de sarcini, cum ar fi indicatoare pentru componentele forțelor, accelerații, șocuri. Echipamente montate pe corpul manechinului sunt:

Traductor de accelerație pentru Crash Test

Fig.1.13 Traductor de accelerație

Acesta este un tip de amortizor, prin urmare, nesemnificativ la accelerația șocului. Poate măsura pana la 1000 G

Traductor amortizat cu ulei pentru impact

Fig.1.14 Traductor de accelerație amortizat

Acest traductor amortizat cu ulei este cel mai puțin afectat de rezonanța forțelor inițiale de impact. Măsoară pana la 1000 G.

Traductor de accelerație neamortizat

Avantaje:

Conector dedicat accesoriu permite conectarea directă la echipamentul de achiziție de date de la bord.Centrul de greutate este situat la vârful de mainframe pentru configurarea triaxială de traductoare de accelerație.Design neamortizate asigură influență minimă pentru răspunsul în frecvență și caracteristici de fază. Acesta este compact și ușor, poate măsura accelerațiile într-o singură direcție, se folosesc 3 simultan pentru măsurarea pe 3 direcții

Fig.1.15 Traductor de accelerație neamortizat

Traductor de forță pentru gât cu 6 componente

Fig.1.16 Traductor de forță pentru gât

Montat pe gâtul unui manechin, cum ar fi Hybrid III, LSM-E-5KNS1 detectează simultan 6 componente de forță care acționează la gât de impact inițiat de generarea forței de inerție în cap.Acesta este în conformitate cu standardul Federal Motor Vehicle Safety Standard 208 ca un senzor pentru a obține date de criteriul prejudiciului.

Capacitățile de masurare:

Fx: ± 10 kN, forța de forfecare în direcția fata spate

Fy: ± 10 kN, forța de forfecare în direcția stânga-dreapta

Fz: ± 15 kN, forța axială în sus, în jos direcție

Mx: ± 300 N · m, clipă în direcția stânga-dreapta

Mea: ± 300 N · m, în momentul de direcție față-spate

MZ: ± 300 N · m, momentul unghiular

Celula de forță pentru femur

Fig.1.17 Celulă de forță

Montată la femurul unui manechin, cum ar fi Hybrid III, LCF-2TA detectează sarcina inițiată de impact la femur. Și aceasta este în conformitate cu standardul Federal Motor Vehicle Safety Standard 208 ca un senzor pentru a obține date de criteriul prejudiciului. Forța de măsurare este de 20 kN.

Traductor de accelerație piezoelectric

Fig.1.18 Traductor piezoelectric

Realizat de simplu, ieftin, curent constant condiționat de semnal, acești senzori sunt ușor de operat și au o interfață cu analiza de semnal, de achiziție de date și instrumente de înregistrare. Următoarele caracteristici ai acestui accelerometru sunt:

• sensibilitate tensiune fixă, indiferent de tipul de cablu sau lungime.

• semnal de ieșire de joasă impedanță, care pot fi transmise prin cabluri lungi în medii dificile, cu aproape nici o pierdere de calitate a semnalului.

• operarea cu două fire cu cablu coaxial low-cost, sârmă panglică două-conductor sau torsadate cablare.

• Low-zgomot, semnal de tensiune de ieșire compatibil cu standard de citire, analiza semnalelor, înregistrare, și echipamente de achiziție de date.

• Cost redus per-canal – ICP ® accelerometrele necesită doar o, curent constant de semnal conditionat ieftin să funcționeze.

Capacitate de masurare este de 5000 G.

Sistem de achiziție de date

Fig.1.19 Sistem achiziție date

Unitatea instalată pe autovehicul este proiectată pentru a achiziționa date pe 32 de canale și are o rezistență foarte bună la impact. Acesta poate fi legat la diverși senzori.

Avantaje: baterie integrată, mare capacitate de memorie flash (Când 10 kHz eșantionare: Timp de înregistrare este de aproximativ 150 s Max)

Concluzii

Organismul uman este capabil să reziste la forțe de impact remarcabile dacă este protejat adecvat printr-un mecanism de reținere astfel sa nu fie accidentat. Constructorii de vehicule pot extinde rata de supraviețuire prin mijloace inteligente de protecție a ocupanților.

Manechinele utilizate în cadrul testelor de accidente au început sa fie utilizați de la începutul anilor 1930 și pană până în prezent au ajuns destul de avansați încât cercetătorii primesc datele necesare pentru contracția a noi dispozitive pentru protecția atât a ocupanților vehiculelor cât și a pietonilor. Cele mai utilizate în prezent sunt modele Hybrid III, BioRID II și SID IIs.

Manechinele utilizează o gamă largă de echipamente de măsurare pentru a obține date cat mai clare legate de forțele și accelerațiile care apar asupra ocupantului în momentul impactului.

CAP. II Studiul teoretic

Antropometria corpului uman

Antropologia este știința care se ocupa de studiul originii, dezvoltării si comportamentului fizic, social si cultural al omului.

Antropometria, ca subdomeniu în cadrul antropologiei, are ca obiect de activitate studiul mărimilor fizice ale corpului uman, pentru utilizarea acestora în clasificările si comparațiile antropologice, precum si tehnicile corespunzătoare de măsurare.

Studiile antropometrice au multiple utilizări: pentru evidențierea evoluției fizice în timp a omului, în medicina, în biomecanica, în sport, prin anumiți parametrii de performanta, în industria vestimentara, în ergonomie, în robotica etc. Cu ajutorul antropometriei pot fi relevate diferențele dintre indivizi si dintre grupurile de indivizi, ținând cont de vârsta, sex, rasa, somatotip etc.

Măsurătorile antropometrice pot fi de tip static si dinamic si ele pot fi efectuate în mod direct, pe cadavru sau pe individul viu, sau în mod indirect, ca de exemplu determinarea densității cu ajutorul tehnicii MRI.

Ca si biomecanica, antropometria utilizează plane, axe si poziții relative de măsurare, reprezentate în figurile 2.1, 2.2 și 2.3.

Fig.2.1 Plane de referința

Fig.2.2 Axe de referința

În figura 2.3, pozițiile relative ale punctelor sunt:

· A este proximal față de B;

· B este proximal față de C;

· A este proximal față de C;

· C este distal față de B;

Plan Transversal Plan Frontal Plan Sagital 4

· B este distal față de A;

· C este distal față de A.

Fig.2.3 Poziții relative

Măsurătorile antropometrice statice țin cont de o multitudine de factori, precum: vârsta, sexul, rasa, ocupația, perioada istorica, procentajul din interiorul grupului specific de populație etc. Ca mărimi antropometrice statice sunt :

· masuri: înălțime (statura, talie), lungimi, latimi, grosimi;

· distante între articulațiile segmentelor corpului;

· greutate (masa), volum, densitate (masa/volum) ;

· circumferința;

· contur: raze de curbura;

· centru de greutate;

· dimensiuni îmbrăcat fata de dezbrăcat;

· dimensiuni în picioare fata de șezând.

În biomecanica, câteva dintre mărimile antropometrice statice sunt mai importante, datorita multitudinii de aplicații pe modele analizate în planele sagital si frontal: lungimile segmentelor corpului, pozițiile centrelor de masa segmentare, densitatea segmentară.

Când se studiază mișcările diferitelor segmente sau ale întregului corp uman si fata de planul transversal, atunci trebuie luate în considerare si celelalte mărimi antropometrice statice corespunzătoare.

Lungimile segmentelor corpului uman, având ca repere de măsura fie centrele articulațiilor, fie capetele segmentare, se pot calcula funcție de înălțimea întregului corp (talia). În figura 2.4 este reprezentata o schema generala de calcul pentru unele mărimi (în special lungimi) segmentare.

Fig.2.4 Calculul unor mărimi segmentare

Valori procentuale din lungimile segmentelor pentru determinarea poziției centrelor de masa segmentare sunt date în reprezentarea din figura 2.5

Fig.2.5 Centrele de masa prin valori procentuale

Pentru determinarea pozițiilor centrelor de masa, folosind măsurătorile directe pe cadavru si asemănarea geometrica, sunt date în literatura de specialitate dimensiuni segmentare, precum cele reprezentate în figura 2.6.

Fig.2.6 Dimensiuni segmentare

Mărimile antropometrice dinamice se determina pentru un corp aflat în mișcare si ele sunt, în general, de tipul: dimensiuni segmentare ajustate (corectate) funcție de mișcarea analizata, momente de inerție si raze de girație. La determinarea valorilor parametrilor antropometrici dinamici trebuie sa se tina cont de următoarele doua principii:

· principiul estimării – conversia mărimilor statice în mărimi dinamice trebuie sa tina cont de observațiile experimentale: de exemplu, statura corpului în regim dinamic este de aproximativ 97 % din înălțimea staturii statice, iar lungimea brațului în regim dinamic poate atinge 120 % din lungimea statica a brațului);

· principiul însumării – întregul corp participa la determinarea valorilor parametrilor antropometrici dinamici: de exemplu, la calculul lungimii brațului în regim dinamic se însumează lungimea brațului în regim static, mișcarea umărului, rotația parțiala a trunchiului si spatelui si mișcarea mâinii. Momentele de inerție si razele de girație se vor analiza distinct în cele ce urmează datorita importantei acestora în analizele biomecanice privind dinamica corpului uman.

Clasificarea manechinelor

În cadrul testelor de impact cu autovehicule cel mai utilizat rămâne manechinul de tip Hybrid III cuantila 50. Aceste teste sunt efectuate de programe de siguranța precum Euro NCAP( European New Car Assessment Programme) acesta fiind un program european de evaluare a performanțelor în domeniul siguranței auto. El este asemănător cu cel american denumit NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration).

Ambele programe folosesc aceleași modele principale de manechini,manechini care se clasifică astfel:

Pentru impacturi frontale

Hybrid III cuantila 5th manechin femeie

Fig.2.7 Hybrid III 5th

Manechinul Hybrid III 5th femeie a fost dezvoltat prima oara de către First Technology Safety Systems și de Society of Automotive Engineers (SAE) Biomechanics Subcommittees. Manechinul reprezintă cel mai mic segment al populației adulte și derivate din datele scalate de la Hybrid III cuantila 50th bărbat.

Hybrid III cuantila 50th manechin bărbat

Fig.2.8 Hybrid III 50th

Hybrid III cuantila 50th manechin bărbat de testare este cel mai utilizat pe scară largă în lume, pentru evaluarea sistemelor de reținere de siguranță pentru automobile în testele de coliziune frontală.

Hybrid III cuantila 95th manechin bărbat mare

Fig.2.9 Hybrid III 95th

Hybrid III cuantila 95 Mare Bărbat este în prezent la nivel constructie D, a fost inițial dezvoltat de First Technology Safety Systems (then Humanetics) și de Society of Automotive Engineers (SAE) Biomechanics Subcommittees, CDC și Ohio State University.

Manechinul reprezintă cel mai mare segment al populației adulte și se bazează pe studii antropometrice din Statele Unite ale Americii . Răspunsurile impact biomecanice sunt derivate din funcțiile aplicate pe Hybrid III 50th dar scalate.

Hybrid II cuantila 50th manechin bărbat

Fig.2.10 Hybrid II 50th

Hybrid II cuantila 50th Barbat de testare , proiectat inițial de Alderson Research Laboratories, a fost modificat de către General Motors și National Highway Traffic Safety Administration(NHTSA), folosind piese de la Sierra Engineering și Alderson. Acest manechin a fost capabil de a genera date de testare cu suficientă biofidelitate pentru a fi utilizat pentru testarea automobilelor.

Pentru impacturi laterale

SID IIs manechin mic pentru impact lateral

Fig.2.11 SID IIs

SID-IIs mic manechin de impact lateral(pronunțat SID-2-uri) este un nou manechin crash test pentru a evalua în mod special sistemele de protecție la impact lateral autovehicule avansate, airbag-uri laterale în special.

ES-2 manechin impact lateral

Fig.2.12 ES-2

ES-2 manechinului de coliziune laterală este următoarea generație a manechinului EuroSID1, care include multe îmbunătățiri recomandate de utilizatori și autoritățile de reglementare din întreaga lume.

ES-3re manechin impact lateral

Fig.2.13 ES-2re

ES-2re reprezintă un mascul percentila 50th adult, fără antebrațe. Masele și inerție de componentele manechinului sunt bazate pe date cunoscute antropomorfe.

SID-H3 manechin

Fig.2.14 SID-H3

SID-H3 manechinului combină corpul SUA DOT SID cu capul și gâtul de la manechinul H3-percentila 50 Male. Un nou suport gât a fost proiectat pentru SID-H3, în scopul de a susține înălțimea așezat de la US DOT SID. Tampoanele de spumă din umăr au fost, de asemenea, revizuite.

Pentru impacturi din spate

BioRID II

Fig.2.15 BioRID II

BioRID-II a fost creat pentru a evalua restricțiile de siguranță într-un scenariu de impact din spate, după testări extinse pe modele false anterioare au indicat o lipsă acută de biofidelitate. Trăsătură distinctivă a manechinului BioRID-II este coloana sa vertebrală, care constă din 24 de vertebre separate: 5 lombare, 12 toracice, și 7 de col uterin. O combinație de șaibe de torsiune, bare de protecție uretan, și simulări musculare cu arcuri va oferi performanță biofidelă. Coloana vertebrală este instalată în interiorul un sacou de silicon oferind legături cu pini la vertebra si o vezica de apă completă în regiunea abdominală.

Manechinul Hybrid III

Este cel mai utilizat model deoarece este considerat a avea o biofidelitate excelentă și foarte bine instrumentat. Revizuirile recente au îmbunătățit biofidelitatea în zona femurului, gleznei si piciorului. Manechinul poate fi de asemenea folosit în multe aplicații non-auto, cum ar fi scaune cu rotile și echipamente medicale și sportului.

Fig.2.16 Hybrid III 50th percentile bărbat

Caracteristici:

Toracele superior

Toracele este compus din: ansamblu umăr-braț, coaste și ansamblu torace-gât. Coastele, 6 la număr, sunt construite dintr-un oțel de înaltă calitate și dintr-un polimer pe bază de material cu amortizare foarte bună pentru a simula forța de deformare asemănătoare cu cea care apare în cazul omului.

Fig.2.17 Ansamblu coaste – componente

Fiecare coastă este compusă din componente anatomice la stânga și dreapta într-o porțiune continuă deschise la stern și ancorate la partea din spate a coloanei vertebrale toracice.

Fig.2.18 Ansamblu torace – componente

Componenta principala a toracelui, piesa metalică, este elementul de legătura principal al manechinului, acesta cuprinde prinderea gâtului, umerilor, brațelor și coloanei. De asemenea toracele găzduiește principala aparatura de măsurare a accelerațiilor, forțelor dar și a deformațiilor suferite de coaste mulțumită traductorului de deformații.

Ansamblu stern conectează la partea din față a coastelor și include un cursor pentru potențiometrul rotativ de deformare în piept. Unghiul dintre gât și toracele superior este determinat de construcția suportul gâtului, care poate încorpora un traductor de gât cu șase axe.

În figura 2.19 este reprezentat ansamblul umarului, acesta este legat la partea superioară a toracelui și face legatura între torace și brațe. Acesta permite brațelor o mișcare de rotație, dar și o mișcare de pivotare.

Fig.2.19 Ansamblu umăr – componente

Toracele inferior (bazinul)

Bazinul este format din coloana vertebrală fabricată dintr-un cilindru de cauciuc lombar care oferă o mișcare asemănătoare unui om așezat pe scaun. Pe aceasta se montează o celulă de forță pe 3 axe.

Pelvisul este format dintr-o piele vinilică, având pe interior un strat de spumă care acoperă o piesă turnată din aluminiu. Picioarele sunt conectate la bazin prin 2 piese cu cuple sferice pentru a simula mișcare asemănătoare cu cea a omului.

Fig.2.20 Ansamblu bazin – componente

Femurul, tibia și glezna pot fi construite pentru produce fracturi ale oaselor și ruperea ligamentului la femur a genunchiului. Piciorul si glezna simulează compresia călcâiului și gama de mișcare a gleznei.

Fig.2.21 Ansamblu glezna – componente

Echipamentele utilizate pe Hybrid III

Manechinul Hybrid III utilizează o gamă largă de echipamente de monitorizare și înregistrare pentru a furniza cat mai detaliat efectele care au loc în momentul impactului. Aceste echipamente sunt poziționate în diferite componente are manechinului, astfel în următorul tabel avem poziționarea și descrierea lor:

Tabelul 2.1

Greutați de asamblare

În tabelul următor sunt descrise greutățile componentelor manechinului:

Tabelul 2.2

Dimensiuni externe

Dimensiunile componentelor manechinului sunt date în tabelul următor:

Tabelul 2.3

Concluzii

Antropometria, ca subdomeniu în cadrul antropologiei, are ca obiect de activitate studiul mărimilor fizice ale corpului uman, pentru utilizarea acestora în clasificările si comparațiile antropologice, precum si tehnicile corespunzătoare de măsurare.

Hybrid III 50th manechin bărbat de testare este cel mai utilizat pe scară largă în lume, pentru evaluarea sistemelor de reținere de siguranță pentru automobile în testele de coliziune frontală.

Este cel mai utilizat model deoarece este considerat a avea o biofidelitate excelentă și foarte bine instrumentat. Revizuirile recente au îmbunătățit biofidelitatea în intervalul femur de mișcare și de glezna si picior. Manechinul poate fi de asemenea folosit în multe aplicații non-auto, cum ar fi scaune cu rotile și echipamente medicale și sportului.

Toate echipamentele montate pe manechin trebuie atent calibrate pentru a furniza date cat mai exacte.

CAP. III Construcția manechinului

Obiectivele cercetării

Scopul lucrării a fost construcția unui dispozitiv antropomorfic destinat încercărilor experimentale în cadrul accidentelor rutiere. Manechinul se vrea a fi o replică a modelului folosit pe scara largă și anume, Hybrid III cuantilă 50 bărbat. S-a ales acest model deoarece este utilizat pe scara larga în toate tipurile de impacturi.

Fig. 3.1. Manechinul propriu

Rolul manechinului

Rolurile pe care trebuie sa le îndeplinească acesta sunt următoarele:

Biofidelitate – acest rol constă în a imita foarte bine caracteristicile antropomorfice dimensionale și funcționale ale corpului uman în vederea testelor experimentale de impact;

Fiabilitatea – constă în asigurarea repetabilității testelor, de a fi construit dintr-un material rezistent pentru creșterea rezistenței la impact.

Manechinul se vrea a fi primul manechin construit în România. În figura 3.1 este prezentat modelul construit;

Mentenabilitatea – acesta e rolul de a putea fi reparat ușor și a asigura schimbarea componentelor;

Un alt rol este de a fi utilizat în diferite tipuri de teste:

ocupant ( utlizat în impact frontal, impact lateral, impact spate, impact decalat la un unghi);

pieton;

biciclist;

motociclist.

Funcționalitatea manechinului

Manechinul trebuie să permită montarea senzorilor de șoc, de presiune, de deplasare care să preia măsurarea parametrilor pe toate direcțiile .

Forma și proprietățile ale maselor diferitelor componentelor ale manechinului trebuie să corespundă cu cele umane.

Articulațiile vor fi construite simplificat, pentru a le imita pe cele umane, dar rezistente la diferitele tipuri de impact. Mișcarea articulațiilor trebuie să țină seama de limitele de deplasare și de libertate ale articulațiilor umane. Tot ele trebuie să permită reglarea rigidităților ( reglajul se face prin strângere cu șurub-piuliță). Limitele de deplasare unghiulare a articulațiilor se vor lua în calcul încă din faza de proiectare.

Componentele manechinului nu trebuie să fie destructibile în momentul impactului, însă în cazuri speciale, acestea pot fi înlocuite cu elemente destructibile pe baza căreia se pot se pot determina parametri de forță, tensiune și moment. De asemenea, componentele sale trebuie sa fie interschimbabile.

Producția manechinului trebuie sa fie repetitivă, pentru acest scop trebuie păstrate toate matrițele și reparate în caz de deteriorare, sau de construcția unora noi.

Parametrii constructivi ai manechinului

Caracteristici antropometrice ale populației

În tabelul 3.1 sunt prezentate dimensiunile antropometrice ale populației, atât la bărbați cât și la femei.

Tabelul 3.1

(x)se adauga grosimea încălțămintei

(xx) măsurători pe oameni îmbrăcați

Construcția manechinului

Construcția parților componente cuprinde următoarele elemente, menționate în figura 3.2.

Fig.3.2 Componentele manechinului

Orarul calendaristic al construcției manechinului

Capul

Capul a fost inițial fabricat din lut, folosit pentru fabricarea matriței ulterioare.

Fig.3.3 Capul inițial din lut

Modelul de lut a fost utilizat pentru obține matrița din ipsos, în următoarele figuri este ilustrat procesul de fabricare al matriței.

Fig.3.4 Trasarea planelor de separare

Fig.3.5 Procesul de turnare a capului

În urma procesului de turnare, va rezulta matrița capului:

Fig.3.6 Matrița pozitivului capului

Această matriță s-a utilizat pentru obținerea pozitivului.

Fig.3.7 Capul de pozitiv

Fig.3.8 Capul schelete

Fig.3.9 Capul final din silicon

Gâtul

Gâtul este construit din aluminiu și cauciuc cu un cablu de centrare. Construcția gâtului a fost efectuată prin prelucrarea mecanică a aluminiului și prin turnare a cauciucului.

Fig.3.10 Ansamblul gâtului

Fig.3.9 Prelucrarea gâtului

Toracele

Toracele este construit din țeavă de oțel, OLC 37, având posibilitatea de a modifica înălțimea manechinului și articulație pentru a modifica unghiul de înclinare a manechinului. Coastele sunt construite din platbanda, fiind 6 la număr de dimensiuni diferite.

Fig.3.10 Construcția toracelui din lut

Fig.3.11 Turnarea toracelui în ipsos

Fig.3.12 Matrița din ipsos a toracelui

Fig.3.13 Structura din silicon a toracelui

Fig.3.14 Construcția scheletului toracelui

Fig.3.15 Ansamblul final al toracelui și coastelor

Brațele

Scheletele brațelor manechinului sunt construite din țevi, din material OLC37, având la capete articulații de tip furcă. Acestea sunt acoperite cu silicon special pentru a imita caracteristicile brățelelor umane. În următoarele figuri este prezentat modul de obținere a matrițelor pentru turnarea siliconului.

Fig.3.16 Construcția pozitivului din lut și trasarea planelor de separație

Fig.3.17 Turnarea pozitivului în ipsos și obținerea matriței

Fig.3.18 Construcția scheletelui brațelor, rectificarea țevii

Fig.3.19 Turnarea siliconului și obținerea formei finale

Antebrațele

Scheletul antebrațelor e asemănător cu cel al brațelor, diferența semnificativă fiind forma și lungimea piesei finale.

Fig.3.20 Construcția pozitivului din lut și obținerea matrițelor din ipsos

Fig.3.21 Turnarea siliconului și obținerea formei finale

Mâinile

Măinile sunt confecționate din oțel gros, OLC37 iar degetele fiind din sârmă de cupru pentru a oferi o flexibilitate bună. Mainile sunt acoperite cu un strat de silicon. La obținerea matrițelor pentru silicon nu s-a mai folosit un model pozitiv din lut , în schimb s-a utilizat un voluntar. În următoarele figuri sunt prezentate procesele de obținere a matriței, dar și forma scheletelui.

Fig.3.22 Obținerea matriței din ipsos

Fig.3.23 Scheletele mâinilor

Fig.3.24 Turnarea siliconului și obținerea formei finale

Bazinul

Bazinul este format din 2 elemente, partea de schelete metalic și coloana vertebrală. Scheletele metalic este confecționat din oțel, OLC 37, sudat și coloana este confecționată din cauciuc turnat de formă cilindrică. În următoarele figuri sunt prezentate procese de obținere a scheletului și matrițelor pentru silicon.

Fig.3.25 Construcția bazinului din lut și turnarea matriței din ipsos

Fig. 3.26 Scheletele bazinului și coloana

Fig.3.27 Turnarea siliconului în matriță

Fig.3.28 Forma finală din silicon

8. Coapsele

Coapsele sunt construite din țeavă groasă, din OLC 37, la capete având articulații cilindrice de tip furcă, sudate, având doar 2 grade de mobilitate. La exterior sunt acoperite cu silicon, de forma umană. În următoarele figuri este prezentat procesul de matrițare dar și scheletele metalic.

Fig.3.29 Pozitivul din lut și matrițele din ipsos

Fig.3.30 Scheletele metalic al coapselor

Fig.3.31 Turnarea în matricea de silicon și forma finală

9. Gambele

Gambele ca și coapse sunt construite din același oțel, din țeavă cu articulații cilindrice de tip furcă în ambele capete. La exterior sunt acoperite cu o piele siliconica, de formă umană.

În figurile de mai jos sunt prezentate matrițele de turnare a siliconului dar și scheletele metalic.

Fig.3.32 Matrițele de ipsos pentru turnarea siliconului

Fig.3.33 Scheletele metalic al gambelor

Fig.3.34 Turnarea siliconului în matriță și varianta finală

10. Laba piciorului

Scheletele piciorului este construit din oțel gros de calitate OLC45, sudat, acoperit cu silicon. În următoarele figuri sunt prezentate matrițele de ipsos și scheletele metalic.

Fig.3.35 Obținerea matriței din ipsos pentru turnarea siliconului

Fig.3.36 Scheletele metalic a piciorului

Fig.3.37 Obținerea elementului din silicon

Construcția toracelui și bazinului (detaliată)

Scheletele metalic

Scheletele metalic este construit din oțel sudat OLC 37, zincat ulterior. Acesta permite gâtului posibilitatea de a adopta 2 poziții, când manechinul este în picioare și când este pe poziția de așezat. Acest reglaj se realizează prin strângerea unui șurub. Toracele mai permite și ajustarea înălțimii printr-un sistem de 2 elemente culisante cu șurub de fixare. În scheletele metalic este fixată și cutia toracică, alcătuită din 6 coaste fixate în coloană printr-o flanșă. În figurile următoare sunt afișate componentele scheletului.

Fig.3.38 Ansamblul torace-bazin Autocad 3D

Fig.3.39 Toracele și cutia toracică în Autocad 3D

Bazinul este construit din oțel OLC37, țeavă pătrată de grosime 3 mm, iar coloana din cauciuc prinsă în ambele margini de 2 flanșe strânse cu 2 cabluri de oțel

Fig.3.40 Bazinul și coloana Autocad 3D

Fig.3.41 Articulația toracelui Autocad 3D

Construcția scheletului toracelui are următoarel etape:

Tăierea țevii de oțel și găuri

Fig.3.42 Tăierea țevii oțel

Găurirea oțelului pentru instalarea țevii umerilor

Fig.3.43 Gaurirea țevii oțel

Găurirea flanșei gâtului

Fig.3.44 Gaurirea flanșei gâtului

Asamblarea toracelui

Fig.3.45 Ansamblu torace

Construcția articulației toracelui

Fig.3.46 Construcția articulației toracelui

Fig.3.47 Articulația toracelui

Găurirea toracelui pentru prinderea coastelor

Fig. 3.48 Găurirea toracelui

Fig. 3.49 Găurirea toracelui

Montarea suportului pentru accelelometru

Fig. 3.50 Montarea suportului senzorului

Construcția scheletului bazinului și coloana sunt prezentate în următoarele figuri:

Faza inițială a construcției bazinului

Fig. 3.51 Construcția bazinului

Coloana vertebrală, compusă din 2 flanșe și prinsă cu cabluri

Fig.3.52 Coloana vetebrală

Greutăți

Greutațile componentelor sunt următoarele

– Torace: 20 kg

– Bazin: 14 kg

Mobilitatea

Ansamblu torace-bazin oferă mobilitate doar pe o singura axă, axa X, adică 2 rotații. Mobilitatea este în zona flanșei gâtului și în zona coloanei vertebrale. În zona gâtului este permisă o rotație, de +30°,-10° față de origine, iar în zona coloanei o rotație de +30°,-30°.

Fig. 3.53 Axele de rotație

Matrițarea toracelui și bazinului

În faza inițială s-a construit un model din polistiren, pe care a fost ulterior modelat cu lut pentru a obține forma finală umană. Pe această formă din lut s-a turnat ipsos pentru obținerea matriței. Procesul este prezentat în următoarele figuri.

Fig.3.54 Fabricarea suportului toracelui din polistiren

Fig.3.55 Măsurarea și încărcarea suportului de polistiren cu lut pentru obținerea pozitivului

Fig.3.56 Pregătirea planelor se seprația în vederea turnării ipsosulului

Fig.3.57 Turnarea ipsosulului

Fig.3.58 Scoaterea lutului și obținerea matriței din ipsos

Pentru obținerea matriței bazinului s-a utilizat același proces ca și la celelalte piese și anume: construcția pozitivului din lut, pe urmă amplasarea planelor de separație și în final turnarea ipsosului. În următoarele figuri este prezentat acest proces.

Fig.3.59 Formarea pozitivului din lut si montarea planelor de separație

Fig.3.60 Turnarea pozitivului în ipsos

Fig.3.61 Extragerea matriței

Siliconarea toracelui și bazinului

La faza de siliconare s-a utilizat un silicon special, compus din 2 componente, BAZA și CATALIZATOR, amestecate cu atenție și turnate în fir subțire în matrițe. Matrițele fiind închise prin prindere cu siguranțe de plastic și etanșate cu lut.

Fig.3.62 Pregătirea siliconului

Fig.3.62 Pregătirea și turnarea bazinului

Fig. 3.63 Turnarea bazinului

Fig.3.64 Extragerea bazinului din matriță

Fig.3.65 Produsul final

Pentru torace s-a utilizat un interior de polistiren deoarece elementul din silicon este ca o vestă, acoperind piesele de metal, și trebuie sa fie demontabilă.

Fig.3.66 pregătirea și turnarea siliconului

Fig.3.67 Extragerea toracelui din matriță

3.3. Concluzii

În urma construcției manechinului se pot relata următoarele concluzii:

Proiectarea și construcția pieselor a decurs conform programei stabilite, astfel manechinul a fost construit la timp și testat în cadrul testelor experimentale;

Datorită lipsei de instituții care efectuează prelucrări mecanice în zona Brasovului, unele componente au fost realizate în alte instituții zone din țară, după cum urmează:

capul a fost turnat în aluminiu la SC Grup Romet SA Buzău;

gâtul și coloana vertebrală au fost executate în cadrul firmei SC Tecnostar SA Focșani;

articulațiile brațelor și picioarelor au fost executate în cadrul firmei SC Electroargeș SA și SC Hidroelectrica SA Curtea de Argeș;

Scheletele metalic, matrițele manechinului și siliconul turnat au fost construite de către echipa în cadru institutului CDI PRODD;

Siliconul a fost special selectat pentru manechin având proprietăți de eleasticitate foarte bune și o rezistențe la uzură buna, acesta fiind achiziționat de la firma SC Best-Tools SRL;

Senzorii au fost procurați din cadrul laboratorului de reconstrucție a accidentelor (Trușcă Daniel și George Togănel);

CAP. IV Metodele cercetării experimentale

4.1. Obiectivele studiului

Acest studiu a fost efectuat datorită faptului că fenomenele de coliziune între autovehicule ce sunt date de o diversitate de factori asociați atât construcției automobilelor, condițiilor de desfășurarea a evenimentului cât și de caracteristicile fizice și comportamentale ale ocupanților,necesita utilizarea rezultatelor cercetărilor experimentale alături de modele teoretice asociate coliziunii.

Pentru a determina gradul de vatămane a ocupanților și gradul de deformație a autovehiculelor au fost relatate următoarele obiecte ale studiului experimental:

Efectuarea unei coliziuni de tip vehicul-vehicul;;

Determinarea amplitudinii avariilor autovehiculelor după impact;

Determinarea cinematicii autovehiculelor pe durata impactului;

Determinarea cinematicii ocupantului pe durata impactului;

4.2. Stabilirea scenariul de încercare

Pentru efectuarea experimentului au fost pregătite:

un poligon de încercări;

un autovehicul marca Audi 200;

un autovehicul marca Dacia Solenza;

un manechin de testare aflat in vehiculul staționat;

aparatură pentru înregistrarea cinematicii manechinului;

aparatură pentru înregistrarea accelerațiilor autovehiculelor;

Pentru a asigura siguranța participanților la experiment au fost luate următoarele măsuri de protecție:

anunțarea cu două zile înaintea testelor a proprietarilor autovehiculelor ce erau parcate in incinta poligonului de testare , cu rugămintea de a elibera parcarea la data stabilită;

izolarea poligonului de încercări prin împrejmuirea cu bandă de delimitare;

desemnarea unei echipe responsabilă cu menținerea publicului în afara zonei de testare si a invitaților la o distanță sigură pentru a preveni atât accidentarea acestora cât si alterarea probelor;

asigurarea spațiului necesar opririi autovehiculelor;

utilizarea unor dispozitive de frânare comandate la distanță;

4.3. Pregătirea autovehiculelor

Pentru efectuarea testelor propuse au fost utilizate trei autoturisme și un manechin destinat testelor de impact:

Audi 200 – staționat cu manechinul ocupant la bord;

Dacia Solenza – în mișcare;

BMW X3 – autovehicul de tractare

Fig. 4.1 Pregătirea autovehiculului Audi 200

Fig. 4.2 Poziționarea manechinului în autovehicul

Fig. 4.3 Pregătirea manechinului, poziționat ca ocupant în Audi

Fig. 4.4 Pregătirea autovehiculului Dacia Solenza

Pe părțile laterale ale vehiculelor s-au aplicat markeri circulari cu diametrul de 10 cm, de tip EuroNCAP. Roțile celor două vehicule au fost vopsite conform EuroNCAP.

Manechinul a fost amplasat ca și conducător auto, pe partea stangă,fixat prin intermediul centurii de siguranță a autovehiculului.

4.4. Pregătirea echipamentelor

Pentru desfășurarea testelor s-au utilizat următoarele echipamente:

Sistemul de achiziție a datelor GPS DS-5

Fig. 4.5 Echipament GPS

Echipamentul PIC DAQ DSD

Dispune de 3 senzori de măsurare a accelerațiilor axiale și vitezelor unghiulare, 8 canale de intrare analogice cu rezoluție de 12 biți, iar timpul de achiziție poate fi de până la 300 secunde la cea mai mare rată de eșantionare (1 kHz). Stocarea datelor se face pe card de memorie putând fi înregistrate mai mult de 500 de teste.

Fig. 4.6 Echipamentul PIC DAQ DSD

Camera Casio Exilim EX-F1

Casio Exilim EX-F1 este o cameră foto-video care permite înregistrarea imaginilor video în format digital cu viteze de pană la 1200 cadre pe secundă (1200 fps) și a imaginilor foto la rezoluție de până la 2816 x 2112 pixeli.

Camera Nikon Coolpix L22

Camera foto-video digitală Nikon Coolpix L22 a fost utilizată pe durata experimentului ca și cameră secundară montată pe trepied în poligonul de încercări pentru preluarea imaginilor video, dar și pentru fotografiile efectuate în timpul pregătirilor și desfășurării testelor.

Fig. 4.7. Camerele foto-video

Traductor de accelerație piezoelectric PCB 356B20

Fig.4.8 Traductor piezoelectric

S-au folosit un număr de 2 accelerometre de acest tip montate în interiorul manechinului, unul în cap iar al doilea în interiorul toracelui. Scopul lor a fost de înregistrare a accelerațiilor suferite de ocupant în momentul impactului.

4.5. Desfășurarea experimentului

Experimentul s-a desfășurat conform scenariului de impact tip vehicul-vehicul. Etapele desfășurării testului au fost marcate prin următoarele operațiuni și evenimente:

1. înainte de impact:

a fost montat dispozitivul de ghidare al cablului de tractare, și a fost întins cablul;

au fost așezate cele 2 autovehicule în pozițiile inițiale;

a fost așezat manechinul în autovehiculul staționat;

autovehiculul trăgător a fost așezat in poziția de start;

cablul a fost conectat la autovehiculul tras prin intermediul unui lanț si la autovehiculul trăgător printr-un sistem de eliberare rapidă acționat manual;

Fig. 4.9. Dispozitivul de ghidare al cablului de tractare și sistemul de tractare cu eliberare rapidă

pornirea dispozitivele GPS, dispozitivele de înregistrare a accelerațiilor, a fost pornită înregistrarea camerelor video;

s-a pornit derularea vehiculelor după care are loc impactul între autovehicule.

2. după impact:

a fost oprită înregistrarea camerelor video, au fost oprite dispozitivele de înregistrare a accelerațiilor si GPS,

s-a efectuat fotografierea autovehiculelor, a probelor, și s-au realizat măsurătorile necesare;

a fost degajat perimetrul de testare, si curățate resturile produse în urma impactului.

Manechinul a fost scos din vehicul.

Fig. 4.10 Poziția finală a vehiculelor

Fig. 4.11 Analiza deformațiilor

Fig. 4.12 Poziția post-impact a manechinului

4.6. Simularea accidentului în PC-Crash

S-a efectuat o simularea a scenariului de testare prezentat anterior în softul specializat denumit PC-Crash 9.1.

Fig.4.12 Faza de pre-impact

Fig.4.13 Faza de impact

Fig.4.14 Faza de desprinder

Fig.4.15 Faza de post-impact

4.7. Concluzii

După efectuarea impactului anterior se pot enunța următoarele concluzii:

Comportamentul manechinul ca și ocupant a fost bun, mișcările în momentul impactului fiind fidele corpului uman.

Aparatura a funcționat corect, mai puțin senzorii instalați în interiorul manechinului. Aceștia nu au înregistrat datele în momentul impactului datorită unei probleme de conexiune la placa de achiziție;

În urma experimentului nu au fost avariate componentele manechinului, deoarece impactul a avut loc la o viteză destul de mică.

Perimetrul poligonului a fost suficient de mare pentru a nu perturba traficul pietonal și rutier din zona respectivă.

Comportamentul ocupantului din vehiculele simulate în programul PC-Crash este asemănător cu cel al manechinului folosit la momentul impactului.

CAP. V CONCLUZII

În capitolul 1 s-a relatat despre istoria manechinelor, despre toleranțele corpului uman și despre echipamentele utilizate pe manechinele de testare.

Manechinele utilizate în cadrul testelor de accidente au început sa fie utilizați de la începutul anilor 1930 și pană până în prezent au ajuns destul de avansați încât cercetătorii primesc datele necesare pentru contracția a noi dispozitive pentru protecția atât a ocupanților vehiculelor cât și a pietonilor. Cele mai utilizate în prezent sunt modele Hybrid III, BioRID II și SID IIs. Ele au devenit necesare odată cu creșterea numărului de victime în cazul accidentelor rutiere.

Mulți criminaliști au constatat că 70-80% din totalul deceselor și rănirilor grave, survenite datorită decelerările rapide au fost în zona capului și a gâtului.

Organismul uman este capabil să reziste la forțe de impact remarcabile dacă este protejat adecvat printr-un mecanism de reținere astfel sa nu fie accidentat. Constructorii de vehicule pot extinde rata de supraviețuire prin mijloace inteligente de protecție a ocupanților.

Sisteme de restrângere au următoarele roluri:

Menținerea ocupantului în scaun la momentul impactului;

Prevenirea lovirii ocupantului de alte componente ale vehiculului, cum ar fi geamurile laterale, parbrizul ,etc;

Distribuirea forței de impact pe o suprafața mai mare a corpului. Acest rol este foarte important pentru ocupanții din partea frontala a vehiculului;

Fixarea corpului în vehicul, prevenind astfel o mărire a forțelor datorită dezvoltării de viteze relative între vehiculul aflat în decelerare și a ocupanților acesteia (dynamic overshoot).

Manechinele utilizează o gamă largă de echipamente de măsurare pentru a obține date cât mai clare legate de forțele și accelerațiile care apar asupra ocupantului în momentul impactului.

În cadrul capitolului 2 a fost tratate tipurile de manechine utilizate în testele de accidente și s-a efectuat o descriere în detaliu a manechinului Hybrid III cuantilă 50 bărbat. De asemenea s-a tratat și noțiunea de antropometrie.

Antropometria, ca subdomeniu în cadrul antropologiei, are ca obiect de activitate studiul mărimilor fizice ale corpului uman, pentru utilizarea acestora în clasificările si comparațiile antropologice, precum si tehnicile corespunzătoare de măsurare.

În cadrul testelor de impact cu autovehicule cel mai utilizat rămâne manechinul de tip Hybrid III. Aceste teste sunt efectuate de programe de siguranța precum Euro NCAP( European New Car Assessment Programme) acesta fiind un program european de evaluare a performanțelor în domeniul siguranței auto. Acest program este asemănător cu cel american denumit NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration).

Hybrid III 50th manechin bărbat de testare este cel mai utilizat pe scară largă în lume, pentru evaluarea sistemelor de reținere de siguranță pentru automobile în testele de coliziune frontală.

În cadrul capitolului 3 s-a relatat în detaliu construcția manechinului și etapele în care a decurs efectuarea acestuia.

În prima etapă a fost efectuată proiectarea pieselor componente, începând cu capul, gâtul, membrele superioare și inferioare, toracele și terminând bazinul.

A doua etapă a fost construcția matrițelor din gips(ipsos) care au fost folosite pentru părțile corpului manechinului învelite cu silicon.

Etapa a treia a constat în construcția scheletului metalic al manechinului, acesta fiind alcătuit din:craniu, gât, toracele, coastele, bazinul, membrele superioare și inferioare, mainile, picioarele și coloana vertebrală.

Etapa a patra a constat în acoperirea scheletului metalic cu stratul din silicon în matrițele executate din gips, și asamblarea finală.

În urma construcției manechinului se pot relata următoarele concluzii:

Proiectarea și construcția pieselor a decurs conform programei stabilite, astfel manechinul a fost construit la timp și testat în cadrul testelor experimentale;

Datorită lipsei de instituții care efectuează prelucrări mecanice în zona Brasovului, unele componente au fost realizate în alte instituții zone din țară, după cum urmează:

capul a fost turnat în aluminiu la SC Grup Romet SA Buzău;

gâtul și coloana vertebrală au fost executate în cadrul firmei SC Tecnostar SA Focșani;

articulațiile brațelor și picioarelor au fost executate în cadrul firmei SC Electroargeș SA și SC Hidroelectrica SA Curtea de Argeș;

Scheletele metalic, matrițele manechinului și siliconul turnat au fost construite de către echipa în cadru institutului CDI PRODD;

Siliconul a fost special selectat pentru manechin având proprietăți de eleasticitate foarte bune și o rezistențe la uzură buna, acesta fiind achiziționat de la firma SC Best-Tools SRL;

Senzorii au fost procurați din cadrul laboratorului de reconstrucție a accidentelor (Trușcă Daniel și George Togănel);

În capitolul 4 s-a efectuat partea experimentală și de cercetare a impactului vehicul-vehicul având ca ocupant manechinul construit.

După efectuarea impactului se pot trage următoarele concluzii:

Comportamentul manechinul ca și ocupant a fost bun, mișcările în momentul impactului fiind fidele corpului uman.

Aparatura a funcționat corect, mai puțin senzorii instalați în interiorul manechinului. Aceștia nu au înregistrat datele în momentul impactului datorită unei probleme de conexiune la placa de achiziție;

În urma experimentului nu au fost avariate componentele manechinului, deoarece impactul a avut loc la o viteză destul de mică.

Perimetrul poligonului a fost suficient de mare pentru a nu perturba traficul pietonal și rutier din zona respectivă.

Comportamentul ocupantului din vehiculele simulate în programul PC-Crash este asemănător cu cel al manechinului folosit la momentul impactului.

Bibliografia

http://www.humaneticsatd.com/about-us/dummy-history

http://www.ancap.com.au/starratings

http://en.wikipedia.org/wiki/Crash_test_dummy

http://ftp.rta.nato.int/public/PubFullText/RTO/EN/RTO-EN-HFM-113/EN-HFM-113-06.pdf

http://www.faa.gov/data_research/research/med_humanfacs/oamtechreports/1960s/media/AM65-20.pdf

http://www.kistler.com/us/en/applications/vehiclesafety/products

http://www.kyowa-ei.co.jp/eng/product/automobile/crash

http://www.mec.tuiasi.ro/diverse/Indrumar_lucrari_aplicative-Biomecanica.pdf

Bibliografia

http://www.humaneticsatd.com/about-us/dummy-history

http://www.ancap.com.au/starratings

http://en.wikipedia.org/wiki/Crash_test_dummy

http://ftp.rta.nato.int/public/PubFullText/RTO/EN/RTO-EN-HFM-113/EN-HFM-113-06.pdf

http://www.faa.gov/data_research/research/med_humanfacs/oamtechreports/1960s/media/AM65-20.pdf

http://www.kistler.com/us/en/applications/vehiclesafety/products

http://www.kyowa-ei.co.jp/eng/product/automobile/crash

http://www.mec.tuiasi.ro/diverse/Indrumar_lucrari_aplicative-Biomecanica.pdf