Constructia Unui Manechin Destinat Testelor Experimentale de Impact

LUCRARE DE LICENȚĂ

CONSTRUCȚIA UNUI MANECHIN DESTINAT TESTELOR EXPERIMENTALE DE IMPACT

1. INTRODUCERE
1.1. Noțiuni generale privind accidentele

1.2. Clasificarea accidentelor

1.3. Rolul încercărilor experimentale

1.4. Stadiul actual al cercetărilor experimentale

1.5. Utilitatea manechinelor în testele experimentale

Scurte concluzii (15 rânduri)

2. MANECHINE DESTINATE ÎNCERCĂRILOR EXPERIMENTALE (20-25 pag)

2.1. Clasificarea manechinelor
2.2. Construcția manechinelor

2.3. Cinematica mișcarea ocupantului

2.4. Vătămări și criterii de vătămare

2.5. Noțiuni privind antropometria umana

Scurte concluzii (15 rânduri)

3. METODOLOGIA DE COSTRUCȚIE A UNUI MANECHIN (20-25 pag.)

3.1. Stadiul actual al manechinului

3.2. Obiectivele recondiționării

3.3. Etapele procesului de recondiționare

3.4. Proiectarea și execuția elementelor componente metalice

3.5. Pregătirea matrițelor și turnarea stratului acoperitor

3.6. Senzori și echipamente de măsurare

Scurte concluzii (25 rânduri)

4. STUDIU EXPERIMENTAL (20-30 pag)

3.1. Obiectivele studiului experimental
3.2. Scenariul de testare

3.3. Pregătirea experimentului

3.4. Desfășurarea experimentului

3.5. Achiziția prelucrarea și analiza datelor

Scurte concluzii (25 rânduri)

5. CONCLUZII (3-4 pag)

Concluzii pe capitole
Contribuții personale
Direcții viitoare de cercetare

1. INTRODUCERE

1.1 Noțiuni generale privind accidentele

Prin noțiunea de „accident” întelegem ca fiind un eveniment ce se petrece în mod întamplator și neprevazut care poate cauza sau duce la rănirea ori la moartea persoanelelor implicate în accident sau avarierea ori distrugerea lucrurilor, vehiculelor din accident.

Din punct de vedere juridic, termenul de accident se referă în majoritatea cazurilor la omor fără voie.

În ceea ce privește noțiunea de accident de circulație, acesta poate fi definit drept un eveniment produs pe drumurile publice, constând din coliziunea a două sau mai multe vehicule, ori a unui vehicul cu un alt obstacol, lovirea sau călcarea pietonilor , având ca rezultat vătămarea integrității corporale sau moartea unei persoane, pagube materiale, precum și stânjenirea circulației.

Circulația rutieră este un fenomen a cărui existență concură mai multe elemente componente dintre care cele mai importante sunt: omul, vehiculul, drumul și legislația corespunzătoare domeniului sau care are influență asupra sa. Desfășurarea normală a traficului rutier presupune existența unei tipologii determinate de relații între elementele componente. Perturbările apărute în interacțiunea dintre elemente constituie efectivul sau materializarea alterării relațiilor dintre factorii care concură la realizarea circulației rutiere ca fenomen dinamic al vieții sociale.

O parte din evenimentele negative produse pe drumurile publice sunt denumite generic accidente de circulație.

În accepțiunea dicționarului limbii Române, prin accident se înțelege o întâmplare neprevăzută care poate provoca o avarie, sau rănirea ori moartea unei persoane. Interpretând din punct de vedere juridic, această definiție trebuie să acceptăm sensul corespunzător căruia întâmplarea nu a fost prevăzută deși putea și trabuia să fie, întrucât, altfel ar însemna să fim de acord cu faptul că accidentul în general, este imprevizibil și prin urmare, încă de la început nu s-ar mai pune problema tragerii la răspundere a celor care au concurat la producerea sa.

1.2 Clasificarea accidentelor

O casificare complexa asupra accidentelor ar fi :

Dupa gravitatea vătamarii persoanelor aflate în accident :

Decedată – persoana care a murit la locul accidentului sau datorită rănilor suferite în momentul impactului.

Ranită grav – persoana care a suferit o traumă permanentă (imfirmitate fizică, comoții, pierderea unui organ, leziuni grave ce necesită spitalizare și tratament medical) sau a decedat dupa 30 de zile de la data accidentului.

Ranită ușor – persoana ce a suferit răni secundare cum ar fi luxații sau contuzii.

După tipul coliziunii :

Vehicul – vehicul

Vehicul – mediul înconjurator

Vehicul – pieton

După configurația impactului:

La impacul vehicul – vehicul:

Impact frontal

Impact lateral

Impact din spate

Impact oblic

După factorul determinant în producerea accidentului:

Factorul uman

Autovehicul

Factorii de mediu

Accidentul de trafic rutier este un fenomen ce se află în plină desfasurare și foarte activ iar de la o zi la alta numarul acestora crește considerabil.

Conform datelor utilizate de Ministerul Administrației și Internelor prin Inspectorul General al Poliției, situația accidentelor rutiere din Romania a suferit o creștere foarte mare în perioada 2006-2008 acest fapt explicandu-se prin lipsa luării unor masuri legislative privind circulația rutieră și totodată neaplicarea corespunzatoare a normelor legislative existente , iar aces fenomen a continuat sa capete o amploare tot mai mare pe parcursul urmatorilor ani până în prezent.

1.3 Rolul încercărilor experimentale

1.3.1 Sistemul Euro NCAP

Euro NCAP (Programul european de evaluare a autovehiculelor noi) a fost fondată în anul 1997, în scopul de a reduce cantitatea de accidente rutiere prin utilizarea unor sisteme și dispozitive inovatoare și testarea acestora în situații reale. Rezultatul a fost o reducere foarte mare a accidentelor de la înființarea sa. Ele oferă, de asemenea, unele informații suplimentare cu privire la care sunt cele mai sigure branduri de mașini și modele evaluandu-le cu "Euro NCAP Stars".

Testele și sistemele care vor fi explicate sunt:

– frânare de urgență automata (AEB)

– Impact frontal

– impact lateral cu o alta masina

– impact lateral cu un pol fix

-Fracturare( Whiplash)

Frânare de urgență automată (AEB)

Este un sistem dezvoltat pentru a evita accidente auto declanșând frânarea automată a mașinii. Sistemul constă dintr-o frână automată (conectat la aparate foto frontale și senzori) sau o funcție de avertizare, coliziune înainte, în funcție de categoria de AEB și a situației.

Există două categorii diferite în interiorul AEB:

AEB Oraș:

Acest tip de sistem este folosit în situații de viteză mică (până la 50 km / h) pe care o putem avea în interiorul unui oraș. În aceste cazuri, conducătorul auto nu are suficient timp pentru a reacționa, deoarece distanțele dintre mașini sunt de obicei foarte mici. De aceea, sistemul de frânare automată este acolo, pentru a frâna instantaneu în cazul în care conducătorul auto este distras. Pentru acest test este folosit un vehicul țintă din cadrul Euro NCAP,

AEB Inter-urban:

Pentru viteze mai mari (de până la 80 km / h), Euro NCAP evaluează frânarea automată și funcția de avertizare a coliziunei în trei situații diferite:

– Conducerea către un vehicul oprit.

– În apropierea unui vehicul mai lent din față.

– Având o mașină în față care franează brusc.

Sistemul de frânare automată este testat atunci când vehiculul din față circulă mai lent sau începe să frâneze. Chiar dacă sistemul nu poate opri complet masina, se va reduce daunele și participanții la trafic de posibilile leziuni suferite.

Despre funcția de avertizare înaintea coleziunii, un robot va activa imediat frânele în 1.2 secunde după avertismentul. Fig.1.1

Fig. 1.1 Exemplificare a sistemului de frânare automată

Impact frontal

Testul de impact frontal este realizat în scopul obținerii informațiilor despre deformațiile frontală a mașinii și, totodată pentru a evita leziunile pasagerilor în urma accidentului. Aceste leziuni sunt cauzate de contactul între ocupant și părțile deformate ale habitaclului din cauza impactului, astfel încât elementele de siguranță precum airbag, pretensionare a centurilor de siguranță sunt esențiale pentru a reduce forțele impactului.

Testul constă în a conduce masina fixata la viteza de 64 kilometri pe oră spre un bloc de aluminiu. Aluminiul este utilizat pentru a simula deformabilitatea produsa mașinii în față cu o masă asemănătoare cu mașina testată. Suprafața de contact dintre ambele este de numai 40% din lățimea autovehicolului, simulând cel mai comun tip de astfel de coliziuni. fig.1.2

Fig. 1.2. Impact frontal cu un bloc de aluminiu.

Din nefericire, chiar și astăzi, cele mai multe dintre mașini sunt în imposibilitatea de a proteja pasagerii de răniri grave la genunchi și picioare, acestea fiind cele mai sensibile părți ale corpului în aceste accidente fig.1.3

Fig.1.3. 7 Nivelele de protecție conform Euro NCAP

Impact lateral cu o altă mașina

Este al doilea tip din cele mai comune accidente de mașina. Testul se face pentru a știi cum pătrunde pe partea auto. Lovind partea laterală a mașinii cu un obstacol deformabil mobil (MDB) la 50 km / h, se obține avaria deformată laterală. fig 1.4

In zilele noastre tot mai multe mașini sunt echipate cu airbag-uri de impact lateral și acest lucru ajută la reducerea leziunilor pentru acest tip de accident.

Fig.1.4. Impactul lateral cu un obstacol deformabi (MDB).

Impact lateral cu pol fix

Acest impact simulează o coliziune laterală cu elemente înguste fixe, cum ar fi copaci, stâlpi sau corpurile de iluminat. Acesta este efectuat de către apropierea mașinii din lateral la 29 kilometri pe oră spre un pol fix cu diametrul de 254mm Fig.1.5.

Fig.1.5.Impactul lateral cu un pol fix

Cele mai multe accidente de obicei sunt la capul și trunchiul superior, astfel încât airbag-urile de protecție a capului și airbag-urile cortina sunt cele mai comune elemente de siguranță folosite pentru a evita mai multe leziuni. Ele pot reduce între 94 și 98% din leziunile cerebrale grave. Din 2009 acest test este obligatorie pentru toate mașinile și chiar include evaluări cu privire la alte regiuni ale corpului, cum ar fi piept și abdomen. Fig.1.6

Fig.1.6. Imagine interior a mașinei cu elementele de siguranță.

Fracturare (Whiplash)

Fracturarea este una dintre cele mai frecvente leziuni atunci când se produce un impact din spate, dar poate apărea, de asemenea, în cazul unui impact frontal sau secundare. Este practice mișcare bruscă a capului și a gâtului, care duce la o deformare a coloanei vertebrale. Deși este foarte obișnuit, este destul de dificil de a diagnostica și trata, de aceea costurile pentru societatea europeană sunt atât de scumpe (10 miliarde de euro anual). Toate aceste motive au dus la datoria ca Euro NCAP sa dezvolte un test, cu scopul de a reduce acest tip de durere.

În acest test, scaunele auto sunt testate pentru a se asigura reținerea capului și a coloanei vertebrale suficient încât să se evite accidentele grave la nivelul gâtului. Acest lucru se face prin accelerarea scaunul împreună cu un manechin și oprindu-l dintr-o dată. În acest fel, ei dovedesc ca scaunul nu se rupe și nu lasă capul ocupantului și coloana vertebrală neprotejate. Fig.1.7.

Fig.1.7. Dinamica manechinului la impactul din spate

1.4. Stadiul actual al cercetărilor experimentale

Stadiul actual al cercetărilor experimentale sa ajuns la un nivel foarte înalt de a proteja șoferul mașinii cât și pasageri acestuia din punc de vedere al siguranței în trafic, autovehiculul este caracterizat de siguranța activă cât și siguranța pasivă.

Siguranța activă este definită de totalitatea funcțiilor autovehiculului care au rolul de a preveni sau de a evita producerea accidentelor rutiere. Și siguranța pasivă a autovehiculului poate fi definită ca totalitatea funcțiilor unui autovehicul de a proteja viața și integritatea corporală a pasagerilor și a persoanelor din afara autovehiculului (pietoni, bicicliști, motocicliști) atât în timpul accidentului cât și după producerea acestuia.

Principalele măsuri de siguranță activă, deci de evitare a accidentelor, includ perfecționarea sistemelor de direcție, de frânare, de rulare, de semnalizare și de iluminare, dar și perfecționarea unor parametri dinamici care influențează în mod direct siguranța circulației prin evitarea producerii accidentelor, precum: spațiul și timpul minime de demarare, cascaunul nu se rupe și nu lasă capul ocupantului și coloana vertebrală neprotejate. Fig.1.7.

Fig.1.7. Dinamica manechinului la impactul din spate

1.4. Stadiul actual al cercetărilor experimentale

Stadiul actual al cercetărilor experimentale sa ajuns la un nivel foarte înalt de a proteja șoferul mașinii cât și pasageri acestuia din punc de vedere al siguranței în trafic, autovehiculul este caracterizat de siguranța activă cât și siguranța pasivă.

Siguranța activă este definită de totalitatea funcțiilor autovehiculului care au rolul de a preveni sau de a evita producerea accidentelor rutiere. Și siguranța pasivă a autovehiculului poate fi definită ca totalitatea funcțiilor unui autovehicul de a proteja viața și integritatea corporală a pasagerilor și a persoanelor din afara autovehiculului (pietoni, bicicliști, motocicliști) atât în timpul accidentului cât și după producerea acestuia.

Principalele măsuri de siguranță activă, deci de evitare a accidentelor, includ perfecționarea sistemelor de direcție, de frânare, de rulare, de semnalizare și de iluminare, dar și perfecționarea unor parametri dinamici care influențează în mod direct siguranța circulației prin evitarea producerii accidentelor, precum: spațiul și timpul minime de demarare, capacitatea maximă de accelerare în timpul efectuării depășirilor, capacitatea de a frâna pe un spațiu cât mai mic, capacitatea de a controla viteza de deplasare.

S-au conceput și dezvoltat sisteme inteligente pentru autovehicule, cu scopul de a optimiza caracteristicile active de siguranță ale acestora:

ABS (Antilock Brake System) – Sistemul de antiblocare a roților la frânare. A fost patentat în anul 1936 sub denumirea germană AntiBlockierSystem. Sistemul ABS este considerat sistem de siguranță activă pentru că prin folosirea lui scade probabilitatea de coliziune prin mărirea decelerației de frânare și a maniabilității autovehiculului fig. .1.1.

Fig.1.1.Franare sistem ABS

Studiile au arătat că odată cu introducerea sistemului ABS au fost reduse numărul accidentelor fatale cu 24% și numărul celor grave cu 14% pe drumuri umede.

ETC (Electronic Traction Control) – Sistemul de control al tracțiunii sau ASR (Acceleration Slip Regulation) – Sistemul de reglare a alunecării la accelerare. Acesta poate fi considerat “un sistem ABS inversat“, adică un ABS care lucrează în faza de accelerare a autovehiculului și permite o accelerare eficientă, oferindu-i conducătorului un bun control al autovehiculului pe căi cu aderență scăzută fig.1.2.

Fig.1.2 Sistemul de control al

tracțiunii modulator kit

ESP (Electronic Stability Program) – Programul de control electronic al stabilității. Scopul acestui sistem constă în reducerea fenomenelor de derapare, alunecare și patinare. Este oarecum asemănător sistemelor ABS și ETC, diferența constând în faptul că acest la sistem semnalele primite de la senzori sunt monitorizate în permanență și comparate cu cele ale unui model de referință, sistemul oferind un răspuns mult mai rapid. Cercetările întreprinse au demonstrat eficacitatea acestui sistem în reducerea numărului de accidente fatale (cu 34%) și a celorlalte cu 18%

.

Fig. 1.3 Schema de funcționare ESP

EBD (Electronic Brakeforce Distribution) – Sistemul electronic de distribuire a forței de frânare.

BAS (Brake Assist System) – Sistemul de asistare a frânării.

ABC (Active Body Control) – Sistemul de control activ al caroseriei.

În prezent se desfășoară cercetări susținute pentru perfecționarea sistemelor de siguranță activă deja introduse, dar și pentru dezvoltarea altora noi. Cele cu potențialul cel mai mare de a fi introduse în anii următori sunt:

LDW (Lane Departure Warning) – Sistemul de atenționare a depășirii benzii.

BbW (Brake by Wire) – Sistem de fânare cu comandă electronică.

ER (Environment Recognition) – Sistemul de recunoaștere a mediului în care se deplasează autovehiculul.

SbW (Steer by Wire) – Sistemul de direcție cu comandă electronică.

EB (Emergency Brake) – Sistemul de frânare de urgență.

EMB (Electromechanical Brake) – Sistemul de frânare electromecanic.

EMS (Electromechanical Steering) – Sistemul de direcție electromecanic.

PS (Platooning System) – Sistemul de mers în coloană.

HC (Highway Copilot) – Sistemul de deplasare asistată pe autostradă.

CA (Collision Avoidance) – Sistemul de evitare a coliziunii.

AD (Autonomous Driving) – Sistemul de conducere autonomă a autovehiculului.

Evoluția trecută, prezentă și viitoare a potențialul de creștere a siguranței autovehiculului prin introducerea sistemelor de siguranță active și pasive:

Fig 1.4 Evoluția siguranței autovehicolelor

Gradul de siguranță pasivă al autovehiculului se asigură prin:

conceperea unor structuri de securitate ale automobilului, capabile să preia o mare parte din energia disipată în timpul unui impact;

conceperea unor sisteme de reținere optimizate care să protejeze ocupanții în timpul accidentului;

măsuri de protecție pentru participanții la accident din afara autovehiculului (pietoni, bicicliști, etc. loviți);

măsuri de siguranță post-accident.

În ceea ce privește prima grupă de măsuri, s-a constat că gradul optim de protecție a pasagerilor în toate tipurile de impact (frontal, lateral, din spate sau răsturnare) se obține prin construirea unei structuri rigide în jurul habitaclului, structură realizată dintr-un ansamblu de cadre închise, formând așa-numita "colivie de siguranță" (capabilă să asigure spațiul de supraviețuire în cazul unui impact), iar structurile care înconjoară habitaclul se construiesc astfel încât să poată, prin deformare, să preia o mare parte din energia de impact, asigurând integritatea părții centrale și permițând reducerea în interval scurt de timp a decelerațiilor suportate de pasageri (structuri cu deformare controlată).

Exemplu de autoturism construit în concordanță cu principiile de asigurare a siguranței pasive:

Fig.1.5 Măsurile de asigurare a siguranță pasivă în habitaclu

Dezvoltările pe aceste trei direcții au contribuit la diminuarea numărului accidentelor fatale, cu toate că numărul de autovehicule este într-o continuă creștere.

Autovehiculele actuale sunt echipate cu sisteme care au rolul de a reține și a proteja ocupanții împotriva lovirii de componentele habitaclului, în cazul unei coliziuni. O atenție specială a fost acordată sistemelor destinate protejării ocupanților copii, sisteme care sunt asemănătoare celor destinate ocupanților adulți.

Interiorul habitaclului trebuie să fie complet capitonat și să nu prezinte părți proeminente dure, ca posibile surse de rănire ale ocupanților în cazul unui impact. Coloana sistemului de direcție, planșa de bord și parbrizul trebuie ca prin deformare controlată să absoarbă o mare parte din energia de impact, astfel încât să nu provoace leziuni grave asupra pasagerilor din față. În cazul unui impact, parbrizul trebuie să se desprindă către exteriorul autovehiculului și să nu se spargă cu cioburi, desprinderea făcându-se la o forță mai mică decât cea necesară spargerii cutiei craniene umane. De asemenea, habitaclul trebuie să fie izolat de zona unde este montat rezervorul de combustibil, care trebuie să fie anti-incendiu și plasat astfel încât să nu fie expus șocurilor în caz de impact sau răsturnare.

1.5.Utilitatea manechinelor în testele experimentale

Primele manechine antropomorficein au aparut în anul 1940, fabricate de Ted Smith Co., de la Upper Darbz Pa. și au fost folosite de către Forțele Aeriene Militare SUA.

În vederea analizei comportamentului ocupanților habitaclului în timpul coliziunii, inițial au fost utilizate manechine identice cu cele utilizate în vitrinele magazinelor de confecții.

Pentru aprecierea forțelor și accelerațiilor care acționează asupra corpului uman în timpul unui impact se utilizează manechine prevăzute cu traductoare de accelerație și forță, ce permit aprecierea gradului de vătămare. Pentru ca datele obținute cu ajutorul manechinelor să poată fi considerate valabile, este necesar ca acestea să aibă caracteristici cinematice și de impact asemănătoare.

Cu ajutorul acestora era posibil studiul cinematicii ocupanților, însă ele nu furnizau date referitoare la gradul de rănire al oamenilor. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, manechinele au devenit din ce în ce mai sofisticate, ele furnizând o mare cantitate de informații precise cu ajutorul cărora se puteau evalua efectele impacturilor asupra corpului uman. Fig. 1.1

Manechinele utilizate în cadrul testelor de impact sunt replici la scară reală ale ființelor umane, îngreunate și articulate pentru a simula comportamentul unui corp uman în interiorul sau în exteriorul unui vehicul, în timpul derulării unui eveniment rutier, fiind echipate cu aparatură instrumentală pentru a recolta cât mai multe date posibil privind variația unor mărimi fizice precum viteza de impact, forțele de comprimare, de încovoiere și momentul de torsiune a corpului, sau decelerația respectiv accelerația ulterior coliziunii.

Chiar și în ziua de azi acestea rămân indispensabile producerii și dezvoltării noilor modele de vehicule de toate genurile, de la limuzinele de familie până la avioanele de vânătoare.

Manechinul a fost construit cu schelet și înveliș din materiale ce mimează țesutul uman. Scheletul a fost construit din plastic laminat, fibre de sticlă și articulații din oțel inoxidabil. Învelișul era asemănător PVC-ului și putea fi reparat cu o spatulă fierbinte. Toate manechinele de acest tip puteau fi reparate în orice atelier normal.

Fig.1.1 Manechin construit din plastic

laminat, fibre de sticla și articulații din oțel.

Concluzii:

În cadrul lucrării se prezintă evoluția cercetărilor pe plan mondial în cadrul accidentelor de circulație cu implicație pietonală, istoria manechinelor de testare precum și stadiul actual al cercetărilor teoretice și experimentale în domeniu.

Sunt evaluate unele teste de impact cu obstacole fixe și rigide în scopul determinării coeficienților de rigiditate ai caroseriilor vehiculelor, a energiei consumate, a variației vitezei cât și a coeficientului de restituire în coliziune.

Sunt prezentate de asemenea unele programe de simulare a accidentelor de trafic și modul de utilizare a acestora pentru reconstituirea evenimentelor rutiere .

Având în comun folosirea manechinelor de testare sunt structurate două direcții ale domeniului respectiv, și anume creșterea securității pasive a autovehiculelor în ceea ce privește impactul cu pietonii pe de o parte, iar pe de altă parte expertiza accidentelor de circulație în care sunt implicați pietoni.

2.MANECHINE DESTINATE ÎNCERCĂRILOR EXPERIMENTALE

2.1. Clasificarea manechinelor

Manechinele de test sunt dispozitive de test antropomorfe cu dimensiunile, greutatea și articulațiile unei ființe umane, acestea sunt folosite pentru a înregistra date despre comportamentul dinamic al corpului în momentul impactul simulate cu vehiculul. Date cum ar fi: viteza de impact, forța de strivire, curbare, pliere sau cuplul, acestea sunt măsurate pentru a cunoaște reacția organismului uman la accidentele auto.

Când s-au folosit pentru prima dată testele de impact, la sfârșitul anilor 1930, nu erau suficiente cunoștințe despre biomecanică și despre cum se construiesc acest tip de manechine așa că au fost nevoiți să folosesc cadavre pentru a cunoaște efectele reale ale accidentelor asupra organismului uman. Cu timpul, s-a trecut la partea"de voluntari vii", dar aceștia nu au putut fi folosiți pentru situații de mare pericol astfel dezvoltarea manechinului era deja necesar. În cele din urmă, în 1949, primele modele de manechine de testare au început să apară și au fost îmbunătățite până în ziua de azi.

În acest raport, voi prezenta trei tipuri de manechine de testare:

Manechin de impact frontal

– Hybrid III 5th

– Hybrid III 50th

– Hybrid III 95th

– Hybrid II 50th

– TNO-10

– Body Block

– MAMA2B

– OCATD 6

– OCATD 5

Manechin de impact lateral

– SID-IIs

– ES-2

– ES-2re

– WorldSID 5th

– WorldSID 50th

– BioSID

– SID-H3

Manechin impact spate

– BioRID-II

– RID3D

2.2. Construcția manechinelor

Impact frontal

După cartea "Nesigur la orice viteză" care a fost publicată în 1966, oamenii au realizat că cele mai multe leziuni în accidente auto s-au întâmplat la viteză mică prin lovirea unor părți ale corpului (cap, torace, șold etc ) cu volanul sau placa de bord . Din acest motiv, sistemele de fixare, cum ar fi centura de siguranță sau airbagul au fost testate pentru a îmbunătăți siguranța la bord. Funcția manechinului de testare, a fost de a demonstra că aceste restricții au lucrat în mod corespunzător.

Șase ani de la publicarea acestei cărți, producătorii de autoturisme au solicitat upgrade-uri la primele modele de manechine, resultând modelul 50 Hybrid II, care a fost introdus în 1973.

In zilele noastre o evoluție a modelului Hybrid III, este în dezvoltare, numit Hybrid IV sau "Thor", manechinul care include câteva noi îmbunătățiri biomecanice și de măsurare.

Hybrid III 5th Female Dummy

Acesta a fost dezvoltat de către Technology First Safety Systems, Societatea Inginerilor Auto (SAE) Biomecanica subcomitete, CDC si Ohio State University. Acesta reprezintă cel mai mic segment al populației adulte.

Introdus în 1988 și modernizat după ce s-au făcut teste asupra alunecării centurii de siguranță și agresivitatea airbag, acesta are capacitatea de a măsura criteriul toracelui vâscos.

Fig. 1.1 Hybrid III 5th Female Dummy

Caracteristici

· Capul și gâtul: Capacul craniului și craniul sunt fabricate din aluminiu și au viniluri detașabile. Gâtul este construit din segmente de cauciuc și aluminiu, și sunt prinse cu un cablu de centru. Acesta simulează extensia perfectă a gâtului și rotația acestuia.

· Trunchiul superior: E făcută din oțel în zona coastelor și un polimer cu proprietăți de amortizare drept acoperire. Este, de asemenea echipat cu accelerometre și un potențiometru pentru măsurarea criteriului vâscos și deformare între coloana vertebrală și stern.

· Trunchiul inferior: Este format dintr-un butil cilindric de cauciuc drept coloană vertebrală lombară, pe o sarcină de celula lombară opțională atașată la pelvis. Bazinul este o spumă cu înveliș de vinil / uretan turnat peste un casting de aluminiu. Bilele masive care vin în continuarea femurului pot avea caracteristici de a reproduce mișcarea piciorului uman prinse de șold. Oasele iliace pot fi montate

cu șase șuruburi pentru a măsura punctele de susținere a centurii din zona poalei pentru a prezice alunecare. Picioarele, genunchii și tibia manechinului au evolut cu timpul pentru a putea oferi o gamă variată asupra leziunilor produse din cauza testelor. Piciorul si glezna sunt disponibile cu o gamă îmbunătățită de mișcare ce încorporează oprirea gleznelor moi și un toc compresibil.

Hybrid III 50th Male Dummy

Acest manechin este cel mai folosit manechinul crash test din lume pentru testarea sistemelor de reținere a siguranței în testele de coliziune frontală. Acesta a fost inițial dezvoltat de către General Motors, dar acum deținută de Humanetics în colaborare cu Societatea Inginerilor de Automobile "(SAE) Comitetele Biomecanica și Transport Național de Autostradă și Siguranță Administrație (NHTSA).

Fig.1.2.Hybrid III 50th Male Dummy

Caracteristici

Capul și gâtul: Capacul craniului și craniul sunt fabricate din aluminiu și au viniluri detașabile. Gâtul este construit din segmente de cauciuc și aluminiu, și sunt prinse cu un cablu de centru. Acesta simulează extensia perfectă a gâtului și rotația acestuia.

Trunchiul superior: E făcută din oțel în zona coastelor și un polimer cu proprietăți de amortizare drept acoperire. Unghiul dintre gât și trunchiul superioar poate fi de asemenea măsurat cu un traductor. Acesta include un cursor pentru potențiometru rotativ al deformării pieptului. Clavicula este construit cu două părți de aluminiu.

Trunchiul inferior: Este format dintr-un butil cilindric de cauciuc drept coloană vertebrală lombară, și trei axe lombare celulare de sarcină atașate la pelvis. Bazinul este o spumă cu înveliș de vinil / uretan turnat peste un casting de aluminiu. Bilele masive care vin în continuarea femurului pot avea caracteristici de a reproduce mișcarea piciorului uman prinse de șold. Instrumentele femur, tibie, genunchi si glezna pot prezice fracturi și leziuni ale ligamentelor și este capabil de a simula compresibilitatea genunchiului și a gleznei.

Hybrid III 95th Large Male Dummy

Inițial dezvoltat de către First Technology Safety Systems (atunci Humanetics) și Societatea Inginerilor Auto ( SAE ) Biomecanica Subcomitelor , CDC si Ohio State University, reprezintă cel mai mare segment al populației adulte , pe baza studiilor antropometrice efectuate de către Statele Unite ale Americii .

Funcția sa principală este de a testa integritatea centurii de siguranță și este utilizat pe scară largă pentru test de reținere de siguranță auto și militare .

Fig.1.3. Hybrid III 50th Male Dummy

Caracteristici

Capul și gâtul: Capacul craniului și craniul sunt fabricate din aluminiu și au viniluri detașabile. Gâtul este construit din segmente de cauciuc și aluminiu, și sunt prinse cu un cablu de centru. Acesta simulează extensia perfectă a gâtului și rotația acestuia

Trunchiului inferior: Coloana vertebrală lombară dreaptă înlocuiește coloana vertebrală curbată în testele de impact pentru a permite poziția dreaptă și montarea pelvisului cu femurul cu sașe axe celulare de sarcină. Un cablu introdus prin limitele extreme ale coloanei vertebrale crește durabilitatea. Instrumentele femur, tibie, genunchi si glezna pot prezice fracturi și leziuni ale ligamentelor și este capabil de a simula compresibilitatea genunchiului și a gleznei.

Trunchiului superior : E făcută din oțel în zona coastelor și un polimer cu proprietăți de amortizare ca acoperire . Fiecare unitate cuprinde coaste anatomice stânga și dreapta într-o porțiune continuă deschisă la stern și ancorate la partea din spate a coloanei vertebrale toracice . Unghiul dintre gât și trunchiul superior este reglabil . Acesta include un cursor pentru potențiometru rotativ al deformării pieptului. Clavicula este construită cu două părți de aluminiu.

Hybrid II 50th Male Dummy

Proiectat de laboratoarele de cercetare Alderson, a fost modificat de către General Motors și National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA), folosind piese de la Alderson și Sierra Engineering. Înălțimea și greutatea modelului este o medie a populației SUA mascul adult. Aceasta include gama de mișcări, centre de gravitate și segment de masă pentru a simula o ființă umană adevărată.

  În afară de aplicații pentru testele auto de impact, acest model a fost folosit într-o gamă largă de alte aplicații, cum ar fi, vehiculele medicale de recreere, scaune cu rotile sau de sport.

Fig.1.4. Hybrid II 50th Male Dummy

Caracteristici

Capului și gâtului: Craniul este alcătuit din trei piese sudate cu pielea de vinil și încă două piese din placă pe spate sudate pentru acces la instrumente. Asamblare gât cauciuc cilindric montat pe suport gât cu unghi fix de 15 grade.

Trunchiului superior : Torsul compus din coloana vertebrală, toracele din metal, clavicula turnată din aluminiu, coastele din metal si accesul la cavitatea din spate pentru accelerometre . Diafragma este încorporata lângă cavitatea abdominală. Șase perechi de coaste din metal în dreapta și în stânga acoperite cu material de amortizare compozit. Coastele sunt montate în spate pe coloana vertebrală și se alătură in fața unui stern din piele. Cavitatea coastelor permite un traductor al amplasamentului pieptului.

TNO-10 Dummy

Acesta a fost proiectat pentru testarea centurilor de siguranță în situații de avarie. Dimensiunile și greutatea acestuia reprezintă a 50-a parte procentuală adultă de sex masculin. Pentru a simplifica proiectarea are un singur picior și fără antebrațe. A fost construit în șase părți: cap, gât, trunchi, doua picioare de sus și un picior mai jos.

Fig.1.5 TNO-10 Dummy

Capul: Formă poliuretană întărită de un craniu de polyester.Se poate roti în jurul unei axe comune Atlas.

Gâtul: Constă din 6 discuri de poliuretan armat în jurul unui lanț cu role de oțel. Rigiditatea poate fi reglată printr-un dispozitiv de tensionare.

Trunchiul: Acesta constă dintr-un schelet de otel acoperit cu poliuretan. Scheletul este format dintr-un tub de oțel în șold, un lanț cu role care reprezintă coloana vertebrală, o placă cadru de oțel reprezentând coastele și o construcție de oțel care reprezintă sternul. Învelișul care acoperă stuctura de oțel este din poliuretan și cântărește aproximativ 1 kilogram.

Picioarele superioare: Acestea constau dintr-un cadru de oțel din poliuretan acoperite cu tuburi de oțel la ambele capete pentru a se adapta la șold și genunchi. Articulatiei șoldului au spațiu pentru a încapea 6 greutăți de înveliș din oțel.

Piciorul inferior: Un tub de oțel poliuretan acoperit cu o talpă de oțel pe o parte și un tub de oțel pe partea cealaltă.

Body Block

Acesta a fost dezvoltat pentru a satisface cerințele standardului SAE, "sistem de control al direcției – AUTOTURISME – procedura de testare de laborator". Deși a fost anulat de SAE, producătorii de autovehicule încă solicitau acest model.

Fig.1.6. Body Block

Caracteristici

Designul său este simplu. Acesta constă într-o jumătate de formă față corp de cauciuc în picioare pe o bază din lemn, purtând o bucată de piele legată cu cabluri în față, pentru a preveni daune pe trunchi. Banda este de obicei aplicată pe cap, gât și tors pentru a stabiliza corpul.

MAMA2B

Nu este defapt un manechin, este doar un abdomen gravid și un kit de trunchi pentru a fii montate pe modelul feminine de Hybrid III al cincilea. Abdomenul este umplut cu cauciuc siliconic fluid în scopul de a simula un uter uman cu 30 de săptămâni de gestație. Design-ul și-a îmbunătățit geometria de impact, ca răspuns la o serie de condiții și încercări în vehicul.

Fig.1.7 MAMA2B

Acest kit este încă în dezvoltare, având o îmbunătățire recentă în ceea ce privește deformarea pieptului.

OCATD 6 (Occupant Classification Anthropomorphic Test Device 6)

Clasificarea ocupantui este în curs de dezvoltare pentru a evita accidentele cauzate de airbag-uri ca urmare a neadecvării la dimensiunea și greutatea pasagerului . O mulțime de cercetări sunt făcute pentru a încorpora senzori în mașini pentru a identifica dimensiunea și greutatea ocupantului și adapta forța de airbag pentru aceste măsuri .

Fig 1.8. OCATD 6

Caracteristici

Context : OCATD se bazează pe programul Biofidelic Seating Surrogate. Material deformabil turnat pe un schelet asemanator cu cel uman . Produsul are de asemenea o distribuție a greutății umane pe o suprafața de susținere . Acesta reprezintă un mascul adult .

Componente : Scheletul este un material plastic turnat , cu inserții metalice de la nivelul articulațiilor . Pivoți permit coloanei vertebrale să se rotească . Articulațiile sferice de la femur la pelvis permit mișcări de rotație de șold și piciore pentru a simula diferite poziții ale omului .

Flesh : Manechinul folosește un material pe bază de uretan pentru a simula rigiditate cărnii de om. Secțiunea toracelui este împărțit în torace superior , abdomen și pelvis / picioarele de sus . Segmentul abdomenului este fabricat dintr- o spumă uretan compresibilă .

Suprafața schițelor: Aceste modele au reapărut pentru a aproxima un loc uman parțial deformat, fără carne sau mușchi uman, menținând în același timp volumul constant de lipsă de carne. Acest model prezintă o greutate mai precisă, atunci când este așezat într-un loc real.

Sistem de ridicare: Pentru repetabilitate maximă, un sistem de ridicare este dezvoltat pentru a ridica vertical și mai mici modele. Acesta este suspendat de pe dispozitivul de ridicare printr-un sistem de cablu atașat la stern, pelvis, și genunchi.

OCATD 5 (Occupant Classification Anthropomorphic Test Device 5)

OCATD5 este în esență același ca și OCATD6 dar reprezintă o femeie adult mic, cu o masa de 46.7 kg și o înălțime de statură în picioare de 145cm, deci caracteristicile sunt, în principal la fel.

Fig 1.9. OCATD 5

Manechine de impact lateral

În impactul lateral problemele sunt diferite față de impactul frontal , deoarece ocupantul este mult mai expus pericolelor externe decât în accidente frontale . De exemplu , șoferii mai în vârstă au tendința de a conduce mai încet pentru a evita impactul frontal , dar impactul secundar este mult mai raspandit din cauza unor erori de judecată , cum ar fi lipsa luminilor de stop sau de a avansa fără a verifica traficul din ambele parți. Pentru aceasta , manechinele de impact laterale sunt necesare pentru a extinde gama de protecție asupra populației în vârstă , precum și restul

populației . Din moment ce au început să fie dezvoltate la începutul anilor 1980 și de la Hybrid II la modelul SID – IIs , o mulțime de upgrade-uri au fost făcute în cap , piept , pelvis și torace .

Leziunile cele mai tipice din impactul lateral sunt leziuni ale capului , gâtului și toracelui . Pentru a le evita , au fost introduse airbag-uri laterale tip cortină în ușile mașinilor de astăzi și funcția manechinelor este de a testa acest upgrade .

În viitor apropiat, este posibilă dezvoltarea unui manechin omni-direcțional pentru a simula în același timp atât impacturile laterale cât și impacturile frontale.

SID-IIs (Small Side Impact Dummy)

Acesta este un nouă generație de manechine de testare utilizate în principal pentru airbag-uri laterale tip cortină. SID – II a fost dezvoltat în 1994 și 1995 de către First Technology Safety Systems ( FTSS ) și Occupant Safety Research Partnership ( OSRP ) a programului USCAR . A fost conceput pentru a măsura mai mult de 100 de canale de date pentru a evalua prejudiciul cauzat capului , gâtului , brațului , toracelui , abdomenului , pelvis și piciore .

Fig 2.0 SID-IIs (Small Side Impact Dummy)

Caracteristici

Capul si gatul : Certificat de coridoare biomecanice care simuleazămic răspunsul uman în cazul unui impact lateral . Construit cu un scut uretan montat . Cablul gât este izolat cu bucșe de plastic pentru a elimina zgomotul mecanic . Celule de sarcină gât superior și inferior sunt disponibile .

Trunchiului superior : Toracele utilizează benzi de oțel cu rezistență ultra- înaltă lipite cu un material de amortizare polimer pentru a simula umăr uman , coaste și abdomen . Partea superioară a torsului poate fi rotit cu 180 de grade . Pachete accelerometru tri- axiale pot fi montate la nivelul coloanei vertebrale și coaste de accelerare pe bază de evaluare a prejudiciului . Celule de sarcină măsura forțele aplicate de coaste cutia coloanei vertebrale . Un sacou neopren acoperă piept . Pachete accelerometru tri – axiale pot fi instalate la nivelul umărului .

Torso de Jos : cilindric în trepte drepte a coloanei vertebrale lombare . Bazinul este un ansamblu de prelucrat cu detașabile greu uretan iliace aripi . Trunchiului inferior poate fi afectate de ambele părți . Pelvis carnea este o piele de vinil detașabil peste spuma din poliuretan turnate în poziția așezat . Picioarele sunt o modificare de la Hybrid III model feminin cincea .

ES-2 impactul manechinului din spate

Dezvoltat de programul SID2000, un consorțiu al cercetătorilor europeni , producătorilor de autovehicule si producătorii de manechine coordonat de TNO din olanda , ES-2 este o evolutie a manechinului EuroSID1.

Fig 2.1 ES-2 impactul manechinului din spate

Caracteristici

Capul și gâtul : Bazat pe Hybrid III al 50-lea capul bărbatului poate fi echipat cu un traductor de forța în partea superioară a gâtului . Accelerațiile de rotatație ale capului pot fii măsurate opțional. Gâtul se bazează pe manechinul EuroSID1, care include un traductor de forța cu șase axe.

Toracele/abdomenul : Toracele este format din trei module de coaste cu un resort cu alunecare liniara și amortizor hidraulic montat într-un arc cu bandă exterioara. Potențiometrele liniare masoară abaterea coastei și criteriile vâscoase. Brațul este atașat de un mecanism rotativ umar/claviculă. Ghidajele liniare al modulului costal sunt modificate astfel încât să aibă o fricțiune minima. Clavicula umărului este foarte flexibilă și are butoane de teflon pentru reducerea fricțiunii.

Abdomenul are traductoare de forță internă pentru măsurarea transferului sarcinii. Coridoarele de calibrare au fost updatate să îmbunătățească fiabilitatea și biofidelitatea. O jacheta de neopren se închide pe partea de sus a întregului ansamblu al torsului.

Pelvisul : Conține doua aripi iliace din uretan atașate de blocul sacral cu traductoare de forță. Carnea de pe pelvis este simulată de o piele din vinil peste spuma de uretan. Un senzor de înclinare măsoară unghiul pelvisului în timpul testului.

Picioarele : Se folosește o spumă de o densitate mai mare pentru o distribuție a masei cât mai aproape de cea umană și traductor de sarcina al unui femur cu șase axe pot fi adăugate manechinului.

ES-2re Side Impact Dummy

Reprezintă a 50-a funcție de repartiție a unui bărbat adult și nu are brațe inferioare. Masa și inerția sunt bazate pe date antropomorfice cunoscute. Masa totală a manechinului ES-2re este 72 kg.

Fig 2.2 ES-2re Side Impact Dummy

Caracteristici

Capul si gâtul : Capul este cuprins de un schelet de aluminiu acoperit de pile din vinil flexibilă bazat pe Hybrid III dar de asemenea include o interfată cu traductoare de forța din partea superioara a gâtului. Se montează un traductor de forța pentru partea superioară a gatului cu 6 axe,la baza scheletului. Accelerometrele pot fi localizate în interiorul scheletului. Accesul este oferit prin mutarea unei capac în spatele capului(în ceafă).

Umărul: Este construit dintr-un bloc despartitor de aluminiu și două fărfurii de aluminiu acoperite cu PTFE. Cutia umărului este atașată în partea de sus a cutiei coloanei vertebrale.

Toracele și abdomenul : Încorporează în partea din spate un suport de prelungire al coastelor pe partea de impact a fiecărei coaste pentru o interacțiune mai realistica cu spatarele scaumelor. Un nou distanțier traductor de forța a fost introdus. Partea centrală a secțiunii abdomenului este un tambur de metal poziționat în jurul coloanei lombare. Tamburul este acoperit de spumă.

Brațele : Sunt formate dintr-un schelet de plastic acoperit de o spumă ce simulează carnea și piele din plastic. Partea de sus a brațului este construită dintr-o spumă solidă ce absoarbe energia, în timp ce partea de jos este construită dintr-o spumă mai ușoară.

Pelvisul: Pelvisul este format din două aripi iliace din rașină de plastic, legate între ele la simfiza pubiană de un traductor de forță. În spatele pelvisului, aripile iliace sunt atașate de fiecare parte a osului sacru.

Picioarele : Sunt formate dintr-un schelet de metal acoperit de poliuretan ce simulează carnea. Articulațiile de la șold, genunchi și gleznă permit mișcarea realistică a parților picioarelor. Picioarele sunt în standardul Hybrid II design. Partea de carne este inclusa în masă iar femurul este scăzut din masă.

WorldSID 5th Small Female Dummy

De când manechinul WorldSID a 50-a funcție de repartiție a fost dezvoltat cu succes cu o biofidelitate globală de 7.6 pe o scară de la 1 la 10 , SP5 a decis să scaleze conceptele designului pentru dezvoltarea manechinului WorldSid femeie mignionă.

Multe schimbări au fost aduse acestui model de la crearea lui. Aceste schimbări sunt în legătură cu manipularea și durabilitatea și nu este asteptat schimbarea raspunsului dinamic. Unele dintre ele sunt robustetea cablurilor electrice, suport de ridicare îmbunătățit, pentru o manipulare mai bună sau reducerea contactului metal-metal în zona lombară.

Fig 2.3. WorldSID 5th Small Female Dummy

Caracteristici

Capul și gâtul : O singură piesă din PVC turnată, schelet din poliuretan și un nucleu care oferă o mai bună repetabilitate pentru testare și fabricare. Nucleul constă într-un miez de aluminiu cu un acelerometru cu senzor de îndoire cu două axe. Gâtul a fost dezvoltat dupa modelul EuroSID-2 cu discuri de aluminiu, tampoane și cauciucuri.

Umeri și tors superior: Umărul este reprezentat de modulul costal și o articulație a umărului pentru simularea gamei de mișcări ale omului. Cutia toracică constă în trei module coastale și abdomenul în două perechi de module costale. Fiecare modul costal are o coastă interioară cu material de amortizare și una exterioară pentru formarea conturului corpului omenesc., și este instrumentată cu un aparat de măsură a abaterilor și un accelerometru.

Torsul in partea de jos : Este format din structura osoasă pelviana din polimer și carnea pelvisului cu piele din PVC umplut cu poliuretan. O coloană lombară flexibilă a fost concepută pentru a simula mișcarea împarțită de partea de sus și cea de jos a torsului.

Jumătatea brațului: Este formată dintr-un os de plastic, piele PVC, poliuretan și spumă. Este bazat pe informațiile testelor biomecanice pe femeile de statură mică.

Piciorul și talpa piciorului : Este format din piele din PVC poliuretan cu o structură osoasă ușoară. Genunchiul aduce asemănari umane a mișcarii de rotație a articulațiilor. Talpa piciorului și pantoful este turnat într-o singură piesă. Articulația gleznei are elemente din cauciuc.

WorldSID 50th

Este construit pentru a fi folosit ca o unealtă de măsurat standard și regulator dar și ca unealtă de cercetare pentru o multitudine de condiții de impact, și reprezintă un adult –bărbat de varstă mijlocie. Specificațiile antropometriei sunt bazate pe un set extins de dimensiuni și date de inerție. Biofidelitatea țintă a manechinului este de la bună la excelentă. Specificații ca repetabilitatea, reproductivitatea, durabilitatea, senzitivitatea și manipularea au fost luate în considerarea la proiectare

.

Fig 2.4. WorldSID 50th

Caracteristici

Capul ; Include două mari subansamble: ansamblul pielii și nucleul de instrumentare. Senzorii sunt incluși să masoare centrul de gravitate , accelerațiile liniare de rotație si înclinarea capului. Traductorul de forță al parții superioare a gâtului este de asemenea considerat ca fiind parte a ansamblului capului.

Gâtul : Ansamblul gâtului cuprinde gâtul, suportul gâtului și învelișul gâtului. Acesta include plăci de sus și de jos de interfață care sunt conectate la coloana de cauciuc centrală cu ajutorul unor șuruburi jumătate-sferice și se situaează intre traductori superiori și inferiori. Traductorul din josul gâtului se situază pe suportul acestuia.

Umar/torace/abdomen: Este o structură de coaste. O coastă de umăr, trei coaste toracice două abdominale montate în stânga și în drapta structurii coloanei rigide. O coastă de spumă este introdusă intre o coastă de metal și costum. Umarul include un traductor de forța integrat în articulație. Fiecare coastă este instrumentată cu un accelerometru tri axial linear, doi senzori de inclinare senzori de temperature 9 senzori modulari si două module DAS. Umarul și coastele toracice sunt conectate în față de un stern flexibil. Cele două coaste abdominale sunt conectate în față de un cuplu flexibil de coaste.

WorldSID poate fi folosit în două configurații: cu jumatate de brațe sau cu brațe întregi.

Jumătate de brațe(standard): Jumătatea brațului atasat de traductorul umărului care are un schelet format din două palate de oțel arcuate. Carnea de pe jumatatea brațului include o gaură la umar pentru prize umaruluide cauciuc.

Brațele intregi(opțional) : Un braț intreg include un asamblu de braț superior și inferior, mâna are articulații la cot și încheietură. Include instrumentații : traductor superior și inferior , accelerometru tri-axial al cotului și incheieturii,traductor al cotului și un potențiometru al cotului.

Coloana lombara : Încorporează un element flexibil de cauciuc care se atasează de un suport al coloanei și de o placă de interfață sacro-iliaca include o conexiune pentru ridicarea manechinului.

Pelvisul : Scheletul pelvisului este format din două oase semirigide conectate în fața de un traductor pubian și în spate de traductorul sacro-iliac. Traductorul sacro-ilic se conectează la oasele pelvisului prin intermediul unor plăci de interfață.

Partea de sus a piciorului : Încorporează elemente de la articulația soldului și include genunchiul. Instrumentația include : traductorul pentru gâtul femurului, traductor superior și inferior femur, traductor și în afara genunchiului, potentiometrul genunchiului , un modul senzor și două module DAS.

Partea inferioara a piciorului: Include ansamblul schelet inferior al piciorului , carnea acestuia și ansamblul picior pantof turnat. Instrumentația pentru acesta cuprinde: traductoare pentru tibie inferioare și superioare și trei potențiometre ale gleznei.

2.3. Cinematica mișcarea ocupantului

Atât în funcție de tipul impactului cât și de locul pe care îl dețin în vehicul, ocupanții acestuia pot experimenta o diversitate de mișcari în interiorul mașinii. La acești factori se mai adaugă vârsta, sexul și alte caracteristici ale subiecților umani.

În urma unor analize afectuate în domeniul de specialitate, se denota o conexiune între cinematica ocupantului, ceea ce înseamnă traiectoriile, vitezele si accelerațiilor parților corpului, și vătămarile pe care acesta le obțin în urma impactului.

Mișcarea ocupantului la impact frontal

Impactul frontal forțele inerțiale au o contribuție desăvârșitoare deoarece ocupanții vehiculelor se vor deplasa pe direcția forței de impact având o viteză proporțională cu variația vitezei pe care vehiculul o deține. Se poate ameliora riscul de vatămare și șocul impactului la nivelul ocupantului prin protejarea acestuia cu sisteme de siguranța pasive, acestea fiind:

centura de siguranță,

airbag,

tetiera.

Fig.1. Mișcarea ocupantului la impact frontal

Stabilitatea longitudinală

Înaintea impactului ocupantul poate ancora mai bine poziția corpului prin sprijinirea de o structură a scaunului, mânerului de mână, cotieră, ceea ce duce la o stabilitate mai accentuată a pasagerului, dovedind astfel că poziția brațelor și a picioarelor au un rol definitoriu.

Mișcarea ocupantului la impact din spate

Multe din cercetările privind biomecanica gâtului s-au întrepătruns cu cercetările care urmăreau toleranța capului. Gâtul uman conține coloana cervicală, osul hioid și pachete de mușchi.

Fig. 2. Impact din spate

S-au întreprins cercetări pe voluntari umani instalați pe un accelerator orizontal. Ei au fost astfel imobilizați încât structura cap-gât să se miște și să fie supusă accelerării. Fiecare dintre voluntari a renunțat la experiment când a perceput că nivelul a devenit insuportabil. S-a considerat că atingerea unei valori de 4,78 g înregistrată la nivelul gurii reprezintă pragul de toleranță, având ca efect ușoare tensiuni cervicale.

Impactul din spate al corpului ii se acționează forțe de tipul celor percutante și decelerații.

Fig 3 Mișcarea ocupantului la impact din spate

0 ms- în același timp asupra ocupantului nu acționeaza nici o forța iar poziția rămânea staționară.

100 ms- corpul pasagerului este împins înnainte de către scaun în timp ce capul acestuia are o pozție staționară.

150 ms- trunchiul pasagerului este puternic împins înainte cu tot cu cap în timp ce gâtul este în extensie.

175 ms- gâtul fiind în extensie mare, capul mișcându-se cu putere înapoi în acest timp face ca scaunul sa accelereze suplimentar și cu rapiditate poziția participantului.

300 ms- capul și gâtul au o mișcare rapida spre înainte, ceea ce determină flexia gâtului și a coloanei vertebrale.

2.4. Vătămări și criterii de vătămare

Vătămări și criterii de vătămare

În anul 1969 a fost introdusă scala de evaluare a vătamărilor, ce este reprezentată de un sistem a evaluării anatomice. Pentru a fi revizuită și reactualizată au contribuit persoane din SUA, Noua Zeelanda, Canada și mai multe state din Europa. În prezent acesta a devenit o sursă esențială pentru a putea clasifica gravitatea coliziunilor asupra corpului uman.

Acest sistem este alcătuit dintr-o scală de la 1 la 6 în care sunt prezentate vatămările asupra persoanelor în funcție de gravitatea lor. Această scală este reprezentată de următorul tabel:

Fig.1. Scala vatamarilor

Prin criteriu de vătamare se întelege estimarea potențialului de vătămare a subiectului uman ce se afla implicat într-o coliziune între vehicule sau vehicul- pieton. Claseficarea este determinată de riscul de vătămare a ocupantului: Criteriul de vătămare bazat pe ATD (Antrophometric Test Device) Folosindu-se modelul mecanic, adică manechinul de un număr considerabil de mult se determină potențialul de vătămare pe zone ale corpuului pe baza acțiunilor ce le executa manechinul în urma coliziunii.

Criteriu de vătămare bazat pe vehicul se determină doar pe baza raspunsului autovehicului în timpul accidentului. Acest criteriu, la rândul său deriva în alte criterii cum ar fi:

1. Criteriu Delta-V acesta presupune variația totală a vehicului în timpul impactului, aspect ce este fundamentat pe baza ca o variație mare a vitezei determină un potențial mare de vătămare

2. Criteriul accelarației medii : acest criteriu are ca fundament ideea ca potențialul de vătămare ridicat este impus de către nivelul ridicat al accelerației vehiculului.

3. Criteriul masei concetrate libere reprezintă ca severitatea vătămarii este într-o strânsă legatură cu viteza de ocupant-vehicul și cu accelerația ocupantului. În modelul spațial concentrat, ocupantul este asimilat cu un punct de masă care se deplasează liber în interiorul autovehicului în timpul impactului.

Cunoașterea cinematicii autovehiculului și ocupantului sunt necesare pentru a calcula diferrnța de viteză între ocupant și în interiorul autovehiculului la care ocupantului se deplasează 0,6 m în direcție longitudinală, respectiv 0,3 m în direcția transversală, acestea fiind deplasarile limită.

Codificarea AIS, este o scală de la 1 la 6 , pe care cifra 1 reprezintă vătămări individuale minore iar cifra 6 reprezintă vătămari individuale care sunt o amenințare la adresa vieții. Codul 6 nu reprezintă decesul persoanei, ci înseamnă o vătămare cu o letalitate foarte mare.

Criteriul de vătămare reprezintă estimarea potențialului de vătămare. În general, se folosesc două feluri de criterii de vătămare pentru evaluarea riscului se vătămare a ocupantului din autovehicul:

-criterii de vătămare bazate pe cinematica vehiculului

-criterii de vătămare bazate pe cinematica ocupantului

Criterii de vătămare bazate pe vehicul

În acest caz, estimarea potențialului de vătămare a ocupantului se face doar pe baza răspunsului vehiculului în timpul impactului. Criteriile prin care se estimează potențialul de vătămare sunt:

Criteriul Delta-V

Δv este o măsură a severității impactului definită ca variația totală a vitezei vehiculului în timpul impactului.

Criteriul acceleratiei medii

Accelerația medie longitudinală, laterală sau totală calculată în intervalul de 50 ms este parametrul utilizat în criteriul accelerații medii.

Criteriul masei concentrate libere

Acest model presupune că severitatea vătămării ocupantului este dependentă de viteza de impact dintre ocupant și vehicul și de accelerația ocupantului.

Idexul severității accelerației (ASI)

De bazează pe accelerațiile vehiculului măsurate în timpul testelor.

Criterii de vătămare bazate pe ATD

ATD este modelul mecanic, manechinul de test, folosit într-un mod repetitiv pentru estimarea potențialului de vătămare. Potențialul de vătămare este evaluat pe zone ale corpului uman pe baza măsurării accelerațiilor și deplasărilor manechinului în timpul impactului.

Criterii utilizate pentru estimarea riscului de vătămare a capului.

• Criteriul de vătămare al capului – HIC

• Criteriul de performanță – HIC(d)

• Criteriul de performanță a capului – HPC

• Durata de contact a capului la impact- HCD

Criterii utilizate pentru estimarea riscului de de vătămare a gâtului:

• Criteriul Momentului Total al Condilului Occipital (MOC)

• Criteriul momentului Total (MTO)

• Criteriul de vătămare a gâtului (NIC) la impact frontal

• Criteriul de vătămare a gâtului (NIC) la impact din spate

Criterii utilizate pentru estimarea riscului de vătămare a toracelui

• Criteriul de vâscozitate (VC)

• Criteriul de deformare al toracelui (RDC)

• Criteriul de performanță al toracelui (THPC)

• Indexul de vătămare toracică (TTI(d))

• Criteriul de acceptabilitate al toracelui (ThAC)

Criterii utilizate pentru estimarea riscului de vătămare a membrelor

• Criteriul forței din femur (FFC)

• Indexul tibiei (TI)

2.5. Noțiuni privind antropometria umana

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

Antropometria este ramura de baza a antropologiei care studiază dimensiunile fizice, proporțiile si compoziția  corpului uman in scopul determinării diferențelor la nivel individual si de grup. Studiile antropometrice au o aplicare răspândită în biomecanică.

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

Fig.1.1 Plane de referința

Corpul uman este alcătuit din aparate și sisteme, care funcționează într-o interrelație constantă și permanentă. Acestea sunt reprezentate de:

aparatul locomotor, care cuprinde: oasele, articulațiile, mușchii și anexelor lor;

aparatul respirator, în care sunt incluse căile respiratorii și plămânii;

aparatul cardio-vascular: inima și sistemul de vase sanguine;

sistemul limfatic: splina, timusul, ganglionii limfatici;

aparatul digestiv, în care se descriu organele care participă la procesul de digestie;

paratul excretor;

sistemul endocrin;

sistemul nervos.

Valori procentuale din lungimile segmentelor pentru determinarea poziției centrelor de masa segmentare sunt date în reprezentarea din figura 1.2

Fig.1.1 Centrele de masa prin valori procentuale

Sistemul osos este alcătuit din totalitatea oaselor organismului uman și a articulațiilor dintre ele. Articulațiile leagă oasele, integrându-se într-un sistem care poartă numele de schelet. Rolul principal al acestuia este de a suporta greutatea corpului. de a permite mobilitatea acestuia si de a proteja organele interne.

Numărul total al oaselor care alcătuiesc scheletul omului este de 223, dintre care 95 sunt perechi, iar 33 oase neperechi.

Din punct de vedere biomecanic osul asigură suportul mecanic si pârghia oricărui segment care se mișca. Masa totala a celor 206 oase, în stare uscata, este de numai 5 – 6,5 kg, ele putând fi considerate construcții minime absolute, construcții care, cu material minim, asigura o rezistență maximă.

Fig 1.3 Sistemul osos al organismului uman

În general, sistemul osos este împărțit în:

scheletul cefalic – scheletul capului;

scheletul axial (cavitate toracica. stern si coloana vertebrala);

scheletul apendicular (membrele).

Componentele sistemului osos:

Craniul;

Coloana vertebrală reprezintă scheletul axial al trunchiului, format din 34 de vertebre. Exista vertebre: cervicale (in număr de 7), toracice (12), lombare (5), sacrale (5), coccigiene (4-5);

Toracele alcătuit din stern, coaste(în număr de 12 perechi, care fac legătura între coloana vertebrală și stern) și vertebre toracice;

Pelvis, rolul pelvisului: susținere și transmiterea greutății trunchiului în statică și asigură locomoția bipedă și protecția organelor ;

Oasele membrelor: superioare: humerus, radius, ulna, oasele carpiene. oasele metacarpiene și falangele; inferioare: femur, rotula, tabie, fibula, oase tarsiene, oase metatarsiene și falange.

2. 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.

Deși a fost creat în anul 1967, de-a lungul anilor, linia de manechine Hybrid III a fost puternic dezvoltată oferind posibilități superioare de măsurare. Dincolo de construcția sa asemănătore cu cea umană, manechinele de tipul Hybrid III au caracteristici suplimentare, care variază de la cele mai simple până la cele mai complexe.

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.