Pop a Virgil

7/30/2019 Pop a Virgil

1/81

Universitatea Transi lvaniadin Braovcoala Doctoral Interdisciplinar

Centrul de cercetare: Produse High-Tech pentru Au tovehicule

Ing. Virgil POPA

Stabilirea dinamicii accidentelor rutiere n funcie demrimea avariilor i gravitatea leziunilor nregistrate la

ocupanii autovehiculelor

Assesing accident dynamics according to car damage

and motor-vehicle occupant injury

Conductor tiinificProf.dr.ing. Tiberiu NAGY

BRAOV, 2013


2/81

MINISTERUL EDUCAIEI, CERCETRII, TINERETULUI I SPORTULUIUNIVERSITATEA TRANSILVANIA DIN BRAOV

BRAOV, B-DUL EROILOR NR. 29, 500036, TEL. 0040-268-413000, FAX0040-268-410525

RECTORAT

D-lui (D-nei) ..............................................................................................................

COMPONENAComisiei de doctorat

Numit prin ordinul Rectorului Universitii Transilvania din BraovNr. 5411 din 24. 09. 2012

PREEDINTE: Prof. univ. dr. ing. Anghel CHIRUUniversitatea Transilvania din Braov

CONDUCTOR TIINIFIC: Prof. univ. dr. ing. Tiberiu NAGYUniversitatea Transilvania din Braov

REFERENI: Prof. univ. dr.ing. Nicolae FILIPUniversitatea Tehnic din Cluj Napoca

Prof. univ. dr. ing. Alexandru BOROIUUniversitatea din Piteti

Prof. univ. dr. ing. Nicolae ISPASUniversitatea Transilvania din Braov

Data, ora i locul susinerii publice a tezei de doctorat: 26.02.2013, ora11.00, sala INA, Corpul N.

Eventualele aprecieri sau observaii asupra coninutului lucrrii v rugm

s le transmitei n timp util, pe adresa: [email protected].

Totodat v invitm s luai parte la edina public de susinere a tezei dedoctorat.

V mulumim.


3/81

CUPRINS

1. Stadiul actual al cercetrilor privind Studiul cinematicii i dinamicii accidentelor rutiere................................................................................................................................................7 1.1 Generaliti privind accidentele rutiere .......................................................................... 7

1.1.1 Definirea acidentului rutier ................................................................................. 71.1.2 Clasificarea accidentelor rutiere ......................................................................... 7

1.2 Statistica accidentelor rutiere ........................................................................................ 71.2.1 Statistica accidentelor rutiere n Romania .......................................................... 71.2.2 Statistica accidentelor rutiere n UE ................................................................... 8

1.3 Cinematica i dinamica accidentelor rutiere .................................................................. 81.3.1 Factorii determinani pentru sigurana ocupantilor............................................. 8

1.4 Criterii de vtmare a ocupanilor............................................................................... 101.4.1 Scala de evaluare a vtmrilor AIS ................................................................ 101.4.2 Criterii de vtmare ......................................................................................... 10

1.5 Cercetarea accidentelor rutiere prin prisma deformaiilor autovehiculelor i a graduluide vtmare al ocupanilor..................................................................................................... 11

1.5.1 Consideraii generale....................................................................................... 111.5.2 Influena energiei consumate n coliziune i a variaiei vitezei vehiculului asupragradului de vtmare al ocupanilor.................................................................................... 12

1.5.3 Riscul de vtmare al ocupantului la impact frontal ......................................... 131.6 Obiectivele tezei .......................................................................................................... 14

2. Studiul teoretic al coliziunii autovehiculelor i al cinematicii ocupantului la impact 152.1 Consideraiii privind coliziunea autovehiculelor. Fazele coliziunii ................................ 152.2 Dinamica fazei coliziunii autovehiculelor ..................................................................... 15

2.2.1 Determinarea vitezelor de impact prin metoda simulrii ................................... 152.2.2 Coeficientul de restituire .................................................................................. 162.2.3 Relaia analitic dintre varaiaia vitezei de coliziune (V) i viteza echivalent

energiei de deformare (EBS) .............................................................................................. 16

2.2.4 Variaia vitezelor n coliziunile centrice ............................................................ 172.3 Calculul energiei de deformare ................................................................................... 17

2.3.1 Metode i modele de deformaie...................................................................... 172.3.2 Modelul static bazat pe caracteristica liniar for-deformaie.......................... 172.3.3 Coeficienii de rigiditate ai autovehiculelor....................................................... 182.3.4 Determinarea coeficienilor de rigiditate ai autovehiculelor pe baza testelor de

coliziune...... ....................................................................................................................... 182.3.5 Deformaia static i deformaia dinamic. Energia de deformare ................... 192.3.6 Factorul energiei de deformare ........................................................................ 192.3.7 Msurarea profilului deformat la autovehicule.................................................. 192.3.8 Cinematica ocupantului n interiorul autovehiculului la impact.......................... 202.3.9 Biomecanica ocupantului la impact frontal ....................................................... 21

2.3.10 Biomecanica ocupantului la impact din spate .................................................. 212.3.11 Biomecanica ocupantului la impact lateral ....................................................... 222.3.12 Modele pentru studiul biomecanicii impactului ................................................. 22

3. Stabilirea corelaiei Dintre energia de deformare i gradul de vtmare al ocupanilor laimpact frontal ....................................................................................................................... 24

3.1 Influena energiei de deformare asupra gradului de vtmare al ocupanilor la impactfrontal... .................................................................................................................................. 24

3.2 Studiul statistic al mecanismelor de vtmare a ocupantului la impact frontal ............. 253.2.1 Consideraii privind studiul mecanismelor de vtmare prin metode statistice . 253.2.2 Analiza cazuistic i prelucrarea datelorstatistice ........................................... 253.2.3 Analiza i interpretarea datelor........................................................................ 25

3.3Cercetri privind influena eficacitii sistemelor de siguran pasiv a

supra riscului devtmare ................................................................................................................................ 26

3.3.1 Criterii criterii utilizate n analiza riscului de vtmare ...................................... 263.3.2 Parametri de apreciere a eficienei sistemelor de siguran pasiv.................. 27


4/81

3.3.3 Analiza cazuistic ............................................................................................ 283.3.4 Analiza i interpretarea datelor........................................................................ 293.3.5 Analiza statistic a datelor............................................................................... 29

3.4 Determinarea pe cale analitic a influenei energiei de deformare asupra riscului devtmare a ocupantului la impact frontal ................................................................................ 324. Modelarea matematic a sistemului integrat pentru studiul impactului frontal .......... 35

4.1 Analiza sistemului vehicul-ocupant. Energia cinetic a ocupantului............................. 354.2 Obiectivele modelrii matematice................................................................................ 364.3 Etapele modelrii matematice ..................................................................................... 36

4.3.1 Modelarea matematic a impactului frontal dintre dou autovehicule .............. 364.3.2 Modelarea matematic a impactului ocupant-vehicul ....................................... 374.3.3 Realizarea modelului integrat pentru studiul impactului frontal ......................... 394.3.4 Datele de intrare in modelul matematic ............................................................ 40

5. Metodica cercetrii experimentale.................................................................................. 415.1 Stabilirea scenariului de testare experimental ........................................................... 41

5.1.1 Obiectivele studiului experimental.................................................................... 415.1.2 Programul ncercrilor..................................................................................... 415.1.3 Scenarii de coliziune ........................................................................................ 41

5.2 Pregtirea experimentului

........................................................................................... 425.2.1 Determinarea parametrilor tehnici ai autovehiculelor destinate ncercrilor...... 425.2.2 Pregtirea poligonului de ncercri................................................................... 425.2.3 Pregtirea autovehiculelor............................................................................... 435.2.4 Pregtirea ocupanilor celor dou autovehicule ............................................... 445.2.5 Pregtirea aparaturii de achiziie date.............................................................. 455.2.6 Stabilirea condiiilor mediului de testare........................................................... 47

5.3 Desfurarea experimentului ...................................................................................... 485.3.1 Etapele desfurrii testelor de coliziune......................................................... 485.3.2 Desfurarea testului 1- impact din spate ........................................................ 485.3.3 Desfurarea testului 2- impact lateral ............................................................. 495.3.4 Desfurarea testului 3 - impact frontal ........................................................... 50

5.3.5 Concluzii privind desfurarea cercetrii experimentale .................................. 516. Achiziia, analiza i corelarea datelor experimentale cu rezultatele modelrii matematice...............................................................................................................................................52 6.1 Achiziia datelor........................................................................................................... 52

6.1.1 Procedura de achiziie a datelor experimentale ............................................... 526.1.2 Achiziia datelor din testul 1 ............................................................................. 526.1.3 Achiziia datelor din testul 2 ............................................................................. 536.1.4 Achiziia datelor din testul 3 ............................................................................. 54

6.2 Prelucrarea datelor i interpretarea rezultatelor........................................................... 556.2.1 Date prelucrate i obiectivele urmrite ............................................................. 556.2.2 Prelucrarea i analiza datelor experimentale din testul 1 ................................. 556.2.3 Prelucrarea i analiza datelor experimentale din testul 2 ................................. 56

6.2.4 Prelucrarea i analiza datelor experimentale din testul 3 ................................. 616.2.5 Studiul cinematicii i dinamicii impactului frontal pe baza probelor video ......... 656.2.6 Determinarea amplitudinii deformaiilor autovehiculelor i calculul energiei de

deformare... ........................................................................................................................ 676.3 Corelarea datelor teoretice cu rezultatele cercetrii experimentale ............................. 70

7. Concluzii. Contribuii personale. Direcii viitoare de cercetare. ................................... 727.1 Concluzii ..................................................................................................................... 727.2 Contribuii personale ................................................................................................... 747.3 Direcii viitoare de cercetare ........................................................................................ 757.4 Utilitatea rezultatelor cercetrii n cadrul cercetrii tiinifice i aplicative..................... 75

Bibliografie ........................................................................................................................... 76


5/81

5

Introducere

n condiiile dezvoltrii tehnologice actuale, automobilul a devenit unul dintrelucrurile indispensabile ale vieii cotidiene. Creterea numrului de autovehicule idezvoltarea infrastructurii rutiere au condus la intensificarea traficului rutier, i odat cuacesta la creterea numrului de accidente rutiere. Astfel, cercetarea evenimentelor

rutiere reprezint un domeniu de actualitate, care trebuie s se adapteze permanen tevoluiei tehnologice din sfera transportului rutier.Obiectivele cercetrii accidentelor rutiere vizeaz aspecte privind determinarea

vitezelor autovehiculelor din momentul anterior impactului i a poziiilor acestora nmomentul impactului, descrierea dinamicii evenimentului i analiza posibilitilor deevitare a acestuia. De cele mai multe ori, scopul cercetrii const n stabilirearspunderii materiale i/sau penale a persoanelor implicate n eveniment.

Pentru cercetarea accidentelor rutiere se folosete, de regul, metodareconstituirii retrospective care are la baz datele primare achiziionate cu ocaziacercetrii efectuate la locul evenimentului, respectiv cu ocazia inspecieiautovehiculelor i analizei raportelor medico-legale privind vtmarea persoanelor.

Datele primare se refer la geometria locului evenimentului, identificarea urmelormateriale, poziiile finale ale vehiculelor i ale victimelor, caracteristicile i avariilevehiculelor, leziunile victimelor.

Exist ns situaii n care, la momentul reconstitiurii evenimentului rutier, dateleprimare folosite n mod uzual nu sunt disponibile sau sunt neconcludente. n acestecondiii, cercetarea evenimentului se realizeaz pe baza unui numr mai redus dedate primare sau pe baza unor date de o calitate slab. Dintre datele primareenumerate ca fiind uzuale n cercetarea eveimentelor rutiere, datele referitoare laavariile autovehiculelor i cele referitoare la vtmrile persoanelor sunt disponibile celmai frecvent. Avariile autovehiculelor sunt menionate n documentele eliberate dectre organele poliiei sau n formularele de constatare amiabil ntocmite cu ocaziaproducerii evenimentului i se regsesc n gestiunea societilor de asigurare sau ndosarele ntocmite de organele de cercetare penal. Mai mult, societile se asigurare,n procesul de lichidare a daunelor la autovehicule efectueaz constatarea avariilor,ntocmind procesul verbal de constatare i efectueaz fotografii n care sunt surprinsedatele de identificare i elementele avariate ale autovehiculului. n cadrul investigaiilorproprii, societile de asigurare efectuaez inspecia ambelor autovehicule implicate neveniment i efectueaz cercetri n vederea stabilirii dinamicii evenimentului i arspunderii n ceea ce privete producerea acestuia. n cazul accidentelor care auavut ca urmare vtmarea sau decesul persoanelor, datele primare referitoare laleziunile suferite de victime sunt menionate n rapoartele medico -legale sau n fiele

de spitalizare.n acest sens utilizarea, n procesul de reconstituire a coliziunii autovehiculelor,a datelor primare referitoare la amplitudinea deformaiilor remanente ale structuriiautovehiculelor i a leziunilor suferite de ocupanii acestora, pot contribui n modsubstanialla atingerea obiectivelor cercetrii evenimetelor rutiere.

Pe baza acestor considerente au fost stabilite principalele obiective ale tezei dedoctorat:

Stabilirea energiei de deformare a structurii constructive a autovehiculelorimplicate n accidente rutiere i reflectarea acesteia prin amplitudinea deformaiilornregistrate la elementele de caroserie.

Analiza comportrii ocupanilor n interiorul autovehiculului n timpul

evenimentelor rutiere prin metode i mijloace de biomecanic. Aprecierea eficienei proteciei ocupanilor n habitaclul autovehiculelor n

timpul accidentelor rutiere cu diferite mijloace tehnice adecvate.


6/81

6

Evidenierea corelaiei dintre mrimea energiei de deformare absorbit deautovehicule i gravitatea vtmrilor suferite de ocupani.

Posibilitatea utilizrii corelaiei dintre energia de deformare a autovehiculelori gravitatea vtmrilor suferite de ocupani n situaia lipsei unor probe evidentenecesare reconstituirii evenimentului. Testarea veridicitii rezultatelor obinute nevaluarea teoretic a parametrilor dinamici i biomecanici ai evenimentului rutier.

Posibilitatea dezvluirii unor falsuri privind declararea la societtile deasigurri a unor avarii exagerat de mari la autovehicule implicate n evenimente rutieren neconcordan cu garadul de vtmare al ocupanilor.

Motivaia principal pentru studiul aspectelor menionate vine din dorina de ada un rspuns unei situaii mereu controversate pe care, n decursul unei activiti depeste 15 ani de lichidare a daunelor la autovehicule, desfurate la ASIROM V.I.G, amntlnit-o n mod frecvent. Este vorba de situaiile n care se solicitat despgubirimateriale nsemnate ca urmare a avarierii grave a autovehiculelor, fr ca ocupaniiacestora s fi suferit vtmri. n astfel de cazuri asiguratorul trebuie s aleag ntre ada curs unei cereri de despgubire nentemeiate sau a refuza plata despgubirii pecale amiabil.

n scopul realizrii obiectivelor menionate anterior, lucrarea a fost structuratastfel:

n Capito lu l 1este prezentat stadiul actual al cercetrii accidentelor rutiere iconsideraii privind stabilirea dinamicii accidentelor pe baza deformaiilorautovehiculelor i a gradului de vtmare al ocupanilor.

Capito lu l 2cuprinde studiul teoretic al coliziunii autovehiculelor, metodele decercetare a cinematicii ocupantului la impact i criteriile de vtmare.

n Capito lu l 3sunt cuprinse studiile efectuate pentru determinrea corelaiilordintre energia consumat pentru deformarea structurii constructive a autovehiculelor igradul de vtmare al ocupanilor, n cazul accidentelor rutiere, respectiv riscul devtmare, n cazul testelor de coliziune.

Capito lu l 4 este destinat realizrii modelului matematic integrat, pentrudeterminarea riscului de vtmare la impact frontal pe baza parametrilor cinematici aiocupantului.

Capito lu l 5 cuprinde descrierea etapelor cercetrii experimentale iprezentarea aparaturii utilizate.

n Capito lu l 6 sunt prezentate tehnicile de achiziie i prelucrare a datelorexperimentale, rezulatatele cercetrii experimantale i corelarea acestora curezultatele modelrii matematice.

Capito lu l 7este rezervat concluziilor finale, contribuiiilor personale i direciilor

viitoare de cercetare.De asemenea, lucrarea cuprinde Anexei Bibl iograf ia aferent tematicii decercetare.

Pe aceast cale, autorul aduce deosebite mulumiri d-lui Prof.univ.dr. ingTiberiu NAGY, care a coordonat i a contribuit activ la realizarea prezentei lucrri, d-lui Prof.univ.dr. ing Nicolae ISPAScare a coordonatcercetarea experimental,precum i membrilor Cadrei de Autovehicule Rutiere de la Universitatea din Braovcare au contribuit la realizarea experimentului: ef Lucrri dr.ing Daniel Truc, efLucrri dr.ing George Tognel, ef Lucrri dr.ing Dorin Dumitracu i dr.ing DinuCovaciu.


7/81

7

1. STADIUL ACTUAL AL CERCETRILOR PRIVIND STUDIUL CINEMATICII IDINAMICII ACCIDENTELOR RUTIERE

1.1 Generaliti privind accidentele rutiere

1.1.1 Definirea acidentului rutier

Accidentul rutier este un eveniment produs pe drumurile publice, constnd dincoliziunea a dou sau mai multe vehicule, ori a unui vehicul cu un alt obstacol, lovireasau clcarea pietonilor, biciclitilor sau altor participani la trafic i avnd ca rezultatvtmarea integrittii corporale ori moartea unor persoane, pagube materiale, precumsi stnjenirea circulatiei.

1.1.2 Clasificarea accidentelor rutiere

Accidentete rutiere pot fi clasificate dup diverse criterii, dar n contextulprezentei lucrri cele mai elocvente criterii de clasificare sunt urmtoarele:

a. Clasificarea dup gravitatea vtmrii persoanelor: accidente grave;

accidente uoare;b. Clasificarea dup tipul coliziunii.

Accidentele rutiere sunt clasificate dup tipul partenerilor de coliziune naccidente de tip:

vehicul vehicul; vehicul mediunconjurtor; vehicul pieton; vehicul alt participant la traficul rutier;

c. Clasificarea dup configuraia impactului.Accidentele specifice impactului de tip vehicul-vehicul i pot fi: cu impact frontal; cu impact lateral;

cu impact din spate;

cu impact oblic;d. Clasificarea dup factorul determinant n producerea accidentului.

Ca factor determinant al producerii accidentelor rutiere pot fi considerati:

factorul uman;

autovehicul;

factorii de mediu.

1.2 Statistica accidentelor rutiere1.2.1 Statistica accidentelor rutiere n Romania

Conform datelor furnizate de Ministerul Administraiei i Internelor prinInspectoratul General al Poliiei, situaia accidentelor rutiere grave din Romnia careau avut loc n perioada 2001-2011 este prezentat n graficul dinFigura 1.1.

Creterea numrului de accidente rutiere grave care au avut loc n Romania nperioada 2006-2008, se explic prin creterea parcului naional de autovehicule, pefondul unei infrastructuri rutiere nvechite, care nu mai corespundea traficului rutiercrescut, pe de o parte, i prin lipsa unor msuri legislative stricte privind circulaiarutier, respectiv neaplicarea corespunztoare a normelor legislative existente, pe de

alt parte.


8/81

8

Figura 1.1. Situaia statistic a accidentelor rutiere grave din Romania n perioada 2001-2011. Sursa:www.politiaromana.ro

1.2.2 Statistica accidentelor rutiere n UE

ntr-o clasificare dup numrul persoanelor decedate la 1.000.000 de locuitorica urmare a accidentelor rutiere care au avut loc n anul 2008 n statele UniuniiEuropene, Romnia se situeaz pe poziia a treia cu aproximativ 140 de persoanedecedate / 1.000.000 locuitori, media n statele UE fiind de 75 persoane decedate /1.000.000 locuitori (Figura 1.2)

Figura 1.2. Numrul persoanelor decedate n accidente rutiere. UE-2008 [94]

Cteva dintre cauzele care stau la baza numrului mare de accidente rutieredin Romania comparativ cu alte state ale Uniunii Europene sunt: infrastructura rutiernaional insuficient de dezvoltat n raport cu parcul de autovehicule, nerespectareade ctre muli participani la trafic a normelor de circulaie rutieri starea tehnic avehiculelor.

1.3 Cinematica i dinamica accidentelor rutiere

1.3.1 Factorii determinani pentru sigurana ocupantilor

Din punct de vedere al siguranei n trafic, autovehiculul este caracterizat desigurana activ i sigurana pasiv. Sigurana activ este definit de ansamblul

funciilor autovehiculului care au rolul de a preveni sau de a evita producereaaccidentelor rutiere. Sigurana pasiv a autovehiculului poate fi definit ca totalitateafunciilor unui autovehicul de a proteja viaa i integritatea corporal a pasagerilor i a
http://www.politiaromana.ro/http://www.politiaromana.ro/http://www.politiaromana.ro/http://www.politiaromana.ro/http://www.politiaromana.ro/


9/81

9

persoanelor din afara autovehiculului (pietoni, bicicliti, motocicliti, etc) att n timpulaccidentului ct i dup producerea acestuia. Rolul siguranei pasive este acela de areduce consecinele accidentelor rutiere.

Sigurana pasiv exterioar include ansamblul msurilor luate de proiectantulautovehiculului n scopul pretejrii celorlalti participani al traficul rutier, aflai nafaraautovehiculului, n situaia unui accident rutier. Principalii factori care determin

sigurana exterioar sunt forma exterioar a autovehiculului i comportamentul ladeformare al caroseriei [93].Sigurana pasiv interioar a autovehiculului cuprinde ansamblul msurilor

implementate n conceptul constructiv al autovehiculului, menite s asigure reducereagradului de vtmare al pasagerilor i supravieuirea acestora prin minimizareaacceleraiilor i forelor care acioneaz asupra lor n cazul unui accident i prinasigurarea spaiului de supravieuire i a posibilitilor de salvare, dup accident.

Factorii determinani pentru sigurana ocupanilor autovehiculului sunt:- comportamentul caroseriei la deformare;- sistemele de reinere a pasagerilor;- comportamentul la impact al elementelor interioare ale habitaclului;

- protecia habitaclului la penetrare din exterior;- spaiul vital al ocupanilor n timpul impactului i dup impact;- sistemul de direcie;- protecia mpotriva incendiului.O caroserie capabil s preia ct mai mult din energia de oc din timpul unei

coliziuni este principalul element de siguran pasiv. Toate elementele de siguranpasiv (structura deformabil, centurile de siguran, airbag-urile, tetierele, etc.)intervin dup ce coliziunea a nceput, spre deosebire de sistemele de siguran activcare sunt importante nainte de coliziune. Cu alte cuvinte, sigurana activ are rolpreventiv, pe cnd cea pasiv are rol de protectie, dac accidentul are loc [98].

Reconstituirea retrospectiv a accidentelor rutiere se face pe baza datelorprimare obinute din cercetarea accidentului la faa locului [18]. Datele primareachiziionate se refer la:

- geometria locului de producere a accidentului i localizarea urmelormateriale;

- poziiile finale ale autovehiculelor (i eventual ale ocupanilor decedai saurnii);

- caracteristicile i avariile auovehiculelor implicate n accident;- leziunile victimelor.Reconstituirea retrospectiv presupune analiza evenimentului n sens invers

desfurrii lui n timp, considernd impactul compus din trei faze principale: faza

post-coliziune, coliziunea propriu-zis i faza ante-coliziune. Analiza fazei post-coliziune cuprinde stabilirea poziiilor vehiculelor, a traiectorilor i vitezelor acestora dinpoziia final pn la ieirea din impact. Analiza impactului cuprinde momentulcoliziunii i se rezolv cu metode bazate pe legea conservrii energiei. Fazaantecoliziune se analizeaz prin prisma posibilitilor de evitarea a accidentului pebaza datelor rezultate din analiza fazei coliziunii.

O analiz mai detaliat a fazei coliziunii autovehiculelor face obiectul capitoluluial doilea din prezenta lucrare.


10/81

10

1.4 Criterii de vtmare a ocupanilor

1.4.1 Scala de evaluare a vtmrilor AIS

Scala de evaluare a vtmrilor AIS1 este un sistem de evaluare anatomicintrodus pentru prima oar n anul 1969. De atunci, acest sistem a fost permenentrevizuit i actualizat.nTabelul 1.1. este prezentat scala de vtmare AIS.

Tabelul 1.1.

Codul AIS Gradul de vtmare ansa de supravieuire

1 Minor 100%

2 Moderat 99,6% - 99,9%

3 Serios (fr ameninarea vieii) 97,9% - 99,2%

4 Sever (cu ameninarea vieii) 89,4% - 92,1%

5 Critic (supravieuire nesigur) 41,6% - 46,9%

6 Fatal 0%

Codificarea AIS, este o scal de la 1 la 6 , pe care cifra 1 reprezint vtmriindividuale minore iar cifra 6 reprezint vtmari individuale care sunt o ameninare laadresa vieii. Codul 6 nu reprezint decesul persoanei, ci nseamn o vtmare cu oletalitate foarte mare.

Codificarea AIS permite localizarea vtmrii, identificarea tipului structuriianatomice, a componentei din structura respectiv i a tipului vtmrii, i arat nivelulde vtmare.

1.4.2 Criterii de vtmare

Criteriul de vtmare reprezint, la modul general, estimarea potenialul devtmare.n general, se folosesc dou tipuri de criterii de vtmare pentru evaluareariscului de vtmare a ocupantului: criterii de vtmare bazate pe cinematicavehiculului i criterii de vtmare bazate pe cinematica ocupantului.

A. Criterii de vtmare bazate pe vehicul [32]n acest caz, estimarea potenialului de vtmare a ocupantului se face doar pe

baza rspunsului vehiculului n timpul impactului. Criteriile prin care se estimeazpotenialul de vtmare sunt:

A1. Criteriul Delta-Vv este o msur a severitii impactului definit ca variaia total a vitezei

vehiculului n timpul impactului.

A2. Criteriul acceleraiei mediiAcceleraia medie longitudinal, lateral sau total calculat n intervalul de 50ms este parametrul utilizatncriteriul acceleraii medii.

A3. Criteriul masei concentrate libereAcest model presupune c severitatea vtmrii ocupantului este dependent

de viteza de impact dintre ocupant i vehicul i de acceleraia ocupantului.A4. Idexul severitii acceleraiei (ASI)De bazeaz pe acceleraiile vehiculului msurate n timpul testelor.B. Criterii de vtmare bazate pe ATD2 [87]ATD este modelul mecanic, manechinul de test, folosit ntr-un mod repetitiv

1Abbreviated Injury Scale

2Antrophometric Test Device


11/81

11

pentru estimarea potenialului de vtmare. Potenialul de vtmare este evaluat pezone ale corpului uman pe baza msurrii acceleraiilor i deplasrilor manechinului ntimpul impactului.

B1. Criterii utilizate pentru estimarea riscului de vtmare a capului. Criteriul de vtmare a capului - HIC Criteriul de performan HIC(d) Criteriul de performan a capului - HPC Durata de contact a capului la impact HCDB2. Criterii utilizate pentru estimarea riscului de de vtmare a gtului: Criteriul Momentului Total al Condilului Occipital (MOC)

Criteriul Momentului Total (MTO)

Criteriul de vtmare a gtului (NIC) la impact frontal Criteriul de vtmare a gtului (NIC) la impact din spateB3. Criterii utilizate pentru estimarea riscului de vtmare a toracelui Criteriul de vscozitate (VC) Criteriul de deformare al toracelui (RDC)

Criteriul de performan al toracelui (THPC) Indexul de vtmare toracic (TTI(d)) Criteriul de acceptabilitate al toracelui (ThAC)B4. Criterii utilizate pentru estimarea riscului de vtmare a membrelor Criteriul forei din femur (FFC) Indexul tibiei (TI)

1.5 Cercetarea accidentelor rutiere prin prisma deformaiilorautovehiculelor i a gradului de vtmare al ocupanilor

1.5.1 Consideraii generale

Deformarea caroseriei autovehiculelor i vtmarea ocupanilor sunt elementecaracteristice fazei coliziunii. Se pune astfel problema determinrii unei corelaii, chiari cu unele limite de aplicare, ntre amplitudinea avariilor autovehicului i nivelul devtmare al ocupanilor care ar fi util n sensul clarificrii sau confirmrii rezultateloranalizei fazei de coliziune n cadrul reconstituirii accidentelor rutiere

ntr-un interval de timp foarte scurt, de ordinul a 70 pn la 200 ms, n funciede tipul impactului, are loc att deformarea autovehiculelor implicate n coliziune, ct ivtmarea ocupanilor. Desigur, parametrul comun acestor dou procese este energiacinetic.

Similar, analiznd sistemul format din autovehicul i ocupantul acestuia, energia

cinetic iniial a sistemului este compus din energia cinetic a autovehiculului ienergia cinetic a ocupantului. n timpul impactului, o parte din energia cinetic iniiala autovehiculului de transform n energie de deformare i cealalt parte esteconsumat prin deplasarea autovehiculului n faza de postcoliziune. n sistemul dereferin asociat autovehiculului, energia cinetic iniial a ocupantului este nulntruct nu exist deplasare relativ ntre ocupant i vehicul. Pe durata impactului,datorit decelerrii brute a autovehiculului, ocupantul se deplaseaz n raport cuacesta, pe direcia forei principale de impact. Energia cinetic asociat micriirelative ocupant-vehicul crete astfel la valoarea maxim, egal cu semiprodusuldintre masa ocupantului i viteza relativ ocupant-vehicul. Energia cinetic relativ aocupantului se transform parial n alte forme de energie cum ar fi:

- lucrul mecanic al forelor de frecare dintre ocupant i scaun;- lucrul mecanic al forelor de reaciune muscular la sprijinirea ocupantului cu

ajutorul membrelor inferioare n podeaua autovehiclului respectiv a membrelor


12/81

12

superioare n volan, plana de bord, mnerul pentru sprijinul cu ajutorul minii, cotier,etc;

- energia absorbit de sistemele de reinere a ocupantului: centur desiguran, airbag protecie pentru genunchi, tetier, etc;

- energia de deformare a componentelor interioare ale autovehiculului: planade bord, panourile uilor, scaunele, coloana volanului i volanul, protecia pentru

genunchi, alte panouri i capitonaje interioare ale habitaclului;Acea parte din energia cinetic relativ a ocupantului netransformat n alteforme de energie este este preluat de corpul ocupantului i se consum prindeformarea acestuia. Forele specifice lucrului mecanic de deformare a corpuluiocupantului reprezint factoruldeterminant n producerea vtmarilor, cnd valoarileacestora depesc limitele de toleran ale diferitelor pri ale corpului uman. Forelecare produc vtmarea sunt aplicate asupra corpului ocupantului n procesele deinteraciune cu sistemele de reinere i n impactul dintre ocupant i elementeleinterioare ale habiaclului.

Managementul energiei cinetice, lund n considerare ecuaia energiei cinetice((1.1), se poate realiza prin managementul vitezei.

(1.1)Energia consumat pentru deformarea structurii constructive a autovehiculelor

implicate n coliziune caracterizeaz severitatea impactului, pe de o parte iperformanele structurii de absorie a energiei cinetice prin deformare, pe de alt parte.

Corelarea dintre amplitudinea, forma i localizarea deformaiilor autovehiculului,pe de o parte i gradul de vtmare al ocupanilor, tipul i localizarea leziuniloracestora, pe de alt parte, poate confirma sau infirma rezultatele cercetriiretrospective a accidentelor rutiere. Mai mult, n situaiile n care probele necesare

reconstituirii nu sunt suficiente sau nu sunt evidente, o astfel de corelaie poateconduce la soluionarea cercetrii evenimentului.

1.5.2 Influena energiei consumate n coliziune i a variaiei vitezeivehiculului asupra gradului de vtmare al ocupanilor

Conform unui studiu efectuat de ctre o echip de cercettori din SUA [82], aufost evideniate efectele energiei consumate n coliziune i a variaiei vitezeivehiculului asupra nivelului de vtmare al ocupanilor

Din analiza statistic a datelor selectate se poate concluziona c indiferent detipul impactului, frontal sau lateral, cu ctv1este mai mare, cu att i energia totalconsumat n coliziune este mai mare.

Pentru coliziunile frontale i laterale ntre autovehicule de aceeai clas, sedan-sedan, variaia energiei totale disipate n coliziune n funcie deV1 este evideniat ngraficul din Figura 1.3.

Analiza coliziunilor frontale de tipul vehicul-vehicul (coliziunile sedan-sedan isedan-SUV), a scos n eviden urmtoarele aspecte:

- dintre cei 192 de ocupani, complet neprotejai de sistemele de reinere(centur de siguran sau/i airbag), implicai n coliziunile frontale n care parametrulv1a dept pragul de 48 km/h, niciunul nu a supravieuit;

- dintre cei 166 de ocupani, complet neprotejai de sistemele de reinere,implicai n coliziunile laterale n care variaia vitezei, v1 a fost mai mare de 48 km/h,doar doi au au supravieuit;


13/81

13

Figura 1.3. Caracteristicile energiei de deformare totale n funcie de V1 pentru coliziunile frontale ilateralentre autoturisme din clasa sedan 3

Se poate concluziona faptul c peste pragul de variaie a vitezei autovehicululuin timpul impactului v1=48 km/h, ansele de supravieuire ale ocupanilor aflai pelocurile din fa ale autovehiculului ineprotejai de sistemele de reinere, sunt practicinexistente.

1.5.3 Riscul de vtmare al ocupantului la impact frontal

Cercetrile efectuate de Evans n 1994, Larsson-1996, Buzeman -1998 iViano -1999 [12] [29], pentru determinarea unei corelaii ntre riscul de vtmare alocupantului la impact frontal i parametri impactului au evideniat dependena directproporional a riscului de vtmare IR4, respectiv a riscului de deces FR5 de variaiavitezei vehiculului n timpul impactului (v). Creterea parametrului v influeneazcreterea exponenial a riscului de vtmare, IR i a riscului de deces, FR.Urmtoarele relaii au fost stabilite n mod empiric pe baza rezultatelor testelor decoliziune:

(1.2)

(1.3)

Semnificaia notaiilor utilizate este urmtoarea:IRriscul de vtmare; FRriscul de deces; v0,IR valoarea critic a v pentru riscul de vtmare;v0,FRvaloarea maxim avpentruriscul de deces; NIRexponentul riscului de vtmare;NFR exponentul riscului de deces;

3Sursa:http://www.nhtsa.gov

4Injury Risk

5Fatality Risk
http://www.nhtsa.gov/http://www.nhtsa.gov/http://www.nhtsa.gov/


14/81

14

Figura 1.4. Riscul de vtmare i riscul de deces al ocupantului la impact frontal n funcie de v [12].

Cracteristicile riscului de vtmare i a riscului de deces n funcie dev(Figura1.4), arat c pentru valori ale v mai mici de 40 km/h nu exist riscul de deces aocupantului la impactul frontal al vehiculului, iar riscul de vtmare apare la variaiavitezei de peste 15 km/h.

1.6 Obiectivele tezei

n scopul de a identifica posibilitile de utilizare a deformaiilor autovehiculeor igradului de vtmare al ocupanilor n stabilirea dinamicii accidentelor rutiere au foststabilite urmtoarele obiective principale ale tezei de doctorat:

1. Stabilirea energiei de deformare a structurii constructive a autovehiculelor

implicate n accidente rutiere i reflectarea acesteia prin amplitudinea deformaiilornregistrate la elementele de caroserie.

2.Analiza comportrii ocupanilor n interiorul autovehiculului n timpulevenimentelor rutiere prin metode i mijloace de biomecanic.

3. Punerea n eviden a corelaiei dintre mrimea energiei de deformareabsorbit de autovehicule i gravitatea vtmrilor suferite de ocupani.

4. Posibilitatea utilizrii corelaiei dintre energia de deformare a autovehiculelori gravitatea vtmrilor suferite de ocupani n situaia lipsei unor probe evidentenecesare reconstituirii evenimentului. Testarea veridicitii rezultatelor obinute nevaluarea teoretic a parametrilor dinamici i biomecanici ai evenimentului rutier.

5.Aprecierea eficienei proteciei ocupanilor n habitaclul autovehiculelor ntimpul accidentelor rutiere cu diferite mijloace tehnice adecvate.

6. Studiul dinamic al deformrii vehiculelor n timpul impactului i al cinematiciiocupantului la impact frontal prin efectuarea unor ncercri de coliziune de tip vehicul-vehicul.

7. Elaborarea unui model matematic pentru studiul cinematicii ocupantului laimpact frontal.

8. Posibilitatea dezvluirii unor falsuri privind declararea la societtile deasigurri aunor avarii exagerat de mari la autovehicule implicate n evenimente rutieren neconcordan cu garadul de vtmare al ocupanilor.


15/81

15

2. STUDIUL TEORETIC AL COLIZIUNII AUTOVEHICULELOR I AL CINEMATICIIOCUPANTULUI LA IMPACT

2.1 Consideraiii privind coliziunea autovehiculelor. Fazelecoliziunii

Faza ante-coliziune corespunde perioadei anterioare producerii impactului, ieste delimitat n timp de momentul declanrii strii de pericol iminent i momentuliniial al impactului. n aceast faz nu exist contact ntre autovehicule. Analizaacestei faze a coliziunii are ca obiectiv principal evaluarea posibilitilor de evitare aaccidentului;

Faza de coliziune are loc ntre momentul primului contact dintre autovehicule imomentul separrii acestora. n faza coliziunii are loc variaia vitezelor autovehiculelori deformarea caroseriei prin transferul energetic. n aceast faz a colizunii o partedin energia cinetic se transform n energie de deformare. Contactul dintreautovehicule are loc n dou faze distincte: faza de compresiune i faza de restituire.Analiza fazei de coliziune const n msurarea i modelarea profilului deformat,calculul energiei de deformare i determinarea variaiei vitezelor.

Faza post-coliziune ncepe n momentul separrii autovehiculelor i dureazpn la oprirea lor. Determinarea regimului de micarea autovehiculeor pn la oprirei scrierea ecuaiei de micare constituie elementele de analiz ale fazei post-coliziune.

2.2 Dinamica fazei coliziunii autovehiculelor

Faza coliziunii autovehiculelor este caracterizat prin redistribuirea impulsuluintre autovehiculele implicate n coliziune i prin transformarea unei pri din energiacinetic iniial n energie de deformare. Analiza fazei coliziunii are ca scopdeterminarea vitezelor de impact ale autovehiculelor.

2.2.1 Determinarea vitezelor de impact prin metoda simulrii [8][81]

Cercetarea fazei coliziuinii prin metoda simulrii presupune folosirea unui modelde impact bazat pe ipoteza c fora de impact este o for de tip percutant,caracteristic ciocnirilor, care acioneaz un timp foarte scurt ntr-un singur punctnumit punct de impact.

Variaia impulsului n timpul unei ciocniri se numete percuie P. Direciavectorului percuie este normala comun a suprafeelor de contact ale celor douautovehicule care intr n coliziune.

(2.1)Modelul de impact se bazeaz pe cele dou teoreme fundamentale ale teoriei

ciocnirilor:Teorema impulsului: variaia impulsului total al sistemului material n timpul

ciocnirii este egal cu suma percuiilor exterioare la care este supus sistemul material (2.2)Teorema momentului cinetic: variaia momentului cinetic total al sistemului

material n raport cu un sistem fix n timpul ciocnirii este egal cu suma momentelorpercuiilor exterioare la care este supus sistemul material n raport cu acelai pol: (2.3)


16/81

16

Unde, reste braul vectorului impuls fa de punctul fix considerat, iar vestevectorul de poziie al unui punct n micare.

Considernd m1 i m2, masele autovehiculelor, v10, v20vitezele autovehiculelorla nceputul impactului i v1, v2 vitezele la ieirea din impact, teorema variaieiimpulsului se poate scrie:

(2.4)

(2.5)Algoritmii de calcul utilizai n programele de simulare permit determinarea

variaiei vitezei pentru ambele autovehicule pe baza variaiei impulsului. Impulsul totaln faza de compresiune este calculat n funcie de masele i momentele de inerie aleautovehiculelor i de poziia punctului de impuls n raport cu centrele de mas.

2.2.2 Coeficientul de restituire

Raportul dintre impulsul corespunztor fazei de restituire (PR) i impulsulcorespunztor fazei de compresiune (PC) este nenumit coeficient de restituire (e):

(2.6) (2.7)

Coeficientul de restituire reprezint raportul dintre viteza relativ a centrelor demas ale autovehiculelor la finalul fazei de coliziune i viteza lor relativ la nceputulfazei coliziunii.

Fiind cunoscute vitezele la finalul impactului, se poate determina energiacinetic consumat n timpul coliziunii sub form de energie de deformare:

(2.8)Pentru e=0, valoareaEeste maxim, specific ciocnirii neelastice, n timp ce

pentru e=1, energia consumat n timpul coliziunii este nul (E=0, ciocnire perfectelastic).

2.2.3 Relaia analitic dintre varaiaia vitezei de coliziune (V) iviteza echivalent energiei de deformare (EBS)

Delta-v sau v este parametrul folosit pentru a exprima variaia vitezeivehiculului n faza coliziunii, acest mrime avnd o importan major n apreciereaseveritii coliziunii dar i n determinarea vitezei antecoliziune. EBS reprezintechivalentul vitezei de impact a vehiculului cu o barier rigid fix care produceaceeai mrime a defomaiilor ca cea observat la vehiculul analizat. EBS i v ingeneral nu au aceeai valoare pentru vehiculul analizat, n cazul coliziunilor vehicul-vehicul, cu exceptia a cteva situaii particulare.

Expresia variaiei vitezei vehiculului 1 n funcie de EBS:

(2.9)

Coeficientul de restituire echivalent, e este un parametru al coliziunii dintre celedou vehicule i caracterizeaz energia consumat n coliziune, nu energiaconsumat pentru deformarea fiecrui vehicul n parte.


17/81

17

2.2.4 Variaia vitezelor n coliziunile centrice

Dac sunt masele autovehiulelor; - deplasarea vehiculului 1 respectiv a vehiculului 2;

- deplasarea relativ dintre autovehicule (deformaia dinamic total);Viteza relativ a autovehiculolor se poate scrie n funcie de energia absorbit

pentru deformare structurilor autovehiculelor:

(2.10)Relaia (2.10) exprim viteza relativ a autovehiculelor n coliziune. n cadrul

reconstituirii retrospective a accidentelor rutiere este important a se determina variaiatotal a vitezei n timpul coliziuinii pentru fiecare vehicul.

Variaia total a vitezei n timpul coliziunii pentru fiecare vehicul n funcie deenergia consumat pentru deformarea structurilor)este:

(2.11)2.3 Calculul energiei de deformare

2.3.1 Metode i modele de deformaie

Unul dintre principalele obiective ale reconstruciei accidetelor rutiere este, nmajoritatea situaiilor, determinarea vitezei vehiculelor n momentul anterior coliz iunii.Ca metode principale de abordare a reconstruciei accidentelor rutiere se folosesc:metoda impulsului, bazat pe legile de conservare a impulsului liniar i aceluiunghiular, i metoda deformaiilor, bazat pe legile de conservare a impulsului liniar,impulsului unghiular i a energiei.

Folosirea metodei deformaiilor presupune existena sau adoptarea unormodele de deformaie care exprim corelaia dintre fora normal de coliziune peunitatea de lime a zonei deformate i amplitudinea deformaiilor. Modelele dedeformaie pot fi statice sau dinamice.

2.3.2 Modelul static bazat pe caracteristica liniar for-deformaie

Dependena liniar dintre for i amplitudinea deformaiilor remanente a stat labaza perimelor studii pentru determinarea coeficienilor de rigiditate, rezultatele fiindobinute n urma unor teste de impact vehiculului - barier fix i nedeformabil. Ceamai uzual metod de determinare a energiei de deformare, folosit n reconstituireaaccidentelor rutiere este cea introdus de Campbell, avand la baz coliziunea vehicul-barier rigid fix.

Dependena liniar dintre vitez de impacti deformaii este datde relaia:

(2.12)v viteza de impact;C deformaia remanent medie;b0viteza maxim la care nu se produc deformaii remanente;b1raportul dintre viteza de impact i amplitudinea medie a deformaiilor.n Figura 2.1 este prezentat caracteristica ideal for deformaie. Acesta

exprim depenena dintre fora pe unitatea de lime a ariei deformate i amplitudineamedie a deformaiei.


18/81


19/81

19

Prin integrarea ecuaiei (2.15)i substituirea vitezei conform relaiei (2.12) seobin coeficienii de rigiditate:

(2.16)Coeficientul b0se determin n urma testelor de impact la vitez redus;

2.3.5 Deformaia static i deformaia dinamic. Energia dedeformare

Energia consumat pentru deformarea structurii constructive a vehiculului ntimpul impactului poate fi determinat pe baza deforma iei remanente a elementelorde caroserie, folosind coeficienii de rigiditate ai vehiculului specifici zonei deformate.

Relaia pentru calculul energiei de deformare utilizat n cadrul aplicaie PCCrash este:

(2.17)

ED - energia de deformare [J];A, B, G coeficienii de rigiditate [m];Ci, Ci+1deformaia msurat n punctul i, respectiv i+1 [m].Li, Li+1cota staiei de msurare din punctul i, respectiv i+1 [m];widistana dintre dou staii de msurare consecutive [m]; - unghiul dintre axa longitudinal a vehicululuui i direcia forei principale de

impact [].Considernd C deformaia remanent medie i Cd deformaia dinamic

medie a fost demonstrat relaia [Huang]:

(2.18)2.3.6 Factorul energiei de deformare

Datorit diferenelor dintre performanele structurale ale autovehiculelor, esterecomandabil a se folosi ca msur a energiei consumate pentru deformareaautovehiculelor, factorul energiei de deformare care reprezint energia de deformarecorespunztoare fazei coliziunii (compresiune i restituire), raportat la unitatea delime a autovehiculului:

(2.19)ECF factorul energiei de deformare (Energy of Crush Factor);EDenergia de deformare corespunztoare faze de coliziune;L lungimea profilului deformat.

2.3.7 Msurarea profilului deformat la autovehicule

A.Procedura de msurare a profilului deformat cu ajutorul profilometruluiCalculul energiei de deformare pe baza deformaiilor remenente ale caroseriei

vehiculului, cu ajutorul relaiei ((2.17) presupune cunoaterea constantelor arieideformate, care se determin prin msurarea profilului deformat.

Msurarea profilului deformat impune utilizarea unor proceduri de msurare


20/81

20

specifice zonei vehiculului n care este localizat deformaia.n calculul energiei de deformare, pe lng valorile deformaiilor, coeficienii de

rigiditate i unghiul de impact, intervine i parametrul limea ariei deformate ( L). ncest sens, pentru evaluarea corect a energiei de deformare este necesar s se facdistincia ntre deformaia direct i deformaia total.

Procedura de msurare a profilului deformat este fundamentat pe ipoteza c

deformaia este uniform n plan vertical

Figura 2.2. Msurarea profilului deformat cu ajutorul profilometrului.

n cazul msurrii profilului deformat aflat n planul frontal al vehiculului baza decotare se poziioneaz relativ la puntea din spate, la o distan mai mare dect sumadintre ampatamentul i consola fa a vehiculului. Se pot utiliza 2, 4, 6, sau 12 staii demsurare situate la distane egale sau inegale. n general se folosesc 6 staii demsurare iar msurarea se efectueaez la cota de deformaie maxim.

B. Modelarea profilului deformat prin metoda fotogrametrieiUna dintre metodele actuale de msurare a profilului deformat este metoda

fotogrametriei. Fotogrametria este o tehnic de msurare care, pe baza fotografiilordigitale, permite msurarea tri-dimensoional a obiectului de interes. Aceast tehicse bazeaz pe conversia imaginilor bidimesionale ale obiectului n imaginitridimensionale. Sunt necesare cel puin dou imagini bidimensionale ale aceluliaiobiect, realizate din unghiuri diferite. Principiul care st la baza tehnicii fotogrametrieieste triunghiularea, care n acest caz permite determinarea coordonatelor spaiale aleunui punct prin intersectarea unor linii n spaiu.

Msurarea deformaiilolor autovehiculului implicat n coliziune prin tehnica

fotogrametriei presupune modelarea profilului deformat pe baza fotografiilorautovehiculului avariat i apoi determinarea deformaiilor prin comparaie cu profilulnedeformat al aceleiai mrci i model de autovehicul. Studiul teoretic privindmicarea ocupantului n interiorul autovehiculului

2.3.8 Cinematica ocupantului n interiorul autovehiculului la impact

n timpul coliziunii vehiculului ocupanii acestuia pot experimenta o varietate demicri n interiorul habitaclului n funcie de tipul impactului, tipul vehiculului, locul pecare l ocup n vehicul, vrsta, sex, etc. Cercetrile actuale n domeniu arat cexist o strns legtur de cauzalitate ntre cinematica ocupantului, prin aceastanelegndu-se traiectoriile, vitezele i acceleraiile prilor corpului ocupantului, i

vtmrile nregistrate de ocupant.Vtmrile ocupantului sunt cauzate de transferul de energie ntre corpulocupantului i obiectul cu care acesta intr n contact. Atunci cnd corpul ocupantului


21/81

21

se lovete de elementele contondente din habitaclu, iar fora de impact esteconcentrat pe o anumit zon a corpului, se produc leziuni ale zonei respective [84].n aceste condiii,riscul de vtmare al ocupantului este influenat de:

- forma obiectului;- rigiditatea structural a obiectului;- punctul de contact dintre ocupant i obiect;

-orientatea obiectului.

2.3.9 Biomecanica ocupantului la impact frontal

n situaia unui impact frontal, datorit forelor ineriale, ocupanii autovehicululuiau tendina de a se deplasa pe direcia forei de impact cu o vitez proporional cuvariaia vitezei V pe care o capt autovehiculul. Dac ocupantul este protejat desistemele de siguran pasiv, (centura de siguran, airbag, tetier, etc.), deplasareaacestuia este limitat, ocul impactului la nivelul ocupantului este considerabil redus,iar riscul de vtmare este mult diminuat.

Riscul de vtmare a ocupanilor n timpul impactul frontal al autovehicululuieste nfluenat n mod major de urmtorii factori:

-severitatea (pulsul) coliziunii;

- sistemele de retenie a pasagerilor (siguran pasiv);- spaiul vital din interiorul habitaclului.Prin severitatea pulsului coliziunii se nelege capacitatea total a structurii

vehiculului de absorie a energiei n timpul impactului. Energia cinetic total indusocupantului la impact este nfluenat de capacitatea de absorie a sistemelor deretenie, care se afl n strns interdependen cu spaiul vital al pasagerului.

A. Ocupantul fr centur de siguranDac ocupantul nu este protejat de centura de siguran, corpul acestuia se

deplaseaz pe direcia rezutantei forelor de impact, lovindu-se de prile interioare alehabitaclului. n majoritatea situaiilor de impact frontal, conductorul autovehiculului n

deplasarea sa, lovete cu zona toraco-adominal volanul iar cu genunchii loveteplana de bord, apoi capul acestuia poate lovi volanul, parbrizul sau plafonulautovehiculului.

B. Ocupantul cu centur de siguranSituaia impactului frontal n careocupantul este protejat de sistemul centrurii

de siguran este substanial diferit din punct de vederea al cinematicii ocupantului iriscului de vtmare, comparativ cu impactul n care ocupantul nu poart centura desiguran. n acest caz, deplasarea ocupantului spre nainte, pe direcia forei deimpact este limitat. Apare ns, deplasarea relativ a capului fa de trunchiulsuperior, deplasarea acestuia din urm fiind limitat de centura diagonal, iar capul sedeplaseaz dup fora inerial.

Vtmrile cele mai ntlnite n cazul coliziunilor frontale sunt: traumatismulcranian, leziunile toracice i luxaiile de femur i old. Cauza acestor vtmri estelovirea ocupantului de parbriz, plafon, volan sau plana de bord.

2.3.10 Biomecanica ocupantului la impact din spate [96]

n timpul unei colizini din spate, corpul uman este supus unor solicitri de tipuldeceleraiilor i forelor percutante. Autovehiculul este accelerat brusc de forarezultant a impactului, situaie n care corpul ocupantului este antrenat spre naintede deplasarea autovehiculului prin intermediul scaunului iar capul tinde s rmn nspate datorit forei de inerie. Se produce astfel o deplasare relativ brusc ntre

partea superioar a corpului ocupatului i capul acestuia.


22/81

22

Figura 2.3. Traumatismul coloanei cervicaleCurba S [96]

Vtmrile la nivelul gtului pot s fie cauzate de sarcinile i defleciile mariatunci cnd trunchiul este accelerat sau decelerat brusc iar capul ramne pe loc saude deplaseaz n virtutea forelor de inerie.

ndoirea gtului poate avea loc n orice direcie. n termeni medicali, ndoireagtului ctre napoi este numit extensie, ndoirea ctre nainte este denumit flexie,iar ndoirea lateral este denumit flexie lateral.

2.3.11 Biomecanica ocupantului la impact lateral

Coliziunile laterale sunt acele coliziuni ale autovehiculelorn care, partea laterala unuia sau mai multor vehicule intr n impact cu alt autovehicul sau cu obstacole fixeori mobile.

n cazul coliziunilor frontale, structura frontal a vehiculului i compartimentulmotor, asigur o zon de deformare care protejeaz ocupantul la impact. Deasemenea, n cazul coliziunilor din spate compartimentul portbagaj i structura derezisten preiau o parte din energia cinetic a vehiculului mpingtor, protejndocupanii. n timpul impactului lateral, o parte din energia cinetic a vehicululuimpingtor este absorbit prin deformarea structurii frontale a acestuia. De asemenea,

deformarea structurii laterale a vehiculului mpins contribuie la reducerea energieicinetice a vehiculului mpingtor, ns ntr-o mai mic msur, datorit formeiconstructive structurii laterale i dimensiunilor reduse ale zonei de deformare. n acestecondiii, riscul de vtmare al ocupantului este mai mare n coliziunile lateralecomparativ cu alte coliziuni.

2.3.12 Modele pentru studiul biomecanicii impactului

Studiul biomecanic al impactului are ca scop determinarea cinematiciiocupantului, a solicitrilor la care acesta este supus i a riscului de vtmare. Aadarse urmrete a se determina deplasrile, vitezele i acceleraiile segmentelor corpuluiuman, dar i solicitrile la care sunt supuse esuturile, scheletul i articulaiileocupantului precum i tolerana acestora la solicitri.

Modele actuale pentru studiul biomecanicii impactului sunt:- voluntari;- cadavre umane - PMHS6 ;- animale vii sau moarte;- modele mecanice (manechine pentru teste);- modele matematice.A. Studiul biomecanicii impactului cu ajutorul voluntarilor, animalelor i

PMHSTestele efectuate cu subieci umani - voluntari, cadavre umane i cu animale pot

furniza rezultate bune ns fiecare dintre aceste metode are o serie de limitri. n cazul

6Post Mortem Human Subjects


23/81

23

voluntarilor umani testele se efectueaz sub nivelul de vtmare

Figura 2.4. Voluntar, manechin Hybrid III i PMHS n test de colizune frontal cu sanie7

B. Studiul biomecanicii impactului cu ajutorul modelelor mecanice.Manechinul folosit n testele de coliziune este un dispozitiv antropomentric de

msurare a riscului de vtmare. Acest dispozitiv este asemmtor subiectului uman,din punct de vedere al caracteristicilor antropometrice, i este echipat cu aparatur care

permite colectarea datelor de interes pentru determinarea riscului de vtmare.Aprecierea ricului de vtmare se face pe baza valorilor limit a mrimilor calculate saua criteriilor de vtmare.

C. Studiul biomecanicii impactului cu ajutorul modelelor matematiceModelarea matematic a ocupantului n corelaie cu modelele matematice ale

structurii autovehiculului i sistemelor de siguran pasiv reprezint o metodeconomic, eficient i rapid de analiz a rspunsului biomecanic al corpului uman nsituaia unui impact.

Din punct de vedere conceptual aceste modele matematice dinamice sunt:- modele cu mase concentrate (frecvent unidimensionale sau bidimensionale);- modele multi-corp (de obicei unidimensionale sau bidimensionale);

- modele cu elemente finite (de regul bidimensionale sau tridimensionale).La fel ca modelele mecanice, cele matematice au fost dezvoltate pe baza

datelor biomecanice, deci biofidelitatea este principalul atribut al acestora. Spredeosebire de modelele mecanice care din punct de vedere al modelrii micrii suntcondiionate proiectul manechinului, modelele matematice permit o modelare maidetaliat a corpului uman i ofer biofidelitate multidirecional.

7Sursa: Occupant kinematics in low-speed frontal sled tests: Human volunteers, Hybrid III ATD

and PMHS


24/81

24

3. STABILIREA CORELAIEI DINTRE ENERGIA DE DEFORMARE I GRADUL DEVTMARE AL OCUPANILOR LA IMPACT FRONTAL

3.1 Influena energiei de deformare asupra gradului de vtmare alocupanilorla impact frontal

Activitatatea de reconstituire a accidentelor rutiere n cadrul expertizelor tehnicei criminalistice ofer posibilitatea instrumentrii i soluionrii a diverse scenarii decoliziune, fiecare cu particularitile i specificul lor. Pentru a determina n ce msur,amplitudinea avariilor remenente ale autovehiculelor implicate n coliziuni, evideniatprin energia de deformare corespunztoare acestor avarii, influeneaz gradul devtmare al ocupanilor, s-au efectuat cteva studii pe baza datelor primareachiziionate cu ocazia reconstituirii evenimentelor rutiere i a rezultatelor cercetriilorefectuate.

ntr-un prim studiu efectuat n acest sens s-a folosit o baz de date constituit dectre dl. Prof.univ.dr.ing. Tiberiu Nagy, n decursul unei ndelungate activiti de

expertiz tehnic i criminalistic, pe baza datelor achiziionate i rezultatelor obinuten urma reconstituirii accidentelor rutiere.

Folosind funcii de regresie statistic s-a determinat modelul de regresie carereflect relaia dintre energia de deformare total consumatn coliziune i gradul devtmare al ocupanilor, evideniat dup scala maxim de evaluare a vtmrilor -MAIS. Reprezentarea grafic din Figura 3.1 evideniaz aceast corelaie pentruocupanii din ambele vehicule implicate n coliziune.

Figura 3.1. Probabilitatea de vtmarea a ocupanilor la impact frontal n funcie de energia total dedeformare

Conform modelului de regresie, gradul de vtmare, evideniat prin valoareaMAIS, ca variabil dependent este exprimat funcie de variabila independentvaloarea energiei totale de deformare. Pentru determinarea modelului de regresieevideniat n Figura 3.1, s-a utilizat funcia de distribuie Poisson pentru valorilevariabilei independente.

Se poate observa c gradul de vtmare al ocupantului la impactul frontal dintredou autovehicule crete proporional cu energia total consumat pentru deformarea


25/81

25

structurilor constructive ale autovehiculelor.

3.2 Studiul statistic al mecanismelorde vtmare a ocupantului laimpact frontal

3.2.1 Consideraii privind studiul mecanismelor de vtmare prin

metode statisticeFenomenul complex de coliziune a autovehiculelor implic o serie de parametri

care in de cacteristicile constructive ale autovehiculelor, tipul i configuraia impactului,gradul de compatibiltatea al partenerul de coliziune, factorii de mediu , i nu n ultimulrnd, factorul uman. Tabloul lezional al persoanelor vtmate cu ocazia produceriiaccidentelor rutiere trebuie privit ca un indicator al combinrii n anumite proporii aparametrilor caracteristici impactului. Mecanismele de vtmare pot fi conturate lund nconsiderare caracterul dinamic al coliziunii autovehiculelor i influena factorilor careintervin pe durata impactului, n corelare cu gravitatea, localizarea i forma leziunilorocupanilor. n acest sens, studiul statistic al datelor i informaiilor referitoare la

dinamica impactului i la vtmrile suferite de ocupani constitue o metod eficientpentru determinarea mecanismelor de vtmare n diverse condiii de impact..Pentru studiul mecanismelor de vtmare care au loc n cazul unui impact frontal

a fost utilizat baza de date CIREN8, din care au fost selectate un numr de 38 decazurin care accidentul rutier s-a produs prin coliziunea frontal a autovehiculul cu unalt autovehicul sau cu un obstacol fix (stlpi, arbori, cldiri, etc.).

3.2.2 Analiza cazuistici prelucrarea datelor statistice

Pentru fiecare caz au fost extrase urmtoarele date:valoarea criteriului maxim de vtmare al ocupantului MAIS;- codul de vtmare AIS;-

zona de contact vehicul-ocupant;- valoarea variaiei vitezei vehiculului n impactv;- valoarea energiei totale consumaten coliziune.Pe baza datelor selectate s-au analizat urmtoarele aspecte:- frecvena vtmrilor n funcie de partea constructiv a autovehiculului cu

care ocupantul a interacionatn momentul producerii vtmrii;- frecvena vtmrilor n funcie de regiunile anatomice ale corpului uman.

3.2.3 Analiza i interpretarea datelor

Din analiza frecvenei vtmrilor dup zona habitaclului cu care ocupantul aintrat n contact n momentul coliziunii(Figura 3.2)i a numrului vtmrilor relativ la

zonele anatomice ale corpului uman (Figura 3.3) pot fi formulate urmtoarele concluzii Mecanismul de vtmare se explic prin impactul ocupantului cu elementele

constructive ale habitaclului (protecie pentru genunchi, plan de bord, volan, airbag,podea pedalier) datorit deplasarii corpului spre nainte sub aciunea forei de inerie, ncondiiile n care vehiculul este frnat brusc sub aciunea forei de coliziune.

n situaia utilizrii centurii de siguran se reduce riscul de vtmare almembrelor inferioare prin impactul cu protecia pentru genunchi, respectiv al membrelorsuperioare i abdomenului prin impactul cu volanul sau plana de bord.

Interaciunea ocupantului cu centura de siguran explic mecanismul deproducere a leziunilor colonei vertebrale i toracelui. La deceleraii mari ale

8Crash Injury Research and Engineering Network


26/81

26

autovehiculului, forele care acioneaz asupra ocupantului prin intermediul centurii desiguran produc deformarea cavitii toracice i deplasarea relativ dintre vertebrelecoloanei vertebrale.

Figura 3.2. Sursele de vtmare a ocupantului la impact frontal. Airbag comparativ cu centuri airbag

Figura 3.3. Incidena vtmrilorocupantului la impact frontal dup zonele corpului

n situaia aciunii sistemelor de reinere, centur de siguran i airbag, deregul, nu se produc vtmri ale coloanei cervicale deoarece capul ocupantului nuintr n contact cu autovehiculul doar eventual prim intermediul sacului airbag.

3.3 Cercetri privind influena eficacitii sistemelor de siguranpasiv asupra riscului de vtmare

3.3.1 Criterii criterii utilizate n analiza riscului de vtmare

Complexitatea fenomenelor care au loc n timpul coliziunii vehiculelor, dat demultitudinea factorilor care intervin, face ca estimarea riscului de vtmare aocupantului la impact s necesite aplicarea unor metode i tehnici care se bazeaz pecaracterul dinamic al parametrilor care influeneaz mecanismele de vtmar

Metodele prin care se evelueaz riscul de vtmare al ocupantului, n diversecondiii de coliziune, pe baza parametrilor cinematici i dinamici ai autovehiculului i a i


27/81

27

dispozitivului antropometric (ATD) se numesc criterii de vtmare. Pentru evaluareariscului de vtmare a ocupanilor la impact se utilizeaz dou tipuri de criterii deevaluare:

- criteriile bazate pe testele de coliziune n care sunt folosite manechineantropometrice (ATD);

- criteriile care au la baz mrimile cinematice ale autovehiculului n timpul

impactului.Criteriile bazate pe ATD, folosesc parametri cinematici i dinamicinregistrai cu

aparatura montat pe manechin n timpul testelor de impact repetitive. Estimareariscului de vtmarese realizeaz prin compararea valorilor efective astfel determinate,cu valorile limit specifice fiecrui parametru. Aplicabilitatea acestor criterii n evaluareariscului de vtmare a ocupanilor n cazul accidentelor reale nu este posibil deoarecenu pot fi determinai parametri cinematici i dinamici ai ocupantului n timpul impactului.

Criteriile dezvoltate pe baza parametrilor cimematici i dinamici specificiautovehiculului sunt aplicabile n cazul accidentelor rutierentruct aceste mrimi pot finregistrate cu ajutorul dispozitivelor de memorare a datelor n caz de accident - EDR 9,sau pot fi determinate prin reconstituirea accidentului. Evaluarea riscului de vtmare a

ocupanilor folosind exclusiv aceste criterii este ns limitat deoarece mrimilecinematice i dinamice specifice vehiculului ofer informaii doar despre vehicul, nu idespre cinematica ocupantului.

In mod ideal, riscul de vtmareal ocupantului ar trebui s fie evaluat pe bazacinematicii ocupantului i a solicitrilor la care acesta este supus n timpul coliziunii.Una dintre metodele prin care se poate determina cinematica ocupantului ntr-o astfelde situaie este reconstituirea retrospectiv a accidentului i compararea tablouluilezional al victimei cu cinematica autovehiculului. O alt metod pentru determinareamrimilor cinematice ale ocupantului la impact este modelarea computerizat aimpactului. Prin reconstituirea retrospectiv a accidentului se poate determianaparametrulv, ca mrime scalar, pe baza deformaiilor remanente ale autovehiculului,fr ns a se putea determina variaia vitezei n timp (pulsul acceleraiei). Cercetrileanterioare folosesc deformaiile remanente ca termen de comparaie ntre accidentelereale i testele de colizine, n care poate fi determinat pulsul coliziunii iar pe bazaacestuia pot fi calculate criteriile complexe de estimarea a riscului de vtmare.

n aceste condiii, se pune problema mbuntirii criteriilor de evaluare a risculuide vtmare bazate pe cinematica autovehiculului considerarea unor parametrispecifici cinematicii ocupantului n timpul impactului.

3.3.2 Parametri de apreciere a eficienei sistemelor de siguranpasiv

Deplasrile vitezele i acceleraiile msurate n centrele de greutate ale zonelorcorpului uman reprezint parametrii cinematici care exprim rspunsul ocupantului laimpact. Determinarea acestor parametri, n cadrul testelor de coliziune, cu ajutoruldispozitivelor montate pe manechinul de test permite stabilirea criteriilor de vtmare.

Considernd c rspunsul ocupantului la impact este dependent de severitateacoliziunii i de eficacitatea sistemelor de siguran pasiv ale autovehiculului s-a fectuatun studiu care a avut ca obiectiv determinarea influenei acestor parametri asupracinematicii ocupantului.

Pentru realizarea studiului s-a folosit baza de date NHTSA10Vehicle Crash Test

9 Event Data Recorder10

National Highway Traffic Safety Administration


28/81

28

Database,n care disponibile date statistice referitoare la testele de coliziune specificecercetrii din domeniul industriei autovehiculelor.

Parametrul de apreciere a severitii coliziunii, folosit n cadrul studiului, estevariaia vitezei vehiculului, v. Eficiena sistemelor de siguran pasiv aleautovehiculului a fost estimat pe baza urmtorilor parametri:

- eficiena enegetic a coliziunii (), care reflect gradul de absorie a

energiei cinetice prin deformarea structurii constructive a autovehiculului [42]; (3.1)Unde,vvoviteza iniial a vehiculului [m/s];erddensitatea energetic a coliziunii [m

2/s2]:

(3.2)aoacceleraia ocupantului [m/s

2

];xv deplasarea vehiculului [m];xfdeplasarea final a vehiculului [m].Densitatea energetic a coliziunii (erd) reflect procentajul energiei cinetice

absorbite de structura vehiculului i este n srns corelaie cu deformaia dinamic.

- factorul energiei cinetice relative a ocupantului (Ec), este un indicator aleficienei sistemelor reinere a ocupantuluii exprim valoarea normalizat a energieicinetice a unitii de mas a ocupantului

(3.3)

Unde,vrelreprezint viteza relativ dintre toracele ocupantului i vehicul [m/s]: (3.4)vv viteza vehiculului [m/s]vo - viteza ocupantului [m/s]Factorul energiei cinetice relative reflect gradul de protecie a ocupantului la

impact realizat prin intermediul sistemului de reinere.Riscul de vtmare a ocupantului a fost estimat folosind urmtoarele criterii de

vtmare:

-HIC-criteriul de vtmare al capului;

- CSI- indexul de severitate al toracelui [m/s];- a(3ms)- acceleraia maxim a toracelui pentru un interval de cel puin 3ms.

3.3.3 Analiza cazuistic

Pentru realizarea studiului au fost selectate o serie de teste de coliziune carendeplinesc cumulativ urmtoarele criterii:

- tipul impactului: frontal, vehicul-barier fix nedeformabil;- manechin de test utilizat: Hybrid III Male 50 percentile;- sisteme de siguran pasiv funcionale: centur de siguran cu fixare n 3

puncte, airbag fontal sau ambele sisteme.

Din baza de date Vehicle Crash Test Database, pentru fiecare caz n parte au


29/81

29

fost preluate urmtoarele date:- caracteristicile acceleraiei i vitezei pentru: vehicul, torace ocupani;- caracteristica deplasrii vehiculului;- valoarile deformaiei vehiculului msutatn 6 puncte C1...C6;- valoarea llimii zonei deformate , L ;- valoarile criteriilor de vtmare a(3ms), CSIi HIC

Datele preluate au fost stocate sub form de fiier .xls n scopul prelucrrii.3.3.4 Analiza i interpretarea datelor

Pentru fiecare caz, pe baza acceleraiei vehiculului i acceleraiei ocupantului, aufost determinai urmtorii parametri:

- variaia vitezei vehicululuiv;- eficiena energetic a coliziunii,;- factorul energiei cinetice relative a ocupantului, EC;- deformaia medie a structurii vehiculului Cm.

3.3.5 Analiza statistic a datelor

n cadrul acestui studiu, pentru a evidenia valoarea energiei consumate pentrudeformarea vehiculului s-a utilizat deformaia medie, Cm.Datele obinute n urma prelucrrii iniiale au fost utilizate pentru a se determina

corelaiile ntre parametri specifici autovehiculului i criteriile de vtmare.n cazul coliziunilor n care ocupantul a fost protejat doar de centura de siguran,

au fost gsite corelaiile cele mai strnse ntre valoarea deformaiei medii , (Cm) iparametri impactului specifici vehiculului (i Ec). Deoarece valoarea vn testele decoliziune analizate este cuprins n limitele 50,9 57 km/h, corelaia dintre acestparametru i valoarea medie a deformaiei vehiculului nu este evident relativ lanumrul total de cazuri analizate

Figura 3.4. Caracteristica =f(Cm), pentru ocupantul cu centur de siguran, respectiv cu airbag

Pentru a studia infuena sistemului de siguran al ocupantului (centur desiguran sau airbag) asupra valorilor efective ale parametrilori Ec, au fost trasatecaracteristicile din Figura 3.4 iFigura 3.5, pe baza legilor de regresie putere.

Legile de regresie pentru eficiena energetic a coliziunii sunt:-

pentru ocupantul cu centura: - pentru ocupantul cu airbag:


30/81

30

Valorile superioare ale eficienei energetice a coliziunii () n cazul ocupantului cucentur de siguran comparativ cu situaia ocupantului protejat de airbag, pentruaceeai deformaie medie (Cm), se explic prin faptul c centura de siguran limiteazdeplasarea ocupantului la momentul tc, iar airbagul limiteaz deplasarea ocupantului lamomentul ta, tatc. n momentul impactului viteza ocupantului este egal cu vitezavehiculului (vo=vv) iar acceleraia ocupantului la momentul tc, aoc=vo/tc este mai mare

dect acceleraia ocupantului la momentul ta, aoa=vo/ta. n condiiile n care dxv = Cd(deformaia dinamic) i v0v (viteza de impact a vehiculului) sunt constante pentruacelai impact, acceleraia ocupantului este factorul care influeneaz n mod directvaloarea eficienei energetice a coliziunii, (ecuaiile 3.13 i 3.14) n funcie desistemul de siguran pasiv al ocupantului.

Legile de regresie pentru factorul energiei cinetice relative a ocupantului sunt:

- pentru ocupantul cu centura: - pentru ocupantul cu airbag:

Figura 3.5. Caracteristica Ec=f(Cm), pentru ocupantul cu centur de siguran, respectiv cu airbag

n mod similar, viteza relativ maxim (vrel)max ocupant-vehicul este mai mare lamomentul ta la care airbagul limiteaz deplasarea relativ a ocupantului dect lamomentul tcla care acioneaz centura de siguran (vrel)max.a (vrel)max.cdeoarece tatc.Astfel, n acelai impact, factorul energiei cinetice relative a ocupantului protejat deairbag, Eceste mai mare dect factorul energiei cinetice relative a ocupantului protejatde centura de siguran, la aceeai valoare a deformaiei medii.

Aprecierea riscului de vtmare al ocupantului la impact frontal cu ajutorulcriteriului de vtmare a(3ms) este necesar s se fac lund n considerare sistemul desiguran pasiv care a fost folosit sau activat n timpul impactului. Analiza statisticefectuat indic un risc de vtmare mai redus pentru ocupantul cu centur desiguran comparativ cu ocupantul protejat de airbag, la o deformaie medie avehiculului de pn la 0,55 m (Figura 3.6). Indiferent de sistemul de reinere alocupantului, riscul de vtmare scade cu creterea deformaiei medii.

Legile de regresie pentru criteriul a(3ms) sunt urmtoarele:- pentru ocupantul cu centura: - pentru ocupantul cu airbag:


31/81

31

Figura 3.6. Criteriul de vtamare a(3ms) n funcie de deformaia medie, pentru ocupantul

cu centur de siguran respectiv airbag frontal

Figura 3.7. Riscul de vtamare CSI n funcie de deformaia medie, pentru ocupantulcu centur de siguran respectiv airbag frontal

Riscul de vtmare estimat pe baza indexului de severitate a toracelui (CSI) estede asemenea, invers proporional cu deformaia medie (Figura 3.7). Analiza statistic

efectuat nu evideniaz ns diferene semnificative ale criteriului CSI n funcie desistemul de reinere al ocupantului.

Legile de regresie pentru criteriul CSI sunt:

- pentru ocupantul cu centura: - pentru ocupantul cu airbag: Concluziile studiuluiVariaia vitezei vehiculului n coliziune este criteriul cel mai uzual pentru

estimarea severitii impactului. Acest criteriu este utilizat totodat ca predictor alriscului de vtmare. Pentru a estima mai precis severitatea impactului la nivelulocupantului este indicat a se utiliza parametri care caracterizeaz nivelul de securitate

pasiv al autovehiculului. n cadrul acestui studiu, performanele structurii vehicululuide absorie a energiei cinetice prin deformare au fost evauate pe baza parametrului -


32/81

32

eficiena energetic a coliziunii. Pentru aprecierea performanelor sistemului de reinetreal ocupantului s-a folosit parametrul Ec factorul energiei cinetice relative a ocupantului.

ntruct n cadrul cercetrii accidentelor rutiere aceti parametri nu pot fi evaluain mod direct, s-a ncercat determinarea unor relaii ntre acetia i deformaia medie avehiculului Cm, ca mrime care poate fi determinat prim msurarea profilului deformat.

n testele de coliziune analizate parametrulva avut valori cuprinse n intervalul

50,957 km/h, influena sa asupra deformaiei medii fiind considerat nesemnificativ.Analiza statistic indic faptrul c parametrul vnu influeneaz valoarea criteriilor devtmare pentru seturile de teste analizate.

Parametri care caracterizeaz sigurana pasiv a autovehiculului se afl nstrns corelaie cu deformaia medie, astfel:

Eficiena energetic a coliziunii () este direct proporional cu deformaiamedie. Deformarea mai pronunat a structurii vehiculului, la acceai vitez de impact,se transpune ntr-o eficien energetic mai ridicat, deci un risc de vtmare alocupantului mai redus.

Factorul energiei cinetice relative a ocupantului (Ec) este invers proporional cudeformaia medie. Deformarea mai pronunat a structurii vehiculului implic reducerea

valorii factorului energiei cinetice relative a ocupantului, i implicit reducerea riscului devtmare.

Valorile parametrilor i Ec sunt influenate de sistemul de reinere alocupantului. Astfel s-a artat c n cazul ocupantului cu centur de siguran arevalori mai mari i Ecare valori mai mici dect n cazul ocupantului protejat de airbag,ceea ce indic un risc de vtmare mai redus pentru ocupantul cu centur de siguran.

n ceea ce privete dependena criteriilor de vtmare de deformaia medie, sepoate concluziona c n condiiile n care v=const, criteriul accelereia maxim atoracelui, a(3ms) i criteriul indicele de severitate al toacelui, CSI sunt inversproporionale cu deformaia medie. Aceasta indic reducerea riscului de vtmare cucreterea deformaiei medii.

Analiza n funcie de sistemul de reinere al ocupantului arat c n intervaluldeformaiei medii de pn la 0,55 m centura de siguran ofer o mai bun protecieocupantului la impact frontal, comprativ cu airbagul, riscul de vtmare fiind evaluat pebaza criteriului de vtmare a(3ms). Criteriul de vtmare CSI indic acelai risc devtmare indiferent de sistemul de reinere activat n momentul impactului.

3.4 Determinarea pe cale analitic a influenei energiei dedeformare asupra riscului de vtmare a ocupantului la impact

frontal

Relaia (1.3) exprim riscul de vtmare al ocupantului la impact frontal cafuncie de variaia vitezei vehiculului n coliziune (v). Este cunoscut faptul c energiatotal consumat n coliziune este proporional cu v. Funcia de regresie neliniarcare descrie dependena dintre energia consumat n coliziune i variaia vitezeivehiculului v poate fi scris sub forma unei funcii polinomiale de gradul II, astfel:

(3.5)Unde, a, b, c, sunt coeficienii funciei de regresie polinomial.Astfel, riscul de vtmare al ocupantului n coliziuni frontale se poate

determina ca funcie de energia total consumat n coliziune dup relaia:


33/81

33

(3.6)

IREriscul de vtmare la impact frontal determinat pe baza energiei totale dedeformare consumat n coliziune;E0,IRvaloarea critic a energiei de deformare totale;NIRexponentul riscului de vtmare;Pentru determinarea pe cale analitic a riscului de vtmare al ocupantului la

impact frontal se folosete relaiacare exprim energia totala consumata in coliziuneeste: (3.7)

Astfel, riscul de vtmare al ocupantului la impact frontaln funcie de energia dedeformare este:

(3.8)

Figura 3.8. Riscul de vtmare al ocupantului la impact frontal n funcie de energia total consumat ncoliziune. Caracteristica determinat experimental i analitic

IREriscul de vtmare la impact frontal determinat pe baza energiei totale dedeformare consumat n coliziune;

E0,IR valoarea critic a energiei de deformare;FIRexponentul riscului de vatmare pentru determinarea analiticaRelaia (3.8) este valabil doar n cazul coliziunilor frontale dintre dou

autoturisme din clasa sedan, avnd aceeai mas, pentru o valoare a coeficientului derestituire specific impactului e=0,34.


34/81


35/81

35

4. MODELAREA MATEMATIC A SISTEMULUI INTEGRAT PENTRU STUDIULIMPACTULUI FRONTAL

4.1 Analiza sistemului vehicul-ocupant. Energia cinetic aocupantului

Considernd coliziunea vehicul-barier fix nedeformabil, pentru a descrieenergia cinetic a vehiculului i energia cinetic relativ a ocupantului s-a folosit unmodel vehicul-ocupant simplificat. n acest model ocupantul este reprezentat printr-unpunct material de mas m iar vehicul este reprezentat printr-un corp cu masa M, avndpartea frontal deformabil. Micarea ocupantului n interiorul vehiculului poate fi libersau restricionat de sistemele de reinere (centura de siguran sau airbag). n Tabelul4.1 sunt prezentate momentele succesive ale impactului vehicul-barier i ocupant-vehicul precum i relaiile de calcul ale energiei cinetice a vehiculului i a energieicinetice relative a ocupantului fa de vehicul. Sunt prezentate dou situaii distincte:cnd ocupantul se deplaseaz liber n habitaclu, respectiv cnd deplasarea ocupantuluieste restricionat de sistemele de reinere.ntruct bariera este fix i nedeformabil,din momentul primului contact ntre vehicul i barier, deplasarea vehiculului este egalcu deformaia dinamic C.

Tabelul 4.1.

Starea sistemului vehicul-ocupant Energiacinetic

a vehiculuiECv

Energia cinetic relativ aocupantului ECo v

Ocupant frcentur desiguran

Ocupant cucentur desiguran

Ocupant frcentur desiguran

Ocupant cucentur desiguran

Semnificaia notaiilor care intervin n relaiile din tabelul 4.1 este urmtoarea: M -

masa vehiculului; m - masa ocupantului; xv, xo - deplasarea vehiculului, respectivdeplasarea ocupantului; C - deformaia dinamic; xov deplasarea relativ ocupant-


36/81

36

vehicul.n scopul determinrii parametrilor cinematici care influeneaz vtmarea

ocupantului n situaia unui impact frontal, fenomenele care au loc n timpul procesuluide coliziune sunt analizate din punct de vedere al impactului primar vehicul-barier ial impactului secundar ocupant-vehicul.

4.2 Obiectivele modelrii matematiceO contribuie semnificativ n ceea ce privete mbuntirea siguranei traficului

rutier este integrarea sistemelor de siguran pasiv i activ ntr-un sistem unitar. nprincipiu, aceasta se realizeaz prin dezvoltarea unor algoritmi de control n careparametri o serie de parametri, sunt definiipe baza rspunsului autovehiculului aflat ncoliziune. Se urmrete astfel ca prin valoarea de referin a acestor fore s se reduc la minim acceleraia ocupantui [25].

Lund n considerare ponderea ridicat a coliziunior frontale dintre dou vehiculei riscul de vtmare ridicat al ocupanilor n aceste coliziuni, obiectivul modelriimatematice const n realizarea unui model matematic care s nglobeze impactul

frontal al vehicul -vehicul i impactul ocupant-vehicul.n contextul prezentei lucrri modelarea matematic are ca obiectiv principaldeterminarea parametrilor cinematici ai ocupantului necesari pentru evaluarea risculuide vtmare al ocupantului n situaia unui impact frontal al autovehiculului obiect cu unalt autovehicul. Proiectarea modelului matematic a fost realizat n trei etape asfel:

- modelarea matematic a impactului frontal de tip vehicul-vehicul;- modelarea matematic a impactului ocupant-vehicul la impactul frontal al

autovehiculului;- realizarea modelului integrat care nglobeaz ambele submodele.Pentru validarea modelului matematic integrat s-au utilizat rezultatele obinute n

cadrul cercetrii experimentele.

4.3 Etapele modelrii matematice

4.3.1 Modelarea matematic a impactului frontal dintre douautovehicule [85]

Pulsul acceleraiei la nivelul habitaclului autovehiculului obiect a fost determinatpe baza unui model mecanic simplificat format din dou corpuri conectate ntre ele prinelemente elastice de tip arc de rigiditate.

Ecuaiile de micare ale autovehiculelor n coliziune se obin pe baza ecuaieigeneralizate Lagrange:

(4.1)Semnificaia notaiilor care intervin n ecuaia Lagrange este urmtoarea:Ecenergia cinetic a sistemului;Venergia potenial a sistemului;qi coordonatele generalizate.


37/81

37

Figura 4.1. Schema modelului matematic pentru inpactul vehicul-vehicul

Coordonatele generalizate ale modelului conform, schemei coliziunii frontale dinFigura 4.1 sunt : x1 - deplasarea vehiculului 1 pe direcia Ox i x2 - deplasareavehiculului 2 pe direcia Ox

M1, M2 masele vehiculelor;k1,k2rigiditile structurilor frontale ale vehiculelor;Energia cinetic, respectiv energia potenial a sistemului format din cele dou

autovehicule sunt:

(4.2)

(4.3)Se consider c asupra autovehiculelor, n timpul impactului acioneaz doar

fora de coliziune, celelalte fore fiind negleijabile n raport cu aceasta.S-a obinut astfel un sistem de dou ecuaii difereniale de gradul II n care

necunoscutele sunt acceleraiile, vitezele i deplasrile celor dou autovehicule:

(4.4)

Sistemul poate fi rezolvat prin integrare numeric folosind metoda Runge-Kutta.

4.3.2 Modelarea matematic a impactului ocupant-vehicul [25], [85]

Pentru modelarea matematic a impactului ocupant-vehicul a fost consideratmodelul simplificat al ocupantului, prezentat n Figura 4.2, ca fiind format din doucorpuri rigide. Astfel, membrele inferioare i zona pelvian sunt reprezentate prin corpulde mas m3 iar trunchiul, capul, gtul i membrele superioare sunt reprezentate decorpul de mas m4. S-a cosiderat c masele celor dou corpuri sunt concentrate ncentrele de mas.


38/81

38

Figura 4.2 Schema de principiu pentru modelul matematic ocupant-vehicul

Semnificatia notaiilor folosite n Figura 4.2 este urmtoarea:x1 deplasarea vehiculului;x3 deplasarea zonei pelviene a ocupantului (include bazinul i membrele

inferioare);4 deplasarea unghiular relativ a trunchiului (cap, tors i membre superioare)

fa de pelvis;k3rigiditatea ramurii de old a centurii de siguran;k4rigiditatea ramurii de umr a centurii de siguran;F0fora de frecare dintre ocupant i scaun;FBfora de reaciune a bratelor fixate pe volan;FPfora de reaciune a podelei autovehiculul;FCfora de coliziune aplicat autovehiculului;d4distana dintre toracele ocupantului i volan;d3distana dintre genunchii ocupantului i protecia pentru genunchi;l3 lungimea segmentului 3;

Pop a Virgil

Documents

Transcript of Pop a Virgil