328
1 1 SIGURANŢA PASIVĂ A AUTOVEHICULELOR 1.1 Generalităţi Siguranţa circulaţiei şi automobilul au fost mult timp doi parteneri dificil de împăcat. În perioada copilăriei automobilului, proiectanţii şi inginerii au acordat o atenţie redusă pericolelor apărute odată cu noua “aventură”. Sistemele de direcţie, frânare şi suspensie au evoluat, devenind eficace, dar aceste progrese s-au datorat nevoii de îmbunătăţire a noului şi revoluţionarului mijloc de transport, fără a se ţine cont de vreun principiu de siguranţă în adevăratul sens al cuvântului. Siguranţa pasivă poate fi definită prin reducerea consecinţelor accidentelor, şi poate fi împărţită în: Siguranţa exterioară, acest termen acoperind toate măsurile de reducere a severităţii vătămărilor în cazul coliziunii dintre autovehicule şi pietoni, biciclişti sau motociclişti. Factorii care influenţează siguranţa exterioară sunt forma autovehiculului şi comportamentul la deformare a caroseriei; Siguranţa interioară, prin aceasta urmărindu-se minimizarea forţelor şi acceleraţiilor care acţionează asupra ocupanţilor unui autovehicul în eventualitatea unui accident. Dintre factorii care influenţează siguranţa interioară se pot aminti: Deformarea caroseriei autovehiculului; Sistemele de reţinere a pasagerilor şi bagajelor; Interiorul autovehiculului, prin zonele posibil de a fi lovite de pasageri; Sistemul de direcţie; Modul de fixare a parbrizului; Protecţia împotriva incendiilor; Penetrarea prin parbriz a diferitelor componente din construcţia autovehiculului. În anul 1930 statisticile privind victimele “armei mortale” erau indiscutabil nefavorabile. Numărul victimelor la 100.000 de mile parcurse de automobile a ajuns în USA la 15,6 persoane în comparaţie cu 3,5 în anul 1980 şi 1,8 în prezent. Cifrele sunt într-o continuă

Siguranta pasiva

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Sisteme de siguranta pasiva la autovehicule

Citation preview

Page 1: Siguranta pasiva

1

1 SIGURANŢA PASIVĂ A AUTOVEHICULELOR

1.1 Generalităţi

Siguranţa circulaţiei şi automobilul au fost mult timp doi parteneri dificil de împăcat. În

perioada copilăriei automobilului, proiectanţii şi inginerii au acordat o atenţie redusă

pericolelor apărute odată cu noua “aventură”. Sistemele de direcţie, frânare şi

suspensie au evoluat, devenind eficace, dar aceste progrese s-au datorat nevoii de

îmbunătăţire a noului şi revoluţionarului mijloc de transport, fără a se ţine cont de

vreun principiu de siguranţă în adevăratul sens al cuvântului.

Siguranţa pasivă poate fi definită prin reducerea consecinţelor accidentelor, şi poate fi

împărţită în:

• Siguranţa exterioară, acest termen acoperind toate măsurile de reducere a

severităţii vătămărilor în cazul coliziunii dintre autovehicule şi pietoni, biciclişti sau

motociclişti. Factorii care influenţează siguranţa exterioară sunt forma

autovehiculului şi comportamentul la deformare a caroseriei;

• Siguranţa interioară, prin aceasta urmărindu-se minimizarea forţelor şi acceleraţiilor

care acţionează asupra ocupanţilor unui autovehicul în eventualitatea unui accident.

Dintre factorii care influenţează siguranţa interioară se pot aminti:

• Deformarea caroseriei autovehiculului;

• Sistemele de reţinere a pasagerilor şi bagajelor;

• Interiorul autovehiculului, prin zonele posibil de a fi lovite de pasageri;

• Sistemul de direcţie;

• Modul de fixare a parbrizului;

• Protecţia împotriva incendiilor;

• Penetrarea prin parbriz a diferitelor componente din construcţia autovehiculului.

În anul 1930 statisticile privind victimele “armei mortale” erau indiscutabil nefavorabile.

Numărul victimelor la 100.000 de mile parcurse de automobile a ajuns în USA la 15,6

persoane în comparaţie cu 3,5 în anul 1980 şi 1,8 în prezent. Cifrele sunt într-o continuă

Page 2: Siguranta pasiva

2

scădere, dar ar trebui să fie mult mai mici pentru ca societatea să privească transportul

rutier ca fiind sigur.

Cel mai bun şi sigur mod de a supravieţui unui accident este de a nu-l avea. Cu toate că

pregătirea şi instruirea conducătorului auto sunt cele mai ieftine şi ideale căi de creştere

a siguranţei rutiere efective, din păcate nici una dintre ele nu este cu adevărat eficace şi

obiectivul de creare a unui mediu rutier mai sigur a revenit tehnologiei.

O primă soluţie este aceea de a proiecta autovehicule şi infrastructuri rutiere care sunt

suficient de competitive în sensul prevenirii apariţiei unui accident. Pericolele sunt

evitate prin utilizarea unei întregi game de tehnologii, de la frânarea ABS şi anvelopele

radiale (în curs de dezvoltare frânarea automată pentru evitarea obstacolelor) până la

diverse materiale pentru învelişul asfaltic şi controlul computerizat al traficului urban.

A doua soluţie este de a construi autovehicule care să protejeze ocupanţii în caz de

accidente. Această soluţie defineşte conceptul de Securitate Pasivă oferită de

autoturism pasagerilor în caz de accident.

Cele două aspecte ale siguranţei rutiere coexistă, fiind complementare unul celuilalt,

rămânând totuşi independente unul de celălalt. Astăzi, companiile producătoare de

autovehicule se confruntă cu reglementări legislative tot mai stricte în privinţa

numeroaselor aspecte ale siguranţei pasive a autovehiculelor. Siguranţa pasagerilor

unui autovehicul şi a pietonilor a condus la necesitatea înţelegerii efectelor accidentului

asupra oamenilor, fiinţe complexe în întregul lor, dar care se subdivid în bărbaţi, femei

şi copii, având diferite caracteristici biologice şi fizice. Din datele statistice rezultă că un

procent de peste 60% din totalul accidentelor îl reprezintă coliziunile frontale. O

clasificare a tipurilor de teste, reglementate legislativ, este prezentată în tabelul 1.1.

Coliziunile laterale deţin un procent de 30% din totalul numărului de accidente. Peste

26% din totalul deceselor în urma accidentelor rutiere şi peste 17% din totalul

vătămărilor grave au loc în cazul coliziunilor laterale. O clasificare a testelor de coliziune

laterală la care sunt supuse autovehiculele în laboratoarele de securitate pasivă sunt

prezentate în tabelul 1.2.

Începând cu anii 1930, proiectanţii de autovehicule au început să acorde atenţie

producerii unor autovehicule capabile să asigure o protecţie mai bună pasagerilor în

cazul accidentelor. Abia după al doilea război mondial cursa pentru Securitatea Pasivă a

început să intre în atenţia constructorilor de automobile. Între 1953 şi 1955

Page 3: Siguranta pasiva

3

Laboratoarele Aeronautice Cornell au realizat studii detaliate ale accidentelor auto.

Fizicienii, doctorii şi inginerii au lucrat împreună, înregistrând şi analizând cauzele şi

efectele vătămărilor provocate în accidente.

A devenit clar că impactul cu volanul şi planşa de bord sunt cauzele cel mai frecvent

întâlnite în cazul vătămărilor grave, iar ejectarea din vehicul o cauza majoră a

deceselor. În prezent îmbinarea ştiinţelor medicale cu ingineria a condus la proiectarea,

dezvoltarea şi producerea de interioare şi structuri de autovehicule care oferă o

protecţie deosebită ocupanţilor habitaclului.

General Motors, ca şi alte companii din SUA şi Europa, au realizat importanţa studiului

aprofundat în domeniul siguranţei pasive a automobilului şi, între 1956 şi 1958,

departamentele de cercetare în domeniul ingineriei auto au iniţiat şi dezvoltat programe

care s-au concentrat asupra proiectării unui interior auto “sigur”. În 1959, s-au publicat

rezultatele cercetării lor, prezentându-se un vehicul de concepţie nouă, cu multe

elemente de siguranţă. Aproape 20 dintre acestea sunt acum produse standardizate,

incluzând coloana de direcţie deformabilă, geamurile dublu securizate şi planşa de bord

din materiale spongioase. Multe dintre aceste elemente au fost introduse în producţia

de serie începând cu anul 1960. General Motors a testat de asemenea în 1959 un

airbag sub forma unui panou de bord gonflabil.

În 1960 General Motors a proiectat prima instalaţie de tractare pentru autovehiculele

supuse la coliziune, aceasta fiind instalată la Centrul Medical al Universităţii Wayne.

Pentru prima dată compania putea simula şi măsura dinamica şi impactul unui ocupant

al autovehiculului. În acea perioada se derula Programul Spaţial Mercury şi acesta a

furnizat date despre supravieţuirea omului supus unor deceleraţii foarte mari.

Page 4: Siguranta pasiva

4

T

abel

ul 1

. 1

Ja

poni

a Reg

ulam

ente

de

si

gura

nţă

japo

neze

, Ar

ticol

ul 1

8 pa

ragr

aful

2

USA

FM

VSS

208

Eu

ropa

ECE/

96/7

9 Can

ada

CM

VSS

208

Aus

tral

ia A

DR 6

9/00

Cat

egor

ia d

e ap

licar

e;

Dat

a ap

licăr

ii

Aut

omob

ile

cu

tipur

i di

ferit

e de

ca

pote

. Apr

. 94

– c

ontin

uat

cu v

ehic

ule

noi

Ian.

96

– ca

pota

de

tip c

omer

cial

;

Aut

omob

ile:

Sept

. 86

Cam

ioan

e (>

3.5

t):

Sep

t. 9

4 -

M1

(≤

2,5

t):

Nou

tip

oc

t.

98

-,

aplic

are

din

Oct

. 20

03

Aut

omob

ile:

Ian.

98

(HIC

es

te

aplic

abil

după

sep

t 98

) Cam

ioan

e:

Ian.

98

(HIC

/ de

plas

area

to

race

es

te

aplic

abilă

du

pă s

ept

98)

Nou

tip

Iul

. 95

-,

cont

inua

t ia

n 96

cu b

arie

ra m

obilă

Tipu

l col

iziu

nii

Col

iziu

ne f

ront

ală

Col

iziu

ne f

ront

ală

/ Col

iziu

ne d

ecal

ată

ungh

iula

r cu

30°

Col

iziu

ne d

ecal

ată

40%

Col

iziu

ne fro

ntal

ă

Col

iziu

ne fro

ntal

ă

Vite

za d

e im

pact

50

km

/h

30 M

PH (

48,3

km

/h)

56 k

m/h

48

km

/h

48 k

m/h

Gre

utat

ea

auto

vehi

culu

lui t

esta

t

Gre

utat

ea a

utov

ehic

ul n

eînc

ărca

t +

2

man

echi

ne

– su

pra

– gr

eută

ţile

aşte

ptat

e

Gre

utat

ea a

utov

ehic

ul n

eînc

ărca

t +

2

man

echi

ne +

gre

utat

ea b

agaj

elor

G

reut

atea

aut

oveh

icul

neî

ncăr

cat

+ 2

m

anec

hine

G

reut

atea

aut

oveh

icul

neî

ncăr

cat

+ 2

m

anec

hine

+ g

reut

atea

bag

ajel

or

Gre

utat

ea a

utov

ehic

ul n

eînc

ărca

t +

2

man

echi

ne +

gre

utat

ea b

agaj

elor

Con

diţii

de

re

ţiner

e pe

ntru

cen

turi

Spec

ifica

te

Nes

peci

ficat

e Sp

ecifi

cate

Sp

ecifi

cate

Sp

ecifi

cate

Man

echi

ne u

tiliz

ate

Hyb

rid

II s

au H

ybrid

III

Hyb

rid

III

Hyb

rid

III

Hyb

rid

III

Hyb

rid

III

Cap

H

IC (

36 m

sec)

< 1

000

HIC

(36

mse

c) ≤

100

0 H

IC (

HPC

) ≤

100

0 Acc

eler

aţia

≤ 8

0 G

pe

o pe

rioa

dă d

e 3

mse

c

Acc

eler

aţia

80

G

(V

ârfu

l va

lorii

) Cer

eri

alte

rnat

ive

sunt

sp

ecifi

cate

pe

ntru

airba

guri in

stal

ate

în s

caun

e *H

IC (

15 m

sec)

≤ 7

00

HIC

(36

mse

c) ≤

100

0 În

ca

z de

ne

cont

act

sunt

ap

licab

ile

cerinţ

e al

tern

ativ

e *H

IC (

15 m

sec)

≤ 7

00

*Ext

ensi

a gâ

tulu

i ≤ 3

,3 k

N

Gât

N

espe

cific

ate

(Num

ai p

entr

u te

ste

pe s

anie

) M

omen

tul

de c

ompr

esiu

ne l

ater

al ≤

19

0 N

m

Mom

entu

l de

ext

ensi

e di

n la

tera

l ≤

57

Nm

Fo

rţa

de e

xten

sie

≤ 3

,3 k

N

Încă

rcar

ea d

e co

mpr

esiu

ne ≤

4,0

kN

În

cărc

area

de

forf

ecar

e ≤

3,1

kN

Încă

rcar

ea ≤

3,3

kN

(0

mse

c),

2,9

kN

(35

mse

c), 1,

1 kN

(60

mse

c)

Forţ

a de

for

feca

re ≤

3,1

kN

(0

mse

c),

1,5

kN

(25-

35

mse

c),

1,1

kN

(45

mse

c)

Mom

entu

l de

ex

tens

ie la

tera

l ≤

57

N

m

Nes

peci

ficat

e N

espe

cific

ate

Tora

ce

Acc

eler

aţia

≤ 6

0 G

Acc

eler

aţia

≤ 6

0 G

D

epla

sare

a ≤

3 in

ches

(76

,2 m

m)

Vite

za l

a to

race

≤ 1

,0 m

/s (

V*C

Vis

cous

Crite

rion)

D

epla

sare

a ≤

50

mm

Dep

lasa

rea

≤ 5

0 m

m (

Aut

otur

ism

e)

Dep

lasa

rea

≤ 6

0 m

m (

Cam

ioan

e)

Dec

eler

aţia

≤ 6

0 G

D

epla

sare

a ≤

3 in

ches

(76

,2 m

m)

Fem

ur

1000

daN

sau

mai

puţ

in

2250

Lbs

(10

00 d

aN)

sau

mai

puţ

in

Încă

rcar

ea ≤

9,0

7 kN

(0

mse

c),

7,56

kN

(10

mse

c)

1000

daN

sau

mai

puţ

in

1000

daN

sau

mai

puţ

in

Gen

unch

i N

espe

cific

ate

Nes

peci

ficat

e Alu

neca

rea

spre

îna

inte

a înc

heie

turii

ge

nunc

hiul

ui ≤

15

mm

N

espe

cific

ate

Nes

peci

ficat

e

Crite

rii

de

vătă

mar

e

Gam

Nes

peci

ficat

e N

espe

cific

ate

TCFC

8

kN

(Crite

riul

de

pe

rfor

man

ţă a

l com

pres

iei t

ibie

i)

Inde

xul

tibie

i ≤

1 (

= M

/Mc+

F/Fc

)<

Fc =

35.

9 kN

- F

orţa

de

com

pres

iune

cr

itică

; M

c =

225

Nm

-

Mom

entu

l de

îndo

ire

criti

c

Nes

peci

ficat

e N

espe

cific

ate

Page 5: Siguranta pasiva

5

Ta

belu

l 1.2

Ja

poni

a Reg

ulam

ente

de

sigu

ranţ

ă ja

pone

ze,

Art

icol

ul 1

8 pa

ragr

aful

3

USA

FM

VSS

214

Eu

ropa

ECE/

96/2

7

Cat

egor

ia d

e ap

licar

e;

Dat

a ap

licăr

ii Aut

omob

ile,

cam

ioan

e (S

RP

< 7

00 m

m);

Nou

tip

O

ct. 98

– c

ontin

uat

cu v

ehic

ule

noi S

ept.

200

0 Aut

omob

ile:

Sept

. 93

– 1

0%, se

pt. 96

– 1

00%

Cam

ioan

e Se

pt. 98

-

M1,

N1

(R p

oint

< 7

00 m

m)

N

ou t

ip o

ct.

98 -

, ap

licar

e di

n O

ct. 20

03

Tipu

l col

iziu

nii

Col

iziu

ne la

tera

lă la

90˚

Ung

hi d

e 27

˚ în

clin

are

pe s

anie

col

iziu

ne n

orm

ală

Coliz

iune

late

rală

la 9

Vite

za d

e im

pact

50

km

/h

33,5

MPH

(54

km

/h)

50 k

m/h

Gre

utat

ea

auto

vehi

culu

lui t

esta

t G

reut

atea

au

tove

hicu

l ne

încă

rcat

+

10

0 kg

(

1 m

anec

hin

şi in

stru

men

tele

de

test

are)

G

reut

atea

aut

oveh

icul

neî

ncăr

cat

+ 2

man

echi

ne +

gr

euta

tea

baga

jelo

r G

reut

atea

au

tove

hicu

l ne

încă

rcat

+

10

0 kg

(

1 m

anec

hin

şi in

stru

men

tele

de

test

are)

Man

echi

ne u

tiliz

ate

Euro

sid

1 SI

D

Euro

sid

1 Cap

H

IC (

HPC

) <

100

0 H

IC (

36 m

sec)

< 1

000

HIC

(H

PC)

< 1

000

Tora

ce

RD

C <

42

mm

Crite

riul d

e pe

rfor

man

ţă a

l dep

lasă

rii t

orac

elui

TTI

< 8

5 G

(Aut

omob

ile 4

D)

TTI

< 9

0 G

(Aut

omob

ile 2

D)

TTI

< 8

5 G

(au

toca

mio

ane)

Viet

za

la

tora

ce

1,0

m/s

(V

*C

– Vis

cous

Cr

iterio

n)

RD

C <

42

mm

, 5

G

Pelv

is

RSP

F <

6 k

N

Crite

riul d

e pe

rfor

man

ţă a

l for

ţei p

e pe

lvis

Acc

eler

aţia

late

rală

< 1

30 G

RSP

F <

6 k

N

Crite

rii

de

vătă

mar

e

Abd

omen

APF

< 2

.5 k

N

Crite

riul d

e pe

rfor

man

ţă a

l for

ţei p

e ab

dom

en

Nes

peci

ficat

e AP

F <

2.5

kN

Page 6: Siguranta pasiva

6

Prima serie de teste utilizând cadavre îmbrăcate a avut loc în anul 1963. Forţele de

deceleraţie au fost măsurate pentru a se putea determina toleranţa umană. S-a

descoperit că pot fi tolerate 340 Kgf dacă forţa este concentrată, sau 950 Kgf dacă forţa

este dispersată spre volan. Aceste date au fost esenţiale pentru ingineri. S-au

determinat astfel parametrii pentru construcţia sistemelor de amortizare, dar

materialele şi componentele trebuiau alese cu grijă, pentru a asigura o absorbţie de

energie eficientă.

Începând cu anul 1967 , automobilele fabricate de General Motors foloseau geamuri

rezistente la şocuri. Aceasta este una dintre cele mai semnificative contribuţii la

Securitatea Pasivă a automobilului. Soluţia a contribuit la îmbunătăţirea procentului de

supravieţuire pentru conducător şi pasageri, şi a redus de asemenea vătămările

provocate pietonilor la lovirea acestora. Dacă un pieton este lovit de un autovehicul,

pericolele sunt evidente, iar parbrizul este una din cele mai “favorabile” zone cu care

acesta poate intra în contact .

Impactul dintre vehicul şi pieton este în prezent o problemă foarte importantă a

Securităţii Pasive. Date culese din întreaga lume indică faptul că în accidentele rutiere

sunt ucişi mult mai mulţi pietoni decât pasageri ai vehiculelor implicate. Un pieton lovit

cu o viteză de 60 km/h este foarte probabil sa fie ucis, indiferent de soluţiile de

siguranţă incorporate în autovehicul. Separarea pietonilor de trafic prin infrastructuri

stradale este cea mai mare contribuţie în domeniul siguranţei pietonilor, tehnologia

având un cuvânt important de spus în acest domeniu. În prezent companiile

constructoare de autoturisme, perfecţionează echipamente care să permită evitarea

coliziunii, pe bază de radar sau ultrasunete, care să frâneze autovehiculul la apariţia

pericolului de a lovi un obstacol, inclusiv un pieton. Prevenirea coliziunii precum şi

munca în domeniul Securităţii Pasive se materializează la General Motors prin adaptarea

a peste 100 de tehnologii, inclusiv sisteme electronice create cu scopul de a stopa

modalităţile de conducere agresivă.

Datorită centurilor de siguranţă şi airbagurilor, s-a produs o modificare în domeniul

severităţii vătămărilor provocate în caz de accident. Numărul acestora s-au redus şi în

prezent se lucrează la a doua generaţie de airbaguri pentru a se reduce orice efect

colateral care ar putea să apară, cum ar fi contuziile sau zgârieturile.

Page 7: Siguranta pasiva

7

S-au luat în considerare şi airbagurile adiţionale, inclusiv pentru uşi. O problemă o

constituie airbagurile pentru pasagerii scaunelor din spate şi ca întotdeauna pentru o

tehnologie nouă, raportul cost/beneficiu trebuie luat în considerare. Se pare că o

“centura gonflabilă” pentru pasagerii din spate reprezintă o soluţie mai bună decât un

airbag. Airbagul pentru pasagerii scaunelor din spate va trebui aproape sigur să fie

instalat în spătarele scaunelor faţă. Din cauză că acestea sunt ajustabile, un sistem

compensatoriu este necesar, pentru a se păstra unghiul spătarului corect, impunându-

se astfel, complexitate tehnologică şi costuri sporite.

În plus faţă de toate aspectele menţionate s-au luat în considerare o întărire a structurii

vehiculului şi modificări mecanice în funcţionalitatea centurii de siguranţă. Scaunul

automobilului a devenit unul dintre cele mai importante elemente în ecuaţia securităţii

pasive. Se prevăd schimbări majore în proiectarea scaunelor pentru a reduce vătămările

corporale în caz de accident. De asemenea se ştie că în accidentele foarte dure, în cazul

în care scaunul cedează , ocupantul poate fi “ejectat” deşi este asigurat cu centura de

siguranţă.

Mulţi producători acordă o atenţie deosebită centurilor de siguranţă cu pretensionare,

care la orice şoc lipesc efectiv pasagerul de scaun. Totuşi, apar dificultăţi în folosirea

acestui sistem, nereuşindu-se să se obţină rezultate pozitive în conformitatea cu testele

federale de siguranţă FMVSS.

Fiecare constructor de autovehicule are propria sa filosofie în privinţa ingineriei

securităţii pasive, folosind un anumit tip de structura de şasiu, cu o deformare specifică

proiectată. Aceasta dictează ce trebuie făcut în interiorul habitaclului pentru siguranţă.

Unii constructori adoptă o structură foarte tare a şasiului şi o caracteristică de

deformaţie mărită pentru partea frontală.

Proiectarea şi producerea de manechine pentru coliziuni, care permit producătorului

realizarea unor vehicule mai sigure a devenit o mică industrie, însă de înalt nivel

tehnologic. Principalii producători mondiali sunt First Technology, o campanie britanică,

care are o sucursală, inclusiv o fabrică, în Plymouth şi Robert Denton Inc. din USA.

Manechine complete şi părţi de rezervă se livrează în aproximativ 500 de unităţi pe an.

Sunt disponibile şase dimensiuni ale manechinelor - toate variante de Hybrid III -

manechine copii în diferite faze pentru testarea scaunelor destinate lor, manechine

pieton şi manechine pentru coliziunile laterale în diferite variante. Iniţial, copiii

Page 8: Siguranta pasiva

8

manechin au avut tendinţa de a nu fi decât un “sac de fasole”, dar First Technology a

dezvoltat un model foarte instrumentat CRABI (Child Restraint and Air-Bag Interaction

dummy), acest manechin simulând un copil în vârstă de 6 luni. În acest moment un

manechin Hybrid IV (THOR) este în cercetare şi dezvoltare în cadrul unui contract al

Departamentului Transporturilor USA şi Universitatea din Michigan.

Cu toate că au devenit foarte sofisticaţi, manechinele nu reuşesc să simuleze în

întregime corpul uman. Elementele esenţiale includ greutatea şi centrul de greutate. Nu

a putut fi proiectat nimic care să simuleze creierul, însă pot fi măsurate acceleraţiile

liniare şi unghiulare. Statistici despre leziunile cerebrale posibile pot fi extrapolate din

rezultatele testelor. First Technology lucrează pentru a dezvolta manechine cu oase din

fibră de carbon sau Kevlar (CRABI are deja oase din material plastic), datorită faptului

că aceste materiale sunt capabile sa simuleze mai bine răspunsul la forţe de zdrobire şi

ar putea respecta mai bine raportul greutate/densitate. O cutie toracică din materiale

compozite poate fi o aplicaţie particulară a acestei tehnologii. Manechine cu mai multe

canale vor fi utilizaţi, chiar dacă vor fi mai sofisticaţi. O altă direcţie de dezvoltare este

cea a “ manechinilor oblici ” folosiţi în teste de răsturnări şi coliziune laterală. Nu trebuie

însă uitat, că există o diferenţă între biofidelitatea şi durabilitatea unui manechin.

Vorbind la modul general, în prezent, cu cât este mai biofidel un manechin, cu atât el

devine mai puţin fiabil. În mod normal viaţa medie a unui set de coaste este de

aproximativ 30 de teste NHTSA. Materialele compozite ar trebui să mărească

durabilitatea o dată cu menţinerea biofidelităţii.

Coliziunea simulată pe computer este acum un element cheie în proiectarea auto, iar

companiile consideră că aceasta şi testarea fizică sunt complementare. Simularea

scurtează programele de cercetare şi economiseşte fonduri, dar testele fizice sunt

aproape totdeauna necesare. Testele fizice sunt numeroase şi variate, dar tipic este un

test al impactului cu toracele efectuat pentru a simula un impact la 24 Km/h. Forţa de

rezistenţă a cutiei toracice este măsurată înmulţind acceleraţia blocului de test cu masa

sa. Un traductor măsoară comprimarea coastelor. First Technology şi Robert Denton

văd companiile constructoare de autovehicule devenind foarte interesate în dezvoltarea

şi integrarea unui scaun pentru copil precum şi în folosirea unor manechine pietoni.

Page 9: Siguranta pasiva

9

2 CADRELE ŞI CAROSERIILE AUTOVEHICULELOR

2.1 Caroseriile autovehiculelor. Rolul, condiţiile impuse şi clasificarea

caroseriilor

Caroseria reprezintă partea superioară a automobilului (suprastructura) şi este

amenajată pentru transportul persoanelor şi al bunurilor şi pentru montarea diferitelor

utilaje şi instalaţii pentru efectuarea de diferite lucrări sau pentru prestarea de servicii.

La construcţiile mai vechi de autoturisme şi autobuze şi la autocamioanele actuale,

caroseria constituie o parte distinctă şi se montează pe cadru prin elemente elastice, din

această cauză fiind denumită neportantă. La autoturismele, microbuzele şi autobuzele

moderne, caroseria poate fi semiportantă, când preia parţial sarcinile exterioare (în

acest caz podeaua este fixată rigid de cadru prin şuruburi, nituri sau sudură), şi

portantă, când preia toate forţele provenite din mişcarea automobilului (în acest caz

cadrul nu mai este întâlnit ca element distinct).

Caroseria unui automobil trebuie să satisfacă următoarele cerinţe:

• să aibă o formă cât mai aerodinamică;

• să fie cât mai uşoară şi cât mai rezistentă;

• să prezinte o vizibilitate maximă pentru conducătorul auto, în scopul măririi

siguranţei de circulaţie;

• să fie confortabilă.

Clasificarea caroseriilor automobilelor se face după mai multe criterii, cele mai

importante fiind: forma, destinaţia şi datele tehnice impuse.

Criteriul principal de clasificare a caroseriilor este destinaţia acestora, care coincide cu

destinaţia automobilului, impune forma, datele tehnice şi modul de construcţie. Având

în vedere acest lucru, caroseriile se clasifică în:

• caroserii de autoturisme;

• caroserii de microbuze, caroserii de autobuze;

• caroserii de autocamioane;

• caroserii cu destinaţie specială.

Page 10: Siguranta pasiva

10

Din punctul de vedere al siguranţei pasive, a structurilor de impact şi protecţie a

cabinei, caroseriile trebuie să fie astfel proiectate astfel încât să permită o reducere a

potenţialului forţei de impact concentrate prin dispersarea şi absorbţia energiei de

impact pe o suprafaţă mărită a părţii frontale. Diferenţa dintre un exemplu de structură

clasică ce concentrează energia de impact şi una modernă ce distribuie efortul în toată

structura din faţa cabinei pasagerilor este prezentată în Figura 2-1. Datorită formei

poligonale a cadrului frontal, în cazul unui impact, forţele se distribuie uniform asupra

cabinei, sus prin pragurile şi suporturile laterale, respectiv stâlpii frontali, iar jos prin

cadrul podelei sau lonjeroane. În aceste condiţii deformările celulei pasagerilor sunt mai

reduse. În plus, gradul de agresivitate cu care structura respectivă acţionează asupra

celuilalt potenţial vehicul implicat în coliziune este diminuat.

Figura 2-1 Exemplu de preluare a deformaţiilor în mod concentrat şi distribuit

Foarte puţine caroserii prezintă la ora actuală sisteme de consolidare (în principiu bare

transversale), la nivelul dispozitivului de blocare al capotei, iar un număr relativ redus

sunt dotate cu sisteme verticale speciale pentru consolidare între tronsonul frontal,

inferior şi superior de distribuire (partajare) a forţelor de impact.

2.2 Cadrul şi şasiul autovehiculelor. Rol şi caracteristici

Cadrul este suportul tuturor organelor autovehiculului. Denumirea de “şasiu”, care se

foloseşte uneori, se referă la întreg ansamblul (înţelegând prin aceasta cadrul, organele

mecanice, suspensia, trenurile de rulare şi direcţia).

Cadrul clasic se compune în principal din două lonjeroane dispuse pe lungimea

autovehiculului, reunite printr-un număr variabil de traverse sudate electric sau nituite

de acestea.

Page 11: Siguranta pasiva

11

Constructorii de automobile trebuie să aibă în vedere ca un cadru proiectat să fie bine

ranforsat, suficient de rigid, cu o greutate minimă, de construcţie simplă, care să

permită o montare uşoară a diferitelor organe auxiliare şi a caroseriei. Preţul de cost

trebuie să fie cât mai redus, iar părţile componente să fie montate cât mai jos, astfel

încât să coboare centrul de greutate al autovehiculului pentru o bună stabilitate de

exploatare.

Forma cadrului este determinată în mare parte de modul de dispunere a diferitelor

organe, inclusiv a motorului, de felul suspensiei şi de poziţia punţii motoare. Pentru

bracarea roţilor de direcţie, cadrul se va îngusta progresiv la partea din faţă. Cadrele

autovehiculelor pot fi clasificate după cum urmează:

• Cadru cu lonjeroane;

• Cadru cu tub central;

• Cadru platformă;

• Cadru combinat.

La construcţia acestora sunt utilizate diferite tipuri de profiluri constructive; U deschis, U

închis, tubular şi eliptic. Lonjeroanele legate prin traverse sunt executate din oţel de

profil U sau sunt ambutisate din tablă de oţel cu înălţimea profilului variabilă, funcţie de

solicitări.

La unele construcţii sunt utilizate lonjeroane cu secţiune constantă pe toată lungimea,

dar se va avea în vedere că lonjeroanele cu secţiune variabilă au o greutate mai redusă.

Tendinţa actuală în construcţia de maşini este de a folosi profiluri de secţiune închisă,

deoarece prezintă o rigiditate mai mare la torsiune. Pentru a mări rigiditatea cadrului, în

locurile de îmbinare a lonjeronului cu traversa se prevăd guseuri sau diagonale din

tablă de oţel. Uneori, pentru consolidarea locală a cadrului se utilizează profiluri

suplimentare care se sudează de lonjeroane.

Profilul unui lonjeron frontal determină în mare măsură comportamentul şi modul său

de deformare în urma unor solicitări la compresiune cum sunt cele provocate de

coliziuni. Structura lonjeronului este astfel proiectată încât să asigure o deformare

diferită de-a lungul axei sale longitudinale, mult mai intensă în partea frontală la nivelul

joncţiunii cu bara de protecţie şi mai redusă la baza sa, în locul de fixare al cabinei

pasagerilor. După modul de variaţie a secţiunii transversale a lonjeroanelor, acestea pot

Page 12: Siguranta pasiva

12

fi cu formă unică pe toată lungimea sa, sau cu dublă secţiune, în acest din urmă caz

putând sau nu să existe o zonă intermediară de schimbare a profilului. Profilul de tip

patrulater manifestă o comportare anizotropă de-a lungul celor două direcţii,

longitudinală şi transversală, în ceea ce priveşte manifestarea tendinţei de îndoire a

lonjeronului expus unei coliziuni frontale, aceasta manifestându-se cu predilecţie pe axa

„Oy”. Depăşirea acestor limitări se face utilizând lonjeroane cu profiluri care permit o

distribuţie axială mult mai uniformă a eforturilor, printre acestea amintind pe cel

hexagonal, octogonal sau circular. Comportamentul barelor având secţiuni de tip

patrulater, hexagonală, octogonală, circulară sau multilobată la un efort de

compresiune de diverse intensităţi medii este prezentat în figura 2.2

Sursa Gaiginschi R., Filip, I., s.a.

Figura 2-2 Deformarea cadrelor cu diverse secţiuni in funcţie forţa de compresiune

Oricare ar fi modul de realizare, cadrele prezintă diverse traverse de prindere sau de

rezistenţă, care permit montarea caroseriei pe cadru prin asamblare cu şuruburi, sau

prin sudare de cadru. De asemenea cadrul este prevăzut cu diverse suporturi de

prindere a motorului.

Rigiditatea unui cadru este calitatea sa esenţială. Pentru menţinerea caroseriei într-o

stare foarte bună cadrul trebuie să nu sufere deformaţii în timpul exploatării, iar pe de

altă parte, echilibrarea motorului necesită ca punctele sale de sprijin să fie imobile şi

mai ales să nu fie dispuse în zone ale cadrului care permit transmiterea vibraţiilor.

Cadrul clasic, cu lonjeroane şi traverse este utilizat de preferinţă în cazul

autocamioanelor, autoutilitarelor, a autoturismelor mari sau de teren şi la autoturismele

Page 13: Siguranta pasiva

13

de curse, care au caroserie sumară. În cazul autoturismelor, se adoptă frecvent soluţii

mai simple, deşi nu se pierde nimic din rigiditate şi rezistenţă. Aceste soluţii pot fi de

următoarele tipuri: şasiul de tip grindă, caroseria monococă, caroseria autoportantă (cu

şasiu integrat), infrastructura de tip platformă, pe care se sudează caroseria.

2.2.1 Construcţia cadrelor

Cadrele clasice

Forma lonjeroanelor şi a cadrului este condiţionată de probleme de rezistenţă

(lonjeroane mărite la mijloc), de bracarea roţilor faţă (îngustarea distanţei dintre

lonjeroane) şi de dezbaterea punţilor (deplasări pe verticală, în special ale punţii spate).

Lonjeroanele pot fi profiluri în I (la autocamioane), sau grinzi din tablă de oţel

ambutisată în formă de U, pentru vehiculele mai uşoare. Frecvent, pentru autoturisme,

lonjeroanele din tablă profilată se înlocuiesc cu tuburi de secţiune dreptunghiulară.

Lonjeronul este format din două elemente, dintre care unul este un simplu capac,

asamblat prin sudură electrică, sau, mai rar, prin nituire Figura 2-3.

Figura 2-3 Tipuri de lonjeroane bloc

Traversele sunt fabricate după aceeaşi tehnică precum lonjeroanele. Aceste cadre se

numesc cadre tubulare. Ele oferă o rigiditate şi o rezistenţă mult superioare faţă de

cadrele clasice, la aceeaşi masă de material, dar prezintă inconvenientul de a nu

permite utilizarea asamblărilor filetate pentru fixarea diverselor organe pe şasiu. Pentru

aceasta se foloseşte sudura oxi-acetilenică sau electrică, mai ales pentru fixarea

caroseriei pe şasiu. Anumite cadre tubulare prezintă diferite decupări care permit

utilizarea asamblărilor filetate pentru fixarea diferitor organe ale autovehiculului.

Autobuzele moderne de transport rutier şi de turism au cadru distinct, cu lonjeroane

curbate deasupra celor două punţi, asigurând aşezarea cât mai joasă a platformei,

Page 14: Siguranta pasiva

14

pentru un centru de greutate coborât, uşurând totodată urcarea pasagerilor. Curbura în

plan vertical conduce, de asemenea, la îmbunătăţirea stabilităţii autovehiculului, prin

coborârea centrului de greutate.

În timpul proiectării structurilor de rezistenţă a caroseriilor se utilizează de obicei două

considerente majore:

• De absorbţie a energiei cinetice a autovehiculului şi rezistenţă;

• De a putea susţine procesele din timpul accidentelor şi de a menţine integritatea

pentru compartimentul pasagerilor.

În ceea ce priveşte absorbţia energiei, din practică s-au stabilit două moduri de solicitări

apărute: deformarea axială şi încovoierea. Deformarea axială poate fi atinsă numai în

cazul structurilor care absorb energie în timpul unui impact frontal sau din spate, la un

unghi de maxim 5÷10 grade faţă de axa longitudinală a autovehiculului. Ca atare

majoritatea componentelor unui autovehicul vor suferi solicitări complexe de deformare

axială şi încovoiere. Moduri mai complexe de solicitare, incluzând aici şi torsiunea, pot

să apară în funcţie de configuraţia impactului.

Sursa Du Bois, P., ş.a., Vehicle Crashworthiness and Occupant Protection

Figura 2-4 Deformarea axială a unui tub cu pereţi subţiri

Deformările axiale, absorb cel mai mult energie, dar sunt si cel mai greu de realizat în

cadrul structurilor datorită instabilităţilor care apar. Încovoierile, care implică apariţia

unor mecanisme de tip balama, preiau mult mai puţină energie în cazul coliziunilor. În

timpul crashului chiar şi structurile proiectate să se deformeze axial se vor distruge prin

încovoiere, dacă nu sunt urmate reguli stricte pentru mărirea stabilităţii si rezistenţei la

încărcări unghiulare.

Page 15: Siguranta pasiva

15

Sursa Du Bois, P., ş.a., Vehicle Crashworthiness and Occupant Protection

Figura 2-5 Mod de deformare prin încovoiere

Flambajul unei componente din structura de rezistenţă a autovehiculelor poate fi local,

dacă deformările (cutele) au caracter local şi general, dacă întreaga componentă se

deformează într-un mod condiţionat, printr-un mecanism în care apar articulaţiile

plastice. În timpul procesului de deformare apar zone unde tensiunile apărute în

material depăşesc limita de curgere cσ . Aceste zone au fost denumite articulaţii

plastice, iar pe parcursul formării unui pliu în material apar trei articulaţii plastice în

punctele „A”, „B” şi „C”.

Figura 2-6 Mecanismul de apariţie a articulaţiilor plastice

În teoria tuburilor cu pereţi subţiri s-au dezvoltat diverse modele în care se utilizează

plasticitatea cinematică. Astfel în [31] expresia pentru sarcina medie în cazul

accidentelor a rezultat din bilanţul energetic, ţinând cont de deformaţie este dată de

Page 16: Siguranta pasiva

16

3/13/127.38 −⋅⋅⋅= tCMF om (2-1)

Unde avem

Mo – momentul plastic;

4

2

00

tM ⋅= σ (2-2)

uσσ ⋅÷= )95.09.0(0 (2-3)

uσ - rezistenţa la tracţiune a materialului;

t – grosimea peretelui tubului cu pereţi subţiri;

( )4

dbC

+= (2-4)

„b” şi „d” - laturile unui profil cu pereţi subţiri având formă rectangulară.

S-au dezvoltat şi metode cvasi-analitice care pornesc de la premisa ca barele de tip

cutie cu pereţi subţiri, compuse din elemente de tip placa şi supuse la compresiune

axiala, vor flamba local când efortul critic este atins. Flambajul local iniţiază procesul

care duce la o eventuală deformare şi ulterior la plierea tubului. Rezistenţa la

deformaţie a secţiunii este în strânsă legătura cu raportul grosime/lăţime „t/b” şi cu

proprietăţile materialului. Pentru rapoarte „t/b” foarte mici (t/b=0.0085-0.016),

reprezentând aşa zisele secţiuni “non-compacte”, modul de deformare al unei secţiuni

va fi influenţat predominant de geometrie, din moment ce rezistenta la flambaj local

este considerată sub limita de curgere a materialului. În Figura 2-7, se prezintă un

exemplu privind modul de deformaţie a secţiunilor “non-compacte”, acesta fiind

caracterizat prin mari cute neregulate care reprezintă reminiscenţe ale plierii. Aceste

cute dau naştere la instabilitatea modului de îndoire, flambaj global. Pentru rapoarte

„t/b” mari, caracterizând secţiuni de tip “compact” la care rezistenţa elastică la flambaj

depăşeşte limita de curgere a materialului, este de aşteptat ca proprietăţile de

rezistenta ale materialului să influenţeze modul de deformare şi în consecinţă,

stabilitatea post-flambajului. Modul de deformare din acest caz, arătat în Figura 2-8, va

Page 17: Siguranta pasiva

17

Figura 2-7 Mod de pliere a unui tub cu pereţi subţiri având raportul „t/b” mic [31]

fii foarte stabil chiar şi în prezenta unor imperfecţiuni considerabile de geometrie sau de

încărcare. Deoarece “compactitatea” unei bare comprimate axial afectează stabilitatea

deformaţiei, este important să se stabilească când o secţiune devine “non-compactă” şi

ajunge să se distrugă.

Figura 2-8 Mod de pliere a unui tub cu pereţi subţiri având raportul „t/b” mare [31]

Potivit lui Mahmood şi Paluszny [31], pragul raportului „t/b” este dat ca:

( ) 2/12148.0

−⋅⋅<

Eb

t y νσ

(2-5)

Unde „E” este modulul de elasticitatea al lui Young şi „ν ” coeficientul lui Poisson.

Energia necesară pentru formarea unui pliu, ţinând cont de Sursa Tabacu, St. Impactul

automobilelor

Figura 2-9 este formată din două componente. Una dintre acestea este dată de energia

necesară încovoierii materialului în timpul formării pliurilor, iar cea de a doua este

energia necesară întinderii materialului pe circumferinţa tubului.

Page 18: Siguranta pasiva

18

Expresia energiei este astfel:

Sursa Tabacu, St. Impactul automobilelor

Figura 2-9 Componentele de încovoiere (sus) şi întindere (jos) ale tuburilor cu pereţi subţiri de secţiune circulară (a) şi patrat (b)

intLEE inc += (2-6)

( )ccc ltlRmRmE σπππ ⋅⋅⋅⋅++⋅⋅⋅+⋅⋅⋅= 222 222 (2-7)

Unde avem:

2

4

1tm cc ⋅⋅= σ - momentul plastic pentru formarea unui pliu pe unitatea de lungime;

cσ - limita de curgere a materialului;

t – grosimea peretelui tubului cu pereţi subţiri;

R – raza tubului cu pereţi subţiri;

l – lungimea unui pliu.

La autocamioane, cadrul se execută din lonjeroane legate între ele prin traverse.

Lonjeroanele sunt executate din profil U cu înălţimea variabilă, funcţie de valoarea

momentului încovoietor. Pentru rigidizarea traverselor se prevăd diagonale din ţeavă

rectangulară. Pe traversa din spate cadrul are montat dispozitivul de remorcare iar,

pentru protejarea caroseriei, la partea din faţă se montează o bară de protecţie, Figura

2-10. Pentru reducerea forţelor care se transmit caroseriei autovehiculului cu care are

loc coliziunea, în special în cazul ciocnirii cu un autoturism, când diferenţa de mase

dintre vehicule este semnificativă, barele de protecţie la autocamioanele contemporane

sunt fixate pe lonjeroanele cadrului prin intermediul unor absorbanţi de energie. Aceştia

au rolul de a disipa un procent din energia de impact în structura absorbantă, care

Page 19: Siguranta pasiva

19

poate fi, vezi Figura 2-10, de tip telescopic. Pentru evitarea efectului de „împănare”, în

cazul coliziunii din spate dintre autovehicule, standardul ECE 42 indică obligativitatea ca

toate autocamioanele şi autoutilitarele să fie echipate la partea din spate cu bare

suplimentare de protecţie (antiîmpănare) poziţionate la o înălţime de 445 mm faţă de

sol.

Figura 2-10 Bara de protecţie montată prin elemente absorbante de energie pe cadru

Poziţionarea barei paraşoc spate faţă de nivelul solului se va face ţinând cont de gradul

de încărcare a autovehiculului şi de regimul de deplasare, accelerare, mers uniform,

frânare. Situaţia cea mai dezavantajoasă de ciocnire spate, între un autoturism şi o

autoutilitară, este reprezentată de sarcina utilă nulă a autoutilitarei şi deplasarea în

regim de frânare. În acest caz mişcarea de tangaj şi absenţa sarcinii pe puntea spate

vor duce la mărirea distanţei dintre bara paraşoc spate a autoutilitarei şi sol, existând

pericolul ca autoturismul care vine din spate să se „împăneze”. Putem concluziona că

asigurarea unei capacităţi mari de trecere sau o majorare a poziţiei caroseriei faţă de

sol trebuie să fie combinată cu asigurarea unor dispozitive de protecţie contra

împănării, care să satisfacă securitatea tuturor participanţilor la trafic. În vederea

consolidării lonjeroanelor, respectiv pentru rigiditatea cadrului, se utilizează traverse în

formă de „X”, executate ca grinzi de egală rezistenţă cu zăbrelele. Pentru a permite

bracarea roţilor de direcţie, lonjeroanele laterale se curbează în planul orizontal, şi se

fixează cu traverse obişnuite şi cu traverse diagonale.

Page 20: Siguranta pasiva

20

La autoturismele cu suspensie independentă a roţilor se foloseşte un cadru cu tub

central, care serveşte simultan şi pentru închiderea arborelui longitudinal. Comparativ

cu cadrul cu lonjeroane acesta este mai rigid, mai uşor şi creează roţilor o mare

mobilitate.

Îmbinările cadrului sunt făcute prin nituire iar, mai nou, prin sudare în capete după

procedeul prin rezistenţă în stare solidă, prin puncte sau prin cusătură în relief. Pentru

toate procedeele trebuie îndeplinite condiţiile fundamentale în vederea obţinerii unor

suduri de calitate.

Astfel, la sudarea în capete trebuie executată o încălzire uniformă a capetelor celor

două piese de îmbinat. Pentru sudarea în relief se cere o curăţare îngrijită a

suprafeţelor. Nedecaparea sau neînlăturarea depunerilor pe ridicături modifică

rezistenţa lor de contact şi, astfel, curentul se repartizează uniform asupra ridicăturilor.

Ridicăturile nu trebuie să fie aplatizate înainte, dar dacă aplatizarea are totuşi loc

înainte de formarea nucleului topit, atunci încălzirea locală încetează şi sudura nu se

mai produce. De fapt, după aplatizarea ridicăturii, plăcile se ating pe toată suprafaţa lor

şi curentul trece de la părţile încălzite, spre părţile mai reci deoarece rezistenţa elastică

a acestora este mai mică. Faţă de forţa de apăsare, ridicăturile trebuie să fie destul de

rezistente şi aceasta se obţine prin alegerea unor forme potrivite care trebuie realizate

cu mare exactitate. O serie de particularităţi ale sudării prin puncte sunt determinate de

însuşi caracterul acestui procedeu şi nu depind decât în mică măsură de felul

materialului. La sudarea prin puncte a cadrelor şi caroseriilor auto munca manuală a

fost înlocuită de robotizarea operaţiilor. Construcţiile cadrelor sunt utilizate în general la

autocamioane şi autospeciale, însă la autobuzele şi autoturismele cu caroserii metalice

închise, caroseria preia parţial sau integral funcţia de element de rezistenţă a cadrului.

Acest tip de caroserie este numită convenţional caroserie semiportantă sau caroserie

portantă.

La unele autobuze cadrul este consolidat prin elementele caroseriei, întregul ansamblu

formând un tub de dimensiuni mari cu secţiune dreptunghiulară, rezistent la solicitările

dinamice la care este supus autovehiculul.

Anumite cadre prezintă doar întărituri în „X” pentru mărirea rigidităţii, sau sunt

constituite din lonjeroane şi traverse tubulare.

Page 21: Siguranta pasiva

21

În Figura 2-11 este prezentat un cadru în „X” cu secţiune centrală dreptunghiulară.

Lonjeroanele cadrului pot fi de secţiune tubulară sau dreptunghiulară. În partea

anterioară se utilizează traverse masive care servesc drept suport pentru elementele

suspensiei punţii faţă şi a motorului.

Figura 2-11 Cadru în X

Suporturi transversale sunt sudate pe lonjeroane pentru a servi drept bază de prindere

a caroseriei. Curbura în plan vertical a şasiului se poate utiliza atât în dreptul punţii

spate (pentru a permite montarea punţii, dar şi pentru a permite comprimarea arcurilor

suspensiei), cât şi în dreptul punţii faţă, coborându-se astfel centrul de masă al

cadrului. Evaluarea capacităţii structurilor de autovehicule de a disipa energia de impact

prezintă o mare importanţă. Astfel fiecare element al unei structuri trebuie să aibă un

rol bine definit şi o anumită capacitate de disipare a energiei. Astfel, prin analize

structurale, în funcţie de unghiul de înclinare a lonjeroanelor pot avea loc deformaţii

prin încovoiere sau prin comprimare axială. Unghiul de înclinare longitudinală a

lonjeronului, la care tendinţa de deformare devine de comprimare axială, dintr-o

tendinţă de deformare prin încovoiere, se numeşte unghi critic. Ca exemplu, o

modificare de numai un grad a unghiului de înclinare longitudinală a lonjeronului are ca

efect o modificare a energiei necesară deformaţiei acestuia cu 60%, în timp ce durata

de deformare a structurii se dublează. În practică este de evitat pe cât posibil

fenomenul de deformare prin compresiune axială, deoarece acesta implică rigidităţi

mare a părţii frontale, adică un nivel ridicat al acceleraţiilor care în final se transmit

pasagerilor autovehiculului.

Page 22: Siguranta pasiva

22

Cadrul de tip dreptunghiular

La acest tip de cadru, Figura 2-12, lipseşte porţiunea centrală de întărire, dar se

utilizează traverse pentru obţinerea rigidităţii necesare.

Figura 2-12 Cadru dreptunghiular

Lonjeroanele sunt de asemenea de secţiune dreptunghiulară. Cadrele dreptunghiulare

sunt întâlnite în construcţia autocamioanelor actuale. Prin montarea pe acestea a

grupului motopropulsor, sistemului de frânare şi direcţie, precum şi a cabinelor se obţin

aşa numitele „şasiuri autopropulsate”.

Cadrul cu întărituri.

Acest tip de şasiu, Figura 2-13, se utilizează mai ales la unele tipuri de autoturisme

break sau coupe, unde este necesară o rigiditate de torsiune mai mare. Se remarcă

curburile în plan vertical pentru fixarea elementelor suspensiei şi care au rolul de a

coborî centrul de masă. Curbarea în plan vertical a lonjeroanelor are ca efect

micşorarea rigidităţii părţii frontale a cadrului în cazul unor coliziuni.

Page 23: Siguranta pasiva

23

Figura 2-13 Cadru cu întărituri

2.2.2 Construcţii speciale

Printre construcţiile speciale, care se apropie prin formă şi concepţie de cadrele clasice,

se găseşte şasiul de tip grindă, care se asociază în mod frecvent cu suspensia cu roţi

independente şi lipsa punţii rigide, dar care necesită caroserie independentă.

Cadrul platformă este compus din două lonjeroane şi traverse legate între ele prin

panouri de tablă ambutisată, cu nervuri pentru mărirea rigidităţii.

Cadrul combinat are în partea centrală un tub iar, la cele două capete lonjeroane. acest

tip de cadru este foarte rar utilizat în construcţia de autovehicule rutiere. În dreptul

punţilor lonjeroanele sunt curbate în sus pentru a permite montarea suspensiei fără a

ridica prea sus caroseria.

Fiecare lonjeron are o mare rigiditate longitudinală, legăturile transversale dintre cele

două lonjeroane permiţând o oarecare elasticitate a cadrului, care pate suporta o

torsionare fără deformaţii majore.

Pentru realizarea unor autovehicule uşoare, odată cu apariţia tracţiunii pe puntea faţă,

s-a răspândit ideea unor caroserii monococă, sau a unor subansambluri de tip

platformă, pe care se sudează ulterior caroseria. Această soluţie conferă ansamblului

şasiu – caroserie, care formează un tot omogen, o rigiditate mult mărită şi o

deformabilitate scăzută, la o greutate minimă. Soluţia complică în mod considerabil

demontarea elementelor caroseriei, în vederea reparării în caz de accident.

Caroseriile autoportante prezintă doar o podea foarte robustă, pe care se montează

caroseria propriu-zisă, deosebit de rigidă, din tablă armată, prin diferite metode.

Organele mecanice se ataşează de caroseria astfel rezultată.

Page 24: Siguranta pasiva

24

Soluţia denumită Dyna Panhard utilizează ca infrastructură o platformă pe care se

montează ulterior prin sudură caroseria şi punţile. Firme precum Fiat şi unele firme

americane pleacă de la un cadru simplu, pe traversele şi lonjeroanele căruia se

construieşte caroseria, soluţia numindu-se şasiu integrat în caroserie. Toate elementele

metalice, care formează caroseria reprezintă şi suport pentru elementele direcţiei,

sistemului de frânare şi de suspensie. Aceste elemente sunt sudate într-unul singur,

creându-se astfel o singură componentă din piese metalice sudate.

Figura 2-14 Infrastructură de tip platformă

Panourile podelei şi ansamblul lonjeroanelor, care includ şi ansamblul pragurilor, conţin

elemente de prindere şi sprijin pentru grupul motopropulsor, transmisie şi suspensie.

Lonjeroanele, ca şi diferite traverse sunt de secţiune dreptunghiulară, distribuind

sarcinile pe suprafeţe mari ale structurii.

Analizând cadrul autoturismelor în variante modernizate acesta este un tip platformă,

lonjeroanele fiind solidarizate între ele prin fâşii de tablă cu nervuri. Grinda transversală

este de tip cheson, în partea din faţă, pentru a realiza o rezistenţă suplimentară

necesară susţinerii motorului. La preluarea eforturilor participă în mare măsură şi

caroseria, care este semiportantă.

Constructorii de autoturisme sport utilizează adesea în construcţiile lor cadre tubulare

spaţiale din care este realizată o structură de tip „cuşcă de păsări”. Pe această structură

construită din ţevi se montează apoi punţile directoare şi motoare, motorul şi

transmisia, Figura 2-15.

Absenţa cadrului clasic nu este specifică numai autoturismelor. De asemenea, se

construiesc în special autocare alcătuite din fâşii de tablă asamblate prin sudură şi

caracterizate prin absenţa completă a lonjeroanelor şi traverselor dintr-o singură

Page 25: Siguranta pasiva

25

bucată. Ansamblul este construit dintr-o structură de zăbrele formată din tuburi de

secţiune dreptunghiulară, făcute din tablă subţire, de care se sudează plăcile care

formează podeaua, montanţii caroseriei, consolele şi braţele de prindere a organelor

mecanice.

Figura 2-15 Cadru tubular spaţial folosit ca platformă de bază pentru autoturisme Lotus

Toate asamblările se fac prin sudură electrică prin puncte, cu excepţia consolelor şi a

braţelor de prindere, care sunt sudate electric cu arc. Diferitele tuburi sunt încastrate şi

apoi sudate.

2.3 Caroseriile autoturismelor

În general caroseriile reprezintă suprastructura autovehiculelor, fiind amenajate pentru

transportul persoanelor, a încărcăturii sau pentru instalarea diverselor utilaje

tehnologice.

La autovehiculele moderne sunt prevăzute caroserii cu forme cât mai aerodinamice,

rezistente la impact, cu o vizibilitate maximă pentru conducătorul auto în vederea

măririi siguranţei în circulaţie, cu un grad ridicat de confort.

Caroseriile se clasifică după următoarele criterii:

• caroserii neportante, la care eforturile sunt preluate exclusiv de cadru (şasiu). în

acest caz cadrul fiind separat, iar caroseria este fixată elastic de acesta;

Page 26: Siguranta pasiva

26

• caroserii semiportante, care preiau parţial eforturile datorate forţelor care apar la

deplasarea autovehiculului. La acest tip de caroserie podeaua este fixată rigid de

cadru prin kiplinguri (şuruburi pentru lemn - Holzschraube sau Holzşurub), nituri

sau prin sudură, dacă este metalică;

• caroseriile autoportante preiau forţele produse în mişcarea autovehiculului în

cazul în care cadrul este suprimat.

Având în vedere că viteza de deplasare a autovehiculelor pe drumurile publice a

crescut considerabil, o parte semnificativă din puterea motorului se consumă pentru

învingerea rezistenţei din partea aerului. Datorită acestui fapt forma caroseriilor

moderne tinde spre cea mai optimă formă aerodinamică. La autoturismele cu viteze de

peste 150 km/h, se impun măsuri speciale de îmbunătăţire a formei caroseriilor.

În timpul deplasării autovehiculul este supus acţiunii laterale a vântului, care determină

modificarea, în sens negativ, a stabilităţii longitudinale. Pentru aceasta este necesar ca

profilul caroseriei să fie proiectat cu o suprafaţă laterală mare înspre partea posterioară,

astfel ca centrul de presiune al acestei suprafeţe să fie deplasat spre spate. Suprafaţa

laterală nu trebuie să mărească înălţimea autovehiculului, în acest sens se vor prevedea

ampenaje laterale şi se va mări lăţimea caroseriei pentru obţinerea stabilităţii optime la

deplasarea autovehiculului.

În afară de aceste considerente, la modernizarea caroseriilor de autovehicule se vor

avea în vedere:

• Realizarea unui habitaclu suficient de mare, confortabil, panoramic şi rezistent;

• vizibilitate bună, în scopul asigurării unei securităţi sporite prin adaptarea unui

parbriz curbat;

• accesibilitate uşoară la organele de comandă şi de control ale autovehiculului;

• linia şi ţinuta de drum, cu aspectul exterior cât mai modern şi plăcut.

După formă, caroseriile se clasifică în: închise, deschise, transformabile şi speciale.

Caroseriile închise sunt de tipul:

• coach, cu două uşi şi patru geamuri laterale, cu două sau şase locuri, cu

spătarele scaunelor din faţă rabatabile pentru a se asigura accesul la bancheta

din spate;

Page 27: Siguranta pasiva

27

• sedan, cu patru uşi şi patru sau şase locuri, cu două rânduri de scaune şi

geamuri laterale;

• limuzină, cu patru uşi, şase sau opt locuri, dona rânduri de scaune permanente şi

cu strapotine (scaune suplimentare între ele), la unele construcţii cu geam între

locurile din faţă şi spate;

• coach hardtop, asemănător caroseriei coach, cu deosebirea că nu are montanţi

ficşi pentru geamuri laterale;

• sedan hardtop, similar caroseriei sedan, cu deosebirea că nu are montanţi ficşi

pentru geamuri laterale;

• cupeu, format sport, cu doua uşi şi două până la şase locuri, dimensiunile

interioareîn special în zona locurilor din spate sunt mai mici decât la coach.

Caroseriile deschise sunt de tipul:

• roadster, cu plafon decapotabil, geamuri laterale amovibile cu două uşi şi 2-3

locuri, pe un rând de scaune;

• cabriolet cu două uşi, capotă pliabilă, două locuri şi două geamuri laterale - alte

modele similare au patru până la şase locuri şi patru geamuri laterale cu spaţii

mari amenajate pentru bagaje;

• cabriolet – roadster, respectiv spider, este o variantă a roadsterului – spider.

Este asemănător caroseriei cabriolet, având o linie sport modernă;

• hardtop tip cupeu sau cabriolet cu capota rigidă detaşabilă;

• roadster faeton cu minim patru locuri, uneori având până la şapte locuri, cu

patru uşi şi patru geamuri laterale amovibile.

Caroseriile transformabile sunt de tipul:

• cabrio - cupeu cu plafon pliabil însă cu rame fixe, amenajat pentru două - cinci

locuri confortabile;

• autostaţion cu trei sau cinci uşi, două sau patru uşi laterale şi una în spate, cu

cinci până la nouă locuri, banchete cu spătare rabatabile pentru a crea spaţiu

suplimentar pentru încărcarea bagajelor voluminoase;

• berlină decapotabilă cu două uşi, două rânduri de scaune şi patru - şase locuri.

Page 28: Siguranta pasiva

28

Caroseriile speciale de următoarele tipuri:

• microturisme cu una - două uşi şi unu până la trei locuri, cu motor de capacitate

cilindrică foarte mică;

• combi - station vagon cu două sau patru uşi lateral, uneori şi una în spate, cu

două sau trei rânduri de scaune pentru transportul a şase - opt persoane. Poate

fi amenajat şi pentru transport marfă.

• de curse, în general fără uşi, destinat exclusiv pentru participarea la competiţii

sportive.

Figura 2-16 Principalele forme de caroserii de autoutrisme a - sedan; b - break-combi; c - cabriolet; d - faux-cabriolet; e - limuzină de lux; f - limuzină-cabriolet; g - cupeu; h - roadster; i

- torpedo; f - coupe de ville; k - laundoulet.

Cercetările recente au pus bazele realizării unor caroserii din fibre de carbon armat şi

fibre de sticlă în amestec cu răşini epoxidice. Materialele compozite sunt încă utilizate

pe scară restrânsă pentru producerea motoarelor ceramice cu structuri armate

deoarece sunt friabile la vibraţii (se fărâmiţează la destructurare) şi foarte sfărâmicioase

Page 29: Siguranta pasiva

29

la forţe de flambare şi torsiune. Prin utilizarea materialelor compozite se realizează

însemnate economii de metal şi materiale convenţionale, deficitare pe piaţa mondială,

iar rezistenţa mecanică a acestora depăşeşte de patru - cinci ori pe cea a materialelor

clasice.

În acest context întreţinerea şi tehnologia de reparaţie a acestor tipuri de caroserii este

simplificată. Recondiţionarea anumitor organe este realizabile în limitele admisibile după

o tehnologie convenţională, iar în cazul celor ireparabile se recomandă înlocuirea cu

seturi sau repere de rezervă.

Se recomandă constructorilor să livreze - la cerea beneficiarilor - seturi complete de

repere sau module singulare, cele mai expuse în cazul accidentelor frecvente de

circulaţie, în vederea reducerii duratei de imobilizare a autovehiculelor în reparaţii

curente.

Din aceste considerente, se remarcă: sensibilitatea caroseriilor autoportante în

exploatare la circulaţia rutieră pe diferite categorii şi stări de drumuri cu suprasarcină,

materializată prin ruperea unor elemente ale carcasei caroseriei foarte frecvent în zona

punţii din faţă la punctele de racordare a ansamblului punţii cu cadrul caroseriei, in

special pe partea stângă a autovehiculului, unde sunt însumate şi solicitările datorate

sistemului de direcţie, cât şi influenţa de acţionare a amortizoarelor acestuia.

Pentru repararea carcasei caroseriei se fac următoarele recomandări tehnologice şi de

organizare:

• la executarea sudurilor carcasei caroseriei se va folosi sudarea în mediu de gaz

protector sau sudarea electrică cu curent continuu cu electrozi dimensionaţi

corespunzător materialelor utilizate şi grosimii pofilelor sudate;

• dacă se constată demente rupte, componente ale caroseriei, acestea se vor

înlocui, evitându-se sudarea;

• pentru a nu schimba distribuţia eforturilor pe ansamblul carcasei, se vor respecta

riguros dimensiunile şi poziţia iniţială a elementelor componente.

Din punct de vedere al realizării structurii de rezistenţă a caroseriilor destinate

autoturismelor, de-a lungul timpului s-au experimentat diferite concepte arhitecturale.

Două dintre acestea sunt prezentate pe scurt cu avantajele şi dezavantajele pe care le

implică în tabelul 2.1. Se observă avantajele oferite de conceptele „orizontal” şi

Page 30: Siguranta pasiva

30

„vertical” în ceea ce priveşte capacitatea de disipare a energiei, masa construcţiei,

intensitatea de transmitere a şocurilor înspre celula de supravieţuire şi nu în ultimul

rând costurile de fabricaţie.

Tabelul 2.1 Conceptul în

2 plane Conceptul în

3 plane Conceptul orizontal

Conceptul vertical

Intensitatea de transmitere la

celulă + + ++ +

Masa + 0 0 0 Compatibilitate + ++ ++ + Capacitatea de

disipare a energiei

+ ++ ++ +

Costuri constructive

++ ++ 0 0

La conceptul orizontal zonele întărite ale structurii autoturismelor sunt amplasate în

planşeu, la nivelul tunelului central, precum şi în structurile din praguri şi uşi. Se

remarcă dirijarea eforturilor preluate de lonjeroane înspre exterior şi tunel, poziţiile în

care sunt amplasate scaunele pentru pasageri fiind protejate prin ranforsări în formă de

furcă.

Figura 2-17 Conceptul orizontal

Page 31: Siguranta pasiva

31

La conceptul vertical forţele de impact sunt dirijate prin structura panourilor laterale,

ferind astfel habitaclul de posibile intruziuni. Se remarcă modalitatea de dirijare a

eforturilor, prin bifurcarea elementelor de rezistenţă, atât prin stâlpii A cât şi la nivelul

planşeului. Structura prezintă întărituri pe toţi stâlpii laterali.

În cazul unui impact frontal, forţele dezvoltate acţionează şi se disipă asupra şi prin

structura caroseriei, în principal pe trei căi: două laterale ce includ cadrele metalice

frontale inferioare şi superioare, respectiv una centrală ce include motorul, transmisia şi

eventual cadrul motorului. Dacă impactul este suficient de puternic şi decelerarea

vehiculului suficient de mare, disiparea şi absorbţia energiei se face în toate aceste trei

direcţii.

Figura 2-18 Conceptul vertical

Cercetările experimentale au demonstrat că pe traiectele laterale se disipă între 40% şi

70% din energia de impact, restul fiind preluată de zona centrală.

Cadrele metalice frontale sunt proiectate pentru a putea fi deformate în mod progresiv

de un impact frontal, astfel încât să absoarbă energia în etape pentru a reduce

deformarea şi afectarea structurii cabinei. În acest sens ele pot fi prevăzute cu

elemente geometrice care să localizeze deformaţiile precum canale transversale

înguste, caneluri, şanţuri, crestături sau zone înguste uşor înfundate în structura

cadrului. Alte soluţii prevăd încorporarea unor materiale speciale cu proprietăţi bune de

deformare plastică şi absorbţie a energiei de deformare în structura vehiculului pentru a

forma aşa-numitele volume de deformare. Orice modificare a caroseriei prin

Page 32: Siguranta pasiva

32

introducerea acestor elemente deformabile absorbante nu trebuie să modifice

semnificativ costul şi complexitatea, nici să altereze rigiditatea structurală a vehiculului.

O altă zonă importantă privită prin perspectiva siguranţei compartimentului pasagerilor

este cea situată la intersecţia dintre bara superioară de suport a aripei, jugul peretelui

panoului de bord şi stâlpul vertical frontal al cabinei. Doi factori importanţi ce afectează

compatibilitatea la impact între diversele structuri frontale de protecţie a cabinei sunt

valoarea rigidităţii structurii de rezistenţă a caroseriei şi rezistenţa mecanică a cabinei.

Primul factor determină nivelul de energie absorbită, respectiv deceleraţia rezultată din

impactul cu un alt vehicul. În principiu, vehiculele mai grele au o structură mai rigidă

comparativ cu cele mai uşoare care sunt astfel supra-deformate. Deoarece energia

absorbită poate fi considerată egală cu integrala forţei de impact în funcţie de distanţa

de deformare, rezultă că pentru a absorbi această energie şi a menţine o distanţă de

deformare relativ constantă, singura soluţie constă în mărirea rigidităţii în raport cu

masa vehiculului. Ca urmare, structura cabinei unei maşini mai uşoare şi implicit mai

puţin rigide va avea mai mult de suferit, iar pasagerii vor fi mai serios afectaţi.

Rezistenţa mecanică a cabinei pasagerilor este la rândul ei influenţată puternic de căile

prin care solicitările din impact se transmit spre cadrul cabinei. Aşa cum se poate

observa din Figura 2-19 acestea sunt reprezentate de: cadrele (lonjeroanele) frontale

inferioare l, cadrul de susţinere a motorului 2, cadrele frontale superioare 5 (acestea

sunt numite cadre de susţinere a aripii frontale, structura panoului (planşeului) de bord

consolidată la partea superioară de jugul planşeului 7, pragurile laterale 6, respectiv

cadrul metalic de susţinere (şasiul) în cazul caroseriilor care nu sunt de tip monocorp

(autoportante). Unele dintre aceste componente pot fi opţionale, de exemplu cadrul de

susţinere a motorului (colivia motorului). Bara de protecţie faţă 3 este activă pentru

viteze reduse de coliziune, sub 15 km/h, însă elementele de fixare pe cele două

lonjeroane joacă un rol foarte important în comportamentul întregii structuri şi în

propagarea forţelor la impact. Există o varietate de mijloace de ataşare a barei de

protecţie. Pentru a mări capacitatea barei de absorbire a energiei în coliziuni, aceasta se

montează de partea frontală a lonjeroanelor prin intermediul unor elemente deformabile

4. Varianta de caroserie cu zăbrele se utilizează în special la autoturismele sport şi se

remarcă printr-o rigiditate mare şi o greutate mică. Scheletul caroseriei se acoperă în

unele situaţii cu folii din material plastic, asigurându-se prin aceasta o greutate redusă

şi un coeficient aerodinamic acceptabil.

Page 33: Siguranta pasiva

33

Figura 2-19 Structura frontală de protecţie a pasagerilor unui autoturism

Caroseria de tip cheson este utilizată, în general, la majoritatea autoturismelor.

Îmbinarea elementelor componente se face prin sudare. Pentru asigurarea unei

rigidităţi suficiente, pe tabla din care se realizează unele elemente componente ale

caroseriei se practică diverse nervuri prin ambutisare. Nervuri de diferite forme se

execută în special pe tabla din care se realizează învelişul interior al motorului şi

podeaua (planşeul) caroseriei. Sunt cazuri în care, pentru a realiza construcţii cu o

rigiditate mare, partea din faţă a caroseriei se execută cu un schelet cu zăbrele, iar

partea din spate tip cheson. În Figura 2-20 este reprezentată schema unei caroserii

combinate.

La autoturismele mici şi mijlocii, se folosesc caroserii de tip cadru – grindă. Acesta este

un fel de cheson, ce înlocuieşte cadrul obişnuit. Pe cheson sunt fixate prin sudură

elementele componente ale caroseriei, rezultând un bloc cu rigiditate mare în toate

direcţiile.

Figura 2-20 Schema constructivă a unei caroserii combinate

Page 34: Siguranta pasiva

34

La caroseriile autoportante cadrul de înlocuit este constituit din partea anterioară a

cadrului clasic (care consolidează partea de caroserie) pe care se montează motorul,

suspensia şi bara de protecţie din faţă. Câteva caracteristici constructive privind

dimensiunile şi modul de amplasare a structurii frontale şi de rezistenţă a

autoturismelor sunt prezentate sintetic în tabelul 2.2.

Tabelul 2.2.

Tip. Autoturism

(an fabricaţie)

Înălţime bară

paraşoc (minmax)

Înălţime muchie frontală capotă

Înălţimea lonjeron

Secţiunea lonjeronulu

i (lxh)

Ecartament

lonjeroane

Înălţimea pragurilor (minmax)

Fiesta (88) 380/530 690 370 50/100 800 230/290 Passat (84) 390/550 730 410 90/80 1000 230/325 Passat (95) 365/540 715 400 80/100 1000 220/310 Ascona (85) 380/520 730 360 75/110 800 240/300 Nissan Sunny

(85) 440/600 750 430 60/100 900 240/300

Polo (96) 390/530 690 400 55/110 700 210/290 Sierra (88) 360/470 680 400 60/95 850 260/345 Mazda 323

(85) 380/515 700 320 80/130 1000 210/280

Fiat Punto (94) 385/575 695 500 100/90 1100 210/310 Astra (92) 410/520 700 430 70/100 800 220/290 Escort (94) 440/540 680 400 60/110 910 210/290 Vectra (91) 360/500 685 380 75/170 850 240/300 Golf 3 (93) 350/535 740 400 70/110 1110 215/310 Corsa (94) 380/530 700 310 80/120 950 225/310 Renault 19

(93) 350/495 675 380 35/130 950 210/300

La unele autovehicule cu caroserie autoportantă se montează numai traversa din faţă şi

spate pentru fixarea elementelor suspensiei, sau grinzi longitudinale pentru montarea

barelor de torsiune longitudinale şi transversale.

Corpul caroseriei este compus din structura inferioară, structura superioară, Figura 2-22

şi elementele amovibile, Figura 2-21. Structura inferioară se compune din: Planşeul

spate asamblat – 1, planşeul central asamblat – 2, traversa planşeului – 3, traversa

inferioară faţă – 4, lonjeronul faţă complet – 5,6,7, ranforsarea planşeului faţă – 8,

elemente de rigidizare a planşeului - 9,18, element de închidere a părţii inferioare a

caroseriei – 10, traversa planşeului spate – 11, traversa spate stânga – 12, lonjeron

spate stânga asamblat – 13, element de sprijin pentru arcul suspensiei – 14, traversa

planşeului spate asamblată – 15, traversa spate asamblată – 16, tunelul planşeului –

17.

Page 35: Siguranta pasiva

35

Figura 2-21 Elementele amovibile ale caroseriei

Figura 2-22 Elementele componente ale planşeului şi suprastructurii caroseriei

Page 36: Siguranta pasiva

36

Elementele componente ale suprastructurii caroseriei sunt: traversa superioară faţă – 1,

perete lateral – 2, tabla port far – 3, aripa interioară – 4, dublura stâlpului faţă – 5,

stâlpul faţă asamblat – 6, pragul lateral caroseriei – 7, stâlpul central asamblat – 8,

panoul aripii spate – 9, pasajul inferior al roţii – 10, fusta spate – 11, dublura ramei

caroseriei – 12, traversa spate a pavilionului – 13, pavilionul – 14, grinda elementului de

încălzire a habitaclului – 16, tablier – 17.

Partea superioară a caroseriei se realizează prin sudarea elementelor componente.

Elementele amovibile ale caroseriei sunt capota faţă, hayonul, uşile şi aripa faţă.

Caroseria autoportantă a unor autoturisme din clasa mijlocie are platforma întărită.

Construcţia unei astfel de caroserii este prezentată în Figura 2-23. Se remarcă

construcţia planşeului sub forma unei structuri duble, asemănătoare cu structurile

utilizate în construcţia aripilor de avion. Prin astfel de măsuri constructive se asigură o

mai bună protecţie a spaţiului destinat pasagerilor.

Figura 2-23 Caroserie autoportantă cu platformă întărită

La unele autoturisme, pentru a asigura o mai bună izolare fonică, între piesele

caroseriei se introduc elemente elastice din cauciuc şi material plastic.

Aranjarea interioară a caroseriei depinde de dimensiunile ce trebuie respectate în

vederea asigurării confortului şi siguranţei pasagerilor. Construcţia caroseriilor

autoturismelor depinde în mare măsură şi de amplasarea organelor transmisiei şi a

Page 37: Siguranta pasiva

37

portbagajului. Cabina pentru pasageri este amplasată în totdeauna la mijloc, pentru ca

aceştia să fie cât mai bine protejaţi. În general, problemele constructive care se pun în

prezent constructorilor de autoturisme sunt determinate de măsurile ce trebuie luate

pentru a asigura cât mai bine pasagerii contra accidentării. „Celula de securitate" se

obţine prin următoarele măsuri: rigidizarea construcţiei fără reducerea vizibilităţii,

utilizarea unei tapiserii de grosime mare pe tavan şi pereţii laterali, montarea unor

mânere pentru uşi şi macarale pentru geamuri fără proeminenţe, tapisarea butucului

volanului, a parasolarelor şi a torpedoului, utilizarea coloanei de direcţie telescopice şi a

unui volan uşor deformabil în direcţie axială, montarea parbrizului astfel încât la

deformarea caroseriei geamul să sară în afară.

În vederea creşterii securităţii pasagerilor, pe lângă sistemele de siguranţă recente,

autoturismele se echipează cu centuri de siguranţă.

Figura 2-24 Centura de siguranţă cu fixare în trei puncte

Acestea sunt realizate în diferite variante, cea mai mare răspândire având-o centura cu

fixarea în trei puncte. Modul de fixare al celor trei puncte de prindere pe caroserie şi

procentul din sarcina pe care o preiau cele trei puncte de prindere a centurilor de

siguranţă în caz de coliziune este prezentat în Figura 2-24. Mai multe detalii despre

sistemele de siguranţă a pasagerilor sunt prezentate în capitolele următoare.

2.4 Caroseriile autobuzelor

La autobuzele moderne, caroseriile sunt autoportante şi ca urmare cadrul face parte

integrată din construcţia caroseriei. Caroseriile autobuzelor trebuie să aibă rigiditate

Page 38: Siguranta pasiva

38

mare la încovoiere şi torsiune. Acest lucru se realizează utilizând construcţii cu zăbrele

din tuburi sau diferite profiluri din oţel laminat. Carcasa caroseriei este îmbrăcată la

exterior cu panouri din tablă cu grosimea de 0,75—1,0 mm, iar partea interioară şi

plafonul se acoperă cu plăci fibrolemnoase melaminate. Interiorul caroseriilor se

izolează fonic şi termic cu panouri din pâslă, covoare bituminoase şi spumă

poliuretanică.

Podeaua caroseriilor autobuzelor se realizează din tablă acoperită cu un covor din

material plastic sau din lemn ignifugat.

Figura 2-25 Caroserii de autobuz de diferite forme

Page 39: Siguranta pasiva

39

După formă şi destinaţie, Figura 2-25, se deosebesc caroserii pentru: autobuze urbane,

cu mai multe uşi (a); autobuze interurbane, cu una sau două uşi pe partea dreaptă şi

una pe partea stângă pentru accesul conducătorului (b); autobuze de turism, cu confort

special (c); autobuze deschise pentru agrement (d); autobuze etajate (e); autobuze

articulate de mare capacitate (f).

Sarcinile de pe podea se transmit portanţilor prin traverse. 0 atenţie deosebită va fi

acordată asigurării rigidităţii în locurile de dispunere a uşilor şi ferestrelor. Caroseriile

autoportante protejează mai bine pasagerii în cazul accidentelor.

Construcţia unei caroserii de autobuz cu zăbrele este reprezentată în Figura 2-26, iar a

unui autobuz cu caroserie autoportantă tip cheson în Figura 2-27.

Figura 2-26 Caroserie autoportantă de tip grindă cu zăbrele pentru autobuz

Page 40: Siguranta pasiva

40

Figura 2-27 Construcţia unui autobuz cu caroserie de tip cheson

Caroseriile tip cheson pot fi realizate în două variante: cu pereţii interiori şi exteriori din

tablă de oţel sau numai cu pereţii interiori portanţi din tablă de oţel. La a doua variantă,

în caz de deteriorare, peretele exterior poate fi înlocuit cu uşurinţă, deoarece nu este

nituit sau sudat de scheletul caroseriei.

Organizarea interioară a autobuzelor depinde de destinaţia lor. Autobuzele interurbane

şi turistice trebuie să fie prevăzute cu instalaţii corespunzătoare pentru a asigura

confortul pasagerilor. Aceste instalaţii trebuie să asigure o bună condiţionare a aerului

din salonul destinat pasagerilor.

Condiţiile tehnice care se expun în continuare se aplică numai la vehiculele cu un singur etaj,

destinate să transporte cel puţin 16 persoane aşezate pe scaune sau în picioare, în afara

conducătorului auto şi a personalului însoţitor. Extinderea suprafeţelor vitrate de pe

părţile laterale slăbeşte rezistenţa caroseriei autobuzelor şi prin aceasta poate afecta

protecţia călătorilor în situaţia răsturnărilor sau coliziunilor laterale. Avându-se în vedere

gravitatea unor accidente produse în asemenea situaţii, s-au elaborat normative care

impun producătorilor păstrarea unei rezistenţe standard, acceptabilă din punct de vedere

al protecţiei călătorilor.

Protecţia călătorilor se apreciază prin „spaţiul de supravieţuire", care trebuie să se

menţină după efectuarea unor încercări speciale.

Page 41: Siguranta pasiva

41

Spaţiul de supravieţuire din compartimentul pasagerilor se defineşte prin volumul care

se obţine prin translaţia unui plan transversal vertical începând din punctul R al scaunului

aşezat cel mai în spate până la punctul R al scaunului situat cel mai în faţă. Planul

transversal vertical este delimitat ca în Figura 2-28 (în interiorul liniilor haşurate); se

consideră că punctele R sunt dispuse la 500 mm deasupra podelei salonului, la 300 mm

faţă de peretele lateral şi la 100 mm faţă de vârful care delimitează partea de sus a planului

transversal vertical menţionat.

Rezistenţa caroseriei se evaluează pe baza modificărilor suferite de spaţiul de

supravieţuire după una din încercările:

încercare la răsturnare a întregului vehicul, echipat ca şi în timpul exploatării normale;

încercare de răsturnare a unei secţiuni sau mai multor secţiuni reprezentative din

caroseria vehiculului;

încercare de lovire cu un pendul special a unei secţiuni sau mai multor secţiuni din

caroseria vehiculului.

Dacă se poate proba rezistenţa şi prin calcul, se acceptă şi o asemenea metodică.

Sursa Radu Gaiginschi, Iulian Filip, Expertiza tehnică a accidentelor rutiere

Figura 2-28 Schema pentru determinarea spaţiului de supravieţuire în plan transversal (a) şi longitudinal (b)

Page 42: Siguranta pasiva

42

Pentru încercarea de răsturnare a vehiculului complet, acesta trebuie pregătit în

prealabil. Scaunele vehiculului trebuie reglate la înălţimea cea mai mare, iar spătarele

lor amplasate în poziţie verticală. Toate uşile şi geamurile trebuie să fie închise iar

anvelopele trebuie umflate la presiunea indicată de producător; sistemul de suspensie

trebuie să asigure aceeaşi gardă la sol ca şi în timpul unei exploatări normale.

Autovehiculul se amplasează pe o platformă basculabilă aflată în poziţie orizontală la

începutul încercării. Pentru răsturnarea laterală a vehiculului, axa sa longitudinală trebuie

să fie paralelă cu axa de rotaţie a platformei. În apropierea axei de răsturnare trebuie

prevăzut un mic perete lateral necesar împiedicării alunecării anvelopelor pe direcţia de

răsturnare; de asemenea, trebuie blocată şi deplasarea vehiculului în plan longitudinal.

Răsturnarea se face pe un plan orizontal situat cu 800 mm sub nivelul platformei

basculabile, Figura 2-29.

Sursa Radu Gaiginschi, Iulian Filip, Expertiza tehnica a accidentelor rutiere

Figura 2-29 Schema dispozitivului de răsturnare a caroseriei autobuzelor

Platforma trebuie să fie suficient de rigidă sau punctele de acţionare asupra sa să fie

amplasate astfel ca axele vehiculului să fie ridicate simultan, fără a genera eforturi de

torsiune în caroserie. Viteza de rotaţie a platformei nu trebuie să depăşească

5°/secundă (0,087 rad/s).

Pe parcursul încercării se efectuează înregistrări video ultrarapide, iar după răsturnare

se fac măsurători care pun în evidenţă deformaţii exterioare şi interioare. Încercarea se

consideră satisfăcătoare dacă:

• se conservă valoarea volumului spaţiului de supravieţuire;

Page 43: Siguranta pasiva

43

• nici una dintre componentele detaşabile ale vehiculului nu influenţează asupra

spaţiului de supravieţuire;

• nici o parte a spaţiului de supravieţuire să nu iasă în afara caroseriei deformate.

Încercarea de răsturnare a unei secţiuni din caroseria vehiculului se

efectuează după aceeaşi metodologie şi cu aceeaşi instalaţie ca şi pentru răsturnarea

vehiculului complet; se impun aceleaşi condiţii după răsturnare ca şi în cazul precedent.

Încercarea unei secţiuni din caroseria vehiculului cu ajutorul pendulului

urmăreşte îndeplinirea aceloraşi condiţii şi în plus, determinarea energiei absorbite de

impact. În principiu, un pendul cu lungimea braţului de 3500 mm este lansat de la o

înălţime care să asigure o viteză de impact cuprinsă între 3 şi 8 m/s. Masa corpului de

lovire trebuie aleasă astfel ca energia la începutul impactului să fie cea indicată de

producător. Planul de oscilaţie a pendulului trebuie să fie înclinat cu un unghi de 25˚ în

raport cu planul longitudinal median al secţiunii de caroserii care se încearcă.

2.5 Caroseriile autocamioanelor

Caroseriile pentru autocamioane se compun din cabina pentru conducător şi platforma

pentru transportul bunurilor. Cabinele sunt de tip închis, cu geamuri mobile. Ele sunt

prevăzute, în mod normal, cu două trei locuri, iar uneori cu şase – opt locuri. La

autocamioanele pentru transportul pe distanţe lungi, cabina este prevăzută cu un pat

pentru conducătorul auto de schimb. Cabina poate fi dispusă în spatele punţii din faţă

sau pe puntea din faţă (cabină avansată).

Cabinele obişnuite se execută dintr-un schelet metalic din tablă ambutisată, din

postament şi îmbrăcămintea exterioară îmbinate între ele prin sudare Figura 2-30.

La autocamioanele cu motorul aşezat în faţa cabinei, pericolul de accidentare a

conducătorului auto este mai mic şi, ca urmare, se poate realiza o construcţie de cabină

mai uşoară. Cabinele avansate trebuie să fie realizate cu rigiditate mărită pentru a spori

securitatea conducătorului, deoarece la aceste construcţii riscul de accidentare este mai

mare. Cabinele autocamioanelor trebuie să fie bine izolate termic şi fonic şi să aibă o

etanşare bună.

Page 44: Siguranta pasiva

44

Figura 2-30 Tipuri de cabine pentru autocamioane

O atenţie sporită trebuie să fie acordată suspensiei cabinei, deoarece frecvenţa

oscilaţiilor suspensiei autocamionului se modifică cu încărcătura; la autovehiculul gol,

aceste frecvenţe devin dăunătoare pentru conducător. Menţinerea în limite strânse a

variaţiei frecvenţei oscilaţiilor suspensiei, funcţie de încărcătură, se asigură alegând

construcţia generală a autocamionului astfel încât variaţiile sarcinilor statice pe puntea

din faţă să fie cât mai reduse. În afară de aceasta, cabina se montează pe cadru cu

ajutorul tampoanelor de cauciuc sau al unei suspensii compuse din arcuri şi

amortizoare.

Page 45: Siguranta pasiva

45

Amplasarea şi dimensiunile diverselor elemente constitutive ale postului de conducere

din cabina autocamioanelor sunt prevăzute în normative internaţionale.

Partea caroseriei destinată încărcăturii utile poate avea diferite forme în funcţie de

destinaţia autocamioanelor. Pentru transportul de bunuri se folosesc pe scară largă

autotrenurile, acestea au construcţia caroseriilor semiremorcilor şi remorcilor

asemănătoare cu cea a autocamioanelor.

Page 46: Siguranta pasiva

46

3 ELEMENTE PRIVIND PROIECTAREA ŞI CALCULUL

CAROSERIILOR

3.1 Generalităţi

Proiectarea caroseriilor este o problemă deosebit de complexă şi presupune îmbinarea

în mod corespunzător a unui număr mare de factori. La proiectare, trebuie soluţionate

aspectele referitoare la ergonomia, arhitectura, rezistenţa, tehnologia şi organizarea

fabricaţiei şi siguranţa caroseriilor.

Proiectarea poate fi realizată după două sisteme de bază: sistemul secvenţial şi sistemul

complex. Sistemul secvenţial de proiectare se aplică de mai mult timp, iar cel complex a

început să fie utilizat în ultima vreme şi se bazează pe folosirea metodei elementului

finit şi a calculatoarelor electronice digitale.

Caroseria automobilului este supusă la încovoiere, datorită greutăţii proprii şi a sarcinii

utile, şi la torsiune, ca urmare a deplasării pe pante transversale sau peste denivelări

asimetrice. Aceste solicitări au un caracter dinamic, în special la demarare, frânare şi

deplasare cu viteze relativ mari pe drumuri CU denivelări. În afară de acestea, caroseriile

sunt supuse la vibraţii continue, care devin periculoase atunci când sunt atinse

regimurile de rezonanţă.

La deplasarea automobilelor peste denivelări simetrice, solicitările dinamice pot fi foarte

mari. Astfel, coeficientul dinamic de încărcare al caroseriei poate fi: 2,0 ... 2,5 pentru

autoturisme; 2.0 ... 2,5 pentru autobuze; 3,0 pentru autocamioane şi 3,5... 4,0 la

automobile speciale cu capacitate mare de trecere. Aceste sarcini dinamice mari solicită

caroseria la încovoiere.

În cazul denivelărilor nesimetrice, coeficienţii dinamici de încărcare ajung la valorile: 1,3

pentru autoturisme şi autobuze; 1,5 pentru autocamioane şi 1,8 pentru automobile

speciale cu capacitate mare de trecere. De aceste regimuri de încărcare trebuie să se

ţină seama la calculul de dimensionare şi verificare al caroseriei.

Caracteristica de rezistenţă a caroseriei autoportante este considerată rigiditatea la

torsiune. În acest scop, pentru compararea caroseriilor, se utilizează unghiul de răsucire

la 1 m lungime rezultat prin suspendarea completă a unei roţi. Unghiul relativ de

Page 47: Siguranta pasiva

47

torsiune admis, pentru caroseriile autoturismelor şi autobuzelor, este de 3 - 10' la 1 m

lungime.

3.2 Tendinţe în realizarea autovehiculului „sigur”

Pentru a înţelege mai bine obiectivele spre care tind constructorii de automobile se

cuvine a face o scurtă incursiune în legislaţia existenţă în domeniul siguranţei pasive

interioare a automobilului.

Teste de coliziune se fac în SUA de către NHTSA (The National Highway Traffic Safety

Administration), precum şi în Europa prin asociaţia EURONCAP. Programul NCAP (New

Car Assesment Programme) a preluat o parte din procedurile de încercare stabilite de

FMVSS 208 şi are drept scop promovarea competiţiei între fabricanţii de autovehicule

prin proiectarea şi producere de autovehicule sigure. Programul trebuie să realizeze

teste de coliziune şi să prezinte rezultatele obţinute publicului, într-o manieră simplă şi

inteligibilă, astfel încât cumpărătorul să poată face o alegere cât mai corectă.

Structurile de rezistenţă ale automobilelor actuale au devenit adevărate opere de artă,

acest lucru fiind rezultatul concurenţei tot mai strânse dintre marii constructori de

automobile.

Pentru a mări energia de impact absorbită în cazul unui impact frontal necentrat este

necesară adoptarea unor soluţii ce permit deformarea plastică în anumite zone ale

ambelor cadre astfel încât, indiferent de cât de încărcat este unul dintre ele, preluarea

efortului să poată fi făcută şi de celălalt fără ruperea legăturilor transversale, Ansamblul

celor două cadre va fi astfel capabil să preia o încărcare specifică superioară celei

suportate de unul singur. Încărcarea specifică defineşte efortul de întindere pentru

deformara asociată, care o dată depăşit determină mărirea deformării respective. Prin

includerea în zona frontală a fiecărui lonjeron „l”, pe faţa sa interioară şi exterioară a

unor elemente iniţiatoare sau promotoare de deformare plastică 2 aşa cum sunt cele

din Figura 3-1, energia de impas este canalizată pentru deformarea zonelor respective

cu rezistenţă scăzută. Astfel, întreaga energie ar fi transmisă prin masa rigidă a barei

spre cabină. În cazul impactului frontal descentrat, forţa „F” determină comprimarea

plastică a cadrului „1” aflat pe partea impactului, iar prin intermediul barei de protecţie

3 întinderea suplimentară a cadrului „1’” situat de cealaltă parte a vehiculului. Îndoirea

cadrului „1” va absorbi o cantitate suplimentară din energia de impact (aproximativ 10

Page 48: Siguranta pasiva

48

÷ 20%) reducând apreciabil sau eliminând complet forţa de penetrare a cabinei

pasagerilor.

Figura 3-1 Dirijarea energiei de impact prin elemente promotoare de deformaţie

Cele mai utilizate în acest scop sunt foile de oţel dure de tip TRIP (Transformation

Induced Plasticity) sau cele obţinute în dublă fază de martensită şi grafitare DP (Dual

Phase). Este semnificativ faptul că utilizarea unor astfel de oţeluri dure a permis şi o

reducere a masei automobilelor moderne cu mai multe sute de kilograme.

Atunci când tronsonul frontal deformabil este separat de cadrul frontal propriu-zis

formând tamponul barei de protecţie este necesar ca el să preia o bună parte din

energia de impact transmisă prin bara de protecţie. În acest caz structura sa trebuie

astfel gândită încât, pentru o anumită soluţie constructivă a cadrelor frontale, energia

absorbită din impact să fie maximă.

Fiecare caz de accident este unic. O temă privind măsurile care ar trebui să

îmbunătăţească siguranţa ocupanţilor în cazul coliziunilor frontale implică:

Reducerea intruziunilor;

Îmbunătăţirea sistemelor de reţinere, care ţin ocupanţii departe de contactul cu

suprafaţa automobilului;

Asigurarea că suprafeţele interioare ale autovehiculului sunt bine protejate cu materiale

absorbante ale şocului.

Amplasarea suprafeţelor cu potenţial mare de vătămare a pietonilor cât mai departe de

ocupanţi.

Un prag limită acceptabil al deceleraţiilor pe care le poate suporta corpul omenesc

obligă constructorii să realizeze autovehicule cu structuri frontale deformabile controlat

Page 49: Siguranta pasiva

49

şi după anumite legi de variaţie a deceleraţiilor. Modelele matematice ale

autovehiculului au evoluat odată cu dezvoltarea sistemelor informatice şi de calcul,

ajungându-se astăzi la modele virtuale complexe, capabile să ţină seama de aproape

toate caracteristicile geometrice şi fizice ale materialelor.

3.2.1 Modele matematice simple ale impactului dintre autovehicule

Una dintre situaţiile cele mai simple constă într-o masă „M” aflată într-o mişcare de

translaţie „x” cu o viteză „v” şi un corp aflat în repaus de masă M0. Pentru masa

corpului în mişcare se va ţine cont de rigiditatea acesteia, reprezentată printr-un resort,

corpul în repaus fiind considerat rigid.

Figura 3-2 Model matematic simplu al coliziunii cu un perete nedeformabil

Din aplicarea teoremei impulsului pentru cele două corpuri înainte şi după impact se va

obţine:

( ) '0 vMMvM ⋅+=⋅ (3. 1)

Din bilanţul energetic pentru sistemul de corpuri energia cinetică iniţială a corpului de

masă „M” se transformă în energie cinetică a sistemului de corpuri cuplate şi o energie

de deformaţie a corpului de masă „M”. Astfel se va obţine:

( )defE

vMMvM+

⋅+=

⋅22

2'0

2

(3. 2)

( )22

2'0

2 vMMvMEdef

⋅+−

⋅= (3. 3)

Din relaţia 3.1 se obţine viteza după impact:

0

'

MM

vMv

+⋅

=

Page 50: Siguranta pasiva

50

Şi înlocuind viteza după impact în relaţia 3.3 avem

( )( )

+−⋅

⋅=

⋅+

⋅+

−⋅=

0

2

22

0

202

12

22

MM

MvME

vMM

MMMv

ME

def

def

(3. 4)

Ţinând cont de ipoteza iniţială în care am precizat existenţa unei rigidităţi pentru masa

„M” a sistemului de corpuri putem scrie că energia de deformaţie este date de:

2

2xkEdef

⋅= (3. 5)

Din ecuaţiile 2.4 şi 2.5 se va obţine deformaţia maximă a corpului de masă „M”:

+−⋅

⋅=

0

2

1MM

M

k

vMx (3. 6)

Dacă masa „M0” se consideră a fii mult mai mare decât masa „M”, adică se are în

vedere ciocnirea cu un perete nedeformabil, din 3.6 avem:

k

Mvx ⋅= (3. 7)

Sistemul ajunge la un singur grad de libertate şi are legea generală de mişcare a unei

mase „M” dată de:

0=⋅+⋅+⋅⋅⋅⋅

xkxcxM (3. 8)

unde: M - masa; c – coeficientul de amortizare al structurii; k – coeficientul de

rigiditate al structurii; x – deformaţia structurii. Aceasta admite soluţii de forma:

)sin(2)cos(1 tctcx ⋅⋅+⋅⋅= ωω (3. 9)

Unde avem:

M

k=ω (3. 10)

La momentul iniţial corpul „M” se află în repaus, deci condiţiile iniţiale sunt:

=

=⇒= ⋅

0

0

0vx

xxt (3. 11)

Page 51: Siguranta pasiva

51

Se obţine astfel din 3.9 şi 3.11

=x )sin( tv

⋅⋅ ωω

(3. 12)

Timpul cât are loc impactul se determină cu relaţia:

k

Mtt ⋅=⇒=⋅

22

ππω (3. 13)

3.2.2 Modele matematice complexe ale automobilului

Dezvoltând modele ale autovehiculului cu mai multe mase, Figura 3-3, se pot face

analize complexe asupra factorilor care influenţează comportamentul structurilor de

rezistenţă a automobilului şi deci, implicit asupra omului.

Figura 3-3 Model multimasă al autovehiculului

Modelul matematic echivalent se poate obţine prin rezolvarea ecuaţiilor de tip Lagrange

0=∂∂

∂⋅

ii

c

x

W

x

E

dt

d (3. 14)

Unde „Ec” reprezintă energia cinetică a sistemului de mase iar „W” energia potenţială de

deformare.

Page 52: Siguranta pasiva

52

2

2

1

2

1

2

=

=

=

⋅=

n

j

jj

n

i

ii

c

xk

W

xM

E

(3. 15)

Modelul matematic echivalent are forma:

[ ] [ ] 0=⋅+

⋅⋅⋅

xkxM (3. 16)

Unde intre paranteze avem matricile maselor şi rigidităţilor iar între acolade vectorii

acceleraţiilor respectiv deformaţiilor. Sistemul de ecuaţii se rezolvă prin integrare

numerica, folosind metoda Runge-Kutta.

Din punct de vedere al analizei şi reconstituirii accidentelor de circulaţie este

avantajoasă utilizarea diagramelor experimentale pentru determinarea energiei disipate

şi a rigidităţilor structurilor, deoarece aceste date, de regulă nu sunt la dispoziţia

experţilor în domeniu. Aceasta cu atât mai mult cu cât interesul major constă în aflarea

energiei disipate şi a rigidităţii în funcţie de dependenţa vitezelor, acceleraţiilor şi

deformaţiilor, de timp.

Pentru calcularea mărimilor enumerate mai sus se parcurg următoarele etape:

Determinarea funcţiilor viteză-timp şi deformaţie-timp;

Calculul dependenţei viteză-deformaţie;

Determinarea energiei disipate in funcţie de deformaţie;

Calculul rigidităţii structurii.

Spre exemplu pentru un model cu două mase al automobilului şi un ocupant, Figura

3-4, din sistemul de ecuaţii (3.17), prin particularizare şi ţinând cont de interconexiunile

elementelor componente se obţine:

( )( ) ( ) ( )

( )

=−⋅−⋅+⋅

=−⋅−−⋅+⋅++⋅

=−⋅+⋅

⋅⋅

⋅⋅

⋅⋅

0

0

0

2122322

10021211111

10000

xxkxkxM

xxkxxkxkkxM

xxkxM

ds (3. 17)

Page 53: Siguranta pasiva

53

Figura 3-4 Modelul cu două mase şi un ocupant al autoturismului

Unde: M0 – masa pasagerului; M1 - Masa caroseriei; M2 masa grupului motopropulsor;

x0 – deplasarea pasagerului; x1 – deformaţia caroseriei; x2 – deplasarea grupului

motopropulsor;

k0 – rigiditatea chingii centurii de siguranţă; k1s, k1d – rigiditatea pneului + pasajul roţii

faţă + aripa exterioară – pe partea stângă şi dreapta; k2 – rigiditatea lonjeroanelor; k3 –

rigiditatea radiatorului + bara de protecţie + traversa radiator.

Figura 3-5 Forţele care acţionează asupra maselor care compun sistemul

Page 54: Siguranta pasiva

54

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.120

0.3

0.6

0.9

1.2

1.5

def1 t( )

def2 t( )

def0 t( )

t

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.125

0

5

10

15

20

V1 t( )

V2 t( )

V0 t( )

t

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 0.11 0.12400

316.67

233.33

150

66.67

16.67

100

acc1 t( )

acc2 t( )

acc0 t( )

t

Figura 3-6 Deformaţiile, vitezele şi acceleraţiile obţinute prin simularea impactului frontal pe modele simplificate

Page 55: Siguranta pasiva

55

Pornind de la acest model simplu prin modificarea valorilor constantelor de rigiditate

pentru diferitele subansambluri ale structurii frontale se vor obţine legile de deformaţie,

viteză şi acceleraţie ale maselor autovehiculului şi pietonului. Prin analiza diverselor

variante simulate, imaginea obţinută oferă informaţii despre modificările care trebuie

aduse părţii frontale a autovehiculelor, astfel încât nivelul deformaţiilor autovehiculului

şi cel al deceleraţiilor suferite de ocupanţi să ofere condiţii de supravieţuire în caz de

accident.

În realitate aceste modele simple se aplică doar în cazul reconstituirii accidentelor de

circulaţie prin metode energetice, unde pornind de la deformaţiile globale ale

autoturismului se determină viteza de impact, având informaţii prealabile despre

coeficienţii de rigiditate globali ai structurii frontale.

Aceşti coeficienţi de rigiditate vezi Tabelul 3.1, sunt daţi ca şi constante, neţinându-se

cont de faptul că structura autovehiculelor devine, prin construcţie, tot mai rigidă,

pornind de la bara paraşoc spre compartimentul pasagerilor.

Tabelul 3.1. Preluare după „Expertiza tehnică a accidentelor rutiere”, Radu Gaiginschi, Iulian Filip Tip

autoturism Coliziune Deformaţia Viteza de

impact Masa Coeficientul

de rigiditate [ - ] [ - ] [ m ] [ km/h ] [ kg ] [ kN/m ]

Dacia 1310 F 0,556 47,47 1194 671 Dacia 1310 S 0,454 46,99 1144 945 Dacia 1310

TL F 0,518 46,99 1171 743

Ford Mustang F 0,612 46,67 1592 714

Ford Escort 1990

F 0,480 46,51 1160 839

Honda Accord LX

F 0,551 47,31 979 557

Honda Civic F 0,342 38,30 696 672 Lada 1500 F 0,495 46,99 1234 858

Subaru Wagon

F 0,459 48,28 1072 915

Toyota Tercel F 0,454 47,31 1077 902

Toyota Corolla

F 0,500 46,83 1241 839

Page 56: Siguranta pasiva

56

3.3 Determinări teoretice a energiei disipate şi a rigidităţii structurii

autoturismelor

În cadrul încercărilor la coliziune dintre un autoturism şi bariera rigidă, cu un grad de

acoperire de 100%, se pot determina cu o precizie acceptabilă unele caracteristici

specifice impactului, dintre care amintim:

• Viteza de coliziune;

• Energia cinetica iniţială;

• Energia de restituire;

• Acceleraţia instantanee din timpul coliziunii;

• Variaţia de viteză în urma impactului;

• Forţele de deformare;

• Deformaţiile structurii;

• Rigiditatea structurii.

Mărimile fizice amintite se obţin din diagramele a-v-s specifice coliziunii, determinate

experimental sau prin simulare. O altă metodă de a obţine diagrame de tip a-v-s oferă

simularea cu modele matematice multicorp, tratată în subcapitolele anterioare.

Pentru a face o corelare cu elementele constructive ale autovehiculelor se poate

determina, prin metode energetice, coeficientul de rigiditate al structurii păstrând o

dependenţă faţă de timp a acestuia. În conformitate cu structura frontală de rezistenţă

a automobilului rigiditatea elementelor caroseriei creşte treptat, începând de la bara

paraşoc spre parbriz, vezi Figura 3-7. Ecuaţiile bilanţului energetic sunt prezentate mai

jos

pctot EEE += (3. 18)

ictotip EEE −= (3. 19)

2

2

i

p

ix

Ek i

∆⋅= (3. 20)

Unde: Etot – energia totală a sistemului; Ec – energia cinetică; Ep – energia potenţială; ki

– constanta de rigiditate pe intervale; xi – deformaţia structurii pe intervale.

Page 57: Siguranta pasiva

57

Figura 3-7 Elementele structurii de rezistenţă faţă supuse deformării

Astfel pentru datele din Figura 3-8 corespunzătoare deformaţiei şi vitezei unui

autovehicul se vor calcula, pornind de la legea de conservare a energiei coeficienţii de

rigiditate ki pe fiecare interval de timp. Rezultatele sunt prezentate sintetic în tabelul

3.2.

Figura 3-8 Exemplu de diagrame înregistrate în urma impactului

Page 58: Siguranta pasiva

58

Tabelul 3.2

i ti Xi vi Eci Epi Delta Epi Delta

Xi ki

- [s] [m] [m/s] [J] [J] [J] [m] [N/m] 0 0 0 15,867 159113 0 - - - 1 0,01 0,151 15,407 150021 9092 9092 0,151 797507 2 0,02 0,297 14,633 135327 23787 14695 0,146 1378740 3 0,03 0,433 13,559 116191 42922 19136 0,136 2069185 4 0,04 0,557 12,211 94237 64877 21954 0,124 2855670 5 0,05 0,666 10,624 71333 87780 22903 0,109 3855423 6 0,06 0,757 8,848 49477 109636 21856 0,091 5278589 7 0,07 0,83 6,943 30466 128648 19012 0,073 7135197 8 0,08 0,885 4,982 15686 143427 14779 0,055 9771420 9 0,09 0,921 3,048 5871 153242 9815 0,036 15146563 10 0,1 0,94 1,238 969 158145 4903 0,019 27162555 11 0,11 0,943 -0,34 73 159040 896 0,003 199015957

În continuare se propune o metodă de determinare a coeficientului de rigiditate a

structurii autovehiculului de masă M, care se deplasează cu viteza „v” şi suferă o

coliziune frontală cu un perete rigid, Figura 3-9. Specific acestuia este faptul că

elementele supuse deformării în urma impactului sunt legate în serie, deci coeficientul

de rigiditate al structurii frontale nu este constant, el variind după legi descrise de

polinoame de ordinul trei.

Figura 3-9 Modelul simplificat al autovehiculului compus din structuri cu coeficienţi de rigiditate diferiţi

Pe durata impactului, până la timpul t1 se deformează doar elementele de caroserie a

căror rigiditate este k1, în intervalul t1 – t2 se deformează elementele structurii care au

rigidităţile k2. După timpul ti-1, până la sfârşitul impactului ti se deformează elementele a

căror rigiditate este ki.

Page 59: Siguranta pasiva

59

Pentru verificarea modelului s-a pornit de la analiza unor înregistrări grafice a

coliziunilor, Figura 3-8. Pe curbele de deformaţie, viteză şi acceleraţie ale unui

autovehicul cu masa de 1200 kg, care suferă o coliziune frontală cu o viteză de 15.9

m/s s-a realizat o digitizare a mărimilor măsurate, după care fiecare dintre aceste curbe

a fost descrisă printr-o lege polinomială cu gradul cuprins între trei şi şase.

Adesea în analiza accidentelor rutiere se are la dispoziţie numai diagrama de acceleraţie

a structurii autovehiculului în timpul coliziunii. Pornind de la diagrama de acceleraţie

prin utilizarea unor programe de digitizare se obţin în format electronic punctele

corespunzătoare diagramei. Pe aceste formate electronice se determină ecuaţiile

analitice ale polinoamelor de interpolare, de diferite grade. Prin două integrări succesive

a polinoamelor care descriu legea de variaţie a acceleraţiei se vor obţine viteza,

respectiv deformaţia acestuia în funcţie de timp.

⋅=

⋅−=

++⋅+⋅= −

t

nn

t

nn

n

nn

n

dttvtS

dttavtv

btbtbta

0

0

0

110

)()(

)()(

.....)(

(3. 21)

Unde: an(t) – curba de acceleraţie a structurii; b0...bn – coeficienţii polinomului care

descriu legea de variaţie a acceleraţiei; t – timpul de impact; v0 – viteza iniţială; vn(t) –

curba de variaţie a vitezei; Sn(t) – curba de deformare a structurii.

Pentru comparaţie, curbele rezultate au fost suprapuse peste curbele reale de viteză şi

deformaţie a autovehiculului. Ca elemente de control se vor urmări atât valorile

absolute ale rezultatelor cât şi alura curbelor, avându-se în vedere respectarea timpilor

la care viteza devine zero şi deformaţia este maximă.

Din analiză rezultă:

Cu creşterea gradului polinomului de aproximare a acceleraţiei, curbele de viteză,

respectiv deformaţie sunt mai apropiate de datele reale.

Curbele de viteză şi deformaţie obţinute în urma integrării dau erori sub 10% faţă de

valorile reale.

Se va face schimbarea variabilei, astfel încât se va obţine o lege de variaţie a vitezei în

funcţie de deformaţia autovehiculului )(SVV = şi se va aproxima şi aceasta printr-o

Page 60: Siguranta pasiva

60

lege polinomială de gradul trei. Astfel rezultatul va fi coeficientul de rigiditate a structurii

în funcţie de deformaţie.

Mărimea deformaţiei în timpul coliziunii a fost împărţită în „i” intervale egale. Având

datele referitoare la variaţia vitezei autovehiculului în funcţie de deformaţia acestuia în

timpul impactului se poate determina energia cinetică a autovehiculului pe intervale.

2

2i

c

vmE

i

⋅= (3. 22)

1+−=∆

ii cic EEcE (3. 23)

1+−=∆ iii XXX (3.24)

( )

( )22

∑∆

∆⋅=

i

i

i

c

i

X

E

ki

(3. 25)

Pe fiecare din intervalele „i” s-a determinat valoarea constantei de rigiditate „ki” cu

relaţia (3.25). Practic relaţia (3.23) descrie energia potenţială de deformaţie a

autovehiculului la fiecare iteraţie, iar (3.24) reprezintă deformaţia acestuia la fiecare

iteraţie „i”.

Sintetic, pentru un polinom de gradul 6 de aproximare a acceleraţiei autovehiculului,

paşii de calcul ai rigidităţii sunt prezentaţi în tabelul 3.3.

Reprezentarea grafică a variaţiei coeficientului de rigiditate a structurii deformate a

autovehiculului în funcţie de deformaţia acestuia, pentru diferite grade ale polinomului

de aproximare a curbei de acceleraţie este prezentată în Figura 3-10.

Tabelul 3.3. Def Vit Ec Delta Ec Delta Def Ki

[m] [m/s] [J] [J] [m] [N/m] 0 16,326 168452,2 0 0

0,1 15,046 143073,5 25378,69 -0,1 5075739 0,2 14,375 130596,9 12476,62 -0,1 1892766 0,3 14,042 124616,3 5980,528 -0,1 974130 0,4 13,778 119974,6 4641,711 -0,1 605969 0,5 13,315 112046,8 7927,845 -0,1 451243 0,6 12,382 96894,4 15152,39 -0,1 397543 0,7 10,71 72492,99 24401,41 -0,1 391670 0,8 8,029 40741,78 31751,21 -0,1 399095 0,9 4,071 10474,16 30267,62 -0,1 390069 1 -1,494 1410,647 9063,515 -0,1 334083

Page 61: Siguranta pasiva

61

Coeficientii de rigiditate pentru diferite grade ale polinomului de aproximare a curbei de

acceleraţie

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Deformatia [m]

Co

efi

cie

ntu

l d

e r

igid

ita

te [

N/m

]

ki_acc_poly4

ki_acc_poly6

ki_acc_poly3

Figura 3-10 Valorile coeficienţilor de rigiditate când avem curba de deceleraţie a autovehiculului

3.4 Calculul şi construcţia barelor paraşoc

3.4.1 Generalităţi, soluţii constructive

Un rol important în diminuarea impactului frontal sau din spate o au structurile elastice

şi foarte rezistente ale barelor de protecţie, care împreună cu lonjeroanele preiau parţial

forţa de impact. Iniţial, bara de protecţie era utilizată doar pentru a reduce stricăciunile

rezultate în urma coliziunilor frontale. Cu timpul, gradul de protecţie asigurat prin bara

transversală a fost redus ca importanţă urmărindu-se mai mult aspectul estetic şi

aerodinamic adus autovehiculului. Ulterior s-a constatat că rigiditatea structurii barei de

protecţie sau a suporţilor săi constituie elementul esenţial de protecţie pietonilor,

deformarea trebuind să se realizeze într-un anumit mod, care să reducă forţa de impact

asupra acestora.

Sistemul barei de protecţie include o structură de susţinere şi consolidare de tip grindă

curbată (există şi varianta cu element de consolidare distinct faţă de bara de protecţie),

două elemente de fixare absorbante de şoc şi o mască elastică (fascia) obţinută prin

injecţie de mase termoplastice dure pe bază de policarbonat, poliuretan, polietilenă,

Page 62: Siguranta pasiva

62

polipropilenă de densitate mare, cauciuc termoplastic sau alte materiale cu proprietăţi

asemănătoare.

Bara de protecţie face parte dintr-un ansamblu în care mai sunt incluse tampoanele pe

care se fixează, de cadrele frontale şi elementele de consolidare şi susţinere ale

radiatorului, respectiv blocurile de lumini a căror protecţie trebuie de asemenea să o

asigure. Montarea barei de protecţie se face printr-un număr variat de elemente care,

prin deformare să absoarbă energie cinetică de impact. în unele dintre aceste elemente

sunt incluse arcuri, bolţuri, goluri sau lichide speciale, ori mici sarcini explozive, care să

reacţioneze la comprimările datorite forţelor de impact şi să disipeze energia degajată.

Alte elemente de fixare utilizează componente sacrificate în cazul unui impact, acestea

fiind pulverizate sau turtite, fapt ce impune înlocuirea lor împreună cu bara de protecţie.

Ele sunt de regulă mai scumpe şi mai uşoare comparativ cu arcurile sau alte elemente

înlocuibile.

Figura 3-11 Ansamblu bară paraşoc cu elemente absorbante de energie de tip manşon. 1- armătura metalică a barei; 2 – scut din materiale termoplastice pentru susţinerea zonei

inferioare a barei; 3 – cadrul scutului; 4 – elemente ranforsare scut; 5 – manşon absorbant superior; 6 – manşon absorbant inferior; 7 – fascia barei; 8 – rampă de fixare a scutului; 10 –

elemente de fixare a armăturii de structura de rezistenţă a caroseriei

Pentru a fi eficient, sistemul descris în Figura 3-11 trebuie să permită impactul dintre

tibia pietonului şi regiunea „b” a măştii fiind astfel necesar ca această să se deformeze

mai uşor în zona „a”. Din acest motiv manşonul amortizor 5 este făcut dintr-un material

cu densitatea mai mică decât cea a materialului utilizat pentru amortizorul 6 iar zonele

„c” si „d” ale măştii situate în continuarea zonelor „a” şi „b” sunt plasate mai spre

interior.

Grinda transversală de consolidare poate fii fabricată din oţel, material compozit sau

fibre de carbon şi sticlă indurizate în masă de răşină. Trebuie avut în vedere că

fabricarea barei din tablă de oţel (prin ambutisare) cu rezistenţă mare la întindere şi

Page 63: Siguranta pasiva

63

rupere îi scade proprietăţile de absorbţie a şocurilor de impact. În plus, cu cât rezistenţa

materialului este mai mare, capacitatea sa de modelare se reduce, procesul de

ambutisare devenind mai scump, viteza de execuţie mai redusă şi uzura echipamentului

mai accentuată.

Uneori între mască şi grinda de consolidare se plasează straturi de spumă din

polipropilenă pentru susţinerea măştii şi absorbţia suplimentară a şocurilor. Vehiculele

grele utilizează pentru susţinerea grindei transversale de protecţie tampoane hidraulice

absorbante de şoc. În funcţie de fabricant ea poate avea o suprafaţă exterioară finisată,

poate fi îmbrăcată într-o mască de plastic, sau poate fi protejată printr-un bloc de

spumă care susţine masca exterioară. Este evident că dimensiunile şi capacitatea de

absorbţie a şocului impuse barei de protecţie depind direct de masa autovehiculului.

Concluzionând se poate afirma că în proiectarea barei de protecţie aspectul esenţial

constă în structura care să absoarbă energia de impact la viteze scăzute, unde nu se

pune problema activării airbag-urilor şi de a transmite rapid informaţiile de impact la

accelerometre în cazul coliziunilor care au un potenţial de activare a dispozitivelor de

protecţie a pasagerilor.

De regulă, tamponul sau tronsonul frontal deformabil al cadrului sunt prevăzute cu

anumite decupări care controlează modalitatea de deformare în impact frontal.

Componenta deformabilă trebuie să asigure o caracteristică de absorbţie a energiei de

impact lină, continuă şi progresivă ca intensitate, Figura 3-12.

Figura 3-12 Decupări in structura barei care măresc gradul de absorbţie al energiei

Pentru ambele cadre frontale, inferioare şi superioare, deformarea continuă şi

progresivă necesară absorbirii gradate şi într-o măsură cât mai mare a energiei de

impact este asigurată printr-o serie de soluţii tehnologice care includ utilizarea unor

secţiuni cu profil variabil şi grosimi diferite ale pereţilor, ale unor metale cu durităţi

variabile, respectiv a tampoanelor din fibre impregnate în diverse răşini, precum şi a

unor elemente promotoare şi ajutătoare la deformarea într-un anumit sens a cadrelor.

Page 64: Siguranta pasiva

64

Dacă se admite deformarea plastică a barei se recomandă secţiunile deschise pentru

suportul metalic. Oţelul din care se confecţionează acest suport să fie maleabil cu

palierul de curgere pronunţat. Pentru deformări elastice se recomandă suporturi din

metal cu secţiunea transversală închisă iar oţelurile să aibă limita de curgere σc ridicată.

3.4.2 Starea de solicitare a barelor paraşoc

Din cercetările efectuate, prin analiza filmărilor ultrarapide, s-a constatat că pendulul

este numai în două puncte în contact cu bara în timpul impactului. Distanţa între aceste

puncte este de 450 mm. În Figura 3-13 sunt reprezentate dimensiunile pendulului

impactor după regulamentul ECE 42.

Figura 3-13 Dimensiunile pendului conform cu regulamentul ECE 42

Dacă contactul dintre pendul şi bară are loc pe direcţia unei axe principale centrale de

inerţie Figura 3-14, atunci bara va fi solicitată la încovoiere simplă şi tracţiune (bara

dublu articulată).

Page 65: Siguranta pasiva

65

Figura 3-14 Exemple de forţe aplicate pe bara paraşoc; a) forţa aplicată pe direcţia unei axe centrale de inerţie; b) forţa aplicată pe direcţia unei axe centrale care nu este şi axă principală

de inerţie; c) forţa aplicată pe o direcţie oarecare.

Dacă contactul dintre pendul şi bară are loc pe direcţia unei axe centrale, dar nu

principală de inerţie, atunci bara va fi solicitată la încovoiere oblică şi întindere sau

compresiune. În acest caz forţa „F” este aplicată pe direcţia axei OZ. Celelalte axe OZa,

OYa fiind axe principale de inerţie.

Dacă contactul dintre pendul şi bară are loc pe o direcţie oarecare care nu trece prin

centrul de greutate, atunci bara va fi solicitată pe lângă încovoiere oblică şi

compresiune (tracţiune) şi la torsiune. Forţa F este aplicată pe direcţia „D”. Axele OZ şi

OY fiind axe principale centrale de inerţie.

Reducerea forţei F într-un punct al unei axe centrale „D’ ” paralelă cu suportul forţei

„F”, determină un torsor de reducere format de forţa „F” şi momentul de torsiune „Mt”.

Se precizează că acest ultim caz, unde apare solicitarea suplimentară de torsiune, nu

este de preferat, deoarece apar tensiuni suplimentare şi mai ales deformaţii mari

datorită torsiunii. Punctul de aplicaţie al forţei „F” este impus, pe de o parte, prin

regulamente în care se precizează înălţimea de la sol la muchia de impact a pendulului

(445 mm conform ECE 42), iar pe de altă parte, de înălţimea la care bara este montată

pe autoturism.

Intensitatea forţei de impact „F” este proporţională cu greutatea autoturismului şi cu

viteza de impact a acestuia.

3.4.3 Stabilirea modelului de calcul

Montarea barei de protecţie se face printr-un număr variat de elemente care, prin

deformare să absoarbă energie cinetică de impact. în unele dintre aceste elemente sunt

Page 66: Siguranta pasiva

66

incluse arcuri, bolţuri, goluri sau lichide speciale, ori mici sarcini explozive, care să

reacţioneze la comprimările datorite forţelor de impact şi să disipeze energia degajată.

Alte elemente de fixare utilizează componente sacrificate în cazul unui impact, acestea

fiind pulverizate sau turtite, fapt care impune înlocuirea lor împreună cu bara de

protecţie. Ele sunt de regulă mai scumpe şi mai uşoare comparativ cu arcurile sau alte

elemente înlocuibile.

Geometria secţiunii şi materialul din care este fabricată bara sunt esenţiale pentru

comportamentul acesteia în timpul impactului. Pe lângă oţel este folosit din ce în ce mai

mult aluminiul care pe lângă elasticitatea şi rigiditatea oţelului oferă o serie de avantaje

precum greutatea redusă şi ductilitatea remarcabilă.

Structurile bimetalice sunt de asemenea larg utilizate deoarece reduc gradientul

decelerării rezultate în impact eliminând astfel posibile declanşări parazite ale sistemului

airbag. Ele asigură o deformare progresivă cu deteriorări ale barei de protecţie mai

reduse în prima fază a impactului şi întârzierea momentului de producere a acestora.

Bara de protecţie este construită într-o formă arcuită nu numai din motive estetice ci şi

pentru a asigura un spaţiu suficient în spate pentru anumite echipamente precum

blocurile optice ale farurilor, radiatorul sau elicea ventilatorului de răcire. Un alt motiv

este acela că într-un impact frontal, structura arcuită şi elastică permite extremităţilor

barei să se deformeze în sens invers forţei de impact protejând astfel echipamentele

aflate în spatele ei.

Figura 3-15 Montajul barei paraşoc de caroserie prin suporturi şi armătură

În analiza de faţă se va analiza porţiunea de bară cuprinsă între cele două suporturi de

prindere. Modelul cel mai apropiat de realitate poate fi definit ca o bară curbă articulată

la ambele capete Figura 3-16.

Page 67: Siguranta pasiva

67

Figura 3-16 Bara curbă dublu articulată

S-au determinat eforturile care iau naştere într-o astfel de bară şi s-a ajuns la concluzia

că, efectul forţei axiale poate fi neglijat, deoarece valoarea acesteia în secţiunea

periculoasă este mică în raport cu valoarea momentului încovoietor din aceeaşi

secţiune.

Analizând efortul care ia naştere în bara dreaptă simplu rezemată Figura 3-17, s-a

constatat că momentul încovoietor este foarte apropiat de cel determinat în cazul

precedent.

Figura 3-17 Bara simplu rezemată

Aşadar, barele paraşoc, având raza de curbură mare, pot fi încadrate în schema de

calcul clasică a unei bare simplu rezemată la capete şi încărcată cu forţele „F”, în

punctele de contact dintre pendul şi bară.

Figura 3-18 Schema de calcul redusă a barelor paraşoc

Page 68: Siguranta pasiva

68

Considerând bara cu secţiune transversală constantă şi având în vedere simetria

rezemării şi încărcării se poate lua în studiu jumătate din bară, rezemată şi încărcată ca

în Figura 3-18.

Rezultatele obţinute pe această jumătate (momente încovoietoare, tensiuni, săgeţi,

rotiri) se vor transpune simetric pe jumătatea cealaltă.

3.4.4 Calculul de rezistenţă pentru bara din polipropilenă cu armătură de

metal în ipoteza deformării plastice

Pentru simplificare se va ţine cont de următoarele ipoteze de calcul:

Se va considera că numai partea metalică absoarbe energia de impact prin

deformare plastică, deoarece modulul de elasticitate al metalului este mult mai

mare decât al polipropilenei.

Partea exterioară din mase plastice nu va avea deformaţii remanente în urma

impactului şi va reveni la forma originală după încetarea acţiunii forţei de impact.

Doar 80% din energia pendulului este absorbită de deformarea plastică a barei.

Forţa care acţionează asupra barei, în timpul deformării plastice, se consideră

constantă, datorată comportării tipice a oţelului maleabil.

Suporturile, pe care se montează bara sunt foarte rigizi.

În timpul deformării plastice se va folosi forma expusă în Figura 3-18.

Bara metalică este proiectată să reziste la o deformare elastică cu o săgeată

maximă admisă de 10 mm, la un impact frontal cu un pendul, cu o sarcină de

vârf de maxim 25% din greutatea autoturismului.

Tensiunea maximă din bară se găseşte în fibrele extreme şi este egală cu

tensiunea de curgere a oţelului barei Figura 3-19.

);cos1()sin( θθθ −⋅+⋅⋅−−= rtgrxxy pt (3. 26)

pptt xrrxxx +⋅⋅

+⋅−−=180cos

1)sin(' πθ

θθ (3. 27)

)(2 'tt xxs −= (3 28)

y – deformarea maximă (săgeata maximă)

Page 69: Siguranta pasiva

69

2xt - distanţa între suporţi

2xp – distanţa între punctele de contact ale pendulului

R – raza pendulului

Xt – lungimea barei după deformare

S – lungirea barei

Având distanţa dintre tiranţii de prindere ai barei pe autoturism (b) şi deformarea

maximă admisă fmax se poate calcula lungimea barei după impact.

max);( l∆ );(2max loll −=∆ );(2/1 ablo −= ;max 22olfl +=

Figura 3-19 Deformarea plastică a barei paraşoc

Figura 3-20 Variaţia tensiunii pe lăţimea secţiunii transversale

Page 70: Siguranta pasiva

70

În conformitate cu Figura 3-20 unde Fi = (F/2), avem:

Figura 3-21 Schema de încărcare pentru calculul barei paraşoc

Energia pendulului:

2

2vmE p

⋅= (3. 29)

m – masa autoturismului;

v – viteza pendulului;

Energia absorbită de bara metalică (Eb)

pb EE ⋅= 8.0 (3. 30)

Forţa corespunzătoare tensiunii de curgere (Fy)

s

EF b

y = (3. 31)

S – lungirea plastică a barei de metal după impact

Suprafaţa secţiunii transversale (A)

y

yFA

σ= (3. 32)

σy – tensiunea de curgere a materialului

Momentul de inerţie necesar „I”

Page 71: Siguranta pasiva

71

[ ] [ ]4323 2)(3296

mmbabaaEf

FI i −−+

⋅= (3. 33)

se bazează pe ecuaţia diferenţială aproximativă a fibrei medii aplicate numai pentru cele

două stări de solicitare la capătul B şi intermediar).

iz Md

vdEI −≅⋅

2

2

χ (3. 34)

„Mi” fiind momentul încovoietor într-o secţiune oarecare la o distanţă „x”

pentru prima starea de solicitare (forţa la capătul extrem B la distanţa b/2 Figura 3-21)

EI

bF

siEI

bF

EI

bF

V BB

2

1

3

3

1

222

4832

⋅=⋅−=⋅

⋅−= ϕ (3. 35)

Unde:

VB1 - Săgeata în punctul B dată numai de forţa F/2 aplicată la b/2

φB1 - Rotirea în punctul B dată numai de forţa F/2 aplicată la b/2

pentru a doua stare de solicitare

EI

aF

EI

aF

V3

3

22 482 ⋅−=

⋅−= (3. 36)

Săgeata în punctul B2 dată numai de forţa F/2 la distanţa a/2.

EI

aF

B

2

222

222

⋅==ϕϕ (3. 37)

Rotirea în punctul B2 dată de F/2 la distanţa a/2.

EI

aF

ab

EI

aFabVVB

2

3

22222

222

224822

⋅⋅

−+⋅=⋅

−+= ϕ (3. 38)

VB2 - Săgeata în punctul B2;

Prin suprapunerea efectelor se obţine săgeata şi rotirea la capătul extrem B:

−−+⋅⋅

=+= 32312 )(

2

3

48baaba

EI

FVVV BBB (3. 39)

Rotirea:

EI

aF

EI

bF

BBB

22

21

2222

22

⋅+

⋅=+= ϕϕϕ (3. 40)

Page 72: Siguranta pasiva

72

Cum aceasta a fost pentru x = b/2 rezultă în cazul nostru expresia săgeţii „f”:

( )[ ]323 23296

baabaEI

Ff −−+⋅

⋅= (3. 41)

Fi – sarcina maximă în timpul impactului [N];

F – săgeata maximă impusă [mm];

E – modulul de elasticitate longitudinal al oţelului [MPa];

a – distanţa dintre punctele de contact ale pendulului cu bara;

b – distanţa între suporţii de montare.

Distanţa maximă de la axa neutră „e”:

)(

4

abF

Ie

i −⋅⋅⋅

=σ (3. 42)

Masa barei metalice „Mb”:

bbbb vLAM ⋅⋅= (3. 43)

Ab – suprafaţa secţiunii transversale;

Lb – lungimea barei de metal;

υ - densitatea materialului;

Masa părţii exterioare din polipropilenă „Mp”

pppp vLAM ⋅⋅= (3. 44)

Ap – aria secţiunii transversale a părţii exterioare din polipropilenă;

Lp - Lungimea barei din polipropilenă;

vp - densitatea polipropilenei.

Masa ansamblului barei:

pbs MMM += (3. 45)

3.4.5 Calculul simplificat al barelor paraşoc

Considerând caracteristica materialului barei liniară cu palier de curgere pronunţat şi

ştiind că energia absorbită de bară este egală cu aria de sub caracteristica barei, se

scrie expresia forţei de tracţiune:

maxl

EF b

∆=

(3. 46)

Suprafaţa minimă necesară secţiunii transversale a barei

Page 73: Siguranta pasiva

73

[ ]2min mm

FA

cσ=

(3. 47)

F – este forţa de tracţiune determinată la punctul precedent [N];

σc – tensiunea de curgere a materialului ce se determină prin încercare la

tracţiune;

E – modulul de elasticitate în [MPa].

Tabelul 3.6. Caracteristicile de calcul pentru diferite materiale

Nr.

crt. Material

Tensiunea de

curgere (σc)

[MPa]

Tensiunea de

rupere (σc)

[MPa]

Alungirea la rupere

(δ)

[%]

Modulul de

elasticitate (E)

[MPa]

1 OL 37 230 370 26 2,1 · 105

2 OL 50 280 500 19 2,1 · 105

3 OLC 15 230 390 16 2,1 · 105

4 OLC 45 360 620 17 2,1 · 105

Forţa elastică maximă (Fe)

gmFe ⋅⋅= 25.0 [N],

în care:

m – masa autoturismului [Kg]

g – acceleraţia gravitaţională [m/s2]

Momentul de inerţie minim se poate determina cu relaţia 3.33.

Impusă fiind săgeata „f” şi forţa „Fe” pentru care într-o fibră extremă apare tensiunea

de curgere, se poate calcula momentul de inerţie minim necesar cu relaţia:

[ ])(32296

233min abaab

Ef

FI e −−−⋅

⋅= (3. 48)

χlma

bEFe ∆

⋅= (3. 49)

Fe - este forţa calculată în [N];

E – modulul de elasticitate longitudinal, în [Mpa];

f - săgeata elastică maximă impusă, în [mm];

a – distanţa între punctele de contact ale barei pe autoturism[mm];

b – distanţa între punctele de prindere ale barei pe autoturism în [mm];

Page 74: Siguranta pasiva

74

Distanţa maximă admisă dintre axa neutră şi cea mai îndepărtată fibră „zmax” se poate

calcula admiţând că materialul are o comportare liniară până la limita de curgere. Cu

ajutorul relaţiei lui Navier se poate scrie:

[ ]mmabF

Iz

e

c

)(

4max −⋅

⋅⋅=

σ (3. 50)

în care:

σc – este tensiunea de curgere, în [MPa] iar celelalte mărimi au semnificaţia şi

unităţile de măsură prezentate mai sus.

3.5 Calculul de rezistenţă al caroseriilor utilizând metode clasice

Calculul caroseriei portante este foarte complex şi are la bază o serie de ipoteze

simplificatoare. Acest calcul diferă în funcţie de destinaţia şi forma caroseriei.

Figura 3-22 Schema caroseriei închise a unui autoturism, echivalată cu un paralelipiped format din elemente geometrice

În continuare se prezintă calculul caroseriei portante închise a unui autoturism, la

încovoiere şi răsucire. Schema caroseriei poate fi echivalată cu un paralelipiped, format

din elemente geometrice simple, Figura 3-22.

S-au indicat forţele exterioare care solicită caroseria la încovoiere (greutatea proprie a

pasagerilor Fz şi reacţiunile din partea roţilor Rfs, Rfd, Rss, Rsd) şi forţele de graniţă care

acţionează între elementele componente. Aceste forţe de graniţă se calculează cu

relaţiile:

Page 75: Siguranta pasiva

75

Figura 3-23 Forţele de graniţă dintre elementele caroseriei autoturismului supus la încovoiere

215

2

224

1

113

2

1

;

;

;

;

XXK

h

aRXK

h

aRXK

RRK

RRK

ss

fs

sssd

fsfd

−=

==

==

==

==

(3.51)

Elementul de bază care preia încovoierea caroseriei de tip închis este rama A-B-C-D-E-F.

Elementele geometrice rezultate formează sisteme static nedeterminate, gradul de

nedeterminare „n” fiind în funcţie de tipul şi construcţia caroseriei. Rama peretelui

lateral al unei caroserii cu două uşi, de tipul sedan sau cupeu, cu un stâlp la mijloc de

rigiditate redusă în partea superioară este un sistem de trei ori static nedeterminat,

deoarece elementul finit reprezintă o ramă cu un singur contur, Figura 3-24, a. Cu toate

acestea de cele mai multe ori sistemul este de şase ori static nedeterminat,

corespunzător unei rame cu două contururi pentru caroseriile de tip sedan cu patru uşi,

Figura 3-24, b.

Page 76: Siguranta pasiva

76

Figura 3-24 Forţele interioare pe pereţii laterali supuşi la încovoiere

Diferitele metode aproximative de rezolvare a acestor sisteme, cum ar fi, de exemplu,

metodele înlocuirii barelor care formează grinzile cu zăbrele printr-o repartizare a

tensiunilor proporţional cu rigidităţile zonelor superioară şi inferioară, sunt foarte

inexacte şi de aceea utilizarea lor nu este întotdeauna corectă. De aceea, pentru

determinarea mărimilor static nedeterminate, de cele mai multe ori se folosesc ecuaţiile

Maxwell-Mohr:

=+⋅++⋅+⋅

=+⋅++⋅+⋅

=+⋅++⋅+⋅

=+⋅++⋅+⋅

0...

0...

...................................................................

...................................................................

0...

0...

0,666,622,611,6

0,566,522,511,5

0,266,222,211,2

0,166,122,111,1

δδδδδδδδ

δδδδδδδδ

XXX

XXX

XXX

XXX

(3.52)

unde δi,j (i=1,2 ... 6; j=1,2 ... 6) sunt deformaţiile produse de forţele unitare aplicate în

locurile de acţionare ale necunoscutelor Xi (i=1,2 ... 6); primul indice se referă la locul

deformaţiei, iar al doilea la necunoscuta care provoacă deformaţia; δi,0 (i=1,2 ... 6) -

deformaţia pe direcţia Xi produsă de sarcinile exterioare, aplicate sistemului când nu

există Xi.

Coeficienţii δi,j se determină cu ajutorul relaţiei:

Page 77: Siguranta pasiva

77

dxIE

mMdx

IE

mMdx

AG

tTkdx

AE

n)

lt

tt

l

ii

llji ∫∫∫∫ ⋅

⋅+

⋅+

⋅⋅⋅

+⋅⋅

=,δ (3.53)

unde: n, t, m, mt sunt forţa axială, forţa tăietoare, momentul încovoietor şi momentul

de răsucire produse de sarcina unitară într-o secţiune curentă; N, T, Mi, MT - forţa

axială, forţa tăietoare, momentul încovoietor şi momentul de răsucire din elementul

care se examinează. Rezolvând sistemul de ecuaţii (3.52) prin metode cunoscute, se

formulează algoritmul elementului finit al unei rame plane cu două contururi cu ajutorul

dimensiunilor şi încărcării automobilului dat, Figura 3-24, c, sub forma următoare:

=±±⋅±⋅±⋅⋅±⋅±⋅

=±±−

=±±−−⋅

02

10

02

1

2144332211

2142

2121

MMrKrKrFrKrK

TTKK

))KKF

z

z

(3.54)

unde r1, r2, r3, r4, r sunt distanţele de la forţele K1, K2, K3, K4, Fz la secţiunea

considerată.

Cu ajutorul algoritmului stabilit pot fi determinate solicitările produse de forţele şi

momentele interioare, Figura 3-24, d. De cele mai multe ori, elementul cel mai slab este

stâlpul din faţă din partea ferestrei, deoarece acesta este supus la solicitări complexe

încovoiere, compresiune şi deplasare, iar rigiditatea părţilor învecinate (golurile uşilor şi

parbrizului) este insuficientă.

Figura 3-25 Forţele de graniţă dintre elementele caroseriei închise a autoturismului supus la răsucire

Page 78: Siguranta pasiva

78

Avantajul caroseriilor închise ale autoturismelor devine evident la solicitarea de răsucire

de câtre momentul MT şi reacţiunile din partea punţilor Rf şi Rs. În acest caz, toate

elementele finite sunt solicitate, Figura 3-25.

Forţele de graniţă dintre ele pot fi calculate din algoritmul care se obţine din condiţiile

de echilibru ale elementelor separate:

peretele despărţitor din faţă 01311 =⋅−⋅− bKhKM t

rama ferestrei din faţă 0531 =⋅−⋅ dKhK

acoperişul (capota) 071 =⋅−⋅ dKlK

rama ferestrei din spate 0441 =⋅−⋅ dKhK

peretele despărţitor din spate 02221 =−⋅+⋅ tMbKhK

podeaua 02161 =⋅−⋅−⋅−⋅ tp SXSXBKLK

peretele lateral 0'22

'11774422665533 =⋅±⋅±⋅±⋅±⋅±⋅±⋅±⋅ rKrKrKrKrKrKrKrK xx

Acest algoritm poate fi transpus într-o formă accesibilă calculatoarelor electronice

numerice şi rezolvarea lui este posibilă deoarece ecuaţia de forţe K2 – K6 se poate

exprima prin forţa K1.

Forţele tangenţiale specifice, iar după aceea eforturile unitare pot fi tratate sub forma

unei probleme plane, Figura 3-26.

Forţele specifice în peretele despărţitor din faţă, Figura 3-26, a, sunt analoge forţelor de

acelaşi tip, care acţionează asupra carcaselor închise.

Rama ferestrei din faţă, Figura 3-26, b, este deformată de forţele tangenţiale specifice:

.3

513

h

K

d

Kq == (3.55)

Aceste forţe determină la colţuri momentele încovoietoare:

.433

dhqM ) ⋅⋅= (3.56)

Luând în considerare aceste momente de valori mari, pot fi obţinute unghiurile de

rotire.

Page 79: Siguranta pasiva

79

Figura 3-26 Schema de calcul a elementelor caroseriei închise a unui autoturism supuse la răsucire

Podeaua (planşeul - Figura 3-26, c) este supus deformării de forţa specifică:

.64

L

Kq = (3.57)

Plafonul (capota) este deformat de forţele specifice:

.16

d

Kq = (3.58)

Forţele specifice din celelalte elemente, cum ar fi peretele despărţitor din spate, rama

ferestrei din spate şi altele, sunt analoage elementelor corespunzătoare din partea din

faţă a caroseriei.

Page 80: Siguranta pasiva

80

Figura 3-27 Forţele interioare pe peretele lateral al caroseriei unui autoturism supus la răsucire

Eforturile în pereţii laterali se determină la fel ca la încovoiere, utilizând sistemul de

ecuaţii Maxwell-Mohr, Figura 3-27. Folosind această metodă de calcul, se pot determina

eforturile unitare şi deformaţiile, corespunzătoare solicitărilor de încovoiere şi răsucire,

şi pentru caroseriile autoportante utilizate la autobuze, microbuze, autoutilitare şi

pentru cabinele autocamioanelor.

3.6 Deformaţiile de torsiune şi încovoiere ale lonjeroanelor

În cazul deplasării în viraj sau pe drum cu denivelări caroseria este supusă unor eforturi

de torsiune. Unele elemente din structura acesteia, cum sunt lonjeroanele sunt supuse

răsucirii, respectiv încovoierii prin răsucire.

Pentru simplificare se consideră un moment de torsiune „Mt” uniform distribuit pe

lungimea lonjeroanelor iar că rigidităţile „EI” şi „GIa” sunt constante în lungul

lonjeroanelor. Sarcina exterioară pe lonjeroane se poate nota ca în figura 3.29:

2

1

ady

dMp t

t ⋅= (3.59)

Page 81: Siguranta pasiva

81

Figura 3-28 Ansamblul a două lonjeroane independente încastrate supus la torsiune şi încovoiere

Figura 3-29 Forţele care acţionează uniform distribuit pe lungimea lonjeroanelor

Dacă lonjeroanele sunt independente, adică nu sunt rigidizate printr-o traversă, sub

acţiunea sarcinii „Pt” ele se deformează ca în Figura 3-30:

Page 82: Siguranta pasiva

82

Figura 3-30 Deformaţiile lonjeroanelor independente

;8

4

1l

to

EI

lpz

⋅= ;

8 2

4

2EI

lpz t

o

⋅= (3.60)

Săgeata relativă totală se obţine prin însumarea celor două săgeţi:

o

ttoo

EI

lP

EIEI

lpzz

8

11

8

4

21

4

21 =

+=+ ; (3.61)

unde:

21

111

EIEIEI o

== (3.62)

este rigiditatea echivalentă.

Unghiul de torsiune total la capătul liber al lonjeroanelor este:

2

4

2

21

8 aEI

lp

a

zz

o

t

⋅=

+=θ (3.63)

Momentul încovoietor într-o secţiune oarecare a lonjeronului „y” a lonjeronului stânga,

moment datorat sarcinii „pt” este:

2

2'1

ypM t ⋅= (3.64)

Page 83: Siguranta pasiva

83

Iar pe lonjeronul dreapta avem:

2

2'2

ypM t ⋅= (3.65)

Aşadar, dacă lonjeroanele lucrează independent, rigiditatea în torsiune şi încovoiere a

structurii frontale de rezistenţă a caroseriei în ansamblul ei este redusă.

Figura 3-31 Ansamblul de două lonjeroane legate la capăt cu o traversă – supus la torsiune.

Se presupune că cele două lonjeroane sunt legate la capăt cu o nervură traversă rigidă,

ca în Figura 3-31. Constructiv, se asimilează nervura traversă ca o grindă supusă la

încovoiere. În acest caz, sub acţiunea sarcinilor „pt”, cele două lonjeroane nu se vor mai

deforma independent. Traversa le va obliga să lucreze împreună şi, prin aceasta, ea va

fi solicitată în lungul ei la forţe tăietoare, momente încovoietoare şi chiar la torsiune.

Sistemul în ansamblu este static nedeterminat. Se va presupune nervura traversă ca

absolut nedeformabilă şi va fi secţionată la distanţa „x2”, de primul lonjeron. Pentru

menţinerea echilibrului se pun în secţiune două forţe tăietoare „+Z” şi „–Z” şi două

momente încovoietoare „+M” şi „–M”, ca în Figura 3-32.

Page 84: Siguranta pasiva

84

Figura 3-32. Eforturile într-o secţiune a traversei – reacţiunile interioare static nedeterminate

Acţiunea forţei „Z” generează la capătul lonjeroanelor următoarele săgeţi şi rotiri.

−⋅−=

⋅−=

⋅⋅

=⋅

=

2

222

2

3

20

1

21

1

3

10

)(;

3

;3

d

d

GI

xaZ

EI

lZz

lGI

xZ

EI

lZz

θ

θ

(3.66)

Deoarece s-a presupus traversa absolut rigidă, cele două capete ale ei trebuie să se

rotească egal. Din această condiţie rezultă:

2

22

1

221 ;

dd GI

xa

GI

x −== θθ (3.67)

De unde reiese că secţiunea făcută în traversă se află la distanţa:

221

12 a

GIGI

GIx

dd

d ⋅+

= (3.68)

În acest punct, forţa tăietoare în lungul traversei „Z” este maximă şi momentul

încovoietor este M = 0. Este centrul de răsucire al ansamblului secţiunii, lonjeroane plus

nervură traversă.

Page 85: Siguranta pasiva

85

Nervura traversă este solicitată la încovoiere şi la forţa tăietoare, prin urmare

dimensionarea ei se va face pe această bază.

Se consideră „Z” ca reacţiune interioară static nedeterminată şi se determină lucrul

mecanic de deformaţie pentru ambele lonjeroane solicitate ca în Figura 3-33.

Figura 3-33 Schema forţelor care acţionează pe lonjeroane, cu traversa secţionată (încovoierea lonjeroanelor static determinată).

Sub forma generală, lucrul mecanic de deformaţie elastică „W” al sistemului este:

∫ ∫ ∫++⋅Ω

=l l l

d

t

x

xz dyGI

Mdy

EI

Mdy

E

QW

0 0 0

222

222 (3.69)

Una din teoremele lui Castigliano spune că la o construcţie elastică reacţiunile interioare

static nedeterminate se dezvoltă în aşa fel încât lucrul mecanic acumulat de construcţie

prin deformaţie, sub acţiunea sarcinilor exterioare date, să fie minimum.

Acest minimum se obţine când avem: 0=∂∂

Z

W

Având într-o secţiune oarecare „y” de la capăt:

;2

;2

2

2

2

1 yZyp

MyZyp

M tt ⋅+⋅

−=⋅−⋅

=

);(; 22221 xaZMxZM tt −⋅−=⋅= (3.70)

.; 21 ZypQZypQ tt +⋅−=−⋅=

Page 86: Siguranta pasiva

86

Figura 3-34 Torsiunea lonjeroanelor şi schema de solicitare a traversei

Aplicând relaţia ,0=∂∂

Z

W în care se neglijează aportul forţei tăietoare Q, avem:

( )0

10

2

222

1

22

0

=

−+⋅⋅+⋅⋅⋅ ∫

l

dd GI

xa

GI

xlZdyyM

EI (3.71)

Înlocuind pe 221

12 a

GIGI

GIx

dd

d ⋅+

= şi executând calculele, avem:

+⋅

⋅+⋅

⋅⋅=

21

0

2

2318

3

dd

t

GIGI

EI

l

a

lpZ (3.72)

Dacă se ţine seama şi de aportul forţei tăietoare Q, avem:

Ω+

+⋅

⋅+⋅

Ω⋅+⋅⋅⋅

=

20

21

0

2

2

20

0

13318

413

lG

EI

GIGI

EI

l

a

lG

EIlp

Z

odd

t

(3.73)

Calculul efectului nervurii traverse asupra solicitării lonjeroanelor. Într-o secţiune

oarecare, la distanţa „y” de capăt, lonjeronul 1 liber este solicitat de momentul

încovoietor:

2

2

1

yPM t ⋅= (3.74)

Intervenţia nervurii traverse aduce o descărcare yZ ⋅ , în aşa fel încât se obţine

momentul încovoietor rezultant pe lonjeronul 1:

Page 87: Siguranta pasiva

87

.2

2

1 yZyp

M t ⋅−⋅

= (3.75)

La încastrare avem ly = :

.2

2

10 lZlp

M t ⋅−⋅

= (3.76)

Se calculează pentru încastrare raportul:

2

2lp

lZC

t

o ⋅⋅

=

Astfel se obţine proporţia de descărcare, respectiv încărcare a lonjeroanelor, prin

intervenţia nervurii traverse. Avem:

+⋅⋅+

=

21

02

22

0

314

3

dd GIGI

EI

l

aC (3.77)

Dacă rigiditatea în torsiune a lonjeroanelor GId = GId1+GId2 ar fi infinită, atunci se

obţine C0 = ¾, adică intervenia nervurii traverse ar reduce momentul încovoietor pe

lonjeronul anterior, la încastrare, provenit din torsiune, cu 75%.

În cazul când GId = 0 rezultă C0 = 0. Aceasta are loc întotdeauna când lonjeroanele

sunt construite ca o grindă în profil deschis .ZLI ⋅⋅ În general, solidarizarea celor două

lonjeroane se face prin cel puţin două nervuri traverse.

3.7 Teste virtuale 3D de verificare a rezistenţei caroseriilor

În ultimul deceniu marile companii constructoare de autovehicule au introdus noi

metode de cercetare a structurilor de rezistenţă a automobilelor, cu scopul de a reduce

costurile. Astfel testările fizice au fost înlocuite cu simulări efectuate cu ajutorul

computerelor.

CAE (Computer Aided/Assisted Engineering) se referă la utilizarea calculatoarelor în

analiza proiectelor inginereşti. Cu aceasta definiţie, CAE poate fi considerat ca cea mai

timpurie formă de asistare a specialiştilor de către tehnica de calcul deoarece

calculatoarele au fost utilizate pentru calcule în analize inginereşti chiar de la începutul

istoriei lor. Folosirea pe scară largă a analizelor cu elemente finite, cuplată cu apariţia

Page 88: Siguranta pasiva

88

unor puternice programe de modelare geometrică, impusă de necesitatea integrării

analizelor de proiect într-un cadru general CAD/CAM, a dat naştere termenului CAE.

Analiza cu elemente finite (FEA - Finite Element Analysis) reprezintă o tehnică

sistematică pentru evaluarea performanţelor unei structuri sau a unui sistem prin

reprezentarea acestora cu elemente discrete pentru care aspectele fizice şi matematice

sunt bine definite. FEA este de mare ajutor în inginerie datorită reducerii costurilor de

design şi fabricare şi prin creşterea încrederii inginerilor în produsele pe care le

proiectează. FEA se dovedeşte a fi mai eficientă atunci când este utilizată în stadiul de

proiectare conceptuală. Ea este de asemenea folositoare mai târziu în procesele de

fabricare pentru verificarea proiectului final înainte de a se trece la realizarea

prototipului.

Un program destinat analizei prin metoda elementelor finite este compus din trei mari

părţi:

Preprocesorul – în cadrul acestuia se defineşte geometria piesei sau ansamblului care

urmează a fii studiat, se aplică constrângerile şi forţele care acţionează asupra piesei

sau ansamblului;

Procesorul (solverul) – reprezintă partea ascunsă a programului, în care sunt inglobaţi

algoritmii după care se va rezolva problema;

Postprocesorul – cu ajutorul lui se vizualizează rezultatele obţinute în urma rezolvării

problemei.

3.7.1 Etapele de lucru

Metoda elementelor finite (FEM - Finite Element Method) constă în împărţirea

corpului analizat într-un număr finit de elemente cu forme simple, bine studiate teoretic,

cu proprietăţi ale căror lege de variaţie se cunoaşte şi cărora li se aplică teorii din

diverse domenii: rezistenţa materialelor, termotehnica, mecanica fluidelor, electricitate,

magnetism.

Un model matematic care constă din regiuni discrete (elemente) conectate într-un

număr finit de puncte (noduri) reprezintă sistemul ce va fi analizat. Necunoscutele

primare într-o analiză sunt gradele de libertate pentru fiecare nod al modelului cu

elemente finite. Gradele de libertate pot include: deplasări, rotaţii, temperaturi,

presiuni, viteze, tensiuni electrice sau valori ale potenţialului magnetic şi sunt definite

Page 89: Siguranta pasiva

89

prin intermediul elementelor ataşate nodului. Corespunzător gradelor de libertate,

pentru fiecare element din model sunt generate matricele specifice de rigiditate (de

conductivitate), de masă şi de amortizare (de călduri specifice). Aceste matrice sunt

apoi asamblate pentru a forma seturi de ecuaţii simultane care pot fi procesate de

solver.

Pe baza valorilor gradelor de libertate din noduri se calculează apoi prin interpolare

valorile pentru celelalte puncte (mai întâi pe muchii, apoi pe feţe şi în final în tot

volumul). Daca interpolarea este lineară, se vorbeşte de elemente de tip n (normale,

care sunt cele mai des utilizate). Calculele de interpolare sunt mai reduse, dar pentru

obţinerea unei soluţii realiste trebuie folosit adesea un număr mare de elemente.

Elementele de tip p (polinomiale) necesită un aparat matematic mai complicat, dar

sunt necesare în număr mai mic pentru a se obţine o analiză de calitate, ceea ce

conduce în general la reducerea timpului de calcul necesar verificării şi rezolvării

modelului. Hiperelementele sunt elemente foarte complexe, adesea puse la punct

chiar de utilizatori, folosite la tipuri particulare de analize.

Etapele parcurse pentru a se realiza analiza sunt:

Adoptarea metodei de calcul în general, pentru a rezolva un anumit tip de probleme

pot fi utilizate mai multe metode. Algoritmi de calcul diferiţi pot fi implementaţi chiar în

cazul aceluiaşi program. Calităţile necesare pentru un astfel de algoritm sunt în general

contradictorii: solicitarea unor resurse hardware şi software cat mai reduse, generalitate

(metoda de calcul să poată fi aplicată de un număr mare de ori), număr mic de calcule

(rapiditate în execuţie), convergenţă (obţinerea unei soluţii într-un număr minim de

paşi), acurateţe (precizie mare a rezultatelor). Pe lângă calităţile specifice metodei de

rezolvare, programele de calculator care utilizează aceşti algoritmi trebuie să asigure în

plus uşurinţă în învăţare şi comoditate în utilizare. Rămâne în seama utilizatorului să-şi

aleagă programul şi metoda cele mai convenabile pentru obţinerea rezultatelor dorite în

condiţii de eficienţă maximă. În funcţie de dotarea cu echipamente, de experienţa

inginerilor în domeniu şi de urgenţa rezolvării problemei, ponderea fiecărei calităţi

amintite poate să difere în definirea abordării optime. Algoritmul cu care se obţine

soluţia şi modul de programare a acestuia înmagazinează o cantitate imensă de muncă

şi este în general secret de firmă. Pentru a fi posibilă utilizarea programului,

producătorul oferă anumite informaţii cu caracter general, fără a intra în amănunte.

Page 90: Siguranta pasiva

90

Modelarea piesei este foarte solicitantă pentru inginerul desemnat să rezolve

problema şi constă în utilizarea unui model simplificat cu care să se aproximeze

fenomenul analizat. Această idealizare presupune parcurgerea următoarelor etape:

Obţinerea modelului geometric Modelul geometric poate fi generat direct, poate fi

importat dintr-un program CAD sau poate fi realizat prin combinarea celor două

metode. În ceea ce priveşte posibilităţile de generare a modelului geometric, unele

programe cu elemente finite rivalizează cu programele CAD. Priceperea şi experienţa

inginerului analist vor interveni din nou pentru a simplifica modelul de calcul în

comparaţie cu desenul amănunţit al piesei sau subansamblului, evitând solicitarea

inutilă de resurse de calcul şi facilitând modul de interpretare a rezultatelor;

Stabilirea proprietăţilor specifice fiecărei părţi a modelului constă în indicarea

caracteristicilor de material, de rezistenţă sau geometrice specifice (de exemplu

grosimea unei table care va fi modelată ca o suprafaţă şi nu ca un volum, sau secţiunea

şi momentul de inerţie ale unei grinzi ce va fi modelată cu un element linear). Unele din

proprietăţi pot fi preluate din biblioteci fumizate de firma care a realizat programul sau

din biblioteci proprii ale utilizatorului. Părţile modelului care sunt alcătuite din materiale

diferite trebuie separate pentru a li se putea atribui proprietăţi de material

corespunzătoare;

Alegerea tipurilor de elemente şi discretizarea piesei (realizarea reţelei de

elemente finite, numită şi mesh). Alegerea corectă a tipurilor şi dimensiunilor acestor

elemente, a modului în care se îmbină aceste tipuri, are un rol hotărâtor în obţinerea

unor rezultate corespunzătoare şi necesită temeinice cunoştinţe teoretice şi multa

experienţă din partea utilizatorului aplicaţiei. Algoritmi performanţi vin în ajutorul

utilizatorului prin verificări suplimentare ale modelului cu elemente finite sau prin

perfecţionări (rafinări) ale reţelei. De obicei precizia rezultatelor se măreşte cu fineţea

discretizării, dar timpul în care se obţine soluţia creşte proporţional cu pătratul

numărului de elemente utilizate şi este nevoie de mai multă memorie pentru stocarea

informaţiilor. Utilizarea unui număr foarte mare de elemente presupune nu numai

echipamente foarte performante ci şi masuri software speciale de pregătire a acestora

pentru a facilita manipularea enormelor cantităţi de informaţii intermediare şi finale. O

soluţie la această problemă o poate reprezenta utilizarea elementelor de tip p şi a

hiperelementelor.

Page 91: Siguranta pasiva

91

Stabilirea condiţiilor exterioare (boundary conditions) care constau în diferite tipuri

de constrângeri: moduri de sprijinire (anularea unor grade de libertate), acţiunea unor

forţe şi momente (inclusiv de inerţie), existenţa unor câmpuri de deformaţii, de

temperaturi, de presiuni, de viteze, electrice, magnetice, etc. Încărcările pot fi nodale,

pe o curbă, pe o suprafaţă sau pe un volum, dar în final sunt reduse toate în noduri. Şi

în această etapă se realizează o idealizare a constrângerilor, deoarece se lucrează cu

ipoteze simplificatoare, iar elementele finite pot fi constrânse doar în anumite moduri

(doar nodurilor li se pot anula translaţii sau rotaţii după anumite direcţii). Condiţiile

exterioare pot fi aplicate direct modelului cu elemente finite sau modelului geometric. În

ultimul caz, constrângerile sau încărcările modelului geometric sunt transferate automat

de program modelului cu elemente finite. Fiecare configuraţie a restricţiilor şi

încărcărilor este numită caz de analiză (pas de încărcare), iar o analiză poate consta

din unul sau mai mulţi astfel de paşi. Valorile încărcărilor unui anumit caz se pot

modifica gradual faţă de cazul anterior (de exemplu linear) sau dintr-o dată (de

exemplu pentru simularea şocurilor), în funcţie de opţiunile utilizatorului. Prin

combinarea mai multor cazuri de analiză pot fi analizate efectele unor solicitări

complexe. De asemenea pot fi vizualizate efectele globale obţinute prin cumularea

ponderată a efectelor de la mai multe cazuri de analiză.

Obţinerea valorilor mărimilor fizice care prezintă interes (calculul propriu-zis)

consta în scrierea şi apoi rezolvarea unor sisteme de ecuaţii matriceale. Astfel, în cadrul

unei probleme de rezistenţă, pentru fiecare grad de libertate se scrie o ecuaţie, care

poate fi după caz lineara sau nelineară. Caracteristici suplimentare care premerg fazei

de rezolvare permit schimbarea unor proprietăţi de material sau date specifice

elementelor precum grosimea, evitarea unor suprapuneri de noduri, dezactivarea sau

reactivarea unor elemente, anularea globală a unor grade de libertate şi anularea unor

interstiţii (gaps) datorate unor erori de calcul. Dificultatea principală în rezolvarea

sistemelor constă, în special, în numărul foarte mare de ecuaţii ce trebuie rezolvate

simultan (zeci şi chiar sute de mii de ecuaţii). Solver-ul reordonează automat

elementele şi nodurile pentru a obţine soluţia în timpul cel mai scurt. Rezolvarea se

realizează de obicei iterativ, în paşi succesivi, pornindu-se de la o soluţie estimată care

este îmbunătăţită până când se obţine acurateţea dorită (modificările rezultatului de la

un pas la altul devin nesemnificative). Algoritmii programaţi trebuie să asigure

convergenţa soluţiei (să se ajungă la o soluţie stabilă într-un număr finit de paşi), să

Page 92: Siguranta pasiva

92

nu solicite resurse exagerate, şi fie rapizi şi uşor de programat. Rezultatele care se obţin

se stochează în fişiere pe disc. Ele pot fi apoi consultate de către utilizator în mod direct

sau, cel mai adesea, prin intermediul unui program special denumit postprocesor.

Interpretarea rezultatelor obţinute. Acest punct reprezintă de fapt scopul întregii

analize, el trebuind sa dea verdictul dacă piesa calculată sau procesul studiat sunt

corespunzătoare utilizării lor viitoare. Pentru evaluarea gradului de periculozitate a

solicitării sau pentru determinarea comportamentului elementului analizat în condiţiile

considerate, în această etapă se compară mărimile de interes (eforturi unitare,

deformaţii, temperaturi, presiuni, viteze, etc.) cu cele admisibile sau cu altele obţinute

anterior, în condiţii asemănătoare, prin calcul sau pe cale experimentală. Dacă între

rezultatele obţinute şi cele cu care se compară apar diferenţe nejustificate, atunci

trebuie revăzute etapele anterioare obţinerii soluţiei. Cele mai frecvente greşeli se fac

de obicei la stabilirea condiţiilor exterioare şi la modelarea piesei. De asemenea. ele pot

apare atunci când metoda de calcul folosită este inadecvată. Dacă se constată o buni

concordanţă a rezultatelor calculului cu rezultate obţinute din măsurători, atunci este

posibilă extrapolarea metodei de calcul la piese asemănătoare din punct de vedere

constructiv şi funcţional, dar care lucrează în condiţii diferite. Analiza rezultatelor

obţinute trebuie sa permită de asemenea optimizări funcţionale (mărirea rezistenţei

şi siguranţei în exploatare) sau dimensionale (reducerea gabaritului, simplificarea

tehnologiei sau utilizarea unor materiale mai ieftine). Pentru aceasta trebuie foarte bine

definite criteriile de optimizare şi modul sistematic în care se va încerca stabilirea

variantei optime. În caz contrar, se vor obţine (cu mare consum de resurse) numeroase

soluţii din care va fi imposibil să se aleagă cea mai favorabilă.

3.8 Analiza structurală de tip static asupra cadrului unui prototip

Spre exemplificare se vor prezenta, în paragrafele care urmează, două exemple de

analiză FEM, unul în care se au la dispoziţie resurse hardware limitate şi unul comandat

de NCAC (National Crash Analyzes Center), unde sunt utilizate supercalculatoare.

Page 93: Siguranta pasiva

93

Figura 3-35 Cadrul, modelul fizic

Astfel pentru a se determina deformaţia cadrului unui prototip de autoturism cu

destinaţie sportivă, sub acţiunea greutăţii grupului motopropulsor şi a conducătorului se

va face o analiză structurală, în care forţele aplicate acţionează static asupra punctelor

de prindere.

Pornind de la dimensiunile existente pe modelul fizic şi analizând profilul lonjeroanelor

se ia decizia de scurtare a timpului efectiv de calcul prin utilizarea elementelor de tip

“beam”. În acest fel modelarea se poate face cu multă uşurinţă, cunoscând

coordonatele principalelor puncte de interes.

Analiza începe prin realizarea modelului geometric al cadrului. Pentru definirea

punctelor cheie (key points) trebuiesc cunoscute coordonatele fiecărui punct, relativ la

originea unui sistem triortogonal OXYZ.

După definirea acestora se vor uni toate aceste puncte, cu scopul de a realiza modelul

geometric sub forma unui cadru de sârmă (wire frame), Figura 3-36. Fiecare segment

component al cadrului va fii reprezentat printr-o linie de o anumită culoare.

Page 94: Siguranta pasiva

94

Figura 3-36 Modelul3D în reprezentare „cadru de sârmă”

Analiza continuă cu definirea dimensiunilor secţiunii lonjeroanelor şi traverselor, care

compun cadrul, definirea tipului de element care se va utiliza pentru analiză şi definirea

proprietăţilor materialului. Trebuie avut în vedere modul în care s-a modelat cadrul, din

punct de vedere al unităţilor de măsură, deoarece în etapa următoare proprietăţile

materialului se vor indica în funcţie de unitatea de măsură aleasă pentru lungime, vezi

tabelul 3.5.

Tabelul 3.5. Mod I de definire Mod II de definire

Timpul [ s ] secunde [ s ] secunde Lungimea [ m ] metri [ mm ] milimetri

Masa [ kg ] kilograme [ 103 x kg] tone Acceleraţia [ m/s2 ] [ mm/s2 ]

Forţa N N Densitatea [ kg/m3 ] [ 103 x kg/m3 ]

După definirea parametrilor materialului se va face discretizarea (mesh-area) cadrului în

elemente. Cu cât numărul de elemente de discretizare este mai mare cu atât timpul de

analiză va creşte, dar odată cu acesta se vor modifica şi rezultatele obţinute, în sensul

diminuării erorilor. În urma realizării discretizării este posibilă vizualizarea cadrului ca un

model geometric tridimensional, Figura 3-37.

Page 95: Siguranta pasiva

95

Figura 3-37 Modelul 3D al cadrului discretizat în elemente de tip „beam”

Pentru cazul de faţă fiecare segment al cadrului a fost împărţit în zece părţi egale.

Analiza se continuă cu definirea constrângerilor şi a forţelor aplicate asupra cadrului.

Deoarece, s-a specificat anterior, se va face o analiză statică a cadrului, în dreptul

punctelor de prindere a braţelor suspensiei celor patru roţi se vor aplica constrângerile

care limitează deplasarea nodurilor existente în această zonă.

Figura 3-38 Constrângerile aplicate şi forţele de greutate date de grupul motopropulsor

Forţele care acţionează sunt date de greutatea grupului motopropulsor şi greutatea

conducătorului. Ele acţionează asupra traverselor pe care sunt fixate, ca nişte forţe

distribuite pe punctele de sprijin, Figura 3-38.

Page 96: Siguranta pasiva

96

Odată finalizată această etapă s-a încheiat şi partea denumită preprocesor a aplicaţiei

FEM. În etapa de calcul a deformaţiilor cadrului, programul va activa solverul şi va face

calculele, pe baza algoritmilor definiţi şi implementaţi de producătorul programului.

Cu ajutorul postprocesorului aplicaţiei se vor putea vizualiza deformaţiile şi tensiunile

apărute în cadrul pe care dorim sa-l analizăm.

Figura 3-39 Deformaţiile cadrului

Figura 3-40 Tensiunile apărute în cadru sub acţiunea forţelor de greutate a conducătorului şi grupului motopropulsor

3.9 Analiza crash-urilor cu ajutorul supercalculatoarelor

Modelul 3D unui autovehicul este discretizat în elemente finite nonlineare, şi apoi utilizat

pentru simularea testelor de impact frontale şi laterale cu parapeţii de pe marginea

soselelor. Pentru evaluarea performanţelor modelului sunt utilizate machete la scara 1:1

Page 97: Siguranta pasiva

97

ale autovehiculului. Se vor prezenta comparaţii între teste şi simulări în ceea ce priveşte

deformaţia totală, deformaţiile pe componente, viteza şi acceleraţia în diferite părţi ale

vehiculului.

Modelele cu elemente finite ale autovehiculelor au fost utilizate din ce în ce mai des în

analizele preliminare şi la conceperea unor componente. Datorită faptului că aceste

modele devin pe măsura trecerii anilor din ce în ce mai sofisticate în ceea ce priveşte

acurateţea, robusteţea, fidelitatea şi mărimea, nevoia dezvoltării unor modele complexe

care să poată fi folosite pentru mai multe tipuri de teste sau care să facă faţă unei scări

mai largi de scenarii de impacturi apare din ce în ce mai evidentă.

De-a lungul timpului cercetătorii au dezvoltat mai multe modele al căror număr de

elemente variază de la câteva mii până la câteva zeci de mii. Cu aceste vehicule au fost

exersate diferite teste, printre care amintim cele la impactul frontal sau parţial frontal cu

ziduri, cu bariere feroviare sau cu obiecte nedeformabile. Oricum, validitatea acestor

modele rămâne discutabilă.

În timp ce aplicaţiile pentru impacturi frontale şi laterale implică deformaţii mari cu

durate ale impactului care nu depăşesc 150 ms, cele la impacturile cu barierele laterale

ale şoselelor implică deformaţii pe porţiuni foarte mari ale vehiculului, dar datorită

interacţiunii prelungite în timp dintre vehicul şi obiectul lovit şi a nevoii de a observa

dinamica evenimentelor de după impactul propriu-zis, simulările pot dura şi mai mult de

o secundă.

Astăzi, datorită costurilor mici implicate de folosirea computerelor bazate pe

multiprocesare simetrică (SMP) şi a procesoarelor paralele (MPP), simularea impacturilor

mai sus menţionate poate fi făcută mult mai elaborat şi mai eficient. Pe viitor, datorită

acestor progrese, o simulare de acest fel va putea fi făcută pe o staţie de calcul

obişnuită în acelaşi interval de timp. În plus, datorită faptului că modelele vor continua

să crească în mărime datorită îmbunătăţirii vitezei de calcul, apare nevoia de cercetare

pentru a îmbunătăţi posibilităţile de modelare şi pentru a adăuga detalii noi şi o mai

mare complexitate. De asemenea, pentru ca aceste modele să fie utilizabile pe o scară

largă de teste, adică de situaţii impuse de impact, ele trebuie să fie validate pentru

toate aceste situaţii.

Page 98: Siguranta pasiva

98

3.10 Descrierea modelului.

Modelul autovehiculului a fost dezvoltat la NCAC (National Crash Analyzes Center)

pentru Administraţia Federală a Autostrăzilor (FHWA) şi pentru Administraţia Siguranţei

Traficului pe Autostrăzile Naţionale (NHTSA). Există diverse variante, cu motoare de

capacitate diferită, cutii de viteze automate sau transmisii integrale, toate acestea

având configuraţia generală nemodificată. Soluţia analizată a fost iniţial grupată în mai

multe clase principale: şasiul, cabina, uşile, platforma spate, şi alte părţi necuprinse în

cele menţionate mai sus. Cele trei dimensiuni ale fiecărei părţi au fost apoi obţinute

utilizând un braţ digitizor conectat la un computer. Fişierele cuprinzând datele

geometrice ale fiecărui reper au fost importate în preprocesorul unui program de

analiză FEM pentru asamblarea modelului şi pentru generarea discretizării.

Datorită faptului că aceste variante ale autovehiculelor sunt folosite pentru mai multe

tipuri de aplicaţii s-au inclus în model detaliile cele mai amănunţite, cum ar fi:

amortizoare, radiator, suspensie, motor, uşi laterale sau cabina vehiculului. Aceste părţi

au fost numerizate cât mai detaliat posibil, pentru a minimiza cât mai mult orice

aproximare a geometriei oricărei părţi a vehiculului. De exemplu, şasiul a fost numerizat

şi apoi texturat utilizând două metode diferite. Prima nu a ţinut seama de nici un orificiu

de fixare, sau cu altă destinaţie existentă pe şasiu, în timp ce a doua a ţinut seama de

acestea. În primul caz modelul s-a comportat foarte prost comparativ cu vehiculul, spre

deosebire de al doilea. Incluzând aceste orificii în geometrie, timpul de calcul a crescut

simţitor, acest lucru datorându-se creşterii numărului elementelor finite şi scăderii

dimensiunii fiecărui element.

Un alt aspect al creşterii acurateţei modelelor este testarea unor materiale. S-au testat

mai multe eşantioane de material din diferite părţi cum ar fi: uşa, şasiul, capota,

pragurile uşilor, etc… pentru a se obţine date despre proprietăţile materialelor utilizate.

Testele au fost făcute la trei viteze diferite: scăzută – static, scăzută – dinamic, ridicată

– dinamic. Proprietăţile acestor materiale vor fi adăugate în următoarea fază a

dezvoltării modelului vehiculului.

Modelul format din câteva zeci de mii de noduri (aproximativ 60000) conţine elemente

de suprafaţă, elemente de tip grindă şi elemente cubice şi cuprinde câteva zeci de

grupuri, corespunzător numărului proprietăţilor elementului şi a numărului

componentelor. Proprietăţile fiecărui element sunt definite de un set de fişe de material.

Page 99: Siguranta pasiva

99

În această prezentare sunt utilizate patru tipuri de materiale. Fiecare dintre grupurile de

elemente este subîmpărţit în elemente de suprafaţă şi grinzi. Există două tipuri de

elemente de suprafaţă utilizate: pătrate şi triunghiulare. În calcule se foloseşte un

material izotrop din punct de vedere elastico-plastic, modelul materialului rigid, modelul

materialului din cauciuc Blatz-Ko, iar pentru unele elemente se foloseşte un model de

material strict elastic.

Aceste părţi sunt interconectate folosind diferite tipuri de noduri sau legături. Două

tipuri de constrângeri nodale sunt folosite: cea nodală de grup, care permite acelaşi

grad de libertate unui grup de noduri, forţându-le pe toate să se mişte împreună în

aceeaşi direcţie. Al doilea tip este punctul de sudură, care este echivalent cu două

noduri legate între ele rigid. Nodurile pot executa mişcări de rotaţie şi translaţie, dar nu

se pot roti sau translata relativ unul faţă de altul. Două tipuri de legături, una sferică şi

alta de revoluţie au fost folosite pentru suspensia modelului. Figura 3-41 se prezintă

vederile de dedesubt şi de sus ale modelului. Capota motorului a fost înlăturată.

Sursa A.K Zaouk, s.a., www.ncac.gwu.edu

Figura 3-41 Vedere de sus şi dedesubt a modelului

3.10.1 Scenariile de impact

Se iau in considerare două scenarii de impact. Primul este un impact cu un perete rigid

cu o viteză iniţială de 56 km/h. Al doilea este un impact pieziş la 25o cu o barieră

laterală de pe o autostradă cu viteza de 100 km/h. Datele de intrare pentru aceste două

Page 100: Siguranta pasiva

100

scenarii de impact au fost generate folosind un procesor LS-INGRID. În fiecare caz s-au

combinat fişierele de intrare LS-DYNA3D cu cele corespunzătoare modelelor barierelor

folosind LS-INGRID.

Simularea impactului frontal a fost rulată timp de 150 ms în concordanţă cu durata

reală a unui impact frontal. Au fost necesare câteva zeci de ore pentru a reproduce

fenomenul. Pentru al doilea impact, simularea a fost făcută pentru un timp de impact

de 0.5 s şi a necesitat un timp de lucru mai mare datorat impactului care se desfăşoară

pe o perioada mai îndelungată. În toate cazurile de simulare s-a fixat un pas cât mai

mic astfel încât fenomenul să fie surprins în detaliu.

S-au folosit filtre pentru a reduce bruierea apărută pe parcursul simulării pentru

înregistrarea acceleraţiilor. Valorile înregistrate pentru acceleraţii sunt prezentate alături

de rezultatele testului, în secţiunea următoare.

3.10.2 Comparaţia dintre test şi simulare

Acurateţea şi fidelitatea simulării au fost studiate după următoarele criterii:

Profilul deformaţiilor în zonele de impact puternic.

Înregistrarea timpilor pentru diferite poziţii ale autovehiculului.

Absorbţia de energie de către diferite componente.

Comportamentul vehiculului după impact.

Profilul deformaţiilor în zona de impact – deformaţia generală în zona de impact poate

fi comparată vizual cu ajutorul imaginilor captate cu camere de luat vederi de înaltă

viteză. În Figura 3-42 şi Figura 3-43 se prezintă vederile laterală şi de dedesubt ale

autovehiculului după 90 ms de la impact.

Sursa A.K Zaouk, s.a., www.ncac.gwu.edu

Figura 3-42 Comparaţie între deformaţiile modelului şi ale autovehiculului la 90 ms după impact

Page 101: Siguranta pasiva

101

Sursa A.K Zaouk, s.a., www.ncac.gwu.edu

Figura 3-43 Comparaţie între deformaţiile modelului şi ale autovehiculului la 90 ms după impact (vedere de dedesubt)

Această stare de deformaţie a fost aleasă deoarece reprezintă momentul în care deja o

mare parte din deformarea plastică s-a produs. Se observă din figuri că forma

deformaţiilor capotei, aripilor şi a barei de protecţie sunt aproape similare în cazul

simulării şi în cazul testului real.

Deformaţia capotei începe la momentul t = 30 ms iar deformaţia plastică totală se

consideră la momentul t = 90 ms. Deformarea generală produsă în partea inferioară a

modelului arată o bună corelare între simularea virtuală şi test.

Următorul mod de comparaţie este evoluţia vitezei şi acceleraţiei în diferite locuri ale

caroseriei. Figura 3-44 arată comparaţia între acceleraţiile înregistrate în testul real şi în

simularea virtuală. Accelerometrele sunt situate dedesubtul şi deasupra motorului

precum şi în partea din spate a scaunelor din faţă. Din nou se observă corelarea dintre

rezultatele obţinute experimental şi curbele trasate în urma simulării. Deceleraţia

maximă suferită de motor este de 100 g în timp ce cea obţinută în cabină este de 50 g.

Erorile obţinute sunt de 3.3% respectiv de 16.5%.

Sursa A.K Zaouk, s.a., www.ncac.gwu.edu

Figura 3-44 Acceleraţiile obţinute teoretic şi experimental in zona inferioara a motorului şi a scaunului din dreapta

Page 102: Siguranta pasiva

102

Totuşi testul este mai relevant. Acest lucru ar putea fi atribuit proprietăţilor materialului

folosit la model, subliniindu-se încă o dată importanţa testării şi a cunoaşterii

materialelor. Pentru a se reduce eroarea se pot folosi paşi variabili în special în zona de

impact, însă aceasta duce la un timp de calcul mai mare, uneori chiar excesiv. De

exemplu în cazul prezentat timpul de calcul a crescut de la câteva zeci de ore în cazul

pasului constant la câteva sute de ore pentru pas variabil.

3.10.3 Nivelul de absorbţie al energiei

Este foarte importantă observarea absorbţiei de energie de către diferite componente

ale vehiculului. Aceasta poate fi obţinută în simulare prin calcularea energiei plastice

încorporata în material. Tabelul 3.6 arată procentul din energia totală împărţit pe

diferitele componente ale structurii frontale. Aceste date sunt esenţiale atât pentru

determinarea importanţei componentelor respective la acurateţea şi fidelitatea

modelelor cât şi pentru simularea generală. Procentul din energia totală absorbită se

dovedeşte apropiat de cel calculat prin metode inginereşti. Rezultatele arată o

distribuţie favorabilă a energiei comparativ cu rezultatele simulărilor cu modele mai

vechi şi mai puţin detaliate.

Tabelul 3.6

Părţile autovehiculului Energia internă [kJ]

Procentul

Bara de protecţie 26,1 12,90 % Motorul 23 11,40%

Radiatorul 21 9,75% Capota 10,7 5,27% Aripa 9,8 4,84%

Parbrizul 1,65 0,82% Şasiul 93,2 45,95%

Evaluările sunt parte integrantă a procesului de validare, în special în ceea ce priveşte

asamblarea pieselor şi caracteristicile generale ale autovehiculului.

Page 103: Siguranta pasiva

103

4 DETERMINAREA MĂRIMILOR CINEMATICE ALE COLIZIUNII

PRIN COMBINAREA LEGILOR DE CONSERVARE A IMPULSULUI

ŞI A ENERGIEI

Coliziunea dintre două autovehicule se asimilează cu o ciocnire elasto-plastică. În

consecinţă nu se pot obţine rezultate utile numai cu luarea în considerare a legii

conservării impulsului sau a momentului cinetic, iar în cazul în care traiectoriile

autovehiculelor sunt aproape paralele, metodele grafice nu dau satisfacţie. Considerând

sistemul format din două corpuri care se deplasează în acelaşi sens cu vitezele iniţiale

v10 şi v20, din legea conservării impulsului şi legea conservării energiei precizia soluţiilor

creşte şi domeniul de aplicaţie se extinde. Metoda se utilizează în reconstituirea

accidentelor de circulaţie.

( )

++⋅

++−±

⋅+⋅⋅

+= EES

m

mmEES

m

mmvv

m

vmvm

mm

mv 2

221

2

1

21

2

2121

2

2211

21

210

(4-1)

( ) 21012

120 vvv

m

mv +−⋅= (4-2)

Scopul modelării îl constituie obţinerea de date necesare simulării coliziunilor. De regulă

aceste date (exemplu rigidităţii, EES ...) se pot obţine numai prin aproximări din

informaţii existente în baze de date sau determinate pe cale experimentală.

Figura 4-1 Schema ciocnirii dintre două autovehicule asimilat unui model simplificat cu două mase

Page 104: Siguranta pasiva

104

4.1.1 Determinarea funcţiilor de timp ale vitezei, acceleraţiei şi deformărilor

autovehiculelor în impactul frontal sau din spate, centrat

Acest model serveşte la obţinerea rigidităţii structurii frontale si din spate a

autovehiculului, respectiv a EES, acestea fiind mărimi de intrare în programul PC-Crash.

Modelul matematic simplificat ales se compune din două mase „m1” şi „m2”, acestea

având rigiditatea globală „K”, simulată printr-un resort. Se consideră, spre exemplu, că

autovehiculele circulă unul în spatele celuilalt, în aceeaşi direcţie. Notând cu indicele „1”

autovehiculul care circulă din spate şi cu „2” cel din faţă, rezultă, în momentul ciocnirii,

rigiditatea globală ca fiind compusă din rigidităţile individuale ale celor două

autovehicule:

21

111

KKK+= (4-3)

Considerând autovehiculele care intră în coliziune ca două mase cuplate intre ele cu un

resort având rigiditatea C ecuaţiile de mişcare au forma:

( )

( )212

2

2

211

2

1

2

2

SSKdt

Sdm

SSKdt

Sdm

−⋅=⋅

−⋅−=⋅

Din prima relaţie se obţine:

2111 SSS

K

m=+⋅

⋅⋅

,

după derivare de două ori se înlocuieşte în a doua relaţie de sus, rezultând ecuaţia

diferenţială de ordinul IV omogenă

( ) ( ) ( ) 02121

41

21 =⋅++⋅⋅

SmmSK

mm (4-4)

A cărei ecuaţie caracteristică este :

( ) 0221

421 =⋅++⋅⋅

λλ mmK

mm unde (4-5)

;0

;0

2

1

=

=

λ

λ şi ( ) 021

221 =++⋅⋅

mmK

mmλ (4-6)

( )

21

214/3 mm

Kmmj

⋅⋅+

⋅±=λ = ± jω (4-7)

Page 105: Siguranta pasiva

105

Unde ω – pulsaţia sistemului

Pentru vehiculul 1 soluţia generală pentru spaţiu, viteză şi acceleraţie este formată din

relaţiile:

tDtRtBtAs ωω cossin21 ⋅+⋅+⋅+⋅= (4-8)

;sincos211 tDtRtBAsv ωωωω ⋅⋅−⋅⋅+⋅⋅+== & (4-9)

tDtRBsa ωωωω cossin2 2211 ⋅⋅−⋅⋅−⋅== && (4-10)

În mod similar pentru vehiculul 2 :

( ) ;cossincossin2 22212 tDtRtBtAtDtRB

K

ms ωωωωωω ⋅+⋅+⋅+⋅+⋅⋅−⋅⋅−⋅⋅=

( ) tDtRtBAtDtRK

msv ωωωωωωωω sincos2sincos 331

22 ⋅⋅−⋅⋅+⋅⋅++⋅⋅+⋅⋅−⋅== &

( ) tDtRBtDtRK

msa ωωωωωωωω cossin2cossin 22441

22 ⋅⋅−⋅⋅−⋅+⋅⋅+⋅⋅⋅== &&

Constantele de integrare rezultă din condiţiile iniţiale :

( )

( )

⋅−=

=

=

⋅⋅−+=

132010

12201010

0

0

m

KvvR

D

B

m

KvvvA

ω

ω

(4-11)

Aceste relaţii îşi pierd valabilitatea la sfârşitul fazei de compresiune. Respectiv când:

2

πω =⋅ t respectiv,

t⋅=

2

πω (4-12)

Înlocuind constantele de integrare în ecuaţiile de mai sus se obţine:

Ecuaţiile pentru vehiculul 1:

Page 106: Siguranta pasiva

106

( ) ( ) tm

Kvvt

m

Kvvvs ω

ωωsin

132010

122010101 ⋅

⋅−+⋅

⋅⋅−+=

( ) ( ) tm

Kvv

m

Kvvvsv ω

ωω

ωcos

132010

1220101011 ⋅

⋅−⋅+

⋅⋅−+== &

( ) tm

Kvvsa ω

ωω sin

132010

211 ⋅

⋅−⋅−== &&

Ecuaţiile pentru vehiculul 2

( ) ( ) ( ) tm

Kvvvt

m

Kvvt

m

Kvv

K

ms ⋅

⋅⋅−++⋅

⋅−+

⋅−⋅−⋅=

12201010

132010

132010

22 sinsin

1

ωω

ωω

ωω

( ) ( ) ( ) tm

Kvv

m

Kvvvt

m

Kvv

K

msv ω

ωω

ωω

ωω coscos

1

132010

12201010

132010

322 ⋅

⋅−⋅+

⋅⋅−++

⋅−⋅−⋅== &

( ) ( ) tm

Kvvt

m

Kvv

K

msa ω

ωωω

ωω sinsin

132010

2

132010

4122 ⋅

⋅−⋅−

⋅−⋅⋅== &

Prin simplificare se va obţine pentru vehiculul 1:

( ) ( )

( ) ( )

( ) tm

Kvvs

tm

Kvvvs

tm

Kvvt

m

Kvvvs

ωω

ωω

ωωω

sin

cos1

sin

110201

21

1020101

31

102021

1020101

⋅⋅

⋅−=

−⋅⋅

⋅−+=

⋅⋅

⋅−−⋅

⋅⋅−+=

&&

& (4-13)

Pentru vehiculul 2:

( ) ( )

( ) ( ) ( )

( ) tm

Kvvs

tm

Kvvvtvvs

tm

Kvvv

m

Kt

vvs

ωωω

ωω

ω

ωωω

ω

sin

cos1cos

1sin

110202

21

10201010202

21

10201021

10202

⋅⋅−=

−⋅⋅

⋅−++⋅−=

⋅⋅−++

⋅−⋅⋅

−=

&&

& (4-14)

ddd

dss

=+

=−

21

21 (4-15)

Unde:

Page 107: Siguranta pasiva

107

S1 - spaţiul parcurs de autovehiculul 1 în timpul fazei de comprimare;

S2 - spaţiul parcurs de autovehiculul 2 în timpul fazei de comprimare;

K – coeficientul de rigiditate global;

d1 – deformarea autovehiculului de masă m1;

d2 – deformarea autovehiculului de masă m2;

d – deformarea globală dinamică;

dst- deformarea globală statică (dst ≈ 0.9d);

21sin

πωω == tt

Unde:

T- perioada

t – timpul de comprimare tc

Timpul de comprimare se determină la amplitudinea maximă când 2

πω =⋅ t

Înlocuind în ecuaţii rezultă pentru vehiculul 1:

ω

ω

ωω

⋅⋅−=

⋅⋅−=

⋅⋅+⋅

⋅⋅−=

1101

21

10101

31

1021

10101

m

Kvs

m

Kvvs

m

Kvt

m

Kvvs

&&

& (4-16)

Pentru vehiculul 2

⋅⋅−=

⋅⋅−=

⋅⋅−+

⋅−⋅−=

ωω

ω

ωωω

1102

21

10102

21

101021

102 1

m

Kvs

m

Kvvs

tm

Kvv

m

Kvs

&&

& (4-17)

Din relaţia pulsaţiei cu timpul de comprimare determinat, rezultă rigiditatea globală C:

Page 108: Siguranta pasiva

108

ct⋅

=2

πω ;

( )21

21

mm

Kmm

⋅⋅+

=ω ; => 21

212

mm

mmK

+⋅⋅

; (4-18)

Întrucât:

21

21

KK

KKK

+⋅

= (4-19)

rezultă rigidităţile celor două autovehicule

1

1d

dKK ⋅= (4-20)

respectiv

22

d

dKK ⋅= (4-21)

Din definiţia energiei echivalente de deformare se obţine:

( )totstdin mEESddK ⋅=⋅⋅ 2 (4-22)

Unde

stdin dd ⋅= 1.1 (4-23) şi

21 mmmtot += (4-24)

=> totst mEESdK ⋅=⋅⋅ 22 1.1 (4-25)

tot

stm

KdEES

⋅⋅=

1.1 sau

totm

KdEES

⋅⋅=

1.1

1.1 (4-26)

Întrucât:

( )222

221

222

211 EESmmEESmEESm ⋅+

=⋅

+⋅

(4-27)

respectiv

2

1.1

22

2222

211 ⋅⋅

=⋅

+⋅ stdKEESmEESm

(4-28)

Unde:

Page 109: Siguranta pasiva

109

EES – viteza echivalentă a energiei de deformare

222222

1112

11

2

1

2

12

1

2

1

ddKEESm

ddKEESm

st

st

⋅⋅⋅=⋅⋅

⋅⋅⋅=⋅⋅ (4-29)

221111 1.11.11.0 stststst dddddd ⋅=⋅=⋅+= (4-30)

Unde d1 - deformarea dinamică este mai mare cu aproximativ 10% decât deformarea

statică măsurată după impact.

2

1

2

1222

211

d

d

K

K

EESm

EESm⋅=

⋅⋅

(4-31)

Înlocuim d1 si d2

=> 2

12222

11 1.1

1.1

st

st

d

dmEESEESm

⋅⋅⋅=⋅ (4-32)

2

1

1

221

st

st

d

d

m

mEESEES ⋅⋅=

Înlocuim EES1 în ecuaţia de conservare a energiei =>

( )

( )

( )2

1.1

21

2

222

222

2221

2

1222

221

222

2

1222

221

2222

1

1

2221

⋅⋅=

⋅+=

+⋅

⋅+=

⋅+⋅

=>⋅+

=⋅

+

⋅⋅⋅

st

st

st

st

st

st

st

dKEESmm

d

dEESm

EESmmEESm

d

dEESm

EESmmEESmd

d

m

mEESm

=>

21

1

1

21

21

2

2

12

1

1

stst

st

stst

st

dd

d

m

mEESEES

dd

d

m

mEESEES

+⋅

+⋅=

+⋅

+⋅=

(4-33)

Page 110: Siguranta pasiva

110

11

1

22

2

1.1

1.1

stst

stst

ddm

KEES

ddm

KEES

⋅⋅⋅

=

⋅⋅⋅

=

4.1.2 Calculul erorilor

Deoarece rigiditatea „K” depinde de pulsaţia „ω” iar aceasta de timpul fazei de

compresie „t” precizia de determinare a timpului „t” are o importanţă deosebită în

simulările ulterioare. Din diagrama de viteze timpul „t” se determină în funcţie de

rezoluţia acestora cu o precizie ∆t = 0.002....0.005 s.

Relaţia de calcul pentru rigiditatea „K” este:

21

21

214

2

tmm

mmK ⋅

+

⋅⋅=

π (4-34)

Deoarece valorile cu care se calculează funcţia „K” sunt numere aproximative afectate

de erori şi valoarea „K” rezultată din calcul este aproximativă.

Considerând legea de propagare a erorilor a lui Gauss rezultă eroarea limită a funcţiei

„K” din:

22

11

mm

Km

m

Kt

t

KK ∆⋅

∂∂

+∆⋅∂∂

+∆⋅∂∂

=∆ (4-35)

Unde :

( )

( )221

21

2

2

2

221

22

2

2

1

321

212

4

4

1

2

mm

m

tm

K

mm

m

tm

K

tmm

mm

t

K

+⋅=

∂∂

+⋅=

∂∂

⋅+⋅

⋅=∂∂

π

π

π

Page 111: Siguranta pasiva

111

5 SISTEME DE PROTEJARE A VIEŢII PASAGERILOR UNUI

AUTOVEHICUL. PRINCIPII

Centurile de siguranţă constituie echipamentul principal de asigurare a ocupanţilor unui

autovehicul, ea fiind concepută să reducă riscul de vătămare în aproape toate tipurile

de coliziuni. Prima centură de siguranţă a fost proiectată în 1903 de către un francez,

iar utilizarea ei a fost realizată în 1910 în aviaţie, pentru menţinerea piloţilor în carlingă

în timpul figurilor acrobatice. La automobile centura de siguranţă a fost utilizată pe la

sfârşitul anilor 40, şi începând cu 1966 în statele unite ea a fost impusă legislativ.

Asigurarea pasagerilor se făcea printr-o centură îm două puncte compusă dintr-un

singur segment petrecut pe deasupra zonei pelviene.

Airbagul a fost inventat în Statele Unite în anul 1952 de I.W. Hetrick. Acesta a brevetat

un sistem gonflabil care se umfla automat în caz de deceleraţii mari ale vehiculului. Un

an mai târziu, R Hodges a brevetat o soluţie de sac gonflabil poziţionat pe planşa de

bord. Sistemul a fost testat utilizând butelii de gaz sub presiune. După diferite faze de

dezvoltare, airbagul a fost adoptat de marii constructori americani şi de Mercedes. Nu

trebuie uitat că în Statele Unite centura de siguranţă nu este obligatorie, airbagul având

o importanţă deosebită.

Sursa Gaiginschi, R., Filip, I.

Figura 5-1 Sistemul Air bag inventat de I.W. Hetrick

Page 112: Siguranta pasiva

112

Dispozitivul era constituit dintr-un senzor-actuator mecanic pentru deceleraţie A, un

ventil pneumatic B, un rezervor C plin cu aer sub presiune şi perna de aer D, montată în

volanul E sau în planşa bord, un ventil de protecţie la suprapresiune F şi o pereche de

conducte pneumatice, respectiv de cabluri de acţionare.

Declanşarea era comandată de o piesă mobilă 1, care putea culisa în interiorul carcasei

piesei A pe rolele 2, atunci când forţa de inerţie depăşea forţa elastică a resortului 4,

pragul fiind reglabil cu ajutorul unui şurub 8 şi a unei piuliţe de blocare. Tija 6, rezinută

de un arc la un anumit nivel, permitea interceptarea masei mobile şi blocarea ei atunci

cînd aceasta, culisând trecea cu cavitatea 5 prin dreptul tijei palpatoare. Piesa mobila 1

putea să revina în poziţia iniţială prin tragerea manuală a tijei 6 cu ajutorul unui cablu 7.

De la piesa mobilă 1 mişcarea se putea transmite printr-o tijă 9 la ventilul pneumatic B.

In interioaruzl ventilului se află un canal cu două porturi de acces, a căror închidere sau

deschidere se realizează cu ajutorul pistonului 10, prevăzut cu garnituri de etanşare.

În poziţia noirmală (airbag dezactivat), conducta 12 care alimentează blocul pneumatic

cu aer sub presiune de la rezervorul C este închisă de pistonul 10. În cazul unui şoc

frontal, deplasarea masei mobile 1 atrage după sine eliberarea portului 12 şi

pătrunderea aerului sub presiune din rezervorul C în perna de aer D prin intermediul

conductei 14. Pentru a se evita deteriorarea pernei sau a conductei datorită unor

suprapresiuni accidentale în rezervor era prevăzut un ventil de protecţie cu resort F. Cel

de-al doilea piston 11 permite readucerea ventilului în poziţia iniţială în cazul unei

declanşări accidentale a sistemului, acţionarea realizându-se cu ajutorul cablului 13.

În 1981 Mercedes - Benz introduce pentru prima dată sistemul de reţinere airbag pe

modelul de clasa S. Este punctul de pornire pentru apariţia şi generalizarea sistemelor

de securitate în habitaclul autovehiculelor de construcţie europeană. Câţiva ani mai

târziu, Renault confirma această tendinţă prin implementarea soluţiei pe modelul R 19.

Neobligativitatea centurii de siguranţă în USA a condus la realizarea, din partea

constructorilor, de saci gonflabili de mare volum: 70 litri pentru conducătorul auto şi

130 - 180 litri pentru pasager. Această soluţie are ca inconvenient faptul că prin violenţa

umflării lui prezintă pericol pentru ocupanţii care au capul sau toracele aproape de

airbag. Situaţia este foarte probabilă în cazul frânarii violente înaintea şocului. Pasagerii

de talie mică sau cei apropiaţi de volan în momentul şocului pot fi vătămaţi sever

datorită forţei mari de umflare a airbagului. Renault a promovat un model de airbag cu

Page 113: Siguranta pasiva

113

volum mai mic: 30 - 60 litri pentru conducătorul auto şi 80-100 litri pentru pasager ceea

ce evita neplăcerile prezentate. Asociat cu o centură de siguranţă corect reglată, acest

airbag este foarte performant, fără a prezenta riscuri deosebite.

5.1 Metode de reţinere a ocupanţilor unui autovehicul

5.1.1 Analogia oului şi metodele de aplicare ale acestui principiu

Tipul de şoc frontal cel mai utilizat în studii de toţi constructorii şi de partenerii lor este

şocul ortogonal cu un zid de beton, vehiculul având o viteza iniţială constantă de 57

km/h. Pentru demonstraţie, un vehicul poate fi comparat cu o cutie şi ocupantul plasat

în această cutie cu un ou.

CAZUL 1: vehicul puţin deformabil, pasager nereţinut

Considerăm că impactul se realizează la o viteza iniţială V0 = 57 km/h; Fiind puţin

deformabil, viteza sa va fi redusă de la 57 km/h la Vf = 0 km/h într-un timp foarte scurt,

generând o deceleraţie mare.

Figura 5-2 Analogia oului pentru cazul unui vehicul nedeformabil şi pasager nereţinut

Aceste condiţii de şoc sunt reprezentative pentru vehiculele de tip vechi.

Page 114: Siguranta pasiva

114

CAZUL 2: vehicul deformabil, pasager nereţinut

Putem plasa în faţa cutiei o structură deformabilă, în acest caz trecerea cutiei de la

viteza iniţială V0 = 57 km/h la Vf = 0 km/h se face într-un timp mai mare, deceleraţia

fiind mai puţin severă decât în primul caz. Pentru ou situaţia nu se schimbă prea mult,

cutia având deja atinsa viteza Vf = 0 în momentul contactului său cu peretele din faţă.

Această analogie este conformă cu ce se întâmplă în cazul unui vehicul modern şi un

ocupant fără mijloace de reţinere. Situaţia nu este mai bună decât în cazul 1.

Figura 5-3 Analogia oului pentru cazul unui vehicul deformabil şi pasager nereţinut

Cazul 3: vehicul deformabil, pasager reţinut rigid

Figura 5-4 Analogia oului pentru cazul unui vehicul nedeformabil şi pasager reţinut rigid

Page 115: Siguranta pasiva

115

În acest caz oul este prins rigid de cutie. El va suporta integral toate variaţiile de viteză

şi toate deceleraţiile vehiculului. Ocupantul are şanse mai bune să suporte impactul sub

rezerva violenţei deceleraţiei.

Cazul 4: vehicul deformabil, ocupant reţinut cu sisteme nerigide

În acest caz, dispozitivul de fixare al oului se alungeşte plastic sub efort, profitând de

spaţiul de supravieţuire disponibil din cutie. Distanţa disponibilă pentru amortizare

creşte substanţial, în timp ce timpul tf – t0 şi nivelul de deceleraţie se micşorează.

Figura 5-5 Analogia oului pentru cazul unui vehicul deformabil şi pasager reţinut cu sisteme nerigide

Aceasta situaţie este optimă deoarece spaţiul de supravieţuire este exploatat.

5.2 Imperfecţiunile sistemelor clasice de tip centură de siguranţă

Condiţiile ultimului caz nu sunt verificate întotdeauna. Prima cauză este fundamentală:

corpurile umane nu sunt un solid rigid ci un ansamblu de elemente solide articulate.

A doua este legată de concepţia mijloacelor de reţinere uzuale care sunt centuri cu

retractor. În aceste condiţii, din motive de confort nu se poate aplica perfect chinga pe

corp. Rezultă un joc parazitar care întârzie debutul deceleraţiei corpului în raport cu cea

a vehiculului.

Page 116: Siguranta pasiva

116

A treia cauză provine din faptul că chinga nu poate opune o rezistenţă la deplasarea

corpului decât după ce sa tasat ea însăşi, aceasta tasare se face la forţe mici pentru ca

disiparea de energie să fie reală. Efectul este acela al unui joc suplimentar.

Figura 5-6 Decalajul în timp produs de sistemele imperfecte de reţinere a pasagerilor

A patra cauză este datorată imperfecţiunii chingii în procesul de disipare al energiei. O

parte foarte importantă din alungirea sa se produce în domeniul plastic.

Toate aceste cauze se cumulează şi efectul lor se poate observa prin:

• contacte violente cu vehiculul;

• cap lovit de volan, parbriz sau planşă de bord;

• torace lovit de volan;

• genunchi striviţi de planşa de bord.

Aceste mişcări ale corpurilor nu se pot aplica pentru părţile fragile: cap, coloană

vertebrală, gât, etc.

5.3 Îmbunătăţirea reţinerii în cazul unui şoc frontal

Ameliorări majore au fost aduse, astfel că sistemele de reţinere permit: bună cuplare a

corpurilor cu centurile de securitate (si deci cu vehiculul) aplicând acestuia o forţă la

debutul şocului: este rolul pretensionerelor; limitarea efortului local al centurii pe

torace; efortul este stabilit astfel încât să nu producă leziuni pe torace (la nivelul

coastelor): este rolul limitatorului de efort şi este integrat în retractor; controlarea

deplasării capului şi toracelui interpunând un dispozitiv absorbant astfel încât să se

utilizeze în totalitate spaţiul de supravieţuire evitând contactul cu volanul, planşa de

bord sau genunchii: este rolul airbagului.

Page 117: Siguranta pasiva

117

5.4 Eficacitatea airbagului

Statisticile disponibile referitoare la eficacitatea folosirii airbagului arată că 30-35 %

autovehicule sunt echipate cu airbag pentru conducător, iar 20% şi cu airbag pentru

pasager.

Airbagurile americane sunt proiectate, ţinând cont că în SUA portul centurii de

siguranţă nu este obligatoriu, protecţia fiind la o viteză de 50 km/h, deci nu au aceleaşi

caracteristici ca airbagurile europene, cuplate în funcţionare cu centurile de siguranţă,

reducând astfel riscul de apariţie a leziunilor la cap şi torace.

Centura de siguranţă şi airbag-ul sunt dispozitive complementare, care, combinate

asigură o securitate pasivă eficace. În urma studiilor efectuate şi publicate rezultă că

doar protecţia oferită de airbag reduce probabilitatea de deces doar cu 8% faţă de

pasagerii care nu sunt asiguraţi cu nici un sistem de siguranţă.

Pentru toate şocurile, centura de siguranţă este cel mai bun mijloc de protecţie.

Airbagul are un rol complementar de a spori gradul de securitate, în cadrul impactului

frontal. Airbagul singur are o eficacitate limitată în cazul răsturnărilor şi în cazurile de

ejectare din habitaclu. Statistic, conducătorii auto a căror vârstă este mai mare de 55

de ani nu par a avea beneficii semnificative din dotarea autovehiculului cu sisteme

airbag. Conducătorii auto cu talii sub 140 cm sau peste 152 cm sunt mai bine protejaţi

în cadrul coliziunilor frontale, cu grad mediu sau mare de severitate, atunci când sunt

asiguraţi doar cu centura de siguranţă. Conducătorii auto având masa între 60 şi 80 kg

sunt mai bine protejaţi doar cu centura de siguranţă clasică. Avantajul folosirii

dispozitivului airbag, comparativ cu centura de siguranţă clasică este şi mai puţin vizibil

în cazul persoanelor de sex feminin, comparativ cu cele de sex masculin.

Ar părea la prima vedere că datele statistice par să nu susţină eforturile depuse de

cercatători şi fabricanţi în aria dispozitivelor de tip airbag. Acest lucru este adevărat

doar dacă se privesc separat cele două mijloace de securitate: centura de siguranţă şi

airbagul. Când acţiunea celor două sisteme este simultană beneficiul devine vizibil,

astfel statistic numărul deceselor în rândul pasagerilor asiguraţi cu centura şi airbag

este cu 26% mai redus, comparativ cu cei asiguraţi doar cu centura. De asemenea,

având numărul traumatismelor craniene de severitate medie sau mare suferite de

conducătorii auto neasiguraţi, ca referinţă, în cazul folosirii ambelor echipamente de

Page 118: Siguranta pasiva

118

securitate se înregistrează o reducere cu 68% a numărului respectiv, şi cu doar 35% în

cazul folosirii doar a centurii de siguranţă.

Page 119: Siguranta pasiva

119

6 SUBANSAMBLELE SISTEMELOR DE REŢINERE ŞI PROTECŢIE A

PASAGERILOR

6.1 Concepţia sistemelor de siguranţă pasivă interioară

Concepţia şi punerea la punct a unui sistem de reţinere se face urmărind trei axe:

• activarea sistemului de reţinere numai în cazul unui şoc suficient de violent;

• optimizarea sistemului de reţinere;

• neagresivitatea sistemului de reţinere în cazul activării în configuraţii nenominale

(ex: activarea airbagului când capul este întors).

Activările sistemelor de reţinere cu pretensionare şi a airbagurilor sunt independente şi

depind de violenţa şocului. Criteriile de activare a celor două sisteme sunt diferite.

Sistemul de pretensionare trebuie activat cât mai repede, când sistemul de detecţie a

identificat că violenţa şocului impune utilizarea lui, în timp ce airbagul trebuie să fie

umflat când ocupantul îl loveşte.

Sistemul de activare al mecanismului de pretensionare se declanşează în cazul unui

impact frontal cu un zid rigid, cu o viteză cuprinsă între 10 şi 15 km/h, În timp ce,

sistemul de activare al airbagului se declanşează în cazul unui şoc frontal cu o viteză în

jur de 20 km/h asupra aceluiaşi zid rigid.

Optimizarea unui sistem de reţinere se descompune în trei faze :

• Simularea pe calculator;

• Încercări dinamice tip catapultă;

• Încercări pe vehicul.

Simularea pe calculator permite optimizarea sistemului de reţinere cu ajutorul

programelor specializate (MADYMO, PAM SAFE). Aceste aplicaţii software permit

reproducerea habitaclului vehiculului şi instalarea unor ocupanţi virtuali. Tot prin calcul,

ansamblul este supus la deceleraţia habitaclului apărută în cazul şocului real. Este

Page 120: Siguranta pasiva

120

posibil, la preţ redus şi cu o bună repetabilitate, să se încerce mai multe sisteme de

reţinere în diferite configuraţii, în scopul optimizării acestora.

Încercările de tip catapultă permit validarea optimizării obţinute prin simulare. Aceste

încercări constau în supunerea unui şasiu rigid la deceleraţia habitaclului din timpul unui

şoc real. Şasiul este echipat cu elemente din caroseria vehiculului şi cu manechine ce

simulează ocupanţii. Odată sistemul de reţinere optimizat în încercările de tip catapultă,

se efectuează o verificare pe vehicul. Aceste încercări constau în testarea la coliziune a

5 - 10 vehicule echipate cu sistemul de reţinere, într-o configuraţie de şoc

reprezentativă pentru realitatea rutieră.

În paralel cu punerea la punct a modului de reţinere a pasagerilor, sunt activate o serie

de încercări de tipul “Out Of Position“. Acestea constau în asigurarea neagresivităţii

sistemului, în mod special a airbagului, atunci când este activat şi ocupantul nu se află

într-o poziţie normală.

6.2 Regulamente şi Directive în vigoare

În domeniul sistemelor de reţinere frontală, sunt în vigoare patru regulamente:

• Regulamentul ECE-ONU 12 (sau Directiva CEE 74/297);

• Regulamentul ECE-ONU 16 (sau Directiva CEE 2000/3);

• Regulamentul ECE-ONU 21 (sau Directiva CEE 77/60);

• Regulamentul ECE-ONU 94 (sau Directiva CEE 9679);

Pentru fiecare vehicul comercializat, constructorul trebuie să respecte aceste

reglementări susţinând procesul de omologare internaţională în fata Ministerului

Transporturilor ca serviciu administrativ. Reglementările sunt verificate prin încercări în

laboratoare autorizate internaţional, precum Euro NCAP.

6.3 Ansamblul centură de siguranţă

6.3.1 Generalităţi

S-a constatat că procentul vătămărilor grave provocate de coliziuni poate fi redus

rezonabil dacă ocupanţii vehiculului sunt reţinuţi pe scaune cu nişte dispozitive speciale,

Page 121: Siguranta pasiva

121

numite centuri de siguranţă. Iniţial, echiparea cu centuri de siguranţă era facultativă şi

avea doar un caracter experimental; cu trecerea timpului performanţele s-au

îmbunătăţit, astfel că în momentul de faţă s-a impus obligativitatea utilizării centurilor în

majoritatea ţărilor. Centura de siguranţă, ca şi alte componente ale autovehiculului a fost

utilizată pentru prima dată în aviaţie. Aceste modele aveau doar două puncte de ancorare

şi erau constituite dintr-o chingă care se petrecea peste abdomenul pasagerului , de unde

şi denumirea de „centură în două puncte”. Odată cu evoluţia automobilului centurile de

siguranţă în două puncte au fort înlocuite cu cele în trei puncte, pasagerul fiind reţinut de o

chingă care se petrece peste abdomen şi peste umărul pasagerilor. O categorie aparte o

constituie centurile de siguranţă destinate autovehiculelor de curse, unde se folosesc

centuri de siguranţă de tip „ham”. Pe scara evoluţiei se mai poate aminti modul de

acţionare a centurilor de siguranţă, acesta fiind prezentat pe larg în continuare.

6.3.2 Retractorul acţionat mecanic

La centurile de siguranţă actuale, chinga este conectată la un mecanism retractor.

Elementul central al retractorului este bobina (mosorul), care este ataşat la un capăt al

chingii. În interiorul retractorului, un arc acţionează cu o forţă de rotaţie asupra

mosorului. În momentul în care se acţionează pentru derularea centurii, mosorul se

roteşte în sens anti orar rotind în acelaşi sens resortul ataşat. Rotirea mosorului are ca

efect “desfacerea” şi tensionarea arcului. Acesta tinde să fie readus la forma iniţială,

deci, el se opune derulării centurii. Retractorul are un mecanism de blocare, care

opreşte mosorul în momentul în care autoturismul este implicat într-o coliziune.

Dacă chinga centurii tinde să se ruleze pe mosor, resortul, tensionat datorită mişcării de

derulare, va roti mosorul în sensul acelor de ceasornic până când în chingă va lua

naştere un efort egal cu cel din resort.

Sunt utilizate două tipuri de mecanisme de blocare:

• Sistem declanşat de mişcarea autovehiculului;

• Sistem declanşat de mişcarea centurii propriu – zise.

Page 122: Siguranta pasiva

122

Sursa Howstuffworks

Figura 6-1 Retractor cu sistem de blocare de tip masă inerţială

Prima categorie, blochează mişcarea mosorului în momentul în care autovehiculul

decelerează brusc. În Figura 6-1 se prezintă schematic această versiune de sistem de

blocare.

Elementul central al mecanismului de blocare este un pendul, Figura 6-1. În momentul

când autovehiculul tinde să se oprească brusc, inerţia masei pendulului tinde să-l

deplaseze pe acesta înspre înainte. Clichetul de la celălalt capăt al pendulului

angrenează cu sectorul dinţat ataşat de mosorul retractorului, blocând mişcarea de

rotaţie în sens invers acelor de ceasornic a acestuia. Când tensiunea din chingă a

scăzut, după trecerea situaţiei de pericol, sectorul dinţat se va roti în sens orar iar

clichetul va ieşi din angrenare.

Al doilea tip de mecanism de blocare stopează mişcarea de rotaţie a mosorului în

momentul în care se sesizează o smucitură în chinga centurii. Elementul de activare a

blocării mosorului, în acest caz, este viteza de rotaţie a acestuia. În Figura 6-2 este

prezentat schematic acest mecanism.

Partea principală a acestui tip de mecanism de blocare este pârghie cu gheară care se

roteşte sub acţiunea forţei centrifuge – pârghia montată pe mosor are o mişcare de

rotaţie proprie în jurul unui ax şi o alta, tot de rotaţie, împreună cu mosorul. Când

mosorul are o viteză de rotaţie mică pârghia nu se roteşte în jurul axului pe care este

articulată, un resort menţinând-o în poziţia iniţială. Dacă viteza mosorului este mare, se

derulează brusc centura, forţa centrifugă care ia naştere datorită masei pârghiei, în

Page 123: Siguranta pasiva

123

capătul opus celui de fixare prin resort, va genera o mişcare de rotaţie a acesteia în

jurul axului pe care este montată. Capătul liber al pârghiei va acţiona asupra unei came

montată în carcasa retractorului. Cama este conectată cu un clichet prin intermediul

unui ştift. Dacă cama se deplasează spre stânga, ştiftul se va deplasa într-o decupare a

clichetului, figura 3.2 c, aducându-l pe acesta în angrenare cu sectorul dinţat ataşat de

mosor şi împiedicând mişcarea de rotaţie, în sens anti orar, a mosorului, deci derularea

centurii.

Figura 6-2 Mecanism de blocare a retractorului, cu pârghie

6.3.3 Retractorul cu blocare comandată electronic

Acest tip de mecanism retractor este poziţionat pe spătarul scaunelor echipate cu

centuri de siguranţă. În cazul în care sistemele clasice de blocare a retractorului nu sunt

în stare de funcţionare se declanşează blocarea retractorului comandat electronic.

Blocarea retractorului se face în următoarele cazuri:

• Frânare importantă, când se obţin deceleraţii mai mari decât una prag;

• Şoc în urma căruia se declanşează elementele pirotehnice din structura

sistemului de siguranţă;

• Înclinare puternică a autovehiculului.

Page 124: Siguranta pasiva

124

Sursa Renault

Figura 6-3 Schema captorului pentru blocarea mecanismului retractor (sus); retractorul cu comandă electronică (jos)

Modulul electronic funcţionează ca un sistem autonom graţie unui senzor optic integrat.

Astfel în cazul unui şoc, în urma căruia elementele pirotehnice au fost declanşate,

calculatorul airbag dă comanda de blocare a retractorului centurii de siguranţă.

Page 125: Siguranta pasiva

125

Captorul optic permite calculatorului să determine evoluţia autovehiculului, în termeni

de deceleraţie şi înclinare. El conţine o sferă 3, care este poziţionată pe un scaun conic

2. Dacă aceasta iese din poziţia sa de repaus de pe scaun, în cazul unor acceleraţii sau

înclinări ale autovehiculului, celula optică 1, informează modulul electronic de comandă,

cu scopul de a bloca retractorul centurii de siguranţă. În mod normal electromagnetul

retractorului (2) este alimentat cu energie electrică, poziţia (b), astfel resortul (1) este

tensionat şi pârghia (3) nu angrenează cu roata dinţată (4) de pe mosorul retractorului,

acesta permiţând mişcarea liberă a chingii centurii de siguranţă. În momentul în care

sfera 3 a captorului optică iese din poziţia de echilibru de pe scaunul ei, se dă comandă

de întrerupere a energiei electrice pe electromagnetul (2) al retractorului, arcul tinde să

revină la starea detensionată, antrenând pârghia (3) în angrenare cu roata dinţată (4) a

retractorului, poziţia (a). În acest moment retractorul se blochează.

6.3.4 Mecanismul de pretensionare a centurii de siguranţă

Centurile de siguranţă clasice, cu retractor, au imperfecţiuni inerente datorită

principiului de funcţionare care le limitează eficacitatea.

În timpul tracţiunii chinga se tasează pe bobina mosorului. Această tasare poate ajunge

la 70 mm în timpul unui şoc sever, şi este prezentă chiar şi în timpul şocurilor mai

uşoare. Este deci o absorbţie negativă de energie, care va duce la apropierea

periculoasă a capului de volan sau de planşa de bord.

Jocul care există între centură şi corp este inevitabil şi este dorit pentru a avea un

confort acceptabil. Acest joc produce acelaşi efect, prezentat anterior.

Retrăgând centura în momentul şocului, pretensionerul reduce cele două efecte mai

sus menţionate, în plus, el apasă închizătorul, reducând fenomenul de submarinaj

(alunecarea pe abdomen). Puţin cunoscut, efectul de „sous-marinage” poate interveni

în cazurile de coliziune frontală: sub primul efect al şocului, ocupantul are tendinţa să

alunece pe sub partea abdominală a centurii de siguranţă. Forţa din centură este

repartizată de la bazin spre coloana vertebrală, sarcină la care aceasta nu poate rezista.

Este de preferat sa se menţină bazinul ocupantului de către centura de siguranţă, dar

cu ajutorul unor măsuri specifice de protecţie.

Page 126: Siguranta pasiva

126

Pretesionerul are rolul de a elimina orice stare de detensionare a chingii centurii, în

eventualitatea unui impact, în acest fel centura fiind bine mulată pe corpul pasagerului.

Deşi mecanismele convenţionale de blocare din retractor ţin chinga centurii oarecum

bine mulată pe corpul pasagerului, pretensionerul, prin forţa cu care acţionează

poziţionează pasagerul într-o poziţie optimă pe scaun, în cazul unui impact. În mod

normal acest sistem lucrează complementar cu mecanismele clasice de blocare a

centurii.

La ora actuală pe piaţă există mai multe tipuri de pretensionere, unele “trăgând” de

întreg sistemul retractor înspre înapoi, altele rotind doar mosorul retractorului. De

regulă pretensionerele sunt cuplate la aceeaşi unitate electronică de control cu airbagul.

În cazul unei decelaraţii mai mari decât una prag, procesorul va activa pretensionerul şi

apoi airbagul. Unele pretensionere sunt pe baza unor motoare electrice sau solenoizi,

dar cele mai multe sunt acţionate pirotehnic pentru a trage de chinga centurii.

Elementul central al pretensionerelor îl reprezintă camera de combustie. În interiorul

camerei, de mici dimensiuni, se află un material exploziv. Comanda de aprindere a

combustibilului se face prin intermediul a doi electrozi conectaţi la procesorul central.

Figura 6-4 Schema constructivă a unui pretensioner care acţionează asupra închizătorului centurii

În continuare se vor prezenta un sistem pretensioner care acţionează prin tragere

asupra închizătorului centurii de siguranţă şi un sistem integrat în mecanismul retractor

Page 127: Siguranta pasiva

127

al centurii de siguranţă. Pentru primul model, Figura 6-4, principalele subansamble ale

sistemului de pretensionare sunt:

• generator de gaz pe bază de combustibil solid;

• piesa metalică de fixare;

• cablu de tracţiune cu piston;

Figura 6-5 Pretensioner care acţionează asupra închizătorului centurii dezactivat (stanga) si activat (dreapta)

Funcţionarea pretensionerului decurge în următoarele faze:

• Impulsul electric trimis de sistemul de detecţie amorsează combustia

propergolului;

• Arderea combustibilului produce în câteva milisecunde un gaz sub presiune, care

va acţiona pistonul în cilindrul său. Închizătorul centurii, care este legat de piston

cu un cablu, este tras în jos, Figura 6-6;

• Un dispozitiv antiretur zăvorăşte închizătorul astfel încât să poată prelua eforturile

în centură.

Timpul de startare este în jur de 10-20 milisecunde după începutul socului. Pragul de

activare corespunde unui şoc frontal de aproximativ 12 km/h cu un zid de beton. Durata

finalizare a pretensionării este de 5 milisecunde.

Page 128: Siguranta pasiva

128

Figura 6-6 Poziţia închizătorului centurii înainte şi după acţionarea pretensionerului

Cursa maximă a pretensionerului poate fi de 60 mm pentru cele din generaţia a doua şi

100 mm pentru cele din generaţia a treia. Forţa de pretensionare realizată este de 350

daN. Efortul apărut în chingă la un şoc cu o viteză de 57 km/h într-un zid rigid este de

1800 daN. Cantitatea de combustibil necesară declanşării este de aproximativ cateva

sute de miligrame, 700 mg.

Când procesorul detectează o coliziune, imediat aplică asupra electrozilor o tensiune.

Scânteia rezultată între electrozi aprinde materialul exploziv, care arde, generând gaz

combustibil în cameră. Prin aprinderea şi arderea gazului are loc o creştere a presiunii

din cameră, presiune care acţionează cu forţă asupra unui piston aflat în camera de

combustie.

Figura 6-7 Schema mecanismului de pretensionare integrat în retractorul centurii de siguranţă

Page 129: Siguranta pasiva

129

În cazul pretensionerelor care acţionează asupra mosorului retractor, Figura 6-7, prin

aprinderea generatorului pirotehnic 1, bilele sunt expulzate prin tubul de proiectare 2.

Mişcarea cu viteză a bilelor antrenează coroana de pretensionare 4, care este legată de

mosorul retractorului, rotindu-l cu forţă şi tensionând puternic chinga centurii. Bilele

sunt recuperate în camera 3. În interiorul tubului de proiectare bilele sunt reţinute de

un opritor.

6.3.5 Limitatorul de efort

În timpul coliziunilor severe, centura de siguranţă poate produce vătămări grave

pasagerilor. Cu cât pasagerii se deplasează, datorită inerţiei, cu viteză mai mare, cu atât

vătămările produse de centură sunt mai grave.

Unele centuri de siguranţă folosesc, pentru reducerea posibilelor vătămări ale

pasagerilor, limitatoare de efort. Idea este de a permite reducerea tensiunii apărută în

chingă, în cazul în care asupra ei acţionează forţe mari. Cel mai simplu limitator de efort

constă în realizarea unor pliuri cusute pe chinga centurii. Aceste pliuri se vor descoase

în momentul în care asupra chingii se va acţiona cu o forţă prag. Prin descoaserea

treptată a pliurilor chinga se va alungi treptat şi efortul din chingă se va disipa în timpul

descoaserii, limitând forţa cu care centura acţionează asupra toracelui pasagerului.

Limitatoare de efort de generaţie recentă utilizează bare de torsiune în interiorul

retractorului. Astfel un capăt al barei de torsiune este fixat în mecanismul de blocare,

celălalt în axa mosorului. În cazul coliziunilor mai puţin severe bara nu se va deforma,

iar mosorul va fi blocat de către mecanismul de blocare. În cazul coliziunilor severe bara

de torsiune se va deforma uşor, aceasta permiţând chingii să se deruleze puţin câte

puţin de pe mosor.

Retractorul cu limitator de efort, sau RLE, este compus dintr-un retractor clasic

îmbunătăţit printr-un sistem de limitare a efortului, Figura 6-8. Acest sistem este

compus dintr-o bară de torsiune plasată pe axa bobinei (pe care se înfăşoară chinga).

Această bară este prinsă la un capăt de partea fixă a retractorului şi la celălalt de

bobină.

Page 130: Siguranta pasiva

130

Figura 6-8 Schema unui mecanism RLE cu bară de torsiune

Având un efort aplicat pe chingă, bara de torsiune se torsionează şi absoarbe energie,

derulând chinga. Efortul aplicat de centură pe torace este astfel redus. Diametrul şi

materialul barei sunt alese în funcţie de efortul centurii asupra toracelui, care se doreşte

a fi obţinut.

RLE acţionează după 40 - 60 milisecunde de la începutul şocului şi se opreşte la 80 -

120 ms de la începutul şocului, în funcţie de violenţa acestuia.

RLE sunt calibrate pentru a limita efortul asupra umărului la valori cuprinse între 400 şi

600 daN în funcţie de vehicul. Lungimea chingii ieşită din retractor în cazul şocului

poate ajunge până la 300 mm.

Page 131: Siguranta pasiva

131

6.3.6 Ajustarea înălţimii de prindere a centurilor. Centuri de siguranţă

ancorate de scaun. Tetiere.

Prin posibilitatea de reglare a înălţimii punctului de prindere, pe stâlpul B, a centurii de

siguranţă se îmbunătăţesc confortul pasagerilor de diferite talii, diferite de cea medie, şi

totodată centura va lucra mai corect, asigurând un plus de protecţie pentru pasageri.

Faţă de modelele clasice de ancorare a centurilor de siguranţă, prinderea acestora de

structura de rezistenţă a scaunelor oferă o serie de avantaje, dintre care se pot

menţiona, mularea mai bună a chingii care trece peste umărul pasagerului în jurul

corpului acestuia, iar în cazurile de accidente la care apare răsturnarea autovehiculului

se elimină riscul ca ocupanţii să lovească cu capul acoperişul.

Sursa Autoliv

Figura 6-9 Mecanism de reglare a punctului de prindere a centurii pe stâlpul B

La aceste centuri chinga care trece peste umărul pasagerilor este fixată de spătarul

scaunului şi nu de stâlpul B al caroseriei. Trebuie acordată o atenţie deosebită

modulului de fixare a scaunului de podeaua autovehiculului.

Dacă până în anii 90’ tetiera avea un rol exclusiv de componentă de confort, în prezent

aceasta a primit un rol suplimentar în completarea siguranţei pasive interioare. În

funcţie de dotarea automobilelor acestea se clasfică separat în:

• Tetieră integrată;

• Tetieră ajustabilă;

Page 132: Siguranta pasiva

132

Sursa Autoliv

Figura 6-10 Centură de siguranţă ancorată de structura scaunului

şi în funcţie de rol:

• Tetieră statică;

• Tetieră activă.

"Tetieră" înseamnă un dispozitiv care limitează deplasarea înapoi a capului ocupantului

aşezat pe scaun relativ la torsului acestuia;

"Tetieră integrată" înseamnă o tetieră formată de partea superioară a spătarului

scaunului. Aria ce trebuie considerată este: deasupra planului perpendicular pe linia de

referinţă a torsului la 700 mm de punctul R, între două plane vericale ce trec la 85 de

mm de cealaltă parte a liniei de referinţă a torsului. Tetierele care sunt neajustabile şi

care pot doar fi detaşate de scaunul sau de structura vehiculului prin folosirea de scule

sau parţial sau complet detaşate de acoperirea scaunului, întâlnesc prezenta definiţie.

" Tetieră ajustabilă" înseamnă o tetieră alcătuită din componente ce se mişcă separat

de scaun şi proiectate pentru inserţie şi reţinere pozitivă în structura spătarului.

Traumatismele cervicale de tipul „coup de lapin” apar datorită coliziunilor în lanţ, într-un

mediu de circulaţie în continuă dezvoltare. Acest tip de carambolaj generează impacturi

la viteze de ordinul 10 – 20 km/h. În timpul studiilor de accidentologie şi biomecanică,

s-a analizat comportamentul gâtului la impactul din spate înspre înainte: spătarul

scaunului reţine spatele ocupantului în timp ce capul se deplasează orizontal şi înspre

înapoi, spre tetieră.

Page 133: Siguranta pasiva

133

În cazul unui impact din spate capul pasagerului tinde să se deplaseze către spate

datorită inerţiei sale. Pentru a diminua şocul produs de impactul cu tetiera, aceasta se

deplasează înspre înainte. Deplasarea tetierei se face prin acţionare mecanică, prin

apasarea spatelui ocupantului scaunului pe spatar, miscarea transmitandu-se multiplicat

catre tetiera. După exercitarea fortei de apasăre sistemul revine în starea iniţială, el

funcţionând normal, ori de câte ori este nevoie, Figura 6-11.

Sursa Audi

Figura 6-11 Centură de siguranţă ancorată de structura scaunului

Datorită configuraţiei vertebrelor cervicale gâtul nu prezintă rezistenţă deosebită la

deceleraţii bruşte, riscul crescând dacă muşchii ce susţin poziţia acestuia sunt relaxaţi

(gât moale). Mişcările zonei cervicale a coloanei vertebrale şi ale craniului sunt realizate

de către perechi de muşchii anteriori şi posteriori. Muşchii dorsali sunt mai voluminoşi

decât cei anteriori; ca urmare, rezistenţa opusă la flexie va fi mai mare decât rezistenţa

la extensie. Acesta este motivul pentru care cele mai multe leziuni de acest tip, ale

gâtului, se produc la coliziunile din spate, gravitatea acestora fiind mai mare dacă, în

momentul impactului, capul este răsucit lateral. În timpul impactului, o parte din sarcina

aplicată capului se va transmite torsului, prin intermediul gâtului. Mărimea sarcinii ce

revine gâtului va depinde de locul şi direcţia de aplicare a sarcinii asupra capului, de

inerţia capului precum şi de configuraţia coloanei în zona cervicală, la momentul

respectiv. Ca urmare, solicitările din coloana vertebrală vor fi mai mici atunci când gâtul

este drept, caz în care apar doar forţe axiale; dacă gâtul este flexat, asupra vertebrelor

vor acţiona solicitări complexe (forţe axiale şi moment de încovoiere).

Page 134: Siguranta pasiva

134

Figura 6-12 Reprezentarea mişcării gâtului în flexie şi extensie şi mecanismul de vătămare prin răsucire a capului

Dacă dispozitivul este prea înclinat sau insuficient ridicat, capul antrenează gâtul într-o

mişcare de arc de cerc spre înapoi. Ocupantul poate suferi o vătămare puternică a

gâtului, la nivelul ligamentelor, vaselor sangvine şi chiar a centrilor nervoşi. O bună

poziţionare a tetierei este condiţia necesară pentru a garanta o protecţie optimă.

Tetiera trebuie să fie suficient de înaltă şi cât mai aproape posibil de cap.

Noua generaţie de tetiere active combat riscurile de vătămare prezentate anterior.

Sistemul funcţionează mecanic şi este acţionat de mişcarea generată de partea

superioară a torsului pasagerilor de pe scaunele din faţă, în timpul coliziunii din spate cu

un alt autovehicul. Tetierei i se imprimă două mişcări: se ridică pe verticală şi simultan

se deplasează înspre înainte. Această mişcare este realizată cu ajutorul unui sistem

integrat în spătarul scaunelor. Distanţa dintre capul pasagerilor şi tetieră este redusă

substanţial şi prin urmare tensiunile în zona cervicală sunt mai mici.

Întreg sistemul cântăreşte mai puţin de un kilogram şi este poziţionat în partea

superioară a spătarului scaunului. Amplasarea sa nu împiedecă amplasarea airbagului

lateral, puţin mai jos, în spătar. Mişcarea tetierei active se poate repeta, nefiind

necesară înlocuirea sistemului în urma unui şoc. În timpul unor coliziuni severe distanţa

de ridicare pe verticală a tetierei poate ajunge la 20 mm, iar cea de avansare depăşeşte

60 mm. Încercările pentru omologarea noului sistem de protejare a gâtului pasagerilor

s-au făcut la viteze cuprinse între 8 şi 22 km/h. În timpul testelor un manechin Hybrid

III a fost special adaptat cu senzori în zona gâtului iar vertebrele au fost modificate

pentru a putea prelua eforturi de forfecare. Parametrii măsuraţi (forţele aplicate la

nivelul capului în raport cu torsul) au fost înregistrate pe scara NIC (Neck Injury

Criterion), criteriul de traumatism cervical. Acest criteriu nu este încă o normă oficială,

dar comunitatea ştiinţifică a fost de acord ca un indice NIC 50, reprezentând o

deplasare de 50 mm, este limita statistică de unde poate apărea pericolul de „coup de

Page 135: Siguranta pasiva

135

lapin”. O valoare NIC 15 este tolerabilă. Ameliorările obţinute, în ceea ce privesc

vătămările cervicale, în urma implementării acestui sistem sunt de aproximativ 60%.

Figura 6-13 Testarea capacităţii de reţinere a) poziţia iniţială a spătarului înainte de testare b) Forţa aplicată pentru testarea capacităţii de

reţinere

Procedura testării capacităţii de reţinere a rezemătoarei pentru cap cuprinde

următoarele:

• Spătarul să fie fixat rigid;

• Momentul să fie aplicat cu un corp sferic cu diametru de 65 mm deasupra

vârfului tetierei pentru a ajunge la poziţia de referinţă;

• Aplicarea unui moment de 373 Nm;

• Pentru tetiere înalte de 800 mm, F x 0.735 m = 373 Nm, rezultă F = 507 N;

• Limita de deplasare între poziţia iniţială a liniei de referinţă a torsului şi poziţia

sub sarcină, este de 102 mm;

• Momentul de revenire să fie de 37 Nm;

• Limita de schimbare de la poziţia de referinţă, pentru a asigura blocarea este de

13 mm.

Pentru garantarea unei bune eficacităţi, tetiera trebuie să fie într-o poziţie

corespunzătoare. Astfel muchia superioară a acesteia va fi totdeauna cel puţin la acelaşi

nivel cu poziţia vârfului capului pasagerului.

Page 136: Siguranta pasiva

136

6.4 Ansamblu AIRBAG

6.4.1 Noţiuni de bază

Toate obiectele în mişcare au un moment de inerţie. Fără o forţă exterioară, care să

acţioneze asupra unui corp, acesta continuă să se mişte cu aceeaşi viteză şi în aceeaşi

direcţie, ca la momentul considerat. Autovehiculul în mediul de circulaţie este privit ca

fiind format din mai multe obiecte care include autovehiculul propriu-zis, obiectele

existente în acesta (fără a fii părţi componente din el) şi bineînţeles pasagerii. Dacă

aceste obiecte nu sunt împiedicate să se mişte, ele îşi vor continua mişcarea indiferent

de viteza maşinii, chiar dacă autovehiculul s-a oprit în urma unei coliziuni. Oprirea unui

obiect aflat în mişcare necesită acţiunea unei forţe asupra acestuia, pe o anumită

perioadă de timp.

Sursa Autoliv

Figura 6-14 Ansamblu airbag amplasat între coloana de direcţie şi conducător

În timpul unei coliziuni, forţa necesară pentru oprirea unui obiect aflat în autovehicul

este foarte mare datorită schimbării bruşte a stării acestuia, de la mişcare la repaus –

mai precis spus pasagerii (care nu sunt parte integrantă a autovehiculului) nu se opresc

odată cu vehiculul propriu-zis. Astfel scopul oricărui sistem de reţinere este acela de a

ajuta la stoparea mişcării pasagerilor sau obiectelor, provocând pe cât posibil vătămări

sau pagube minore.

Airbagul are rolul de a „frâna” mişcarea pasagerilor până la o viteză nulă, fără a

provoca vătămări ocupanţilor. Airbagul este un mediu de protecţie interpus între

Page 137: Siguranta pasiva

137

pasageri şi coloana de direcţie sau planşa de bord (în cazul celor frontale) iar momentul

de declanşare este de 1/100 secunde.

Domeniul de activare al airbag-ului în cazul coliziunii frontale este dat de un unghi de

aproximativ ±30° faţă de axa de simetrie a autovehiculului. În cazul unei coliziuni

laterale unghiul sub care se activează airbag-urile laterale este de aproximativ ±30°

fata de o axa perpendiculară pe cea de simetrie a autovehiculului. În cazul impacturilor

laterale se vor activa doar airbag-urile laterale şi cele de tip cortină, dacă există. De

asemenea trebuie menţionat că în cazul coliziunilor laterale sistemul de pretensionare a

centurilor de siguranţă nu se activează, figura 6.15.

Figura 6-15 Activarea sistemului airbag în diverse situaţii de impact

In cazul unui impact după o directie situată în intervalul 60° în jurul stalpului A, se vor

actiona airbag-urile frontale, pretensionarea centurilor si airbag-ul lateral din partea

impactului.

Airbag-ul nu se declanşează accidental când:

• Condiţii de drum greu (off-road);

• Trecerea peste borduri, sau denivelări similare;

• Reparaţii, lovituri de ciocan, etc.

Volumul airbag-urilor diferă de la 35 litri pentru conducătorul auto si 65 litri pentru

ocupantul din dreapta, în varianta EURO-AIRBAG, până la 60-80 litri, respectiv 120-150

Page 138: Siguranta pasiva

138

litri la cele de mărime fullsize. Airbag-urile laterale au volumul de aproximativ 12 litri, iar

cele cortină între 18 şi 32 litri.

Se poate spune că un airbag este constituit din trei părţi principale:

• Sacul propriu-zis, este confecţionat din fire de nylon, care este împachetat şi

montat în volan, planşa de bord sau mai recent în scaune sau uşi (pentru

protecţie laterală);

• Senzorul este dispozitivul care dă comanda de umflare a airbag-ului. Umflarea

sacului are loc în momentul când senzorul sesizează o deceleraţie a

autovehiculului similară cu cea dată de coliziunea cu un zid la viteza de 16-24

km/h. Senzorul primeşte informaţia de la un accelerometru construit ca un

microcip. Un contact mecanic format dintr-o masă suspendată va închide un

circuit electric, în acest moment senzorul spune că impactul s-a produs; Umflarea

sacului are loc în urma reacţiei chimice între NaN3 (azida de sodiu) cu KNO3

(azotat de potasiu), produsul rezultat fiind azotul sub formă gazoasă. Reacţia

exotermă, sub formă de explozie duce la umflarea sacului;

Figura 6-16 Principalele elemente componente ale unui sistem airbag

Page 139: Siguranta pasiva

139

• Sistemul de umflare a sacului aprinde un combustibil solid, care arde foarte

repede, creând un volum mare de gaz. Airbagul se umflă cu o viteză de

aproximativ 320 km/h – mai repede decât o clipire a ochiului uman. O secundă

mai târziu, gazul este evacuat din sac prin nişte orificii calibrate, aceasta

permiţând dezumflarea şi posibilitatea de mişcare a pasagerului. Dacă ocupantul

nu se loveşte de sac, acesta este dotat cu un şurub care permite evacuarea

gazului.

Figura 6-17 Schema airbagului şi sistemul de umflare amplasate în volan

Figura 6-18 Sistemul de umflare utilizează combustibili solizi şi un dispozitiv de aprindere

Page 140: Siguranta pasiva

140

Componentele chimice principale, într-un sistem airbag, sunt NaN3 (azida de sodiu),

împreună cu KNO3 (azotat de potasiu) şi SiO2 (bioxid de siliciu). În generatorul de gaz,

un amestec al acestor componenţi este aprins printr-un impuls electric şi va genera o

deflagraţie, care va elibera un volum precalculat de azot gaz, acesta umplând sacul.

2 NaN3 ---> 2Na + 3N2 (la 300° C) (6. 1)

Aprinderea NaN3 dă naştere unei explozii în urma căreia se eliberează un volum

precalculat de azot în stare gazoasă, care va umfla sacul. În acelaşi timp va rezulta o

cantitate de sodiu solid, substanţă foarte periculoasă, care se aprinde instantaneu în

contact cu apa, printr-o reacţie foarte violentă. Astfel e necesară o a doua reacţie de

oxidare-reducere pentru a elimina sodiul în stare solidă.

Sodiul rezultat în urma primei reacţii, şi azotatul de potasiu generează o cantitate

adiţională de azot într-o reacţie secundară.

10 Na + 2 KNO3 ---> K20 + 5 Na2O + N2 (6. 2)

În urma celei de a doua reacţii se va obţine o cantitate suplimentară de azot în stare

gazoasă. De asemenea se eliberează o cantitate de oxid de potasiu şi oxid de sodiu, în

stare solidă, care vor reacţiona într-o a treia reacţie cu al treilea component al

amestecului, dioxidul de siliciu, formând un silicat alcalin, care este stabil şi inofensiv

din punct de vedere chimic, el neavând proprietăţi inflamabile. În cazul în care sodiul

rezultat în urma primei reacţii nu a reacţionat în cea de a doua reacţie chimică,

generatorul de gaz este înconjurat de un filtru metalic numit „fiberfax” care

reacţionează cu acesta pentru a-l neutraliza.

K2O + Na2O + SiO2 ---> silicat alcalin (sticla) (6. 3)

Principalul pericol referitor la airbagurile actuale provine din prezenţa NaN3, acesta fiind

un produs foarte toxic, de 30 de ori mai toxic decât arsenicul, amplasat în fiecare

generator de gaz (aproximativ 100 g), deci sub fiecare sac al sistemului airbag. Doza

maximă admisă, la care nu apar probleme pentru mediul de lucru, este de 0,2 mg/m3

de aer. În următorii ani vor apărea probleme de recuperare a airbagurilor uzate din

autoturismele casate.

Întregul proces de funcţionare a airbagului se poate considera încheiat după 1/25

secunde. Acest timp este suficient pentru evitarea apariţiei unor vătămări serioase ale

Page 141: Siguranta pasiva

141

pasagerilor. Pentru păstrarea airbagului pliat şi lubrifiat, în locaşul său se foloseşte de

obicei praful de talc.

6.4.2 Sistemul de aprindere gaz-hibrid

În airbag-urile convenţionale pentru conducător sau de pasageri volumul de

buteliei de înaltă presiune este, de obicei între 200 şi 400 cm3, iar gazul este

comprimat la o presiune de obicei între 200 şi 300 bar. Acest gaz umple un

volum de aproximativ între 50 şi 150 litri. Desigur, abaterile de la aceste valori

tipice sunt posibile, în funcţie de utilizare.

Figura 6-19 Schema sistemului de umflare gaz-hibrid

Într-un generator de gaz, care ar conţine exclusiv de gaz comprimat într-un vas

sub presiune, dezavantajul apare la destinderea a gazului, care se face într-o

fracţiune de secundă, practic având loc un fenomen adiabatic. Prin destindere si

ajungere la presiune normală, acesta ar ocupa un volum relativ mic, care nu ar fi

suficient pentru a umple în mod satisfăcător airbag-urile în cazul în care butelia

sub presiune nu a fost concepută pentru a fi mai mare.

Din acest motiv, în afară de generatoare de gaz pur pirotehnice, în practică, aşa-

numitele generatoare hibride au o capsă pirotehnică, utilizată în principal, pentru

încălzirea gazului şi mai puţin pentru dezvoltarea de gaz. Astfel gazul din butelia

subpresiune, în timpul destinderii sale este încălzit şi astfel se umple volumul

Page 142: Siguranta pasiva

142

întregului airbag. În comparaţie cu un generator pur pirotehnic de gaze, de

exemplu un generator de hibrid are avantajul că sistemul pirotehnic este utilizat

exclusiv în scopul de încălzire al gazului care umple sacul.

Prin aprinderea incărcăturii pirotehnice, aceasta începe sa ardă şi să creeze gaze cu

presiune ridicată. Aceasta deplasează pistonul care deschide butelia cu gaz sub

presiune. Dupa deschiderea buteliei, gazul din interior se destinde brusc, scăzându-şi

temperatura. Gazele generate de arderea încărcăturii pirotehnice, cu o temperatură

ridicată, se amestecă cu gazul rece din butelie, rezultând astfel un amestec cu o

temperatura redusă care nu riscă să producă arsuri pasagerilor. Acest amestec se

răceşte şi el la randul sau prin destindere, la trecerea prin orificiile din filtrul buteliei

catre sac.

Avantajele tehnologiei gaz-hibrid:

• Încălzire redusă a modulului airbag, doar aproximativ 60°C, eliminând riscul

producerii de arsuri pasagerilor;

• Emisii scăzute (Clorura de calciu);

• Putin poluant;

• Funcţionare uniformă de-a lungul întregului interval de temperaturi de lucru.

6.4.3 Determinarea cantităţii de combustibil necesară umflării unui airbag

Se cere să se calculeze cantitatea de azidă de sodiu necesară pentru furnizarea unei

cantităţi de gaz N2 care să umple complet un airbag de X litri. Calculul se va face în

condiţii normale de temperatură şi presiune.

Pentru a umfla complet airbagul de X litri e necesară un volum de X litri N2.

][)( 2 litriX)V = (6. 4)

În condiţii normale de temperatură şi presiune volumul molar a gazului este: Vm = 22,4

l/mol. Deci pentru un volum de X litri vor fi necesari:

][4,22

)( 2 moliX

V

X)n

m

== de N2. (6. 5)

Gazul N2 se obţine din ecuaţiile (6.1) şi (6.2).

Page 143: Siguranta pasiva

143

2 NaN3 ---> 2Na + 3N2

10 Na + 2 KNO3 ---> K20 + 5 Na2O + N2

Prin urmare această cantitate de gaz, în moli, este suma cantităţilor de gaz obţinut în

urma celor două reacţii amintite.

2)(1)()()( 2222 react)nreact)ntotal)n)n +== (6. 6)

unde avem:

)(10

1)(

10

12)(

)(2

31)(

312

32

)a)n)anreact)n

)a)nreact)n

⋅=⋅=

⋅= (6. 7)

Din ecuaţiile (6.6) şi (6.7) se obţine:

)(10

16)(

10

1)(

2

3)( 3332 )a)n)a)n)a)ntotal)n ⋅=⋅+⋅= (6. 8)

Din (6.5), (6.6) şi (6.8) avem:

)(10

16][

4,22)( 32 )a)nmoli

X)n == (6. 9)

Din ecuaţia (6.9) şi având masa molară a azidei de sodiu (NaN3) se obţine masa

necesară umflării airbagului.

][654,2216

10)()()( 333 g

X)a)M)a)n)a)m ⋅⋅=⋅= . (6. 10)

6.4.4 Evoluţia airbagului

Conform cercetărilor americane ideea folosirii airbagului pentru a preveni vătămările

apărute în urma coliziunilor a avut o istorie lungă chiar înainte de anii 80 când Ministerul

de transporturi american a luat măsuri ca acest tip de echipament să fie ajustat

automobilelor. Primul patent al unui dispozitiv de umflare în cazul aterizărilor forţate a

fost conceput în timpul celui de al doilea război mondial.

Eforturile de a echipa autovehiculele cu airbaguri se loviseră înainte de preţurile

prohibitive şi obstacolele tehnice care includeau stocarea şi eliberarea gazului

comprimat.

Cercetătorii au avut de răspuns la întrebări după cum urmează:

Page 144: Siguranta pasiva

144

• Dacă este destul loc în maşină pentru un recipient care să conţină gaz.

• Va rămâne sau nu gazul din recipient la presiunea de lucru pe toată durata de

utilizare a autovehiculului.

• Cum ar putea fi sacul astfel conceput încât să se umfle repede şi sigur la o

varietate de temperaturi şi fără să emită zgomote puternice.

Cercetătorii au avut nevoie de o cale prin care să obţină o reacţie chimică care să

producă azotul care umflă sacul. Substanţe combustibile solide capabile să producă

cantitatea de gaz necesară umplerii sacului au fost produse în anii 70.

La începuturile folosirii airbagurilor auto, experţii au avut grijă ca acestea să fie folosite

în acelaşi timp cu centura de siguranţă. Centurile de siguranţă erau încă extrem de

necesare deoarece airbagurile aveau utilitate numai în cazul coliziunilor frontale la mai

mult de 16 km/h. Numai centurile de siguranţă puteau fi de folos în coliziunile şi

loviturile laterale (deşi airbagurile laterale devin tot mai comune în prezent), coliziuni

din spate şi impacturi secundare. Chiar dacă tehnologia avansează, airbagurile sunt

totuşi utile când sunt folosite în paralel cu centura de siguranţă.

6.4.5 Dezactivarea airbagului

Având în vedere posibilitatea vătămării grave sau chiar a uciderii copiilor, sau a

persoanelor mai slab dezvoltate fizic, Asociaţia Naţională a Traficului pe Şosele din SUA

a finalizat în 1997 un set de reguli care să permită constructorilor de automobile şi

echipamente destinate acestora utilizarea unor airbaguri care să dezvolte o forţă de

umflare mai mică cu 20-35% faţă de cele standard. Ca o suplimentare, din 1998

unităţile autoservice şi dealerii pot fi autorizaţi să utilizeze comutatoare on/off pentru

unul sau cele două airbaguri frontale, dacă se încadrează în unul din următoarele grupe

de risc:

Pentru locul conducătorului şi al pasagerului din dreapta – persoane cu afecţiuni

medicale în care riscul umflării sacului depăşeşte riscul de impact în absenţa airbagului.

Pentru locul conducătorului – cei care nu pot avea o poziţie de conducere, în care să

asigure cel puţin 25 cm între piept şi centrul capacului sub care este airbagul.

Page 145: Siguranta pasiva

145

Pentru locul pasagerului din dreapta conducătorului – persoanele care trebuie să

transporte copii sub 3 ani pe scaunul din faţă.

6.4.6 Dezvoltarea sistemelor airbag

Mulţi constructori de autovehicule au răspuns statisticilor, care menţionau că 30% din

totalul accidentelor sunt coliziuni laterale, rezultatul fiind apariţia unor standarde noi în

domeniul siguranţei pasagerilor. La ora actuală strategia de declanşare a airbagurilor, în

cazul unor coliziuni frontale, este mult îmbunătăţită faţă de primele modele. Astfel sacul

se poate umfla diferenţiat (volum mic sau volum mare) în funcţie de intensitatea şocului

sau de poziţia de reglare a scaunului conducătorului sau pasagerului din faţă, Figura

6-20.

Figura 6-20 Airbagul cu umflare a sacului în trepte

Pentru a se obţine volume diferite ale sacului, în stare umflată, sunt necesare două

generatoare de gaz. În cazul sacului cu volum mic calculatorul comandă un singur

generator de gaz. Volumul sacului este limitat de nişte cusături care rezistă la presiunea

gazului. Prin declanşarea şi a celui de al doilea generator de gaz sacul se umflă la

capacitatea sa maximă. Airbagul nu se va umfla la capacitate maximă atât timp cât

poziţia scaunului conducătorului sau a pasagerului din dreapta nu este corespunzătoare.

Poziţia scaunului este detectată de calculatorul airbag cu ajutorul unui contact situat pe

şinele scaunelor.

Page 146: Siguranta pasiva

146

Strategia de declanşare a airbagurilor în caz de şoc frontal se prezintă în Figura 6-21.

Astfel airbagurile şi centurile de siguranţă se completează pentru a obţine o mai bună

repartizare a energiei de reţinere asupra ocupanţilor.

În funcţie de intensitatea şocului se declanşează:

• Sistemul pretensioner şi blocarea mecanismului retractor al centurii;

• Declanşarea airbagului frontal în forma „volum mic”;

• Declanşarea airbagului frontal în forma „volum mare”.

Sursa Renault

Figura 6-21 Strategia de umflare a airbagului în funcţie de intensitatea şocului frontal

Automobilele care oferă în serie airbaguri laterale reprezintă deja un fapt cotidian. În

1995 Audi a fost primul autoturism care era echipat cu 6 airbaguri, având pe lângă cele

două airbaguri frontale, airbaguri laterale montate în spătarul scaunelor, pentru

protecţia pasagerilor de pe bancheta faţă şi de pe bancheta din spate. Specialiştii afirmă

că munca de proiectare a airbagurilor laterale este mult mai dificilă decât pentru cele

frontale. Aceasta deoarece o bună parte din energia unui impact frontal este absorbită,

pe rând, de bara paraşoc, capotă şi motor, şi durează între 30 şi 40 de milisecunde

până când pasagerii resimt efectele coliziunii. În cazul unei coliziuni laterale, doar câţiva

centimetri şi structura portierei, despart pasagerul de obiectul cu care are loc impactul.

Aceasta impune ca airbagul lateral să se desfăşoare în 5 – 8 milisecunde.

Page 147: Siguranta pasiva

147

Sursa Audi

Figura 6-22 Elementele sistemului airbag lateral

Sistemul de airbag lateral este integrat in scaunele pasagerilor (sofer, pasgeri). Airbag-

ul lateral protejeaza zona toracică şi pelviană impotriva loviturilor cu partea laterală a

habitaclului în timpul impactului. Trebuie reamintit că în cazul unui impact lateral sunt

actionate doar airbag-urile laterale si cortina, nu şi pretensionarea centurilor de

siguranţă.

Comanda airbagurilor laterale se face de un modul electronic comun pentru airbagurile

frontale şi pentru pretensionere. De regulă se acţionează doar airbag-ul din partea din

care s-a primit semnalul de impact.

Unitatea de comandă a airbag-ului este dotată cu condensatori cu energie suplimentară

pentru declanşarea airbag-urilor laterale.

Functionarea senzorilor de impact lateral, situaţi sub scaunele din faţa pe traversele de

prindere a scaunelor, este in permanenţa monitorizată de către unitatea de comandă

airbag. Pentru declanşarea aibag-urilor laterale se folosesc generatoare de umflare gaz-

hibrid. Acestea conţin în proporţie de 95% Argon şi 5% Heliu, utilizat ca element de

protecţie împotriva îngheţului. Presiunea din butelia cu gaz este de aproximativ 200

bari.

Airbagul tip cortină, Figura 6-24, este fixat de pavilionul autoturismului, la îmbinarea cu

panoul lateral. În cazul unui şoc lateral violent va fi activat doar airbagul dinspre partea

de unde are loc impactul. Acest airbag se declanşează simultan cu airbagul lateral.

Airbag-urile cortina au generatoare de tip Gaz-Hibrid (Argon/Heliu) si aproximativ 5,5g

încărcătura pirotehnică, asigurând şi o protecţie impotriva arsurilor pasagerilor datorită

Page 148: Siguranta pasiva

148

faptului că temperatura gazelor din sac este redusă. Airbag-urile cortină se desfac mai

incet decat cele frontale sau laterale. Ele se umflă complet în aproximativ 30

milisecunde, pe când airbag-urile laterale in maxim 8 milisecunde.

Figura 6-23 Amplasarea airbagului de tip cortină

Din motive de siguranţă a pasagerilor pe o durată mai lungă, airbag-urile cortină nu

dispun de orificii pentru evacuarea gazului, ele rămânând umflate aproximativ 12

secunde.

Figura 6-24 Airbagurile de tip cortină si cele laterale în stare activată

Inginerii de la Volvo au experimentat diferite soluţii de amplasare a airbagului lateral,

dintre toate optând pentru montarea acestuia în spătarul scaunului, deoarece astfel

Page 149: Siguranta pasiva

149

sunt protejaţi pasagerii de toate taliile. Acest amplasament permite montarea unui

senzor de declanşare mecanic, în lateral faţă de perna scaunului, sub conducător,

respectiv pasager. Instalarea întregului ansamblu airbag în spătarul scaunului oferă

avantajul prevenirii desfăşurării acestuia, în cazul coliziunilor cu pietonii sau bicicliştii.

Pentru activarea airbagului lateral este necesar un impact cu o viteză de aproximativ 19

km/h.

BMW a ales soluţia de montare a airbagului lateral în uşă. Aceasta deoarece spaţiul

existent sub capitonajul uşilor permite montarea unor airbaguri de dimensiuni mai mari,

care acoperă o suprafaţă mai mare ce trebuie protejată în cazul coliziunilor. La

autovehiculele echipate cu airbaguri laterale montate în spătarul scaunelor nu se vor

utiliza huse pentru scaune.

Figura 6-25 Poziţionarea airbagurilor destinate protecţiei frontale şi laterale

Airbagurile destinate protejării capului, ITS (Inflatable Tubular Structure) , în cazul unor

coliziuni secundare sau terţiare, dinspre lateral sunt oferite de BMW pe toate modelele,

începând cu anul 1999. Acestea au forma unui „tub” şi sunt concepute pentru a sta

Page 150: Siguranta pasiva

150

umflate aproximativ 5 secunde. Lucrând concomitent cu airbagurile laterale, ITS – urile

oferă o mai bună protecţie în anumite coliziuni laterale.

Rolul airbagului este cunoscut pentru protecţia prin amortizare a capului, rolul său de

amortizor pentru torace fiind relativ nou. Tendinţa fiind de a reduce forţele în cutia

toracică, deplasarea ocupantului spre înainte devine din ce în ce mai importantă. Pentru

şocurile violente, utilizarea limitatoarelor de efort de nivel mic asociată cu un airbag

care amortizează numai capul duce la impactul toracelui cu volanul. Acesta este motivul

pentru care airbagurile protejează şi toracele. Câteva date tehnice principale ale unui

sistem airbag sunt prezentate în continuare.

Timpul de acţionare de la 15 la 50 milisecunde după începutul şocului, urmărind

condiţiile accidentului. Pragul de declanşare corespunde unui impact frontal cu 20 km/h

cu un zid de beton.

Timpul de umflare este de 30-40 milisecunde, iar cantitatea de combustibil care

declanşează umflarea este de 15 - 25 grame. Durata de viaţă este estimată la 15 ani.

6.4.7 Unitatea electronică de comandă - Arhitectură şi funcţionalitate.

Senzori utilizaţi la sistemele de siguranţă pasivă

Calculatorul central, Figura 6-27, este creierul sistemului airbag, acesta fiind sub forma

unei cutii electronice montat pe tunelul caroseriei, Figura 6-26 , având următoarele

funcţii principale:

• Captează semnalul de impact;

• Sesizează tipul impactului (frontal, lateral, rostogolire);

• Declanşează airbagurile şi pretensionerele la momentul oportun.

Datorită unui decalaj de timp între momentul producerii impactului şi variaţia

deceleraţiilor la nivelul habitaclului este necesară amplasarea unor senzori cât mai

aproape de zona de deformare. În timpul impactului structura autovehiculului se

deformează continuu, absorbind parţial energia de impact, la nivelul compartimentului

pasagerilor înregistrându-se cu întârziere fenomenul. Pe baza acestor considerente

mulţi producători de echipamente de siguranţă sunt de acord că deceleraţiile măsurate

în habitaclu nu conţin suficiente date pentru a putea fii utilizate la stabilirea unui

Page 151: Siguranta pasiva

151

algoritm de declansare a airbagurilor pentru stituaţiile variate de impact. Rezultă

necesitatea amplasării în zonele de deformaţie a unor senzori numiţi senzori sateliţi.

Aceştia sunt dublaţi de senzoriii de acceleraţie plasaţi în unitatea electronică de control,

montată de obicei pe tunelul central.

Existenţa unui singur senzor de deceleraţie montat în habitaclu atrage după sine

detectarea mai puţin exactă a impacturilor frontale în diverse configuraţii unghiulare,

precum şi posibilitatea de a se genera traume severe pasagerilor aflaţi în poziţii deviate

de la cea normală, cu trunchiul drept şi fixat strâns în scaun.

Controlul declanşării dispozitivelor airbag se fundamentează pe analiza numerică a

semnalelor primite de la senzori. Procesul decizional este dificil datorită multitudinii de

factori care conduc la variaţii asemănătoare ale semnalelor de ieşire, existând astfel

posibilitatea de a se lua decizii greşite.

Figura 6-26 Amplasarea în habitaclu a unităţii electronice a sistemului airbag

În funcţie de gradul de complexitate şi funcţiile pe care trebuie să le îndeplinească

există două generaţii de module electronice. Primul conţine doar senzorii pentru

mecanismul pretensioner şi airbaguri, sistemul de declanşare a acestora şi partea

electronică de urmărire a declanşării airbagurilor. A doua generaţie conţine un senzor

electromecanic de securitate, un decelerometru, un circuit de aprindere pentru fiecare

sistem pirotehnic, un circuit de diagnostic şi memorare a defecţiunilor detectate, o

Page 152: Siguranta pasiva

152

rezervă de energie, un circuit de comandă a unui bec martor la bord şi o linie de

diagnosticare a sistemului.

Sursa Autoliv

Figura 6-27 Procesorul sistemului airbag

Sursa Volkswagen

Figura 6-28 Conexiunile cu elementele controlate de unitatea electronică

Sistemele airbag şi pretensioner sunt echipate fiecare cu câte un senzor de

deceleraţie. Pragul de declanşare a acestora este diferit. Primul care intră în funcţiune

Page 153: Siguranta pasiva

153

este cel al pretensionerului, în cazul unui şoc de intensitate medie. Acesta este un

compus dintr-un element piezoelectric a cărui rezistenţă creşte odată cu creşterea

deformaţiei dată de masa inerţială. Prin variaţia a două tensiunii electrice în paralel

dintre punctele „A” şi „B” ale unei punţi Wheatstone se determină intensitatea

impactului, Figura 6-29. Rezistentele R1, R2, R3 si R4 se află în relaţia R1/R2 = R3/R4.

Atât timp cât rezistenţele se află în relaţia de mai sus, tensiunea ţntre punctele A si B

este UAB = 0 [V]. In urma unui impact rezistenţele se modifică, astfel încât relaţia de

mai sus nu mai este valabilă, rezultând de aici o modificare a tensiunii UAB.

Figura 6-29 Senzor piezoelectric de deceleraţie, principiu de funcţionare

Airbag-ul este activat numai in momentul in care unitatea de comanda primeste

semnal atât de la senzorul piezoelectric cât şi de la senzorul de siguranţă.

Amplasarea acestora în cadrul unităţii electronice se vede în Figura 6-30.

Page 154: Siguranta pasiva

154

Intrerupătorul de siguranţă se găseşte în unitatea electronică de comanda airbag şi

este un element de protecţie pentru cazul în care senzorul de impact se

defectează. Tensiunea din resort este astfel aleasă, încat în condiţii normale, sau

extreme de drum, airbag-ul nu se poate declanşa accidental. In cazul unui impact

frontal, datorită inertiei sale, magnetul permanent se va deplasa deasupra unui

contact Reed („I.L.S.“) şi îl va inchide.

Figura 6-30 Principalele elemente ale unei unităţi electronice de comandă a airbagului

Principiul de funcţionare a senzorului mecanic de deceleraţie se bazează pe utilizarea

unui întrerupător cu o lamelă suplă „I.L.S.” (Interrupteur a Lame Souple), Figura 6-31.

Figura 6-31 Senzorul de deceleraţie al sistemului airbag

Acesta stabileşte un contact electric atunci când este sub influenţa unui câmp magnetic.

Un magnet permanent este reţinut de un resort tarat. În cazul unei deceleraţii

importante, masa magnetului depăşeşte valoarea de tarare a resortului. Acesta se

Page 155: Siguranta pasiva

155

deplasează înspre direcţia de mers a autovehiculului şi vine spre lampa I.L.S., stabilind

contactul între lamelele lămpii.

În caz de distrugere a bateriei acumulatoare a automobilului, în cazul unei coliziuni,

senzorii dispun de o sursă autonomă de energie formată dintr-un condensator de mare

capacitate, Figura 6-30.

La bordul autovehiculelor, alături de centrala airbag există o serie de senzori care

răspund de siguranţa pasivă interioară a ocupanţilor unui autovehicul. Dintre aceştia

vom enumera pe scurt câţiva în rândurile următoare.

Figura 6-32 Amplasarea diverşilor senzori în autovehicul

Figura 6-33 Senzorul de preanunţare principiu de funcţionare

Senzorii de preanunţare a impactului reprezintă un ansamblu compus din electronica de

evaluare şi un senzor de acceleraţie capacitiv, Figura 6-33. Contrucţia senzorului de

Page 156: Siguranta pasiva

156

acceleraţie este asemănătoare cu cea a unui condensator. O armătură a

condensatorului este fixă, celelalte mobilă, funcţionând ca o masă inerţială.

În cazul unui impact masa inerţială, armătura mobilă se deplasează, modificând astfel

capacitatea echivalentă a condensatorului. Aceasta este procesată de catre electronica

de evaluare şi trimisa unităţii de comandă airbag.

Senzorii de deceleraţie laterală sunt pozitionaţi in partea frontala a scaunului soferului

sau în vecinatatea stalpului B, Figura 6-34. Aceştia au rolul de a stabili necesitatea

declansarii airbag-ului lateral. La autovehiculele dotate cu airbag-uri laterale, senzorul

de siguranţă din unitatea de comandă este de tip piezo si are un domeniu unghiular de

activitate de 360°. Senzorul mecanic este inlaturat.

Figura 6-34 Senzorul de deceleraţie laterală

Senzorii de presiune utilizaţi pentru declanşarea airbagurilor laterale sunt destinaţi

pentru a detecta schimbările de presiune care se produc în cavităţile uşilor în cazul unui

impact. Locul de montare este în interiorul portierelor autovehiculului, Figura 6-35.

Senzorul reacţionează foarte rapid la schimbarile de presiune din interiorul uşii. Aerul

este dirijat prin intermediul unor elemente catre o placă pe care se gasesc componente

electronice sensibile la schimbarile de presiune care au loc în cazul deformarii uşii ca

urmare a impactului lateral.

Senzorul măsoară continuu presiunea aerului din portieră şi dacă sesizează o crestere a

presiunii peste o valoare predeterminată, trimite un semnal unităţii de comanda airbag.

Page 157: Siguranta pasiva

157

O presiune absolută va fi sesizată de un dispozitiv construit pe două nivele, într-o

cavitate închisă. Această cavitate serveşte ca presiune de referinţă. O variaţie a

presiunii externe va determina deformarea unei membrane siliconice, care va da

naştere unei variaţii de rezistivitate. Variaţia de presiune care poate fi măsurată este în

intervalul 20 – 200 milibari. Semnalul echivalent rezultat este în plaja 160 - 180 dB.

Figura 6-35 Senzorul de presiune montat în interiorul portierei

Acest nivel de zgomot este departe de zgomotul produs de avioanele cu reacţie. Firma

Siemens a dezvoltat un set de condiţii de testare, pentru acest tip de senzori, care

includ:

• Impactul unui biciclist cu uşile laterale;

• Loviturile cu piciorul în uşi;

• Deschiderea uşilor cu obiecte rigide;

• Trântirea uşilor;

• Teste de sunet cu difuzoare puternice montate în uşi şi în afara acestora.

Page 158: Siguranta pasiva

158

Senzorul de sesizare ocupare scaun este compus din două folii. O folie din material

plastic conductor electric si una pe care sunt dispuse elementele cu polaritate pozitivă şi

negativă.

Folia conductoare electric uneşte elementele minus şi plus între ele, daca asuptra ei

acţionează o masă mai mare de 12 kg. Dacă nu se exercită presiune pe folie, rezistenţa

dintre cele două elemente este mare. Odată cu creşterea apăsării pe folie, rezistenţa

scade. Sintetic se poate spune:

• Rezistenţa scazută – Scaun ocupat.

• Rezistenţa ridicată – Scaun neocupat.

Figura 6-36 Senzorul de detactare a prezenţei ocupantului

Pentru buna funcţionare a modulului electronic şi pentru a se încadra în ansamblul

funcţional al vehiculului este necesară:

• Alimentarea cu energie electrică;

• Diagnosticarea continuă a bunei funcţionari a componentelor sale interne;

• Supravegherea funcţionalităţii perifericelor;

• Indicarea la bord a bunei funcţionări a sistemului prin existenta unei semnalizări;

• Sa fie apt de funcţionare în orice condiţii timp de 15 ani;

• Sa poată comunica cu un utilaj special de diagnosticare;

• Pilotarea a 3 sau 4 linii de declanşare în funcţie de configuraţia vehiculului.

Page 159: Siguranta pasiva

159

Calculatorul are în componenta module de programare anexă care permit:

• Recepţionarea informaţiei sistemului Detecţie Prezenţă Pasager despre

prezenţa unui pasager;

• Inhibarea eventuală a declanşării modulelor destinate pasagerului din dreapta

conducătorului în funcţie de informaţiile primite de la sistemul Detecţie

Prezenţă Pasager;

• Indicarea pentru conducător a situaţiei detectate de sistemul Detecţie Prezenţă

Pasager prin intermediul unui martor în tabloul de bord.

6.5 Siguranţa la volan. Poziţia corectă de conducere

Cercetările au demonstrat că zona de risc pentru conducător este la distanţa de 5-8 cm

de volan. Prin urmare o poziţie corectă în timpul conducerii autovehiculului necesită o

distanţă de aproximativ 25 cm măsurată între centrul volanului şi sternul

conducătorului. Aceasta se realizează prin ajustarea poziţiei la bordul autovehiculului

prin executarea următoarelor manevre:

Mutarea scaunului înspre înapoi, păstrându-se o bună poziţie de condus şi accesul uşor

la pedalier şi comenzile existente pe planşa de bord;

Bascularea uşoară înspre înapoi a spătarului scaunului;

Orientarea coloanei volanului înspre pieptul conducătorului şi nu înspre gâtul sau capul

acestuia (această manevră poate fie executată doar la autovehiculele la care se poate

ajusta poziţia volanului).

Regulile sunt diferite pentru copii. Un airbag poate răni grav sau chiar ucide un copil,

care nu este asigurat cu un sistem de reţinere, atunci când stă prea aproape sau când

este proiectat înspre planşa de bord în timpul frânării autovehiculului. Astfel pentru

protecţia copiilor pasageri ai unui autovehicul specialiştii recomandă respectarea

următoarelor reguli:

Copiii sub 12 ani trebuie să stea în autovehicul doar pe scaune speciale, amplasate pe

bancheta din spate a acestuia şi cu centura de siguranţă legată;

Page 160: Siguranta pasiva

160

Persoanele cu vârsta de până la 1 an şi o greutate de până la 9 kg nu au voie să stea în

faţă, pe scaunul din dreapta conducătorului, în autovehicule care sunt prevăzute cu

airbag lateral, nici chiar dacă sunt aşezaţi în scaune speciale;

Dacă, pentru persoanele cu vârsta mai mare de 1 an, este necesar ca acestea să stea

pe scaunul din faţă prevăzut cu un airbag lateral, ele pot sta în faţă aşezate numai în

scaune special ancorate de scaunul autovehiculului. Se recomandă ca scaunul

autovehiculului să fie deplasat cât mai spre înapoi posibil.

Page 161: Siguranta pasiva

161

7 CERCETĂRI PRIVIND SIGURANŢA PASIVĂ A PIETONILOR

7.1 Generalităţi

Sa constatat că în perioada 1990 – 1999, în România, au apărut peste 2 milioane de noi

posesori ai permisului de conducere şi aproape două milioane de vehicule, creşterea

anuală fiind aproape uniformă (în medie 7% pentru posesori de permis de conducere

10 % pentru parcul de vehicule).

Un astfel de gradient intern, concomitent cu o deschidere fără precedent a traficului

internaţional de transporturi de mărfuri a generat în mod implicit, o dinamică

ascendentă a accidentelor de circulaţie soldate cu victime şi a consecinţelor acestora.

La finele anului 1992 s-a înregistrat un prim minim al numărului accidentelor grave cu

victime, pe parcursul următorilor ani rata anuală de creştere fiind sub 7%.

Pierderile irecuperabile de vieţi omeneşti precum şi celelalte urmări, impun

necondiţionat intensificarea efortului comun pentru găsirea şi acceptarea de către toţi

participanţii la trafic a unor soluţii inteligente care să diminueze consecinţele acestui

adevărat flagel al sfârşitului de mileniu.

În scopul diagnozei accidentelor rutiere a apărut necesitatea elaborării unui nou

concept, acela de “homo-traficus”, care să facă posibilă corectarea sistematică a

cauzelor şi consecinţelor evenimentelor rutiere.

Pentru operaţionalizarea acestui concept se ia ca referinţă ipostaza umană de pieton,

pasager şi conducător auto.

Aceste status-roluri de pieton-pasager şi conducător auto şi trecerea de la unul la altul

implică existenţa unei baze efective de conştientizare a pericolelor şi riscurilor obiective

şi subiective ale fiecărei dimensiuni.

În anii 1997 şi 1998, pietonii au fost angajaţi în aproximativ 30% din accidentele din

localităţile rurale şi aproximativ 45% din accidentele grave înregistrate în mediul urban.

Page 162: Siguranta pasiva

162

În majoritatea cazurilor s-au înregistrat coliziuni la traversarea neregulamentară a

pietonilor.

Orice persoană care se deplasează pe jos pe un drum public şi este implicată în

probleme de circulaţie se numeşte pieton. Aşa cum rezultă şi din statistici problema

conflictelor autovehicul-pieton se înregistrează în mediul urban, unde odată cu

dezvoltarea oraşelor a crescut spectaculos şi traficul pietonal.

În zonele urbane jumătate din accidente se produc din cauza nerespectării regulilor de

circulaţie de către pieton.

În ciuda acordării unei atenţii sporite pe linia educaţiei rutiere, unul din zece decese la

persoane având vârsta între 5 şi 15 ani se datorează accidentelor de circulaţie. Copiii

sunt pietoni vulnerabili deoarece sunt mai greu cuprinşi în unghiul vizual al

conducătorului auto şi reciproc din poziţia lor vizuală joasă nu observă sau nu apreciază

corect mişcarea autovehiculelor. De asemenea copii dovedesc labilitate psihică şi nu au

capacitate de a aprecia corect distanţele şi vitezele de mers. Din statisticile accidentelor

de circulaţie rezultă că procentul elevilor din şcoala elementară care au decedat în urma

impactului cu autovehicule în mişcare este de trei ori mai mare decât cel al elevilor de

liceu.

De asemenea vârstnicii sunt cele mai frecvente victime dintre pietoni. Aceştia sunt

deosebit de vulnerabili datorită scăderii capacităţii lor de a observa autovehicule care se

apropie, cât şi datorită agilităţii şi vitezei de deplasare reduse pentru a evita

autovehiculele sau a traversa drumul mai alert.

În raport cu conducătorii auto, pietonii prezintă câteva caracteristici esenţiale:

Sunt mai eterogeni ca vârstă şi educaţie privind circulaţia rutieră

Sunt mai numeroşi pe unitatea de lungime sau de suprafaţă a drumurilor;

Subapreciază efectele pe care le pot produce comportamentul lor în desfăşurarea

traficului auto;

Cunosc mai puţin regulile de circulaţie şi le acordă o importanţă mai mică;

Sunt mai greu de urmărit şi constrâns pentru încălcarea regulilor şi semnelor de

circulaţie.

Page 163: Siguranta pasiva

163

Vârsta este un factor important în producerea accidentelor: pietonii foarte tineri datorită

ignoranţei iar cei vârstnici din cauza neatenţiei.

Aceste caracteristici determină o comportare imprevizibilă a pietonilor, măsurile de

protecţie şi de organizare disciplinată, corectă şi sigură a circulaţiei lor fiind mult mai

dificil de realizat. Vitezele de deplasare a pietonilor reprezintă un factor important,

mărimea reală a acestor parametrii depinzând de un număr mare de condiţii şi influenţe

obiective şi subiective.

Studiile de trafic pietonal au scos în evidenţă că viteza de mers pe jos rămâne practic

aceeaşi indiferent de tipul de drum, stradă sau caracteristicile traficului auto,

descrescând uşor cu lăţimea drumului traversat, tabelul 7.2, însă variază în limite largi

în funcţie de vârstă.

Pentru studiile de amenajare a traversărilor de drumuri şi străzi de către pietoni se

consideră că viteza de mers în lungul trotuarelor depinde de destinaţie, gradul de

aglomerare, de ambianţă, aceasta fiind în medie de 1,2 m/s (4,32 km/h).

În SUA, Rusia, Franţa şi alte ţări au fost efectuate experimentări în anotimpuri şi condiţii

de circulaţie şi meteorologice diferite pentru a determina mărimea reală a vitezei de

deplasare a pietonilor, în funcţie de vârstă, sex, modul de deplasare, când sunt sub

influenţa alcoolului etc.

De asemenea s-au făcut înregistrări cu privire la “intervalul acceptat” de către pietonii

care aşteaptă să traverseze strada şi s-a constatat ca peste 50% dintre cei observaţi s-

au oprit când distanţa de la vehiculul ce se apropie cu o viteză de aproximativ 30 km/h

este sub 25 m.

Volumul şi densitatea traficului pietonal sunt doi parametri importanţi în dimensionarea

trecerilor corecte şi analiza evenimentelor rutiere. Volumul este definit ca numărul de

persoane care trec printr-un punct dat în unitatea de timp, iar densitatea poate fi

exprimată fie prin numărul de pietoni pe metru pătrat. Volumul şi densitatea pietonilor

sunt două mărimi interdependente. Pe măsură ce densitatea scade viteza de deplasare

a pietonilor creşte şi deci volumul va fi mai mare. Volumul fluxului pietonal creşte în

timp ce suprafaţa aferentă locului de traversare descreşte pe pieton, până ce atinge un

punct critic, după care mişcarea este supusă unor restricţii datorită lipsei de spaţiu.

Page 164: Siguranta pasiva

164

Procesul de urbanizare şi dezvoltarea a localităţilor concomitent cu creşterea traficului

rutier aduce permanent în actualitate problemele de siguranţă ale pietonilor.

Studiile efectuate în numeroase ţări arată că din punct de vedere a siguranţei circulaţiei

sunt necesare trotuare în localităţile în care sunt îndeplinite condiţiile din tabelul 7.2

pentru separarea traficului auto de cel pietonal. Se consideră că lărgirea trotuarelor este

un multiplu de fâşie de 0,75 m lăţime care poate asigura un debit maxim de 35-38

pietoni/minut. Arterele principale din oraşe pot avea trotuare cu lăţimea de 4 m, dar în

zonele marilor magazine, şcolilor, stadioanelor, cinematografelor etc., lăţimea acestora

trebuie să satisfacă fluxul pe care îl aduce concentrările mari de public.

Este recomandabil ca traversările de artere de circulaţie de către pietoni să fie

amenajate atât în localităţile urbane cât şi în cele rurale. Marcarea trecerilor pentru

pietoni este obligatorie pe artere de circulaţie având intensitatea medie zilnică de 1500

autovehicule echivalente şi de cel puţin 100 pietoni pe oră. Lăţimea fâşiei de traversare

trebuie să fie cât lăţimea trotuarelor pe care le serveşte dar minim 2,5 m. Timpul

necesar traversării străzii de către grupuri de pietoni (mărimea grupului este de 3-6

pietoni în rând) tpd este dat de relaţia:

2).1(3 −++= nv

Lt

p

p

pd (7. 1)

unde

Lp = distanţa de traversare pentru pietoni (m)

vp = viteza de traversare a pietonilor (în m/s)

3 = numărul mediu de secunde necesar observării intervalului între autovehicule care ar

permite traversarea pentru primul rând de pietoni

n = numărul de grupuri de pietoni

(n-1).2 = două secunde între rânduri necesare pentru traversarea restului rândurilor (n-

1) grupuri.

Pierderea de timp Pt în procente pentru pietoni la traversarea străzii se determină cu

relaţia:

Page 165: Siguranta pasiva

165

%100⋅−

= ∑T

tTPt (7. 2)

unde T = timpul total cât au durat observaţiile

∑ t = suma timpilor ce reprezintă intervalele în care se pot efectua traversările.

Când pierderea de timp devine substanţială pietonii devin nerăbdători – în special copiii

– şi se pun în pericol încercând să traverseze prin intervale necorespunzătoare între

autovehicule. Întârzierea maximă pe care pietonii o acceptă nu trebuie să fie mai mare

decât cea reprezentată de culoarea roşie a unui semafor amplasat la trecerea marcată.

Tabelul 7.1 Viteza de mers în lungul trotuarelor

Tipul străzii Lăţimea trotuarului (m)

Debit (pieton/oră)

Viteza (m/s)

Trotuare de-a lungul străzilor de acces la stadion

3,50 1370 1,15

Trotuare pe bulevarde cu mari magazine

6,50 1200 1,05

Trotuare pe bulevarde cu mari magazine

6,75 1710 1,00

Trotuare pe străzi cu caracter comercial

5,00 800 0,90

Tabelul 7.2 Viteza de mers la traversarea străzilor cu lăţimi diferite

Numărul celor observaţi pentru viteza de (m/s):

Tipul străzii

Lăţime Strada (m)

Sex Viteza medie (m/s) 0,7-

0,8 0,8-1,15

1,1 1,45

1,451,75

1,751,85

1,85-2,0

Străzi amplasate în zona centrală

21 Masc Fem

1,40 1,30

- -

1 2

41 43

12 10

1 -

1 -

Străzi cu caracter comercial

14 Masc Fem

1,40 1,20

- 1

3 28

28 16

22 5

1 -

- -

Străzi cu caracter comercial

9 Masc Fem

1,20 1,05

1 1

31 43

25 12

3 -

1 -

- -

Tabelul 7.3 Traficul pietonal şi de autovehicule în funcţie de amplasamentul trotuarului

Amplasamentul Trafic Trafic

Page 166: Siguranta pasiva

166

trotuarului vehicule (veh/h)

pietonal (pieton/h)

30-100 150 Pe o singură parte >100 100 50-100 500

Pe ambele părţi >100 300

7.2 Evaluarea accidentelor rutiere pieton - automobil

Analizele şi studiile efectuate la nivelul Direcţiei Poliţiei Rutiere din cadrul Inspectoratului

General al Poliţiei privind dinamica accidentelor de circulaţie grave înregistrate în

perioada 1990 - 1999 relevă printre altele următoarele aspecte:

Întâlnirea dintre pieton şi automobil în conflictele rutiere se soldează de regulă cu

vătămări grave şi morţi din rândul pietonilor. În tabelul 7.4 se prezintă sintetic situaţia

accidentelor grave din 1999, cu menţionarea unui singur exemplu de cauză, respectiv

ponderea traversării neregulamentare a pietonului pe carosabilele aflate pe teritoriul

României, în funcţie de locul producerii accidentului, mediu urban, rural şi în afara

localităţilor.

Tabelul 7.4 Numărul accidentelor grave din 1999 în care au fost implicaţi pietonii şi

consecinţele acestora

Accidente grave Morţi Răniţi grav Cauza pieton

Mediu urban 3307 730 2876 42,9% Mediu rural 3752 1402 3021 27,4% Afara localităţii 787 373 697 9,2% Din care traversări neregulamentare

4496 1435 3778 57,3%

[După "Dinamica accidentelor grave de circulaţie" IGP Direcţia Poliţiei Rutiere]

Cu datele din tabelul 7.4 se poate calcula tributul, care pare incredibil în vieţi omeneşti

pentru un singur an (820 morţi) dar şi efortul suplimentar (3778 răniţi grav), cu care

sunt solicitate instituţiile societăţii. Evaluarea valorică a pierderilor rezultate în urma

unui accident rutier pieton - autovehicul constituie deci o necesitate obiectivă.

Page 167: Siguranta pasiva

167

Pentru realizarea unor amenajări privind siguranţa circulaţiei la cost redus, apare

necesitatea stabilirii ordinii de prioritate a intervenţiilor pe baza analizei “costuri-

avantaje”, introducând criteriul de eficienţă la întocmirea programelor de lucru.

Categoriile de cheltuieli legate de accidente sunt următoarele:

• Cheltuieli medicale, pagube materiale şi pierderi pentru societate;

• Cheltuieli administrative (poliţe, asigurări etc.);

• Evaluarea suferinţei personale;

• Pagube ca urmare a unor accidente uşoare, cu pierderi materiale reduse, care nu

apar în rapoartele statistice ale poliţiei;

• Pretium vivendi = preţul vieţii, calculat pe baza valorii acordate timpului mediu

de viaţă.

Toate ţările iau în considerare cheltuielile din primele două categorii, iar unele ţări iau în

considerare şi unele din celelalte categorii de cheltuieli.

Există două modalităţi de evaluare: Orientativă şi Estimativă.

7.2.1 Metoda orientativă

Pentru aplicarea experimentală, în ţara noastră, în prima fază, elaborată în anul 1994,

s-au adoptat coeficienţi la valori medii, care s-au inclus în formula de calcul utilizată pe

plan european, la care s-au luat în considerare următoarele definiţii:

“mort” = când decesul a intervenit în primele 30 de zile după accident;

“rănit grav” = rănire care necesită spitalizare imediată;

“rănit uşor” = celelalte cazuri de rănire, care nu se încadrează în categoriile de mai sus.

În aceste condiţii, a rezultat următoarea formulă de calcul:

C = PNB (25,1D + 1,64R + 0,25r) (7. 3)

în care:

PNB = produsul naţional brut pe cap de locuitor (exprimat în lei sau USD) ;

D = numărul de persoane decedate în accident;

Page 168: Siguranta pasiva

168

R = numărul de persoane rănite grav în accident;

r = numărul de persoane rănite uşor în accident.

Rezultatul este exprimat în aceleaşi unităţi monetare în care este exprimat PNB.

Acest mod de calcul intră în categoria celor cu aplicabilitate rapidă şi poate servi la

evaluări de ansamblu, cu caracter informativ, valorile bazându-se pe criterii medii, care

nu reflectă cu exactitate situaţia într-un caz particular.

7.2.2 Metoda estimativă

Această metodă, deşi nu este riguros exactă, prezintă un grad mai mare de precizie

decât metoda orientativă datorită datelor suplimentare introduse în formulă, cu

aplicabilitate pentru cazuri concrete.

Echivalentul pagubelor pentru o persoană decedată, Epd, se calculează cu relaţia:

Epd = PNB (Vv – X) + 12 Cu (Vm – Va) + CMS (7. 4)

în care:

PNB = produsul naţional brut (în lei sau USD) pe locuitor;

Vv = durata în ani a speranţei de viaţă;

X = vârsta persoanei decedate în momentul accidentului;

Cu = cuantumul lunar al pensiei datorate moştenitorilor;

Vm = vârsta până la care pensia aceasta este acordată celor în drept;

Va = vârsta celor în drept, la data încasării primei pensii (în calcule, pensiile lunare se

cumulează cu cele anuale);

CMS = cheltuieli medicale (de spitalizare etc.) din faza accidentului.

Prin aceasta se pot stabili şi pierderile datorate accidentelor pe întreaga ţară. Astfel,

pentru anul 2006, la un PIB = 10000 USD/locuitor şi un număr mediu statistic de

0,3018 persoane decedate/accident; 0,9135 persoane rănite grav/accident şi 0,025

persoane rănite uşor/accident, rezultă un cost mediu pentru un accident la nivelul

anului 2006: C = 129.000 dolari. Legat de aceste calcule, putem preciza, cu titlu

Page 169: Siguranta pasiva

169

informativ, că în Franţa, pierderile materiale şi umane rezultate din accidente în anul

1990 au reprezentat cca. 1,4% din produsul naţional brut, iar în anul 1992 acest

procent s-a ridicat la 1,9%.

Din informaţiile despre accidentele descrise mai sus, diverse organizaţii, peste tot în

lume, au stabilit un program de cercetare şi dezvoltare în scopul de a reduce

consecinţele rănirilor în urma coliziunilor autovehicul - pieton. Contactele la care se face

referire sunt impactul capului cu capota, aripa şi acoperişul; impactul toracelui cu partea

frontală a autovehiculului, capota şi aripa; şi impactul piciorului cu bara de protecţie şi

partea frontală a autovehiculului. Strategia este similară pentru toate cele trei regiuni

ale corpului. Pentru început este conceput un experiment de simulare a impactului, fapt

ce implică construirea unui dispozitiv de testare a componentelor şi dezvoltarea sau

confirmarea criteriilor asociate vătămării. În continuare componentele echipamentului

de testare sunt folosite la evaluarea şi identificarea configuraţiei autovehiculului care

provoacă vătămările cele mai uşoare. În final, dacă sunt necesare, sunt aduse

modificări structurale la autovehicule pentru a demonstra eficacitatea acestora în

diminuarea gravităţii leziunilor.

7.3 Evaluarea leziunilor. Scara AIS – Abreviated Injury Scale

Scala de evaluare a vătămărilor (AIS) este un sistem de evaluare pentru codificarea

vătămărilor singulare şi reprezintă fundamentul pentru metodele de evaluare a leziunilor

multiple sau pentru evaluarea efectelor cumulative a mai mult de o vătămare. Acestea

includ MAIS3, ISS4 si PODS5.

În timp scala a fost revizuită si actualizată vis-a-vis de gradul de supravieţuire astfel că

în prezent oferă o modalitate precisă de clasificare a severităţii vătămărilor. Ca un scurt

istoric al evoluţiei scalei AIS putem aminti, în ordine cronologică:

• 1976 – clarificarea terminologiei vătămărilor;

• 1980 – revizuirea secţiunii “creierului”;

• 1985 – introducerea vârstei (< 15) pentru unele descrieri;

• 1990 – revizuire si extindere majoră pentru corelarea cu auditul şi cercetarea

medicală. Versiunea poartă numele AIS90;

Page 170: Siguranta pasiva

170

• 1998 – apar următoarele:

• adăugiri asupra regulilor de codificare;

• clarificarea codificărilor privind vătămările la nivelul epidermei;

• includerea gradaţiei pentru OIS (Organ Injury Scale - Scala de evaluare a

vătămărilor organelor interne);

• 2004 – revizuire cu adăugarea codificărilor ortopedice. Versiunea poartă numele

AIS2004.

Scara este clasificată astfel :

• OAIS (Overall AIS – Scala generală de evaluare a vătămărilor);

• MAIS - AIS maxim;

• TOAIS (Trauma Outcome AIS);

• EXAIS (Extremities AIS – Scala de evaluare a vătămărilor la nivelul extremităţilor:

nas, urechi, falange, (meta)carpiene, (meta)tarsiene);

• SPAIS (Spinal AIS – Scara de evaluare a vătămărilor la nivelul coloanei

vertebrale);

• ABAIS (Abdominal AIS – Scara de evaluare a vătămărilor la nivelul abdomenului);

• SURAIS (Surface AIS – Scala de evaluare a vătămărilor la nivelul tegumentului:

arsuri, etc.).

Evaluarea generală a vătămărilor pentru regiunile corpului este realizată conform scalei

AIS, iar nivelul de vătămare este evaluat de la valoarea 1 la valoarea 6 dupa corelaţia

din Tabelul 7.5.

Vătămările cu un grad AIS 3 sunt considerate tolerabile, dar de la nivelul AIS 4

standardele de securitate încearcă să elimine efectele. Nivele ale scalei AIS au fost

dezvoltate pentru fiecare regiune a corpului. După cum se poate observa în tabel,

severitatea vătămărilor crește exponenţial odată cu clasa. Acest lucru devine vizibil

odată cu trecerea de la AIS 3 la AIS 4.

Page 171: Siguranta pasiva

171

Tabelul 7.5 Scala AIS

Codul AIS Gradul de vătămare Șansa de supraviețuire

1 Usoare 100%

2 Moderate 99,6% - 99,9%

3 Serioase, dar fără punerea vieții în

pericol

97,9% - 99,2%

4 Severe, cu punerea vieții în pericol 89,4% - 92,1%

5 Stare critică. Supraviețuire nesigură 41,6% - 46,9%

6 Gravitate maximă 0%

Figura 7-1 Distribuţia severităţii leziunilor (a), Distribuţia vătămărilor pe regiuni ale corpului (b)

7.4 Studiul leziunilor la nivelul capului

Protecţia capului împotriva loviturilor prezintă un mare interes. Vătămările creierului, a

cutiei craniene şi ale ţesuturilor care o acoperă pot fi provocate de o varietate de

mecanisme. Vătămările cuprind sfâşieri, abraziuni, fracturi şi alte forme de distrugere a

ţesuturilor. Acestea sunt aproape întotdeauna cauzate de mişcări excesive ale unei părţi

a capului relativ la alta. Sfâşierea scalpului este efectul unor acţiuni mecanice de tăiere

care separă diferite părţi alăturate ale acestuia. Fractura craniului apare atunci când

structura osoasă a cutiei craniene este supusă unor eforturi de încovoiere mai mari

Page 172: Siguranta pasiva

172

decât poate suporta fără să se rupă. Contuzia creierului reprezintă o zonă de colectare a

sângelui cauzată de ruperea vaselor sangvine care au fost solicitate la întindere prea

puternic.

Curba de toleranță este dificil de aplicat la impulsurile complexe acceleraţie-timp din

cauza nesiguranţei în determinarea acceleraiei și timpului efective. Pentru a depăși

aceasta problema, Gadd a stabilit un criteriu pentru impulsul determinat avind ca scop

stabilirea unui indice de severitate (SI).

∫=T

ndtaSI

0

(7. 5)

unde:

a = acceleraţia măsurată în g;

n = 2,5, factor de determinare pentru impact la nivelul capului;

T = durata impuls t = timp în secunde.

Factorul de determinare de 2,5 se bazează în primul rând pe aproximarea pantei liniei

drepte a curbei de toleranţă trasate pe hârtie logaritmică intre 2,5 și 50 milisecunde.

Gadd a propus o valoare a toleranţei de 1000 ca prag al contuziilor în cazul impactului

frontal. Aceasta valoare de toleranţă a fost recunoscută în primele versiuni ale

regulamentelor americane FMVSS 208. S-a specificat totuşi că Indexul de Severitate

urma să fie calculat folosind acceleraţia rezultantă măsurată la nivelul capului, în loc de

acceleraţia uniaxială măsurată pe zona occipitală a capului, în direcţia de lovire, aşa

cum s-a folosit de către Gadd. Pentru lovituri distribuite sau non-contact la cap, Gadd a

indicat ca valoare prag, valoarea 1500. Este interesant faptul ca primele aplicaţii cu

acest coeficient au fost realizate în domeniul sportiv, prin proiectarea căştilor de

protecţie astfel ca SI la contactul jucătorilor să fie mai mic de 1500.

În urma analizei curbei realizată la Universitatea Wayne şi a indicelui de severitate a

apărut un nou criteriu de evaluare a vătămării capului HIC (Head Injury Criterion):

( )12

5.2

12

2

1

)(1

ttdttatt

HIC

t

t

−⋅

−= ∫ (7. 6)

Page 173: Siguranta pasiva

173

unde:

• t2 şi t1 sunt valorile finale, respectiv iniţiale ale intervalului de timp luat în

considerare în timpul impactului, dar nu mai mare de 36 ms, alese astfel încât să

maximizeze valoarea HIC;

• a(t) reprezintă acceleraţia rezultantă în centrul de masă al capului.

Pentru protejarea împotriva acestor tipuri de vătămări se pot adopta diferite moduri de

abordare. Două dintre acestea sunt: realizarea capitonărilor şi distribuţia încărcărilor. Un

impact al capului poate cauza deformarea craniului şi, chiar dacă nu apar fracturi,

ţesuturile creierului pot fi vătămate sub influenţa deformării acestuia. Chiar dacă craniul

nu este solicitat la încovoiere tot vor apărea deformări ale creierului. Minimizarea

acestor denaturări este obiectivul protecţiei capului. În urma studiiilor de caz efectuate

de-a lungul anilor s-a stabilit o corelaţie între valoarea HIC şi gravitatea leziunilor pe

scala AIS.

Figura 7-2 Corelaţia HIC - AIS

7.4.1 Cinematica şi dinamica impactului

Înţelegerea cinematicii interacţiunii autovehicul - pieton este importantă când se

examinează vătămările capului datorită influenţei lor în gravitatea impactului. Simulări

ale accidentelor pietonale au fost efectuate cu cadavre, manechine antropometrice şi cu

ajutorul calculatorului, fiecare dintre aceste metode având un anumit nivel de succes.

Cadavrele au reprezentat majoritatea înlocuitorilor pentru studiul cinematicii impactului

dintre autovehicule şi pietoni. Experimente efectuate cu acestea arată că mişcarea

pietonului este foarte “fluidă” când acesta este lovit de un autovehicul, acesta urmărind

Page 174: Siguranta pasiva

174

îndeaproape conturul părţii frontale şi al capotei. Dezavantajele cadavrelor sunt

limitarea “disponibilităţii” lor şi repetabilitatea, cuplată cu dificultatea instrumentării şi a

conducerii procedurilor.

Anumite experimente cu cadavre sunt menţionate în literatura de specialitate.

Cercetătorii compară răspunsul dinamic al experimentelor efectuate cu cadavre, cu cel

obţinut în experimentările cu manechine antropometrice. Alţii relatează despre

numeroase măsurări ale acceleraţiei segmentelor de corp provenind de la cadavre şi

manechine.

Manechinele antropometrice au fost utilizate şi ele pentru a studia cinematica

pietonului. Cele utilizate sunt în general versiuni modificate ale dispozitivelor utilizate

pentru evaluarea securităţii ocupanţilor unui autovehicul. Durabilitatea şi disponibilitatea

manechinelor permit teste mult mai ample decât e posibil să se efectueze cu cadavre.

Totuşi , filmele de mare viteză ale impacturilor pietonilor, utilizând manechine, arată că

părţile corpului acestora apar ca fiind prea inflexibile pentru a reproduce cu acurateţe

fenomenul complex al coliziunii. După contactul iniţial cu bara de protecţie a vehiculului

care loveşte, manechinul tinde să se rotească în jurul centrului său de greutate şi

membrele inferioare ricoşează din bara de protecţie. Deşi cinematica manechinului

diferă substanţial faţă de cea a cadavrelor, totuşi aceste experimente au fost

încununate de succes.

Un corp va fi accelerat atunci când o forţă F este aplicată asupra sa. În timpul

impactului, acceleraţia apare datorită forţelor generate de impactul corpului cu diferite

părţi ale autovehiculului. Dacă corpul nu este deformabil, relaţia între forţă şi acceleraţie

este binecunoscuta relaţie:

amF ⋅= (7. 7)

unde m este masa corpului.

Un corp rigid va căpăta o acceleraţie unghiulară dacă asupra sa va acţiona un moment

T. În timpul coliziunii, acceleraţiile unghiulare apar datorită generării unui moment.

Acesta este de regulă asociat cu impacturile care au componente ale forţelor ce

generează mişcări de rotaţie. Relaţia echivalentă pentru mişcarea de rotaţie este:

α⋅= IT (7. 8)

Page 175: Siguranta pasiva

175

unde T este momentul aplicat, I momentul de inerţie a corpului iar α este acceleraţia

unghiulară.

În timpul impactului datorită forţei aplicate, F, acceleraţia capului se modifică, deci şi

viteza sa se va schimba. Ca urmare el va poseda o anumită energie la un moment dat.

Trebuie reţinut că procesul de transfer de energie se desfăşoară în timp iar capul nu

este un corp rigid.

În timpul desfăşurării procesului de schimb de energie capul se poate deforma sub

acţiunea forţei aplicate şi suferă vătămări. Din fizica elementară se ştie că energia nu

poate fi distrusă. Astfel când energia cinetică a unui corp se schimbă, ea se transformă

practic în altă formă de energie. Energia de deformare este cel mai adesea considerată

a fi “absorbită”. Principiul de bază al protejării pietonului este de a reduce forţele care

pot vătăma, prin absorbirea unei părţi a energiei cinetice a acestuia. Aceasta se poate

realiza prin deformarea sau distrugerea unor anumite părţi ale autovehiculului cu care

pietonul intră în contact.

Dacă în mişcarea sa capul loveşte unele obiecte, iar acestea absorb o parte din energia

cinetică, forţele de impact vor fi mai mici. Problemele care se pun sunt: câtă energie

poate prelua un corp care se deformează, şi care este forţa necesară pentru a produce

acea deformaţie.

O relaţie simplificată a legăturii între energia cinetică a corpului şi spaţiul necesar pentru

absorbirea energiei este:

2

2vmdF

⋅=⋅ (7. 9)

unde d este distanţa necesară pentru oprirea corpului, F forţa medie care apare în

timpul impactului, v este viteza corpului înainte de impact. Este uşor de înţeles că

pentru protejarea capului trebuie să avem valori cât mai mici pentru F şi deformaţii cât

mai mari ale componentelor autovehiculului.

În final, modele matematice pe computer, bazate pe dinamica corpurilor rigide, au fost

utilizate pentru simularea impactului dintre autovehicule şi pietoni. Astfel, analize care

au utilizat programe comerciale precum şi modele specifice sunt întâlnite în literatura de

specialitate. Alţi cercetători au examinat eficacitatea unui model bidimensional cu grade

de complexitate diferite. Programe comerciale precum MADYMO, PC CRASH, au fost

Page 176: Siguranta pasiva

176

utilizate pentru a crea modele bidimensionale, ale pietonului, care au două, cinci şi

şapte regiuni rigide ale corpului, precum şi un model tridimensional al cărui corp este

compus din nouăsprezece segmente, Figura 7-3. Rezultatele testelor au fost comparate

cu cele obţinute în urma experimentării cu manechine.

Figura 7-3 Modele matematice pentru simularea corpului pietonului

Din nefericire, majoritatea modelelor de pieton se bazează în mare pe caracteristicile

manechinelor, şi ca urmare rezultatele simulărilor sunt încă limitate ca acurateţe. O

excepţie este întâlnită în lucrările lui Hoyt şi Chu, care au folosit o versiune

bidimensională a lui MADYMO pentru a dezvolta un model pentru pieton adult cu nouă

segmente [55].

7.4.2 Simularea impactului capului

Metodele de testare pe componente par a fi practic cele mai bune soluţii pentru

evaluarea potenţialului de vătămare rezultat în timpul impactului dintre o parte a

corpului şi suprafaţa autovehiculului. Testele realiste pe componente, simulând impactul

capului pietonului cu capota autovehiculului, pot fi îmbunătăţite dacă se cunoaşte viteza

de impact a capului pietonului. Traiectoriile capului şi vitezele rezultate la impactul cu

suprafaţa autovehiculului au fost determinate în studiile cinematicii pietonului. În Figura

7-4 este prezentat un exemplu de traiectorie, a capului, realizată în teste efectuate cu

cadavre. Viteza impactului cap – capotă, raportată la viteza impactului iniţial autovehicul

– pieton, variază între 0,7…0,9.

Interesant este faptul că viteza maximă a capului a fost înregistrată înainte de

momentul impactului dintre acesta şi capota autovehiculului. În experimentele efectuate

Page 177: Siguranta pasiva

177

de cercetătorii Europeni viteza medie de impact a capului variază în limitele 1,0…1,37

[55].

Sursa Nahum, A.M., Melvin, J.W. Accidental Injury

Figura 7-4 Traiectoria capului pietonului în funcţie de timp obţinută în urma testelor cu cadavre

Viteza mai mare, în studiile europenilor rezultă probabil datorită unor autovehicule

utilizate, mai mici decât cele utilizate de cercetătorii americani. Ca o consecinţă, capul

cadavrelor nu a izbit capota autovehiculului ci mai degrabă parbrizul. La testele cu

manechine s-au obţinut viteze ale capului similare ce cele măsurate la cadavre.

Modelele pentru calculator, au furnizat valori ale localizării punctului de impact, fără

variaţia observată în cazul testelor cu manechine. Totuşi, viteza de impact a capului, la

modelul bidimensional, a fost mai mare decât cea obţinută în experimentele efectuate

cu manechine. Modelul tridimensional a furnizat viteze ale capului mai apropiate de

realitate, care au sugerat că rotaţia corpului pietonului, in jurul unei axe imaginare ce

trece prin coloana vertebrală şi interacţiunea braţ - capotă, a afectat viteza de impact a

capului. Hoyt şi Chu au realizat un model format din opt segmente ale corpului,

reprezentând un copil, ale cărui rezultate sunt foarte rezonabile şi în general agreate în

descrierea rapoartelor accidentului. Raportul mediu al vitezei de impact a capului cu

viteza iniţială de impact a autovehiculului, în aceste reconstituiri a fost de 0,9 [55].

Un cap rigid, capabil de a produce viteza de impact măsurată la pietoni a fost dezvoltat

de Pritz, de Brooks şi alţii. El conţine aparatura pentru măsurarea acceleraţiei.

Dispozitivele de testare au fost utilizate la reconstituirea avariilor vehiculului, observate

în timpul desfăşurării accidentelor care implică impactul capului, pentru a confirma

Page 178: Siguranta pasiva

178

fezabilitatea reproducerii în condiţii de laborator. Un număr semnificativ de accidente în

care au fost implicaţi pietoni adulţi au fost reconstituite pentru aflarea legăturii între

criteriile de vătămare măsurate şi gravitatea reală a vătămării. Există o legătură între

severitatea vătămării, exprimată ca AIS-ul maxim, probabilitatea de deces (POD) şi

criteriul de vătămare a capului (HIC). Aceasta verifică faptul că o valoare a HIC de 1000

este un indicator exact al pragului de vătămare serioasă (AIS = 3 şi POD = 7%), şi HIC

de 1500 pare a fi un prag de vătămare severă (AIS = 4…5, POD = 26%).

7.4.3 Evaluarea potenţialului de vătămare a capului

Metoda de testare a componentelor la impact a fost folosită la evaluarea potenţialului

de vătămare rezultat din impactul cu autovehicule cu diverse caracteristici. Deoarece

viteza de impact pentru mai mult de 90% din accidentele pietonale este sub 48 km/h, şi

deoarece raportul dintre viteza de impact a capului şi viteza de impact autovehicul -

pieton este aproximativ 0,9 în SUA, majoritatea componentelor testate au fost încercate

la viteze de impact mai mici de 40 km/h. Potenţialul severităţii vătămării la impactul

experimental a fost evaluat în principal cu HIC. Performanţe bune sunt indicate la

simulări de coliziuni cu pietoni care dau valori ale lui HIC mai mici decât 1000.

Figura 7-5 Împărţirea capotei în zone cu potenţial de vătămare diferit

Rezultatele obţinute în urma testării la impact a componentelor sugerează că suprafaţa

frontală a autovehiculului poate fi caracterizată de trei zone cu potenţial diferit de

vătămare. Centrul capotei este definită ca suprafaţa încadrată la mai mult de 150 mm

Page 179: Siguranta pasiva

179

de orice muchie a capotei. Aria capotă - aripă include suprafaţa capotei limitată la 150

mm de muchii precum şi partea de sus a cadrului aripii. Suprafaţa din spate a capotei

este cuprinsă între baza mare a parbrizului şi o linie imaginară la 150 mm înaintea

muchiei din spate a capotei. Datele accidentelor arată că punctul de impact al capului

pietonului este distribuit complet uniform în limitele acestor regiuni.

Impacturile cu partea centrală a capotei produc o largă variaţie a HIC - ului şi rezultă

valori ale POD – ului ca în celelalte două zone. Unele capote par a oferi o bună protecţie

a capului. Ca o consecinţă, au fost dezvoltate teste detaliate pentru suprafaţa centrală a

capotei. Capotele câtorva autoturisme, autocamioane uşoare şi autoutilitare au fost

analizate în amănunţime. Reduceri considerabile ale gradului de vătămare pot fi

realizate dacă suprafeţele centrale ale capotelor autovehiculelor sunt similare cu acele

care produc valori reduse ale HIC – ului. Aria din spate a capotei generează totuşi

impacturi mai severe decât cele produse în zona centrală a acesteia.

Efectul punctului de impact asupra

vătămării, în funcţie de viteză

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 100 200 300 400 500

Distanţa faţă de muchia din spate a

capotei

HIC

Vit_1

Vit_2

Figura 7-6 Efectul punctului de impact asupra severităţii vătămării, măsurată în HIC

Figura 7-6 ilustrează faptul că impactul în interiorul ariei din spate a capotei produce

valori mai mari ale HIC – ului decât în aria centrală. Impacturile produse în interiorul

ariei capotă - aripă produc valori mai mari ale HIC – ului decât toate cele produse în

celelalte zone ale capotei definite mai sus.

Page 180: Siguranta pasiva

180

Zonele caracteristice autovehiculului care afectează severitatea impactului cuprind

spaţiul între suprafaţa capotei şi componentele din compartimentul motor, materialul

din care este fabricată capota şi structura de ranforsare a capotei.

Rezultatele experimentale sugerează că pentru viteze de impact cuprinse între 30 şi 45

km/h, capul trebuie să determine deplasări dinamice între 58 şi 76 mm ale suprafeţei

capotei, pentru a menţine valori ale HIC – ului mai mici decât 1000. Deplasările

dinamice pot depăşi spaţiile disponibile de sub capotă dacă componentele

compartimentului motor nu sunt montate rigid. În majoritatea cazurilor, aceste

componente sunt rigide şi masive în comparaţie cu capul pietonului şi materialul din

care este fabricată capota. Aceste observaţii sugerează că impactul capului pietonului

cu cadrul exterior, care asigură un spaţiu mai mare de 58 mm faţă de cea mai apropiată

componentă din compartimentul motor, poate produce doar potenţiale vătămări minore.

Materialele pot fi clasificate în două mari categorii: plastice şi elastice. Dacă materialul

este plastic, el nu-şi recapătă forma în urma deformaţiilor care apar în timpul coliziunii.

La o comprimare totală a materialului viteza de deformare este zero. Se poate spune că

întreaga energie cinetică a fost disipată (absorbită). Materialul este elastic dacă în urma

impactului el îşi va recăpăta forma iniţială. În acest caz nu mai poate fi vorba de o

energie absorbită, iar capul îşi va recăpăta viteza iniţială în direcţie opusă. Forţa maximă

dezvoltată nu se modifică, dublându-se însă timpul cât aceasta acţionează.

Majoritatea materialelor existente nu sunt nici perfect elastice, nici perfect plastice ci

undeva în acest interval. Dacă durata de aplicare a forţei este obiectivul urmărit, vor fi

utilizate cu precădere materiale plastice. Dacă materialul supus acţiunii forţelor trebuie

să poată fi folosit în repetate rânduri se vor folosi materiale care-şi recapătă forma în

urma încărcărilor. Cel mai bun material ar fi unul care se deformează plastic, apoi îşi

recuperează încet forma şi tăria şi este capabil să reziste unor încărcări ulterioare.

Forţa care apare la lovirea unui material depinde nu numai de deformaţia materialului

sub acţiunea forţei ci şi de mărimea suprafeţei pe care acţionează aceasta şi de tăria

intrinsecă a acestuia.

Materialul capotei influenţează de asemenea severitatea vătămării. Rezultatele testelor

demonstrează că foaia convenţională din tablă de oţel a capotei şi aripii absoarbe

energia de impact a capului, producând forţe mici şi ca atare valori scăzute ale HIC –

Page 181: Siguranta pasiva

181

ului. A fost testată o capotă de aluminiu, aceasta prezentând caracteristici aşteptate de

absorbţie a energiei. Deplasările dinamice mari observate în acest test au sugerat

nevoia de mai mult spaţiu sub capotă. Lovirea câtorva capote fabricate din fibre

compozite indică faptul că unele capote prezintă caracteristici slabe de absorbţie a

energiei şi sunt considerate mai rigide decât majoritatea capotelor din oţel. În

consecinţă, ameninţarea unor vătămări severe ale capului este mai mare la impactul cu

capotele fabricate din materiale plastice compozite, decât în cazul unei capote

convenţionale din oţel. Structura de ranforsare a capotei afectează, la rândul ei,

severitatea vătămării capului la impactul cu capota. Testele efectuate cu două vehicule

cu aspect exterior aproape identic din punct de vedere geometric şi cu structuri de

ranforsare diferite au arătat că vehiculul cu structura de ranforsare mai “solidă”, Figura

7-8, a produs vătămări mai grave decât cel cu structura de ranforsare mai uşoară,

Figura 7-7. Deşi spaţiul de sub capotă diferă la cele două autovehicule, diferenţa de

performanţă a fost atribuită în primul rând structurii diferite de ranforsare a capotei.

Din experienţele întreprinse de diferiţi cercetători a reieşit că materialele metalice

supuse unei sarcini exterioare îşi pot schimba forma şi dimensiunile, respectiv se pot

deforma. Până la o anumită valoare a sarcinii, corpul metalic îşi recapătă forma şi

dimensiunile iniţiale, după îndepărtarea forţei ce a produs deformarea. În acest caz se

consideră că materialul metalic a fost supus deformării elastice, respectiv corpul se

comportă elastic în timpul deformării. Efortul unitar corespunzător valorii minime de la

care corpul metalic nu se mai comportă elastic se numeşte limită de elasticitate.

Figura 7-7 Capotă cu structură de ranforsare mai puţin rigidă

Page 182: Siguranta pasiva

182

Figura 7-8 Capotă cu structură de ranforsare rigidă

Dacă prin mărirea valorii sarcinii de deformare se depăşeşte limita de elasticitate a

materialului metalic din care este constituit corpul supus deformării, acesta va

prezenta după îndepărtarea sarcinii o deformare permanentă numită deformare

plastică. Acest fenomen se poate observa pe diagrama tensiune-deformare plastică

dată de Hooke în care se disting trei zone:

I - domeniul deformaţiilor elastice;

II - domeniul deformaţiilor plastice;

III - domeniul deformaţiei de rupere.

Plasticitatea materialelor metalice reprezintă capacitatea acestora de a se deforma

plastic, respectiv de a-şi schimba permanent forma şi dimensiunile iniţiale sub

acţiunea unor forţe exterioare fără a-şi distruge integritatea structurală. Ea este

influenţată de următorii factori:

- factori caracteristici materialului corpului supus deformării:

• compoziţia chimică;

• structura;

- factori caracteristici condiţiilor de deformare:

• temperatura de deformare;

• viteza de deformare;

• gradul de deformare;

• starea de tensiune aplicată;

• starea de deformare rezultată.

Page 183: Siguranta pasiva

183

Din cercetările întreprinse s-a constatat că metalele pure sunt mai plastice decât

aliajele lor, deoarece prezenţa unor atomi străini în reţeaua de bază produce

distorsionarea acesteia îngreunând astfel procesul de alunecare pe planele de

densitate atomică maximă şi ca atare corpul metalic se va deforma mai greu. De

asemenea aliajele monofazice sunt mai plastice decât cele polifazice.

Deci compoziţia chimică a aliajelor influenţeză plasticitatea acestora atât prin natura

şi repartiţia elementelor de aliere în masa metalului de bază, cât şi prin

transformările de fază pe care le produce.

Astfel, în cazul oţelurilor, prin creşterea conţinutului de carbon în masa de bază a

fierului (caracterizat printr-o plasticitate ridcată), plasticitatea la deformarea la rece

scade continuu. Plasticitatea oţelului cu un conţinut de carbon de până la 1,2 – 1,4

% în intervalul de temperatură corespunzător domeniului austenitic este suficient de

ridicată, apropiindu-se de plasticitatea fierului. Mărindu-se conţinutul de carbon

peste 1,4 %, plasticitatea oţelurilor carbon scade simţitor atât datorită creşterii

numărului de atomi străini în reţeaua de bază, cât şi micşorării intervalului de

temperatură în care oţelul se găseşte în stare austenitică. În acest caz, la

temperaturi înalte, plasticitatea scade din cauza supraîncălzirii (oţelul începe să se

topească), iar la temperaturi mai joase plasticitatea scade din cauza trecerii din

structura monofazică în structura bifazică.

Dintre elementele chimice care influenţează plasticitatea materialelor metalice se

pot aminti:

• manganul – influenţează în mod favorabil plasticitatea oţelurilor nealiate, ca

urmare a formării împreună cu sulful din oţel a sulfurii de mangan, evitând astfel

formarea sulfurii de fier care topindu-se la temperatură mai joasă şi fiind dispusă la

marginea grăunţilor, produce fragilitatea la cald a oţelurilor. În cazul când manganul

constituie un element de aliere, prezenţa lui produce micşorarea plasticităţii oţelului,

în special ca urmare a faptului că oţelurile manganoase sunt foarte sensibile la

încălzire;

• siliciul – în cantitate de până la 0,3 % în compoziţia oţelurilor carbon nu

influenţează practic plasticitatea acestora la deformarea la cald, găsindu-se în oţel

Page 184: Siguranta pasiva

184

dizolvat în soluţia de ferită. În cazul oţelurilor aliate la care siliciul se găseşte în oţel

şi sub formă de SiO, plasticitatea la cald scade simţitor;

• fosforul – în oţeluri influenţează plasticitatea acestora la temperaturi înalte în

măsură foarte mică, în timp ce la temperaturi joase reduce plasticitatea foarte mult

producând fenomenul de fragilitate la rece;

• oxigenul – în oţeluri ca şi sulful provoacă fragilitate la cald, drept care conţinutul

său în oţeluri trebuie să fie cât mai mic;

• hidrogenul – în oţeluri reduce plasticitatea cu atât mai mult cu cât conţinutul său

este mai mare. De asemenea, hidrogenul este elementul care provoacă apariţiea

fulgilor în oţeluri intensificând şi segregarea carbonului şi a altor elemente în timpul

splidificării lingourilor. Din aceste motive se recomandă ca conţinutul de hidrogen să

fie minim;

• azotul – în oţeluri se găseşte sub formă de nitruri, care dacă nu depăşeşte 0,015

% plasticitatea oţelului nu este influenţată. În cazul în care concentraţia nitrurilor

depăşeşte 0,03 % plasticitatea la cald a oţelurilor scade foarte mult, devenind

fragile;

• nichelul – măreşte plasticitatea oţelurilor simultan însă şi cu creşterea rezistenţei

lor la deformare;

• cromul – în oţeluri micşorează plasticitatea, dar măreşte rezistenţa la deformare a

acestora;

• molibdenul – măreşte atât rezistenţa, cât şi plasticitatea, însă micşorându-se

conductibilitatea termică face ca oţelurile să fie sensibile la supraîncălzire;

• vanadiul – în oţeluri nu influenţează practic plasticitatea acestora, însă are

avantajul că le micşorează sensibilitatea la supraîncălzire;

• wolframul – reduce atât plasticitatea oţelurilor, cât şi conductibilitatea lor termică,

făcându-le sensibile la supraîncălzire.

Oţelurile pentru deformarea plastică la rece sunt oţeluri moi cu puţin carbon (sub

0,1 % ), cu plasticitate mare ( ≤2,0pR 220 N/mm2, ≥5A 30 %, indice Erichsen

=.E.I 8…9,5 mm la grosimi de 0,5 mm şi de 11,5…12,5 mm la grosimi de 2 mm. Se

livrează sub formă de table şi benzi cu grosimi cuprinse între 0,3 şi 4 mm, destinate

ambutisării obişnuite, adânci şi foarte adânci în industria de autovehicule, maşini

agricole, etc. (oţeluri mărcile A1, A2, A3, - STAS 9485 80), pentru ambutisare

Page 185: Siguranta pasiva

185

adâncă şi foarte adâncă a caroserilor auto (oţelurile mărcile A4 şi A5 - STAS 11318-

80) şi pentru jenţi auto (oţel marca A 3 CK - STAS 11509-80). Importanţa deosebită

pentru comportarea la deformarea plastică la rece o reprezintă calitatea suprafeţei

tablelor.

Din aceeaşi categorie mai fac parte: oţelul pentru îndoire la rece, L 410 - STAS

11505-89, destinat fabricării longeroanelor pentru autovehicule grele sau

elementelor pentru structuri portante ale maşinilor şi utilajelor, şi oţelurile cu limită

de curgere mare folosite în stare îmbunătăţită (oţeluri mărcile C 420, C 440, C 500,

C 620, şi C 690 A - STAS R 532-85), pentru structuri portante ale maşinilor de

ridicat şi transportat, şasiuri pentru mijloace de transport, stâlpi de ferme şi hale

industriale, recipiente cu pereţi groşi, picioare pentru platforme de foraj marin, etc.

Aceste oţeluri se livrează sub formă de table şi benzi cu grosimi de sub 14 mm, au o

granulaţie fină şi un raport mic între limita de curgere şi rezistenţa la rupere

(Rp0,2/Rm = 400/530) asigurat de un conţinut mic de carbon sub 0,2 % şi adaosuri

de nichel, aluminiu, titan, vanadiu şi niobiu.

7.4.4 Măsuri în vederea reducerii vătămării capului pietonului

Modificarea părţii frontale a autovehiculului, pentru a reduce severitatea vătămării

pietonilor nu a fost considerată practică de mulţi. Observaţiile asupra componentelor

testate la impact au sugerat că pot fi făcute unele modificări constructive cu efect

semnificativ în reducerea vătămărilor capului.

Aria capotă - aripă produce majoritatea vătămărilor grave, dintre toate componentele

testate. Demonstraţii recente au arătat că această regiune poate fi “înmuiată” şi făcută

să absoarbă mai multă energie prin reducerea rigidităţii locale a aripii şi prevăzând un

spaţiu între suprafaţa aripii şi structura tablierului. Unele modificări la structura aripii au

redus forţa maximă de impact cu 30% sub valoarea măsurată la vehiculul similar

nemodificat. În partea din spate a capotei, s-a redus valoarea forţei de impact cu 20%

prin conceperea unei capote ce oferă un spaţiu suplimentar de 10 mm între butucul

ştergătoarelor de parbriz şi ranforsarea traversei de la baza parbrizului. În ultimii ani a

apărut un nou concept prin care se urmăreşte reducerea vătămărilor suferite de pieton,

în special prin micşorarea nivelului HIC. Automobilele actuale au o grupare densă a

Page 186: Siguranta pasiva

186

componentelor de sub capotă. Anumite părţi rigide cum ar fi punctele superioare de

prindere ale suspensiei si chiulasa sunt foarte aproape de capotă. De multe ori aceasta

nu are loc să se deformeze la impactul cu capul. Consecinţele sunt de multe ori grave,

chiar fatale.

-300

-250

-200

-150

-100

-50

0

50

0 4 8 12 16 20 24 28 32

Timpul [msec]

Acc

eler

aţia

[g]

Nemodificat

Modificat

Figura 7-9 Efectul modificării regiunii capotă – aripă asupra valorii acceleraţiei la impact

-200

-150

-100

-50

0

50

0 4 8 12 16 20 24 28 32

Timpul [msec]

Acc

eler

aţia

[g]

Nemodificat

Modificat

Figura 7-10 Efectul modificării capotei asupra acceleraţiei în momentul impactului

Pornind de la aceste aspecte s-a dezvoltat un sistem de protecţie pentru a reduce

gravitatea impacturilor cap-capotă. Sistemul e activat, În momentul impactului, de către

un senzor plasat în bara de protecţie la viteze de peste 20 km/h. Senzorul e capabil să

facă distincţie între obiecte cu geometrii diferite (ex. un alt autovehicul şi piciorul

pietonului), precum şi între obiecte cu rigidităţi diferite (ex. un stâlp şi un picior). Doi

senzori comandă ridicarea părţii din spate a capotei cu aproximativ 100 mm. Traductorii

au fost reglaţi pentru a ridica capota la 60...70 milisecunde după coliziunea picior-

Page 187: Siguranta pasiva

187

capotă, dar înainte de producerea impactului cu capul pietonului. Elementele de ridicare

au fost concepute, de asemenea, pentru a se menţine în poziţia ridicat, în timpul

coliziunii cu trunchiul superior şi, în acelaşi timp, a absorbi energia pentru a descărca

capul de sarcină daca impactul se produce în dreptul elementelor de ridicare.

Sistemul a fost testat cu ajutorul unui cap-manechin lovind capota în diferite poziţii la

viteze de până la 50 km/h, dar şi prin intermediul unei părţi frontale complete a

autovehiculului, montată pe o sanie, lovind un manechin-pieton, Figura 7-11.

Testele au fost efectuate pentru a testa timpul de răspuns al sistemului, dar şi pentru a

verifica dacă elementele de ridicare sunt suficient de solide pentru a ţine capota ridicată

în timpul ciocnirii cu trunchiul superior, până când capul loveşte capota. Sistemul de

protecţie, capota activă, include două elemente de ridicare, care saltă colţurile din

spate ale capotei. Elementele de ridicare constau din burdufuri de metal care sunt

umplute cu gaz de către nişte micro-generatoare, în cazul unui impact.

Sursa Autoliv

Figura 7-11 Testul EuroNCAP cu sistemul capotă activă

Avantajele sunt multiple:

• Construcţia nu necesită etanşări care să prevină scăpările de gaz. Singura

deschidere din burduf este cea la care se cuplează generatorul de gaz. Aşadar, e

uşor să se menţină presiunea în burduf pe o perioadă lungă de timp. Acest lucru

e foarte important întru-cât se pot înregistra variaţii largi al timpului de impact cu

capul, acesta depinzând de talia persoanei şi de viteza de impact;

Page 188: Siguranta pasiva

188

• Burduful e insensibil la unghiul de ciocnire (unele dispozitive de ridicare pot

absorbi energie numai dacă impactul se produce sub un unghi perfect

determinat);

• Dimensiunile traductorului pot fi foarte mici. Înălţimea dispozitivului poate fi mai

mică decât înălţimea de ridicare, lucru imposibil in cazul unui dispozitiv cu piston.

Testele efectuate în cinci puncte ale capotei au pus în evidenţă valori mai mici ale HIC

pentru capota activă, comparate cu capota standard, Tabelul 7.5 şi Figura 7-12.

Tabelul 7.5. Teste cu capul manechinului; comparaţie între capota activă, şi capota

standard (40 km/h).

Punct HIC

Standard Activă

Reducerea

1 3257 648 -80 %

2 7056 735 -90 %

3 1486 525 -65 %

4 1438 753 -48 %

5 953 778 -18 %

În toate testele efectuate cu capota activă, valorile coeficientului HIC s-au încadrat sub

valoarea de prag de 1000. Cea mai mare valoare a HIC pentru capota activă a fost de

778, în comparaţie cu capota standard, unde valorile HIC au fost cuprinse în intervalul

(953, 7056). Reducerea valorilor HIC a oscilat de la 18 % la 90 %, unde valorile cele

mai mari pentru capota standard au fost reduse cel mai mult. De asemenea testul

efectuat în punctul de ridicare a obţinut valori ale HIC sub pragul de 1000, şi anume

774.

Tabelul 7.6 Rezultatele testului cu, capul manechinului, la viteza de impact de 50 km/h,

comparând capota activă cu, capota standard.

HIC Punct

Standard Activă Reducere

Deasupra suspensiei

16497 1213 -920 %

Page 189: Siguranta pasiva

189

Figura 7-12 Testul EuroNCAP pentru testarea capotei active la impactul cu capul pietonului (Sursa Autoliv)

Testul de referinţă cu capul manechinului, efectuat la 50 km/h, a scos în evidenţă o

valoare extrem de mare a HIC pentru capota standard, şi anume aproape 16500.

Această valoare ar fi trebuit să fie ceva mai mare, deoarece acceleraţia într-o direcţie a

depăşit indicaţia maximă a accelerometrului de bord. În schimb, pentru capota activă s-

a obţinut o valoare a HIC de 1200, ceea ce reprezintă mai puţin de o zecime din

valoarea obţinută cu capota standard.

7.4.5 Concluzii

Sistemul de protecţie pentru pietoni s-a dovedit eficient pentru un adult. Capota activă

a fost capabilă să se activeze repede şi să menţină HIC-ul la valori sub 1000 în toate

punctele de test la o viteză de 40 km/h. De asemenea, şi la 50 km/h, o reducere

importantă a HIC a fost obţinută.

În testele cu manechine sistemul activ a evoluat bine în diverse condiţii apropiate de

viaţa reală (umărul are timpul de impact mai mic decât al capului).

Studiul trebuie continuat cu craniu şi picior de manechin-copil. De asemenea trebuie

introduse diferenţe ale temperaturii de testare.

Capul poate fi protejat dacă se respectă două condiţii generale:

Page 190: Siguranta pasiva

190

• Să se reducă energia cinetică a capului în timpul impactului;

• Forţa dezvoltată să fie mai mică decât cea necesară produceri mişcărilor relative

între părţile componente ale capului.

Aceste condiţii se pot realiza practic prin:

• Mărirea suprafeţei de contact dintre capul pietonului şi părţile autovehiculului cu

care vine în contact;

• Uniformizarea forţei de contact;

• Micşorarea forţei de lovire a capului cu autovehiculul.

7.5 Aspecte privind leziunile la nivelul toracelui

Testarea pe componente reprezintă o modalitate efectivă de a simula impactul toracelui

cu suprafaţa autovehiculului. Stabilirea tehnologiei de testare este mai dificilă decât în

cazul capului. Componentele toracice potrivite pentru evaluarea vătămărilor trebuie să

aibă răspunsul la forţa de deflecţie ca si corpul uman, pe când capul poate fi tratat ca

fiind rigid. Astfel, răspunsul toracelui şi criteriile de vătămare nu sunt foarte bine

definite pentru copii, în ciuda frecvenţei ridicate cu care sunt implicaţi în evenimentele

rutiere.

7.5.1 Testări de impact cu pendulul

Teste mai ample au fost publicate încă din 1970. Acestea aveau în componenţă un

pendul rigid de 6 inch diametru cu care se lovea sternul cadavrelor. Primele rezultate au

fost prezentate între anii 1970 - 1975. În teste pendulul lovea sternul la nivelul

intercostal dintre coasta a patra şi a cincea.

Deflecţia totală a pieptului incluzând muşchii exteriori ai sternului a fost inclusă în 1974

de Kroell [48]. Tot în 1974 s-a realizat coridorul (limitele) pentru deflecţia structurii

osoase a pieptului. În 1981 s-au făcut teste pe voluntari, aceştia fiind loviţi de un

pendul capitonat de 10 kg şi 6 inch diametru, cu viteze cuprinse între 2,4 şi 4,6 m/s. În

condiţii de încordare forţele au fost puţin mai mari decât în condiţii de relaxare, pentru

aceeaşi viteză de impact. Astfel pentru condiţii de stres, la viteza de 2,4 m/s, sarcina

aplicată a fost de 79 N/mm, iar pentru condiţii de relaxare de 57 N/mm. La viteza de

Page 191: Siguranta pasiva

191

4,6 m/s in condiţii de încordare sarcina aplicată a fost de 250 N/mm. Deflecţiile maxime

ale toracelui au fost de 44 – 46 mm, reprezentând 16% din deflecţia admisă cutiei

toracice.

S-a dezvoltat o ecuaţie care caracterizează răspunsul toracelui în condiţiile de impact cu

un pendul:

( ) ( ) ( ) ( )tAmtVCtDKtF ⋅+⋅+⋅= 2 (7. 10)

unde K este constanta elastică a resortului, 47 N/m2

C – coeficientul de viscozitate, 5,45 N-s/cm

m – masa medie efectivă = 0,286 kg

D – deflecţia pieptului

V – viteza de deformare a pieptului

A – acceleraţia pieptului

F – forţa de impact.

D, V, A şi F depind de timpul t. Valorile pentru K, C şi m sunt mediile obţinute din

valorile coridorului teoretic (4.2, 6.7, 10.2 m/s), pentru o masă a impactorului de 23.4

kg.

7.5.2 Rezistenţa toracelui la impact frontal

Multe din rezultatele obţinute în cercetări mai vechi, referitoare la limita de rezistenţă a

toracelui, au fost revăzute mai târziu de către specialişti. Unele dintre acestea au fost

folosite la realizarea manechinului Hybrid III, destinat experimentării în cazul coliziunilor

frontale om – autovehicul.

Limita superioară, în cazul vătămărilor severe, a acceleraţiei coloanei vertebrale nu

trebuie să depăşească 60 g în cazul accidentelor cu contact frontal. Manechinele Hybrid

II şi III au fost concepute pentru a măsura tăria impactului conform normelor federale

FMVSS 208. Primul măsoară doar acceleraţia coloanei vertebrale, varianta Hybrid III

măsurând simultan şi comprimarea pieptului.

Acceleraţii de 40 g ce acţionează timp de 100 ms sau mai puţin au fost tolerate de

subiecţi. Într-un singur caz s-a reuşit suportarea a 45 g într-un interval de timp similar

Page 192: Siguranta pasiva

192

cu primul. În urma acţionării cu rate de 1000 g/s s-a constatat că omul nu poate

suporta valoarea de 30 g. Eiband a demonstrat astfel că limita de suportabilitate a

toracelui supus la acceleraţii scade odată cu creşterea timpului de expunere [55].

În urma cercetărilor realizate în laborator s-a concluzionat că severitatea vătămării

toracelui este proporţională cu cantitatea de energie specifică pe care acesta trebuie să

o absoarbă. De asemenea gravitatea accidentărilor este invers proporţională cu

mărimea suprafeţei de contact dintre autovehicul şi toracele pietonului şi cu timpul în

care se realizează transferul de energie. NHTSA a dezvoltat o gamă de componente

care reprezintă toracele pentru simularea impactului pietonului în condiţii de laborator.

Configurările au fost făcute pentru copii a căror vârstă este de 3, 6, 9 şi 12 ani iar

bărbatul adult a fost configurat după criteriul de 50% asemănare. Componentele au

fost concepute pentru simularea condiţiilor de accident cele mai reprezentative,

impactul lateral cu pieptul. Componentele dispozitivelor de testat au fost proiectate

pentru a avea condiţii de încărcare distribuită, cu producerea de contact real pentru

fiecare grupă de vârstă. Concepţia se bazează pe un model analitic, cu o masă, al

toracelui. Biofidelitatea manechinului şi a dispozitivelor testate au furnizat “răspunsuri”

apropiate de cele ale corpului uman. Parametrul folosit pentru evaluarea răspunsului

acestor componente cuprinde acceleraţia şi deplasările relative la nivelul coastelor şi a

coloanei vertebrale precum şi reacţiunile. Datorită variaţiei rezultatelor obţinute din

experimentele efectuate cu cadavre sau animale, au fost create intervale standard

pentru evaluarea acurateţei rezultatelor obţinute la testarea manechinelor.

0

3

6

9

12

15

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60

Timpul [msec]

For

ţa [

kN]

Figura 7-13 Coridorul ISO şi rezultatele încercărilor la viteza de 22.5 km/h

Page 193: Siguranta pasiva

193

Diversi constructori au măsurat reacţiunile şi deformaţiile toracelui într-un şir de teste.

Organizaţia Internaţională a Standardelor (ISO) a formulat recomandări pentru datele

obţinute din testarea manechinelor. Figura 7-13 ilustrează faptul că forţa, pentru un

torace de pieton adult, aproape se leagă de coridorul ISO, pentru o viteză de 22.5

km/h.

NHTSA a dezvoltat un alt set de recomandări pentru impacturi laterale cu cadavre. Au

fost măsurate reacţiunile şi acceleraţiile coastelor şi ale coloanei vertebrale. Figura 7.14

compară acceleraţiile coloanei vertebrale cu recomandările date de NHTSA. În cazul

toracelui copiilor date exacte nu există. Există puţine informaţii referitoare la impactul

toracelui minorilor. Folosind tehnica scalării cu date de forţe şi deflexie din şirul de teste

ISO s-au conceput răspunsuri pentru pietoni în vârstă de 3, 6, 9 şi 12 ani.

Sursa Nahum, A.M., Melvin, J.W. Accidental Injury

Figura 7-14 Coridorul NHTSA al acceleraţiei coloanei vertebrale şi rezultatul încercărilor la viteza de 27 km/h, lansare de pe sanie

Tehnica sa se bazează pe diferenţa fiziologică dintre adulţi şi copii precum şi diferenţele

de vârstă şi de masă. Răspunsurile au fost folosite la proiectarea de componente

toracice pentru copii.

Înlocuitorii toracelui sunt dispozitive de testat, în laborator, care sunt capabile să

furnizeze în urma impactului răspunsuri repetabile şi apropiate de cele ale corpului

omenesc. Ele simulează condiţiile de impact cu încărcare distribuită. Criteriile de

vătămare sunt utilizate pentru a reda forţele, acceleraţiile şi deplasările măsurate în

Page 194: Siguranta pasiva

194

scopul evaluării nivelului de severitate al vătămării. Criteriile utilizate pentru evaluarea

vătămărilor toracelui sunt identice cu criteriile utilizate pentru ocupanţii habitaclului unui

autovehicul supus unui şoc lateral: Indexul Traumei Toracice (TTI), Criteriul de

Vătămare Viscoasă (V*C) şi zdrobirea.

Indexul Traumei Toracice (TTI) este o acceleraţie. Valoarea de bază TTI(d)

utilizată curent pentru evaluarea protecţiei ocupanţilor în timpul unei coliziuni laterale

este media dintre acceleraţia maximă a coloanei vertebrale şi cea a toracelui. O valoare

a TTI mai mică decât 85 g a fost propusă ca fiind maximum la care poate fi expus un

manechin într-un test de crash.

Zdrobirea este o deformare care măsoară comprimarea pieptului. De regulă este

exprimată ca procent între dimensiunile pieptului subiecţilor testaţi. Criteriul se bazează

pe corelarea dintre deflecţia pieptului şi producerea fracturilor coastelor, care sunt

asociate cu alte vătămări ale toracelui. Un procent de 28% până la 35% deflecţie a

pieptului reprezintă în general un nivel de vătămare pe scara AIS de 3, pentru un pieton

adult.

Criteriul de Vătămare Viscoasă (V*C) este deflecţia care include contribuţia vitezei

ca factor de vătămare. Valoarea zdrobirii, exprimată ca procent din jumătatea grosimii

pieptului, şi viteza de zdrobire sunt înmulţite pentru a calcula V*C. O valoare de 1m/s

este generatoare de vătămări serioase.

Reconstrucţia accidentelor a fost prezentată de NHTSA pentru dezvoltarea unei relaţii

între criteriile măsurabile şi severitatea vătămării la copii. Accidentele pietonale în care

condiţiile de impact şi stricăciunile produse autovehiculelor au fost foarte bine

documentate, au fost selectate pentru reconstrucţie. Deoarece autovehiculele au suferit

deformări minore, la coliziunea cu copiii, a fost foarte dificil de evaluat acurateţea

reconstrucţiei. Datele obţinute în laborator, referitoare la gradul de vătămare, au fost

într-un interval destul de larg deci rezultatele nu au putut fi aproximate corect pentru

stabilirea unui prag de la care apar vătămări serioase. Vătămările serioase la copii se

pare că se produc la nivele mai joase decât la adulţi. Valoarea de prag pentru TTI a fost

de 60 g, 25% pentru zdrobire şi 0,38 m/sec pentru V*C.

Page 195: Siguranta pasiva

195

7.5.3 Modelarea matematică a toracelui

În 1973 Lobdell a publicat modelul cu mase suspendate a toracelui supus impactului

frontal. Acesta, Figura 7-15, utiliza mase, elemente elastice şi de amortizare şi funcţiona

bine la coliziuni frontale pentru viteze de impact cuprinse în coridoarele definite în 1974

[56]. Viano în 1987 a modificat modelul pentru a include în el puterea dată de energia

cinetică, momentul maselor suspendate şi energia stocată în arcuri şi disipată în

amortizoare [118]. Modelarea matematică joacă un rol important şi în cercetarea

lovirilor laterale.

Figura 7-15 Modelul matematic al toracelui, propus de Lobdell, pentru impactul frontal

În 1988, cu ajutorul programului de simulare CAL3D cercetătorii au arătat că există

diferenţe majore între impactul produs în condiţii aleatoare de viteză şi cel cu viteză

pulsatorie. În condiţii de laborator testele se realizează printr-o masă în mişcare care

loveşte un subiect staţionar (metoda pendulului) sau printr-un subiect în mişcare care

izbeşte o masă fixă (testul cu sanie).

7.6 Elemente ale profilului geometric al autovehiculului care influenţează

vătămările pietonilor

După dezvoltarea echipamentelor şi procedurilor de simulare a impactului toracelui cu

autovehiculul, un lot reprezentativ din producţia de autovehicule a fost testat pentru a

stabili nivelul general de performanţă şi pentru a determina care design poate afecta

gradul de vătămare. Studiile au indicat că leziunile toracelui cauzate de impactul cu

partea frontală deţin un procent însemnat din totalul vătămărilor suferite de pietoni.

Page 196: Siguranta pasiva

196

Seria de teste iniţială a simulat izbirea copiilor de partea frontală a autovehiculelor cu

tot toracele şi fără ca acesta să ajungă pe suprafaţa capotei. Înălţimea pieptului la copii

este la, sau sub nivelul muchiei principale a capotei. Astfel în cazul impactului au fost

observate rotaţii nesemnificative ale părţii superioare a corpului copilului. Viteza după

impact a toracelui este esenţială, şi identică cu viteza autovehiculului. Testările au

demonstrat “agresivitatea” relativă a părţii frontale a majorităţii tipurilor de autovehicule

încercate. Unele caracteristici cum ar fi curburile mai line ale părţii frontale, farurile şi

locaşurile acestora mai puţin rigide au generat vătămări mai uşoare, dar chiar şi cele

mai “performante” autovehicule, la viteze de peste 29 km/h produc leziuni grave. Toate

cele trei criterii de vătămare au furnizat rezultate similare. Profilul frontal al

autovehiculelor s-a schimbat semnificativ în ultimii ani. Astăzi capotele sunt mai joase

iar muchiile acestora sunt mai puţin proeminente. Rezultatul a fost scăderea procentului

copiilor care, loviţi de autovehicule, au venit în contact total al toracelui cu partea

frontală a autovehiculului. Creşterea unghiului de înclinare al capotei măreşte

probabilitatea ca toracele copiilor să ia contact cu suprafaţa relativ plană a capotei.

Acest tip de impact este tipic pentru pietonii adulţi.

Lovirea pe suprafaţa capotei oferă câteva avantaje. Structura capotei, în aceste zone,

este mai puţin rigidă decât partea frontală a acesteia. Suprafaţa capotei este oarecum

plană, astfel este favorizată o distribuire a forţei de impact mai uniform. În final, viteza

de impact a toracelui poate fi redusă semnificativ faţă de viteza iniţială de impact

autovehicul - pieton deoarece partea superioară a corpului pietonului se roteşte pe

capota autovehiculului.

7.7 Cercetări asupra vătămărilor produse membrelor inferioare ale pietonului

Leziunile membrelor inferioare ale pietonilor, rareori pun probleme serioase din punct

de vedere al ameninţării vieţii, prin comparaţie cu vătămările produse la cap sau în zona

toracelui. Totuşi picioarele sunt vătămate adesea foarte grav. Pe scara AIS gradul

acestor leziuni nu depăşeşte valoarea 3. Rănirile grave ale picioarelor necesită lungi

perioade de reabilitare. În multe cazuri, rezultatul vătămărilor se va vedea mai târziu

prin anumite grade de “disconfort” sau prin afecţiuni grave ale articulaţiilor. Ca atare

este dificil de estimat corect costul social al tratării acestora, dar mulţi cercetători cred

Page 197: Siguranta pasiva

197

că actualmente aceste costuri sunt subestimate. Dintre cei ce preocupă de aceste

subiecte putem aminti pe Yates, Zeidler, States şi Viano [55], [119].

Succesul cercetărilor de a preveni accidentarea membrelor inferioare depinde de

înţelegerea mecanismului de vătămare şi a limitelor diferitelor structuri ale piciorului.

Două tipuri de încărcări sunt considerate ca fiind cauze majore de producere a leziunilor

la membrele inferioare. Prima, când bara de protecţie şi muchia capotei lovesc piciorul

apare forfecarea acestuia. Atât tibia cât şi femurul pot fi afectate, depinzând de poziţia

pietonului relativ la partea frontală a autovehiculului. Limita de rezistenţă a femurului, în

cazul unui impact lateral, se situează în intervalul 3500 – 7500 N. Multe alte surse indică

valoarea medie a acestei limite ca fiind 4000 N.

În cazul tibiei există anumite controverse în privinţa forţei maxime ce poate fi suportată

de aceasta în cazul unui impact lateral. Astfel Cesari, în încercările efectuate pe cadavre

a măsurat valori de 3300 N, după aceste valori apărând fracturi ale osului. Kajzer a

sugerat că o forţă de 4000 N poate fi o forţă de impact rezonabilă asupra membrelor

inferioare şi a tibiei. Contrastul se amplifică atunci când Snider admite o forţă aplicată

dinamic de 1500 – 3000 N asupra tibiei. Aceste diferenţe pot apărea din modul diferit

de încercare, unii au testat piciorul ca ansamblu, pe când alţii au studiat doar tibia

izolată de restul piciorului [55].

A doua cauză a producerii leziunilor la membrele inferioare este încovoierea.

Încovoierea contribuie nu numai la producerea de fracturi lungi ale oaselor, ci este

considerată ca principala cauză de producere a leziunilor la genunchi şi la articulaţia

gleznei. S-a creat un model a cărui limită a momentului de încovoiere este de 212 Nm

pentru femur şi de 214 Nm pentru combinaţia tibia - fibula. Unii cercetători au măsurat

momentul de încovoiere asupra tibiei în momentul impactului. Rezultatele obţinute au

pus în evidenţă diferenţele dintre tibia de la bărbat şi femeie. Astfel, pentru bărbat

valorile momentului de încovoiere asupra tibiei au fost de 320 Nm, iar pentru femeie de

280 Nm. Exemplele de vătămări serioase ale genunchiului includ fracturile intra

articulare şi ruptura ligamentelor. Rezistenţa unor ligamente a fost măsurată de către

Aldman. Din păcate aceste date nu pot fi utilizate pentru prezicerea limitei, decât dacă

se dispune de un model cinematic foarte fidel al genunchiului.

Page 198: Siguranta pasiva

198

Limitele de rezistenţă la încovoiere, pentru genunchi şi gleznă, nu sunt încă stabilite. În

timp ce vătămări ale gleznei apar destul de rar, cele ale genunchiului sunt foarte

răspândite şi totuşi răspunsul genunchiului la impact nu este pe deplin înţeles. Valoarea

momentului de încovoiere ce poate provoca leziuni grave este estimată la 200 Nm şi

corespunde unei deflecţii unghiulare de 6o.

7.7.1 Simularea impactului picior - autovehicul

Impactul piciorului pietonului cu autovehiculul poate fi modelat matematic,

experimentat pe cadavre, experimentat pe manechine antropometrice sau testat pe

componente. Procedura de testare aste aproape identică cu cea de la impactul capului.

Eforturi suplimentare s-au făcut când s-au utilizat manechine în mărime naturală pentru

impactul de tip pieton cu bara de protecţie a autovehiculului. Testele standard cu

manechine nu pot pune în evidenţă fracturile oaselor sau ruperea articulaţiei

genunchiului. Unele modificări pentru genunchiul manechinului au fost făcute pentru a

rezolva aceste probleme. O mică tijă filetată a fost adăugată chiar dedesubtul

genunchiului standard. La o încărcare laterală mai mică decât o valoare prag, aceasta

deformează plastic genunchiul. Lungimea tijei a fost determinată prin măsurarea forţei

de rotaţie în testările făcute cu cadavre şi verificate mai târziu prin teste cvasi statice

asupra picioarelor cadavrelor.

Alt efort făcut constă în adăugarea unei articulaţii suplimentare, aproape de nivelul

genunchiului, care poate permite rotirea laterală. Momentul necesar pentru generarea

rotaţiei este controlat de un mecanism cuplaj cu fricţiune, a cărui moment de frecare

permite rotaţia la momente mai mari de 200 Nm. Un avantaj al acestei modificări

constă în faptul că discurile cuplajului reţin valoarea maximă a rotaţiei.

Chiar cu modificările descrise anterior, încercările efectuate cu manechine doar se

apropie de cele reale efectuate pe cadavre. Totuşi cercetătorii şi-au concentrat

eforturile pe conceperea de dispozitive care pot fi supuse testării, fiecare din acestea

putând să simuleze numai o parte a impactului pietonului cu autovehiculul.

Articulaţia genunchiului modificată de Bunketorp constă dintr-o articulaţie sferică

amplasată central, fixată pe fiecare parte, pentru a simula ligamentele colaterale,

confecţionate din cupru [55]. Articulaţia a fost concepută pentru a simula structura

Page 199: Siguranta pasiva

199

genunchiului. Acest mecanism a fost utilizat pentru a determina efectele diferitelor

încărcări pe diferitele părţi ale articulaţiei genunchiului, Figura 7-16. Bunketorp a utilizat

şi membre inferioare, prelevate de la cadavre, cărora le-a adăugat o masă la partea

superioară pentru a simula masa corpului. S-a realizat şi un dispozitiv de simulare a

impactului părţii superioare a piciorului cu muchia capotei. Acesta este compus dintr-un

segment care poate fi lansat înspre muchia capotei autovehiculului cu scopul de a

măsura forţele ce se exercită asupra pietonului în timpul unui impact. Testele pe

cadavre au furnizat date pentru determinarea masei efective şi a rigidităţii materialului

proiectat.

Figura 7-16 Articulaţia genunchiului realizată de Aldman şi Bunketorp

Un model nou a fost conceput de Aldman. Acesta încorporează o articulaţie a

genunchiului şi unele simplificări ale testelor care se efectuau pe picioarele cadavrelor.

Partea superioară a piciorului este reprezentată numai printr-o masă conectată cu

partea inferioară a piciorului printr-o articulaţie sferică. Segmentele părţii inferioare a

piciorului aveau masele şi centrele de greutate similare cu acelea ale unui pieton 50%

grad de asemănare, dar cu o construcţie simplificată. Ele foloseau ţevi de oţel, cu rol de

oase, care erau acoperite cu un strat de spumă pentru a se obţine rezultate apropiate

de cele obţinute pe cadavre în timpul încercărilor.

Mai târziu cercetările au încorporat modelul anterior într-un dispozitiv denumit The

Rotationally Symmetric Pedestrian Dummy (RSPD). Aspecte noi ale modelului cuprind

adăugarea articulaţiei gleznei deformabilă plastic şi a unei labe a piciorului de lemn.

Page 200: Siguranta pasiva

200

Această articulaţie se va deforma plastic sub acţiunea unui moment de 40 Nm, în timp

ce articulaţia genunchiului se deformează când momentul atinge 70 Nm. Masele lui

RSPD au fost multiplicate cu un coeficient de 1,5 deoarece RSPD este un model de

manechin simplificat, care simulează ambele picioare ale pietonului printr-o singură

structură. Masele celor două segmente ce alcătuiesc piciorul sunt similare cu cele ale

manechinului HYBRID III, masa segmentului inferior cuprinzând masa labei piciorului.

7.7.2 Rezultate obţinute în urma simulărilor

Componentele diferitelor regiuni ale corpului uman descrise în paragrafele anterioare au

fost folosite pentru studierea parametrilor autovehiculelor, la determinarea influenţei

acestora asupra forţelor transferate asupra oaselor şi articulaţiilor piciorului în timpul

impacturilor. Aceşti parametri pot fi împărţiţi în două mari categorii: geometria

autovehiculului şi rigiditatea.

Figura 7-17 Automobil cu geometrie frontală variabilă A – muchia capotei, B – muchia superioară a barei, C – avansul frontal al barei, D – unghiul de înclinare frontal, Structuri

absorbante de energie (suprafeţele haşurate)

Cercetătorii au determinat câţiva parametri geometrici importanţi ai autovehiculelor,

care determină vătămări ale membrelor inferioare a pietonilor. Dintre aceştia înălţimea

de poziţionare a barei de protecţie este un parametru critic, Figura 7-17.

Automobilul testat la impact a fost realizat cu o geometrie variabilă a muchiilor frontale,

în care înălţimea barei, muchia capotei, înălţimea şi adâncimea protuberanţei barei din

faţă pot fi ajustate.

În testele iniţiale partea frontală a automobilului a fost la început rigidă, asigurând o

deformaţie maxim disponibilă de numai 25 mm. Pentru testele de mai târziu bara şi linia

Page 201: Siguranta pasiva

201

capotei au fost înlocuite cu unităţi absorbante de energie, având o capacitate de strivire

de 210 mm şi o forţă constantă de strivire de aproximativ 4 KN (când este strivită de

manechine).

Probabilitatea de vătămare a genunchiului creşte când bara de protecţie loveşte direct

genunchiul. Când se întâmplă aceasta, pot apărea anumite efecte asupra rotulei. Forţa

datorată impactului cu viteză mare va cauza fracturi ale acesteia. Dacă viteza de impact

este mică, vor apărea vătămări severe asupra ligamentelor. În unele cazuri, ambele

tipuri de leziuni pot apărea. Acestea sunt cel mai adesea asociate si cu “stricăciuni” ale

vaselor sangvine care trec prin zona genunchiului. Efectele sunt resimţite pe termen

lung iar uneori apar disfuncţiuni permanente sau care evoluează în timp.

Studii făcute au arătat că forţa transferată genunchiului este mai mică când centrul

barei de protecţie loveşte sub genunchi, chiar înaintea centrului de masă al zonei

inferioare a piciorului. Din nefericire, înălţimea barelor de protecţie ale autovehiculelor

actuale este aceeaşi cu a genunchiului pietonului bărbat adult cu 50% procent de

asemănare. Alţi cercetători au arătat că o a doua bară de protecţie sau structură mai

puţin rigidă, montată chiar dedesubt şi cu aproximativ 5 – 15 mm mai înspre exterior

poate reduce severitatea vătămării părţii inferioare a piciorului pietonului. Eficacitatea

acestei a doua structuri poate fi mai mare decât dacă se amplasează bara propriu-zisă

mai jos.

Chiar şi cu aceste bare de protecţie amplasate mai jos, impacturi violente vor cauza

probabil fracturi ale piciorului, sub genunchi. Impacturile cu suprafeţe rigide la viteze

mari produc fracturi fragmentate, care sunt asociate cu serioase vătămări ale ţesuturilor

moi. Suprafeţele de impact mai largi pot fi utilizate pentru a evita vătămările severe.

Această idee este în fond cam aceeaşi cu cea descrisă anterior când s-au folosit două

bare de protecţie montate una sub cealaltă.

Înălţimea muchiei capotei şi conturul acesteia sunt cei mai importanţi parametri de luat

în calcul în cazul rănirilor în zona pelviană şi a părţii superioare a piciorului. S-a observat

că majoritatea leziunilor severe în zona coapsei şi a pelvisului, suferite de pietonii adulţi,

sunt cauzate de autovehicule cu profiluri de capote pătrate a căror muchie este la

înălţimea de 85-100 cm. Pentru copii impactul cu capota autovehiculului se face în zona

toracelui. Leziunile la şold şi coapsă pot fi reduse prin coborârea profilului şi rotunjirea

Page 202: Siguranta pasiva

202

muchiei capotei. Totuşi, unele schimbări sunt importante în determinarea gradului de

vătămare a capului şi toracelui.

Principalul parametru al autovehiculului care influenţează severitatea vătămării

pietonului este rigiditatea.

A) Partea frontală rigidă

Testele cu partea frontală rigidă au demonstrat imposibilitatea unei protecţii efective

pentru pietoni la viteza de impact de 40 Km/h, din cauză că la viteză mare manechinele

au fost frecvent aruncate în aer, creând posibilitatea de apariţie a unui impact sever cu

capul în parbriz şi cu rostogolire pe sol, acestea fiind două din cele mai frecvente cauze

de vătămare fatală.

Manechinele au fost frecvent deteriorate la viteză mare de testare, prezentând vătămări

particulare la partea inferioară a piciorului, la genunchi, la partea superioară a

femurului, la pelvis, cap şi gât. Deteriorările au fost mai ales când partea inferioară a

piciorului a fost strivită de bara paraşoc, sau pelvisul a fost strivit de muchia superioară

a capotei combinată cu partea verticală frontală.

Testele au arătat că reduceri considerabile în severitatea impactului pot fi obţinute prin:

• Aşezarea unităţilor de absorbţie a energiei pe muchia capotei şi pe bară, pentru a

limita forţa de impact asupra picioarelor adulţilor şi pelvis iar pentru copii, pentru

a limita forţa de impact asupra picioarelor şi toracelui.

• Ajustarea formei părţii frontale a autovehiculului pentru a limita rotaţia torsului şi

pentru a face posibilă lovirea capotei cu capul.

B) Părţile frontale absorbante de energie

În general se arată că răspunsul manechinului; tip copil şi manechinului tip adult a fost

influenţat de înălţimea barei, capotă, muchia capotei, înălţimea şi unghiul frontal.

Forţa de impact a părţii frontale a autovehiculului a fost limitată la o forţă constantă de

colaps a unităţii absorbante de energie potrivită (fiecare la 4 KN). Este estimat că

această încărcare este sigură pentru regiunea pelviană a adulţilor, dar în aceleaşi

configuraţii a dat acceleraţii înalte ale toracelui copilului şi sunt discutate mai jos.

Page 203: Siguranta pasiva

203

Această forţă de strivire, când este utilizată pentru bară nu poate da o toleranţă

necesară de încărcare către picior pentru toate configuraţiile frontale.

Schimbări majore ale rigidităţii sunt greu de realizat deoarece barele de protecţie au

rolul de a proteja autovehiculul în coliziunile cu viteze mici. S-a constatat că unele

autovehicule cu o parte frontală mai puţin rigidă pot cauza vătămări severe ale

pietonilor. Structurile frontale mai puţin rigide vor cauza fracturi şi vătămări ale

ţesuturilor moi, acestea contribuind la reducerea timpilor de refacere a pietonului.

Înălţimea la care sunt poziţionate barele de protecţie actuale este cam aceeaşi cu

înălţimea genunchiului la pietonii adulţi.

Pe un pieton nivelul înălţimii barei poate cauza forţe mari şi eforturi asupra piciorului

dacă bara are o construcţie rigidă. În aceste teste utilizând o bară deformabilă,

acceleraţii de 60-70 g pentru un interval de timp de 3 ms au fost înregistrate la

genunchi.

S-a verificat că reducerea ca înălţime a barei, reduce severitatea vătămărilor piciorului

de către bara oaraşoc şi s-a demonstrat că pot apare fracturi de la o încărcare a

genunchiului de numai 2.2 kN.

Introducerea unei bare secundare, deformabile, montate la 300-350 mm deasupra

solului şi poziţionată mai jos cu aproximativ 50 mm în spatele barei principale reduce

vătămarea la nivelul piciorului. Propunerea acestor două sisteme de bare este de a

acţiona asupra articulaţiei genunchiului cu un nivel acceptabil de încărcare, dând o largă

distribuţie a forţelor de încărcare asupra piciorului.

Barele de protecţie montate mai jos pot de asemenea să amelioreze gradul de

vătămare al pietonilor şi al ocupanţilor autovehiculului. În particular, ocupanţii

autovehiculului lovit în lateral suferă mai puţine leziuni dacă înălţimea la care e montată

bara de protecţie a autovehiculului care loveşte este foarte apropiată de înălţimea

pragurilor autovehiculului lovit. Studiile efectuate de (NASS) National Accident Sampling

System au arătat că rata vătămărilor grave, în cazul unui impact lateral cu partea

frontală a altui autovehicul la care înălţimea barei de protecţie este la 203 – 302 mm,

este mai mică decât în cazul în care bara de protecţie a autovehiculului care loveşte

este la înălţimea de 406 – 531 mm. În mod similar, autovehiculele cu barele de

Page 204: Siguranta pasiva

204

protecţie montate mai sus provoacă vătămări de două ori mai grave decât

autovehiculele a căror bară de protecţie este la 305 – 404 mm înălţime.

Sistemul „active hood” cuprinde o bară paraşoc împărţită în trei zone şi punctul

considerat ca fiind cel mai rigid în fiecare zonă e testat cu piciorul-manechin. Testele au

fost făcute atât cu picior-manechin cât si cu stâlpi uşori în faţa barei de protecţie pentru

a releva diferenţele dintre aceste tipuri de impact. Sarcina senzorului e nu numai de a

sesiza foarte rapid coliziunea, dar şi de a detecta dacă obiectul lovit e o persoană sau

un obiect oarecare. Un contact cu membrană acoperă întreaga lăţime a barei de

protecţie. Acesta este plasat într-o spumă în interiorul carcasei de plastic a barei. Două

accelerometre sunt poziţionate în partea din spate a grinzii barei, Figura 7-18.

Figura 7-18 Senzorii montaţi în bara paraşoc la sistemul „active hood”

Fâşia senzorului-contact e plasată intr-un şanţ în spuma dintre două straturi ale unui

material plastic subţire. Senzorul de contact e divizat în doua elemente late de câte 100

mm. Fiecare are un număr de întrerupătoare şi dă un semnal dacă unul din

întrerupătoare e închis. Astfel obţinem informaţii despre lăţimea obiectului lovit. De

asemenea, dă o primă indicaţie sistemului asupra producerii impactului, o aşa-zisă

punere în gardă a sistemului senzor.

Accelerometrele sunt montate pe o lungime de 250 mm de fiecare parte a axei de

simetrie a autovehiculului, pentru a obţine un semnal bun, indiferent unde ar avea loc

impactul.

Acceleraţia măsurată de accelerometre e integrată pentru a obţine viteza. Valoarea

maximă în cadrul unei perioade de timp alese, de după primul contact, este cea

utilizată. Această valoare furnizează informaţii privind rigiditatea obiectului lovit, dacă e

Page 205: Siguranta pasiva

205

un picior sau un stâlp, spre exemplu. Testele s-au făcut la diverse viteze, 20, 25, si 30

km/h. La peste 30 km/h bara de protecţie a început să sufere deformaţii plastice

(ireversibile) la impacturile cu un stâlp uşor. Sarcina dificilă este de a face diferenţa

între obiecte când deformaţiile sunt minore. Viteza de 20 km/h reprezintă pragul minim

la care senzorul activează sistemul. Vătămările sunt, de cele mai multe ori, minore la o

viteza de impact atât de mică. Prin urmare, activitatea a fost concentrată pe testarea

senzorului între 20 si 30 km/h.

Articulaţia genunchiului constituie una din cele mai complexe structuri a corpului

omenesc, susceptibilă foarte uşor la vătămări datorită anatomiei sale şi a poziţionării la

distanţă mare faţă de centrul de masă al corpului. Modelul de faţă se bazează pe datele

geometrice foarte exacte culese de MRI (Magnetic Resonance Imaging) prin scanarea

cadavrelor [121]. Au fost concepuţi algoritmi care să identifice tipul ţesăturii fără

scanarea cu MRI. S-a generat suprafaţa tridimensională a modelului şi s-au rediscretizat

ţesuturile moi vitale, ale solidului reprezentat. Pentru a face legătura între proprietăţile

materialului specimenului cu modelul, majoritatea parametrilor fizici au fost adunaţi din

literatura de specialitate, numai câţiva fiind obţinuţi prin propriile experimentări în

laborator.

Figura 7-19 Modelul genunchiului 3D realizat de ESI - Group

Page 206: Siguranta pasiva

206

Contactul principal este localizat între cartilagiul tibiei şi femurului în partea mediană.

Mişcarea de tăiere (forfecare) din interior dă naştere la o mare compresiune între

condilul femurului şi centrul coloanei vertebrale, separând ambele părţi ale cartilagiului

tibiei.

Multiple simulări au fost făcute pentru industria de autovehicule, pentru a ajuta inginerii

din domeniul siguranţei la proiectarea structurilor de autovehicule, care pot minimiza

substanţial vătămările genunchiului. Este vorba de un crash frontal al piciorului şi unul

lateral al pietonului, în care bara de protecţie loveşte piciorul.

7.8 Viitoare direcţii de cercetare

Concepţia, designul şi materialele folosite în industria constructoare de autovehicule

sunt diferite faţă de acum 20 de ani. Profilul frontal al autovehiculelor este mai jos şi cu

linii mai fluente; capotele sunt mai scurte; materialele plastice, mai uşoare, sunt

utilizate pe larg în construcţia părţii frontale a autovehiculelor, iar planşele de bord sunt

şi ele realizate cu precădere din materiale plastice. Testele au indicat că aripile şi

capotele construite din materiale plastice trebuiesc concepute cu foarte mare atenţie

pentru a minimiza efectele impactului asupra capului pietonului. Coborârea profilului

maşinii şi montarea mai joasă a barelor de protecţie pot fi benefice atât pentru pieton

cât şi pentru ocupanţii habitaclului în cazul unui impact lateral. Autoutilitarele sunt

folosite tot mai larg ca maşini de familie, mai mult decât autovehiculele comerciale.

Aceste schimbări accentuează nevoia de a aduna tot mai multe date despre accidentele

de circulaţie în scopul de a rafina informaţiile şi de a spori eficacitatea cercetărilor.

Traumele capului şi ale toracelui produc cam aceleaşi daune, dar în cercetările ultimilor

ani s-a constata că o leziune moderată (AIS 2) a creierului poate avea efecte pe termen

lung sau chiar permanentă, un rezultat care nu se produce în cazul unei vătămări

moderate a toracelui. Vătămările membrelor inferioare, care implică şi genunchii, pot

conduce la handicapuri permanente, chiar dacă leziunea este moderată. Genunchiul

este cea mai vulnerabilă regiune a piciorului. Pe deasupra, toleranţa la vătămare a

articulaţiei genunchiului nu a fost stabilită exact. Ca atare trebuiesc stabilite mai bine

priorităţile în vederea stabilirii direcţiilor de cercetare referitoare la vătămările suferite

de pietoni, în diferite regiuni ale corpului.

Page 207: Siguranta pasiva

207

Simulările pe calculator au luat o mare amploare în ultimii ani. Modelele create sunt

folosite pentru determinarea vitezelor capului şi toracelui pietonilor, care sunt loviţi de

autovehicule. Aceste viteze sunt influenţate de: viteza de impact, geometria

autovehiculului, rigiditatea părţii frontale şi alţi parametri. Acurateţea acestor predicţii

este limitată de dificultatea de formulare a modelelor care simulează coliziunea. Mari

diferenţe de viteză apar între simulările efectuate pe cadavre şi cele realizate cu ajutorul

manechinelor, datorită diferenţelor de absorbţie a energiei, a flexibilităţii diferitelor

regiuni ale corpului şi a rigidităţii acestora.

Page 208: Siguranta pasiva

208

8 MODELE MATEMATICE ALE PIETONULUI

Având ca bază capitolul anterior, în continuare se vor propune modele matematice cu

una, două şi mai multe mase pentru pietonul aflat în interacţiune cu autoturismul.

Modelul bi-masă este constituit din picioare şi trunchi, împreună cu capul. Segmentele

din care este constituit pietonul sunt considerate rigide iar în articulaţii sunt luate în

considerare momentele date de tonusul muscular. Conturul pietonului este reprezentat

prin segmente de dreaptă.

8.1 Modelul pietonului mono-masă

În Figura 8-1 este schiţat procesul prin care un corp solid este lovit într-un punct O1 =

O2, excentric faţă de axa O2y2.

Figura 8-1 Coordonatele pietonului monomasă în procesul de impact

Sistemul de axe xOyz este fix, legat de sol, sistemul x1O1y1z1 este mobil, aflat în mişcare

de translaţie faţă de sistemul fix, iar sistemul x2O2y2z2 este legat de corpul al cărui

centru de masă se află în punctul Cg. Punctul O1 = O2 este astfel centru instantaneu de

rotaţie, în jurul acestuia corpul se roteşte cu unghiurile ψ, θ şi ϕ. Sistemul xOyz este

legat de sistemul mobil x1O1y1z1 prin vectorul de poziţie r0 şi de sistemul x2O2y2z2 prin

Page 209: Siguranta pasiva

209

vectorul de poziţie al centrului de masă rc. O1 este centrul instantaneu de rotaţie al

pietonului în timpul impactului cu autovehiculul. Prin rotirea cu cele trei unghiuri

menţionate anterior, în jurul axelor sistemului se determină versorii noilor poziţii ale

axelor sistemului mobil, legat de corp, x2O2y2z2. Se consideră că rotaţia corpului va avea

loc în trei faze, după cum urmează:

a) Rotire cu unghiul ψ în jurul axei y (y1 = y1')

=

Ψ⋅+Ψ⋅−=

Ψ⋅+Ψ⋅=

jj

cosisinki

sinicoskk

'

'

'

(8. 1)

Figura 8-2 Rotirea corpului (faza a)

b) Rotire cu unghiul θ în jurul axei z (z1' = z1'')

Figura 8-3 Rotirea corpului (faza b)

Page 210: Siguranta pasiva

210

θ⋅+θ⋅−=

θ⋅+θ⋅=

=

cosjsinij

sinjcosii

kk

''''

''''

'''

(8. 2)

c) Rotire cu unghiul ϕ în jurul axei x (x1'' = x2)

ϕ⋅+ϕ⋅=

=

ϕ⋅−ϕ⋅=

cosjsinkj

ii

sinjcoskk

''''2

''2

''''2

(8. 3)

Figura 8-4 Rotirea corpului (faza c)

În urma efectuării calculelor se vor obţine relaţiile pentru versorii sistemului de

coordonate x2O2y2z2.

Se observă că versorul axei y2 este j2, şi are faţă de sistemul xOyz următoarea poziţie:

ϕ⋅θ⋅Ψ+ϕ⋅Ψ

ϕ⋅θ

ϕ⋅θ⋅Ψ−ϕ⋅Ψ

=

==

)cos()sin()sin()sin()cos(

)cos()cos(

)cos()sin()cos()sin()sin(

u

u

u

uj

z

y

x

cg2 (8. 4)

Deoarece mişcarea în spaţiul tridimensional este mai dificil de studiat pentru corpuri, se

va analiza doar mişcarea în planul yOx. Prin urmare vom avea doar o rotaţie în jurul

axei Oz, cu unghiul θ, vezi Figura 8-5, iar relaţia (8.4) devine:

θ

θ−

=

==

0

)cos(

)sin(

u

u

u

uj

z

y

x

cg2 (8. 5)

Page 211: Siguranta pasiva

211

Vectorul de poziţie al centrului de masă al corpului rc va fi:

cg20c uCOrr ⋅+= (8. 6)

de unde rezultă ecuaţiile coordonatelor centrului de masă al corpului pe axele x şi y:

θ⋅+=

θ⋅−=

)cos(COyy

)sin(COxx

2Oc

2Oc (8. 7)

Figura 8-5 Rotirea în plan a corpului

Pentru vectorul de poziţie al punctului de impact, care este în prima fază şi centru

instantaneu de rotaţie (rO), se poate alege o lege de variaţie, dacă autovehiculul este în

mişcare în momentul impactului, sau poate fi nul dacă în momentul impactului

autovehiculul a fost frânat total.

În ipoteza absenţei unei legi de mişcare pentru vectorul r0, prin derivarea relaţiei

anterioare se vor obţine succesiv vitezele şi acceleraţiile centrului de masă al corpului.

Figura 8-6 Modelul impactului dintre autoturism şi pietonul monomasă

Page 212: Siguranta pasiva

212

α⋅−⋅α−=

α⋅−⋅α−=••

••

)sin()h1c(y

)cos()h1c(x

c

c (8. 8)

α⋅−⋅α−α⋅−⋅α−=

α⋅−⋅α+α⋅−⋅α−=•••••

•••••

)cos()h1c()sin()h1c(y

)sin()h1c()cos()h1c(x

2c

2c (8. 9)

Pentru simplificarea calculelor se va forma un sistem de forma:

α⋅

α⋅−−

α⋅−

+

α⋅

α⋅−−

α⋅−−

=

α

•••

••

••

••

2c

c

0

)cos()h1c(

)sin()h1c(

1

)sin()h1c(

)cos()h1c(

y

x

(8. 10)

care poate fi scris simplificat sub forma:

[ ] [ ]

α⋅+

α⋅=

•••2BAa (8. 11)

unde [A] este matricea coeficienţilor acceleraţiei unghiulare a pietonului;

[B] este matricea coeficienţilor pătratului vitezei unghiulare a pietonului;

a este vectorul acceleraţiilor de translaţie şi rotaţie ale corpului.

Conform Figura 8-7 pentru cazul pietonului monomasă ecuaţiile de echilibru sunt:

Figura 8-7 Schema forţelor care acţionează asupra pietonului monomasă

Page 213: Siguranta pasiva

213

( )

⋅−⋅

−=

••

••

••

)cos(1100

010

001

1

1

αα hcF

G

F

y

x

J

m

m

c

c

(8. 12)

care poate fi scris simplificat sub forma:

[ ] QaM =⋅ (8. 13)

unde: [M] este matricea masei şi a momentului de inerţie a pietonului;

[Q] este matricea forţelor care acţionează asupra pietonului;

a este vectorul acceleraţiilor de translaţie şi rotaţie ale corpului.

În vederea aflării necunoscutelor, din ecuaţiile (8.11) şi (8.13) prin înmulţire la stânga

cu [A]T se va obţine:

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] ext2TT QBMAAMA =

α⋅⋅⋅+

α⋅⋅⋅

•••

(8. 14)

unde:

[ ] QAQT

ext ⋅= (8. 15)

Relaţia (8.14) poate fi scrisă sub forma:

[ ] [ ] QBA =

⋅+

•••211 αα (8. 16)

Relaţia (8.16) reprezintă forma simplificată a ecuaţiei diferenţiale în necunoscuta α

= α(t). Prin înlocuirea acesteia în relaţia (8.7) se pot afla coordonatele centrului de

masă al corpului pietonului.

Pentru un pieton a cărui înălţime este de 1,80 m, cu masa de 73 kg şi înălţimea

punctului de impact la 0,75 m de la sol, în urma reprezentării grafice a soluţiei ecuaţiei

diferenţiale de ordinul doi s-a obţinut o curbă de regresie a cărei ecuaţie poate fi

aproximată printr-o funcţie polinomială de ordinul doi a cărei expresie este:

t1363.0t0011.0 2 ⋅+⋅=α (8. 17)

Graficul acestei funcţii este prezentat în Figura 8-8.

Page 214: Siguranta pasiva

214

Cu relaţiile (8.7) şi (8.17) se va trasa traiectoria pietonului în momentul impactului

acestuia cu autoturismul Pentru aceasta se va da punctului de contact “O1” = “O2”

dintre autovehicul şi pieton o lege de mişcare.

Page 215: Siguranta pasiva

Vari

aţi

a u

ng

hiu

lui

de r

ota

ţie l

a p

ieto

nu

l m

on

om

asă

y = 0,0011x2 + 0,1363x

0

20

40

60

80

100

020

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Tim

pu

l [m

s]

[grade]

Monomasa

Poly. (Monomasa)

Figu

ra 8

-8 E

xem

plu

de d

eter

min

are

a un

ghiu

lui d

er r

otat

ie a

l cor

pulu

i pie

tonu

lui m

onom

asa

Page 216: Siguranta pasiva

216

8.2 Modelul matematic cu mai multe mase

Figura 8-9 Modelul matematic - schema generala

Pentru generarea ecuaţiilor s-a utilizat modelul mathematic cu doua mase a pietonului,

acesta putand fi modificat cu usurinţă, prin adăugarea de mase suplimentare.

La timpul t ≠ t0 = 0, după ce autoturismul a acţionat asupra genunchiului pietonului,

punctul de contact fiind A, în configuraţia de impact autovehicul frontal - pieton lateral,

pietonul se va găsi în poziţia prezentată în figura Figura 8-10. În această primă fază a

impactului se consideră că centrul

Figura 8-10 Pieton în poziţia trecând strada

instantaneu de rotaţie al masei unu a pietonului este în punctul de contact cu bara

paraşoc a autoturismului, masa doi rotindu-se în jurul articulaţiei şoldului. Articulaţia

Page 217: Siguranta pasiva

217

şoldului este considerată ca o articulaţie cilindrică, în cazul rezolvării problemei plane, în

ea având un coeficient de rigiditate k21, care simulează tonusul muscular.

Coordonatele centrelor de masă, pe axele X si Y, a celor două segmente de corp sunt,

conform schemei din figura Figura 8-9. Prin derivare se vor obţine si vitezele, pe cele

două axe ale sitemului XOY, corespunzătoare centrelor de masă ale celor două

segmente ale corpului pietonului.

⋅+⋅−+=

⋅−⋅−−=

⋅−+=

⋅−−=

)cos(2)cos()1(

)sin(2)sin()1(

)cos()1(

)sin()1(

2

2

1

1

βαβα

αα

chlhy

chlx

hchy

hcx

cg

cg

cg

cg

(8. 18)

⋅⋅−⋅−⋅−=

⋅⋅−⋅−⋅−=

⋅−⋅−=

⋅−⋅−=

•••

•••

••

••

)sin(2)sin()1(

)cos(2)cos()1(

)sin()1(

)cos()1(

2

2

1

1

ββαα

ββαα

αα

αα

chly

chlx

hcy

hcx

cg

cg

cg

cg

(8. 19)

Pentru aflarea necunoscutelor se va aborda metoda Lagrangeană

0=∂∂

+∂∂

∂∂•

iii

q

V

q

Ec

q

Ec

dt, (8. 20)

unde pentru cazul nostru i=1,n, iar qi sunt unghiurile α respectiv β pentru cazul prezentat

∑=i

iEcEc (8. 21)

22

2•

⋅+

⋅= iiii

i

JvcgmEc

α (8. 22)

222cgicgii yxvcg

••

+= (8. 23)

( ) ( )2

211, −− −⋅

+⋅⋅=∑ iiii

i

cgii

kygmV

αα (8. 24)

Unde avem:

Ec – energia cinetică;

Page 218: Siguranta pasiva

218

V – energia potenţială

mi – masele segmentelor de corp ce alcatuiesc pietonul;

Ji – momentele e inerţie ale maselor pietonului;

Vcgi – vitezele centrelor de masă ale maselor pietonului;

ki – coeficienţii de rigiditate din articulaţiile corpului pietonului;

Prin înlocuire în relaţia (8.20) şi prin derivarea acesteia se va obţine un sistem de ecuaţii

diferenţiale în necunoscutele α şi β.

Page 219: Siguranta pasiva

219

9 CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND COLIZIUNEA

AUTOTURISM – MANECHIN PIETON

9.1 Regulamante, metode de încercare şi aparatura de măsurare

La sfârşitul anilor 1980, Comitetul European pentru Vehicule Experimentale (European

Experimental Vehicles Committee - EEVC) a început dezvoltarea unui set de standarde

concepute să minimizeze vătămările serioase ale pietonilor în impact până la 40 km/h.

În 1991, EEVC a propus un set de teste reprezentând cele mai importante trei

mecanisme ale vătămărilor: cap, partea superioară a piciorului, partea inferioară a

piciorului. Această lucrare a fost încorporată în testele EuroNCAP, având primele

rezultate în 1997.

U.E. a adoptat recent o Directivă similară (2003/102/EC, Dec. 2003) celei japoneze, dar

care acoperă, de asemenea, şi cerinţele pentru vătămări asupra piciorului. Propunerea

este încorporată în Legislaţia Comunităţii, sub sistemul creat de Directiva 70/156/EEC.

Este aplicabilă autoturismelor, vehiculelor sportive, camioanelor uşoare şi altor vehicule

comerciale uşoare, cu aplicare în două etape începând cu 2005 şi 2010.

Regulamentul canadian referitor la bara de protecţie este unul dintre cele mai riguroase

de acest tip din lume. Acesta este propus spre analizarea compatibilităţii bară-pieton.

National Highway Traffic Safety Administration (NHTSA) a Stalelor Unite a încheiat

dezvoltarea unei cerinţe de testare cu impactor cap la începutul anilor 1990. De atunci,

efortul a fost îndreptat către cercetarea pentru sprijinirea grupului de lucru pentru

protecţie pasivă a International Harmonized Research Activities (PS-WG IHRA).

Un număr mare de pietoni şi biciclişti devin victime ale coliziunilor frontale cu

autoturisme. Acest lucru a fost identificat de către Comitetul European pentru Siguranţa

avansată a Vehiculelor (EEVC) şi astfel s-au efectuat o serie de studii în acest domeniu

de către Grupele de Lucru a EEVC. Ca urmare a acestor cercetări, au fost dezvoltate

diverse recomandări pentru designul structurii frontale a automobilelor. Au fost propuse

metode de testare şi regulamente pentru a impune protecţia pietonului. În primul

trimestru al anului 1987 a fost discutată una dintre aceste propuneri de către grupul

Page 220: Siguranta pasiva

220

„ERGA Safety” a EEC. S-a stabilit necesitatea unor cercetări mai aprofundate pentru a

completa o serie de lacune. EEVC a fost contactată pentru a coordona această cercetare

astfel ca la sfârşitul anului 1987 a fost înfiinţat Grupul de Lucru „Protecţia pietonului”

WG10.

Mandatul acestui grup a fost de a determina metode de testare şi nivele acceptabile de

evaluare a protecţiei oferite pietonilor de către structura frontală în cazul accidentelor.

Metodele de testare ar trebui să fie bazate pe teste pe subsisteme, cum ar fii: bara de

protecţie (inclusiv radiatorul), muchia frontale a capotei (inclusiv faruri şi muchia

frontală a aripilor) şi suprafaţa capotei (inclusiv muchia inferioară a parbrizului), testele

fiind necesare atât pentru pieton adult cât şi pentru pieton copil la impactul la 40km/h.

Studiile au inclus teste cu manechin la scara 1:1, teste pe cadavre, reconstrucţii de

accidente, analiza datelor achiziţionate în urma accidentelor şi simulări pe computer.

Mai mult, propunerile de test dezvoltate au trebuit a fi testate mai târziu pe

autovehicule reprezentative pentru perioada respectivă pentru a determina fezabilitatea

propunerilor. Aceste teste au fost efectuate în 1989/1990 şi încheiate în iunie 1991 de

către un consorţiu european format din BASt, INRETS, LAB/APR, TNO şi TRL.

Cel de-al treilea şi ultim raport EEVC WG10 a fost realizat în 1994, fiind axat pe

modificări şi îmbunătăţiri ale versiunilor anterioare de propuneri de metode de testare.

WG10 a fost desfiinţat în noiembrie 1994.

S-a decis în iunie 1997 crearea unui nou grup de lucru – EEVC WG17 „Siguranţa

pasivă”, având două sarcini principale:

Revizuirea metodelor de testare EEVC WG10 (raport final 1994) şi propunerea

posibilelor modificări, ţinând seama de noile date de statistică existente, biomecanică şi

rezultatele unor teste;

Pentru definirea încercărilor s-au considerat ca reprezentative pentru cazul accidentelor

pieton – automobil următoarele două situaţii:

• Pieton în poziţie laterală (traversând strada), automobil frânând;

• Pieton în poziţie cu faţa spre autoturism, coliziune frontală cu 40 % grad de

acoperire pentru autoturism.

Page 221: Siguranta pasiva

221

Viteza autoturismului în momentul impactului a fost de aproximativ 30 km/h. Pentru

efectuarea încercărilor este necesară următoarea aparatură:

• Manechin pieton instrumentat cu accelerometre şi-sau alţi traductori;

• Autoturism pregătit pentru coliziune şi echipat cu două biomanechine humanoide

Hybrid II First Technology USA;

• Instalaţie de tracţiune pentru autoturisme (pista coliziune, instalaţie tracţiune,

cablu tracţiune, cărucior tracţiune autoturisme, amortizor deblocare cărucior

tracţiune, sistem deblocare pene conice, blocare cablu tracţiune);

• Sistem de iluminare pentru filmare rapidă (1000 img/sec);

• camere filmare rapidă 1000 img/sec STARLEX USA şi sistem electronic de

sincronizare a startării simultane sau decalate a camerelor de filmare rapidă;

• Sistem de măsurare a vitezei autoturismului Tag Heuer – Elveţia;

• Două fotocelule de startare automată a camerelor le filmare, una pentru sistemul

de înregistrare din instalaţia de achiziţionare date la coliziune şi una, semnal

trigger;

• Cabluri pentru achiziţie date la coliziune, în cazul in care nu se dispune de

dataloggere;

• accelerometre triaxiale;

• Instalaţie achiziţie date la coliziune;

• Programe pentru analiza şi prelucrarea semnalelor şi imaginilor filmate la 1000

img/sec;

• Surse de alimentare şi accesorii specifice încercărilor de coliziune.

9.1.1 Manechinul pieton

Scheletul manechinului este compus în primul rând din elemente metalice care îi

conferă o bună rezistenţă structurală şi care imită scheletul uman. Aceast schelet este

acoperit cu cauciuc siliconic care îi asigură forma umanoidă dorită. Părţile componente

ale acestui manechin sunt prezentate în cele ce urmează.

Page 222: Siguranta pasiva

222

Figura 9-1 Capul manechinului

Capul are ca piesă de bază un schelet de sârmă e oţel care este acoperit cu un strat de

silicon care asigură fidelitatea biomecanică precum şi repetabilitatea răspunsului capului

la impactul cu suprafeţe tari. În interiorul acestuia este un accelerometru triaxial montat

în centrul de greutate, furnizând date despre acceleraţiile la care este supus creierul în

timpul unui impact. Metoda de evaluare a gravităţii vătămării capului este prin

măsurarea valorii HIC.

Gâtul manechinului este realizat în două variante. Prima, mai rigidă şi cu limitarea

gradelor de libertate, a doua oferind mai multă libertate mişcării şi îndeplineşte cerinţele

de biofidelitate. Gâtul este format din piese flexibile, concepute pe criterii biomecanice,

cu răspunsuri de atenuare în flexie şi extensie. Este format din patru vertebre rigide

metalice şi patru garnituri modelate în cauciuc (butil elastomer). Garniturile de cauciuc

au fost alese pentru caracteristicile de atenuare şi realizarea histerezisului biomecanic.

Armăturile terminale din metal au rolul de a asigura legăturile cu capul şi torsul

manechinului deoarece în special în timpul impacturilor longitudinale (frontale sau faţă-

spate) apar forţele de încovoiere şi de forfecare care solicită acest organ. Răspunsul

îndoirii în faţă şi în lateral a gâtului mimează răspunsul uman.

Coastele sunt conturate din platbande de oţel nituite şi care pot fi ajustate pentru a

simula forma umană şi sunt acoperite cu un material siliconic pentru atenuare, aplicat

pe suprafaţa lor interioară şi exterioară. Se asigură astfel răspunsul dinamic al pieptului

la impactul frontal distribuit.

Page 223: Siguranta pasiva

223

Figura 9-2 Ansamblu torace

Materialul siliconic ataşat în partea din faţă a coastelor ajută la distribuirea sarcinilor.

Manechinul prezintă o coloană vertebrală formată dintr-un ansamblu telescopic de ţevi,

care permite reglarea înălţimii toracelui.

Figura 9-3 Manechinul pieton – structura osoasă şi musculară

Bazinul este turnat din cauciuc silicon şi este prevăzut cu două articulaţii cilindrice la

care s-au adăugat una/două suprafeţe de frecare între partea conducătoare şi cea

Page 224: Siguranta pasiva

224

condusă, acestea oferind posibilitatea mişcării în cele două plane, planul x, vertical

transversal de referinţă şi planul y, vertical longitudinal de referinţă. Aceste articulaţii

oferă posibilitatea simulării momentului care apare în articulaţia şoldului la om. Reglarea

momentului din articulaţie se face prin strângerea unui şurub şi a unei piuliţe.

Braţele nu sunt prevăzute cu instrumentaţie, deoarece vătămările posibile nu ar pune în

pericol viaţa pietonului, în raport cu vătămările suferite de celelalte părţi ale corpului.

Articulaţia genunchiului se poate asimila cu o articulaţie cilindrică la care s-au adăugat

două suprafeţe de frecare între partea conducătoare şi cea condusă.

Accelerometrele au fost montate cu axele paralele cu cele trei plane anatomice ale

corpului (coronal, sagital şi transversal), vezi Figura 9-4. Axele X şi Y pe care s-au

înregistrat acceleraţiile sunt conţinute în planele sagital, respectiv coronal, iar axele Z

sunt paralele la planul transversal.

Figura 9-4 Amplasarea manechinului în raport cu autoturismul

9.1.2 Pregătirea autoturismului

Autoturismul utilizat a fost lestat la o greutate de 1024 kg, cu rezervorul de combustibil

gol. Partea din faţă, respectiv capota au fost vopsite pentru a se diferenţia zonele cu

potenţiale diferite de vătămare a pietonului şi pentru a facilita analizele de imagine cu

programe speciale. În autoturism au fost montate două manechine Hybrid II Fyrst

Technology USA.

Page 225: Siguranta pasiva

225

În portbagaj a fost montat un sistem special de frânare cu declanşare electrică prin

cablu. Rolul acestui sistem a fost de a declanşa frânarea autoturismului în momentul

impactului cu manechinul pieton, şi evitarea distrugerii lui prin impactul cu bariera fixă

de coliziune (170 tone + bloc metalic pentru coliziune decalată) aflată la circa 15 metri

de zona de impact. De asemenea, în cazul unei erori apărute în fază premergătoare

impactului, autovehiculul poate fi oprit pe pistă, fără a se produce avarii sistemului de

măsurare.

Figura 9-5 Stabilirea repartitiei maselor autoturismului

Figura 9-6 Instalaţia de frânare îmbarcată în autoturism

Page 226: Siguranta pasiva

226

9.1.3 Instalaţia de tracţiune pentru autovehiculele supuse coliziunilor

Instalaţia poate tracta autovehicule la o viteza de peste 100 km/h cu o precizie de ± 1

km/h şi cu acceleraţii cuprinse intre 2 şi 10 m/s2. Ea se compune din următoarele

subansamble şi instalaţii:

• Pista de coliziune cu o lungime de aproximativ 200 m, care permite coliziuni auto

cu bariere fixe (zid), cu bariere mobile (1100 kg şi 1800 kg), autoturism cu

autoturism (două în mişcare sau unul stând pe loc), coliziune laterală, coliziune

laterală autoturism cu bariera tip stâlp, răsturnări autoturism.

• Unitatea de acumulare a energiei pneumo-hidraulică cu servovalvă de comandă

controlată prin calculator, butelii azot, acumulatoare cu piston, motor hidraulic de

acţionare şi motor electric.

• Unitatea de antrenare a autoturismului compusă din: cablu de tracţiune (fără

sfârşit), cărucior tracţiune autoturisme, canal rulare cărucior, amortizor deblocare

cărucior tracţiune, sistem deblocare pene conice.

• Unitatea electronică de comandă care permite introducerea mărimilor definitorii

pentru tracţiune (viteza, timpul de accelerare, timp de mers uniform şi timpul de

frânare). Unitatea permite startarea din camera de achiziţie a datelor la coliziune,

memorarea parametrilor tracţiunii şi oprirea în caz de urgentă.

9.1.4 Filmarea rapidă şi sistemele speciale de iluminare

Pentru analiza grafică a coliziunilor manechin pieton s-au folosit camere de filmare

rapide reglate pentru o viteza de 1000 img/sec. Aceste camere au fost poziţionate

pentru filmarea de tip: vedere de sus şi din lateral stânga. Gradul de iluminare necesar

a fost obţinut prin montarea a 30 lămpi cu becuri de 1 kw fiecare. S-au montat 20 lămpi

în poziţie laterală şi 10 lămpi pentru iluminare de sus. Startarea camerelor se face cu

instalaţii speciale de sincronizare şi startare simultană. Ţinând cont că rola de film

utilizată are 30 m, iar camera are nevoie de un timp de accelerare, se va obţine unui

timp efectiv de filmare de cca 1,5 sec.

Page 227: Siguranta pasiva

227

Figura 9-7 Camerele de filmare de mare viteză şi fotocelulele Tag Heuer

Orice manevră nesincronizată duce la pierderea fenomenelor dorite a se studia la viteze

ridicate. Camerele utilizate permit viteze de filmare de până la 10000 img/sec, dar

aceasta presupune fenomene foarte rapide şi grade de iluminare deosebite.

9.1.5 Măsurarea vitezei autoturismului

Viteza autoturismului a fost măsurată cu un vitezometru cu fotocelule electrice. Precizia

de măsurare este de 0,1%, distanţa între cele două fotocelule fiind de 1 metru.

Figura 9-8 Poziţionarea fotocelulelor Tag Heuer şi aparatura de startare automată

9.1.6 Instalaţia de achiziţie de date la coliziune

Pentru determinarea acceleraţiei in timpul impactului au fost efectuate măsurători

utilizând accelerometre piezorezistive de tip PCB 338M12. Pentru o bună funcţionare,

Page 228: Siguranta pasiva

228

acestea trebuie montate adecvat şi cuplate corespunzător la echipamentele de măsură.

În figură sunt prezentate diverse moduri recomandate de către producător, de montare

a accelerometrelor. Primele două modalităţi de montare au la bază două soluţii de fixare

filetate iar următoarele prezintă două soluţii de fixare cu magneţi.

Figura 9-9 Accelerometrul PCB uniaxial

Figura 9-10 Principii de montaj al accelerometrelor

O altă modalitate de fixare este aceea de a combina soluţia de fixare cu adeziv

industrial pentru metale cu cea a montării filetate.

În cadrul experimentului, accelerometrele au fost montate pe un sistem triortogonal.

Două astfel de sisteme triaxiale au fost utilizate, unul montat pe manechin în cavitatea

craniană, în centrul de masă al capului și unul în cavitatea toracică, pentru a permite

Page 229: Siguranta pasiva

229

prelevarea accelerațiilor la nivelul capului, respectiv la nivelul toracelui în momentul

impactului. Vezi diagrama lanțului de măsură de mai jos.

Montarea accelerometrelor pe sistemele triaxiale şi fixarea acestora din urmă pe

manechin s-a facut respectând paralelismul axelor triortogonale cu cele trei plane

anatomice ale corpului (coronal, sagital şi transversal). Axele X şi Y pe care s-au

înregistrat valorile acceleraţiilor sunt conţinute în planele sagital, respectiv coronal, axa

Z fiind perpendiculară pe acestea.

Figura 9-11 Suportul pentru realizarea unui montaj triaxial al accelerometrelor

Cele 6 accelerometrele au fost conectate la un amplificator de semnal pentru vibraţii

PCB F483B07, pentru a asigura atât sursa necesară de curent continuu către senzori cât

şi amplificarea semnalului de răspuns oferit de către aceştia.

Figura 9-12 Amplificatorul de date

Amplificatorul a fost conectat la o placă de achiziţie National Instruments NI USB 6218

pe 6 canale de achiziţie de tip intrare analogică. Cu ajutorul acestei plăci s-a realizat

transferul datelor în timp real către calculatorul portabil. Lanţul de măsură construit pe

echipamentele şi procesele descrise anterior este reprezentat schematic în figura de mai

jos.

Page 230: Siguranta pasiva

230

Figura 9-13 Lanţul de măsură pentru achiziţia datelor

Momentul impactului cu vehiculul s-a marcat prin contact electric montat la nivelul

genunchiului manechinului.

Page 231: Siguranta pasiva

231

Viteza vehiculului înainte de impact s-a măsurat cu ajutorul instalaţiilor timp – viteza

direct în km/h.

Nivelul maxim al deceleraţiilor măsurate în cap (după axele x, y, z). a fost în domeniul 0

± 200 g iar nivelul maxim al deceleraţiilor măsurate în cutia toracică (după axele x, y, z)

a fost în domeniul 0 ± 100 g.

9.2 Desfăşurarea testelor şi analiza rezultatelor

În cadrul testărilor experimentale pietonul a fost aşezat în faţa autovehiculului, în

poziţia "traversând strada”, cu piciorul stâng înspre autoturism. Impactul a avut loc în

regiunea genunchiului stâng, puţin deasupra acestuia. Viteza autoturismului în

momentul impactului a fost de 30 km/h, autovehiculul lovind pietonul cu zona mediană

a barei paraşoc. Acţionarea asupra sistemului de frânare s-a făcut cu 2 m înainte de

locul coliziunii.

În al doilea scenariu pietonul a fost aşezat cu faţa spre autoturism, el fiind lovit frontal

de zona mediană a barei paraşoc a autoturismului care se deplasa în regim uniform cu

viteza de 30 km/h. Impactul asupra pietonului a avut loc în regiunea genunchilor.

Procesul de pregătire şi desfăşurare a experimentelor este prezentat în tabelele

următoare, iar rezultatele obţinute sunt ilustrate în figurile următoare.

Din analiza diagramelor obţinute s-a constatat că pentru viteza de impact de 30 km/h

durata coliziunii efective dintre pieton şi automobil este de aproximativ 250 ms, după

aceasta pietonul căzând pe carosabil. Impactul în regiunea membrelor inferioare ale

pietonului durează aproximativ 90 ms. Timpul după care pietonul se loveşte cu capul de

parbriz este de aproximativ 190 ms.

La ambele probe pietonul a fost proiectat cu capul în parbrizul autoturismului. De

asemenea membrele inferioare s-au rupt în zona de contact cu bara paraşoc. În timpul

celui de al doilea test manechinul s-a rupt din articulaţia bazinului.

Page 232: Siguranta pasiva

232

Figura 9-14 Schema de desfăşurare a încercărilor experimentale

Acest lucru s-a datorat reglajului momentului din articulaţie, moment care a depăşit

valoarea la care s-a produs ruperea articulaţiei în zona de sudură. Acceleraţiile medii

Page 233: Siguranta pasiva

233

înregistrate, din momentul impactului în zona genunchiului, până la izbirea pietonului cu

capul în parbriz şi pe durata impactului secundar, cu solul, au fost redate în tabelul 9.1.

Tabelul 9.1 Acceleraţiile medii înregistrate la nivelul capului şi toracelui manechinului

Impact primar Impact secundar Test nr Cap Torace Cap Torace

[g] [g] [g] [g] 1 7,525 7,338 5,78 5,137 2 10,81 10,994 10,92 8,344

Forţa medie de impact asupra manechinului a fost în cazul primului test de aproximativ

5300 N. La căderea de pe autoturism pe sol, se remarcă din graficul acceleraţiilor,

manechinul nu a lovit solul cu capul ci doar s-a rostogolit pe acesta în urma mişcării de

rotaţie imprimată la impactul în zona picioarelor. Acceleraţiile apărute în cazul

impactului secundar sunt mai mici decât la coliziunea directă cu autoturismul.

Acceleraţiile mai mari apărute la testul numărul doi se datorează ruperii manechinului

din articulaţia bazinului.

În urma efectuării experimentelor, atât la prima cât şi la cea de-a doua probă, avariile

provocate de pieton autoturismului au fost importante doar în regiunea parbrizului. Pe

capotă s-au înregistrat doar urme de ştergere. Bara paraşoc nu a suferit deformaţii.

Analizând înregistrările filmate şi diagramele se poate afirma că impactul cuprinde trei

faze principale:

• Contactul cu autoturismul, durează din momentul impactului până când pietonul

se desprinde de autoturism;

• Faza de zbor, din momentul separării pietonului de autoturism până la impactul

cu solul;

• Faza de târâre, din momentul luării contact cu solul, până la poziţia finală a

pietonului.

Page 234: Siguranta pasiva

234

9.2.1 Contactul cu autoturismul

Această fază cuprinde o serie de etape, datorită complexităţii fenomenelor care

apar:

• Impactul primar cu lovirea pietonului la nivelul genunchiului;

• Rezemarea pietonului cu femurul de muchia capotei, simultan cu rabaterea părţii

superioare a corpului pe capota autoturismului;

• Rotirea corpului pietonului în jurul axei sale longitudinale;

• Impactul capului pietonului cu parbrizul;

• Căderea de pe autoturism.

La impactul primar pietonul este lovit la nivelul genunchiului de către bara paraşoc a

autoturismului. Deoarece în cazul prezentat autoturismul a fost frânat doar cu puntea

spate nu s-a observat o mişcare de tangaj a acestuia în momentul frânării. După un

timp foarte scurt muchia capotei vine în contact cu femurul pietonului.

Figura 9-15 Impactul primar în zona genunchiului

Tot aici se poate vedea fenomenul de “mulare” a membrelor inferioare pe partea

frontală a autoturismului. Acesta se datorează mobilităţii articulaţilor membrelor

inferioare sau, în cazurile nefericite datorită fracturării a oaselor. Partea inferioară a

piciorului, până la genunchi, tinde să fie trasă sub autovehicul dar datorită diferenţei de

masă dintre această regiune şi restul corpului în final se va produce fenomenul de

Page 235: Siguranta pasiva

235

“mulare”. În faza de tragere a picioarelor sub autoturism sunt posibile apariţii ale

fracturilor de gleznă.

Rabaterea pietonului pe capotă începe cu o oarecare întârziere, faţă de momentul

impactului.

Mişcarea de rotaţie a pietonului în jurul axei sale longitudinale ia naştere datorită

poziţiei piciorului manechinului care este lovit prima dată de bara paraşoc. Punctul de

aplicaţie al forţei de impact este excentric faţă de axa longitudinală a pietonului şi astfel

apare un moment de rotaţie. Rotaţia începe cu o oarecare întârziere, aceasta

datorându-se distribuţiei masei pietonului pe picioare.

Figura 9-16 Mişcarea de rotaţie a pietonului

La rabaterea pietonului pe capota autoturismului rotaţia are loc în jurul punctului de

contact dintre capotă şi femur. În momentul când pietonul se loveşte cu capul de

parbriz, deoarece partea superioară a corpului este mai grea decât picioarele, pentru un

timp corpul şi capul pietonului devin corp comun cu autoturismul, iar picioarele se

rotesc în jurul articulaţiei bazinului, datorită mişcării imprimate la impactul primar.

Desprinderea de autoturism, în cazul vitezelor de impact mici, se manifestă în general

prin căderea în lateral sau prin alunecarea de pe capotă, după ce autoturismul s-a oprit.

În primul caz viteza pietonului în momentul desprinderii de autoturism este egală cu

viteza autoturismului.

Page 236: Siguranta pasiva

236

9.2.2 Faza de zbor

După ce pietonul s-a desprins de autoturism, până la impactul secundar, va descrie prin

aer o traiectorie parabolică. În cazul prezentat această fază este aproape inexistentă,

datorită vitezei mici de coliziune. Faze de zbor apar doar la viteze de peste 40 km/h.

9.2.3 Faza de târâre

Odată ajuns pe sol pietonul se va rostogoli şi va aluneca, poziţia finală fiind complet

aleatoare. Distanţa de alunecare pe sol a pietonului depinde de coeficientul de frecare

dintre sol şi pieton, coeficient care este influenţat de natura suprafeţelor care vin în

contact. Contactul cu solul se poate face cu oricare dintre părţile corpului. S-a constatat

că în urma impactului secundar, cu solul, pietonul nu a atins carosabilul cu capul ci doar

cu toracele şi membrele inferiore, rostogolindu-se pe acesta.

În urma înregistrărilor, din diagramele acceleraţiilor şi filmările efectuate, rezultă:

• Forţa maximă la impactul dintre bara paraşoc a autoturismului şi pieton apare

după un timp de aproximativ 25 de ms, efectul acesteia fiind ruperea piciorului

manechinului.

• Acceleraţia maximă înregistrată a fost în momentul lovirii manechinului cu capul

de parbrizul autoturismului, la 190 ms de la impactul primar.

• Valoarea acceleraţiei la nivelul capului a depăşit 100 g.

• La nivelul toracelui valoarea medie a acceleraţiei înregistrate pe o perioadă de 20

ms a fost de aproximativ 18 g şi a avut loc la impactul secundar, cu solul.

Distanţa de proiectare a pietonului în cazul primului test a fost 7,5 m pe direcţia de

deplasare a autoturismului, valoare care se încadrează în limitele stabilite de Kuhnel

[49] [61].

Avariile suferite de autoturism, la coliziunea cu pietonul s-au materializat prin urme de

ştergere în zona superioară a capotei şi prin spargerea parbrizului.

Page 237: Siguranta pasiva

237

Figura 9-17 Diagrama Kuhnel privind distanţa de aruncare a pietonilor

Deşi la primul test pietonul a fost lovit cu centrul barei paraşoc, datorită mişcării de

rotaţie imprimată acesta a căzut de pe autovehicul prin laterala dreaptă, fapt confirmat

şi de urmele lăsate pe capotă.

Page 238: Siguranta pasiva

TE

ST

1 "

PIE

TO

L

OV

IT D

I L

AT

ER

AL

"

238

N

r.

Crt

. O

per

aţia

T

imp

ul

de

efec

tuar

e O

bse

rvaţ

ii

Tr

aseu

de

înce

rcăr

i

1.

M

arca

re t

rase

u de

înce

rcăr

i 40

min

O

sin

gură

dat

ă la

înce

putu

l tes

telo

r

Apa

ratu

ra d

e m

ăsu

rare

2.

Ca

blar

e tr

aseu

de

înce

rcăr

i 60

min

M

onta

re

cabl

uri

de

tran

smite

re

a da

telo

r în

regi

stra

re

spre

m

agne

tofo

n 3.

Pr

egăt

ire in

stal

aţie

ilum

inar

e 6

ore

Cabl

are

tras

eu, m

onta

re lă

mpi

4.

M

onta

re c

elul

e H

euer

30

min

4

celu

le,

două

pe

ntru

de

term

inar

ea

vite

zei

auto

turis

mul

ui,

una

pent

ru

decl

anşa

rea

înre

gist

rării

da

telo

r şi

un

a pe

ntru

po

rnire

m

agne

tofo

n şi

osc

ilogr

af

5.

M

onta

re c

amer

a de

film

at r

apid

ă 40

min

2

cam

ere

de f

ilmar

e cu

vite

za d

e 10

00 c

adre

/sec

, sc

him

bare

film

e du

pă fie

care

tes

t 6.

M

onta

re c

amer

a de

film

at

30 m

in

2 ca

mer

e 7.

Pr

egăt

ire a

para

t fo

to

10 m

in

Preg

ătire

film

8.

M

onta

re

acce

lero

met

re

pe

man

echi

n 2

ore

Real

izar

e su

porţ

i şi c

utii

de p

rote

cţie

pen

tru

acce

lero

met

re

9.

Ca

libra

re a

ccel

erom

etre

40

min

O

sin

gură

dat

ă la

înce

putu

l pro

belo

r 10

. Ca

libra

re o

scilo

graf

30

min

O

sin

gură

dat

ă la

înce

putu

l pro

belo

r 11

. Pr

egăt

ire in

stal

aţie

tra

cţiu

ne

20 m

in

Înai

nte

de fie

care

pro

12.

Măs

urar

e şi

înre

gist

rare

dat

e 1

min

La

fie

care

pro

A

uto

turi

sm

13.

Vops

ire a

utot

uris

m

30

min

St

abili

rea

zone

lor

cu d

iferit

e po

tenţ

iale

de

vătă

mar

e a

piet

onul

ui

14.

Lipi

re r

eper

e pe

aut

otur

ism

20

min

Re

pere

pen

tru

urm

ărire

a p

unct

elor

de

impa

ct

15.

Mod

ifica

re

sist

em

de

frân

are

stan

dard

2

ore

Acţio

nare

a fr

ânel

or s

e fa

ce d

in e

xter

ioru

l aut

oveh

icul

ului

cu

ajut

orul

un

ui s

iste

m p

neum

atic

com

anda

t el

ectr

ic

16.

Cânt

ărire

aut

oveh

icul

şi l

esta

re

15 m

in

La în

cepu

tul p

robe

lor

17.

Mon

tare

câr

lige

de t

ract

are

30 m

in

-

18

. M

ăsur

are

defo

rmaţ

ii la

el

emen

tele

de

caro

serie

5

min

-

Page 239: Siguranta pasiva

TE

ST

1 "

PIE

TO

L

OV

IT D

I L

AT

ER

AL

"

239

19.

Înlo

cuire

bar

a pr

otec

ţie

- -

20.

Înlo

cuire

cap

otă

- -

21.

Înlo

cuire

par

briz

-

-

Man

ech

in

22.

Întă

rire

colo

ană

vert

ebra

3 or

e Pe

ntru

a s

e as

igur

a re

peta

bilit

atea

tes

telo

r şi

a a

sigu

ra o

bun

ă pr

inde

re a

cap

ului

bio

man

echi

nulu

i 23

. Ad

apta

re

cap

şi

gât

de

biom

anec

hin

HYB

RID

II

60 m

in

În v

eder

ea o

bţin

eri u

nor

rezu

ltate

cât

mai

apr

opia

te d

e re

alita

te

24.

Vops

ire m

anec

hin

- -

25.

Lipi

re r

eper

e pe

man

echi

n 15

min

La

înc

eput

ul p

robe

lor,

pen

tru

a pu

tea

urm

ări

mai

uşo

r m

işca

rea

fiecă

rei z

one

a co

rpul

ui

26.

Reg

lare

mom

ente

din

art

icul

aţii

15 m

in

La în

cepu

tul f

iecă

rei p

robe

27

. M

ăsur

are

dist

anţe

de

arun

care

a

man

echi

nulu

i 5

min

D

upă

fieca

re p

robă

C

entr

aliz

are

date

28

. N

otar

e re

zulta

te

10 m

in

Dup

ă fie

care

pro

Ti

mp

tota

l pre

găti

re t

est

21

,43

ore

Page 240: Siguranta pasiva

TE

ST

1 "

PIE

TO

L

OV

IT D

I L

AT

ER

AL

"

240

Au

totu

rism

mar

ca:

DA

CIA

NO

VA

R 5

23

Mas

a g

ol

[kg]

82

7 R

epar

tiţi

e fa

ţă

/ sp

ate

[kg]

44

2/38

5

Mas

a ec

hip

at

[kg]

10

24

Rep

arti

ţie

faţă

/

spat

e [k

g]

530/

494

Am

pat

amen

t [m

m]

2475

V

itez

a d

e d

esfă

şura

re

a te

stu

lui:

2

9,5

8

km/h

R

egim

ul d

e d

epla

sare

: fr

ânar

e D

irec

ţia

de

dep

lasa

re a

au

totu

rism

ulu

i Rec

tilin

ie,

a lo

vit

din

late

ral

piet

onul

pe

part

ea s

tâng

ă, d

e-a

lung

ul a

xei

Y a

aces

tuia

din

ur

mă.

Pun

ctul

de

impa

ct

Obs

erva

ţii

Bar

ă p

rote

cţie

M

edia

n la

510

mm

faţ

ă de

sol

N

u a

sufe

rit n

ici o

def

orm

aţie

Cap

ota

Zo

na

fron

tală

, ar

ia

cent

rală

a

capo

tei ş

i cea

cap

otă

parb

riz

Zgâr

ietu

ri m

inor

e

Ari

pi

- -

Ech

ipam

ente

su

pu

se

def

orm

ării

Pa

rbri

z D

reap

ta l

a 25

0 m

m d

e lin

ia

med

iană

şi

de

m

uchi

a su

perioa

Spar

t da

r nu

s-a

dep

lasa

t de

pe

ched

er

Ora

de

des

făşu

rare

: 1

72

3

*(S

e vo

r no

ta d

ate

desp

re a

utot

uris

m)

Aut

otur

ism

ul a

fos

t frâ

nat d

oar

cu p

unte

a sp

ate.

P

resi

unea

gaz

ului

în b

utel

iile

de

azot

12,

8 ba

r.

Tim

pul s

curs

pân

ă la

ati

nger

ea f

orţe

i nom

inal

e de

frâ

nare

a f

ost d

e 0,

51 s

ec.

Dis

tanţ

a pa

rcur

să d

e au

tove

hicu

l în

aces

t tim

p: 4

,20

m.

Lun

gim

ea u

rmel

or d

e fr

ânar

e a

fost

7,2

5 m

. S

paţi

ul to

tal p

arcu

rs d

e au

tove

hicu

l pân

ă la

opr

ire

a fo

st 1

1,45

m.

Page 241: Siguranta pasiva

TE

ST

1 "

PIE

TO

L

OV

IT D

I L

AT

ER

AL

"

241

Man

ech

in a

ntro

pom

etri

c R

UTY

1

Seg

men

tul d

e co

rp

Înăl

ţim

ea

[cm

] M

asa

[kg

]

Capu

l + g

âtul

26

5

Corp

ul +

mâi

nile

58

40

Pi

cioa

rele

96

28

T

otal

an

sam

blu

1

80

7

3

Dir

ecţi

a d

e lo

vire

A

fost

lovi

t la

tera

l pe

part

ea s

tâng

ă, d

e-a

lung

ul a

xei Y

Acc

eler

aţia

max

imă

Vit

eza

un

gh

iula

Seg

men

tul

de

corp

A

rtic

ula

ţia

Mo

men

tul

din

ar

ticu

laţi

e

Nu

măr

d

e m

ase

man

ech

in

X

Y

Z

X

Y

Z

Ob

serv

aţii

- -

[Nm

] -

[g]

[g]

[g]

[rad

/s]

[rad

/s]

[rad

/s]

-

Cap

ul

Gât

Ad

apta

re c

ap

biom

anec

hin

HYB

RID

II

95

40

88

Su

nt

grup

ate

în

inte

rval

ul

195

– 22

0 m

s Şo

ld 1

(f

lexi

e, e

xten

sie)

2

x 50

Şold

2 (

late

ral)

50

Um

ăr

2 x

9 C

orpu

l

Braţ

2

x 9

16

12

12

N

u su

nt g

rupa

te

in

juru

l un

ui

anum

it in

terv

al

Fem

ur s

uper

ior

2 x

15

Pic

ioar

e G

enun

chi

2 x

50

11

- -

-

Nu

s-au

cut

măs

urăt

ori

*(S

e vo

r no

ta d

ista

nţel

e de

aru

ncar

e al

e pi

eton

ului

) P

ieto

nul

a fo

st l

ovit

în

zona

gen

unch

iulu

i st

âng,

dup

ă ca

re a

fos

t pr

oiec

tat

cu c

apul

în

parb

rizu

l au

totu

rism

ului

. Pic

ioru

l st

âng

s-a

rupt

dea

supr

a ar

ticu

laţi

ei g

enun

chiu

lui.

În u

rma

impa

ctul

ui

secu

ndar

pi

eton

ul

a aj

uns

cu

capu

l în

spre

di

recţ

ia

de

depl

asar

e a

auto

vehi

culu

lui,

în l

ater

ala

dera

ptă

a ac

estu

ia,

resp

ecti

v la

1,1

m (

măs

urat

la

şold

) fa

ţă d

e li

nia

med

iană

a

auto

turi

smul

ui ş

i 7

m (

măs

urat

la

şold

) fa

ţă d

e pu

nctu

l de

und

e s-

a pr

odus

co

lizi

unea

. Pie

tonu

l a f

ost p

urta

t pe

capo

ta a

utot

uris

mul

ui.

Page 242: Siguranta pasiva

TE

ST

1 "

PIE

TO

L

OV

IT D

I L

AT

ER

AL

"

242

Acc

eler

aţii

le

capu

lui

obţi

nute

în

ur

ma

impa

ctul

ui

prim

ar

asup

ra

genu

nchi

ului

Acc

eler

aţii

le

capu

lui

obţi

nute

în

ur

ma

impa

ctul

ui

cu

parb

rizu

l au

totu

rism

ului

Ac

ce

lera

tiile

cap

ulu

i la

im

pac

tul p

rim

ar

-200

-160

-120

-80

-400

40

80

120

160

200

010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

Tim

pu

l [m

s]

Acceleratia (g)

Acceleratia pe axa X

Acceleratia pe axa Y

Acceleratia pe axa Z

Acceleratia rezultanta

Page 243: Siguranta pasiva

TE

ST

1 "

PIE

TO

L

OV

IT D

I L

AT

ER

AL

"

243

Acc

eler

aţii

le

tora

celu

i ob

ţinu

te

în

urm

a im

pact

ului

pr

imar

as

upra

ge

nunc

hiul

ui

Acc

eler

aţii

le

tora

celu

i ob

ţinu

te

în

urm

a im

pact

ului

din

tre

capu

l pi

eton

ului

şi

parb

rizu

l au

totu

rism

ului

Accele

rati

ile t

ora

celu

i la

im

pactu

l p

rim

ar

-100

-80

-60

-40

-200

20

40

60

80

100

010

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

Tim

pu

l [m

s]

Acceleratia (g)

Acceleratia pe axa X

Acceleratia pe axa Y

Acceleratia pe axa Z

Acceleratia rezultanta

Page 244: Siguranta pasiva

TE

ST

1 "

PIE

TO

L

OV

IT D

I L

AT

ER

AL

"

244

Acc

eler

aţii

le c

apul

ui în

mom

entu

l cân

d pi

eton

ul

a că

zut d

e pe

aut

otur

ism

şi a

ati

ns s

olul

Acc

eler

aţii

le c

apul

ui în

mom

entu

l cân

d pi

eton

ul s

e ro

stog

oleş

te p

e ca

rosa

bil

Accele

rati

ile c

ap

ulu

i la

im

pactu

l secu

nd

ar

-200

-160

-120

-80

-400

40

80

120

160

200

810

820

830

840

850

860

870

880

890

900

910

920

930

940

950

960

970

980

990

1000

1010

Tim

pu

l [m

s]

Acceleratia (g)

Acceleratia pe axa X

Acceleratia pe axa Y

Acceleratia pe axa Z

Acceleratia rezultanta

Page 245: Siguranta pasiva

TE

ST

1 "

PIE

TO

L

OV

IT D

I L

AT

ER

AL

"

245

Acc

eler

aţii

le to

race

lui î

n m

omen

tul c

ând

piet

onul

a c

ăzut

de

pe a

utot

uris

m ş

i a a

tins

sol

ul

Acc

eler

aţii

le to

race

lui î

n m

omen

tul c

ând

piet

onul

se

ros

togo

leşt

e pe

car

osab

il

Accele

rati

ile t

ora

celu

i la

im

pactu

l secu

nd

ar

-100

-80

-60

-40

-200

20

40

60

80

100

810

820

830

840

850

860

870

880

890

900

910

920

930

940

950

960

970

980

990

1000

1010

Tim

pu

l [m

s]

Acceleratia (g)

Acceleratia pe axa X

Acceleratia pe axa Y

Acceleratia pe axa Z

Acceleratia rezultanta

Page 246: Siguranta pasiva

TE

ST

2 "

PIE

TO

L

OV

IT F

RO

T

AL

"

246

Au

totu

rism

mar

ca:

DA

CIA

NO

VA

R 5

23

Mas

a g

ol

[kg]

82

7 R

epar

tiţi

e fa

ţă

/ sp

ate

[kg]

44

2/38

5

Mas

a ec

hip

at

[kg]

10

24

Rep

arti

ţie

faţă

/

spat

e [k

g]

530/

494

Am

pat

amen

t [m

m]

2475

V

itez

a d

e d

esfă

şura

re

a te

stu

lui:

3

0,2

1

km/h

R

egim

ul d

e d

epla

sare

: u

nif

orm

D

irec

ţia

de

dep

lasa

re a

au

totu

rism

ulu

i Rec

tilin

e, a

lovi

t pi

eton

ul d

e-a

lung

ul a

xei X

a a

cest

uia,

(di

n fa

ţă).

Pun

ctul

de

impa

ct

Obs

erva

ţii

Bar

ă p

rote

cţie

M

edia

n la

510

mm

faţ

ă de

sol

-

Cap

ota

Zo

na

fron

tală

, ar

ia

cent

rală

a

capo

tei

Zgâr

ietu

ri m

inor

e

Ari

pi

- -

Ech

ipam

ente

su

pu

se

def

orm

ării

Par

bri

z Ce

ntra

l la

15

0 m

m d

e m

uchi

a su

perio

ară

Spar

t, a

sco

s ch

eder

ul d

e pe

cad

rul s

ău.

*(S

e vo

r no

ta d

ate

desp

re a

utot

uris

m)

Aut

otur

ism

ul n

u a

fost

frâ

nat.

Dup

ă un

par

curs

de

apro

xim

ativ

20

m s

-a iz

bit d

e ba

rier

a ri

gidă

.

Ora

de

des

făşu

rare

: 19

13

Page 247: Siguranta pasiva

TE

ST

2 "

PIE

TO

L

OV

IT F

RO

T

AL

"

247

Man

ech

in a

ntro

pom

etri

c R

UTY

1

Seg

men

tul d

e co

rp

Înăl

ţim

ea

[cm

] M

asa

[kg

]

Capu

l + g

âtul

26

5

Corp

ul +

mâi

nile

58

40

Pi

cioa

rele

96

28

T

otal

an

sam

blu

1

80

7

3

Dir

ecţi

a d

e lo

vire

A

fost

lovi

t di

n fa

ţă, d

e-a

lung

ul a

xei X

a a

cest

uia.

Acc

eler

aţia

max

imă

Vit

eza

un

gh

iula

Seg

men

tul

de

corp

A

rtic

ula

ţia

Mo

men

tul

din

ar

ticu

laţi

e

Nu

măr

d

e m

ase

man

ech

in

X

Y

Z

X

Y

Z

Ob

serv

aţii

- -

[Nm

] -

[g]

[g]

[g]

[rad

/s]

[rad

/s]

[rad

/s]

-

Cap

ul

Gât

Ad

apta

re c

ap

biom

anec

hin

HYB

RID

II

63

7 10

0

Sunt

gr

upat

e în

in

terv

alul

16

0 –

200

ms

Şold

1

(fle

xie,

ext

ensi

e)

2 x

50

Şold

2 (

late

ral)

50

Um

ăr

2 x

9 C

orpu

l

Braţ

2

x 9

30

50

44

Sunt

în

inte

rval

ul

60

- 70

m

s,

la

rupe

rea

man

echi

nulu

i di

n ba

zin

Fem

ur s

uper

ior

2 x

15

Pic

ioar

e G

enun

chi

2 x

50

11

- -

-

Nu

s-au

cut

măs

urăt

ori

*(S

e vo

r no

ta d

ista

nţel

e de

aru

ncar

e al

e pi

eton

ului

) P

ieto

nul

a fo

st

lovi

t în

zo

na

genu

nchi

lor,

a

fost

pr

oiec

tat

cu

capu

l în

pa

rbri

zul

auto

turi

smul

ui d

upă

care

s-a

rup

t di

n ar

ticu

laţi

a şo

ldul

ui.

Tru

nchi

ul ş

i ca

pul

au f

ost

purt

ate

pe c

apot

a au

totu

rism

ului

iar

pic

ioar

ele

au a

juns

sub

roţ

ile

maş

inii

fii

nd a

poi

târâ

te p

ână

la

impa

ctul

au

totu

rism

ului

cu

ba

rier

a ne

defo

rmab

ilă.

P

icio

rul

stân

g s-

a ru

pt

deas

upra

ar

ticu

laţi

ei g

enun

chiu

lui,

în ti

mpu

l col

iziu

nii p

rim

are.

Page 248: Siguranta pasiva

248

Figura 9-18 Poziţia manechinului la începutul primului test

Figura 9-19 Poziţia finală a manechinului pieton pe sol după primul test

Page 249: Siguranta pasiva

249

Figura 9-20 Urmele de ştergere de pe capotă şi parbrizul spart, la finalul primului test

Figura 9-21 Distanţa de proiectare în lateral a manechinului în urma primului test

Page 250: Siguranta pasiva

250

Figura 9-22 Poziţia iniţială a manechinului în cadrul celui de al doilea test

Figura 9-23 Picioarele manechinului au fost târâte sub autoturism

Page 251: Siguranta pasiva

251

Figura 9-24 Avariile autovehiculului în urma celui de al doilea test

Page 252: Siguranta pasiva

252

10 NORMATIVE ŞI REGULAMENTE PRIVIND SIGURANŢA PASIVĂ A

AUTOVEHICULELOR

10.1 Introducere

O mare parte din accidentele cu urmări grave sunt generate de coliziunile cu obstacole

fixe sau cu alte vehicule în mişcare. S-a constatat că şansele de supravieţuire depind nu

numai de disiparea energiei de impact, având ca rezultat acceleraţii moderate ci şi de

menţinerea după coliziune a aşa numitul „spaţiu vital" în jurul fiecărui scaun, astfel ca

pasagerul să nu „fie strivit" între componentele vehiculului. O asemenea importanţă

deosebită a determinat efectuarea, în special în ultimele două decenii, a unor studii

minuţioase care au permis elaborarea unor metodologii de apreciere a comportării structurilor

şi a protecţiei pasagerilor în cazul unor asemenea coliziuni. Dată fiind complexitatea

fenomenelor care pot să apară în procesele coliziunilor, aceste aprecieri au la bază

încercări experimentale pretenţioase şi costisitoare soldate cu distrugerea vehiculului

analizat.

Prescripţiile tehnice impuse deja şi în România, ca ţară semnatară acordurilor cu

Comunitatea Europeană se referă separat la comportarea structurilor autovehiculului şi

la protecţia pasagerilor în cazul coliziuni; metodica încercărilor a fost preluată şi de

standardele naţionale.

10.1.1 Condiţii tehnice impuse vehiculelor în cazul coliziunilor frontale

Întrucât deformaţiile vehiculelor după încercările de coliziune frontală cât şi nivelul de

menţinere a sănătăţii persoanelor rănite în cadrul criteriilor de performanţă aferente

impactului pot furniza indicii asupra vitezelor şi traiectoriilor în momentele accidentelor, s-

a considerat utilă prezentarea în continuare a câtorva prescripţii tehnice impuse în

momentul de faţă.

Page 253: Siguranta pasiva

253

Încercările se fac pe o pistă betonată, suficient de lungă, pentru a permite vehiculului

atingerea, în regim stabilizat, a unei viteze maxime de încercare de 64 km/h conform cu

regulamentele EuroNCAP, cele mai severe de la ora actuală. Pentru aceasta autovehiculul

poate folosi motorul propriu, dar în mod obişnuit el este tractat cu un cablu a cărui

acţiune încetează pe ultimii metri dinaintea locului impactului, pentru a nu influenţa

rezultatele măsurătorilor. Coliziunea are loc cu suprafaţa unui bloc de beton cu masa de

cel puţin 70000 kg, bine ancorat pe sol, numit curent, barieră fixă. Suprafaţa de impact,

perpendiculară pe direcţia de înaintare a autovehiculului, are lăţimea de 3 m şi înălţimea

de 1,5 m; de regulă suprafaţa este acoperită cu plăci de placaj cu grosimea de 20 mm,

iar între acestea şi beton se prevăd plăci din tablă de oţel.

Sursa Automobile DACIA

Figura 10-1 Peretele cu care are loc coliziunea

Autovehiculul trebuie echipat cu toate elementele componente, ca în starea de

exploatare normală, dar fără încărcătură. Dacă este tractat cu cablu, instalaţia de

alimentare se umple în proporţie de 90% cu un lichid neinflamabil, cu masa specifică

echivalentă cu a combustibilului; dacă este propulsat de motorul propriu, se face plinul cu

combustibil în aceeaşi proporţie de 90% a rezervorului.

Pentru măsurarea vitezei se folosesc înregistratoare cu o precizie de 1%. Având în

vedere costul ridicat al acestei probe cât şi numărul lor redus pe perioada unui an,

concomitent se efectuează şi alte încercări care au cu totul alte scopuri, astfel că

Page 254: Siguranta pasiva

254

aparatura de măsură utilizată este deosebit de complexă şi necesită o pregătire

prealabilă pretenţioasă şi de durată.

După coliziune se execută măsurători în cadrul cărora este admisă o compresiune pe

direcţia de măsurare cu o forţă de cel mult 100 N aplicată pe o suprafaţă de 5 cm x 5

cm.

Într-o primă serie de măsurători se consideră două plane transversale verticale, dintre

care unul trece prin punctul R (mijlocul articulaţiei coxo-femurale a manechinului 3D

aşezat pe scaun) iar celălalt prin proeminenţa din habitaclu aflată cea mai în spate în

raport cu suprafaţa tabloului de bord. Se impune ca pe o lăţime de câte 150 mm de o

parte şi de alta a planului longitudinal care trece prin centrul scaunului, distanţa între

planele menţionate să nu fie sub 450 mm; aceste măsurători se fac pentru fiecare loc de

pe scaunele din faţă.

Alte măsurători, legate tot de scaunele din faţă, au în vedere trasarea, înainte de

coliziune, a liniei de intersecţie a planului longitudinal care trece prin centrul scaunului

considerat cu planul orizontal care conţine centrul pedalei frânei de serviciu în stare de

repaus. Se măsoară distanţa, pe această dreaptă, între punctele ei de intersecţie cu

partea din faţă a habitaclului şi cu planul transversal vertical care trece prin punctul R.

După coliziune, această distanţă nu trebuie să scadă sub 650 mm.

Înainte de încercări, se consideră o dreaptă orizontală transversală care trece prin

centrul pedalei frânei de serviciu în stare de repaus şi se determină punctele de

intersecţie ale acesteia cu pereţii laterali care delimitează amplasamentul picioarelor.

După impact se măsoară distanţa dintre două plane longitudinale care trec prin aceste

puncte; pentru fiecare loc de pe scaunele din faţă se impune o distanţă de cel puţin 250

mm.

Înainte de coliziune se măsoară distanţa dintre podea şi plafon de-a lungul unei drepte

verticale care trece prin punctul R şi este situată în planul longitudinal care cuprinde

centrul scaunului. Aceeaşi distanţă măsurată după impact nu trebuie să se micşoreze cu

mai mult de 10%.După coliziune se impun următoarele condiţii:

• nici o componentă rigidă din interiorul habitaclului nu trebuie să prezinte un risc de

rănire gravă pentru ocupanţi (să nu aibă suprafeţe ascuţite sau tăioase);

Page 255: Siguranta pasiva

255

• uşile laterale nu trebuie să se deschidă în perioada impactului;

• să existe posibilitatea deschiderii unui număr suficient de uşi pentru evacuarea

pasagerilor, fără a se face apel la scule sau la mijloace de descarcerare.

10.1.2 Comportarea structurii vehiculului şi protecţia ocupanţilor în

situaţia coliziunii laterale

Ca şi în cazul precedent, efectele coliziunii laterale se analizează sub aspectele

comportării structurii vehiculului şi al protecţiei ocupanţilor. Prescripţiile tehnice se

aplică deocamdată numai acelor vehicule din categoriile M1 şi N1, la care punctul R

obţinut pentru reglajul scaunului în poziţia cea mai de jos, este situat la o înălţime, faţă

de sol, mai mică sau egală cu 700 mm.

Încercarea de coliziune laterală constă în lovirea autovehiculului (staţionat) în partea

laterală cu o barieră mobilă având masa de 950 ± 20 kg şi amplasată pe un cărucior cu

ampatamentul de 3000 mm. Suprafaţa de impact a barierei este deformabilă (fagure

din aluminiu) şi are o lăţime de 1500 mm şi o înălţime de 500 mm. Bariera mobilă se

deplasează pe o traiectorie perpendiculară pe planul longitudinal median al

autovehiculului; planul longitudinal median al barierei mobile trebuie să coincidă, în cadrul

unor distanţe de ±25 mm cu planul transversal ce trece prin punctul R al, scaunului din faţă,

de pe partea laterală unde are loc lovirea. Pista de încercare, acoperită cu îmbrăcăminte dură,

trebuie să aibă o lungime suficient de mare pentru a permite atingerea unei viteze

stabile a căruciorului de 50 ± 1 km/h; înaintea impactului cu această viteză trebuie

întreruptă legătura de tractare a căruciorului.

Vehiculul care se încearcă trebuie să fie dotat cu tot echipamentul interior care poate

influenţa măsurătorile. Rezervorul de combustibil trebuie să fie umplut cu apă în

proporţie de 80%.

Manechinul are o construcţie specială, impusă de procedura de încercare şi manevrare în

situaţia unei coliziuni laterale; el trebuie fixat cu centura de siguranţă şi aşezat pe scaun

într-o poziţie medie de reglaj a acestuia. In interiorul manechinului se prevăd traductoare

pentru măsurarea:

• acceleraţiilor centrului capului pe cele trei direcţii ortogonale X, Y şi Z;

Page 256: Siguranta pasiva

256

• deformării cavităţii toracice în trei puncte;

• forţelor în bazinul manechinului în două locuri;

• forţelor din abdomenul manechinului.

În mod obişnuit coliziunea se efectuează pe partea laterală a conducătorului auto.

Prescripţiile tehnice impuse comportării structurii la coliziune laterală sunt aproximativ

similare cu cele referitoare la coliziunea frontală. Se impune în primul rând ca nici o uşă

să nu se deschidă în timpul încercării. După impact trebuie să fie posibile următoarele

operaţii, fără a întrebuinţa scule speciale:

• deschiderea unui număr suficient de uşi pentru evacuarea tuturor ocupanţilor;

• să se elibereze manechinul din centura de siguranţă;

• să se scoată manechinul din vehicul;

• nu trebuie să apară vârfuri sau muchii ascuţite care să sporească riscul rănirilor;

• pierderile de lichid de înlocuire sau combustibil nu trebuie să depăşească 30

grame/minut.

Referitor la protecţia ocupanţilor se impun criterii de performanţă la nivelul capului,

toracelui, abdomenului şi articulaţiei pubiene.

10.1.3 Comportarea structurii vehiculului în situaţia coliziunii din spate

Mai puţin periculoase asupra sănătăţii ocupanţilor decât coliziunile frontale sau laterale,

coliziunile din spate afectează mai mult structura de rezistenţă a vehiculului ciocnit; de

aceea şi prescripţiile tehnice impuse deocamdată autoturismelor se referă numai la

comportarea structurii habitaclului.

Pentru coliziune se utilizează o barieră mobilă sub forma unui cărucior tractat, prevăzut

cu o suprafaţă de impact plană, cu lăţimea de 2500 mm, înălţimea de 1800 mm şi cu

muchiile racordate cu raze cuprinse între 40 şi 50 mm. Elementul de lovire este

confecţionat din oţel, acoperit pe suprafaţa de impact cu un strat de placaj cu grosimea de

20 mm. Suprafaţa de impact trebuie să fie verticală, perpendiculară pe planul

longitudinal median al autovehiculului; în momentul impactului se admit abateri de 300

mm ale axei verticale mediane a suprafeţei de lovire de-o parte şi de alta a planului

Page 257: Siguranta pasiva

257

longitudinal median al autovehiculului; în acelaşi timp se impune ca suprafaţa de impact

să cuprindă toată lăţimea vehiculului încercat. Masa totală a barierei mobile trebuie să fie de

1100 ± 20 kg. In momentul impactului, între marginea inferioară a suprafeţei de lovire şi sol

trebuie să existe o înălţime de 175 ± 25 mm. Coliziunea se face cu o viteză cuprinsă între 35

şi 38 km/h.

În locul barierei mobile de tip cărucior se poate folosi şi un pendul, cu axa de oscilaţie

de cel puţin 5 m; masa redusă şi dimensiunile suprafeţei de impact a elementului de

lovire al pendulului sunt similare ca şi la bariera de tip cărucior.

Bariera mobilă (cărucior sau pendul) trebuie să fie prevăzută cu un dispozitiv care să

împiedice un eventual al doilea impact.

Vehiculul supus încercării trebuie să se afle în stare neîncărcată sau lestat cu cel mult

10% din greutatea proprie. Se admite cuplarea unei trepte de viteze şi acţionarea frânei

de ajutor.

După coliziune, se impun următoarele condiţii:

• se măsoară înaintea coliziunii distanţa longitudinală dintre proiecţia verticală pe

podea a punctului R de la scaunul amplasat cel mai în spate şi un punct de

referinţă dispus pe o parte nedeformabilă a podelei (spre partea din faţă). Se

măsoară aceeaşi distanţă după coliziune, iar diferenţa rezultată trebuie să fie mai

mică de 75 mm (considerată ca suficientă pentru asigurarea spaţiului longitudinal

de supravieţuire);

• nici un element rigid din habitaclu nu trebuie să fie afectat încât să prezinte

vârfuri ascuţite şi muchii tăietoare care pot mări pericolul de rănire a ocupanţilor;

• portierele laterale nu trebuie să se deschidă în timpul impactului;

• să se poată deschide un număr suficient de portiere fără a fi necesară utilizarea

unor scule, astfel ca să poată fi evacuaţi toţi ocupanţii.

10.2 Regulamentul ECE 29. Prescripţii uniforme privind omologarea

vehiculelor utilitare

Prezentul Regulament se aplica vehiculelor utilitare destinate transportului de mărfuri.

El nu se aplică tractoarelor agricole.

Page 258: Siguranta pasiva

258

Prin „omologarea vehiculului”, omologarea unui tip de vehicul, conform prescripţiilor

prezentului regulament, în ceea ce priveşte protecţia ocupanţilor cabinei unui vehicul

utilitar în cazul unui şoc frontal sau al unei răsturnări ori a unei deplasări a încărcăturii;

Prin ‘tip de vehicul’, autovehiculele care nu prezintă între ele diferenţe esenţiale, aceste

diferenţe referindu-se, în mod special, la următoarele puncte:

• dimensiuni, forme şi materiale ale elementelor cabinei vehiculului;

• fixarea cabinei pe şasiu;

Prin „plan transversal”, un plan vertical perpendicular pe planul longitudinal median al

vehiculului;

Prin „plan longitudinal”, un plan paralel cu planul longitudinal median al vehiculului.

10.3 Prescripţii

Cabina vehiculului trebuie să fie construită şi fixată pe vehicul în aşa fel încât să se evite

la maxim riscurile de vătămare ale ocupanţilor în caz de accident.

Cabina va fi supusă, la alegerea producătorului, fie la toate încercările specificate în

continuare, fie doar la încercările A şi B. Totuşi, un tip de vehicul care a fost omologat

în conformitate cu Regulamentul 33 va putea fi considerat corespunzător exigenţelor

privind şocul la coliziune frontală (încercarea A).

10.4 Metode de încercare

Înaintea încercărilor uşile cabinei vor fi închise, nu încuiate. Pentru încercarea A se va

monta motorul sau o machetă a cărei masă, montaj şi dimensiuni sunt echivalente cu

cele ale motorului.

10.4.1 Ancorajul cabinei

Pentru încercarea A, cabina va fi montată pe un vehicul. Pentru încercările B şi C,

cabina va fi montată, la alegerea producătorului, fie pe un vehicul, fie pe un cadru

distinct. Vehiculul sau cadrul trebuie să fie fixate conform prescripţiilor din paragrafele

următoare.

Page 259: Siguranta pasiva

259

10.5 Încercarea la impact frontal (încercarea A)

10.5.1 Descrierea pendulului

Pendulul va fi din oţel, cu masa uniform repartizată: masa sa va fi de 1500 kg ± 250 kg.

Suprafaţa de lovire dreptunghiulară şi plană, va avea 2500 mm în lăţime şi 800 mm în

înălţime. Muchiile pendulului vor fi rotunjite cu o raza de curbura de cel puţin 15 mm.

Asamblarea pendulului trebuie să fie o construcţie rigidă. Pendulul va fi suspendat liber

prin două tije fixate rigid pe pendul şi distanţate cu cel puţin 1000 mm. Tijele vor avea

lungimea minimă de 3500 mm, măsurată între axa de suspendare şi centrul geometric

al pendulului.

Pendulul va fi poziţionat astfel încât, în poziţie verticală, faţa sa frontală să fie în contact

cu partea cea mai avansată a vehiculului; centrul său de masă să fie situat la 150 mm

sub punctul R şi la maxim 1400 mm deasupra solului; centrul său de masă sa fie situat

în planul longitudinal de simetrie al vehiculului.

Pendulul va lovi cabina din faţă înspre spate. Direcţia de impact va fi orizontală şi

paralelă cu planul longitudinal de simetrie al vehiculului. Energia de impact va fi de

3000 kgfm pentru vehiculele cu o masă totală autorizată care nu depăşeşte 7000 kg şi

de 4500 kgfm pentru cele cu o masă totală autorizată depăşind această valoare.

10.5.2 Rezistenta acoperişului (încercarea B)

Acoperişul cabinei trebuie să reziste la o sarcină statică corespunzând unei mase

maxime pentru axa (axele) faţă a vehiculului de maxim de 10 tone. Această sarcină va

fi repartizată uniform pe toate elementele portante ale structurii acoperişului cabinei sau

ale compartimentului conducătorului, cu ajutorul unui suport rigid de formă

corespunzătoare.

10.5.3 Rezistenţa peretelui din spate (încercarea C)

Peretele din spate al cabinei trebuie să reziste la o sarcina statică de 200 kg pe tona de

sarcina utilă autorizată. Această sarcină va fi aplicată cu ajutorul unei plăci rigide,

perpendiculară pe axa longitudinală de simetrie a vehiculului, acoperind cel puţin toată

Page 260: Siguranta pasiva

260

suprafaţa din spate a cabinei, situată deasupra lonjeroanelor şi deplasându-se paralel

cu aceasta axă.

10.6 Prescripţii privind fixarea autovehiculelor pe bancul de încercări

10.6.1 Impact frontal

Încercarea A se va efectua pe o cabină montată pe un vehicul în felul următor Figura

10-2, de mai jos. Fiecare lanţ sau cablu de ancorare trebuie să fie din oţel şi să poată

rezista la o forţă de tracţiune de cel puţin 100 kN.

10.6.2 Instalarea şasiului

Lonjeroanele şasiului se aşează pe blocuri de lemn, pe toată lăţimea lor şi pe o lungime

de cel puţin 150 mm. Partea din faţă a blocurilor nu trebuie să fie mai avansată decât

extremitatea din spate a cabinei, nici mai în spate decât mijlocul ampatamentului. La

cererea producătorului, şasiul va fi aşezat în poziţia corespunzătoare celei pe care o

ocupă la sarcină plină.

10.6.3 Fixarea longitudinală

Figura 10-2 Ancorarea autovehiculului

Page 261: Siguranta pasiva

261

Mişcarea de recul a şasiului se limitează cu ajutorul lanţurilor sau al cablurilor A, fixate

în faţa şasiului şi simetric în raport cu axa longitudinală, distanţa între punctele de fixare

fiind de cel puţin 800 mm. După tensionare, lanţurile sau cablurile trebuie să formeze

cu planul orizontal un unghi de cel mult 25º în jos, iar proiecţia lor pe un plan orizontal

trebuie să formeze un unghi de cel mult 10º în raport cu axa longitudinală a vehiculului.

Lanţurile sau cablurile se pot încrucişa.

10.6.4 Fixarea laterală

Mişcarea laterală este limitată de lanţurile sau cablurile B, fixate în mod simetric pe

saşiu în raport cu axa sa longitudinală. Punctele de fixare pe şasiu trebuie să se afle la

cel mult 5 m şi la cel puţin 3 m de faţa vehiculului. După tensionare, lanţurile şi cablurile

trebuie să formeze cu planul orizontal un unghi de cel mult 20º în jos, iar proiecţia lor

pe un plan orizontal trebuie să formeze un unghi de cel puţin 25º şi de cel mult 45º în

raport cu axa longitudinală a vehiculului.

10.6.5 Tensionarea lanţurilor sau cablurilor şi fixarea părţii din spate

Lanţul sau cablul C este mai întâi tensionat cu o sarcină aproximativa de 100 kgf. Se

întind apoi cele 4 lanţuri sau cabluri A şi B şi se supune lanţul sau cablul C la un efort de

tracţiune de cel puţin 1000 kgf. Unghiul format de acest lanţ sau acest cablu cu planul

orizontal nu poate depăşi 15º. O forţă verticală de blocare de cel puţin 50 kgf trebuie

aplicată în punctul O între saşiu şi sol.

10.6.6 Montaj echivalent

La cererea producătorului, încercarea poate fi efectuată cu cabina montată pe un cadru

special, cu condiţia de a se aduce dovada că acest montaj reproduce pe cel existent pe

vehicul.

Page 262: Siguranta pasiva

262

10.7 Rezistenta acoperişului

10.7.1 Cabina montată pe vehicul

Se vor lua măsuri pentru ca vehiculul să nu se deplaseze în mod sensibil în timpul

încercării. În acest scop, se va acţiona frâna de mână, se va cupla o treaptă de viteză,

la roţile din faţă se montează cale de blocare.

Deformarea diferitelor elemente ale suspensiei (arcuri, pneuri etc.) se elimină cu

ajutorul unor piese rigide.

10.7.2 Cabina montată pe un cadru

Trebuie luate masuri pentru ca, în timpul încercării, cadrul să nu se deplaseze în mod

sensibil.

10.8 Rezistenţa peretelui din spate al cabinei

10.8.1 Cabina montată pe vehicul

Se vor lua măsuri pentru ca vehiculul să nu se deplaseze în mod sensibil în timpul

încercării. În acest scop, se va acţiona frâna de mână, se va cupla o treaptă de viteză,

la roţile din faţă se montează cale de blocare.

10.8.2 Cabina montată pe un cadru

Trebuie luate masuri pentru ca, în timpul încercării, cadrul să nu se deplaseze în mod

sensibil.

Page 263: Siguranta pasiva

263

10.9 Determinarea punctului ‘H ‘ şi unghiul real de înclinare a spătarului şi

verificarea relaţiei lor cu punctul ‘R’ şi unghiul prevăzut pentru înclinarea

spătarului

Figura 10-3 Determinarea punctului H cu ajutorul manechinului tridimensional

Punctul ‘H’, care caracterizează poziţia în habitaclu a unui ocupant în poziţia aşezat este

proiecţia, pe un plan longitudinal, a axei teoretice de rotaţie a picioarelor faţă de

toracele unui corp omenesc, reprezentat de manechinul descris în continuare.

Punctul ‘R’, sau ‘punct de referinţă al locului pe scaun’ este punctul de referinţă indicat

de constructor, care are coordonate determinate în raport cu structura vehiculului. El

corespunde poziţiei teoretice a articulaţiei bazinului (punct ‘H’) pentru poziţia, de

conducere sau de folosire normală, cea mai joasă şi cea mai din spate dată fiecăruia din

scaunele prevăzute de către producătorul vehiculului.

„Unghiul de înclinare a spătarului” este înclinarea spătarului faţă de verticală.

„Unghiul real de înclinare al spătarului” este unghiul format de verticala care

trece prin punctul H şi linia de referinţă a toracelui corpului uman, reprezentat de

manechinul descris în paragraful următor.

„Unghiul prevăzut de înclinare a spătarului” este unghiul prevăzut de producător,

care determină înclinarea a spătarului pentru poziţia, de conducere sau de folosire

normală, cea mai de jos şi cea mai din spate dată fiecăruia din scaune de către

producătorul vehiculului. El este format de punctul ’R’ cu verticala şi linia de referinţă a

toracelui şi corespunde, teoretic, unghiului real de înclinare.

Page 264: Siguranta pasiva

264

10.9.1 Determinarea punctelor ‘H’ şi a unghiurilor reale de înclinare a

spătarelor

Se vor determina un punct ‘H’ şi un ‘unghi real de înclinare al spătarului’ pentru

fiecare loc pe scaun, prevăzut de către producător.

Atunci când scaunele situate pe acelaşi rând pot fi considerate similare (bancheta,

scaune identice etc.), nu se va determina decât un singur punct ‘H’ şi un singur

‘unghiul real de înclinare a spătarului’ pe un rând de scaune, plasând manechinul

pe un loc considerat reprezentativ pentru rândul respectiv. Acest loc va fi:

• pentru rândul din faţă, scaunul conducătorului;

• pentru rândul/rândurile din spate, un loc situat spre exterior.

Pentru fiecare determinare a punctului ‘H’ şi a ‘unghiului real de înclinare a spătarului’,

scaunul considerat se va plasa în poziţia, de conducere sau de folosire normală, cea mai

de jos şi cea mai din spate prevăzută pentru acest scaun de către producător. Spătarul,

dacă are înclinarea reglabilă, este blocat aşa cum este specificat de către producător

sau, în lipsa specificării, în aşa fel încât unghiul real de înclinare să fie cât mai aproape

cu putinţa de 25º.

10.10 Caracteristicile manechinului

Se va folosi un manechin tridimensional a cărui masă şi contur sunt cele ale unui adult

de talie mijlocie. Acest manechin este reprezentat în Figura 10-4 şi Figura 10-5. Acest

manechin cuprinde:

• două elemente care simulează unul spatele şi celalalt şezutul corpului, articulate

intr-o axă care reprezintă axa de rotaţie între bust şi coapse. Proiecţia acestei axe

pe latura manechinului este punctul ’H’ al manechinului;

• două elemente simulând gambele şi articulate în raport cu elementul simulând

şezutul;

• două elemente simulând labele picioarelor, legate de picioare prin două articulaţii

simulând gleznele;

Page 265: Siguranta pasiva

265

• un element simulând şezutul este prevăzut cu o nivelă care permite controlul

înclinării sale în sens transversal.

Masele, reprezentând masa fiecărui element al corpului, sunt situate în puncte

adecvate, constituind centrele de greutate corespunzătoare, pentru a realiza o masă

totală a manechinului de aproximativ 76,6 kg. Detalii pentru diferite mase sunt date în

tabelul de la Figura 10-5.

Linia de referinţă a toracelui manechinului este luată în consideraţie printr-o dreaptă

trecând prin punctul de articulaţie al piciorului de bazin şi punctul de articulaţie teoretică

a gâtului pe torace vezi Figura 10-4.

10.11 Poziţionarea manechinului

Instalarea manechinului tridimensional se efectuează în modul următor:

• Se plasează vehiculul pe un plan orizontal şi se reglează scaunele după cum s-a

indicat în paragrafele anterioare;

Figura 10-4 Elementele constructive ale manechinului tridimensional

Page 266: Siguranta pasiva

266

• Se acoperă scaunul pentru încercări cu o pânză pentru a uşura instalarea corectă

a manechinului;

• Se aşează manechinul pe locul pentru încercări, axele articulaţiilor sale fiind

perpendiculare pe planul longitudinal de simetrie al vehiculului;

Se aşează labele picioarelor manechinului în felul următor:

• pentru locurile din faţă, în aşa fel încât nivela care permite controlul înclinării

şezutului în sens transversal sa fie adusă la orizontală;

• pentru locurile din spate, labele picioarelor sunt aşezate în aşa fel încât să fie, în

măsura posibilităţilor, în contact cu scaunele din faţă.

În cazul în care labele picioarelor se sprijină pe niveluri diferite ale podelei, laba

piciorului care ajunge prima în contact cu scaunul din faţă serveşte ca referinţă, iar

cealaltă labă a piciorului este aşezată în aşa fel încât nivela care permite controlul

înclinării transversale a şezutului să fie adusă la orizontală;

Dacă punctul ‘H’ se determină pe un loc median, labele picioarelor sunt plasate de o

parte şi de cealaltă a tunelului;

Se aşează masele pe coapse, se aduce la orizontală nivela transversală a şezutului şi se

aşează masele pe elementul care reprezintă şezutul;

Se îndepărtează manechinul de spătarul scaunului folosind bara de articulaţie a

genunchilor şi aducând spatele spre înainte. Se repune manechinul la loc pe scaun

lăsând ca şezutul să alunece spre spate până ce va întâmpina rezistenţă, apoi se va

rabate, din nou, spre înapoi spatele pe spătarul scaunului;

Se va aplica de două ori o forţă orizontală de cca. 10 daN ± 1daN 10 kgf ± 1 kgf) pe

manechin. Direcţia şi punctul de aplicare a forţei sunt reprezentate printr-o săgeata

neagră pe Figura 10-5;

Se plasează masele sub laturile stânga şi dreapta apoi masele bustului. Se menţine la

orizontală nivela transversală a manechinului.

Menţinând nivela transversală a manechinului la orizontală, se aduce spatele spre

înainte până ce masele bustului vor fi deasupra punctului ‘H’, astfel se va anula orice

frecare pe spătarul scaunului;

Page 267: Siguranta pasiva

267

Se aduce uşor spatele spre înapoi, pentru a se termina instalarea sa.

Nivela transversală a manechinului trebuie să fie orizontală, în caz contrar, se va

proceda din nou aşa cum este indicat mai sus.

Dacă exista elemente ale vehiculului care împiedică instalarea manechinului

tridimensional, este permisă deplasarea sau demontarea lor.

Figura 10-5 Dimensiunile şi masele manechinului

Page 268: Siguranta pasiva

268

10.12 Rezultate

Manechinul fiind instalat conform paragrafului anterior, punctul ‘H’ şi unghiul real de

înclinare a spătarului considerat sunt constituite de punctul ‘H’ şi unghiul de înclinare al

liniei de referinţă a toracelui manechinului.

Coordonatele punctului ‘H’ în raport cu trei planuri perpendiculare şi unghiul real de

înclinare a spătarului sunt măsurate pentru a fi comparate cu datele furnizate de

constructorul vehiculului.

10.13 Verificarea poziţiei relative a punctelor ‘R’ şi ‘H’ şi a raportului între

unghiul prevăzut şi unghiul real de înclinare a spătarului

Rezultatele măsurătorilor efectuate conform paragrafului anterior pentru punctul ‘H’ şi

unghiul real de înclinare a spătarului trebuie comparate cu coordonatele punctului ‘R’ şi

ale unghiului prevăzut de înclinare a spătarului care sunt indicate de către producătorul

vehiculului.

Verificarea poziţiei relative a punctelor ‘R’ şi ‘H’ şi a raportului între unghiul prevăzut şi

unghiul real de înclinare a spătarului va fi considerată ca satisfăcătoare pentru locul pe

scaun dacă punctul ‘H’, aşa cum este definit de către coordonatele sale, se găseşte într-

un dreptunghi longitudinal cu centrul în ‘R’, ale cărui laturi orizontale şi verticale sunt de

30 mm şi respectiv 20 mm, şi dacă unghiul real de înclinare a spătarului nu se

îndepărtează cu mai mult de 3º de unghiul de înclinare prevăzut.

Dacă sunt îndeplinite aceste condiţii, punctul ‘R’ şi unghiul prevăzut de înclinare vor fi

folosite pentru încercări şi, dacă este necesar, manechinul va fi ajustat pentru ca

punctul ‘H’ să coincidă cu punctul ‘R’ şi pentru ca unghiul real de înclinare a spătarului

sa coincidă cu unghiul prevăzut.

Dacă punctul ‘H’ sau unghiul real de înclinare nu corespunde prescripţiilor de mai sus,

se vor efectua alte două determinări ale punctului ‘H’ sau ale unghiului real de înclinare

(în total trei determinări). Dacă rezultatele obţinute în cursul a două din aceste trei

operaţii corespund prescripţiilor, rezultatul încercărilor va fi considerat ca satisfăcător.

Dacă rezultatele a cel puţin două din trei încercări nu corespund prescripţiilor

anterioare, rezultatul încercării va fi considerat ca nefiind satisfăcător.

Page 269: Siguranta pasiva

269

Dacă se produce situaţia descrisă în paragraful de mai sus, sau dacă verificarea nu se

poate efectua deoarece producătorul nu a furnizat datele despre poziţia punctului ‘R’,

sau despre unghiul prevăzut de înclinare a spătarului, media rezultatelor de la trei

determinări poate fi folosită şi considerată ca aplicabilă în toate cazurile în care punctul

‘R’ sau unghiul prevăzut de înclinare a spătarului este menţionat în prezentul

Regulament.

Figura 10-6 Manechinul folosit pentru verificarea spaţiului de supravieţuire

Page 270: Siguranta pasiva

270

Tabelul 10.1

10.13.1.1 Material - Polistiren cu densitatea 0,0169 g/cm³ Masa - 4,54 kg

10.13.1.2 Dimensiuni AA - lăţimea capului -15,3 cm AB - înălţimea combinată a capului cu gâtul - 24,4 cm D - distanţa din vârful capului până la articulaţia gâtului - 35,9 cm E - adâncimea piciorului - 10,6 cm F - distanţa de la şezut la partea de sus a umărului - 62,0 cm J - înălţimea sprijinului cotului - 21,0 cm M - înălţimea genunchiului - 54,6 cm O - adâncimea toracelui - 2,3 cm P - distanţa de la partea din spate a şezutului, la genunchi - 59,5 cm R - distanţa de la cot la vârful degetelor - 49,0 cm S - lungimea labei piciorului - 26,6 cm T - lungimea capului - 21,1 cm U - distanţa de la şezut, la vârful capului - 90,0 cm V - lăţimea umerilor - 45,3 cm W - lăţimea labei piciorului - 7,7 cm a - distanţa între punctele centrale ale şoldurilor - 17,2 cm b - lăţimea toracelui - 30,5 cm c - lăţimea capului şi a bărbiei - 22,1 cm d - grosimea antebraţului - 9,4 cm e - distanţa între linia centrală verticală a toracelui şi spatele capului - 10,2 cm f - distanţa între articulaţia umărului şi articulaţia cotului - 28,3 cm g - articulaţia genunchiului, înălţimea deasupra solului - 50,5 cm h - grosimea coapsei - 16,5 cm i - înălţimea coapsei (în poziţia aşezată) - 56,5 cm j - distanţa de la vârful capului la punctul ” H” - 81,9 cm k - distanţa între articulaţia soldului şi articulaţia genunchiului - 42,6 cm m - articulaţia gleznei, înălţimea deasupra solului - 8,9 cm

Page 271: Siguranta pasiva

271

10.14 Regulamentul ECE 96/79 (NHTSA 214). Construcţia barierei

deformabilă

10.14.1 Structura barierei

Sursa Internet

Figura 10-7 Bariera deformabilă poziţionată pe bariera mobilă

Dimensiunile diferitelor componente ale barierei sunt:

• Înălţimea de 650 mm;

• Lăţimea 1000 mm;

• Profunzimea de 450 mm (în axa alveolei).

Materialul din care este confecţionată este Aluminiu 3003 (ISO 209), densitatea 28,6

kg/m3. Grosimea foliei, din care este construită structura NIDA, este de 0,076 mm,

dimensiunea unei alveole este 6,4 mm. Rezistenţa la rupere este de 0,342 MPa + 0% -

10%.

NOTĂ: Toate dimensiunile trebuie să respecte o toleranţă de ± 2,5 mm.

Înălţimea de 330 mm (măsurat în axa benzii de lipire a structurii NIDA);

Lăţimea 1000 mm;

Profunzimea de 90 mm (în axa alveolei).

Page 272: Siguranta pasiva

272

Materialul din care este confecţionată este Aluminiu 3003 (ISO 209), densitatea 28,6

kg/m3. Grosimea foii, din care este construită structura NIDA, de 0,076 mm,

dimensiunea unei alveole este 19,14 mm. Rezistenţa la rupere este de 1,711 MPa + 0%

- 10%.

Este de preferat să se utilizeze un adeziv pe bază de poliuretan format din doi

componenţi ( de exemplu răşina XB 5090/1 şi întăritorul XB 5304 fabricat de CIBA

GEIGY, sau un produs echivalent).

10.15 Certificarea structurii alveolare a barierei deformabile

În documentul NHTSA TP-214 D se prezintă o procedură de încercare completă, în

vederea certificării structurii de tip fagure, din componenţa barierei deformabile. Câteva

etape şi condiţii de testare pentru structura alveolară a barierei deformabile se vor

prezenta în continuare.

10.16 Prelevarea eşantioanelor

Cu scopul de asigurare a uniformităţii rezistenţei la rupere dintr-o parte în alta a feţei

din faţă a barierei, este de preferat prelevarea a 8 eşantioane. Deoarece o astfel de

structură a fost omologată, 7 din cele 8 eşantioane trebuie să satisfacă criteriile de

rezistenţă la rupere prezentate în punctele continuare.

Localizarea eşantioanelor depinde de dimensiunile structurii alveolare. Într-o primă fază

este de preferat prelevarea a 4 eşantioane măsurând fiecare 300 mm x 300 mm x 50

mm în grosime, decupate din blocul care constituie faţa dinspre înainte a barierei.

Fiecare din aceste eşantioane de mari dimensiuni trebuie să fie tăiat într-o serie de

eşantioane de 150 mm x 150 mm x 50 mm. Omologarea se va baza pe rezultatele

obţinute în urma încercărilor la care se vor supune eşantioanele, provenind fiecare din

cele 4 puncte de prelevare. La cererea clientului se vor pune la dispoziţia clientului alte

eşantioane.

10.17 Viteza şi distanţa de rupere

Eşantionul se va rupe cu o viteză egală cu cel puţin 5,1 mm/min şi nu trebuie să

depăşească 7,6 mm/min. Profunzimea de rupere minimă va fi de 16,5 mm.

Page 273: Siguranta pasiva

273

10.18 Achiziţia datelor

Datele, care permit compararea forţei aplicate în raport cu ruperea obţinută, trebuie să

fie achiziţionate sub o formă analogică sau numerică pentru fiecare eşantion testat. În

cazul în care datele sunt achiziţionate analogic, e necesară conversia lor ulterioară în

format numeric. Toate datele numerice trebuiesc achiziţionate la o frecvenţă de cel

puţin 5 Hz.

10.19 Procedura de lipire

Imediat înainte de lipirea lor suprafeţele foilor de aluminiu, care trebuie lipite, se vor

curăţa cu ajutorul unor solvenţi potriviţi, precum tricloretanul. De preferinţă această

operaţie se va executa în cel puţin două reprize, pentru a elimina urmele de grăsime şi

alte impurităţi depuse, apoi se recomandă lustruirea suprafeţelor curăţate cu ajutorul

hârtiei abrazive de 120 Nu se va utiliza hârtie abrazivă pe bază de carbură de siliciu sau

metalică. Suprafeţele trebuie lustruite convenabil. În timpul operaţiilor se recomandă

schimbarea cu regularitate a hârtiei abrazive, pentru a se evita colmatarea acesteia, în

acest fel se înlătură pericolul de a avea un efect de polizare. După lustruire suprafeţele

se vor curăţa din nou, după cum s-a menţionat anterior. Per total suprafeţele se vor

curăţa cu un solvent de cel puţin 4 ori. Toate impurităţile şi depunerile rezultate din

operaţiile de abraziune trebuiesc îndepărtate, cunoscându-se efectul negativ al acestora

asupra calităţii lipirii.

Adezivul se va aplica pe o singură faţă cu ajutorul unui rulou de cauciuc, prevăzut cu

nervuri. În cazul în care structura NIDA trebuie lipită pe o folie de aluminiu, adezivul se

va aplica doar pe folia de aluminiu. Cantitatea maximă de adeziv, aplicat într-un strat

omogen pe toată suprafaţa care se va lipi, este de 0,5 kg/m2, cu scopul de a obţine un

film a cărui grosime maximă să fie de 0,5 mm.

10.20 Construcţia structurii NIDA

Structura alveolară principală se va lipii pe placa de aşezare (bază) cu ajutorul

adezivului, în aşa fel încât axele alveolelor să fie perpendiculare pe placă.

Găurile de trecere, care permit montarea barierei, se vor practica în bridele de montaj.

Aceste orificii vor avea un diametru de 9,5 mm. De preferinţă se vor realiza 5 orificii, la

distanţa de 40 mm de marginea superioară a bridei superioare. În brida inferioară se

Page 274: Siguranta pasiva

274

vor practica, în acelaşi mod alte 5 orificii, la 40 mm de capătul inferior al bridei. Orificiile

vor fii situate la distanţa 100, 300, 500, 700 şi 900 mm de fiecare margine a barierei.

Toate găurile se vor uzina cu o abatere de maxim 1 mm faţă de cotele nominale.

Sursa Internet

Figura 10-8 Bariera deformabilă vedere de ansamblu

10.21 Montajul

Se preferă fixarea solidă a barierei deformabile, la extremitatea unei mase mai mari sau

egale cu 7x104 kg, sau pe o structură solidară cu masa. Fixarea părţii din faţă a barierei

se va realiza astfel încât vehiculul să nu poată intra în contact cu nici o parte a structurii

pe o distanţă mai mare de 75 mm, măsurată de la suprafaţa superioară a barierei (brida

superioară exclusă), la un moment oarecare al impactului.

Partea din faţă a suportului pe care este fixată bariera deformabilă va fi plană şi

continuă pe toată înălţimea şi lungimea acesteia, şi se va situa într-un plan vertical ± 1°

şi perpendicular ± 1° pe axa pistei de accelerare a autovehiculului. Aria de fixare nu va

suferi deplasări mai mari de 10 mm în timpul încercării. În anumite cazuri se va apela la

sisteme suplimentare de reţinere, cu scopul de a preveni deplasarea blocului de beton.

Marginea barierei deformabile se va alinia corect în raport cu blocul de beton, în funcţie

de latura autovehiculului testat.

Bariera deformabilă se va fixa pe blocul de beton cu ajutorul a 10 buloane, 5 pe brida

de montaj superioară şi 5 pe brida de montaj inferioară. Buloanele au un diametru de 8

mm minim. Se vor utiliza benzi de fixare din oţel pentru bridele superioară şi inferioară

Page 275: Siguranta pasiva

275

de montaj. Aceste benzi vor avea 60 mm înălţime, 1000 mm lungime, iar grosimea de

minim 3 mm. Cinci orificii de 9,5 mm se vor uzina prin aceste benzi, astfel încât acestea

să corespundă cu orificiile practicate în bridele de montaj ale barierei. Toate

dispozitivele de strângere şi fixare trebuie să reziste la încercarea de impact.

10.22 Pregătirea autovehiculului pentru testele de coliziune decalate

10.22.1 Zona de încercări

Aria în care se vor desfăşura încercările trebuie să fie suficient de mare pentru a se

putea amenaja pista de lansare, bariera şi instalaţiile tehnice necesare. Partea finală a

pistei, cu minimum cinci metri înainte de locul de impact, trebuie să fie orizontală, plană

şi lisă.

Sursa EuroNCAP

Figura 10-9 Schema coliziunii decalate 40%

10.22.2 Bariera

Faţa anterioară a barierei este formată dintr-o structură deformabilă, definită anterior,

şi este perpendiculară ± 1° pe traiectoria pe care se va deplasa autovehiculul supus

testării. Bariera este aşezată pe o masă a cărei greutate nu este mai mică de 7x105 N,

şi a cărei faţă anterioară este verticală ± 1°. Această masă este ancorată de sol, sau

este amplasată pe sol şi echipată cu dispozitive suplimentare de oprire şi ancorare astfel

încât deplasările să-i fie limitate.

10.22.3 Orientarea barierei

Orientarea barierei se face astfel încât primul contact al vehiculului cu ea să se situeze

pe partea pe care este amplasată coloana de direcţie. Deoarece testele se pot realiza cu

Page 276: Siguranta pasiva

276

autovehicule care au postul de conducere amplasat pe partea stângă sau dreaptă,

serviciul tehnic responsabil de încercări va alege postul de conducere amplasat cel mai

puţin favorabil.

10.22.4 Alinierea autovehiculului în raport cu bariera

Autovehiculul va suferi o coliziune de tipul 40% ± 20 mm grad de acoperire.

10.23 Starea autovehiculului

10.23.1 Specificaţii generale

Vehiculul supus testelor trebuie să fie reprezentativ pentru producţia de serie, cu toate

echipamentele instalate normal şi puse în stare de funcţionare. Se pot înlocui anumite

componente, prin mase echivalente, astfel încât o astfel de substituţie să nu influenţeze

sensibil rezultatele măsurate.

Pentru încercări se consideră că masa autovehiculului este masa de ordine de mers cu

autovehiculul gol. Rezervorul de carburant trebuie umplut cu apă, astfel încât masa sa

să fie 90% din cea a unui rezervor plin, conform specificaţiilor date de constructor, cu o

toleranţă de ±1%.

Toate circuitele auxiliare (frânare, răcire, etc.) pot fi golite, dar masa lichidului trebuie

compensată.

Dacă masa aparatelor de la bordul autovehiculului depăşeşte cele 25 kg autorizate, ele

pot fi compensate prin lipsă, ele neavând nici un efect sensibil asupra acurateţei

rezultatelor. Totuşi masa aparaturii de măsură nu trebuie să depăşească sarcina de

referinţă pe fiecare axă cu mai mult de 5%, în valori absolute acest ecart nu trebuie să

fie mai mare de 20 kg.

10.23.2 Amenajarea habitaclului

Poziţia volanului, dacă acesta este reglabil, trebuie plasat în poziţia normală prevăzută

de constructor, sau în poziţia mediană a plajei de reglare. La sfârşitul deplasării

propulsate a autovehiculului, volanul trebuie să fie liber, poziţionat pentru deplasarea

rectilinie înspre înainte

Page 277: Siguranta pasiva

277

Geamurile mobile ale autovehiculului sunt în poziţia închis. Pentru măsurătorile în curs,

şi în acord cu constructorul, ele pot fi coborâte, cu condiţia ca manivela de acţionare să

fie poziţionată pe opţiunea închis.

Levierul de schimbare a vitezelor trebuie să fie la punctul mort.

Pedalele trebuie să fie în poziţia normală de repaus. Dacă sunt ajustabile, ele trebuie să

fie plasate în poziţia mediană, dacă constructorul nu indică o altă poziţionare.

Uşile trebuie să fie închise dar nu blocate.

Trapa superioară, dacă autovehiculul este prevăzut, va fi în poziţia închis. Parasolarul

trebuie rabatat. Oglinda retrovizoare interioară trebuie să fie în poziţie normală de

utilizare.

Tetierele reglabile în înălţime trebuie să fie în poziţia de ridicare maximă.

Scaunele din faţă trebuie să fie amplasate la punctul H, sau în poziţie mediană, sau în

poziţia de blocare cea mai apropiată de cea a înălţimii definită de constructor (dacă sunt

reglabile independent în înălţime). În cazul unei banchete, se va lua ca referinţă punctul

H al locului conducătorului auto.

Spătarul scaunelor din faţă trebuie reglat astfel încât înclinarea torsului manechinului să

fie cât mai apropiată posibil de cea recomandată de constructor, pentru o utilizare

normală. În cazul absenţei oricăror indicaţii particulare spătarul scaunelor din faţă va fi

înclinat 25° spre înapoi, în raport cu axa verticală.

Banchetele din spate, dacă sunt reglabile, trebuie să fie în poziţia cea mai înspre înapoi

posibilă.

10.24 Manechinele antropometrice

Un manechin de tipul Hybrid III, echipat şi reglat conform specificaţiilor proprii acestui

tip, este instalat în fiecare din scaunele faţă. Pentru încercări autoturismul va fi echipat

cu sistemele de reţinere prevăzute de constructor.

10.25 Amplasarea şi instalarea manechinelor

Planul de simetrie al manechinului trebuie să coincidă cu planul median al scaunului.

Page 278: Siguranta pasiva

278

Figura 10-10 Amplasarea manechinelor în habitaclu

Pentru bancheta conducătorului, planul de simetrie al manechinului trebuie să se afle în

planul vertical care trece prin centrul volanului, acest plan fiind paralel cu planul

median, longitudinal al autovehiculului. Poziţia manechinului din dreapta trebuie să fie

simetrică cu cea a manechinului aşezat pe scaunul conducătorului, în raport cu planul

longitudinal, median al autovehiculului.

Dacă autovehiculul este dotat pe locul din faţă cu banchetă destinată pasagerilor,

manechinele se vor amplasa astfel încât planul lor de simetrie să coincidă cu planul

median al locurilor definite de constructor.

10.26 Instalarea manechinelor

10.26.1 Capul

Panoul transversal al aparatelor de măsură instalate în capul manechinului trebuie să fie

în poziţie orizontală.

Pentru punerea la nivel al capului manechinului supus testărilor în autovehiculul echipat

pe partea dreaptă cu scaun cu spătar nereglabil, trebuie să se îndeplinească

următoarele:

Reglarea poziţiei punctului H în limitele prescrise în continuare. Aceasta se poate face

prin reglarea unghiului pelvian al manechinului. Dacă, după aceste operaţii, panoul nu

este încă la nivel se va regla suportul gâtului manechinului, cu aproximativ 2,5°, până la

poziţionarea corectă a capului.

Page 279: Siguranta pasiva

279

10.26.2 Braţele

Manechinul amplasat pe locul conducătorului trebuie să aibă braţele adiacente torsului,

axele mediane fiind, pe cât este posibil, verticale. Manechinul amplasat pe locul din

dreapta trebuie să aibă braţele în contact cu spătarul şi cu flancurile scaunului.

Palmele manechinului amplasat pe scaunul conducătorului trebuie să fie în contact cu

marginea exterioară a volanului, la nivelul axei mediane, orizontale a marginii volanului.

Degetele trebuiesc să fie poziţionate pe marginea volanului şi fixate lejer cu bandă

adezivă, astfel încât mâinile manechinului supus unor forţe crescătoare de cel puţin 9 N,

dar care să nu depăşească 22 N, să se poată desprinde de volan.

Palmele manechinului amplasat în dreapta trebuie să fie în contact cu exteriorul

coapselor. Degetul mic trebuie să atingă perna scaunului.

10.26.3 Torsul

În autovehiculele dotate cu banchete, partea superioară a torsului manechinelor

instalate trebuie să exercite o apăsare pe spătar. Planul sagital median al manechinului

de pe locul conducătorului trebuie să fie vertical şi paralel cu axa longitudinal mediană a

autovehiculului şi trece prin centrul volanului.

Planul sagital median al manechinului aşezat pe locul pasagerului din dreapta trebuie să

fie vertical şi paralel cu axa mediană longitudinală a autovehiculului şi la aceeaşi

distanţă de axa mediană longitudinală a autovehiculului, ca şi planul sagital median al

manechinului „conducător”.

În autovehiculele echipate cu scaun individual, partea superioară a torsului

manechinelor trebuie să se sprijine pe spătarul scaunelor. Planul sagital median al

acestor manechine trebuie să fie vertical şi să coincidă cu axa mediană longitudinală a

scaunelor.

10.26.4 Partea superioară a membrelor inferioare

Partea superioară a picioarelor manechinelor, amplasate pe locul conducătorului şi al

pasagerului din dreapta, trebuie să se sprijine pe perna scaunului, în măsura în care

poziţiile părţilor inferioare a picioarelor permit. Distanţele iniţiale între suprafeţele

exterioare ale genunchilor trebuie să fie de 270 mm ± 10 mm. În măsura în care este

Page 280: Siguranta pasiva

280

posibil, piciorul stâng al manechinului aşezat pe scaunul conducătorului şi picioarele

manechinului aşezat pe locul din dreapta trebuie să fie într-un plan longitudinal vertical.

În măsura în care este posibil gamba dreaptă a manechinului „conducător” va fi într-un

plan vertical.

10.26.5 Partea inferioară a membrelor inferioare

Gamba dreaptă, împreună cu laba piciorului manechinului aşezat pe locul

conducătorului se va sprijini pe pedala de acceleraţie, fără a exercita vreo apăsare,

călcâiul fiind sprijinit de podea, talpa piciorului fiind în planul pedalei. Dacă laba

piciorului nu poate fi amplasată pe pedală, ea va trebui să facă un unghi de 90° cu tibia,

călcâiul sprijinindu-se de podea. Călcâiul piciorului stâng se va poziţiona cât mai spre

înainte şi se va sprijini de podea. Piciorul stâng se va rezema, pe cât posibil cu talpa de

partea oblică a podelei. Axa mediană longitudinală a piciorului va fii paralelă cu axa

mediană longitudinală a vehiculului.

Călcâiele manechinului amplasat pe scaunul din dreapta conducătorului vor fi

poziţionate cât mai în faţă posibil şi se vor sprijini de planşeu, cu tălpile pe partea

înclinată a acestuia. Axele mediane longitudinale ale picioarelor vor trebui să fie paralele

cu axa mediană longitudinală a autovehiculului.

Aparatele de măsură instalate nu trebuie să influenţeze în nici un fel deplasarea

manechinului în timpul crash-ului. Temperatura manechinelor şi a instrumentaţiei

trebuie să fie stabilizată şi menţinută în plaja de 19 – 22° C.

Hainele manechinelor vor fi din bumbac, mulate, cămaşă cu mâneci scurte şi pantaloni,

conform specificaţiilor FMVSS 208. Manechinele vor purta în fiecare picior încălţăminte

militară, după standardul american MIL-S 13192, a căror greutate nu va depăşi 0,57 ±

0,1 kg fiecare.

10.27 Reglarea sistemelor de reţinere

Manechinele vor fi asigurate cu centura de siguranţă. Centura abdominală va fi

pretensionată cu o forţă de 9 – 18 N.

Page 281: Siguranta pasiva

281

10.28 Propulsia şi traiectoria autovehiculului

Autovehiculul este pus în mişcare sau prin grupul său motopropulsor, sau prin alte

dispozitive de propulsie. În momentul impactului, vehiculul nu trebuie să fie supus

acţiunii vreunui dispozitiv auxiliar de ghidare sau propulsie. Traiectoria autovehiculului

trebuie să fie astfel încât să se îndeplinească condiţiile de încercare dorite.

10.29 Viteza de încercare

În momentul impactului, vehiculul trebuie să aibă viteza de 56 –0/+1 km/h. Totuşi,

dacă încercarea s-a desfăşurat la o viteză de impact superioară, iar vehiculul a

corespuns cerinţelor de siguranţă impuse, încercarea se consideră a fi efectuată cu

succes.

10.30 Procedura de certificare a gambei şi labei piciorului manechinului

10.30.1 Încercări de rezistenţă la şoc a părţii anterioare a piciorului

manechinului

Scopul încercărilor este de a măsura răspunsul piciorului şi gleznei manechinului Hybrid

III la şocuri bine definite, provocate de un pendul cu suprafaţa dură. Pentru încercări

sunt utilizate părţile inferioare ale membrelor inferioare ale manechinului, genunchii

fiind incluşi. Genunchii sunt fixaţi pe suportul de încercat cu ajutorul unui simulator

dinamometric.

10.30.2 Metode de încercare

Înainte de încercări, fiecare gambă va fi menţinută timp de 4 ore la o temperatură de

22 ± 3° C şi o umiditate relativă de 40 ± 30 %. Suprafeţele impactorului şi pielea

manechinului, care vin în contact, vor fi curăţate cu alcool izopropilic. Accelerometrul

montat în pendul va fi orientat astfel ca axa sa de lucru să fie paralelă cu direcţia de

impact, la contactul cu piciorul. Suportul de încercări se va fixa rigid, pentru a se evita

orice mişcare posibilă în timpul impactului. Axa mediană a simulatorului dinamometric al

femurului trebuie să fie verticală, cu o toleranţă de ± 0, 5°. Montajul se reglează astfel

încât linia care uneşte articulaţia genunchiului şi şurubul de fixare a gleznei să fie

orizontală, cu o toleranţă de ± 3°, călcâiul se va sprijini pe foi de material cu un

Page 282: Siguranta pasiva

282

coeficient mic de frecare. Înainte de fiecare încercare articulaţia genunchiului se va

ajusta în strângere folosind mase în plaja de 1,5 ± 0, 5 g. Articulaţia gleznei se va regla

astfel ca mişcările ei să fie libere, apoi se va strânge pentru a fixa laba piciorului pe folia

din material cu coeficient redus de frecare.

Pendulul rigid este compus dintr-un cilindru orizontal al cărui diametru este 50 ± 2 mm

şi un braţ de suport al pendulului al cărui diametru este de 19 ± 1 mm. Cilindrul are

masa de 1,25 ± 0,02 kg, în aceasta fiind incluse toată instrumentaţia şi braţul suport al

pendulului. Braţul pendulului are de 285 ± 5 g. Masa tuturor părţilor pendulului, care au

o mişcare de rotaţie şi care sunt ataşate de braţul suport nu trebuie să depăşească 100

g. Lungimea între axa orizontală centrală a cilindrului şi axa de rotaţie a ansamblului

pendulului este de 1250 ± 1 mm. Axa longitudinală a cilindrului este orizontală şi

perpendiculară pe direcţia de impact. Pendulul trebuie să lovească partea de dedesubt a

piciorului, la o distanţă de 185 ± 2 mm de călcâiul care se reazemă pe platforma

orizontală şi rigidă, în aşa fel încât axa longitudinală mediană a braţului pendulului să

facă cu verticala un unghi de incidenţă maxim de 1° la impact. Pendulul trebuie să fie

ghidat astfel încât orice mişcare laterală, verticală sau de pivotare să fie exclusă.

Între două încercări executate pe aceeaşi gambă trebuie să existe un ecart în timp de

30 minute.

Când talpa fiecărui picior este lovită cu viteza de 6,7 ± 0,1 m/s momentul de

încovoiere maxim al tibiei, în lungul axei y (My) trebuie să fie de 120 ± 25 Nm. Când

tibia este lovită cu 2,1 ± 0,3 m/s forţa de impact, adică produsul dintre masa pendulului

şi deceleraţia măsurată, trebuie să fie de 2,3 ± 0,3 kN.

10.30.3 Încercări de rezistenţă la şoc a părţii posterioare a piciorului

fără încălţăminte.

Când talpa fiecărui picior este lovită cu viteza de 4,4 ± 0,1 m/s acceleraţia maximă a

pendulului trebuie să fie în plaja 295 ± 50 g. Spre deosebire de cazul precedent

pendulul va percuta partea de dedesubt a piciorului la o distanţă de 62 ± 2 mm de la

baza călcâiului.

Page 283: Siguranta pasiva

283

10.30.4 Încercări de rezistenţă la şoc a părţii posterioare a piciorului

încălţat.

Când talpa fiecărui picior este lovită cu viteza de 6,7 ± 0,1 m/s forţa maximă de

compresiune a tibiei Fz va avea valoarea de 3, 3 ± 0, 5 kN. Ca şi în cazul precedent

pendulul va percuta partea de dedesubt a piciorului la o distanţă de 62 ± 2 mm de la

baza călcâiului.

10.31 Regulamentul ECE 42. Bara de protecţie şi elementele sale

constructive. Teste de impact cu cărucior mobil

Securitatea pasivă urmăreşte nu numai protecţia ocupanţilor la impact, ci şi a mărfurilor

transportate sau a unor subansamble ale vehiculului. Un rol important în protecţia

structurii vehiculului la coliziuni frontale, din spate, sau în colţuri revine barelor paraşoc

din faţă şi din spate.

Pentru încercări se foloseşte un pendul cu lungimea minimă a braţului de 3350 mm,

având la capăt corpul de impact a cărui masă trebuie să se poată modifica încât să

ajungă egală cu masa totală maximă constructivă a autoturismului.

Încercările se fac pentru următoarele variante de impact:

• longitudinal axial în faţă şi în spate;

• longitudinal decalat cu 300 mm în plan orizontal în raport cu axa mediană, din

faţă şi din spate;

• în colţuri, astfel ca planul A al corpului de impact să formeze un unghi de 60° cu

planul longitudinal median.

Încercările se desfăşoară atât cu autoturismul gol cât şi încărcat; în ultimul caz,

autoturismul se încarcă cu călători sau cu mase adiţionale de câte 75 kg (masa standard

a unui ocupant) dispuse în funcţie de numărul de locuri, conform indicaţiilor din tabelul 9.2.

Pe parcursul probelor nu trebuie acţionat sistemul de frânare, iar schimbătorul de viteze

trebuie pus pe poziţia neutră.

Pentru coliziunile frontale şi din spate, se impune o viteză de impact de 4 km/h; la

coliziunile în colţuri se impune viteza de 2,5 km/h.

Page 284: Siguranta pasiva

284

Viteza de impact W se obţine prin reglarea unghiului 0 al pendulului, între cele două

mărimi existând relaţia:

2

104.0cos

⋅=W

arG (10.1)

în care W se exprimă în km/h. În urma încercărilor menţionate anterior, trebuie

îndeplinite următoarele condiţii tehnice:

• sistemul de iluminare trebuie să rămână în funcţiune şi să fie vizibile toate lămpile.

Se admit refaceri a unor eventuale dereglaje a farurilor sau înlocuiri de becuri la

care s-au rupt filamentele;

• uşile, capacul portbagajului şi capota motorului trebuie să poată fi acţionate

normal;

• uşile laterale nu trebuie să se deschidă în timpul impactului;

• sistemele de răcire şi de alimentare cu combustibil nu trebuie să permită scurgeri

de lichid sau să sufere vreo altă avarie;

• circuitul de gaze arse nu trebuie să prezinte neetanşeităţi sau alte avarii care să

conducă la o funcţionare anormală;

• echipamentul de propulsie, suspensia, anvelopele, direcţia şi sistemul de frânare

trebuie să aibă o funcţionare normală.

Tabelul 10.2. Dispunerea călătorilor (sau maselor echivalente) în funcţie de capacitatea

de încărcare a autoturismului

Număr locuri Număr Dispunere

2 şi 3

2

2 pe scaunele din faţă 4 şi 5

3

2 pe scaunele din faţă 1 pe scaunul din spate

6 şi 7

4

2 pe scaunele din faţă 2 pe scaunele cele mai din spate

8 şi 9

5

2 pe scaunele din faţă 3 pe scaunele cele mai din spate

Prin această procedură se determină rezistenţa la impact a elementelor barei de

protecţie (în general din module de plastic) ataşate vehiculului în cazul acelor ţări care

au adoptat regulamentul ECE 42 sau un regulament similar.

Page 285: Siguranta pasiva

285

Barele paraşoc trebuie să fie astfel concepute şi plasate încât să reziste şi să protejeze

sistemele de iluminare – semnalizare, răcire, frânare, eşapament, alimentare cu

combustibil, închidere şi blocare uşi şi capote, în urma unui impact la viteză redusă.

10.31.1 Metoda de testare

Testul definit în această procedură tinde să reproducă cât mai fidel condiţiile care apar

în cazul impactului unui vehicul cu bara de protecţie, în cazul staţionării şi cu frâna

neacţionată.

Pentru simplitatea metodei elementele barei de protecţie au fost rigidizate de sol. Un

cărucior mobil loveşte bara cu o viteză, în aşa fel încât nivelul energiei sa corespundă cu

cel al impactului «pendulului» (vezi procedura de testare 32-09-839).

Acest test permite să se înregistreze orice solicitare sau penetrare a barei.

10.31.2 Facilităţi de testare necesare

Construcţie rigidă încastrată într-o construcţie de cărămidă şi care poate fi uşor

asamblată sau dezasamblată.

Un cărucior mobil care se deplasează pe pneuri, iar pe partea cu care se loveşte este

montat un berbec; pentru anumite teste berbecul este înlocuit cu o suprafaţa plană.

Un cărucior ghidat pe şine, cu excepţia ultimilor 30 cm înaintea impactului.

Un sistem de antrenare a căruciorului, ca de exemplu conectarea acestuia la un cablu

de care este prinsă o greutate care cântăreşte aproximativ 200 kg şi care se mişcă

vertical, de sus în jos, sub efectul gravitaţiei şi care este capabil să tragă căruciorul

înapoi.

10.31.3 Echipamentul de măsurare necesar

Viteza la care se produce impactul este măsurată cu ajutorul unor senzori fotoelectrici.

Deceleraţia maximă din momentul impactului este măsurată cu ajutorul unui

accelerometru, care măsoară acceleraţii de ±10 g.

Penetraţia maximă a berbecului în volumul reprezentat de bara de protecţie este

măsurată cu ajutorul unui senzor potenţiometric.

Page 286: Siguranta pasiva

286

Un aparat de aer condiţionat capabil să măsoare temperaturi cuprinse între - 20º C şi +

40º C.

10.31.4 Pregătirea elementelor barei de protecţie

Elementele barei de protecţie trebuie să corespundă cu proiectanţilor şi cu cerinţele

destinaţiei lor specifice.

O perioadă de cel puţin 48 de ore trebuie să treacă în cazul când unul din elementele

de testare este proaspăt vopsit, până când acesta va fi supus testării.

Părţile trebuie depozitate la temperatura mediului ambiant şi ferite de intemperii.

10.31.5 Condiţiile de montare

Toate elementele barei de protecţie sunt montate pe un cadru rigid conform normelor

impuse de proiectant, greutatea căruciorului trebuie ajustată conform valorii specificate.

Sistemul de acţionare trebuie ajustat în aşa fel încât acţiunea sa, să înceteze cu 10 cm

înaintea punctului de impact.

Planul A al berbecului trebuie sa fie vertical şi perpendicular pe axa mediană

longitudinală a căruciorului.

10.31.6 Impactul longitudinal

Bara de protecţie este poziţionată astfel încât tăblia din faţa sa fie în contact cu

berbecul. Planul cadrului care suportă bara trebuie să fie perpendicular pe planul

longitudinal al căruciorului. Poziţia relativă a axei mediane longitudinală a berbecului în

raport cu cea a barei de protecţie este ajustată în funcţie de tipul impactului dorit,

centrat sau necentrat, Figura 10-12;

10.31.7 Impactul cu părţile extreme

Bara este poziţionată în aşa fel încât unul din colţurile tăbliei din faţă este în contact cu

centrul berbecului. Planul A al berbecului formează un unghi de 60º cu planul median

longitudinal al barei, Figura 10-12.

Page 287: Siguranta pasiva

287

Figura 10-11 Dimensiunile corpului de impact (berbecului)

Figura 10-12 Schema încercării barelor paraşoc la viteze reduse

Page 288: Siguranta pasiva

288

Sursa Gheorghe Tămase

Figura 10-13 Testul de încercare frontal axial al barei de protecţie

Sursa Gheorghe Tănase

Figura 10-14 Testul de încercare oblic frontal la 60º al barei de protecţie

Page 289: Siguranta pasiva

289

10.31.8 Poziţionarea senzorilor

Senzorii de penetrare

Oricare ar fi tipul impactului, fixarea senzorilor, se face paralel cu linia centrului

impactului, plasaţi în planul de simetrie vertical şi aflaţi la 400 mm faţă de aceasta linie.

Senzorii de deceleraţie ai căruciorului

Montarea senzorilor de deceleraţie se face de-a lungul axei longitudinale a căruciorului

şi pe cadru.

Senzorii de viteză

Senzorul de viteză este de fapt un senzor fotoelectric fix. Acesta trebuie fixat la o

distanţă de 100 mm faţă de punctul de impact al berbecului.

10.31.9 Testul de încercare

Cu bara fixată, se notează poziţia părţii din faţa în corelare cu cadrul prin înregistrarea

valorilor dimensiunilor A, B, C, D, E, F, G, aşa cum este arătat în Figura 10-15. O tijă de

frânare mobilă se plasează de-a lungul axei mediane longitudinale a barei. Poziţia ei

iniţială este data de punctul H, aşa cum este arătat în Figura 10-15.

Figura 10-15 Cotele care urmează a fi înregistrate în urma testului

O altă tijă de frânare mobilă, cuplată cu echipamentul de măsurare a penetraţiei

berbecului este plasat de-a lungul axei mediane longitudinale a berbecului şi are un

Page 290: Siguranta pasiva

290

capăt aplicat împotriva feţei plane a berbecului. În felul acesta se poate înregistra

mărimea penetraţiei berbecului în elementul de încercat.

Fiecare element de încercat este supus la mai multe teste respectând următoarele

reguli:

• impact longitudinal, centrat, la cota Hc (încărcat);

• impact longitudinal, centrat, la cota Hv (neîncărcat);

• impact longitudinal, necentrat, la cota Hc;

• impact longitudinal, necentrat, la cota Hv;

• impactul colţului, la cota Hc;

• impactul colţului, la cota Hv.

Testele trebuie efectuate la 2.15 km/h, 2.8 km/h, 3.5 km/h pentru impactul

longitudinal, sau 2.1 km/h pentru impactul colţului.

După fiecare impact, se înregistrează dimensiunile A’, B’, C’, D’, E’, F’, G’, H’.

10.31.10 Rezultatele măsurătorilor

Se notează deceleraţia maximă a căruciorului (sau forţa maximă care acţionează asupra

cadrului rigid), penetraţia maximă a berbecului şi viteza de impact toate cu o precizie de

două zecimale.

Se înregistrează următoarele grafice:

• deceleraţia căruciorului şi gradul de penetrare a berbecului în funcţie de timp;

• deceleraţia căruciorului (sau forţa maximă care acţionează asupra cadrului rigid)

în funcţie de gradul de penetrare a berbecului.

• Nivelul de filtrare al semnalelor trebuie sa fie de 100 Hz;

• Se măsoară temperatura elementului de încercat;

• Deformaţiile permanente ale elementului de încercat cum ar fi: A-A’,…, G-G’;

• Deformaţia maximă a elementului de încercat din timpul impactului (diferenţa H-

H’);

• Orice avarie suferită de elementul de încercat (rupturi, uzuri, semne, etc.),

lungimea acesteia, şi locaţia ei (se ataşează o fotografie sau o schiţă de mână).

Page 291: Siguranta pasiva

291

Impactul centrat: axa mediana longitudinală a berbecului coincide cu axa mediană

longitudinală a barei de protecţie.

Impactul necentrat: axa mediană longitudinală a berbecului este paralelă cu axa

mediană longitudinală a barei de protecţie; marginea berbecului nu trebuie să se

găsească în afara unui câmp delimitat de două plane care trec prin extremităţile barei

şi paralele cu planul median longitudinal al barei.

10.32 Dispozitive antiîmpănare

Dispozitivele antiîmpănare sunt structuri care se anexează barelor de protecţie;

dispozitivele antiîmpănare faţă se montează pe vehicule din categoriile N2 şi N3 iar cele

antiîmpănare spate se montează şi pe vehiculele din categoriile O3 şi O4. După cum se

observă, asemenea dispozitive se montează numai pe vehicule mari, fiind destinate să

împiedice intrarea sub vehicul a autoturismelor, motocicletelor şi bicicletelor în cazul unor

coliziuni frontale sau din spate.

Protecţia „antiîmpănare faţă" poate fi oferită şi de părţi ale şasiului sau caroseriei care,

prin formă şi amplasament pot împiedica pătrunderea sub vehicul a autovehiculelor din

categoriile L, M şi N în situaţia unei coliziuni frontale.

Sursa Gaiginschi, R., Filip, I. Expertiza tehnică a accidentelor rutiere

Figura 10-16 Schema pentru amplasarea punctelor de aplicaţie a forţelor

Dispozitivul antiîmpănare faţă se construieşte sub forma unei traverse a cărei înălţime

trebuie să fie de cel puţin 100 mm la vehiculele din categoria N2 şi de cel puţin 120 mm la

Page 292: Siguranta pasiva

292

vehiculele din categoria N3. Nu se admit îndoituri către înainte ale marginilor laterale ale

traversei; muchiile traversei trebuie să fie rotunjite cu o rază de cel puţin 2,5 mm.

Dacă dispozitivul este conceput ca să poată ocupa mai multe poziţii, trebuie să fie

prevăzut cu un sistem de zăvorâre care să asigure fixarea sigură în poziţia de funcţionare

dorită. Suprafeţele exterioare ale traversei trebuie să fie netede sau ondulate orizontal;

se admite prezenţa pe suprafaţa exterioară a capetelor şuruburilor sau niturilor de montaj

cu condiţia să fie rotunjite şi să nu iasă în afara suprafeţei cu mai mult de 10 mm.

Dispozitivul antiîmpănare faţă trebuie să aibă o rezistenţă suficient de mare la forţe

aplicate asupra lui pe direcţie longitudinală. Rezistenţa se verifică static, prin aplicarea

unor forţe în diverse puncte ale suprafeţei exterioare. încercările pot fi efectuate pe

vehicul, pe un element de structură a vehiculului echipat cu dispozitivul antiîmpănare,

sau pe un banc de încercări special. În timpul încercării, vehiculul sau structura separată

a sa trebuie să fie asigurate contra deplasării longitudinale. Dacă încercările se fac pe

vehicul, acesta trebuie să fie gol, să se afle pe o suprafaţă plană, dură şi netedă, roţile

din faţă să fie direcţionate pentru mersul în linie dreaptă iar anvelopele să fie umflate la

presiunea recomandată de producător. În prima fază se marchează punctele de aplicare

a forţelor. Astfel, punctele P1 sunt dispuse la o distanţă de cel mult 200 mm către

interior faţă de planul longitudinal vertical tangent la extremităţile exterioare ale

anvelopelor, Figura 10-16 roţilor din faţă. Punctele P2 sunt situate simetric faţă de

planul longitudinal median al vehiculului, iar distanţa între ele trebuie să fie cuprinsă

între 700 mm şi 1200 mm. Înălţimea punctelor P1 şi P2 nu trebuie să fie mai mare de 445

mm. Forţele de încercare trebuie aplicate separat, în fiecare din punctele menţionate; ele

trebuie să atingă valoarea impusă în cel mai scurt timp posibil iar dispozitivul de

antiîmpănare trebuie să le suporte o perioadă de cel puţin 0,2 secunde.

În punctele P1 se aplică succesiv pe direcţie orizontală, în plan longitudinal, o forţă

egală cu 50% din greutatea maximă a tipului de vehicul căruia îi este destinat

dispozitivul, dar nu mai mare de 80000 N.

În punctele P2 se aplică succesiv, tot pe direcţie orizontală şi în plan longitudinal, o forţă

egală cu 100% din greutatea vehiculului căruia îi este destinat dispozitivul, dar nu mai

mare de 160000 N. Se consideră că rezistenţa dispozitivului de antiîmpănare faţă este

suficientă dacă punctele de aplicaţie a forţelor menţionate nu se deplasează către partea

din spate, pe direcţie orizontală, cu mai mult de 400 mm.

Page 293: Siguranta pasiva

293

La dispozitivele de antiîmpănare faţă se admite o gardă la sol de cel mult 400 mm. Lăţimea

nu trebuie să depăşească gabaritul în lăţime al autovehiculului la nivelul anvelopelor roţilor

axei din faţă, dar nici mai mică cu cel mult 100 mm de fiecare parte laterală.

Acestea sunt construite dintr-o traversă care trebuie să aibă o înălţime a secţiunii de cel

puţin 100 mm, iar modulul ei de rezistenţă la încovoiere trebuie să fie de cel puţin 20 cm3.

La fel ca şi dispozitivele faţă, cele din spate nu trebuie să aibă o lăţime mai mare decât

lăţimea vehiculului măsurată între extremităţile laterale ale anvelopelor axei spate; se

admite ca lăţimea (minimă) să fie redusă cu cel mult 100 mm pe fiecare parte laterală.

Nu se admit îndoituri spre spate ale marginilor dispozitivului şi nici muchii ascuţite.

Amplasarea unui dispozitiv de antiîmpănare spate este obligatorie dacă:

• vehiculul se poate deplasa cu o viteză mai mare de 30 km/h;

• platforma de încărcare este situată la o înălţime mai mare de 700 mm, iar între

capătul din spate al platformei de încărcare şi centrul ultimei axe este o distanţă

mai mare de 1000 mm.

Şi în situaţia vehiculului gol, garda la sol a dispozitivului antiîmpănare spate nu trebuie să

fie mai mare de 500 mm.

Rezistenţa dispozitivului se verifică prin aplicarea unor forţe în diverse puncte ale

traversei. O forţă orizontală egală cu 50% din greutatea maximă a vehiculului, dar nu

mai mare de 100000 N se aplică succesiv în două puncte dispuse simetric în raport cu planul

median longitudinal şi situate la o distanţă de 700...1000 mm între ele. Alte încercări

constau în aplicarea succesivă a unei forţe orizontale egală cu 12,5% din greutatea

maximă a vehiculului, sau de cel mult 25000 N (se alege valoarea cea mai mică) în două

puncte situate la 300 mm (spre interior) în raport cu planele longitudinale verticale

tangente la extremităţile laterale ale anvelopelor roţilor ultimii axe şi într-un punct din

planul longitudinal median.

Se consideră că rezistenţa dispozitivului antiîmpănare spate este satisfăcătoare dacă în

timpul încercărilor sau după, partea posterioară a dispozitivului, în punctele de aplicare

a forţelor nu se distanţează în raport cu partea din spate a vehiculului cu o distanţă mai

mare de 400 mm.

Page 294: Siguranta pasiva

294

10.33 Protecţia laterală a vehiculelor utilitare, a remorcilor şi semiremorcilor

Vehiculele din categoriile N2, N3, O3 şi O4 trebuie echipate cu dispozitive de protecţie laterală

pentru a împiedica căderea sub o parte a vehiculului şi călcarea cu roţile a pietonilor,

cicliştilor sau motocicliştilor.

Dispozitivele de protecţie laterală nu mai sunt necesare dacă elemente ale caroseriei sau

şasiului îndeplinesc funcţia de protecţie conform condiţiilor tehnice impuse dispozitivelor

adiţionale speciale. Nu se admite ca dispozitivele laterale de protecţie să mărească

gabaritul pe lăţime al vehiculului; acestea pot fi montate „retras" cu cel mult 120 mm în

raport cu planul gabaritului lateral al vehiculului. Este indicat ca extremitatea din faţă a

dispozitivului să fie îndoită către interior, ca să nu producă agravări ale rănirilor prin

„agăţare"; extremitatea din spate nu trebuie să fie retrasă cu mai mult de 30 mm pe o

distanţă totală de cel puţin 250 mm, măsurată de la capăt.

Suprafaţa laterală exterioară a dispozitivului de protecţie trebuie să fie continuă şi

netedă; se admit totuşi şi întreruperi, cu condiţia ca spaţiul liber să aibă o lungime de

cel mult 25 mm iar partea din spate a lui să nu fie mai proeminentă ca partea din faţă

(tot pentru a împiedica „agăţarea"). Toate marginile şi capetele trebuie rotunjite cu o

rază de cel puţin 2,5 mm, iar capetele şuruburilor sau niturilor de fixare trebuie şi ele

rotunjite, fără să iasă în afara suprafeţei cu mai mult de 10 mm.

Marginea din faţă a dispozitivului de protecţie laterală trebuie să se afle pe autovehicul

la o distanţă de cel mult 300 mm în spatele planului transversal perpendicular, tangent

la partea din spate a anvelopelor roţilor axei din faţă; la remorci cu proţap se impune ca

aceeaşi distanţă să fie de cel mult 500 mm, iar la semiremorci cu şa, de cel mult 250 mm în

spatele planului transversal median al suportului.

Marginea din spate trebuie să se afle la o distanţă de cel mult 300 mm în raport cu

planul transversal vertical tangent în faţa anvelopelor roţilor situate imediat în spate.

Între sol şi dispozitivul de protecţie laterală trebuie lăsată o înălţime de gardă de cel

mult 550 mm.

Dispozitivele de protecţie laterală trebuie să fie rigide şi fixate astfel ca să nu se desfacă

din cauza vibraţiilor. Rezistenţa dispozitivului se încearcă static, prin aplicarea

perpendiculară pe oricare parte a feţei exterioare a unei forţe de 1000 N prin

intermediul unui berbec cu secţiune circulară plană având diametrul de 220 mm. Se

Page 295: Siguranta pasiva

295

consideră că rezistenţa este satisfăcătoare dacă deformarea dispozitivului nu depăşeşte

30 mm pe o lungime de 250 mm a capătului din spate şi 150 mm pe restul lungimii

dispozitivului.

10.34 Condiţii tehnice impuse centurilor de siguranţă destinate ocupanţilor

adulţi

Ansamblul centurii de siguranţă cât şi modul ei de montare pe autovehicul trebuie să fie

concepute astfel ca să nu influenţeze şoferul asupra conducerii şi nici să nu provoace

disconfort ocupanţilor. Chinga centurilor (elementele flexibile) nu trebuie să aibă o formă

care ar putea provoca leziuni în urma unei eventuale coliziuni; elementele rigide ale centurii

nu trebuie să aibă muchii ascuţite care ar putea să provoace prin frecare, uzura sau ruperea

chingii. Dacă centura are şi componente confecţionate din mase plastice, ea trebuie astfel

instalată încât acestea să nu poată fi prinse în mecanismul de reglare al scaunului sau în uşa

vehiculului. Componentele metalice, susceptibile de oxidare, trebuie protejate anticoroziv în

vederea menţinerii pe o durată mare a uşurinţei cuplării sau decuplării.

Închizătorul centurii trebuie astfel realizat încât modalităţile de deschidere şi închidere să

fie evidente; el trebuie să aibă o lăţime de cel puţin 46 mm în locul de prindere al

chingii. Închizătorul nu trebuie să se deschidă involuntar chiar când nu este tensionat,

sau sub acţiunea unei forţe mai mici de 10 N. El trebuie să se deschidă cu o singură

mână, cu o mişcare executată pe o singură direcţie, când este supus unei forţe de

tracţiune de 300 N.

Deschiderea închizătorului trebuie să se facă prin comanda unui buton de culoare roşie

sau portocalie; pentru a nu fi confundat, nici o altă parte a închizătorului nu trebuie să

aibă o asemenea culoare, închizătorul trebuie să-şi menţină buna funcţionare după ce

este supus la un număr de 5000 cicluri consecutive de închidere-deschidere în condiţiile

folosirii normale. După aceste probe este încercat la tracţiune în condiţii dinamice, la

deschidere în stare tensionată, la tracţiune în condiţii statice şi se verifică comportarea lui în

condiţii climatice speciale. Încercarea dinamică constă în probarea după o metodologie

adecvată, a întregului ansamblu al centurii de siguranţă. În acest scop centura se

fixează pe un cărucior echipat cu scaun şi manechin şi prevăzut cu ancoraje dispuse similar

ca pe autovehicul. Pentru a reproduce fidel fixarea, pe cărucior se rigidizează o secţiune de

vehicul împreună cu scaunele aferente centurilor care se încearcă. Toate scaunele care

compun un grup se încearcă simultan. Dacă scaunele au spătarul reglabil, acesta se

Page 296: Siguranta pasiva

296

fixează înclinat spre spate cu un unghi de 25° - pentru vehiculele din categoriile M1 şi N1,

şi de 15° - pentru toate celelalte categorii. Centura se ajustează pe un manechin care are

prevăzută o scândură cu grosimea de 25 mm între spate şi spătarul scaunului; după

reglaj, scândura se scoate.

Masa totală a căruciorului (cu scaune, manechin, etc.) trebuie să fie cuprinsă între 435 şi

475 kg. Căruciorul trebuie frânat după ce atinge o viteză stabilă cuprinsă între 49 şi 51

km/h; oprirea trebuie făcută pe o distanţă de 350...450 mm pe parcursul căreia

căruciorul trebuie să rămână în poziţie orizontală. Variaţia deceleraţiei căruciorului în

funcţie de timp (exprimat în milisecunde) trebuie să se înscrie în domeniul haşurat din Figura

10-17, ale cărui coordonate se dau în tabelul 7.3.

Sursa Gaiginschi, R., Filip, I. Expertiza tehnică a accidentelor rutiere

Figura 10-17 Variaţia impusă deceleraţiei căruciorului la încercarea centurilor de siguranţă

Pentru oprirea în condiţiile expuse a căruciorului se foloseşte un tampon telescopic

special.

Încercarea de tracţiune statică se efectuează pe o maşină specială, pe capetele căreia

se fixează părţile centurii care se ancorează pe vehicul. Se aplică o sarcină de 9800 N

pentru ansamblul centurii; piesele de fixare (inclusiv închizătorul dacă face parte din

acestea) se încearcă pe aceeaşi maşină, dar cu o sarcină de 14 700 N.

Încercarea de deschidere a închizătorului se face după ce ansamblul centurii a fost verificat

dinamic după metodologia expusă. Apoi, centura se montează la o maşină de încercat

la tracţiune şi i se aplică o forţă de 300 N. Dacă închizătorul este fixat pe un element

rigid, aplicarea sarcinii se face sub acelaşi unghi format de închizător în cadrul probelor

Page 297: Siguranta pasiva

297

dinamice. Se acţionează prin intermediul unei bile cu raza de 2,5...2,6 mm în centrul

butonului de comandă a deschiderii, cu o viteză de mişcare a acestuia cuprinsă între 380 şi

420 mm/minut. Forţa necesară de deschidere nu trebuie să depăşească 60 N.

Pe parcursul încercărilor dinamice şi statice, nu se admit ruperi, deformaţii, desprinderi

sau deschideri ale închizătorului.

Dispozitivul de reglare al centurilor fără retractor trebuie să fie uşor manevrabil. El se

încearcă la microalunecare, în condiţii dinamice şi la tracţiune statică; în urma încercărilor

nu se admit fisurări, deformări sau desprinderi. Se impune totodată ca forţa necesară

reglajului să nu depăşească 50 N.

Tabelul 10.3 Punctul timpul acceleraţi [ms] [m/s2] A 10 15 g B 15 20 g C 25 26 g D

45

26 g E 55 20 g

F 60 0 G

18

32 g H 60 32 g

I 80 0

La retractoarele cu blocare se impune ca între două poziţii succesive de blocare, chinga

să nu se deplaseze cu mai mult de 25 mm. Chinga trebuie să poată fi derulată sub

acţiunea unei forţe de 14...22 N, aplicată pe direcţia de desfăşurare. Retractoarele cu

blocare se încearcă la coroziune şi la rezistenţă la praf. După fiecare din aceste încercări

retractorul se supune la un număr de 5000 cicluri de desfăşurare-înfăşurare. După aceste

verificări se fac încercările de rezistenţă în condiţii dinamice şi statice.

La retractoarele cu blocare de urgenţă se impun următoarele condiţii tehnice:

• să se blocheze când deceleraţia vehiculului atinge 4,4 m/s2 - pentru tipul 4 (cu

prag jos al deceleraţiei) şi 8,3 m/s2 - pentru tipul 4 N (cu prag ridicat al

deceleraţiilor şi utilizat la vehicule din categoriile M2, M3, N1 şi N3);

• să nu se blocheze când acceleraţia liniară a chingii este mai mică de 7,8 m/s2 - la

tipul 4 şi sub 9,8 m/s2 - la tipul 4 N;

Page 298: Siguranta pasiva

298

• să nu se blocheze când dispozitivul de blocare este înclinat cu maxim 12° în

raport cu poziţia normală de instalare;

• să se blocheze dacă dispozitivul de blocare este înclinat cu minim 27° - pentru tipul 4

şi cu minim 40°, pentru tipul 4 N, în raport cu poziţia normală de instalare;

La variantele la care funcţionarea este asigurată de o sursă exterioară de energie,

retractorul trebuie să se blocheze imediat în cazul unei întreruperi a sursei de energie.

Retractorul cu blocare de urgenţă se încearcă la un număr de 40 000 cicluri de

înfăşurare-desfăşurare şi la rezistenţă mecanică.

Chingile nu trebuie să se răsucească (ar provoca creşteri periculoase ale presiunii

aplicate local pe abdomen sau torace) sau să se scămoşeze sub acţiunea energiei de impact

a corpului. Sub o sarcină statică de tracţiune de 9800 N, lăţimea chingii nu trebuie să

scadă sub 46 mm. După condiţionări speciale (frig, căldură, lumină, apă), sarcina statică de

rupere a chingii trebuie să fie de cel puţin 14 700 N.

După încercarea dinamică a ansamblului centurii se impun următoarele condiţii:

• pentru centurile subabdominale, bazinul manechinului trebuie să se deplaseze

către în faţă pe o distanţă cuprinsă între 80 şi 200 mm;

• pentru celelalte tipuri de centuri, bazinul manechinului trebuie să se deplaseze ca

în cazul precedent, iar toracele, între 100 şi 300 mm;

• nu se admit nici un fel de ruperi, deschiderea închizătorului, fisurări ale sistemelor

de blocare şi de reglare etc.

Ancorajele trebuie concepute şi amplasate astfel ca centura să nu alunece pe corpul

pasagerului când este fixată corect şi chinga ei să nu se deterioreze prin frecare cu părţile

rigide ale componentelor autovehiculului cu care vine în contact. Centurile de siguranţă

ale locurilor laterale din faţă de la vehiculele din categoriile M1, M2, N1, N2 şi N3 trebuie

prevăzute cu două ancoraje inferioare şi unul superior; dacă în faţă există şi locuri centrale,

centurile destinate lor se fixează numai în două ancoraje inferioare. Pentru toate celelalte

locuri laterale din vehiculele din categoria M1 centurile trebuie să aibă două ancoraje

inferioare şi unul superior.

Celelalte locuri (neprotejate) din vehiculele aparţinând categoriilor M1, M2, N1, N2 şi N3

trebuie prevăzute cu cel puţin două ancoraje inferioare.

Page 299: Siguranta pasiva

299

Ancorajele se încearcă cu dispozitive speciale la tracţiune cu forţe direcţionate asemănător

cu cele dezvoltate de corpul uman asupra centurilor de siguranţă. Încercările pot fi

efectuate direct pe vehiculul aflat în stare de exploatare sau pe structuri secţionate din

vehicul.

Vehiculul trebuie fixat astfel încât să nu se influenţeze întărirea punctelor sau zonelor de

ancorare şi nici să nu se producă vreo deformare a structurii lui; se consideră că această

condiţie este îndeplinită dacă fixarea se face într-o zonă a vehiculului situată înainte cu cel

puţin 500 mm sau în spate cu cel puţin 300 mm faţă de punctul de ancorare al centurii.

Este indicat ca fixarea să se facă pe suporţi amplasaţi perpendicular pe axele roţilor sau

perpendicular pe linia de sprijin a suspensiei. Se încearcă simultan toate ancorajele

aceluiaşi grup de scaune. Se aplică forţe de tracţiune spre înainte, într-un plan

longitudinal paralel cu planul longitudinal median al vehiculului şi înclinate cu 10°±5°

deasupra orizontalei. Creşterea sarcinii trebuie să se facă cât mai rapid, iar ancorajele trebuie

să reziste la sarcina impusă cel puţin 0,2 secunde.

Pentru a reproduce înclinaţiile şi formele ocupate de chingile centurilor în situaţia unei

coliziuni, se utilizează dispozitive care reproduc orientarea chingii superioare a torsului

Figura 10-18,a sau geometria chingii pentru torace, Figura 10-18,b precum şi dispozitive de

abatere Figura 10-18,c şi de tracţiune adecvate acestora.

La centurile cu trei puncte de fixare prevăzute cu retractor cu revenirea amplasată pe

ancorajul superior, prin intermediul unui dispozitiv de tracţiune, Figura 10-18,c şi a unui

dispozitiv de reproducere a geometriei torsului Figura 10-18,a se aplică la ancorajul

superior o forţă de tracţiune de 13500 ± 200 N. La vehiculele din alte categorii decât M1

şi N1 se aplică o forţa de tracţiune de 6750 ± 200 N, cu excepţia celor din categoriile M3 şi

N3 pentru care se aplică o forţă de 4500 ± 200 N; simultan, la ancorajele inferioare se

aplică prin dispozitivul din Figura 10-18,a aceleaşi forţe ca şi la ancorajul superior.

Aceeaşi metodologie se aplică şi centurilor cu fixare în trei puncte, fără retractor.

Pentru centurile cu două ancoraje inferioare se foloseşte dispozitivul din Figura 10-18a,

prin care se aplică o sarcină de 22250 ± 200 N; la vehiculele din alte categorii decât M1 şi

N1 sarcina trebuie să fie de 11100 ± 200 N, cu excepţia celor din categoriile M3 şi N3, la care

se impune o sarcină de 7400 ± 200 N.

Page 300: Siguranta pasiva

300

Sursa Gaiginschi, R., Filip, I. Expertiza tehnică a accidentelor rutiere

Figura 10-18 Dispozitive de tracţiune a centurilor de siguranţă: a - care reproduc torsul; b - care reproduc toracele; c - destinate abaterii chingii

Alte tipuri de centuri speciale care au chingi subabdominale şi au prinderea în trei puncte,

se încearcă cu dispozitivul din Figura 10-18,b, cu aceleaşi forţe ca şi la centurile

normale cu prindere în trei puncte. După încercări se evidenţiază orice deteriorare a

ancorajelor.

10.34.1 Dispozitive de reţinere pentru copii

Dispozitivele de reţinere pentru copii, Figura 10-19, sunt concepute şi utilizate în scopul

diminuării riscurilor de rănire a copiilor aflaţi în vehicule, în cazul unei coliziuni sau a unei

frânări bruşte ele acţionează pe principiul limitării deplasării corpului. Folosirea dispozitivelor

de reţinere pe scaune rabatabile sau amplasate longitudinal este interzisă. Dispozitivele

de reţinere pentru copii se clasifică în funcţie de masă, de destinaţie, de eficienţă etc. în

funcţie de masă se clasifică în patru grupe:

• grupa 0, destinată copiilor cu masa până la 10 kg;

• grupa I, pentru copii cu masa între 9 şi 18 kg;

Page 301: Siguranta pasiva

301

• grupa II, pentru copii cu masa între 15 şi 25 kg;

• grupa III, pentru copii cu masa între 22 şi 36 kg.

Sursa Autoliv

Figura 10-19 Scaun pentru pasageri copii

După destinaţie, se împart în trei categorii:

• categoria „universală", destinată utilizării pe orice vehicul;

• categoria „semiuniversală", destinată anumitor tipuri de vehicule;

• categoria „specială" destinată unui singur tip de vehicul care este prevăzut de

producător cu ancorajele specifice.

Dispozitivele de reţinere pentru copii se pot împărţi în două clase:

• clasa „integrală", caracterizată prin combinaţiile de elemente flexibile cu

echipamente de închidere, reglare, fixare şi, în unele cazuri prevăzute cu scaun

suplimentar şi/sau scut de impact ce poate fi fixat cu propriile sale chingi;

• clasa „neintegrală", care poate cuprinde un dispozitiv parţial de reţinere care,

folosit împreună cu o centură de siguranţă pentru adulţi, poate constitui un

dispozitiv complet de reţinere.

Page 302: Siguranta pasiva

302

În afara clasificărilor menţionate apar şi alte denumiri ale unor dispozitive de reţinere

care specifică o anume proprietate a lor. Se pot menţiona astfel:

• pernă de sprijin - reprezentând o pernă suficient de rezistentă, prinsă prin

intermediul centurii de siguranţă pentru adulţi;

• scaun de siguranţă pentru copii - care este un scaun cu o montură şi amplasare

specială;

• nacelă, un dispozitiv pentru reţinerea în poziţie culcată a copilului, coloana sa

vertebrală fiind perpendiculară pe planul longitudinal median al vehiculului. Astfel,

forţele de reţinere în caz de coliziune nu acţionează asupra membrelor;

• port-bebe, un dispozitiv care reţine copilul în poziţie semilungită, cu faţa înapoi;

• ham, un dispozitiv compus dintr-o chingă subabdominală (care trece prin faţa

bazinului), o chingă de reţinere a umărului şi uneori, o chingă între picioare;

• centură în Y, compusă dintr-o chingă care trece printre picioarele copilului şi din

chingi pentru reţinerea fiecărui umăr.

Dispozitivele de reţinere de tip „universal" sau „specific" pentru un anume tip de vehicul

se pot instala numai pe locurile în poziţia aşezat din faţă sau din spate. Cele din

categoria „semiuniversal" se folosesc în condiţiile:

• pe locurile din spate, dispozitive orientate către înainte;

• pe locurile din faţă, dispozitive orientate către înapoi.

Nu este admisă instalarea unui dispozitiv de reţinere pentru copii, care este îndreptat

înspre înapoi pe un scaun în faţa căruia se prevede o pernă de aer tip AIRBAG. Pe

asemenea scaune trebuie prevăzute expres inscripţii sau pictograme care să avertizeze

asupra pericolului.

Pentru dispozitivele de reţinere a copiilor se impun următoarele condiţii generale:

• să nu permită răsucirea chingilor sau gruparea elementelor elastice spre o anume

zonă a corpului;

• să nu aibă muchii tăietoare sau proeminenţe care ar prezenta riscuri de rănire sau

ar provoca deteriorarea tapiţeriei scaunelor sau a hainelor ocupanţilor;

Page 303: Siguranta pasiva

303

• să nu permită ca părţile vulnerabile ale corpului (abdomen, zona pubiană etc.) să

fie expuse unor forţe suplimentare de inerţie;

• să protejeze contactele prin frecare ale chingilor cu părţi rigide din interiorul

habitaclului.

La dispozitivele din grupele I şi II de masă prevăzute cu un spătar, înălţimea acestuia

trebuie să aibă cel puţin 500 mm. Dacă se utilizează retractoare, ele trebuie să fie

obligatoriu de tip cu blocare automată sau cu blocare de urgenţă.

Dispozitivul trebuie conceput astfel ca să poată fi utilizat şi de grupele de masă care

încadrează grupa pentru care este destinat.

Dispozitivele de reţinere pentru copii se încearcă după metodologii care ţin seamă de

grupa sau categoria de clasificare; nu lipsesc încercările dinamice sau statice, care se

efectuează aproximativ similar ca la centurile pentru adulţi.

Încercările dinamice se fac numai asupra dispozitivelor de reţinere care nu au mai fost

supuse în prealabil la alte sarcini. Pentru măsurători se utilizează manechine care ţin

seamă de masele, configuraţia şi conformaţia corpului unui copil. La încercările

dinamice, efectuate tot cu ajutorul unui cărucior pe care se fixează ancorajele

dispozitivului de reţinere, trebuie respectate următoarele condiţii:

• acceleraţia rezultantă a toracelui nu trebuie să depăşească 147 m/s2 (15g),

exceptând intervalele cu o durată cumulată mai mică de 3 ms;

• componenta verticală a acceleraţiei de la abdomen spre cap să nu depăşească

294 m/s2 (30g), exceptând intervalele cu o durată cumulată mai mică de 3 ms.

Pe parcursul încercărilor dinamice nu se admit ruperi la componentele dispozitivului şi

nici deblocări ale sistemelor de închidere şi de reglare.

Retractoarele cu blocare automată nu trebuie să permită derulări cu mai mult de 30 mm

ale chingii între două poziţii succesive de blocare. Dacă retractorul echipează o centură

subabdominală, forţa de înfăşurare a chingii trebuie să fie mai mare de 7 N.

Retractoarele cu blocare de urgenţă trebuie să îndeplinească următoarele condiţii:

• să se blocheze la o deceleraţie a vehiculului de 4,4 m/s2 (0,45g);

• să nu se blocheze dacă acceleraţia liniară a chingii nu depăşeşte 7,8 m/s2;

Page 304: Siguranta pasiva

304

• să nu se blocheze când înclinarea dispozitivului sensibil nu depăşeşte 12° în raport

cu poziţia de instalare;

• să se blocheze când dispozitivul sensibil este înclinat cu mai mult de 27° în raport

cu poziţia de instalare.

Chingile dispozitivelor de reţinere pentru copii trebuie să fie late de minim 25 mm -

pentru grupele de masă 0 şi I şi de minim 38 mm pentru grupele II şi III. Sarcina de

rupere statică trebuie să fie cel puţin de 3600 N - la cele pentru grupele 0 şi I, cel puţin de

5000 N - la cele pentru grupa II şi cel puţin de 7200 N - la cele pentru grupa III.

Ansamblul dispozitivului de reţinere pentru copii se verifică la şoc frontal, la viteza de 50

km/h, şi la şoc din spate, la viteza de 30 km/h.

10.35 Ancorajul scaunelor pentru autoturisme

Scaunele a căror poziţie poate fi reglată trebuie să fie prevăzute cu dispozitive de

blocare a reglajelor şi deplasărilor, care să funcţioneze automat. Dacă dispozitivele de

blocare nu prezintă riscul unor pericole de rănire în cazul unor coliziuni, ele pot echipa şi alte

echipamente de confort, cum ar fi rezemători laterale, rezemători de cap etc. Acţionarea

comenzii de deblocare trebuie să fie amplasată pe partea exterioară a scaunului dinspre

portieră; acţionarea trebuie concepută încât să poată fi accesată cu uşurinţă chiar de către

ocupantul scaunului din spate.

Spatele scaunului se împarte în trei zone, pentru fiecare dintre acestea impunându-se

respectarea unor condiţii tehnice speciale.

Zona 1 se află în spatele spătarului scaunului şi este delimitată orizontal de partea

superioară a spătarului şi un plan perpendicular pe linia de referinţă a scaunului, situat cu

100 mm mai jos de partea superioară a spătarului, iar vertical, este cuprinsă între două

plane longitudinale verticale dispuse la 100 mm de o parte şi de alta a planului longitudinal

de simetrie al scaunului. Linia de referinţă a spătarului coincide cu linia de referinţă a

toracelui manechinului tridimensional aşezat pe scaun, deci se poate considera că este

paralelă cu înclinaţia spătarului. La scaunele şi banchetele prevăzute cu rezemătoare de cap,

zona 1 este cuprinsă între două plane longitudinale verticale aflate la 700 mm de o parte şi

de alta a planului longitudinal de simetrie al scaunului (sau locului de pe banchetă) şi este

Page 305: Siguranta pasiva

305

situată între un plan perpendicular pe linia de referinţă a scaunului aflat la 635 mm

deasupra punctului R şi partea superioară a rezemătoarei de cap.

Zona 2 cuprinde partea de deasupra planului perpendicular pe linia de referinţă, situat

la o distanţă de 100 mm mai jos de partea superioară a spătarului din care se elimină

zona 1. Dacă scaunul sau bancheta au rezemătoare de cap integrată, zona 2 cuprinde

părţile situate deasupra unui plan perpendicular pe linia de referinţă a scaunului, aflat la

440 mm deasupra punctului R, din care se elimină zona 1.

Zona 3 reprezintă partea spătarului de deasupra planului orizontal care trece prin

punctul R, din care se elimină zonele 1 şi 2.

Părţile din spatele scaunelor situate în zona 1 trebuie să treacă testul de disipare a

energiei de impact, care se face după aceeaşi metodologie şi cu aceeaşi aparatură ca şi

în cazul încercării suprafeţelor din zona de impact a capului aflate în partea din faţă a

habitaclului; la fel, se impune ca deceleraţia să nu depăşească 80 g pe o perioadă de cel

mult 3 ms. Aceste condiţii nu se impun pentru scaunele amplasate cel mai în spate şi

nici scaunelor dispuse spate în spate.

Pe spatele scaunelor nu trebuie să se găsească proeminenţe ascuţite sau zone cu

asperităţi care pot mări riscul de rănire în cazul unei coliziuni. Se admit proeminenţe pe

spatele spătarului dacă au marginile rotunjite cu o rază de 2,5 mm în zona 1, cu o rază de 5

mm în zona 2 sau cu o rază de 3,2 mm în zona 3.

Suprafeţele componente ale zonei 2 pot prezenta raze de rotunjire mai mici de 5 mm,

dar mai mari de 2,5 mm dacă satisfac testul de disipare a energiei de impact; aceste

suprafeţe trebuie să fie „pline" pentru a se evita contactul direct cu structura de

rezistenţă a scaunului.

Rezistenţa scaunului se verifică prin încercări ale spătarului, dispozitivelor sale de

reglare, a ancorajului, a sistemelor de reglare, blocare şi de deplasare a scaunului.

Înaintea încercării, spătarul scaunului se reglează şi apoi se blochează într-o poziţie

înclinată cu 25° faţă de verticală. Dacă spătarul este prevăzut cu rezemătoare de cap

reglabilă, aceasta se fixează în poziţia cea mai înaltă. Cu ajutorul unui dispozitiv care

reproduce spatele unui manechin tridimensional se aplică armăturii spătarului scaunului un

moment de 530 Nm în raport cu punctul R. In cazul unei banchete cu mai multe locuri

Page 306: Siguranta pasiva

306

încercarea se efectuează simultan pentru toate locurile. Se consideră că încercarea este

pozitivă dacă nu se produce nici o ruptură a structurii de ansamblu a scaunului.

Ancorajele şi dispozitivele de reglare şi blocare a deplasării scaunului se verifică în

condiţii dinamice. Încercarea de rezistenţă la efectele inerţiei se efectuează cu scaunele

montate pe structura de rezistenţă a vehiculului, fixată rigid pe un cărucior de încercare.

Se fac două încercări care diferă prin poziţia scaunului:

• blocat cu 10 mm în spatele celei mai avansate poziţii, cu perna fixată în poziţia

cea mai de sus (dacă este reglabilă înălţimea pernei);

• blocat cu 10 mm înaintea celei mai retrase poziţii, cu perna fixată pe înălţimea cea

mai mică.

Căruciorul este deplasat astfel ca ansamblul structurii de rezistenţă a vehiculului pe care

se fixează scaunul să fie supus unei deceleraţii orizontale de cel puţin 196 m/s2 (20g) pe

o perioadă de aproximativ 3 ms; se face o încercare către înainte şi alta către înapoi,

pentru a solicita ancorajele în ambele sensuri, direcţia deceleraţiilor fiind paralelă cu

planul longitudinal median al vehiculului.

Încercarea de coliziune frontală cu barieră fixă se face după aceeaşi metodologie şi cu

aceeaşi aparatură ca la încercările pentru evaluarea comportării structurii autovehiculului la

asemenea coliziuni. În mod obişnuit, când se fac astfel de încercări se verifică şi

ancorajele scaunelor.

Testele dinamice sunt pozitive dacă nu apar fisurări sau ruperi ale armăturii scaunului ori

ale ancorajelor. Se acceptă totuşi deformaţii permanente sau chiar ruperi cu condiţia ca

ele să nu crească riscul de vătămare în cazul unei coliziuni. Pe parcursul încercărilor

dinamice nu se admit deblocări ale dispozitivelor de reglare. La scaunele rabatabile se

impune menţinerea funcţiilor de deplasare pentru ca astfel ocupanţii să poată ieşi după o

eventuală coliziune. Se acceptă ca după încercările dinamice, dispozitivul de reglare sau

blocare să nu mai fie în stare de funcţionare.

10.36 Ancorajul scaunelor autobuzelor

Prescripţiile tehnice sunt elaborate astfel încât să se poată evalua comportarea în caz de

accident a ocupanţilor, a structurii scaunului şi a ancorajelor sale.

Page 307: Siguranta pasiva

307

O primă serie de încercări urmăresc protecţia pasagerului faţă de scaunul amplasat în

faţă. Verificările se fac în regim dinamic şi static.

În primul caz, împreună cu scaunul care se încearcă se mai foloseşte şi un scaun

auxiliar de acelaşi tip, amplasat în spatele lui, ambele având aceeaşi înălţime de 750

mm. Scaunele se montează pe o platformă de încercare rigidă şi se fixează similar ca pe

vehicul. Dacă spătarul scaunului este reglabil, înclinarea lui faţă de verticală trebuie să

fie de aproximativ 25° spre spate; când este prevăzut cu rezemătoare de cap, aceasta

trebuie reglată în poziţia cea mai de jos. Platforma de încercare se fixează rigid pe un

cărucior. Pe scaunul auxiliar se aşează un manechin prevăzut cu senzori de acceleraţie

(pe cele trei direcţii fundamentale) în centrul capului, de deplasare şi acceleraţie în torace şi

cu senzori de forţă în oasele femurale.

Căruciorul se pune în mişcare cu o instalaţie adecvată şi când atinge o viteză stabilizată

cuprinsă între 30 şi 32 km/h este supus unei coliziuni cu un dispozitiv special, conceput

şi realizat astfel ca deceleraţia lui să rămână în limitele de 8-12 g. Încercarea statică constă

în aplicarea asupra spătarului scaunului a unor forţe a căror valoare depinde de înălţimea

locului de acţionare. Forţele trebuie să se exercite pe o direcţie orizontală, în planul

longitudinal vertical de simetrie al locului de pe scaun, având sensul către înainte.

Se consideră că pasagerul este protejat de scaunul amplasat imediat în faţa lui dacă:

• în timpul încercării dinamice (coliziunea căruciorului), nici o parte a trunchiului şi

capului manechinului nu depăşesc un plan vertical transversal dispus la 1,6 m în

faţa punctului R al scaunului auxiliar;

• deplasarea maximă în plan orizontal a punctului de aplicaţie a forţei statice la

scaunul încercat nu depăşeşte 400 mm.

Alte încercări urmăresc evaluarea gravităţii rănirii ocupanţilor scaunelor. S-au ales

pentru apreciere criterii biomecanice de acceptabilitate, similare oarecum cu criteriile de

performanţă utilizate în cazul coliziunii frontale a vehiculului.

Spre deosebire de acestea, încercările referitoare la rănirea ocupanţilor scaunelor se

efectuează cu aceeaşi metodologie şi echipamente ca şi la încercările dinamice privind

protecţia pasagerului în raport cu scaunul din faţa sa.

Se consideră că încercarea este pozitivă dacă:

• nu se produc ruperi ale scaunului şi suporturilor de fixare;

Page 308: Siguranta pasiva

308

• scaunul rămâne fixat, chiar dacă cedează (se rupe) un ancoraj. În acest caz forţa

trebuie să se menţină cel puţin 0,2 secunde după rupere;

• toate dispozitivele de blocare rămân blocate pe durata încercării. Se admite totuşi

ca aceste dispozitive să nu mai fie în stare de funcţionare;

• nici o parte a scaunului nu prezintă muchii ascuţite sau vârfuri care ar putea

provoca răniri pasagerilor în eventualitatea unei coliziuni reale.

Părţile rigide sau proeminenţele rigide situate pe spatele spătarului scaunului trebuie

rotunjite cu raze de cel puţin 5 mm.

10.37 Tetiere

Tetiera are rolul de a limita deplasarea către înapoi a capului unui adult pentru a preveni

rănirea zonei cervicale a coloanei vertebrale a ocupantului scaunului în situaţia unei

coliziuni din spate. Rezemătorile de cap trebuie concepute şi realizate astfel ca să nu se

constituie într-o sursă de pericol pentru ceilalţi ocupanţi ai vehiculului.

Se impune în mod deosebit ca rezemătorile de cap să nu conţină pe nici o faţă a lor

proeminenţe sau muchii ascuţite care ar putea produce rănirea ocupanţilor. Marginile

rezemătorilor de cap trebuie tapisate pentru a evita contactul direct al capului cu

elementele structurii de rezistenţă; în zonele care pot fi atinse de un cap fals cu diametrul de

165 mm, elementele structurii trebuie să aibă o rază de curbură de cel puţin 5 mm. Dacă nu

se pot îndeplini aceste cerinţe se impune ca părţile menţionate să treacă testul de

absorbţie a energiei de impact.

Rezemătoarea de cap trebuie fixată astfel încât după încercarea eficienţei ei să nu iasă în

afara capitonajului nici o parte rigidă a dispozitivului de fixare sau a armăturii scaunului.

Eficienţa rezemătorii de cap se verifică static; dacă rezemătoarea este reglabilă, va fi

încercată în poziţia cea mai înaltă. La banchetele cu mai multe locuri, verificarea se face

simultan pentru toate locurile. În prima fază se trasează în planul longitudinal vertical de

simetrie al scaunului (sau al locului de pe banchetă) linia de referinţă determinată cu

ajutorul manechinului tridimensional (linia de referinţă a trunchiului manechinului). Cu

un cap sferic cu diametrul de 165 mm se aplică pe rezemătoarea de cap, la o distanţă de

65 mm sub vârful ei, o forţa care să genereze un moment de 373 Nm în raport cu punctul H

(articulaţia coxofemurală a manechinului aşezat pe scaun). Forţa se aplică perpendicular pe

linia de referinţă a scaunului, în planul longitudinal de simetrie al lui (sau al locului de pe

Page 309: Siguranta pasiva

309

banchetă). Dacă rezemătoarea are o construcţie de tip cu zăbrele, forţa se aplică pe

elementul cel mai apropiat de partea plină a rezemătorii. În continuare forţa se măreşte

până când momentul în raport cu punctul H atinge o valoare de 890 Nm, şi asta în

condiţiile în care nu se produc rupturi ale spătarului sau scaunului.

Rezemătorile de cap care nu au înălţimea reglabilă trebuie să aibă vârful situat la o

distanţă de cel puţin 750 mm deasupra punctului R; la rezemătorile cu înălţime reglabilă

trebuie să se poată obţine o distanţă de 700 mm între punctul R şi vârful rezemătorii

pentru o poziţie intermediară de reglaj a ei.

În poziţia cea mai coborâtă, între rezemătoarea de cap reglabilă în înălţime şi partea

superioară a spătarului scaunului trebuie să fie o distanţă de cel mult 25 mm. Lăţimea

rezemătoarei de cap trebuie să acopere o zonă de cel puţin 85 mm de o parte şi de

cealaltă a planului longitudinal de simetrie al locului de pe scaun sau banchetă.

Rezemătoarea de cap împreună cu sistemul ei de fixare trebuie să permită o deplasare

către înapoi a capului (sub acţiunea momentului static de 373 Nm) de cel mult 102 mm.

Page 310: Siguranta pasiva

BIBLIOGRAFIE

1. *** KYOWA Electronic Instruments Co., Ltd., Catalog 2014B, Sensor System

Solutions, Tokyo, 2000.

2. ***ANSYS56 Documentation Guide.

3. ***Catalog First Technology Safety Systems, Precision crash test dummies,

1999.

4. ***Colecţia de reviste “Automotive Engineer”, 1998 – 2007.

5. ***Colecţia de reviste “Ingenieurs de l’Automobile”, 1990 – 1998.

6. ***Dubbel, Manualul inginerului mecanic, Editura tehnică, 1998.

7. ***Hutte, Manualul inginerului, Editura Tehnică, 1995.

8. ***Introduction to Pro/Engineer, Training Guide for Release 20.0, Parametric

Technology Corporation, 1998.

9. ***Mică enciclopedie matematică, Editura tehnică, Bucureşti - 1980.

10. ***Standarde internaţionale pentru manechine antropometrice destinate

incercărilor de coliziune la impact lateral. ISO/TR 9790-1-6.

11. ***The Math Works Inc., Simulink – Dynamic Sistem Simulation for Matlab,

1999.

12. Alexandru, P., ş.a., Teoria şi proiectarea mecanismelor vol. 2, Braşov, 1999.

13. Asandei, C., Cercetări asupra dinamicii evenimentelor rutiere pieton – automobil,

teza de doctorat, Braşov, 2001.

14. Avramescu, N., ş.a., Dinamica accidentelor grave de circulaţie 1990-1999, M.I.

direcţia Poliţiei Rutiere, 2000.

15. Baciu, C., Aparatul locomotor, (anatomie funcţională, biomecanică, semiologie

clinică, diagnostic diferenţial), Editura Medicală, Bucureşti 1981.

16. Bedewi, P. G., Bedewi, N. E., Modeling of occupant biomechanics with emphasis

on the analysis of lower extremity injuries, FHWA/ NHTSA, 1996.

Page 311: Siguranta pasiva

17. Bedewi, P. G., Human Finite Element Modeling with Applications for Vehicle

Occupant and Crashworthiness Simulations, The George Washington University,

August 1995.

18. Black, N., Dumbleton, . H., Clinical Biomechanics, Churchill Livingstone, 1981.

19. Blaimont, P., Contribution a l’etude biomechanique du femur humain, Acta

orthop. Belgica, 1968.

20. Blăjină, O. A., Maple în matematica asistată de calculator, Editura Albastră, Cluj –

Napoca, 2001.

21. Bratu, P., Sisteme elastice de rezemare pentru maşini şi utilaje, Editura Tehnică,

1990.

22. Câmpian, O., Şoica, A., Încercarea si omologarea autovehiculelor, Editura

Universitatii Transilvania din Brasov, 2004.

23. Cesari, D., „Vehicle Design and Pedestrian Safety”, WorkShop: “New

technologies for Reducing Injuries from Vehicles în European Traffic”, Italy, nov.

2004.

24. Chun, Z., King – Hay, Y., MADYMO Model Simulation of a Pedestrian Car

Accident, Wayne State University, Detroit, 1996.

25. Dettinger, J., Beitrag zur Verfeinerung der Rekonstruktion von

Fussgangerungfallen, Verkehrsunfall und Fahrzeugtechnik, 12/1996.

26. Dettinger, J., Beitrag zur Verfeinerung der rekonstruktion von

Fussgangerunfallen, Vuf. 1/1997.

27. Dietmar, O., Verletzengsmechanik des Kopfanpralls von Fussgangern bei

Windschutyscheiben kontact auf PKV, Verkehrs Unfall und Fahrzeug Technik,

11/1998.

28. Digges, K. H., Bedewi, P.G., ş.a. Determination and Modeling of Ankle Injury

Causation, FHWA/NHTSA, 1996.

29. Dragomir, D., Proiectare asistată de calculator pentru inginerie mecanică, Editura

Teora, 1996.

Page 312: Siguranta pasiva

30. DR. STEPHAN DATENTECHIK, PC-CRASH A Simulation Program for Vehicle

Accidents, Technical and Operating Manual, Version 8.0 - November 2006, Linz,

Austria.

31. Du Bois, P., ş.a., Vehicle Crashworthiness and Occupant Protection, American

Iron and Steel Institute, 2000 Town Center Southfield, Michigan, 2004.

32. Edward L. M., ş.a., Structural and Mechanical Properties of the Developing

Human Skull with Numerical Simulation During Impact Loading, 1996.

33. Foster, J.K., Hybrid III 50 the Percentile Dummy, Vector Ressearch inc.

Calibration Documents, 1985.

34. Foster, J.K., Kortge, J., Hybrid III Biomechanically Based Crash Test Dummy,

SAE 770938/985.

35. Foster, J.K., Part 572 Antropometric Test Dummy – Calibration Test Techniques

and Equippment, 1985.

36. Franchini, G., Zusemmenstoss mit Fussganger Tagungsbereich – Wiewchoft und

Kraftfahreung, Belgrad,1975.

37. Fricke, I, Lynn, B., Traffic Accident Reconstruction, vol. 2 of the The Traffic

Investigation manual, 1990.

38. Gafiţanu, M., ş.a., Organe de maşini, Editura Tehnică, 1981.

39. Gaiginschi, R., Filip, I., Expertiza tehnică a accidentelor rutiere, Editura

Tehnică, Bucureşti, 2002.

40. Gaiginschi, R., Filip, I, s.a. Siguranţa circulaţiei rutiere vol II, Editura

Tehnică, Bucureşti, 2006.

41. Ghinea, M., Fireţeanu, V., Matlab - calcul numeric - grafică - aplicaţii, Editura

Teora, 1995.

42. Goldstein, S., Frankenburg, E., Kuhn, J., Biomechanics of Bone, Edition Springer

Verlag, 1996.

43. Huang, Y., King, A. I., Finite Element Modeling of Gross Motion of Human

cadavers in Side Impact, SAE Technical Paper No 942207, 1994.

Page 313: Siguranta pasiva

44. Jalobeanu C., Raşa, I., MathCAD, Probleme de calcul numeric şi statistic, Editura

Albastră, Cluj Napoca -1995.

45. Jerry, J., Pedestrian Accidents Reconstruction, 1994.

46. Kapandji, J. A., Physiologie articulaire, Fasc II, Maloine, Paris, 1980.

47. Kramer, M., Ein einfaches Modell zur Simulation des Fahrzeug – Fussganger –

Unfalls, ATZ nr. 3, 1974.

48. Kroell, C., Schneider, D., Nahum, A., Impact Tolerance and Response of the

Human Thorax II, SAE – Technical Paper, 1974.

49. Kuhnel, A., Der Fahrzeug Fussganger Unfall und seine Rekonstruktion

Dissertation, TU-Berlin, 1980.

50. Marike J. Van Der Horst, Human head neck response in frontal, lateral and rear

end impact loading; modelling and validation : Technische Universitet Eindhoven,

2002. Proefschrift. - ISBN 90-386-2843-9

51. Mertz, H.J., Biofidelity of the Hybrid III Head, SAE Papers 851245.

52. Moser, A., și col., „The Pedestrian Model in PC-Crash – The Introduction of a

Multi Body System and its Validation”, International Congress and Exposition

Detroit, Michigan, mar. 1999.

53. Moser, A., și col., „Validation of the PC -Crash Pedestrian Model”, SAE 2000

World Congress, March 2000, Detroit, MI, USA, Session: Accident

Reconstruction: Simulation & Animation, mar. 2000.

54. Michael, J., Sens, I., Philip, H., Perception Reaction Time Values for Accident

Reconstruction, SAE Papers 89732.

55. Nahum, A.M., Melvin, J.W., Accidental Injury, ed. Springer – Verlag, 1996.

56. Neathery, R. F., Lobdell, T. E., Mechanical Simulation of human Thorax Under

Impact, SAE – Technical Paper No 730982, 1973.

57. Nistor, N., Stoleru, M., Expertiza tehnică a accidentului de circulaţie, Editura

Militară, 1987.

58. Pauwels, F., Biomecanique de l’appareile moteur, Springer Verlag, Berlin, 1979.

Page 314: Siguranta pasiva

59. Preda, I., Ingineria asistată pentru autovehicule, Editura Universităţii

Transilvania, Braşov, 1998.

60. Rau, H., Erweiterte Analysemoglichkeiten von Fussgangerunfallen mit Hilfe der

rechnerischen Simulation suf der Basis des Mehrkorpersystems MADYMO, Vuf.

5/1998.

61. Rau, H., Kuhnel, A., Burg, H., Fussganger chwindikeiten und Zeugenansagen

Dekra-Fachschriftenschibe, Vuf. 8/1976.

62. Rau, H., Otte D., Schulz B., Coliziuni autoturism - pieton în domeniul superior al

vitezelor. Rezultate cu manechine în domeniul 70 - 90 km/h., Verkehrsunfall und

Fahrzeugtechnik, 12/2000.

63. Regulamentul nr.12 al ECE-ONU. Protecţia conducătorului fată de volan la impact

64. Regulamentul nr.14 al ECE-ONU. Ancorarea centurii de siguranţă

65. Regulamentul nr.16 al ECE-ONU. Centuri de siguranţă şi sisteme de reţinere

pentru adulţi

66. Regulamentul nr.17 al ECE-ONU. Rezistenţa scaunelor şi ancorajelor la

autoturisme

67. Regulamentul nr.21 al ECE-ONU. Amenajarea interioară

68. Regulamentul nr.25 al ECE-ONU. Rezemătoare de cap

69. Regulamentul nr.26 al ECE-ONU. Proeminenţe exterioare la autoturisme.

70. Regulamentul nr.29 al ECE-ONU. Protecţia ocupanţilor cabinelor vehiculelor

utilitare

71. Regulamentul nr.32 al ECE-ONU Comportarea structurii vehiculului la coliziunea

spate

72. Regulamentul nr.33 al ECE-ONU. Comportarea structurii vehiculului la coliziune

frontală

73. Regulamentul nr.42 al ECE-ONU Bare de protecţie faţă şi spate

74. Regulamentul nr.44 al ECE-ONU. Dispozitive de protecţie pentru copii

Page 315: Siguranta pasiva

75. Regulamentul nr.58 al ECE-ONU. Dispozitive de protecţie antiîmpănare

spate.

76. Regulamentul nr.61 al ECE-ONU. Proeminenţe exterioare la autocamioane.

77. Regulamentul nr.73 al ECE-ONU. Dispozitive de protecţie antiîmpănare

laterală.

78. Regulamentul nr.80 al ECE-ONU. Scaunele autobuzelor şi ancorarea lor

79. Regulamentul nr.93 al ECE-ONU. Protecţia şi montarea dispozitivelor

antiîmpănare faţă

80. Regulamentul nr.94 al ECE-ONU. Protecţia ocupanţilor la coliziune frontală

81. Regulamentul nr.95 al ECE-ONU. Protecţia ocupanţilor la coliziune laterală

82. Ripianu, A., Popescu, P., Bălan, B., Mecanica tehnică, Editura Didactică şi

Pedagogică, Bucureşti, 1982.

83. Rohm, M., Schimmelpfennig: Dynamik bei der Kollision Krad/Fussganger,

Verkehrsunfall und Fahrzeugtechnik, Vuf. 2/1997.

84. Ruşitoru, F., Şoica, A., Enache, V., Dima, D., Aspects Regarding the Vehicle

Pedestrian Collisions, The 4th European Academy of Forensic Science

Conference, EAFS2006, Helsinki, Finlanda.

85. Scheiber, E., Lixăndroiu, D., MathCAD, Prezentare şi probleme rezolvate, Editura

Tehnică, Bucureşti - 1994.

86. Scheiber, E., Lupu, M., Matematici speciale, rezolvarea problemelor asistată de

calculator cu exemplificări în Derive, MathCAD, Maple, Mathematica, Editura

Tehnică, Bucureşti -1998.

87. Searle, I., John, A., The Trajectories of Pedestrians, Motorcycle, Following a

Road Accident, SAE Paper 831622.

88. SR 13261:1995. Dispozitive de reţinere pentru copii Condiţii tehnice şi metode de

încercare

89. SR ISO 3560:1997. Încercarea la coliziune frontală cu barieră fixă

Page 316: Siguranta pasiva

90. STAS 11270-88. Ancoraje pentru centuri de siguranţă Condiţii tehnice şi

metode încercare

91. STAS 6926/20-88. Determinarea rezistentei autoturismelor la impact cu viteză

redusă. Metode de încercare

92. STAS 9842-89. Centuri de siguranţă şi sisteme de reţinere pentru ocupanţi adulţi.

93. Şoica, A., Asandei, C., Aspecte privind coliziunile de tipul autoturism – pieton,

Conferinţa NAV-MAR-EDU, Constanţa, 2001.

94. Şoica, A., Florea, D., Aspects of human body modelling with application on car

crash tests, Conferinţa „Prevention of traffic accidents on roads 2000”, Novi Sad

– Yugoslavia, 2000.

95. Şoica, A., Florea, D., Computer simulation of the pedestrian trajectory after the

vehicle impact, Conferinţa „Prevention of traffic accidents on roads 2000”, Novi

Sad – Yugoslavia, 2000.

96. Şoica, A., Florea, D., Luca Motoc, D., Conducătorul auto ca factor integrant al

sistemului om – vehicul – mediu de circulaţie, Conferinţa NAV-MAR-EDU,

Constanţa, 2001.

97. Şoica, A., Florea, D., Luca Motoc, D., The conceive of an antropomorphic dummy

for the car crash tests, A VIII-A Conferinţă de Autovehicule Rutiere, Piteşti, 2000.

98. Şoica, A., Florea, D., Scafaru, C., Security systems and regulations regarding the

passenger’s safety, The IXth International Conference CONAT 99, Braşov, 1999.

99. Şoica, A., Stadiul actual al cercetărilor în domeniul reconstituirii accidentelor de

circulaţie, Referat nr. 1 din teza de doctorat, Braşov, 2000.

100. Şoica, A., Tehnici de modeare dinamică a impactului autoturism – pieton, ,

Referat nr. 2 din teza de doctorat, Braşov, 2001.

101. Şoica, A., Mathematical model of the monomass pedestrian in interaction

with the vehicle - Conferinţa „Prevention of traffic accidents on roads 2004", Novi

Sad, Yugoslavia, 14-15 octombrie 2004, pag. 42-48 .

Page 317: Siguranta pasiva

102. Şoica, A., Casuistic analysis of road accidents involving pedestrians-

Conferinţa „Prevention of traffic accidents on roads 2004", Novi Sad, Yugoslavia,

14-15 octombrie 2004, pag.208-214.

103. Şoica, A., Florea, D.: Measures undertaken in order to reduce injuries at

touring car – pedestrians collisions, The 10th International Congress, CONAT

2004, Automotive and future technologies, Brasov, 20-22 october, 2004.

104. Şoica, A., Lache, S., Theoretical and Experimental Approaches to Motor

Vehicle – Pedestrian Collision, 3rd WSEAS International Conference on APPLIED

and THEORETICAL MECHANICS - MECHANICS'07, Tenerife, Canary Islands,

Spain, December 14-16, 2007, ISSN 1790-2769, pag 264-270.

105. Şoica, A., LACHE, S., Case Study Regarding the Motor Vehicle – Pedestrian

Collision, WSEAS TRANSACTIONS on APPLIED and THEORETICAL MECHANICS,

Issue 10, Volume 2, October 2007, ISSN: 1991-8747.

106. Şoica, A., Luca Motoc, D., Lache, S., Tarulescu, S., Aspects concerning of

the vehicle-pedestrian impact at low velocities, DAAAM International Scientific

Book 2008, Vol. 7, ISSN 1726-9687, ISBN 3-901509-69-0, Editor: B. Katalinic,

hard cover, Publisher DAAAM International Vienna.

107. Şoica, A., Tarulescu, S., Motoc Luca, D., Influence Of Bumper Design On

Pedestrian Injuries, The 20 th International DAAAM Symposium, 25-28 nov 2009,

Viena, ISSN 1726-9679, pag 0145-0146.

108. Tabacu, St., Impactul automobilelor, Editura Universităţii din Piteşti, 2004.

109. Tănase, Gh., Cercetări teoretice şi experimentale privind optimizarea

structurii faţă în ceea ce priveşte siguranţa pasivă a automobilului, teza de

doctorat, Braşov, 2003.

110. Tecuşan, N., Ionescu, E., Tractoare şi automobile, Editura Didactică şi

Pedagogică, 1982.

111. Thompson, T., Pedestrian walking and running velocity study, Accident

Reconstruction Journal, vol. 3, 1991.

Page 318: Siguranta pasiva

112. Togănel, G., Şoica, A., Dima, D., Aspects Regarding the Analysis of the

Car Geometry Influence over the Pedestrian Injury Severity and Distribution,

12th European Automotive Congress EAEC, Bratislava, 29 june-1 july 2009, ISBN

978-80-969243-8-7.

113. Trusca, D., Benea, B., Şoica, A., Tarulescu. S., Modelling passenger

Human Model behavior in the Case of Rear Impact, 2nd WSEAS Intrenational

Conference on Multivariate Analysis and its Application in Science and

Engineering MAASE09, Istanbul, Turkey, 30 May-1 June, 2009, pag 125-129,

ISSN 1790-5117.

114. Truşcă, D., Şoica, A., Benea, B., Târulescu, S., Computer Simulation And

Experimental Research Of The Vehicle Impact, Wseas Transactions On

Computers, ISSN 1109-2750, Issue 7, Volume 8, July 2009.

115. Tschirschwitz, C., Interdisziplinare Zusammenarbeit bei der

Beweissicherung nach Nutzfahrzeug Fussgangerunfallen, Vuf. 7-8/1999.

116. Untaru, M., şi colectiv, Dinamica autovehiculelor, Reprografia Universităţii

Transilvania Braşov, 1986.

117. Vaughan, R., Accident Reconstruction Technology and Animation, SAE

papers 970962.

118. Viano, D. C., ş.a., Biomechanics in Human Chest Abdomen, and Pelvis in

lateral Impact, American Society of mechanical Engineers AMD Vol 106, 1989.

119. Viano, D. C., ş.a., Bolster Impacts to the Knee and Tibia of Human

Cadavers and Antropomorphic Dummy, SAE – Technical Paper, 1978.

120. Grosu, I., Calculul si constructia avionului, Editura didactica si pedagogica,

Bucuresti 1965.

121. **** Site web http://www.esi.fr

122. **** Site web http://www.gwu.gov

123. **** Site web http://www.idiada.es

124. **** Site web http://www.maceng.com

Page 319: Siguranta pasiva

125. **** Site web http://www.ncac.gwu.edu

126. **** Site web http://www.sfdab.com

127. **** Site web http://www.tno.com

128. **** Site web http://www-nrd.nhtsa.dot.gov

129. **** Site web http://www.aaa.asn.au

130. **** Site web http://www.autoliv.com

131. **** Site web www.destatis.de

132. **** Site web www.eevc.org

133. **** Site web http://eur-lex.europa.eu/ro/index.htm

134. **** Site web http://www.euroncap.com

135. **** Site web http://www.unece.org/trans/main/

136. **** Site web http://www.cemt.org/irtad/IRTADPUBLIC/index.htm

137. **** Site web http://www.internationaltransportforum.org/

138. **** Site web http://www.howstuffworks.com

139. **** Site web http://www.securiteroutiere.equipement.gouv.fr/infos-

ref/observatoire/observatory.html

140. **** Site web http://www.ip-prevent.org/

141. **** Site web http://en.wikipedia.org/wiki/

142. **** Site web http://www.trauma.org

143. **** Site web Audi, VW, Seat

Page 320: Siguranta pasiva

CUPRINS 1 SIGURANŢA PASIVĂ A AUTOVEHICULELOR.................................1

1.1 Generalităţi ........................................................................................................................................................1

2 CADRELE ŞI CAROSERIILE AUTOVEHICULELOR..........................9 2.1 Caroseriile autovehiculelor. Rolul, condiţiile impuse şi clasificarea caroseriilor.......................................9 2.2 Cadrul şi şasiul autovehiculelor. Rol şi caracteristici .................................................................................10

2.2.1 Construcţia cadrelor ..........................................................................................................................13 2.2.2 Construcţii speciale ...........................................................................................................................23

2.3 Caroseriile autoturismelor .............................................................................................................................25 2.4 Caroseriile autobuzelor ..................................................................................................................................37 2.5 Caroseriile autocamioanelor..........................................................................................................................43

3 ELEMENTE PRIVIND PROIECTAREA ŞI CALCULUL CAROSERIILOR..............................................................................46

3.1 Generalităţi ......................................................................................................................................................46 3.2 Tendinţe în realizarea autovehiculului „sigur” ............................................................................................47

3.2.1 Modele matematice simple ale impactului dintre autovehicule ..................................................49 3.2.2 Modele matematice complexe ale automobilului ..........................................................................51

3.3 Determinări teoretice a energiei disipate şi a rigidităţii structurii autoturismelor .................................56 3.4 Calculul şi construcţia barelor paraşoc ........................................................................................................61

3.4.1 Generalităţi, soluţii constructive ......................................................................................................61 3.4.2 Starea de solicitare a barelor paraşoc ............................................................................................64 3.4.3 Stabilirea modelului de calcul ..........................................................................................................65 3.4.4 Calculul de rezistenţă pentru bara din polipropilenă cu armătură de metal în ipoteza deformării plastice.............................................................................................................................................68 3.4.5 Calculul simplificat al barelor paraşoc ............................................................................................72

3.5 Calculul de rezistenţă al caroseriilor utilizând metode clasice ................................................................74 3.6 Deformaţiile de torsiune şi încovoiere ale lonjeroanelor...........................................................................80 3.7 Teste virtuale 3D de verificare a rezistenţei caroseriilor...........................................................................87

3.7.1 Etapele de lucru.................................................................................................................................88 3.8 Analiza structurală de tip static asupra cadrului unui prototip ................................................................92 3.9 Analiza crash-urilor cu ajutorul supercalculatoarelor ................................................................................96 3.10 Descrierea modelului. ..................................................................................................................................98

3.10.1 Scenariile de impact ..........................................................................................................................99 3.10.2 Comparaţia dintre test şi simulare ................................................................................................100 3.10.3 Nivelul de absorbţie al energiei .....................................................................................................102

4 DETERMINAREA MĂRIMILOR CINEMATICE ALE COLIZIUNII PRIN COMBINAREA LEGILOR DE CONSERVARE A IMPULSULUI ŞI A ENERGIEI..................................................................................103

4.1.1 Determinarea funcţiilor de timp ale vitezei, acceleraţiei şi deformărilor autovehiculelor în impactul frontal sau din spate, centrat ........................................................................................................104 4.1.2 Calculul erorilor................................................................................................................................110

5 SISTEME DE PROTEJARE A VIEŢII PASAGERILOR UNUI AUTOVEHICUL. PRINCIPII ..........................................................111

5.1 Metode de reţinere a ocupanţilor unui autovehicul .................................................................................113 5.1.1 Analogia oului şi metodele de aplicare ale acestui principiu .....................................................113

5.2 Imperfecţiunile sistemelor clasice de tip centură de siguranţă .............................................................115 5.3 Îmbunătăţirea reţinerii în cazul unui şoc frontal ......................................................................................116 5.4 Eficacitatea airbagului..................................................................................................................................117

Page 321: Siguranta pasiva

6 SUBANSAMBLELE SISTEMELOR DE REŢINERE ŞI PROTECŢIE A PASAGERILOR..............................................................................119

6.1 Concepţia sistemelor de siguranţă pasivă interioară...............................................................................119 6.2 Regulamente şi Directive în vigoare ..........................................................................................................120 6.3 Ansamblul centură de siguranţă.................................................................................................................120

6.3.1 Generalităţi .......................................................................................................................................120 6.3.2 Retractorul acţionat mecanic .........................................................................................................121 6.3.3 Retractorul cu blocare comandată electronic ..............................................................................123 6.3.4 Mecanismul de pretensionare a centurii de siguranţă ...............................................................125 6.3.5 Limitatorul de efort .........................................................................................................................129 6.3.6 Ajustarea înălţimii de prindere a centurilor. Centuri de siguranţă ancorate de scaun. Tetiere. 131

6.4 Ansamblu AIRBAG ........................................................................................................................................136 6.4.1 Noţiuni de bază................................................................................................................................136 6.4.2 Sistemul de aprindere gaz-hibrid ..................................................................................................141 6.4.3 Determinarea cantităţii de combustibil necesară umflării unui airbag.....................................142 6.4.4 Evoluţia airbagului ...........................................................................................................................143 6.4.5 Dezactivarea airbagului ..................................................................................................................144 6.4.6 Dezvoltarea sistemelor airbag .......................................................................................................145 6.4.7 Unitatea electronică de comandă - Arhitectură şi funcţionalitate. Senzori utilizaţi la sistemele de siguranţă pasivă .........................................................................................................................................150

6.5 Siguranţa la volan. Poziţia corectă de conducere ....................................................................................159

7 CERCETĂRI PRIVIND SIGURANŢA PASIVĂ A PIETONILOR.....161 7.1 Generalităţi ....................................................................................................................................................161 7.2 Evaluarea accidentelor rutiere pieton - automobil...................................................................................166

7.2.1 Metoda orientativă ..........................................................................................................................167 7.2.2 Metoda estimativă ...........................................................................................................................168

7.3 Evaluarea leziunilor. Scara AIS – Abreviated Injury Scale .....................................................................169 7.4 Studiul leziunilor la nivelul capului .............................................................................................................171

7.4.1 Cinematica şi dinamica impactului ................................................................................................173 7.4.2 Simularea impactului capului .........................................................................................................176 7.4.3 Evaluarea potenţialului de vătămare a capului ...........................................................................178 7.4.4 Măsuri în vederea reducerii vătămării capului pietonului ..........................................................185 7.4.5 Concluzii............................................................................................................................................189

7.5 Aspecte privind leziunile la nivelul toracelui .............................................................................................190 7.5.1 Testări de impact cu pendulul ......................................................................................................190 7.5.2 Rezistenţa toracelui la impact frontal ...........................................................................................191 7.5.3 Modelarea matematică a toracelui................................................................................................195

7.6 Elemente ale profilului geometric al autovehiculului care influenţează vătămările pietonilor ...........195 7.7 Cercetări asupra vătămărilor produse membrelor inferioare ale pietonului.........................................196

7.7.1 Simularea impactului picior - autovehicul ....................................................................................198 7.7.2 Rezultate obţinute în urma simulărilor .........................................................................................200

7.8 Viitoare direcţii de cercetare .......................................................................................................................206

8 MODELE MATEMATICE ALE PIETONULUI.................................208 8.1 Modelul pietonului mono-masă ..................................................................................................................208 8.2 Modelul matematic cu mai multe mase ....................................................................................................216

9 CERCETĂRI EXPERIMENTALE PRIVIND COLIZIUNEA AUTOTURISM – MANECHIN PIETON ...........................................219

9.1 Regulamante, metode de încercare şi aparatura de măsurare .............................................................219 9.1.1 Manechinul pieton ...........................................................................................................................221 9.1.2 Pregătirea autoturismului ...............................................................................................................224 9.1.3 Instalaţia de tracţiune pentru autovehiculele supuse coliziunilor.............................................226 9.1.4 Filmarea rapidă şi sistemele speciale de iluminare.....................................................................226 9.1.5 Măsurarea vitezei autoturismului ..................................................................................................227 9.1.6 Instalaţia de achiziţie de date la coliziune ...................................................................................227

Page 322: Siguranta pasiva

9.2 Desfăşurarea testelor şi analiza rezultatelor.............................................................................................231 9.2.1 Contactul cu autoturismul ..............................................................................................................234 9.2.2 Faza de zbor.....................................................................................................................................236 9.2.3 Faza de târâre..................................................................................................................................236

10 NORMATIVE ŞI REGULAMENTE PRIVIND SIGURANŢA PASIVĂ A AUTOVEHICULELOR.....................................................................252

10.1 Introducere .................................................................................................................................................252 10.1.1 Condiţii tehnice impuse vehiculelor în cazul coliziunilor frontale..............................................252 10.1.2 Comportarea structurii vehiculului şi protecţia ocupanţilor în situaţia coliziunii laterale.......255 10.1.3 Comportarea structurii vehiculului în situaţia coliziunii din spate.............................................256

10.2 Regulamentul ECE 29. Prescripţii uniforme privind omologarea vehiculelor utilitare.......................257 10.3 Prescripţii .....................................................................................................................................................258 10.4 Metode de încercare ..................................................................................................................................258

10.4.1 Ancorajul cabinei .............................................................................................................................258 10.5 Încercarea la impact frontal (încercarea A)............................................................................................259

10.5.1 Descrierea pendulului .....................................................................................................................259 10.5.2 Rezistenta acoperişului (încercarea B) .........................................................................................259 10.5.3 Rezistenţa peretelui din spate (încercarea C) .............................................................................259

10.6 Prescripţii privind fixarea autovehiculelor pe bancul de încercări .......................................................260 10.6.1 Impact frontal ..................................................................................................................................260 10.6.2 Instalarea şasiului ...........................................................................................................................260 10.6.3 Fixarea longitudinală .......................................................................................................................260 10.6.4 Fixarea laterală ................................................................................................................................261 10.6.5 Tensionarea lanţurilor sau cablurilor şi fixarea părţii din spate ................................................261 10.6.6 Montaj echivalent ............................................................................................................................261

10.7 Rezistenta acoperişului ..............................................................................................................................262 10.7.1 Cabina montată pe vehicul ............................................................................................................262 10.7.2 Cabina montată pe un cadru .........................................................................................................262

10.8 Rezistenţa peretelui din spate al cabinei ................................................................................................262 10.8.1 Cabina montată pe vehicul ............................................................................................................262 10.8.2 Cabina montată pe un cadru .........................................................................................................262

10.9 Determinarea punctului ‘H ‘ şi unghiul real de înclinare a spătarului şi verificarea relaţiei lor cu punctul ‘R’ şi unghiul prevăzut pentru înclinarea spătarului .........................................................................263

10.9.1 Determinarea punctelor ‘H’ şi a unghiurilor reale de înclinare a spătarelor............................264 10.10 Caracteristicile manechinului ..................................................................................................................264 10.11 Poziţionarea manechinului ......................................................................................................................265 10.12 Rezultate ...................................................................................................................................................268 10.13 Verificarea poziţiei relative a punctelor ‘R’ şi ‘H’ şi a raportului între unghiul prevăzut şi unghiul real de înclinare a spătarului .............................................................................................................................268 10.14 Regulamentul ECE 96/79 (NHTSA 214). Construcţia barierei deformabilă......................................271

10.14.1 Structura barierei.........................................................................................................................271 10.15 Certificarea structurii alveolare a barierei deformabile.......................................................................272 10.16 Prelevarea eşantioanelor.........................................................................................................................272 10.17 Viteza şi distanţa de rupere ....................................................................................................................272 10.18 Achiziţia datelor ........................................................................................................................................273 10.19 Procedura de lipire ...................................................................................................................................273 10.20 Construcţia structurii NIDA .....................................................................................................................273 10.21 Montajul.....................................................................................................................................................274 10.22 Pregătirea autovehiculului pentru testele de coliziune decalate .......................................................275

10.22.1 Zona de încercări .........................................................................................................................275 10.22.2 Bariera...........................................................................................................................................275 10.22.3 Orientarea barierei ......................................................................................................................275 10.22.4 Alinierea autovehiculului în raport cu bariera..........................................................................276

10.23 Starea autovehiculului .............................................................................................................................276 10.23.1 Specificaţii generale ....................................................................................................................276 10.23.2 Amenajarea habitaclului .............................................................................................................276

Page 323: Siguranta pasiva

10.24 Manechinele antropometrice ..................................................................................................................277 10.25 Amplasarea şi instalarea manechinelor.................................................................................................277 10.26 Instalarea manechinelor..........................................................................................................................278

10.26.1 Capul .............................................................................................................................................278 10.26.2 Braţele...........................................................................................................................................279 10.26.3 Torsul ............................................................................................................................................279 10.26.4 Partea superioară a membrelor inferioare ...............................................................................279 10.26.5 Partea inferioară a membrelor inferioare.................................................................................280

10.27 Reglarea sistemelor de reţinere .............................................................................................................280 10.28 Propulsia şi traiectoria autovehiculului..................................................................................................281 10.29 Viteza de încercare ..................................................................................................................................281 10.30 Procedura de certificare a gambei şi labei piciorului manechinului ..................................................281

10.30.1 Încercări de rezistenţă la şoc a părţii anterioare a piciorului manechinului ......................281 10.30.2 Metode de încercare ...................................................................................................................281 10.30.3 Încercări de rezistenţă la şoc a părţii posterioare a piciorului fără încălţăminte. .............282 10.30.4 Încercări de rezistenţă la şoc a părţii posterioare a piciorului încălţat. ..............................283

10.31 Regulamentul ECE 42. Bara de protecţie şi elementele sale constructive. Teste de impact cu cărucior mobil ......................................................................................................................................................283

10.31.1 Metoda de testare .......................................................................................................................285 10.31.2 Facilităţi de testare necesare .....................................................................................................285 10.31.3 Echipamentul de măsurare necesar..........................................................................................285 10.31.4 Pregătirea elementelor barei de protecţie ...............................................................................286 10.31.5 Condiţiile de montare..................................................................................................................286 10.31.6 Impactul longitudinal ..................................................................................................................286 10.31.7 Impactul cu părţile extreme.......................................................................................................286 10.31.8 Poziţionarea senzorilor................................................................................................................289 10.31.9 Testul de încercare......................................................................................................................289 10.31.10 Rezultatele măsurătorilor .......................................................................................................290

10.32 Dispozitive antiîmpănare .........................................................................................................................291 10.33 Protecţia laterală a vehiculelor utilitare, a remorcilor şi semiremorcilor ............................................294 10.34 Condiţii tehnice impuse centurilor de siguranţă destinate ocupanţilor adulţi..................................295

10.34.1 Dispozitive de reţinere pentru copii ..........................................................................................300 10.35 Ancorajul scaunelor pentru autoturisme...............................................................................................304 10.36 Ancorajul scaunelor autobuzelor............................................................................................................306 10.37 Tetiere .......................................................................................................................................................308

Page 324: Siguranta pasiva

Indexul figurilor Figura 2-1 Exemplu de preluare a deformaţiilor în mod concentrat şi distribuit .............................................10 Figura 2-2 Deformarea cadrelor cu diverse secţiuni in funcţie forţa de compresiune ....................................12 Figura 2-3 Tipuri de lonjeroane bloc ......................................................................................................................13 Figura 2-4 Deformarea axială a unui tub cu pereţi subţiri ..................................................................................14 Figura 2-5 Mod de deformare prin încovoiere ......................................................................................................15 Figura 2-6 Mecanismul de apariţie a articulaţiilor plastice ..................................................................................15 Figura 2-7 Mod de pliere a unui tub cu pereţi subţiri având raportul „t/b” mic [31] ......................................17 Figura 2-8 Mod de pliere a unui tub cu pereţi subţiri având raportul „t/b” mare [31] ...................................17 Figura 2-9 Componentele de încovoiere (sus) şi întindere (jos) ale tuburilor cu pereţi subţiri de secţiune

circulară (a) şi patrat (b)..................................................................................................................................18 Figura 2-10 Bara de protecţie montată prin elemente absorbante de energie pe cadru ...............................19 Figura 2-11 Cadru în X .............................................................................................................................................21 Figura 2-12 Cadru dreptunghiular ..........................................................................................................................22 Figura 2-13 Cadru cu întărituri ................................................................................................................................23 Figura 2-14 Infrastructură de tip platformă ..........................................................................................................24 Figura 2-15 Cadru tubular spaţial folosit ca platformă de bază pentru autoturisme Lotus ............................25 Figura 2-16 Principalele forme de caroserii de autoutrisme a - sedan; b - break-combi; c - cabriolet; d -

faux-cabriolet; e - limuzină de lux; f - limuzină-cabriolet; g - cupeu; h - roadster; i - torpedo; f - coupe de ville; k - laundoulet..........................................................................................................................28

Figura 2-17 Conceptul orizontal ..............................................................................................................................30 Figura 2-18 Conceptul vertical ................................................................................................................................31 Figura 2-19 Structura frontală de protecţie a pasagerilor unui autoturism ......................................................33 Figura 2-20 Schema constructivă a unei caroserii combinate ............................................................................33 Figura 2-21 Elementele amovibile ale caroseriei ..................................................................................................35 Figura 2-22 Elementele componente ale planşeului şi suprastructurii caroseriei ............................................35 Figura 2-23 Caroserie autoportantă cu platformă întărită ..................................................................................36 Figura 2-24 Centura de siguranţă cu fixare în trei puncte ..................................................................................37 Figura 2-25 Caroserii de autobuz de diferite forme .............................................................................................38 Figura 2-26 Caroserie autoportantă de tip grindă cu zăbrele pentru autobuz .................................................39 Figura 2-27 Construcţia unui autobuz cu caroserie de tip cheson .....................................................................40 Figura 2-28 Schema pentru determinarea spaţiului de supravieţuire în plan transversal (a) şi longitudinal

(b)........................................................................................................................................................................41 Figura 2-29 Schema dispozitivului de răsturnare a caroseriei autobuzelor ......................................................42 Figura 2-30 Tipuri de cabine pentru autocamioane .............................................................................................44 Figura 3-1 Dirijarea energiei de impact prin elemente promotoare de deformaţie .......................................48 Figura 3-2 Model matematic simplu al coliziunii cu un perete nedeformabil ...................................................49 Figura 3-3 Model multimasă al autovehiculului ....................................................................................................51 Figura 3-4 Modelul cu două mase şi un ocupant al autoturismului ...................................................................53 Figura 3-5 Forţele care acţionează asupra maselor care compun sistemul......................................................53 Figura 3-6 Deformaţiile, vitezele şi acceleraţiile obţinute prin simularea impactului frontal pe modele

simplificate .........................................................................................................................................................54 Figura 3-7 Elementele structurii de rezistenţă faţă supuse deformării .............................................................57 Figura 3-8 Exemplu de diagrame înregistrate în urma impactului .....................................................................57 Figura 3-9 Modelul simplificat al autovehiculului compus din structuri cu coeficienţi de rigiditate diferiţi ..58 Figura 3-10 Valorile coeficienţilor de rigiditate când avem curba de deceleraţie a autovehiculului .............61 Figura 3-11 Ansamblu bară paraşoc cu elemente absorbante de energie de tip manşon. 1- armătura

metalică a barei; 2 – scut din materiale termoplastice pentru susţinerea zonei inferioare a barei; 3 – cadrul scutului; 4 – elemente ranforsare scut; 5 – manşon absorbant superior; 6 – manşon absorbant inferior; 7 – fascia barei; 8 – rampă de fixare a scutului; 10 – elemente de fixare a armăturii de structura de rezistenţă a caroseriei..........................................................................................62

Figura 3-12 Decupări in structura barei care măresc gradul de absorbţie al energiei....................................63 Figura 3-13 Dimensiunile pendului conform cu regulamentul ECE 42 ..............................................................64 Figura 3-14 Exemple de forţe aplicate pe bara paraşoc; a) forţa aplicată pe direcţia unei axe centrale de

inerţie; b) forţa aplicată pe direcţia unei axe centrale care nu este şi axă principală de inerţie; c) forţa aplicată pe o direcţie oarecare. .......................................................................................................................65

Page 325: Siguranta pasiva

Figura 3-15 Montajul barei paraşoc de caroserie prin suporturi şi armătură ...................................................66 Figura 3-16 Bara curbă dublu articulată ................................................................................................................67 Figura 3-17 Bara simplu rezemată..........................................................................................................................67 Figura 3-18 Schema de calcul redusă a barelor paraşoc.....................................................................................67 Figura 3-19 Deformarea plastică a barei paraşoc ................................................................................................69 Figura 3-20 Variaţia tensiunii pe lăţimea secţiunii transversale .........................................................................69 Figura 3-21 Schema de încărcare pentru calculul barei paraşoc .......................................................................70 Figura 3-22 Schema caroseriei închise a unui autoturism, echivalată cu un paralelipiped format din

elemente geometrice ........................................................................................................................................74 Figura 3-23 Forţele de graniţă dintre elementele caroseriei autoturismului supus la încovoiere ..................75 Figura 3-24 Forţele interioare pe pereţii laterali supuşi la încovoiere ...............................................................76 Figura 3-25 Forţele de graniţă dintre elementele caroseriei închise a autoturismului supus la răsucire .....77 Figura 3-26 Schema de calcul a elementelor caroseriei închise a unui autoturism supuse la răsucire ........79 Figura 3-27 Forţele interioare pe peretele lateral al caroseriei unui autoturism supus la răsucire..............80 Figura 3-28 Ansamblul a două lonjeroane independente încastrate supus la torsiune şi încovoiere ..........81 Figura 3-29 Forţele care acţionează uniform distribuit pe lungimea lonjeroanelor .........................................81 Figura 3-30 Deformaţiile lonjeroanelor independente .........................................................................................82 Figura 3-31 Ansamblul de două lonjeroane legate la capăt cu o traversă – supus la torsiune.....................83 Figura 3-32. Eforturile într-o secţiune a traversei – reacţiunile interioare static nedeterminate...................84 Figura 3-33 Schema forţelor care acţionează pe lonjeroane, cu traversa secţionată (încovoierea

lonjeroanelor static determinată). ..................................................................................................................85 Figura 3-34 Torsiunea lonjeroanelor şi schema de solicitare a traversei..........................................................86 Figura 3-35 Cadrul, modelul fizic ............................................................................................................................93 Figura 3-36 Modelul3D în reprezentare „cadru de sârmă” ................................................................................94 Figura 3-37 Modelul 3D al cadrului discretizat în elemente de tip „beam”.......................................................95 Figura 3-38 Constrângerile aplicate şi forţele de greutate date de grupul motopropulsor ............................95 Figura 3-39 Deformaţiile cadrului ...........................................................................................................................96 Figura 3-40 Tensiunile apărute în cadru sub acţiunea forţelor de greutate a conducătorului şi grupului

motopropulsor ...................................................................................................................................................96 Figura 3-41 Vedere de sus şi dedesubt a modelului ............................................................................................99 Figura 3-42 Comparaţie între deformaţiile modelului şi ale autovehiculului la 90 ms după impact............100 Figura 3-43 Comparaţie între deformaţiile modelului şi ale autovehiculului la 90 ms după impact (vedere

de dedesubt)....................................................................................................................................................101 Figura 3-44 Acceleraţiile obţinute teoretic şi experimental in zona inferioara a motorului şi a scaunului din

dreapta .............................................................................................................................................................101 Figura 4-1 Schema ciocnirii dintre două autovehicule asimilat unui model simplificat cu două mase .......103 Figura 5-1 Sistemul Air bag inventat de I.W. Hetrick ........................................................................................111 Figura 5-2 Analogia oului pentru cazul unui vehicul nedeformabil şi pasager nereţinut ..............................113 Figura 5-3 Analogia oului pentru cazul unui vehicul deformabil şi pasager nereţinut ..................................114 Figura 5-4 Analogia oului pentru cazul unui vehicul nedeformabil şi pasager reţinut rigid .........................114 Figura 5-5 Analogia oului pentru cazul unui vehicul deformabil şi pasager reţinut cu sisteme nerigide....115 Figura 5-6 Decalajul în timp produs de sistemele imperfecte de reţinere a pasagerilor ..............................116 Figura 6-1 Retractor cu sistem de blocare de tip masă inerţială .....................................................................122 Figura 6-2 Mecanism de blocare a retractorului, cu pârghie ............................................................................123 Figura 6-3 Schema captorului pentru blocarea mecanismului retractor (sus); retractorul cu comandă

electronică (jos)...............................................................................................................................................124 Figura 6-4 Schema constructivă a unui pretensioner care acţionează asupra închizătorului centurii ........126 Figura 6-5 Pretensioner care acţionează asupra închizătorului centurii dezactivat (stanga) si activat

(dreapta) ..........................................................................................................................................................127 Figura 6-6 Poziţia închizătorului centurii înainte şi după acţionarea pretensionerului ..................................128 Figura 6-7 Schema mecanismului de pretensionare integrat în retractorul centurii de siguranţă ..............128 Figura 6-8 Schema unui mecanism RLE cu bară de torsiune ...........................................................................130 Figura 6-9 Mecanism de reglare a punctului de prindere a centurii pe stâlpul B ..........................................131 Figura 6-10 Centură de siguranţă ancorată de structura scaunului ................................................................132 Figura 6-11 Centură de siguranţă ancorată de structura scaunului ................................................................133 Figura 6-12 Reprezentarea mişcării gâtului în flexie şi extensie şi mecanismul de vătămare prin răsucire a

capului ..............................................................................................................................................................134 Figura 6-13 Testarea capacităţii de reţinere a) poziţia iniţială a spătarului înainte de testare b) Forţa

aplicată pentru testarea capacităţii de reţinere ..........................................................................................135

Page 326: Siguranta pasiva

Figura 6-14 Ansamblu airbag amplasat între coloana de direcţie şi conducător ...........................................136 Figura 6-15 Activarea sistemului airbag în diverse situaţii de impact .............................................................137 Figura 6-16 Principalele elemente componente ale unui sistem airbag..........................................................138 Figura 6-17 Schema airbagului şi sistemul de umflare amplasate în volan....................................................139 Figura 6-18 Sistemul de umflare utilizează combustibili solizi şi un dispozitiv de aprindere .......................139 Figura 6-19 Schema sistemului de umflare gaz-hibrid ......................................................................................141 Figura 6-20 Airbagul cu umflare a sacului în trepte...........................................................................................145 Figura 6-21 Strategia de umflare a airbagului în funcţie de intensitatea şocului frontal..............................146 Figura 6-22 Elementele sistemului airbag lateral ...............................................................................................147 Figura 6-23 Amplasarea airbagului de tip cortină ..............................................................................................148 Figura 6-24 Airbagurile de tip cortină si cele laterale în stare activată ...........................................................148 Figura 6-25 Poziţionarea airbagurilor destinate protecţiei frontale şi laterale ...............................................149 Figura 6-26 Amplasarea în habitaclu a unităţii electronice a sistemului airbag .............................................151 Figura 6-27 Procesorul sistemului airbag ............................................................................................................152 Figura 6-28 Conexiunile cu elementele controlate de unitatea electronică ....................................................152 Figura 6-29 Senzor piezoelectric de deceleraţie, principiu de funcţionare .....................................................153 Figura 6-30 Principalele elemente ale unei unităţi electronice de comandă a airbagului.............................154 Figura 6-31 Senzorul de deceleraţie al sistemului airbag..................................................................................154 Figura 6-32 Amplasarea diverşilor senzori în autovehicul .................................................................................155 Figura 6-33 Senzorul de preanunţare principiu de funcţionare ........................................................................155 Figura 6-34 Senzorul de deceleraţie laterală.......................................................................................................156 Figura 6-35 Senzorul de presiune montat în interiorul portierei ......................................................................157 Figura 6-36 Senzorul de detactare a prezenţei ocupantului .............................................................................158 Figura 7-1 Distribuţia severităţii leziunilor (a), Distribuţia vătămărilor pe regiuni ale corpului (b) .............171 Figura 7-2 Corelaţia HIC - AIS ..............................................................................................................................173 Figura 7-3 Modele matematice pentru simularea corpului pietonului .............................................................176 Figura 7-4 Traiectoria capului pietonului în funcţie de timp obţinută în urma testelor cu cadavre ............177 Figura 7-5 Împărţirea capotei în zone cu potenţial de vătămare diferit .........................................................178 Figura 7-6 Efectul punctului de impact asupra severităţii vătămării, măsurată în HIC.................................179 Figura 7-7 Capotă cu structură de ranforsare mai puţin rigidă ........................................................................181 Figura 7-8 Capotă cu structură de ranforsare rigidă..........................................................................................182 Figura 7-9 Efectul modificării regiunii capotă – aripă asupra valorii acceleraţiei la impact..........................186 Figura 7-10 Efectul modificării capotei asupra acceleraţiei în momentul impactului ....................................186 Figura 7-11 Testul EuroNCAP cu sistemul capotă activă ...................................................................................187 Figura 7-12 Testul EuroNCAP pentru testarea capotei active la impactul cu capul pietonului (Sursa

Autoliv) .............................................................................................................................................................189 Figura 7-13 Coridorul ISO şi rezultatele încercărilor la viteza de 22.5 km/h..................................................192 Figura 7-14 Coridorul NHTSA al acceleraţiei coloanei vertebrale şi rezultatul încercărilor la viteza de 27

km/h, lansare de pe sanie .............................................................................................................................193 Figura 7-15 Modelul matematic al toracelui, propus de Lobdell, pentru impactul frontal ............................195 Figura 7-16 Articulaţia genunchiului realizată de Aldman şi Bunketorp ..........................................................199 Figura 7-17 Automobil cu geometrie frontală variabilă A – muchia capotei, B – muchia superioară a barei,

C – avansul frontal al barei, D – unghiul de înclinare frontal, Structuri absorbante de energie (suprafeţele haşurate) ....................................................................................................................................200

Figura 7-18 Senzorii montaţi în bara paraşoc la sistemul „active hood”.........................................................204 Figura 7-19 Modelul genunchiului 3D realizat de ESI - Group .........................................................................205 Figura 8-1 Coordonatele pietonului monomasă în procesul de impact ...........................................................208 Figura 8-2 Rotirea corpului (faza a) .....................................................................................................................209 Figura 8-3 Rotirea corpului (faza b) .....................................................................................................................209 Figura 8-4 Rotirea corpului (faza c)......................................................................................................................210 Figura 8-5 Rotirea în plan a corpului....................................................................................................................211 Figura 8-6 Modelul impactului dintre autoturism şi pietonul monomasă ........................................................211 Figura 8-7 Schema forţelor care acţionează asupra pietonului monomasă....................................................212 Figura 8-8 Exemplu de determinare a unghiului der rotatie al corpului pietonului monomasa...................215 Figura 8-9 Modelul matematic - schema generala .............................................................................................216 Figura 8-10 Pieton în poziţia trecând strada .......................................................................................................216 Figura 9-1 Capul manechinului .............................................................................................................................222 Figura 9-2 Ansamblu torace ..................................................................................................................................223 Figura 9-3 Manechinul pieton – structura osoasă şi musculară .......................................................................223

Page 327: Siguranta pasiva

Figura 9-4 Amplasarea manechinului în raport cu autoturismul ......................................................................224 Figura 9-5 Stabilirea repartitiei maselor autoturismului ....................................................................................225 Figura 9-6 Instalaţia de frânare îmbarcată în autoturism .................................................................................225 Figura 9-7 Camerele de filmare de mare viteză şi fotocelulele Tag Heuer ...................................................227 Figura 9-8 Poziţionarea fotocelulelor Tag Heuer şi aparatura de startare automată ....................................227 Figura 9-9 Accelerometrul PCB uniaxial ...............................................................................................................228 Figura 9-10 Principii de montaj al accelerometrelor .........................................................................................228 Figura 9-11 Suportul pentru realizarea unui montaj triaxial al accelerometrelor ..........................................229 Figura 9-12 Amplificatorul de date .......................................................................................................................229 Figura 9-13 Lanţul de măsură pentru achiziţia datelor......................................................................................230 Figura 9-14 Schema de desfăşurare a încercărilor experimentale...................................................................232 Figura 9-15 Impactul primar în zona genunchiului ............................................................................................234 Figura 9-16 Mişcarea de rotaţie a pietonului ......................................................................................................235 Figura 9-17 Diagrama Kuhnel privind distanţa de aruncare a pietonilor ........................................................237 Figura 9-18 Poziţia manechinului la începutul primului test .............................................................................248 Figura 9-19 Poziţia finală a manechinului pieton pe sol după primul test ......................................................248 Figura 9-20 Urmele de ştergere de pe capotă şi parbrizul spart, la finalul primului test .............................249 Figura 9-21 Distanţa de proiectare în lateral a manechinului în urma primului test .....................................249 Figura 9-22 Poziţia iniţială a manechinului în cadrul celui de al doilea test ...................................................250 Figura 9-23 Picioarele manechinului au fost târâte sub autoturism ................................................................250 Figura 9-24 Avariile autovehiculului în urma celui de al doilea test ................................................................251 Figura 10-1 Peretele cu care are loc coliziunea ..................................................................................................253 Figura 10-2 Ancorarea autovehiculului ................................................................................................................260 Figura 10-3 Determinarea punctului H cu ajutorul manechinului tridimensional ..........................................263 Figura 10-4 Elementele constructive ale manechinului tridimensional ...........................................................265 Figura 10-5 Dimensiunile şi masele manechinului .............................................................................................267 Figura 10-6 Manechinul folosit pentru verificarea spaţiului de supravieţuire .................................................269 Figura 10-7 Bariera deformabilă poziţionată pe bariera mobilă .......................................................................271 Figura 10-8 Bariera deformabilă vedere de ansamblu.......................................................................................274 Figura 10-9 Schema coliziunii decalate 40% ......................................................................................................275 Figura 10-10 Amplasarea manechinelor în habitaclu .........................................................................................278 Figura 10-11 Dimensiunile corpului de impact (berbecului) .............................................................................287 Figura 10-12 Schema încercării barelor paraşoc la viteze reduse....................................................................287 Figura 10-13 Testul de încercare frontal axial al barei de protecţie ................................................................288 Figura 10-14 Testul de încercare oblic frontal la 60º al barei de protecţie ....................................................288 Figura 10-15 Cotele care urmează a fi înregistrate în urma testului ...............................................................289 Figura 10-16 Schema pentru amplasarea punctelor de aplicaţie a forţelor ...........................................................291 Figura 10-17 Variaţia impusă deceleraţiei căruciorului la încercarea centurilor de siguranţă ..................................296 Figura 10-18 Dispozitive de tracţiune a centurilor de siguranţă: a - care reproduc torsul; b - care reproduc

toracele; c - destinate abaterii chingii ............................................................................................................300 Figura 10-19 Scaun pentru pasageri copii...........................................................................................................301

Page 328: Siguranta pasiva