Výzkumné centrum spalovacích motorů a automobilů Josefa Božka - 3. kolokvium Josefa Božka 2007, Praha,

Transkript

1 Obecné cíle a řešené dílčí etapy matematické modely pro analýzu biomechanické zátěže cestujících při různých typech nárazu validace matematických modelů analýza vlivu významných parametrů soustavy na míru pasivní bezpečnosti cestujících 7-9 1M Str. 1 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

2 Úvodní simulační studie interakce cestujícího a sedačky při čelním nárazu autobusu Postup řešení: - Vstupní data Průběh rychlosti Ladění tuhosti polstrování sedadla - Sestavení modelu nepřipoutaných cestujících - Sestavení modelu připoutaných cestujících - Dílčí vyhodnocení - Sestavení modelu poddajného sedadla - Vyhodnocení vlivu tuhosti sedadla 1M Str. 2 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

3 Vstupní data průběh rychlosti Průběh rychlosti byl převzat z výpočetního modelu čelního nárazu autobusu, jehož výsledky byly prezentovány v minulém roce. Průběh je změřen na tuhé struktuře autobusu, která dostatečně věrně popisuje základní vstupní podmínky pro tuto simulaci. Základní hodnoty: Počáteční rychlost 3km/h tj. 8.3 m/s 1M Str. 3 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

4 Vstupní data Ladění polstrování sedadel Byly provedeny simulace prosednutí sedačky figurinou, kde byla laděna tuhost polstrování a třecí součinitel v kontaktní ploše. Kontaktní plocha a deformace byla validována na základě reálného měření. 1M Str. 4 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

5 Sestavení modelu nepřipoutaných cestujících Pro ověření chování a stanovení výchozích hodnot biomechanické zátěže byl sestaven FE model dvou za sebou sedících nepřipoutaných cestujících. Pro analýzu interakce u obou cestujících obsahuje model tři sedadla. Použitý model figuríny: 5% Hybrid ARB HIII. Model je sestaven z tuhých těles a je dodáván jako samostatná součást safety options nadstavby PAM-CRASH. 1M Str. 5 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

6 Sestavení modelu připoutaných cestujících Následně byl předchozí model doplněn o standardní model 2-bodových bederních bezpečnostních pasů, který je součástí nadstavby safety options. 1M Str. 6 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

7 Dílčí vyhodnocení připoutaný vs. nepřipoutaný cestující Základní animace Nepřipoutaní cestující Připoutaní cestující 1M Str. 7 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

8 Dílčí vyhodnocení - připoutaný vs. nepřipoutaný cestující Porovnání místa kontaktu hlavy cestujícího se sedadlem před ním. Vlivem připoutání dochází k posunu místa kontaktu směrem dolů. Tělo figuriny se neposouvá, pouze rotuje kolem bodu kontaktu pásu a břicha figuriny. 1M Str. 8 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

9 Dílčí vyhodnocení připoutaný vs. nepřipoutaný cestující Porovnání průběhu zrychlení na hlavě Zrychlení hlava Nepřipoutaný cestující Zadní figurína, bez pásu Prední figurína, bez pásu Připoutaný cestující Zrychlení hlava Zadní figurína, dvoubodový pás Prední figurína, dvoubodový pás 1M Str. 9 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

10 Dílčí vyhodnocení připoutaný vs. nepřipoutaný cestující Porovnání průběhu zrychlení na hrudníku Zrychlení hrudník Zadní figurína, bez pásu Prední figurína, bez pásu Zrychlení hrudník Zadní figurína, dvoubodový pás Prední figurína, dvoubodový pás Nepřipoutaný cestující Připoutaný cestující 1M Str. 1 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

11 Dílčí vyhodnocení připoutaný vs. nepřipoutaný cestující Porovnání průběhu zrychlení pánve Zrychlení pánev Zadní figurína, bez pásu Prední figurína, bez pásu Zrychlení pánev Zadní figurína, dvoubodový pás Prední figurína, dvoubodový pás Nepřipoutaný cestující Připoutaný cestující 1M Str. 11 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

12 Postup návrhu řešení problematiky Sestavení modelu poddajného sedadla s proměnnou tuhostí. Jako první případ byl sestaven model sedadla s kloubovou vazbou doplněnou o pružinu a tlumič. Tato varianta se následně ukázala jako nevyhovující. Tento rotační pohyb následně negativně ovlivňuje absorpční schopnosti sedadla nepřipoutaného cestujícího. 1M Str. 12 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

13 Postup řešení problematiky Sestavení modelu poddajného sedadla s proměnnou tuhostí horní části. Model sedadla obsahuje modifikovatelnou horní část v okolí opěrky hlavy. Snaha o snížení biomechanické zátěže hlavy cestujících. 1M Str. 13 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

14 Vyhodnocení sedadla s různou tuhostí Porovnání průběhu zrychlení na hlavě pro různé tuhosti opěradla sedadla Zrychlení hlava Zadní figurína, tuhost 1 Prední figurína, tuhost 1 Zadní figurína, tuhost 2 Prední figurína, tuhost 2 Zadní figurína, tuhost 3 Prední figurína, tuhost 3 tuhost 1 > tuhost 2 > tuhost Zrychlení hlava Zadní figurína, bez pásu Prední figurína, bez pásu Sedadla s různou tuhostí tuhost 1>tuhost 2>tuhost 3 Nepřipoutaný cestující 1M Str. 14 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

15 Obecné a konkrétní závěry simulací Při daném typu nárazu (čelní náraz autobusu) nedochází vlivem připoutání (2bodový bederní pás) ke snížení biomechanické zátěže cestujících v oblasti hlavy. V ostatních oblastech dochází k mírnému snížení. Vlivem připoutání se posouvá bod dotyku hlavy cestujícího s opěradlem směrem dolů. Z daných konstrukčních variant je výhodnější použití sedadla s programovatelnou tuhostí horní části opěradla v porovnání se sedadly s klouby a pružinami. Byl potvrzen předpokládaný vliv větší poddajnosti struktury na příznivější hodnoty maximálních hodnot zrychlení v kontaktních místech. Další postup řešení projektu je s ohledem na výsledky úvodní simulační studie směřován na sedadla s dvoubodovým bezpečnostním pásem a na eliminaci biomechanického zatížení kontaktu hlavy. 1M Str. 15 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

16 Rozpracované fáze Pro validační zkoušky a měření byla objednána dvousedadla (typ 7931) od společnosti Iveco Czech Republic s.r.o. Jedná se o nejrozšířenější typ sedadla pro příměstskou dopravu, kde je použito dvoubodového bezpečnostního pásu. Pracuje se na vytvoření detailního CAD modelu pěnové hmoty polstrování dvousedadla podle dodané výkresové dokumentace. 1M Str. 16 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

17 Rozpracované fáze Připravuje se validační měření na zkušebním zařízení pro pohlcování energie nově používaném v TÜV SÜD Auto CZ od června 7 pro zkoušky EHK 21. Podkladem pro validaci bude rovněž získání deformační charakteristiky opěradla ze statické zatěžovací zkoušky. 1M Str. 17 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

18 Interakce cestujícího a sedačky při čelním nárazu autobusu Simulace prosednutí sedačky figurinou, kde byla laděna tuhost polstrování a třecí součinitel v kontaktní ploše. Validace proběhla na základě reálného měření. Z čelního nárazu s dříve definovaným průběhem bylo vyhodnoceno zrychlení figuriny na všech potřebných místech. Podobný průběh zrychlení nepřipoutané figuriny a figuriny připoutané 2-bodovým bezpečnostním pásem ukazuje na nutnost soustředit se na oblast nárazu hlavy. Byly vytvořeny a ověřeny koncepční návrhy zlepšující potřebné parametry. Další fází je zaměření na zpřesnění modelu ověřením konkrétního sedadla a jeho validací. Posun kontaktního místa nárazu hlavy do opěradla vlivem připoutání figuriny připoutaná figurina nepřipoutaná figurina zrychlení hlavy připoutaná figurina Zrychlení hlava Zadní figurína, bez pásu Prední figurína, bez pásu zrychlení hlavy nepřipoutaná figurina Zrychlení hlava Zadní figurína, dvoubodový pás Prední figurína, dvoubodový pás M Str. 18 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha

19 7.2 Critical problems of passive safety Passenger Seat Collision by a Frontal Crash of the Bus Simulation of the seat compression by the dummy, found stiffness of upholstery and the friction coefficient on the contact area. Validation is based on real measurement. By the pre-defined front crash acceleration pulse, important dummy accelerations were observed. Very similar acceleration behavior on the dummy head in the case of belted and non-belted dummy resulted into the need of the head collision improvement. There were realized some conceptual and design solutions that fulfilled the needs of passive safety. In the next step, the model of the seat validation was proceeded. Contact point movement of the head downwards in the case belted dummy Belted dummy Non-belted dummy Head acceleration belted dummy Zrychlení hlava Zadní figurína, bez pásu Prední figurína, bez pásu Head acceleration non-belted dummy Zrychlení hlava Zadní figurína, dvoubodový pás Prední figurína, dvoubodový pás M Str. 19 Vladislav Drobný, TÜV SÜD Auto CZ s.r.o., Praha