RegistrulAutoRomân

Societatea pentruIngineria

Automobiluluidin România

IngineriaAutomobilului

SIAR ESTE AFILIATÃ LA

EUROPEANAUTOMOBILEENGINEERSCOOPERATION

INTERNATIONALFEDERATION OFAUTOMOTIVEENGINEERINGSOCIETIES

Un accident reconstruit=

S U P L I M E N T T R I M E S T R I A L G R A T U I T E D I T A T D E R E G I S T R U L A U T O R O M Â N

N R . 4 / S E P T E M B R I E 2 0 0 7

alte accidente evitate

Recomandãrile europene privind cele mai bune practici în domeniul securizãrii încãrcãturii pentru transportul rutierLucrarea a fost redactatã în mai 2006 de cãtre Uniunea Internaþionalã a Transporturilor Rutiere (IRU) ºi editatã decãtre Uniunea Naþionalã a Transportatorilor Rutieri din România (UNTRR), EdituraTransport Rutier, în mai 2007.În prefaþã. domnul Jacques Barrot, vice-preºedinte al Comisiei Europene, comisarresponsabil pentru transporturi aratã urmãtoarele:„Transportul rutier de mãrfuri reprezintã coloana vertebralã a sistemului european detransport ºi logisticã. Europa are nevoie de transporturi rutiere de mãrfuri care sã fienu numai eficiente, ci ºi sigure. Asigurarea corectã a încãrcãturii este esenþialã pen-tru transportul rutier în siguranþã al mãrfurilor.Se estimeazã cã pânã la 25% din accidentele în care sunt implicate camioane pot fiatribuite fixãrii incorecte a încãrcãturii. Mai multe state membre au propriile regulireferitoare la fixarea încãrcãturii, dar acestea diferã considerabil, atât din punctulde vedere al conþinutului cât ºi al domeniului de acoperire, iar pentru transporta-torii internaþionali este foarte dificil de aflat care sunt cerinþele minime de sigu-ranþã pentru o operaþie de transport transfrontalierã.Începând cu sfârºitul anului 2002 reprezentanþii industriei, statele membre ºiComisia au lansat primele etape pentru îmbunãtãþirea siguranþei rutiere prindezvoltarea acestor recomandãri referitoare la asigurarea încãrcãturii, pe care leprezint în lucrarea de faþã. Documentul este rezultatul muncii colective aexperþilor timp de mai mult de trei ani, ºi le mulþumesc tuturor celor implicaþiîn acest proiect pentru cã ne-au împãrtãºit experienþa lor ºi ºi-au dedicat tim-pul realizãrii acestui ghid de referinþã, pe care îl consider util ºi practic.Ghidul meritã sã fie citit în întreaga Uniune Europeanã ºi în acest sens sunt recunoscãtor UniuniiInternaþionale a Transporturilor Rutiere (IRU) pentru suportul sãu valoros pentru traducerea acestei cãrþi în cât maimulte limbi comunitare.Sper cã aceste Recomandãri vor fi citite ºi aplicate în întreaga Europã, pentru a contribui la realizarea obiectivului nos-tru comun, de a obþine un trafic rutier mai sigur"

Modelarea parametricã a sistemelor mecanice utilizând aplicaþia ProENGINEERLucrarea se adreseazã tuturor celor care doresc o iniþiere în domeniul proiectãriiasistate de calculator. Ea are un pronunþat caracter practic, etapele fiecãrui exer-ciþiu fiind descrise în amãnunt pentru a putea fi urmãrite cu uºurinþã de cei carese aflã la început de drum în acest domeniu. Astfel, cu aceastã carte, autoriiîncearcã sã ofere celor interesaþi elementele de bazã ale modelãrii cu solide înProENGINEER/2001.

Pentru aceasta, în prima parte, s-a utilizat clasicul mecanism bielã-manivelãce a fost parcurs de la modelarea pieselor componente pânã la asamblare ºianimare. Acest prim studiu de caz se finalizeazã cu un exerciþiu foarte uzualîn ingineria mecanicã, ce constã în înlocuirea mecanismului real cu un sistemdinamic echivalent ; acesta permite celor interesaþi continuarea aplicaþieiprin proiectarea volantului din condiþia asigurãrii unui grad de neuniformi-tate a vitezei unghiulare a arborelui cotit prestabilit.Un alt studiu de caz, ce a fost parcurs în lucrarea de faþã este modelarea ºiasamblarea unui amortizor de vibraþii folosit în sistemul de suspensie alautovehiculelor.Lucrarea este completatã cu o secþiune de anexe, în care s-a considerat

utilã prezentarea unor modele CAD realizate în cadrul unor contracte decercetare derulate la Universitatea din Piteºti.

Aceastã lucrare are drept referinþã activitãþile didactice ale disciplinei Proiectarea Asistatã de Calculator dela specializarea Autovehicule Rutiere a Facultãþii de Mecanicã ºi Tehnologie Piteºti, pe care autorii le predau dinanul 1998.

3

Supliment Auto Test

Alma Mater Na-pocensis, theTechnical Uni-

versity of Cluj-Napocaare gladly to announcethe organization of TheInternational Congressof Society of AutomotiveEngineers of Romania -SIAR: "AUTOVEHI-CLE, ENVINRON-MENT and FARMMACHINE - AMMA

2007", completed with a numerous others manifesta-tions, to focus the attention of foreign and Romanianautomotive industry and road traffic specialists.This Congress which is in 11-13 October under thehigh patronage of FISITA (International Federationof Automotive Engineering Society) has the followingsections: Road vehicles, Vehicle engines, Road traffic,Road safety, Energy sources, Agricultural Machineryend Environmental protection.Under the logo "Together toward a clean environ-ment" inside of those sections will be presented morethat 300 papers by specialists from Europe, Americaand Asia.The Congress will have and a special session for stu-dents were will be presented papers related with the

major topic of the Congress, the participants enjoyingspecial conditions to participate.Confronting with the worldwide competition inside ofglobalization process and trough the view of acceptedrestriction of international agreements and rules, thedeveloping of automotive domain is conditioned by ancontinuous innovation process. In this matter the engi-neers (and not only them) have the mission to find theoptimal possibilities to reduce the environmental pol-lution. Also, the major present challenge is to replacethe actually fossil fuels with a new generation of nonpolluted fuels. The Congress offer the opportunity forall specialists from automotive and environment sci-ence domain (researches, designers, users and produ-cers) to realize a benefic opinion change and to con-tribute to increase the education in those domains.Being the first Congress with those characteristics rea-lized in Romania after the joint in EuropeanCommunity, all the manifestation concentrate alongthe AMMA 2007 International Congress will makethat the city of Cluj-Napoca to became for few days aninternational center of automotive engineering, offe-ring the useful contacts and information possibilitiesabout the major problems that concern the automotivedevelopment and the environmental protection.

Prof. N. BURNETE, Ph.D. Dean of Faculty of Mechanics

Iatã-ne ajunºi la celde-al patrulea nu-mãr al suplimentu-

lui Ingineria Automobi-lului. Este de apreciatcã încã de la prima apa-riþie, acest supliment s-aîncadrat în strategiarevistei Auto Test, ºianume de a oferi maimulte informaþii citito-rilor sãi despre evoluþiaºtiinþei autovehiculelor.Încercãm sã apropiem

subiectele prin studii semnate de specialiºti ºipersonalitãþi din domeniul auto, din þarã ºi din

strãinãtate, din industria constructoare de automo-bile, de problemele pe care le ridicã siguranþa circu-laþiei ºi protecþia mediului.De asemenea, dorim ca revista Auto Test sã sedesprindã din tipicul revistelor de gen ºi sã capete uncaracter cât mai ºtiinþific, mai bine informat, cu arti-cole pretenþios elaborate, consistente în informaþiitehnice de ultimã orã.Am speranþa cã cititorii noºtri, atât cei fideli, cât ºi ceinoi, ne vor transmite pãrerile ºi sugestiile lor, ºi de cenu, în viitorul apropiat, materiale cel puþin tot atât debine documentate ºi de interesante.

Flavius CÂMPEANUDirector Tehnic

Registrul Auto Român

Autovehicle, Environmentand Farm Machine - AMMA 2007

Un an de colaborare

4 Ingineria Automobilului Nr.4

Supliment Auto Test

Prof. Dennis Assanis, University of Michigan

United States of America.

Prof. Bert BreuerTechnical University of Darmstadt,

Germany

Prof. Nicolae BurneteTechnical University of Cluj-Napoca Romania

Dr. Felice E. CorcioneEngines Institute, Naples, Italy

Prof. Cedomir DubokaUniversity of Belgrade,

Belgrade, Serbia

Prof. Pedro EstebanInstitute for Applied Automotive

Research, Tarragona, Spain

Prof. Radu GaiginschiTechnical University „Gh. Asachi“ of

Iaºi, Romania

Dr. Uwe GeigerVizepresident

Development EngineSistems INA-Schaeffler KG,

Herzogenaurach, Germany

Eng. Eduard Golovatai-SchmidtINA-Schaeffler KG, Herzogenaurach,

Germany

Prof. Berthold GrunwaldTechnical University of Darmstadt,

Germany

Prof. Alexandre HerleaUniversite de Technologie de Belfort-Montbeliard, France

Prof. Peter KucharUniversity for Applied Sciences,Konstanz, Germany

Prof. Nicolae V. OrlandeaAssociate Editor at Journal of Multi-body Dynamics, London,United Kingdom

Prof. Andreas SeeligerInstitute of Mining and MetallurgicalMachine, Engineering, Aachen Germany

Prof. Cornel StanWest Saxon University of Zwickau, Germany

Prof. Ulrich SpicherKalrsuhe University, Karlsruhe,Germany

Prof. Ion TabacuUniversity of Piteºti, Romania

Prof. Dinu TarazaWayne State University, United Statesof America

SCIENTIFIC BOARD - LISTA PERSONALITÃÞILOR

Serie nouã a Revistei Inginerilor de Automobile din România (RIA), 1992-2000Cod ISSN 1842 - 4074

Director General

Ovidiu CRÃPÃTUREANUDirector Tehnic

Flavius CÂMPEANU

Redactor ªefLorena STROE

RedactoriRadu BUHÃNIÞÃ

Emilia VELCU

Contact:Calea Griviþei 391 A,

sector 1, cod poºtal 010719, Bucureºti, România

Tel/Fax: 021/202.70.17E-mail: autotest@rarom.ro

Contact:Facultatea de Transporturi,Universitatea Politehnica

Bucureºti, Splaiul Independenþei 313,

sala JC 005, Cod Poºtal 060032, Sector 6

Bucureºti, România Telefon/Fax: 021/316.96.08

E-mail: siar@siar.ro

Tipar

Reproducerea integralã sauparþialã a textelor ºi imaginilor se

poate face numai cu acordulRevistei Auto Test, a Registrului

Auto Român ºi a Societãþii pentruIngineria Automobilului din

România

Chairman: Prof. Eugen Miahai NEGRUª - President of SIAR, Romania

Vice-chairman: Prof. Cristian ANDREESCU „Politehnica“ University of Bucharest

Vice-chairman: Prof. Anghel CHIRU „Transilvania“ University of Braºov, Romania

Scientific Secretary: Dr. Cornel VLADU Secretary General of SIAR, Romania

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Auto Test

SIAR

G. CANALE & C. SRL

5

Supliment Auto Test

REZUMATPrezenta lucrare propune studiul para-

metrilor cinematici ai miºcãrii ocupantului înhabitaclu, în timpul unui eveniment de impactfrontal, folosind un model matematic simpli-ficat, cu parametri concentraþi, cu patru gradede libertate. În timpul impactului frontal,atunci când ocupantul nu este reþinut de cãtresistemele de reþinere (centuri de siguranþãºi/sau sisteme airbag), devine foarte probabilimpactul capului acestuia cu planºa bord. Cuajutorul modelului prezentat, se poate evaluaanalitic viteza iniþialã de impact a capului,care, la rândul ei, este necesarã pentru a cal-cula deceleraþia capului ºi criteriul de perfor-manþã la rãnirea acestuia HIC (Head InjuryCriterion). De asemenea, a fost conceput ºi unmodel Simulink-SimMechanics cu ajutorulcãruia s-a simulat miºcarea ocupantului ºis-au comparat datele obþinute pe baza celordouã modele.

ABSTRACTThis work paper proposes the study of the

kinematic parameters of the occupant’smotion, during a frontal impact event, by usinga simplified mathematical model, which is alumped parameters one, with four degrees offreedom. In case of a frontal impact, when theautomobile’s occupant is not retained by therestraint systems (safety belts and/or airbag sys-tems), it is very possible to occur the occupant’shead impact with the instrument panel. Byusing the presented model, it is possible to ana-lytically evaluate the initial impact velocity ofthe head, which is needed after for computingthe head’s deceleration and the injury criterionHIC (Head Injury Criterion). It was also deve-loped a Simulink-SimMechanics model, withthe help of whom it was simulated the occu-pant’s motion and it was compared the resultsobtained with the two models.

1. INTRODUCERESiguranþa circulaþiei rutiere preocupã

astãzi tot mai mulþi specialiºti, fie din domeniulindustriei autovehiculelor, fie din domenii com-plementare. Þelul comun al acestora este de aîmbunãtãþi cât mai mult posibil actualul con-cept al siguranþei circulaþiei rutiere, dar ºi de adezvolta ºi integra noi sisteme ºi echipamenteperformante, care sã ducã la îmbunãtãþireaindicilor care caracterizeazã siguranþa rutierã.Automobilele moderne trebuie sã vinã înîntâmpinarea unei largi varietãþi de cerinþeadiþionale, pe lângã cele “clasice”. Dintre aces-tea, cele mai importante sunt: siguranþa,impactul automobilului asupra mediului încon-jurãtor, conservarea resurselor naturale, con-fortul, preþul de cost favorabil. Aceste impor-tante cerinþe pentru ingineria de automobilepot fi îndeplinite numai prin utilizarea cores-punzãtoare a materialelor ºi tehnologiiloravansate [4]. Uniunea Europeanã ºi-a propusun obiectiv îndrãzneþ, acela de a micºora pânãîn anul 2010 numãrul accidentelor de circulaþiefatale la jumãtate faþã de nivelul din anul 2003.Uniunea Europeanã intenþioneazã sã atingãacest þel prin douã seturi de mãsuri [6]:

- înãsprirea prevederilor normelor legale refe-riotare la regulile rutiere;

- dezvoltarea de noi tehnologii ºi/sauîmbunãtãþirea celor actuale în scopul mãririisecuritãþii rutiere.

Este evident, deci, cã trebuiesc fãcute pro-grese importante în sensul scãderii numãruluiaccidentelor de circulaþie (mai ales a celor fatalesau cu urmãri grave), iar rãspunderea principalãpentru obþinerea acestui obiectiv revine cercetã-torilor din domeniul autovehiculelor rutiere.Aceºtia sunt obligaþi sã dezvolte tehnologiiavansate în toate etapele de concepþie ºi de exe-cuþie ale autovehiculului, pentru a asigura pro-tecþia conducãtorului auto, a pasagerilor, dar ºi

ai celorlalþi participanþi la traficul rutier.Conform FISITA, organism specializat fondatîn 1948 la Paris cu scopul de a coopera în dome-niul dezvoltãrii industriei auto, dar ºi al altororganisme de specialitate, siguranþa autove-hiculelor se compune, strict schematic, din douãmari grupe de elemente: siguranþa activã ºi sigu-ranþa pasivã [2]. Îmbunãtãþirea siguranþei pasiveîncepe cu cercetarea experimentalã a inciden-telor în care au fost implicate automobilele.Gradul de siguranþã al unui automobil se evalu-eazã în principal în urma unor încercãri experi-mentale, desfãºurate în condiþiile normeloraflate în vigoare în acest domeniu. De-a lungulultimului deceniu, metodele de încercare s-audiversificat ºi au devenit mai rafinate, datoritãfaptului cã automobilul reprezintã un ansambludin ce în ce mai complex. Tehnicile de testares-au dezvoltat atât pentru automobil ca ansam-blu, cât ºi pentru elemente componente aleacestuia care pot intra în acþiune directã sauindirectã cu pasagerii din habitaclu sau cu alþiparticipanþi în trafic (pietoni, bicicliºti, etc.). Înultimii ani, în paralel cu dezvoltarea continuã asistemelor de calcul numeric, au apãrut ºi s-audezvoltat software-uri specializate în simulareaºi analizarea comportamentului la impact alstructurilor. Acestea sunt folosite de cãtre toþiproducãtorii de autovehicule din lume la simu-larea probelor de coliziune ºi la alte tipuri desimulãri legate de siguranþa pasivã. Rezultateleobþinute în urma acestor tipuri de simulãri aufost pe deplin ºi unanim acceptate, ca o con-secinþã a îmbunãtãþirii continue a acestor soft-ware-uri. Pentru a asigura supravieþiurea ocu-pantului în cazul coliziunii frontale de la vitezãmare, este esenþialã valoarea distanþei dintreacesta ºi componentele interioare ale habitaclu-lui. În acest scop se folosesc sisteme de reþinerecare încetinesc miºcarea ocupantului, imediatdupã ce automobilul este decelerat ca urmare a

Studiul miºcãrii ocupantului în habitaclu,în timpul impactului frontal al automobilului,cu ajutorul unui model cu parametri concentraþicu patru grade de libertateSorin ILIE1, Stefan TABACU1, Doru STANESCU2

Universitatea din Piteºti, 1Catedra Automobile, 2Catedra Mecanicã Aplicatãemail: sorin.ilie@upit.ro

6 Ingineria Automobilului Nr.4

Supliment Auto Test

coliziunii (sisteme de centuri de siguranþã, sis-teme de airbag-uri ºi sisteme de direcþie cucoloanã deformabilã). Studierea pricipiilor fun-damentale ale dinamicii sistemelor ocupant –sistem(e) de reþinere este esenþialã pentru ana-liza problemelor apãrute în domeniul siguranþeiocupantului. Reducerea vitezei ocupantuluinecesitã aplicarea unei forþe de reþinere a aces-tuia, dar este esenþialã cunoaºterea valoriimaxime a acestei forþe care poate fi aplicatãasupra ocupantului, fãrã a se produce rãniri. Înscopul evaluãrii gradului de vãtãmare a ocupan-tului, prin calcularea criteriilor de performanþãla rãnirea acestuia în timpul unui evenimentrutier, este necesarã cunoaºterea cinematiciimiºcãrii acestuia, fie sub influenþa sistemelor dereþinere, fie în lipsa acestora. În particular, eval-uarea parametrilor cinematici în cadrul prezen-tei lucrãri se face cu scopul calculãrii criteriuluide performanþã la rãnirea capului HIC (HeadInjury Criterion), în cazul impactului acestuia cuplanºa bord.

2. PREZENTAREA MODELULUISIMPLIFICAT AL OCUPANTULUI

Modelarea matematicã a corpului uman,cuplatã cu descrierea matematicã a structuriiautomobilului ºi a diferitelor sisteme de sigu-ranþã pasivã, reprezintã o metodã foarte eco-nomicã, versatilã ºi eficientã pentru analizarearãspunsurilor sistemului dinamic complex, con-stituit de automobil ºi pasagerii acestuia, încazul unui impact. Modelele dinamice folositepentru studiul comportamentului corpuluipasagerului în habitaclu în timpul impactuluisunt: modele cu mase concentrate (de obicei,uni- sau bi-dimensionale), modele multi-corp(de obicei, bi- sau tri-dimensionale), modele cuelemente finite (de obicei, tri-dimensionale) [6],[7]. În cadrul modelului cu trei grade de liber-tate descris ºi rezolvat în [7], [8], autorii au con-siderat cã segmentul inferior al corpului ocu-pantului, care simuleazã membrele inferioare ºizona pelvianã, are o miºcare de translaþie pedirecþie longitudinalã, odatã cu scaunul, cuhabitaclul ºi cu automobilul pe ansamblu, iarmasa acestuia s-a considerat inclusã în masa

a automobilului. În cadrul prezentuluimodel cu patru grade se libertate, bazat peschema simplificatã a ocupantului în habitaclu(figura 1), se considerã cã segmentul inferior alcorpului ocupantului se deplaseazã în interiorulhabitaclului, în sistemul de referinþã local, legatde automobil. Modelul este de tipul cu mase

concentrate, bi-dimensional ºi permite evalu-area parametrilor cinematici (deplasãri, viteze,acceleraþii, deplasãri unghiulare, viteze unghiu-lare ºi acceleraþii unghiulare) ai segmentelorcorpului ocupantului în habitaclul automobilu-lui în timpul impactului frontal, iar ulterior, arãspunsurilor dinamice ale acestora în timpulaceluiaºi eveniment, în diverse situaþii (cândocupantul este/nu este reþinut de cãtre sistemulde centuri de siguranþã).

În cadrul acestui model, se vor considera caºi condiþii iniþiale unghiul de înclinare atoracelui (în sens trigonometric, egal cu unghi-ul de înclinare spre înapoi a spãtaruluiscaunului) ºi unghiul de înclinare a capului (însens invers trigonometric), precum ºi viteza dedeplasare a automobilului înainte de impactulfrontal. Automobilul este simulat de cãtre masa

, care are o miºcare de translaþie pe direcþielongitudinalã, iar corpul ocupantului se consi-derã format din trei segmente, astfel (figura 2):

- segmentul de masã (inferior) – caresimuleazã membrele inferioare ºi zona pelvianã– ºi se considerã cã are numai miºcare detranslaþie în habitaclu, pe direcþie longitudi-nalã;

- segmentul de masã , lungime ºi mo-ment de inerþie (median) – care simuleazãzona abdominalã, zona toracicã ºi membrele

superioare – ºi se considerã cã are miºcare planparalelã, de translaþie pe direcþie longitudinalãºi de rotaþie în jurul articulaþiei dintre segmen-tul inferior ºi cel median;

- segmentul de masã , lungime ºimoment de inerþie (superior) – caresimuleazã gâtul ºi capul ocupantului – ºi se con-siderã cã are miºcare plan paralelã, de transla-þie pe direcþie longitudinalã ºi de rotaþie în jurularticulaþiei dintre segmentul median ºi celsuperior.

Pentru simplificare, se considerã cã forþade deformare a a pãrþii frontale a automobilu-lui este constantã (proporþionalã cu rigiditateaacesteia , consideratã ºi ea constantã). Seconsiderã rigiditatea centurii de bazin, rigiditatea ramurii inferioare a centurii deumãr, rigiditatea ramurii superioare a aces-teia (s-a considerat centura de umãr ca un sis-tem de douã resorturi, conectate în paralel),

rigiditatea articulaþiei dintre segmentulinferior ºi cel median (rigiditatea articulaþieidintre zona pelvianã ºi cea abdominalã) ºi rigiditatea articulaþiei dintre segmentul medianºi cel superior (rigiditatea articulaþiei dintrezona toracicã ºi cea a gâtului ºi capului). Seconsiderã, de asemenea, cã masele segmentelordescrise mai sus sunt concentrate în centrele lorde greutate. În figurile 1 ºi 2, reprezintã dis-tanþa pe direcþie orizontalã dintre centrul degreutate al automobilului ºi centrul de greutateal segmentului inferior, în poziþia iniþialã,înainte de impact, reprezintã distanþa pedirecþie verticalã dintre centul de greutate alautomobilului ºi punctul de ancorare a ramureiinferioare a centurii de umãr ºi a celei de bazin,iar reprezintã distanþa pe direcþie verticalãdintre punctele de ancorare ale celor douãramuri ale centurii de umãr. Pentru simplifi-care, s-a considerat cã punctele , ºi se aflã pe aceeaºi vericalã ºi cã punctele , ºi

se aflã la acceaºi înãlþime faþã de cen-0hiA2C

sAiA1C

h

0h

d

34k

23k

s13k

i13k12k

01k

4J

4l4m

3J3l3m

2m

1m

1m

Fig. 1. Schema simplificatã a ocupantului în habitaclu

Fig. 3. Schema modelului ocupantului cupatru grade de libertate.

7

Supliment Auto Test

tru de greutate al automobilului .3. SCRIEREA ECUAÞIILOR

DE MIªCAREPentru pentru scrierea ecuaþiilor de

miºcare ale centrelor de greutate ale corpurilordescrise, se porneºte de la ecuaþiile luiLagrange pentru sisteme cu patru grade de li-bertate, considerând ca ºi coordonate genera-lizate: (deplasarea corpului 1 pe direcþiaOx), (deplasarea corpului 2 pe direcþia Ox),

(deplasarea unghiularã a corpului 3 în jurulaxei Oz) ºi (deplasarea unghiularã a corpu-lui 4 în jurul axei Oz) [10]:

(1) , unde:

Expresia energiei cinetice a sistemului decorpuri este:(2)

iar expresia energiei potenþiale a sistemu-lui de corpuri este: (3)

cu: ; ;

; ; ; ,

unde: ºi (figura 3).

Conform figurii 3, în sistemul de coordo-nate O0x0y0z0, avem:

(4)

(4’) ;

Atunci energiei potenþiale devine: (5)

În continuare, calculând expresiile

ºi , cu , careintervin în relaþiile (1) ºi înlocuind momentele

de inerþie cu expresiile lor: , seobþine un sistem de patru ecuaþii diferenþiale.

4. REZOLVAREA NUMERICÃA ECUAÞIILOR DIFERENÞIALEDE MIªCARE

Sistemul format din cele patru ecuaþii dife-renþiale menþionate mai sus este de forma:

(6)

cu forma matricealã: ,

unde: , , Soluþia sistemului (6) este:

ºi este obþinutã folosind Symbolic Math Toolboxal software-ului Matlab [3]. Fãcând notaþiile:

; ;

; ; ºi ºi

þinând cont de expresiile lui , , ºi

obþinute anterior, se formeazã sistemul deecuaþii diferenþiale de mai jos, de formã inte-grabilã numeric prin metoda Runge-Kutta deordinul IV:

(7)

Sistemul de ecuaþii a fost rezolvat numeric,între limitele de integrare [0; 0,10], folosind

programe scrise de autori cu ajutorul software-ului Matlab [3]. Considerând urmãtoarele va-lori pentru parametrii care intervin în relaþii:

[9]

[9]

[9]

[11]; [11];

[11]; [11];; ; ;

; ; ; ºi condiþiile iniþiale: ; ;

; ; (viteza iniþialã a automobilului înainte deimpactul frontal: 54 km/h); ; ; s-au obþinut curbele de variaþie în timp aleparametrilor cinematici ai corpurilor 1, 2, 3 ºi 4.Valorile maselor segmentelor corpului umanadoptate mai sus sunt cele corespunzãtoareunui manechin antropomorf Hybrid III 50th [9].

5. SIMULAREA MIªCÃRIIOCUPANTULUICU AJUTORUL UNUI MODELSIMULINK-SIMMECHANICS

Pentru simularea miºcãrii ºi determinareaparametrilor cinematici ai modelului simplifi-cat al ocupantului, s-a dezvoltat un model cuajutorul software-ului Simulink-SimMechanicsal programului Matlab [3], a cãrui schemã-bloceste prezentatã în figura 4, similar cu modelulmatematic anterior, având aceeaºi parametri(mase, lungimi, rigiditãþi) ºi condiþii iniþiale.Elementele din schema-bloc au urmãtoarelesemnificaþii:

- Body 1 orizontal: reprezintã corpul 1 dinmodelul matematic, cu masa (masa automobilului). Acesta are o miºcare detranslaþie de-a lungul axei Ox, legãtura dintrecorpul 1 ºi pãmânt fiind fãcutã prin intermedi-ul unei articulaþii de tip prismatic (Prismatic 1în figura 4, cu axa de translaþie Ox), cu rigidi-tatea , care reprezintã rigidi-tatea pãrþii frontale a automobilului, care sedeformeazã în timpul impactului frontal. JointInitial Condition 1 Block IC seteazã vitezainiþialã a Prismatic Joint 1 (cu axa de translaþieOx), adicã viteza iniþialã de deplasare a Body 1orizontal, de-a lungul axei Ox (54 km/h = 15

m/N800000k01 =

kg1000m1 =

004 =θ&00

3 =θ&0x02 =&

;s/m15x01 =&rad191986,0110

4 =°=θrad314159,01803 −=°−=θ

0x02 =0x0

1 =

2s/m81,9g =m575,0h =m168,0d =m240,0l4 =

m427,0l3 =rad/Nm180k34 =rad/Nm350k23 =

m/N300000k s13 =m/N300000k i13 =

m/N600000k12 =m/N800000k01 =

kgmmm gâtcap 52,502,15,44 =+=+=

mmmmmm mânãantebraþbraþtoraceabdomen )(23 ++⋅++=

kg06,46)6,067,176,2(25,175,18 =++⋅++=

kg1000mm automobil1 == ;kg68,26)78,116,44,7(2)mmm(2m piciorgambãcoapsã2 =++⋅=++⋅=

⎪⎪⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪⎪⎪

⎨

⎧

=

=

==

==

==

====

4

3

2

1

4

3

2

1

)8(dy

)7(dyx)6(dyx)5(dy

)8(y)4(dy

)7(y)3(dyx)6(y)2(dyx)5(y)1(dy

θθ

θθ

&&

&&

&&

&&

&

&

&

&

4θ&&3θ&&2x&&1x&&

)8(y4 =θ&)7(y3 =θ&)6(yx2 =&)5(yx1 =&

);4(y4 =θ);3(y3 =θ)2(yx2 =)1(yx1 =

]H[]A[]Z[ 1 ⋅= −&&

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

41

31

21

11

hhhh

]H[

⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

44434241

34333231

24232221

14131211

aaaaaaaaaaaaaaaa

]A[

⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

4

3

2

1

xx

]Z[

θθ&&

&&

&&

&&

&&

]H[]Z[]A[ =⋅ &&

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=+++=+++=+++=+++

),,,,,,,(),,,,,,,(),,,,,,,(),,,,,,,(

4321432141444343242141

4321432131434333232131

4321432121424323222121

4321432111414313212111

θθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθθ

&&&&&&&&&&&&

&&&&&&&&&&&&

&&&&&&&&&&&&

&&&&&&&&&&&&

xxxxhaaxaxaxxxxhaaxaxaxxxxhaaxaxaxxxxhaaxaxa

4,3i,12

lmJ2ii

i ==

4321i ,,x,xq θθ=iq

V∂∂

i

c

qE

∂∂

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂

i

c

qE

dtd

&

( ) ( )2033

044

342033

23

2

203

32

03

3

2

33

2

33

2

13

2

203

32

03

3

2

33

2

33

2

13

22

1221

014

433043

30302

22

cos2

sin2

cos2

sin2

2cos

2sin

2

cos2

sin2

2

22cos

2coscos

2

θθθθθθ

θθ

θθ

θθ

θθ

θθθ

+−−+−+

+

⎟⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ +−

−⎟⎠⎞⎜

⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ ++

+

⎟⎟⎟⎟⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜⎜⎜⎜⎜

⎝

⎛

⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ −+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ +−

−⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ −+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ ++

+

+++⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +++⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ ++=

kk

lld

llxdk

lhld

lhlxdk

xkxkllhgmlhgmghmV

ss

2

33

2

33

231i cos2lsin

2lxdCA ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ ++= θθ ;

203

32

03

330i cos

2lsin

2ldCA ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ += θθ

2

33

2

33

231s cos2lhsin

2lxdCA ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ −+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ ++= θθ ;

203

32

03

330s cos

2lhsin

2ldCA ⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ −+⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ += θθ

30i31ii13 CACAx −=30s31ss13 CACAx −=

( )2033

2323arc 2

kV θθ −=2i13

i13i13arc x

2kV =2

s13s13

s13arc x2

kV =

22

1212arc x

2kV =2

101

01arc x2

kV =

342313131201

44

330433

0302 cos2

coscos2

arcarciarcsarcarcarc VVVVVV

llhgmlhgmghmV

++++++

+⎟⎠⎞⎜

⎝⎛ +++⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ ++= θθθ

( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( )⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−+++⎟

⎠⎞⎜

⎝⎛ +⋅++++

+++⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡+⋅++++++=

43434323

242

32344

433321

221

4

24

423

323

23

333212

2132

2122

11

cos4

cos2

cos22

224cos

222

θθθθθθθθθθ

θθθθθ

&&&&&&&&&&

&&&&&&&&&&&

llllllxxxxm

JJllxxxxmxxmxmEc

4321i ,,x,xq θθ=

0qV

qE

qE

dtd

ii

c

i

c =∂∂+

∂∂

−⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛∂∂&

4θ3θ

2x1x

1C

Fig. 3. Schema pentru determinareaenergiei potenþiale de deformare a arcurilor.

8 Ingineria Automobilului Nr.4

Supliment Auto Test

m/s, înainte de impactul frontal). Body 1 verti-cal, cu masa zero, este conectat de Body 1 ori-zontal prin articulaþia de tip Weld, avândaceeaºi miºcare de translaþie ca ºi acesta. Cuajutorul Body Sensor 1, conectat la Body 1 ori-zontal, se înregistreazã trei semnale, anumedeplasarea , viteza ºi acceleraþia alecorpului 1, faþã de World Coordinate System,de-a lungul axei Ox, care apoi sunt afiºate laScope 1.

- Body 2: reprezintã corpul 2 din modelulmatematic, având masa , for-matã din masa membrelor inferioare ºi a zoneipelviene. Acesta are o miºcare de translaþiede-a lungul axei Ox, legãtura dintre Body 2 ºiBody 1 orizontal fiind fãcutã prin intermediulunei articulaþii de tip prismatic (Prismatic 2 înfigura 4, cu axa de translaþie Ox). Legãtura din-tre Body 1 vertical ºi Body 2 este fãcutã prinintermediul elementului Body Spring & Damper1, care simuleazã centura de bazin, cu rigidi-tatea . Cu ajutorul Body Sensor 2,conectat la Body 2, se înregistreazã trei semnale,anume deplasarea, viteza ºi acceleraþia corpului2, faþã de World Coordinate System, dea lungulaxei Ox, care apoi sunt prelucrate astfel:- din semnalul deplasare, se scade cu ajutorulblocului Add 3 constanta - bloculConstant 1 (distanþa pe direcþie orizontalã din-tre centrul de greutate al corpului 1 ºi centrulde greutate al corpului 2, în poziþia iniþialã,înainte de impact), precum ºi semnaluldeplasare al corpului 1 faþã de World

Coordinate System, primit de la Body Sensor 1’,obþinându-se deplasarea a corpului 2 faþãde corpul 1, afiºatã la Scope 2;- din semnalul vitezã, se scade cu ajutorulblocului Add 2 semnalul vitezã al corpului 1faþã de World Coordinate System, primit de laBody Sensor 1’, obþinându-se viteza a cor-pului 2 faþã de corpul 1, afiºatã la Scope 2’;- din semnalul acceleraþie, se scade cu ajutorulblocului Add 1 semnalul acceleraþie al corpului1 faþã de World Coordinate System, primit de laBody Sensor 1’, obþinându-se acceleraþia acorpului 2 faþã de corpul 1, afiºatã la Scope 2’’;

- Body 3: reprezintã corpul 3 din modelulmatematic, având masa , formatãdin masa zonei abdominale, masa zonei toraci-ce ºi masa membrelor superioare. Body 3 are omiºcare de rotaþie faþã de Body 2, în jurul punc-tului de legãturã dintre acestea (centrul degreutate al corpului 2 ºi punctul extrem de josal corpului 3). Legãtura dintre Body 2 ºi Body 3se face printr-o articulaþie de tip revolute(Revolute 1 în figura 4, cu axa de rotaþie Oz), curigiditatea (rigiditatea articu-laþiei dintre zona pelvianã ºi cea abdominalã) ºipoziþia unghiularã naturalã, în stare nedefor-matã: . Joint Initial Condition 2Block IC seteazã poziþia unghiularã iniþialã acorpului 3 faþã de corpul 2, ºi anume, adicãunghiul de înclinare al spãtarului scaunului.Elementul Body Spring & Damper 2 simuleazãramura superioarã a centurii de umãr, ºi arerigiditatea ºi lungimea natu-

ralã a arculului în stare nedeformatã(calculatã cu relaþia (4)), iar

elementul Body Spring & Damper 3 simuleazãramura inferioarã a centurii de umãr, are rigi-ditatea ºi lungimea naturalã aarculului în stare nedeformatã (calculatã cu relaþia (4’)). Cu ajutorul BodySensor 3, conectat la Body 3, se înregistreazãdouã semnale, ºi anume, viteza unghiularãomega3 ºi acceleraþia unghiularã epsilon3 alecorpului 3, faþã de World Coordinate System,care apoi sunt afiºate la Scope 3’, dupã ce le-afost schimbat semnul cu ajutorul bloculuiProduct 1, deoarece în cadrul modeluluiSimMechanics, sensul de rotaþie pozitiv esteconsiderat cel trigonometric. Cu ajutorul JointSensor 3, legat de articulaþia Revolute 1, seînregistreazã deplasarea unghiularã a Body 2,faþã de World Coordinate System, teta3, careapoi este afiºatã la Scope 3, dupã ce i-a fostschimbat semnul cu ajutorul blocului DotProduct 1;

- Body 4: reprezintã corpul 4 din modelulmatematic, având masa , formatãdin masa gâtului ºi masa capului. Body 4 are omiºcare de rotaþie faþã de Body 3, în jurul punc-tului de legãturã dintre acestea (punctul extremde sus al corpului 3 ºi punctul extrem de jos alcorpului 4). Legãtura dintre Body 3 ºi Body 4 seface printr-o articulaþie de tip revolute(Revolute 2 în figura 4, cu axa de rotaþie Oz), curigiditatea (rigiditatea articu-laþiei dintre zona toracicã ºi cea a gâtului ºicapului) ºi poziþia unghiularã naturalã, în starenedeformatã: . Joint InitialCondition 3 Block IC seteazã poziþia unghiularãiniþialã a corpului 4 faþã de corpul 3 ºi anume ,adicã suma dintre unghiul de înclinare al spã-tarului scaunului spre înapoi ºi unghiul deînclinare al capului spre înainte. Cu ajutorulJoint Sensor 1, legat de articulaþia Revolute 2, seînregistreazã semnalul deplasarea unghiularã acorpului 4, faþã de World Coordinate System,care apoi este adunat (cu ajutorul blocului Add4) cu semnalul înregistrat de Joint Sensor 2,legat de articulaþia Revolute 1, care înregistrea-zã deplasarea unghiularã a Body 4 faþã de Body3, iar rezultatul adunãrii, cu semn schimbat (cuDot Product 2), care reprezintã deplasareaunghiularã a corpului 4, faþã de WorldCoordinate System, teta4, este afiºat la Scope 4.Body Sensor 4 înregistreazã viteza unghiularãomega4 ºi acceleraþia unghiularã epsilon4 ale

rad-0,50614529 =°−

rad/Nm180k34 =

kg52,5m4 =

m227241,0CA 30i =

m/N300000k i13 =

m385688,0CA 30s =

m/N300000k s13 =

rad314159,018 =°

rad/Nm350k23 =

kg06,46m3 =

2a

2v

2x

m168,0d =

m/N600000k12 =

kg68,26m2 =

1a1v1x

Fig. 4. Schema-bloc a modelului Simulink-SimMechanics.

9

Supliment Auto Test

Body 4, care apoi sunt afiºate la Scope 4’, cusemn schimbat (cu ajutorul blocului Product 2).

- Machine Environment Block defineºtemediul mecanic la care este conectat modelul(maºina) (acceleraþia gravitaþionalã:

), iar Ground Block leagã la pãmânto parte a Prismatic Joint 1, într-o locaþie fixã înWorld Coordinate System.

6. REZULTATE ªI CONCLUZIICu ajutorul modelului creat s-a simulat

miºcarea sistemului de corpuri, pe o perioadãde timp [0; 0,10] secunde. În figura 5 suntprezentate poziþiile succesive ale corpurilor la

ºase momente de timp diferite, alese la inter-vale egale de-a lungul timpului de simulare.

În figurile 6 - 11 sunt prezentate compara-tiv curbele de variaþie în timp ale parametrilorcinematici ai celor patru corpuri, obþinute cuajutorul modelului matematic ºi cu ajutorulmodelului SimMechanics. Se constatã o supra-punere perfectã a tuturor curbelor, ceea cereprezintã o validare a modelului SimMecha-nics, care este bazat mediul de simulare graficãSimulink.

Într-un model de impact al capului ocu-pantului cu planºa de bord dezvoltat de autori,

cunoaºterea vitezei iniþiale a centrului de greu-tate al capului (în sistemul de referinþã locallegat de automobil) este indispensabilã. Cu aju-torul modelelor prezentate mai sus, este relativuºor a se gãsi valoarea exactã a acestui para-metru, în diferite condiþii de simulare, care þinde viteza iniþialã de impact a automobilului, decaracteristicile de disipare a energiei de impactale acestuia, de caracteristicile antropometriceale ocupantului, de poziþia acestuia în habita-clu, de prezenþa sau lipsa sistemului/elor dereþinere, etc.

2s/m81,9g =

Fig. 6. Evoluþiile în tim ale deplasãrilor corpurilor 1 ºi 2. Fig. 7. Evoluþiile în timp ale deplasãrilor unghiulare ale corpurilor 3 ºi 4.

time=0 s: time=0,02 s: time=0,04 s:

time=0,06 s: time=0,08 s: time=0,10 s:

Fig. 5. ªase poziþii succesive ale sistemului de corpuri de-a lungul timpului de simulare.

10 Ingineria Automobilului Nr.4

Supliment Auto Test

1. Du Bois, P.; Chou, C.; Fileta, B.; Khalil, T.; King, A.; Mahmood, H.; Mertz, H.;

Wismans, J. - Vehicle crashworthiness and occupant protection - Automotive

Applications Committee, American Iron and Steel Institute Southfield, Michigan,

USA, 2004.

2. http://www.fisita.com.

3. http://www.mathworks.com.

4. Ilie, S. - Stadiul actual privind materialele si tehnologiile neconventionale pentru

automobile - Referat I, Universitatea din Pitesti, Facultatea de Mecanica si

Tehnologie, Pitesti, 2003.

5. Ilie, S. - Metode si mijloace pentru studiul confortabilitatii si sigurantei pasive la

autoturisme - Referat II, Universitatea din Pitesti, Facultatea de Mecanica si

Tehnologie, Pitesti, 2003.

6. Rekveldt, M.G.C.; Labibes, K. - Literature survey on in-vehicle safety devices -

Crash Safety Centre, Holland, 2003.

7. Ilie, S., Tabacu, I., Tabacu S., Stanescu, D., Crivac, Gh. - Model with three

degrees of freedom for studying the unbelted occupant's body motion in automo-

bile interior during the frontal impact - University of Pitesti Scientific Bulletin,

Automotive Series, year XII, no. 16, Pitesti, 2007.

8. Ilie S., Tabacu, I., Tabacu S., Stanescu, D., Nicolae, V. - A Simulink -

Simmechanics model dedicated to the study of the kinematic parameters of the

occupant's motion during the frontal impact - University of Pitesti Scientific

Bulletin, Automotive Series, year XII, no. 16, Pitesti, 2007.

9. Khalil, T.; Lin, T.C. - Simulation of the Hybrid III dummy response to impact by

nonlinear finite element analysis - SAE paper, No. 942227, 1994.

10. Pandrea, N., Stanescu, N.D. - Mecanica - Editura Didactica si Pedagogica,

Bucuresti, 2002.

11. Tabacu, S. - Impactul automobilelor - Editura Universitatii din Pitesti, 2004.

References

Fig. 8. Evoluþiile în timp ale vitezelor corpurilor 1 ºi 2.

Fig. 10. Evoluþiile în timp ale acceleraþiilor corpurilor 1 ºi 2. Fig. 11. Evoluþiile în timp ale acceleraþiilor unghiulare ale corpurilor 3 ºi 4.

Fig. 9. Evoluþiile în timp ale vitezelor unghiulare ale corpurilor 3 ºi 4.

11

Supliment Auto Test

REZUMAT:Dezvoltarea sistemelor de securitate a auto-

mobilelor se bazeazã pe date experimentale darnecesitã de asemenea ºi informaþii provenite dinsituaþii reale analizate în cadrul StudiilorDetaliate ale Accidentelor (SDA). Pentru a ca-racteriza corect mecanismele accidentelor ºi aasigura protecþia utilizatorilor drumului, estenecesar sã înþelegem desfãºurarea eveni-mentelor în decursul celor câteva secunde carepreced impactul. Articolul descrie metodologiasistemicã ºi pluridisciplinarã pe care o utilizãmpentru a reconstrui accidentele simulând genezalor, vitezele vehiculelor implicate ºi traiectorialor în diferitele faze care conduc la ºoc. Aceastãmetodologie este construitã ºi s-a dezvoltat încursul expertizei a mai mult de 1000 accidentecorporale. Culegerea datelor pe site în minutelecare urmeazã accidentului este primordialã, pede o parte pentru a colecta informaþiile efemere(adicã datele care vor dispãrea rapid cum sunturmele) iar pe de altã parte pentru a stabili olegãturã cu cei implicaþi. Doi accidentologi sedeplaseazã la faþa locului, în timp real, pentru acolecta informaþiile legate de vehicul (presiuneadin pneuri, echipamentele, încãrcarea ...) ºi deinfrastructurã (planul cotat al accidentului,urmele de rulare, de frânare, de derapaj, punctulde ºoc, poziþiile finale ale vehiculelor ...) precumºi condiþiile atmosferice ºi de aderenþã. Ei con-tacteazã «la cald» pe conducãtorii care potfurniza elementele cognitive legate de apariþiaaccidentului (percepþii, interpretãri ºi acþiuni).Dupã o primã analizã a cazului, se întocmeºte uncomplement al raportului care cuprinde datereferitoare la cei trei factori ai accidentului (om- vehicul - infrastructurã). Ansamblul ele-mentelor cinematice ºi comportamentale per-mite alimentarea reconstrucþiei accidentului, acãrui bazã ºtiinþificã se sprijinã pe legile dinami-cii ºi ale conservãrii energiei, care regizeazã suc-cesiunea fazelor care descriu accidentul, fazeleante coliziunii, coliziunii ºi post coliziunii. Acestdemers conduce la elaborarea ipotezelor acci-dentului. Programul pentru reconstrucþie pe cal-culator, PC-Crash, valideazã sau invalideazã

aceste ipoteze permiþând, în majoritateacazurilor, privilegierea unei ipoteze ºi definireascenariului de accident cel mai probabil.Simulãrile 3D, bazate pe datele dinamice ºi com-portamentale ale accidentului, permit o repro-ductibilitate a evenimentelor, accesul la simula-rea evitãrii accidentului ºi la validarea eficacitãþiisistemelor de securitate active, aflate la bord.

ABSTRACT:Le développement de systèmes de sécurité

automobile repose sur les données expérimen-tales mais nécessite également des informationsissues de situations réelles étudiées dans le cadredes Etudes Détaillées d’Accident (EDA). Afinde bien caractériser les mécanismes accidentelset d’assurer la protection des usagers de la route,il est nécessaire de comprendre le déroulementdes évènements durant les quelques secondesqui précédent l’impact. Cet article décrit laméthodologie systémique et pluridisciplinaireque nous employons pour reconstruire les acci-dents en simulant leur genèse, les vitesses desvéhicules impliqués et leurs trajectoires dans lesdifférentes phases qui mènent au choc. Cetteméthodologie s’est construite et s’est développéeà travers l’expertise de plus de 1000 accidentscorporels. Le recueil des données sur le site dansles minutes qui suivent l’accident est primordiald’une part pour collecter les informationséphémères (c’est-à-dire les données qui vont trèsrapidement disparaître telles que les traces) etd’autre part pour établir un lien avec lesimpliqués. Deux accidentologistes se rendent surplace, en temps réel, pour collecter les informa-tions liées au véhicule (pressions des pneuma-tiques, équipements, chargement…) et à l’infra-structure (plan côté de l’accident, traces deroulage, de freinage, de ripage, le point de choc,les positions finales des véhicules…), ainsi queles conditions atmosphériques et d’adhérence.Ils rencontrent « à chaud » les conducteurs quilivrent les éléments cognitifs liés à la survenue del’accident (perceptions, interprétations etactions). Après un première analyse du cas, uncomplément de recueil se fait ensuite pour lestrois volets de l’accident (homme - véhicule -

infrastructure). L’ensemble des éléments ciné-matiques et comportementaux permettent d’ali-menter la reconstruction de l’accident dont labase scientifique repose sur les lois dedynamique et de conservation d’énergie quirégissent la succession des phases décrivant l’ac-cident, les phases de précollision, collision etpost collision. Cette démarche aboutit à l’élabo-ration des hypothèses d’accident. Le logiciel dereconstruction PC-Crash valide ou invalide ceshypothèses et permet dans la plupart des casd’en privilégier une et de définir le scénario d’ac-cident le plus probable. Les simulations 3Dreposant sur les données dynamiques et com-portementales de l’accident, permettent unereproductibilité des évènements et donnentaccès à la simulation d’évitement d’accident et àla validation de l’efficacité de systèmes de sécu-rité active embarqués.

INTRODUCTION:L’accidentologie1 est un outil précieux dans

l’analyse des causes et origines des accidentsmais aussi de la recherche de moyens de préven-tion par retour d’expérience.

Du point de vue du constructeur automo-bile, l’accidentologie a trois objectifs principaux:

Réaliser un diagnostic des problèmes desécurité et inférer les besoins des usagers de laroute.

Évaluer l’efficacité des prestations de sécu-rité identifiées ou futures

Identifier les procédures de test qui perme-ttront de valider et de quantifier les niveaux deprestation de sécurité offerte.

Cette étude repose d’une part sur l’analysede la macro accidentologie à travers les bases dedonnées nationales et internationales, pourassurer la représentativité et définir les enjeux, etd’autre part sur la micro accidentologie pouridentifier les mécanismes accidentels et lésion-nels.

La micro accidentologie est subdivisée entrois activités qui concernent les phases succes-sives du déroulement de l’accident:

La sécurité primaire (ou active) a pourobjectif d’identifier les facteurs de risque et les

La reconstruction des accidents de la circulationUn outil de recherche sécuritaire indispensableRichard DRISCOLLRenault

12 Ingineria Automobilului Nr.4

Supliment Auto Test

causes d’accident et leur prévalence.L’identification des mécanismes accidentelsrepose sur une analyse complète du système{Homme - Véhicule - Infrastructure}.

La sécurité secondaire (ou passive) con-cerne la protection des usagers de la route. Cetteprotection repose sur l’optimisation de la dissi-pation d’énergie à travers la déformation desstructures du véhicule et sur le développementet le déploiement d’un ensemble de systèmes deretenue et de protection dans l’habitacle.

La sécurité tertiaire se situe après l’accidentet vise à optimiser la prise en charge médicaledes blessés.

LES ÉTUDES DÉTAILLÉESD’ACCIDENTSLes données d’accident enregistrées en

temps réel ne suffisent pas à elles seules pourcomprendre le déroulement d’un accident(comptage du trafic, enregistreur de contexte, ouencore de chrono tachygraphe numérique…).La meilleure solution consiste à se rendre sur lesite de l’accident dès sa survenue afin de col-lecter les informations fugaces avant toute mo-dification de la scène par les équipes de secours,les forces de police et autres intervenants sur lascène.

La mise en place d’une équipe d’accidento-logistes opérant dans une zone sélectionnéestratégiquement2 demande l’obtention de nom-breuses autorisations auprès des Ministères con-cernés, des Forces de Police locales et des hôpi-taux qui accueillent les accidentés. De même,des partenariats ou accords sont indispensablesavec les gestionnaires de la route, les services dedépannage et d’entreposage des véhicules acci-dentés et autres acteurs locaux.

Depuis le début des années 90, Renault, àtravers le Laboratoire d’Accidentologie, deBiomécanique et de comportement humain(LAB) missionne le CEESAR (CentreEuropéen d’Etudes de Sécurité et d’Analyse desRisques) pour le recueil des données d’accidentsen temps réel. Les équipes du CEESAR travail-lent sur une zone d’enquête restreinte d’unrayon d’environ 30 kilomètres autour de leurlieu d’implantation, afin de garantir une arrivéerapide sur les lieux de l’accident. Lorsqu’un acci-dent est signalé au centre de traitement desappels des Services de Secours, l’équipe d’acci-dentologie est déclenchée en même temps queles véhicules d’intervention. Deux accidentolo-gistes se rendent ainsi sur les lieux de l’accident

dans les minutes qui suivent sa survenue.L’accident étant le résultat d’une interaction

entre les trois éléments constitués par le conduc-teur, véhicule et l’infrastructure, il est nécessairede l’examiner sous ces trois points de vue. Ainsi,en arrivant sur place et après s’être assurés del’autorisation d’intervenir auprès de l’agent dePolice responsable du site de l’accident, les acci-dentologistes doivent rapidement comprendrele déroulement de l’accident et hiérarchiser lacollecte des informations de sorte à en récupérerl’essentiel sans entraver l’action des Services deSecours et des Forces de l’Ordre.

Dans la mesure du possible, un premierentretien a lieu avec le ou les conducteurs surplace. Cet entretien se passe à l’écart des autresintervenants afin de favoriser un récit exact del’accident. Il est important pour le conducteur,surtout celui qui pourrait se considérer commefautif, de se sentir en confiance et de pouvoirs’exprimer librement sans crainte de sanctions.Le fait de procéder à cet entretien sur les lieuxde l’accident permet à l’impliqué de se servir desrepères spatiotemporels que représentent leséléments de l’infrastructure et les autresvéhicules pour expliquer d’éventuelles gênes à lavisibilité par exemple. Pour l’accidentologiste, cediscours spontané et ouvert a une valeur ines-timable car le conducteur n’a pas encore eu letemps d’orienter son récit, volontairement ouinvolontairement, pour qu’il représente sa com-préhension de l’accident ou celle qu’il souhaitecommuniquer.

Ce premier entretien est suivi d’un deux-ième, plus directif, quelques jours plus tard quiapprofondit les informations recueillies le jourde l’accident et introduit d’autres éléments co-llectés depuis. Il permet de consolider ou derevoir les premières hypothèses de reconstruc-tion.

Le recueil des éléments dits „infrastruc-tures“ sur le lieu de l’accident inclut l’élabora-tion d’un plan côté sur lequel sont représentés laconfiguration géométrique de la route, les posi-tions finales des véhicules, le point de choc, lestraces de passage des véhicules (roulage,freinage, ripage et grattage, les débris…).etégalement lorsque cela est nécessaire une vue duprofil en travers de la zone de conflit, accote-ments compris. Les conditions météorologiqueset l’état d’adhérence de la chaussée sont égale-ment relevés ainsi que les éventuels problèmesliés au masque à la visibilité.

En cas de besoin, des mesures complémen-taires sont obtenues auprès des gestionnaires dela route ou par un retour sur site.

Dans un premier temps, un plan 2D àl’échelle est réalisé à l’aide d’un logiciel de dessinet sert de toile de fond lors de l’étape de lareconstruction cinématique. Ensuite et lorsquecela est nécessaire (c’est-à-dire lorsque les carac-téristiques géométriques de la route ont uneinfluence sur le déroulement de l’accident), l’in-vestigateur élabore un plan en 3D sur le logicielde simulation numérique prenant en compte lagéométrie du site et de l’approche de l’accident(profil en long et en travers).

Pour la partie véhicule, un recueil d’infor-mations est effectué à l’extérieur du véhiculeavant l’intervention des services de dépannage,comprenant entre autres la pression des pneus,l’état des vitrages (givre, buée, saletés…), l’étatdes optiques et des feux (avec parfois démon-tage des ampoules pour contrôler leur bon fonc-tionnement au moment des faits), etc.L’accidentologiste relève également la positionde toutes les commandes à l’intérieur duvéhicule (optiques, position des commodos, etc.)ainsi que l’utilisation des autres équipements telsque les pare soleils, appuis-tête, autoradio, GPS,… A l’intérieur du véhicule, l’accidentologistenote l’utilisation et le bon fonctionnement dessystèmes de protection et de retenue, la positiond’éventuelles zones de contact entre les occu-pants et l’habitacle, le chargement, tous les élé-ments permettant de définir les mécanismeslésionnels.

De même que pour les aspects conducteuret infrastructure, ce premier recueil est complétépar une deuxième collecte d’informations con-cernant toutes les caractéristiques techniques duvéhicule, l’état des organes de liaison au sol et defreinage ainsi que la quantification et qualifica-tion des déformations.

La scène de l’accident, les itinéraires d’ap-proche et les véhicules sont également large-ment documentés en photos et lorsque cela estpossible par une vidéo.

Une concaténation des informations estindispensable à ce stade de l’analyse. La con-frontation des informations recueillies par lesaccidentologistes et la reconstruction comporte-mentale permet de confirmer ou d’infirmer lesdéclarations des conducteurs et d’émettre lespremières hypothèses du scénario de l’accident.

A ce jour, la banque de données contient

13

Supliment Auto Test

environ 1000 accidents dont 560 sont reconstru-its. Rappelons que l’analyse détaillée de ces acci-dents est le support de la micro accidentologie.Les accidents analysés de cette manière n’ontpas la prétention d’être représentatifs de la situ-ation nationale. Ils donnent au constructeur lesinformations nécessaires à la bonne compréhen-sion des mécanismes accidentels tant en termescinématiques que comportementaux.

LA RECONSTRUCTIONDES ACCIDENTSDans certains cas, il est impossible de recon-

struire la totalité d’un accident du fait dumanque voire de l’absence totale d’informations.C’est le cas par exemple lorsque le conducteurest tué ou blessé grièvement avec amnésie post-critique3 et qu’aucune trace n’a pu être relevée(freinage avec ABS par exemple). En con-séquence, il est impossible de définir avec confi-ance la cinématique du véhicule en amont de lacollision. Cependant, le calcul du traitement duchoc (détermination des vitesses en entrée etsortie de choc) permet de quantifier la violencede celui-ci (delta V4, décélération moyenne etEES) et de valider les mécanismes lésionnels.

De manière générale, un accident peut sedécouper en quatre phases successives:

La situation de conduite: explicative de lanature et des conditions de déplacements enamont de l’accident.

La phase de précollision: elle décrit lacinématique du véhicule depuis la situation derupture ou d’accident (créée généralement parun élément nouveau ou imprévu) jusqu’au pointd’impact.

La phase de collision: elle comprend lesconditions du choc en lui-même et les événe-

ments consécutifs à celui-ci.La phase de post-collision: elle décrit la

cinématique du véhicule juste après l’impactjusque sa position résiduelle.

Découpage d’un accident en phasesNotons que les phases de pré et post colli-

sion peuvent subir ensuite un découpage ciné-matique et être subdivisées en sous-phases liéespar exemple au changement d’adhérence.

Pour estimer la vitesse initiale, la méthodeconsiste à partir de la position résiduelle duvéhicule (où la vitesse est connue puisque nulle)et de remonter le temps jusqu’à l’événement ini-tiateur5 de l’accident.

La reconstruction se fait en 2 étapes:Une estimation des variables telles que

les vitesses associées aux différentes phases dudéroulement de l’accident.

La simulation numérique de l’accidentESTIMATION DES DIFFÉRENTSPARAMÈTRES DE LA RECONSTRUC-

TION CINÉMATIQUE:Cette démarche permet d’estimer les

vitesses de début et de fin de chaque phase del’accident. Elle se traduit par une remontée desvitesses dans le temps à partir de la positionrésiduelle des véhicules.

La phase de post collision:Cette phase décrit le mouvement du

véhicule depuis la sortie de collision jusqu’à saposition finale où la vitesse est connue puisquenulle. La vitesse de début de phase est estiméeen appliquant l’équation d’un mouvement uni-formément décéléré:

Équation (1)

Avec Vi et Vf les vitesses respectives endébut et fin de phase (m/s), m l’accélération (+)ou la décélération (-) moyenne appliquée (m/s²)et d la distance parcourue pendant la phase (m).

La décélération moyenne est estimée enfonction de la nature du sol et des caractéris-

dVV fi ..222 γ−=

14 Ingineria Automobilului Nr.4

Supliment Auto Test

tiques liées aux traces. Elle est appliquée sur ladistance parcourue par le centre de gravité duvéhicule depuis la sortie du choc jusqu’à sa posi-tion résiduelle ou finale. Elle s’exprime ainsi:

Équation (2)

La phase de post-collision peut êtredécoupée en sous phases lorsque l’on veut pren-dre en compte un changement dans le coeffi-cient de décélération moyenne. C’est notam-ment le cas lorsque dans le mouvement duvéhicule, l’adhérence est modifiée (par exemplelors du passage de la chaussée à l’accotement).L’exemple ci-dessous montre le découpage ciné-matique en 3 sous-phases de la post-collisiondécrivant le passage du véhicule depuis lachaussée vers un champ en terre en passant surl’accotement herbeux.

Compte tenu de la difficulté pour estimer ladécélération moyenne à appliquer aux dif-férentes phases, il convient de donner chaquevaleur sous forme d’intervalle correspondant àson domaine de validité. Il est évident que leshypothèses retenues concernant la décélérationne permettent pas de donner une valeur unique.C’est pourquoi la rigueur nous impose de fairedes estimations par intervalle (en se basant surles valeurs de référence) en prenant en comptela nature du sol, la nature des traces, mais égale-ment la nature de la trajectoire des véhicules

(rotation, ripage…). En effet, sur ce dernierpoint, l’équation (1) ne prend pas directementen compte l’énergie dissipée dans la rotation.Cependant, pour ne pas compliquer inutilementl’équation par l’ajout de paramètres (tels que lemoment d’inertie en rotation par exemple), lasolution consiste dans le cas d’une trajectoirenon rectiligne, à surestimer le coefficient dedécélération pour tenir compte de cette énergiesupplémentaire à dissiper.

La phase de collision:Afin de mener à bien le calcul de cette

phase, il convient de réaliser en premier lieul’analyse et le traitement du choc.

Analyse et traitement du chocLe recueil des données dites de sécurité se-

condaire réalisé sur les véhicules (côtes de défor-mation, recouvrements, hauteur du choc, etc.)conduit à évaluer des énergies de déformationc’est-à-dire à quantifier les énergies dissipéesdans les déformations de structure du ou desvéhicules. En d’autre terme, il s’agit de mettre enrapport les déformations de structure duvéhicule accidenté avec celles observées sur unvéhicule de même type ayant subi en laboratoireun essai de choc comparable et pour lequel laviolence est connue avec précision. Cetteanalyse conduit à estimer ce que l’on appellel’EES (Equivalent Energy Speed).

De nombreux crash-tests sont réalisés par

les constructeurs dans différentes typologies dechoc et avec des violences différentes. Lesparamètres enregistrés lors des essais, via denombreux capteurs installés sur les véhicules,permettent l’élaboration d’une banque de don-nées unique et protégée dans laquelle les côtesde déformations et les photos prises sur lesvéhicules sont les éléments majeurs. C’est à par-tir de ces données qu’il est ensuite possible defaire une comparaison par rapport au véhiculeétudié qui donnera une estimation des énergiesdissipées au cours du choc (EES).

L’idéal est de disposer de valeurs d’EESdéterminées pour le même véhicule et pour uneconfiguration de choc identique à l’accidentétudié (en terme d’angle de choc, de recouvre-ment et d’enfoncement par exemple).

Lors du traitement du choc, les véhiculessont repositionnés au niveau de point de choc entenant compte du recouvrement, de l’enfonce-ment maximum, et des orientations en entrée dechoc.

Calcul du chocCette étape nous permet de calculer la

vitesse en entrée de choc de chacun desvéhicules impliqués. La courte durée de la phasede collision et les faibles forces de contact entreles véhicules nous permettent de négliger lesforces externes. Le calcul de la collision est régipar les 2 grands principes de conservation en

dVV fi ..22 γ−=

15

Supliment Auto Test

physique:La conservation de la quantité de mouve-

ment:

Équation (3)La conservation d’énergie cinétique:

Équation (4)avec mi la masse du véhicule i, Vi la vitesse

en début de collision du véhicule i (m/s), V’i lavitesse en fin de collision du véhicule i (m/s),EES6

i l’EES du véhicule i (m/s) et i le numéro duvéhicule concerné.

La conservation de la quantité de mouve-ment (3) est une équation vectorielle qui ne peutêtre utilisée telle quelle. Il nous faut la projetersur les axes x et y d’un repère orthonormé. Cetteprojection fait intervenir les angles associés àchaque vecteur vitesse.

Équation (5)

Équation (6)avec 2i l’angle correspondant à la direction

de la vitesse Vi (en début de phase de collision)et 2’i l’angle associé à la direction de la vitesse V’i(en fin de la phase).

En règle général, les équations (4), (5) et (6)représentent un système de 3 équations nonlinéaires comportant 3 inconnues. La vitesse desdeux véhicules avant choc représente deux destrois facteurs, le troisième est choisi en fonctiondes autres informations disponibles à travers lerecueil. La difficulté majeure est d’équilibrer lesystème. L’équilibre s’obtient soit par résolutionmathématique du système et vérification de l’ac-ceptabilité physique des valeurs de sortie, soit enfaisant varier chaque variable dans l’intervalleprédéfini selon une simulation de type MonteCarlo (tirage aléatoire multiple). La validité desrésultats dépend du nombre de simulations

effectuées ainsi que de l’amplitude des inter-valles des paramètres fournis (plus l’intervalleest faible, plus la précision est grande).

La phase de précollision:Cette phase permet de calculer la vitesse ini-

tiale du véhicule. Elle utilise l’équation (1)(mouvement uniformément décéléré ouaccéléré), en l’appliquant pour chaque véhiculeaux traces relevées sur le site de l’accident avantle point de choc. En connaissant les vitessesd’entrée de choc et en utilisant l’équation (1), lavitesse en début des traces est calculée. Demême que pour la phase de post collision, la pré-collision peut être subdivisée en plusieurs sous-phases. Dans le cas d’un accident avec freinageen précollision, il faut ajouter en début de phaseun temps de mise en pression du circuit defreinage (qui varie selon le système de freinagedu véhicule) ainsi qu’un temps de réaction(incluant le temps de déplacement du pied) duconducteur qui dépend de son état physi-ologique et psychologique au moment de l’acci-dent. Les valeurs de cette action sont issues desétudes comportementales réalisées sur piste. Lestemps de réaction sont également estimés parrapport aux résultats des entretiens desimpliqués (fatigue, inattention, alcoolisation,drogue, …).

LA SIMULATION DE L’ACCIDENTA partir de l’étape précédente, nous con-

naissons désormais les ordres de grandeur desvitesses à chaque phase principale du déroule-ment de l’accident. Cependant les équations uti-lisées précédemment ne permettent pas la priseen compte des paramètres dynamiques (roulis,tangage et lacet) c’est pourquoi l’utilisation d’unlogiciel de simulation numérique est partic-ulièrement motivée dans nos investigations afinde valider les hypothèses de travail. Nous uti-

lisons le logiciel de simulation numérique PCCRASH lancé en 1990 et désormais disponibleen version 8.0. En plus des données dynamiques,le programme va nous permettre d’affiner etvalider les différents paramètres liés à la recon-struction. Ce logiciel est construit sur la base deséquations de la mécanique, en particulier cellesdu principe fondamental de la dynamique etintègre également les outils numériquesdéveloppés en mathématique permettant le cal-cul de la dynamique de chaque véhiculeimpliqué. Il offre également la possibilité detester ou d’estimer les différentes valeursphysiques liées aux phases rencontrées au coursde l’accident. Sa puissance repose dans sa capa-cité à utiliser simultanément plusieurs modèlesde calcul.

Largement reconnu comme étant un logi-ciel performant, PC CRASH s’avère être unexcellent outil d’analyse d’accident et ce pourtous types d’impliqués (voitures, autocars,camions, 2 roues, ou encore piéton).L’accidentologiste peut également modéliserdes éléments de sécurité infrastructure tels quedes murets en béton ou des glissièresmétalliques mais également d’autres élémentsdu mobilier urbain pouvant éventuellementreprésenter des obstacles fixes rencontrés ou desmasques à la visibilité. Ce logiciel permet égale-ment de réaliser des simulations en 3D danslesquelles la géométrie tridimensionnelle de lachaussée peut être prise en compte.

Dans un premier temps, nous recalculonsde façon dynamique les paramètres liés à la col-lision avec les mêmes caractéristiques que l’é-tape de calcul primaire. Le modèle Kudlich-Slibar utilisé dans le programme PC CRASHintègre les lois de la mécanique classique; con-servation de l’énergie cinétique et de la quantité

)’sin(.’.)’sin(.’. 222111 θθ VmVm +=

=+ )sin(..)sin(.. 222111 θθ VmVm

)’cos(.’.)’cos(.’. 222111 θθ VmVm +=

=+ )cos(..)cos(.. 222111 θθ VmVm

211

2’21

21 2

121 EESmvmEES ⋅+⋅+⋅

12’

11221

211 2

121

21

21 mvmvmvm +⋅=⋅+⋅

VmVmVmVmrrrr

.... 1’

112111 +=+

16 Ingineria Automobilului Nr.4

Supliment Auto Test

de mouvement. La méthode consiste à placer lesvéhicules au point d’impact selon l’hypothèse decollision en y associant la prise de contact fidèleaux 2 recouvrements des véhicules, à la bonnehauteur du choc au moment où l’échange desforces liées à la collision est maximal. Parailleurs, la théorie du modèle utilisé est carac-térisée d’une part par la définition d’un pointd’impact situé dans la zone de chevauchementdes deux véhicules, lieu d’échange des dif-férentes forces mises en jeu, et d’autre part parla définition, l’orientation et inclinaison du plande contact.

Le programme distingue alors 2 phases: laphase de compression et la phase de restitutionqui sont physiquement exprimées par un coeffi-cient de restitution7 (-1<e<1) rendant comptedu caractère plus ou moins élastique du choc.Les glissements apparaissant lors du contactinter-véhicule sont également pris en compteselon le plan de contact défini précédemmentpar l’intermédiaire d’un coefficient de frotte-ment (0<f<1.5). La définition des paramètreset les valeurs décrivant la phase de post collisiondonnent alors la direction et la position résidu-elle de chaque véhicule. Le choc est validélorsque les positions résiduelles des véhiculessont correctes et les différentes valeursphysiquement acceptables (EES, vitesse d’en-trée de choc, e, f, etc.).

Lorsque cette étape est accomplie, l’utilisa-teur programme la phase de précollision enimbriquant plusieurs sous phases qu’ilparamètre afin de remonter dans le tempsjusqu’à la phase de conduite au début de la situ-ation conflictuelle.

Lorsque les variables sont renseignées, l’u-tilisateur « rembobine » la simulation remontantainsi dans le temps. Lors de cette étape transi-toire, la dynamique n’est pas respectée, cette

étape servant à positionner les véhicules cor-rectement au début de la précollision.

La dernière étape consiste à réinitialiser laposition trouvée lors de la seconde étape à l’in-stant t=0. La simulation numérique peut désor-mais commencer de la position initiale (t=0)jusqu’au choc puis l’immobilisation desvéhicules. La dynamique étant calculée danscette dernière étape l’investigateur lanceplusieurs simulations et affine les valeurs paritérations successives jusqu’à trouver le boncompromis. Il est à noter que la simulation peutêtre stoppée au choc pour éventuellement enmodifier ses caractéristiques.

Lorsque la simulation réalisée permet desatisfaire l’ensemble des conditions initiales ethypothèses émises, nous pouvons la considérercomme validée (validation technique et scien-tifique des paramètres retenus).

Une fois la simulation numérique de l’acci-dent réalisée, il est alors possible de simuler l’ap-port de certains systèmes de sécurité pour vérifi-er leur réelle influence soit sur le déroulementde l’accident (évitement par exemple) soit sur ladiminution des conséquences (vitesse de chocréduite).

CONCLUSION:Les études détaillées d’accidents et leur

reconstruction sont un puissant outil pour ladétermination des mécanismes accidentels, pourla détection des problèmes de sécurité et pourl’évaluation avant ou après déploiement d’unsystème de sécurité.

La présence d’experts accidentologistes surle terrain dans les minutes qui suivent l’accidentgarantie un recueil de qualité sur un maximumd’informations avant que la route ne soit rendueà la circulation, que le véhicule ne soit déplacé etque le conducteur ne puisse „rejouer le film“ del’accident dans sa tête, modifiant volontairement

ou involontairement son rôle.La compréhension de l’accident passe par

les quatre phases que sont la conduite, la précol-lision, la collision et la post collision. Pour assur-er une reconstruction fiable, l’accidentologistedoit documenter au maximum l’ensemble de cesphases avec des éléments concrets (longueur detraces, trajectoire du véhicule…) et en estimerd’autres (vitesse angulaire de l’action volant,temps de réaction du conducteur, adhérenceofferte par la chaussée…).

Certaines de ces informations viennentdirectement de l’étude de l’accident, d’autres descalculs approximatifs effectués avec les équa-tions fondamentales et d’autres encore sont issusde l’expérimentation. L’énergie de déformationdes véhicules est quantifiée de manière compa-rative à travers les crash-tests.

Le but de la reconstruction numérique estde fournir une simulation qui est fiable aux com-portements cinématique du véhicule et com-portementale du conducteur. Bien que la déter-mination des vitesses puisse sembler primor-diale, la définition des contre mesures nécessiteégalement une bonne compréhension des autresparamètres dynamiques du véhicule afin d’assur-er la définition et le bon fonctionnement des sys-tèmes de sécurité. De même, il est capital d’étu-dier de quelle manière les conducteurs se trou-vent en difficulté et les stratégies qu’ils mettenten œuvre pour y remédier.

Tous les accidents ne sont pas évitables,mais même pour ceux qui ne le sont pas, la simu-lation numérique de système de sécurité activenous permet de diminuer les vitesses avant choc,d’optimiser l’orientation du véhicule en entréede choc, voire même d’anticiper légèrement ledéclenchement des systèmes de sécurité se-condaire.

1. L'accidentologie se définit comme la science qui a pour objet l'étude des acci-

dents et leurs conséquences.

2. La zone sélectionnée (zones urbaines, autoroutes, rase campagne) doit être assez

représentative du territoire national et permettre d'étudier des véhicules récents.

3. Perte de mémoire à court ou à long terme consécutif au choc médical ou affectif

généré lors de l'accident.

4. Le delta V ()V) correspond à la variation de vitesse subie par l'occupant pendant

la phase de déformation du véhicule.

5. L'événement initiateur annonce le dysfonctionnement du système constitué par

le conducteur, l'infrastructure et le véhicule. La genèse de l'accident survient de

manière générale à ce moment là.

6. EES : Equivalent Energy Speed. Ce paramètre, exprimé en km/h, caractérise la

vitesse à laquelle il faudrait lancer le véhicule contre un obstacle fixe et indé-

formable pour observer les mêmes déformations.

7. D'un point de vue théorique: e=1 lorsque le choc est purement élastique et e=0

lorsque le choc est mou. Des valeurs négatives du coefficient permettent de carac-

tériser les cas dans lesquelles il y a encastrement.

References

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Supliment Auto Test

Examination to Simulatethe Corrosion Behaviour of Stainless Steelsin Automotive Exhaust Systems

REZUMATSistemele de evacuare a gazelor arse ale

automobilelor sunt construcþii complexe, încare materialele folosite trebuie sã îndepli-neascã o serie de cerinþe: rezistenþã înaltã laformarea de tunder, capacitatea de a rezistala solicitarea la oscilaþii datoratã vibraþiilor,tendinþa minimã de rigidizare, coeficient dedilatare scãzut, rezistenþã la temperaturiînalte, rezistenþã la coroziune în mediu umed.Pentru diferitele secþiuni ale sistemelor deevacuare a gazelor arse ale automobilelormaterialele utilizate sunt oþeluri inoxidabile ºioþeluri rezistente la temperaturi înalte.

Lucrarea de faþã prezintã un proiect decercetare în cadrul cãruia se examineazã com-portarea la coroziune a oþelurilor inoxidabileîn secþiunea spate a sistemului: toba de eºapa-ment spate. Condensatul care se formeazã înaceastã secþiune conþine produºi cloruraþi,adesea într-un mediu acid, care induc corozi-une cu formare de gãuri (pitting). Pentru acompara rezistenþa la coroziune a diferitelortipuri de oþeluri inoxidabile folosite, laFacultatea din Konstanz, Germania, s-audesfãºurat o serie de cercetãri ºi teste de simu-lare care iau în considerare trãsãturile speci-fice ale procesului de coroziune din secþiuneaspate a sistemelor de evacuare a gazelor arseale automobilelor, anume: frecvenþã variaþie amediului umed/uscat, acþiunea ionilor de clorºi prezenþa cãrbunelui activ, sub forma de par-

ticule de funingine în tobe de eºapament. Mostrele testelor sunt creuzete ambuti-

sate din benzi din anumite oþeluri inoxidabile:feritice, austenitice ºi mangan-austenitice.Forma de creuzet a mostrelor permiteumplerea lor cu reactant, dupã care mostrelesunt supuse mai multor cicluri de uscare (încondiþii de temperaturã ºi umiditate a aeruluibine definite) ºi umplere cu mediu coroziv.Dupã un anumit numãr de cicluri probele securãþã ºi se cerceteazã din punct de vedere alcoroziunii care a avut loc. Condiþiile deexpunere ºi compoziþia mediului coroziv semodificã în vederea optimizãrii procesului.

1 IntroductionAutomotive exhaust systems are complex

constructions with different sections placingdifferent demands on the materials, Figure 1.Various stainless and heat-resistant steelgrades are used to achieve an optimal combi-nation of properties in each section.

From corrosion standpoint, exhaust linesmay be divided into three parts:

- the front part (manifold pipes, catalyticconverter), subjected mainly to high tempera-ture oxidation. This part requires steels withhigh scaling resistance, ability to resist osci-llating stresses due to vibration, optimizedelevated-temperature and creep strength,minimum susceptibility to embrittlement andlow coefficient of thermal expansion.

- the centre section of the exhaust system(centre muffler, connecting pipes) subjectedto both: high temperature oxidation withshort periods of wet corrosion due to the con-densates (internal parts) or road salt projec-tion (external parts). Depending on runningconditions, either hot conditions prevail (fullthrottle) or wet corrosion loading dominates(short - distance driving).

- the rear part (rear muffler), exposed tolower temperature, and subjected mainly to

By Cristina Hoffmann, Paul GümpelUniversity of Applied Sciences Konstanz, GermanyEmail: choffman@htwg-konstanz.de

ABSTRACTAutomotive exhaust systems are complex constructions with different sections placing di-

fferent demands on the materials. For the special conditions existing in the rear section of theautomotive exhaust system, with its frequently wet/dry alternation and its short operating timescompared with overall life cycle, not only the resistance to onset of corrosion - as described byPREN concept - is of importance, but also the low corrosion rates with the view to achieve longsystem lifetime.

To compare the suitability of various stainless steels for their use in the wet section of theexhaust system, investigations under simulation of the special corrosion conditions are carriedout. The tests are carried out on ferrites, austenite and manganese-austenite.

Fig.1 Component of an car exhaust system

18 Ingineria Automobilului Nr.4

Supliment Auto Test

wet corrosion by condensates (internal parts)or by road salt projection (external part).Inside the system, condensation of combus-tion gases produces sulphurous acid, sul-phuric acid and low levels of hydrochloricacid, creating critical conditions with acidicpH values. These condensates, combinedwith an accumulation of chloride ions anddeposits of electrochemically active soot par-ticles, can result in substantial wet corrosiveloading on the inner surfaces of the compo-nents. Compared with this, the external cor-rosive loads through rainwater, road dust,slush and de-icing salts are almost negligible.

To compare the suitability of variousstainless steels for using them in the wet sec-tions of auto exhaust systems, tests are carriedout which take into account the specific fea-tures of this corrosion loading. The followingfactors must be considered

- wet/dry alternation- impact of a chloride ion-containing

acidic medium- presence of electro-chemically active car-

bon (occurring as shoot particles in the systems)2 Test procedureSpecimens deep drawn from strip of

selected materials (Table 1) are used for thetests. The specimens are pickled and weight-ed before each test. They are filled with a cor-rosive medium and then exposed in a climatechamber at a defined temperature andhumidity. A specimen undergoes severalcycles of being filled with corrosive mediumand drying. After completing a pre-set num-ber of cycles, the specimen is cleaned, its massloss is measured and the visual appearance ofthe corrosive attack assessed. The exposureconditions and the composition of the corro-sive medium are varied to optimize theprocess.

3 Tests and Test Results3.1 Test with Electrolyte of pH 4

The specimens are filled with 10ml of thecorrosive medium with a composition shownin Table 2.

The specimens are placed in a climatechamber for 12 hours at 85°C and 50% r.H.,and then for another 12 hours at 23°C and 10%r.H. During the first 12 hours an accelerateddrying of a part of the electrolyte takes place.

Then the electrolyte is replenished. After12 cycles, the specimens are cleaned, exami-ned for corrosive attack and weight. The testundergoes 48 cycles. The nature of the corro-sion attack is mixed. Both classic pitting andgeneral attack are observed.

The mass loss and the differentiationamong the grades increase with the numberof the cycles. The highest resistance isachieved by grade 1.4404, and confirms thepositive influence of the alloying elementmolybdenum on the resistance to the onset ofcorrosion and the positive influence of thealloying element nickel on the repassivatingduring the idle periods. The grades 1.4526,1.4301, 1.4376 and 1.4509 display no signifi-cant differences in mass loss. The grade1.4512 with the lowest chrome content showsthe highest mass loss. A relatively good agree-ment is observed between the mass loss ratesand the alloy content of the materials. Butbased on the pitting attack mechanism theresults of mass loss measurement shouldalways be treated with caution.

The test takes a long time, about twomonths. To reduce the duration of the corro-sion tests a new electrolyte is used, with a

more acidic pH-value.3.2 Test with Electrolyte of pH 2,6The specimens are filled with 20ml of the

corrosive medium.They are placed in a climate chamber for

12 hours at 85°C and 75% r.H., and then foranother 12 hours at 23°C and 75% r.H. After24 hours the electrolyte is replenished.

The corrosive attack is more pronounced,so that some of the specimens are penetratedafter few cycles. There is no relationshipbetween mass loss and the penetration of thespecimens. To compare the suitability of va-rious stainless steels for aggressive pittingcorrosion conditions the mass loss measure-ments are less suitable.

The corrosion pattern with pitting anduneven local attack by the grade 1.4301 andpronounced general attack by the grade1.4512 correspond to that occurring in case ofgenuine damage to auto exhaust systems.

The nature of the corrosion attack on thespecimens of the other grades 1.4404, 1.4526,1.4509 is classic pitting

4 The ElectrolytesDuring both test series the pH-value of

the electrolytes was measured. At the electrolyte with pH 4 (acetate

buffer solution) the pH-value was increasedafter each cycle on pH 6, due to a massiveevaporation of the acetic acid at the test tem-perature. The acetate buffer solution is notsuitable for high temperature test conditions.

At the electrolyte with pH 2,6 (citric acid- phosphate buffer solution) due to a massiveevaporation of the electrolyte, the pH-valuedecreased on pH 1. The evaporation of theelectrolyte must slow down so that the buffersolution doesn't change its pH-value.

5 ConclusionThe simulation tests with alternating

wet/dry phases are most suitable to reflect theparticular corrosion conditions in automotiveexhaust systems. Their further developmentincludes:

- definition of an electrolyte with a properbuffer solution for the test conditions

- test conditions which allow a slowerevaporation of the electrolyte

- an appropriate method of valuation ofthe corrosion attack

- different temperature conditions andelectrolyte regarding the motor vehicleTable 1: The alloying composition of the specimens

Table 2: The composition of the electrolytewith pH 4

Automotive fuels - Combustibili autoAutori: dr.ing. Veneþia SANDU, dr.ing. Anghel CHIRUUniversitatea Transilvania Braºov Lucrarea „Combustibili auto“ aflatã sub tipar la edtura Matrixromtrateazã o problemã de mare actualitate dacã considerãm cã îndecursul urmãtoarelor douã decenii vehiculele trebuie sã îºischimbe radical modul de antrenare sau natura combustibiluluifolosit.Scrisã într-un limbaj simplu, lucrarea este destinatã în primul rândstudenþilor ºi inginerilor absolvenþi ai secþiei AutovehiculeRutiere, fiind un material interesant pentru toþi absolvenþii fa-cultãþilor tehnice.Faptul cã este prima lucrare redactatã în limbaenglezã aduce un plus de valoare pentru cã poate fi utilizatã ºide studenþii secþiilor cu aceastã limbã de predare. Sunt descrise treptat caracteristici ale combustibililor precumcompoziþia chimicã, volatilitatea, curba de distilare, densi-tatea, viscozitatea, puterea caloricã, cifra octanicã, cifra ceta-nicã, temperatura de autoaprindere, puritatea. Structurareamaterialului ºi ponderea diferitelor capitole este echilibratã,

tratându-se atât combustibilii actuali obþinuþi din þiþei, cât ºi a com-bustibililor mai puþin tradiþionali - gazele petroliere lichefiate, gazele naturale,

hidrogenul ºi a celor regenerabili pe bazã de compuºi oxigenaþi : alcooli, eteri ºi esteri ai uleiurilorvegetale. Pentru combustibilii fosili, benzina, motorina, se detaliazã procesul de unificare mondialã a carac-teristicilor ºi de reformulare în scopul reducerii emisiilor poluante ºi a consumului de combustibil. Cartea mai conþine o serie de date obþinute direct din activitatea de cercetare a autorilor cum sunt influenþaconþinutului de sulf, aditivilor antifum ºi multifuncþionali asupra emisiilor poluante sau studiul curbei de dis-tilare a amestecurilor alcooli-benzina ºi esteri -motorinã.

SURSE ALTERNATIVE DE PROPULSIE PENTRU AUTOMOBILEAutorul lucrãrii este profesor al Universitãþilor Paris 6, Pisa, Perugia ºiZwickau, ºi Director al Institutului pentru Transfer de Tehnologie alUniversitãþii de ºtiinþe Aplicate din Zwickau.Lucrarea prezintã acumulãrile profesionale realizate de autor, atât în cali-tate de profesor universitar, cât ºi în cea de cercetãtor ºi autor a mai multorvehicule cU surse alternative de propulsie, multe dintre ele aflate deja înproducþie de serie. Soluþiile tehnice aplicate pentru optimizarea proceselorde combustie ºi formare a amestecului carburant sunt brevetae de profe-sorul Cornel Stan în Germania ºi alte state membre ale UniuniiEuropene, precum ºi în SUA.Elaborat pe 312 pagini ºi structurat în ºase capitole, tratatul analizeazãcâteva teme majore cum sunt:- Surse energetice clasice ºi alternative pentru motoarele autove-hiculelor,- Performanþele ciclurilor maºinilor termice ºi identificarea soluþiilorde ameliorare a acestora;- Potenþialele motoarelor cu combustie internã ºi ale mecanismelor de dis-tribuþie, echipamentelor de injecþie ºi traseelor de admisie;- Combustia amestecurilor omogene ºi convergenþa ciclurilor Otto ºi Diesel;- Realizãri tehnice în domeniul motoarelor Wankel ºi Stirling precum ºi al turbinelor cu gaze;- Automobile electrice ºi hibride.